[과학실험] 식물세포의 삼투현상

이번 실험은 중등과정에서 배우게되는 삼투현상에 대한 실험입니다.
일반적인 삼투현상실험은 교과서에도 나오듯, 당근을 이용한 실험, 셀로판막을 이용한 실험 등이 있습니다.

그러나, 이번에는 직접 식물세포에서 삼투현상에 의하여 일어나는 현상을 관찰해 보기로 하겠습니다.

  - 삼투현상이란?
      일반적으로 고농도와 저농도의 액체가 있는 경우 액체는 고농도에서 저농도로 녹아있는 물질을 이동시켜 양쪽의 농도를 동일하게 맞추려고 합니다. 예를들면, 교실에서 누군가 방귀를 뀌면, 그 사람주변은 방귀 냄새의 농도가 높아지게 되고, 그 결과 방귀 냄새 분자는 농도가 낮은 주변으로 이동을 시작하여 멀리 떨어진 사람도 냄새를 맡게 되는 것이죠. 이러한 현상을 확산현상이라 합니다.

 그러나 삼투현상은 이와는 반대의 현상이라 생각하면 됩니다. 즉, 방귀를 뀐 사람의 주변을 세포막이 둘러싸게 된다면 방귀 분자는 세포막의 틈을 통과할 수 없어 이동을 못합니다. 그렇다면 방귀 냄새의 농도는 그대로 유지되게 됩니다. 그러나 자연은 그 농도를 맞추려 하기 때문에 조금 다른 방법으로 농도를 맞춰주게 됩니다. 고농도의 방귀 냄새를 내보내지 못한다면 신선한 공기가 들어와서 방귀 냄새를 희석시키면 됩니다. 따라서 세포막을 통해 외부의 신선한 공기가 방귀를 뀐 사람 근처로 들어오면서 냄새를 희석시켜 농도를 맞춰주게 됩니다. 이 현상이 삼투현상입니다. 즉, 저농도에서 고농도로 용매를 이동시켜 희석시켜 고농도를 저농도로 낮춰주는 것입니다.

 다시 한번 정리해보면 확산현상은 고농도에서 저농도로 용질 입자를 이동시켜 농도를 일정하게 맞춰주는 현상인 반면 삼투현상은 저농도에서 고농도로 용질이 아닌 용매가 이동하여 농도를 일정하게 맞춰주는 현상입니다.

(그림을 이용한 설명이 있으면 좋겠는데 그림은 추후에 삽입하겠습니다. )

그럼 실험을 시작하겠습니다.

우선, 실험 준비물은 양파, 칼, 비이커(3개), 설탕, 아세트산카민(없어도가능), 커버글라스(덮개유리), 슬라이드글라스(받침유리), 현미경, 핀셋, 물(증류수), 거름종이, 식염수


- 준비된 비이커 3개에 각각 물, 식염수, 설탕물(약간진하게)을 만들어 둡니다.

(왼쪽부터 증류수, 식염수, 설탕물)

- 양파의 안쪽 부분을 칼로 가로, 세로 5mm 정로의 크기로 여러개를 잘라냅니다.

- 잘라낸 표피 조각을 준비된 비이커에 몇개씩 넣고 잠시 기다립니다. (약 5~10분)

- 잠시 후, 각 용액 속의 표피 조각을 하나씩 꺼내어 프레파라트를 제작합니다.

(프레파라트제작)

(아세트산 카민으로 염색)



(관찰)

 - 현미경을 이용하여 프레파라트를 관찰하여 결과를 기록해봅니다.

(양파 표피세포의 모습)

(식염수 결과)

(증류수 결과)

(설탕물 결과 1)

(설탕물결과 2)

- 결과

•    실험결과 첫 사진은 결과를 비교하기 위한 양파 표피세포의 사진입니다. 보시다시피 두꺼운 세포벽과 그 안쪽에 세포막이 있는것을 알 수 있습니다. 
•   실험의 결과 증류수와 식염수는 양파 표피와 별다른 차이를 발견할 수 없었습니다. 그러나 설탕물의 경우는 조금 다른 모습이 보입니다. 설탕물의 경우는 세포벽과 세포막이 분리된 모습과, 세포막이 쭈글어들어버린 모습이 관찰됩니다. 

결과를 해석해 보겠습니다. 

• 이 실험에서 고농도라고 할 수 있는 설탕물의 경우에는 세포막 안쪽이 저농도가 되어  삼투현상에 의하여 물이 밖으로 빠져 나가게 되었을 것입니다. 따라서 세포벽의 경우는 튼튼하여 세포의 형태를 유지하기 때문에 아무런 변화도 지만, 세포막은  세포내부의 물질양이 줄어들면서 세포질이 작아지기 때문에 세포막과 세포벽이 분리되어 버리고, 세포막이 쭈글어들었습니다.

•  반면에 증류수와 식염수는 아무 변화가 없는데, 먼저 식염수의 경우는 세포와 농도가 거의 같습니다. 따라서 세포막에서 물질의 출입이 없기 때문에(실제로는 물질의 이동이 있지만, 나오는양과 들어가는 양이 같기 때문에 출입이 없는것으로 인식됩니다.) 당연히 별다른 반응을 보이지 않습니다. 그러나 증류수의 경우 결과는 식염수와 같지만 그 원인은 다릅니다. 식물세포의 경우는 세포벽이 둘러 싸고 있어 세포의 모양을 일정하게 유지합니다. 증류수의 경우 저농도인데, 이 경우 세포막 안쪽이 고농도에 해당하기 때문에 저농도의 증류수가 고농도의 세포로 유입됩니다. 따라서 세포막은 물의 양이 증가하여 부풀어 오르게 되어지지만 세포벽에 의하여 모양과 크기가 유지되기 때문에 더이상 커지지 못한것으로 해석할 수 있습니다.

이 실험을 통하여 삼투현상의 원리와 식물세포에서 삼투현상에 의하여 나타나는 현상을 사관찰해 보았습니다.



다시한번 정리해보겠습니다.

• 식물세포는 세포막과 세포벽으로 이루어져 있고, 세포벽은 단단하여 변형되지 않는다.
• 식염수는 세포내부와 농도가 일정하기 때문에 변화가 없없다.
• 증류수의 경우는 저농도의 증류수에서 고농도로 물이 이동하여 세포가 커져야 하지만 세포벽 때문에 커지지 못하고 모습을 유지하고 있다.
• 설탕물의 경우는 저농도의 세포안에서 고농도의 세포로 물이 이동하기 때문에 세포가 줄어들어 세포벽과 세포막이 분리되고, 세포막은 쭈그러들게 된다.

만약, 이 실험을 동물세포로 한다면 결과는 어떨까요?

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