일반생물학실험 | 세포의 수분포텐셜 측정

 

 

 

물은 모든 생물이 생존하기 위해서 꼭 필요로 하는 액체이며 이 물의 흡수와 소모(또는 배출) 사이에 균형을 이루는 것이 매우 중요하다. 생물체의 세포에서의 물의 흡수와 방출은 그 양과 방향성이 삼투현상(osmosis)에 의존하게 되는데 이 삼투현상은 수분포텐셜(ψ)의 차이를 원동력으로 하여 일어난다. 수분포텐셜은 위치에너지의 개념으로 설명할 수 있는데 간단히 말해서 물은 수분포텐셜이 낮은 쪽으로 이동하게 된다. 수분포텐셜을 결정하는 세 가지 중요한 요소는 압력(P), 중력(G), 삼투포텐셜(π)로서 다음과 같이 쓸 수 있다.

 

ψ=P+G+π 이 식에서 P는 정수압을 나타낸다. 식물세포는 표면에 단단한 세포벽을 가지는데 이 때문에 세포내에 수분의 양이 증가해서 세포벽을 바깥쪽으로 밀어내는 양의 정수압, 즉 팽압이 발생하는 한편 물관에선 장력이라는 음의 정수압이 형성된다. 중력의 경우에는 수직높이 차이에 의해 발생하는 포텐셜에너지 차이를 고려한 것인데 우리가 다루는 보통의 경우 삼투현상이 발생하는 두 부분의 높이차이가 무시할 만큼 작기 때문에 G=0으로 편의상 놓을 수 있다.

 

그리고 삼투압은 π= -CRT 라는 공식을 통해 값을 구할 수 있으며 용액의 총괄성을 보여주는 것으로서 값이 용매에 상관없이 용질의 농도에만 의존한다. 삼투압이란 농도차가 있는 두 용액이 반투과성 막을 사이에 두고 있으면 삼투현상으로 용매분자들이 이동하게 되어 고농도였던 쪽의 용액의 높이가 높아지게 되는데 이 높이 차이를 없애기 위해 가하는 압력을 말한다.

 

이번에 수행한 2가지 실험은 식물세포의 삼투포텐셜을 알아보는 것이었는데 첫 번째 실험은 균일하게 자른 감자조각들을 각각 농도가 다른 sucrose 용액에 넣고 일정한 시간이 지난 뒤에 감자조각의 무게를 다시 측정하는 것이었다. 감자조각은 자체적으로 일정한 삼투포텐셜을 가지게 되는데 주변에 있는 용액의 농도에 따라 고장액인 경우에는 물이 밖으로 빠져나가게 되고 저장액인 경우에는 물이 감자조각으로 들어오게 된다. 그래서 무게변화량을 통해 물의 출입여부를 알 수 있게 된다.

 

두 번째 실험은 Chardakov란 학자가 개발한 실험인데 첫 번째 실험에서 사용한 용액들과 원래 만들어 놓았던 용액을 이용한 실험이다. 즉 첫 번째 실험 하기 전에 단계별로 만들어 놓은 용액을 메틸렌블루로 염색한 뒤에 이미 첫 번째 실험을 거쳐 농도가 변한 용액에 방울을 떨어뜨려 대략적인 농도차이를 알아보는 것이다.

 

이 때 메틸렌블루 방울이 올라가느냐 내려가느냐의 정도에 따라서 지금 용액의 농도가 실험 전보다 높아졌는지 낮아졌는지 알 수 있게 된다. 이렇게 두 실험을 통해서 얻은 데이터를 이용해 그래프를 그려보고 대략적인 감자의 삼투포텐셜을 추측해 보는 것이 이번 실험의 목표라 할 수 있다. 또한 식물세포에서 삼투포텐셜과 수분포텐셜이 어떤 의미를 갖는지 알아 볼 수 있다.

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실험 방법

Exp.1 부피와 질량 변화 측정을 통한 감자괴경의 수분 포텐셜 측정

1) 10개의 시험관을 5개씩 두 set으로 나눈 뒤에 5개에 각각 0.20, 0.25, 0.30, 0.35, 0.40M이라고 펜으로 겉에 쓴 뒤에 각 set를 A, B로 표시해 두었다.

 

2) 실험에 쓰일 5종류의 농도를 가지는 용액을 만들기 위해 1m sucrose 용액을 희석시키는 작업을 했다. 우선 A 시험관에 쓰일 20㎖ 용액들을 만들기 위해서 1m sucrose용액과 희석시킬 증류수가 각 농도마다 어떻게 들어가는 지 계산을 했다. 예를 들어 0.2m 농도 용액을 만들기 위해선 1=0.2×5 이므로 20㎖의 1/5인 4㎖의 sucrose용액에다가 16㎖의 증류수를 넣어 희석했다. 이를 표로 나타내면 다음과 같다.

 

용액의 농도(m)	0.20	0.25	0.30	0.35	0.40
1m sucrose 용액(㎖)	4.0	5.0	6.0	7.0	8.0
증류수(㎖)	16	15	14	13	12

 

3) 계산한 값을 토대로 용액을 만들었다. 이 때 sucrose 용액과 증류수를 옮기기 위해 눈금 있는 플라스틱 시험관과 1000㎕짜리 마이크로피펫을 병용해서 사용했다. 내가 속한 1조는 20㎖용액 5개를 만들고 나서 10㎖짜리 용액 5개를 B시험관에 만들었다.

 

4) 온도계를 사용하여 A시험관 5개 용액의 온도를 각각 측정하여 기록하였다.

 

5) 위의 과정을 진행하는 동안 다른 조원들은 코르크보러를 이용해서 감자 속을 파낸 뒤에 면도칼로 비교적 일정한 크기의 정육면체 모양의 감자조각 15개를 만들었다. 15조각을 만든 뒤에는 수분손실을 막기 위해 페트리접시에 담은 후 랩으로 감싸두었다.

 

6) 감자조각 15개를 3개를 한 group으로 해서 5group에 순서대로 순번을 부여한 뒤 group별로 무게를 측정했다. 이 때 전자저울에는 weighing boat를 올려놓은 채로 영점을 맞춘 뒤에 차례대로 3개씩 측정했다.

 

7) 무게 측정을 마친 감자조각 group들을 순서대로 A실험관의 5개 실험관에 3개씩 핀셋으로 넣었다. 시간적 차이를 줄이기 위해 되도록 빨리 진행하였다.

 

8) 45분을 기다린 뒤에 핀셋을 이용해서 다시 차례대로 감자조각을 A실험관에서 꺼냈다. 꺼낸 뒤에는 5개의 A실험관의 온도를 각각 측정하였다.

 

9) 꺼낸 감자조각들은 겉에 묻은 물기를 키친타올을 이용해 닦아낸 뒤에 다시 group별로 무게를 측정했다.

 

Exp.2 Chardakov Method를 이용한 수분 포텐셜 측정

1) 실험 1에서 만든 B시험관의 용액 5개에 메틸렌블루 용액을 적당량 넣고 잘 섞었다.(조교님이 만들어주심)

 

2) 200㎕짜리 마이크로피펫을 사용하여 각 농도별로 B시험관에서 메틸렌블루 섞은 용액을 취한 뒤에 A시험관 용액의 중간쯤 되는 높이에서 한 방울 떨어뜨려 주었다. 이 때 피펫팁을 계속 갈아주었다.

 

3) 5개의 실험관에 2)의 과정을 한 뒤에 메틸렌블루 방울이 어떻게 움직이는지 관찰하였다.

 

 

 

[일반생물학실험]세포의 수분포텐셜 측정 레포트