[식물생리학실험]수분퍼텐셜(Water Potential) 2부

실험 결과

1. Measurement by the Constant Volume Method 

Sucrose 농도(m)	처음 무게(g)	최종 무게(g)	무게 변화* (g)	변화* (%)
0.05	4.05	4.53	+0.48	+11.85
0.10	4.08	4.42	+0.34	+8.33
0.15	3.97	4.22	+0.25	+6.30
0.20	4.40	4.60	+0.20	+4.55
0.25	4.51	4.71	+0.20	+4.43
0.30	4.29	4.37	+0.08	+1.86
0.35	4.20	4.20	0	0.00
0.40	4.27	4.23	-0.04	-0.94
0.45	4.39	3.93	-0.46	-10.48
0.50	4.07	3.70	-0.37	-9.09

Table 1. 각 sucrose 농도에 대한 감자조각의 무게의 변화

* 증가(+), 또는 감소(-)로 표시

Sucrose용액의 농도가 0.35m일 때 무게 변화가 0이었다 이를 기준으로 0.35m보다 작은 농도에서는 증가로 변하였으며 큰 농도에서는 감소로 변하는 경향을 보였다.

 

Fig 1. Sucrose 농도에 따른 처음 무게에 대한 변화(%)

위의 그래프로부터 Sucrose의 m농도와 처음 무게에 대한 %변화 사이에 y = -45.15x + 14.09 의 일차함수관계가 있음을 알 수 있으며 따라서 y=0일 경우, 즉 x절편을 구해 감자 조직의 농도를 구할 수 있다. x절편값 = 0.31, 실험실 온도는 298K. 따라서 감자 조직의 ψπ = -(0.31㏖/ℓ/H2O)(1.0)(0.00831ℓMPa/㏖․K)(298K) = -0.768MPa

 

2. Measurement by the Chardakov Method

Sucrose 용액	Janus green B가 섞인 용액 방울에 대한 관찰 사항
0.05 m	상승, 가장 빨리 올라감
0.10 m	상승, 두 번째로 빨리 올라감
0.15 m	상승, 세 번째로 빨리 올라감
0.20 m	상승, 네 번째로 빨리 올라감
0.25 m	정지
0.30 m	정지
0.35 m	하강, 네 번째로 빨리 내려감
0.40 m	하강, 세 번째로 빨리 내려감
0.45m	하강, 두 번째로 빨리 내려감
0.50 m	하강, 가장 빨리 내려감

Table 2. Sucrose 용액의 농도에 따른 Methylene blue 용액 방울의 움직임

위의 표 Table 2.를 보게 되면 감자조직의 농도는 Methylene blue 용액 방울의 움직임이 상승에서 하강으로 변하기 직전에 멈춰있는 농도인 0.25m과 0.30m사이로 추정할 수 있겠다. 여기서 실험실 온도는 298K(25℃).

1) 0.25m Sucrose 용액의 삼투포텐셜(ψπ) = -(0.25㏖/ℓ/H2O)(1.0)(0.00831ℓMPa/㏖․K)(298K) = -0.619MPa

2) 0.30m Sucrose 용액의 삼투포텐셜(ψπ) = -(0.30㏖/ℓ/H2O)(1.0)(0.00831ℓMPa/㏖․K)(298K) = -0.743MPa

즉, 감자 조직의 삼투포텐셜(ψπ) 추정치는 -0.619Mpa와 -0.743Mpa 사이에 있다는 결과가 나왔다. 이는 Measurement by the Constant Volume Method에서 구한 감자 조직의 삼투포텐셜(ψπ)과 정확하게 일치하지는 않는 결과이다.

 

토의 사항

1. 실험 고찰

constant volume method를 이용한 water potential 값은 -0.768Mpa가 나왔고 chardakov method를 이용한 값은 -0.619Mpa와 -0.743Mpa 사이에서 측정되어 두 실험의 결과 값이 조금 다르게 나타난 것을 볼 수 있는데, constant volume method에서 값이 조금 더 큰 것을 알 수 있다. 이에 대해서는 실험 도중 가장 흔히 나타날 수 있는 실험상의 실수 혹은 불완전한 처리에 의한 것으로 볼 수 있는데, 평형을 이룬 감자조각이 들어있는 용액에서 감자조각을 꺼내 최종무게를 잴 때 표면에 묻어있는 물기를 제대로 제거하지 않고 무게를 재어 최종무게가 올라가 그래프의 X절편 값이 상대적으로 오른쪽으로 이동하게 된 것이라고 생각해 볼 수 있겠다. 이에 대한 근거로 만약 최종무게에서 감자들마다 0.05g씩만 빼준다고 가정한다면 Fig 1의 그래프는 Fig 2.와 같이 그래프가 전체적으로 왼쪽으로 이동해 X절편의 값 즉, 무게의 변화가 0%를 이루는 sucrose의 농도 값(X절편 값 = 0.285m)이 작아지는 것을 알 수 있다. 이렇게 되면 chardakov method의 값 보다 constant volume method는 상대적으로 클 수 밖에 없는 것이다.

Fig 2. Fig 1의 그래프(청색) 최종무게에서 0.05g씩 뺀 값의(붉은색) 비교

또한 직접적인 이유는 될 수 없겠지만 감자 조각들을 준비하는 과정에서 너무 지체되어 먼저 준비된 감자조각들에서 수분 증발이 일어나 실험결과에 영향을 줬었을 수 있을 것이다. 그리고 감자조각을 용액에서 제거하는 과정에서 물기를 확실하게 제거하지 않아 최종무게가 더 무거워져 실험일단 같은 감자에서만 채취한 sample이 아닌 3개의 감자에서 무작위적으로 추출한 감자조각이기에 감자의 상태가 완전히 같을 순 없을 것이고 그러므로 water potential값은 미세하게나마 차이가 날 수는 있을 것이다.

그리고 감자 세포와 같은 식물조직에 경우 최종 무게가 증가한다는 것은 감자세포 내부가 담겨져 있는 용액보다 농도가 높다는 뜻으로 처음에는 삼투포텐셜이의 음의 절대값이 매우 크고 압력포텐셜의 경우 포텐셜의 작용하지 않기 때문에 water potential은 외부의 water potential 값 보다 더 높은 음의 값이 되어 세포쪽으로 물이 이동해 무게가 증가하는 것이고 무게가 감소하는 것은 삼투포텐셜의 음의 절대값이 그리 크지 않고 압력포텐셜은 여기서도 포텐셜로 작용하지 않기 때문에 water potential 값은 외부 용액의 water potential에 비해 값이 더 크게 되어 감자 세포 내부에서 물이 외부로 빠져나가 무게가 감소하는 것이다. 

또한 무게가 불변하는 것은 세포내부의 삼투포텐셜이 외부 용액의 water potential과 같아 물이 이동하지 않게 되는 경우이다. 그리고 분말로 dye로 사용한 건, 실험 자체가 용액의 농도와 직접적으로 연관되는 것이었기 때문에 액체가 아닌 분말 형태의 dye로 사용되었다. 마지막으로 본 실험(chardakov)를 통해 얻은 감자조각의 워터포텐셜 값보다 더 정확한 값을 얻고자 한다면 처음 시도에서 예측된 용액이 정지 혹은 이동경향이 바뀌는 시점에서의 sucrose의 농도인 0.25m과 0.3m사이에서 다시 한번 농도를 좀 더 세밀하게 조절된 범위 내에서(0.01m단위) 시험을 해보면 될 것이다.

참고 문헌

1. 식물생리학, W. G. Hopkins저, 권덕기 외 4명 공역, 2001, 을유문화사, 2판, p.39-44

2. 식물생리학, Salsbury&Ross저, 강영희 외 5명 공역, 1988, 아카데미서적, 3판, p.37-49

3. 일반화학, McQuarrie저, 강대호 외 20명 공역, 1987, 탐구당, 2판, p.132-135

4. 작물생리학, 성락춘 외 1인, 고려대학교 출판부, 1997, pp.101-102

5. 수목생리학, 이경준, 서울대학교 출판부, 1993, pp.201-208

6. Plant Physiology, Taiz and Zeiger, Sinauer Associates, 2002, pp.36-46

[Biology/생물학실험] - [식물생리생태학실험]Water Potential 1부