[일반생물학실험]콩의 호흡률

실험 목적

1. 세포호흡 과정을 이해하여 실험결과를 예측할 수 있다.

2. 실헝결과로부터 콩의 주요 호흡 기질을 추정하여 말할 수 있다.

실험 기구 및 시약

1. 실험 재료

1) 시험관(또는 작은 삼각플라스크), 모세유리관(파스퇴르 스포이트), 고무마개

2) 비이커, 거름종이, 고무관, 스포이트, 발아한 콩, 잉크, 10% KOH 용액, 모래, 바셀린

실험 방법

1. 콩의 호흡률 측정 방법

① 3개의 시험관 (또는 삼각플라스크)을 준비하여 시험관 A에는 모래를, 시험관 B와 C에는 싹튼 콩을 넣고 물을 조금 뿌린다.

② 시험관 A, B, C에 적당한 크기로 자른 거름종이를 넣고, 스포이트로 시험관 A와 B의 거름종이에는 10% KOH 용액을, 시험관 C의 거름종이에는 물을 묻힌다.

③ 고무 마개에 모세 유리관을 끼운 다음, 시험관 A, B, C에 각각 끼워 넣는다.

④ 같은 굵기, 같은 길이의 모세 유리관 3개를 아래 그림과 같이 장치한다.

⑤ 10분 후 5분 간격으로 5-6회 잉크 물의 위치 변화를 읽어 기록한다.

 

실험 결과

1. 시험관 A, B, C에서 측정한 잉크의 이동거리를 다음 표에 기록해 보자.(실험온도 35 ℃)

	5분	10분	15분	20분	25분	30분
시험관 A	1.3	2.9	4.1	6.4	8.3
시험관 B	0.2	0.28	0.3	0.9	4.5	7.4
시험관 C	0	0.3	0.6	1.1	1.9	3.3

단위(㎝)

 

실험 결과 및 토의

1. 시험관 A, B의 거름종이에는 KOH 용액, 시험관 C에는 물을 적신 이유는 무엇인가?

시험관 A, B에서 발생하는 CO2를 제거하기 위해 거름종이에 KOH용액을 묻혀서 시험관에 넣었다. 이 때, 거름종이에서는 KOH말고 물 또한 존재하기 때문에 이로써 생기는 변화가 있을 것이고, 그 조건을 같게 해주기 위해서 시험관 C에는 거름종이에 물을 적신 것을 넣었다.

호흡하는 콩이 들어있는 시험관 B, C에서는 다른 조건은 다 같은데, B에서는 호흡으로 인해 발생한 이산화탄소를 흡수하도록 설계되어서 B와 C를 비교하면 호흡으로 인해 발생한 이산화탄소의 양을 측정할 수 있다. 또, 호흡에 사용한 산소의 양을 알기 위해 모래가 들어있는 시험관 A에 이산화탄소를 제거하였다. A와 B를 비교해보면 콩이 호흡에 사용한 산소의 양을 알 수 있다.

 

2.시험관 A, B, C에서 변화한 기체의 양은 각각 무엇을 의미하는가?

시험관 A에서 변화한 기체의 양은 시험관 내부에 존재하는 물의 기화 또는 액화 된 양을 의미한다. (기준점 제시, 대조군) 하지만 이번 실험에서는 모래 속의 기체의 양이 빠른 속도로 줄어든 것으로 보아,A에서 변화한 기체의 양은 모래에 붙어있는 미생물들이 호흡하여 흡수한 산소의 양이라고 생각하였다.

시험관 B에서 변화한 기체의 양은 시험관 내부에 존재하는 물의 기화 또는 액화된 양과, 콩이 호흡에 사용하여 흡수한 산소의 양을 의미한다. (기준점 - 흡수한 산소의 양)

시험관 C에서 변화한 기체의 양은 시험관 내부에 존재하는 물의 기화 또는 액화된 양과, 콩이 호흡에 사용하여 흡수한 산소의 양과, 콩이 호흡하여 배출한 이산화탄소의 양을 의미한다. (기준점 - 흡수한 산소의 양 + 배출한 이산화탄소의 양)

 

3.싹튼 콩의 호흡으로 소비된 산소의 양과 방출된 이산화탄소의 양은 각각 얼마인가?

다음 식에 대입하여 호흡률을 계산해 보자. 모래의 경우 실험 결과가 잘 안 나와서, 호흡에 쓰인 산소량을 B에서 줄어든 기체의 양이라 하고, 배출한 이산화탄소량을 (B에서 줄어든 기체의 양)-(C에서 줄어든 기체의 양) 이라고 하였다.

호흡률={배출한 CO2 량}/{호흡에 쓰인 O2 량}=0.554

 

4. 위 호흡률로 콩이 사용한 호흡 기질을 추정할 수 있는가?

호흡 기질이 탄수화물일 경우 호흡률이 1, 호흡 기질이 단백질인 경우 호흡률이 0.8, 호흡 기질이 지방일 경우 호흡률이 0.7 정도가 나온다. 하지만 우리가 측정한 호흡률은 0.55 정도로, 호흡 기질이 지방이라고 할 때의 오차 0.15 가 호흡기질을 구분할 수 있는 최소 오차 0.1(지방과, 단백질과의 호흡률 차이)보다 크기 때문에 콩이 사용한 호흡기질이 지방이라고 단언할 수는 없다. 하지만 지방과 가장 가까운 값을 띠므로 지방이라고 추측하였다.

 

5. 실험 과정에 예측하지 못한 결과가 나타났거나, 오차가 발생했다면 그 이유를 생각해보고 개선 방안을 제시해보자.

시험관 A에서 상상치도 못한 결과가 나타났다. 시험관 A의 잉크방울은 이동하지 않을 것으로 예상하였는데, 가장 빠른 속도로 이동한 것으로 보아, 모래에 미생물들이 번식하여 호흡을 하였기 때문인 것 같다. 또, 싹튼 콩의 호흡기질은 지방이라고 알고 있었는데, 호흡기질 측정이 잘 되지 않았다. 이것은 콩의 상태와 콩의 호흡정도가 콩마다 다 다르고, 콩이 죽어서 호흡을 하지 않는 경우도 있었기 때문에, 콩의 상태를 완벽히 제어 할 수가 없어서 그랬던 것이라고 생각한다.

모래가 들어있는 시험관에서의 호흡을 제어하려면, 모래가 들어있는 시험관에 호흡하는 생물을 제거하면 된다. 모래를 뜨겁게 가열하여 모래에 사는 미생물을 제거할 수 있다. 또, 미생물이 살지 않는 실험재료(끓임쪽, glass beads 등)들을 사용할 수도 있을 것이다.

콩의 상태가 다르기 때문에 발생하는 오차를 줄이려면 같은 콩을 사용하면 된다. 첫 번째 에는 물을 적신 거름종이를 시험관에 넣고 10분정도 실험한 뒤 물에 적신 거름종이를 빼고, KOH를 적신 거름종이를 시험관에 넣고 같은 조건으로 실험을 재개한다. 대조군인 모래가 든 시험관은 두 실험 모두에 실험을 시행하여 대조하는데 사용한다. 콩이 빠른 시간 내에 죽는 것도 아니고, 콩의 종류에 따른 오차가 상당히 컸기 때문에, 동시에 해서 오차를 줄일 수 있는 것보다, 콩을 같게 하여 오차를 줄이는 효과가 훨씬 클 것이라고 예상한다.