일반생물학 및 실험 2) 심화_호르몬과 이온에 의한 식물의 기공의 계패 관찰 실험 보고서

1. 실험제목 날짜

 

-본 보고서는 2023년 10월 12일 수행한 식물의 기공 개폐 여부 확인 후, 호르몬 및 이온 투여로 인한 개폐 변화를 현미경으로 관찰한 실험에 관한 내용을 담고 있습니다.

 

2. 실험목적

 

-본 실험을 통하여 시금치의 표피의 기공을 관찰하고, 포타슘 이온과 ABA 호르몬으로 인한 기공의 개폐를 관찰하고자 하였습니다. 이를 통해 기공의 구조, 개폐기작 및 기공에 영향을 주는 것들에 관하여 숙지함을 목적으로 하였습니다.

 

3. 실험결과

 

-먼저 빛이 없는 상태에서 24시간 동안 두었던 시금치의 표피를 현미경으로 관찰한 사진입니다. 기공이 닫힌 모습이 확인되었습니다.

 

-기공이 닫혀 있는 것을 확인한 시금치 표피를 증류수에 넣어놓고 20분동안 빛이 없는 곳에 방치한 후, 현미경을 통해 관찰해 보았습니다. 인접한 기공 10개가 모두 닫혀 있는 것이 관찰되었습니다.

 

-기공이 닫힌 상태의 시금치를 0.5M KCl에 넣은 후, 20분간 암상태에 방치하였습니다. 10개 중 7개의 기공이 열려 있는 것이 확인되었습니다.

 

-기공이 닫힌 시금치 표피를 0.5M NaCl 용액속에 넣은 후 20분간 어두운 곳에 방치하였습니다. 모든 기공이 닫힌 것이 확인되었습니다.

 

-빛이 있는 상태에서 24시간 놔둔 시금치 표피를 증류수에 넣은 후, 20분 동안 빛이 있는 상태로 방치한 후 관찰한 사진입니다. 열 개의 기공 중 2개의 기공이 열려있는 것이 관찰되었습니다. 이는 외부의 빛으로 인해 기공이 열린 것이며, 증류수와 기공의 열림과는 관계가 없는 것으로 사료되었습니다.

 

- 1 마이크로 M ABA(저량) 용액 속에 표피를 넣은 후, 20분동안 빛이 있는 상태에서 방치한 후 관찰한 모습입니다. 10개의 기공 중 5개의 기공이 열려있는 것이 현미경을 통하여 관찰되었습니다.

 

 

- 100 마이크로 M 고농도 ABA 용액 속에 시금치 표피를 넣어 놓고 20분간 빛에 방치하였습니다. 10개 가운데 9개의 기공이 열려 있는 것이 확인되었습니다.

 

 

4. Discussion

 

 

- 본 실험 진행 결과, 증류수는 기공에 어떠한 영향을 미치지 않는 것으로 관찰되었습니다. 증류수에 넣어 기공이 열린 경우도 관찰되었지만 이는 외부의 빛에 반응하여 기공이 열린 것으로 사료되었습니다. 단순히 물의 존재로 인해 식물의 기공이 채워지지 않고 다른 물질이 존재하여야만 기공이 영향을 받는다는 것을 확인하였습니다.

 

- 포타슘 이온을 사용한 결과, 포타슘 이온이 기공의 공변세포 내부로 들어가 내부를 고장액 환경으로 만들어 물이 내부로 유입되어 기공이 열린 것이 확인되었습니다.

 

- NaCl의 경우, 포타슘 이온을 공변세포 밖으로 나가게 하여 공변세포의 내부를 저장액 상태로 만들어 물이 기공 밖으로 빠져나가 기공이 닫히는 모습이 관찰되었습니다.

 

-ABA는 absidic acid의 약자로 기공을 닫는 역할을 하는 호르몬입니다. ABA는 스트레스 호르몬으로 작용하는데 식물체의 수분부족, 염분이 높은 환경 등에 ABA 호르몬이 나와 기공을 닫음으로써 외부로부터 식물체를 보호하는 역할을 합니다. 본 실험을 통하여 ABA의 농도가 높을수록 더욱 많은 기공이 닫힌 것을 확인할 수 있었습니다.

 

 

5. furthur study

 

1번 질문에 대한 답변

 

-빛은 기공을 열리게 하는 역할을 합니다. 식물은 빛에 반응하여 낮 시간동안 기공을 열고, 해가 지면 기공을 닫게 됩니다. 한편, 태양 빛에 의해 온도가 오르게 되는데 온도가 오름에 따라 식물체는 기공을 닫게 됩니다. 이는 기공이 열려있으면 높은 온도에 의해 내부의 수분이 모두 증발하기 때문입니다. C3 식물의 경우, 기공이 닫힘으로써 광호흡이 이루어지지만, C4식물, CAM 식물의 경우, 식물체 내에서 광합성을 할 수 있습니다. 바람의 경우, 식물 주변의 온도를 식혀주는 기능을 하고 산소를 계속 순환 및 공급하는 기능을 하여 광합성에 긍정적인 영향을 끼칩니다. 따라서 기공은 열리게 됩니다. 한편, 식물체 내의 이산화탄소가 부족하게 되면 기공이 열려 이산화탄소를 식물 내부로 들여오게 됩니다. 이산화탄소는 식물이 유기물질을 만드는 탄소 공급원으로 쓰이기 때문에 식물은 반드시 생존에 이산화탄소를 필요로 하게 됩니다.

 

2번 질문에 대한 답변

 

-식물은 증산작용을 통해 뿌리의 용액을 꼭대기까지 전달하게 됩니다. 물이 잎에서 증발하면서, 즉 잎에서 증산작용이 일어나면서, 뿌리의 물을 위로 끌어올리게 됩니다. 이러한 메커니즘을 통하여 식물체 곳곳으로 뿌리의 물과 양분을 보낼 수 있습니다. 한편, 증산작용을 통하여 기화열을 방출하여 식물 체내 온도를 조절하는 기능을 합니다.

 

3번 질문에 대한 답변

 

-기공이 잎의 앞면에 있으면 강력한 태양 직사광선에 노출되게 되며 이는 활발한 증산작용을 일으켜 식물체 내의 수분을 고갈시키게 됩니다. 따라서 잎의 뒷면에 기공이 위치하여 적절한 증산작용이 일어나 수분 손실을 조절하게 됩니다

 

6. reference

 

• 네이버 지식백과 https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5646917&cid=62861&categoryId=62861 기공
• https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1143947&cid=40942&categoryId=32310 증산작용
• https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1968410&cid=42526&categoryId=42538 ABA
• https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5647081&cid=62861&categoryId=62861 기공 개폐
• https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5647199&cid=62861&categoryId=62861 공변세포
• Campbell biology, 12th global edition, San Francisco: Pearson Benjamin 2021