[일반생물학실험]체세포 분열의 관찰

실험 이론 및 원리

1. 실험 배경

본 실험은 체세포분열을 관찰하는 실험이다. 먼저, 세포분열의 개념에 관해 알아야 한다. 세포분열은 체세포분열과 감수분열로 나눌 수 있다. 감수분열은 동물의 난자와 정자 등 생식세포의 형성과정에서 일어나는 세포분열이다. 이에 반해, 체세포분열은 세포가 증식하는 과정이다. 감수분열은 부모세포가 가진 염색체 수의 절반을 가진 세포를 생성하지만 체세포분열은 부모세포와 동일한 염색체 수를 가진 세포를 생성한다. 단세포생물에서의 체세포분열은 유전적으로의 개체의 증식을 의미한다. 하지만, 다세포생물에서의 체세포분열은 세포의 수를 증가시켜 생장을 유도하고, 손상된 세포를 교체하고, 상처가 났을 때 치유를 하는 재생능력을 가지는 등의 기능을 한다.

 

그리고 체세포분열은 부모세포와 유전정보가 동일해 동일한 신진대사 활동에 참여할수 있어서 분열을 하고난 이후에도 개체의 항상성을 유지할수 있다. 이러한 체세포분열은 세포 주기 과정을 거치며 분열하게 되는데, 세포 주기는 분열에 의해 생긴 세포가 일정 기간 생장하고 다시 세포 분열을 하여 새로운 딸세포를 만드는 과정을 의미한다. 체세포분열의 세포 주기 과정은 간기인 G1기, S기, G2기와 분열기로 나눌 수 있다. 개략적으로 설명을 하면, 먼저 간기인 G1기, S기, G2기 순서로 진행되는데 G1기는 DNA복제가 되기 전까지 여러 세포 구성 물질이 합성되고, 세포 소기관의 수가 늘면서 세포가 생장한다.

 

S기에서는 DNA를 복제한다. G2기에서는 방추사를 구성하는 단백질과 세포막을 구성하는 물질이 합성되어 세포 분열을 준비하는 시기이다. 그 다음으로 분열기가 진행되는데 분열기는 간기에 비해 걸리는 시간이 적고 세포분열을 통해 새로운 딸세포를 만드는 시기이다. 분열기는 핵분열 이후 세포질 분열이 일어나고 핵분열은 염색체의 모양과 배열상태에 따라 전기, 중기, 후기, 말기의 순서를 가진다. 핵분열을 거친 복제된 DNA는 2개의 딸핵에 나뉘게 되고 세포질 분열이 일어나 결과적으로 2개의 딸세포를 형성한다. 따라서 이번 실험의 목적은 체세포분열을 관찰함으로써 세포주기 과정을 설명할 수 있다.

 

실험 기구 및 시약

1. 실험 재료

슬라이드글라스, 커버글라스, 여과지, 핀셋, 해부침, 알코올램프, 현미경

발근시킨 양파, Farmer 용액, 1N HCl, 아세트올세인

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) Farmer 용액 (acetic acid : ethanol = 3 : 1)에 양파의 근단을 약 1㎝ 길이로 잘라 고정한다.

2) 1N HCl(55~60℃)에서 5~10분 처리한다.

3) 근단을 슬라이드글라스 위에 올려놓고 메스로 근단에서 1㎜ 정도 자르고 나머지를 제거한다.

4) 여과지로 수분을 제거하고 아세트올세인 용액 한 방울을 떨어뜨린 후 해부침을 이용하여 잘게 부순다.

5) 커버글라스로 덮고 해부침 뒷면을 이용하여 가볍게 두드린 후 여과지로 덮고, 엄지손가락으로 누른다.

6) 현미경으로 저배율에서 고배율로 관찰한다.

 

실험 결과

1. 양파의 어린 뿌리 끝을 실험재료로 쓴 까닭은 무엇인가?

양파의 뿌리 끝에는 체세포 분열이 활발하게 일어나는 생장점이 있기 때문에 세포 분열이 일어나고 있는 세포들을 용이하게 관찰할 수 있다.

 

2. 아세트올세인 용액으로 염색되는 부분은 어디인가?

아세트올세인 용액에 의해 붉은색으로 핵과 염색체들이 염색된다.

 

3. 결과의 프레파라트의 여러 세포 중 분열 단계를 찾아 세포분열의 어느 단계인지 설명하시오.

그림 1

먼저, 그림1의 결과에서 분열기인 전기, 중기, 후기, 말기와 세포질분열까지 확인할 수 있었다. 또한 세포주기과정에서 간기가 가장 길어서 대부분이 간기의 세포들이고 분열기의 세포가 상대적으로 적은 것을 알 수 있다. 전기의 단계인 세포는 핵막이 없어지고 염색체가 나타나는 것을 볼 수 있다. 

중기의 세포는 염색체들이 세포 중앙에 배열되고, 방추사가 염색체에 부착되었다는 것을 볼 수 있다. 후기의 염색체도 관찰됐는데 두 개의 염색분체가 분리되어 세포의 양끝으로 이동하는 것을 알 수 있다. 말기의 세포는 그림1에서 볼 수 있듯이 핵막이 다시 나타나면서 똑같은 두 개의 핵이 생기고 있다.

 

토의 사항

1. 실험 고찰

실험은 양파의 생장점을 이용해 체세포분열을 관찰하는 실험이었다. 현미경으로 실험결과를 보게 되면 분열기에 있는 세포보다는 간기에 있는 세포를 더 많이 관찰할 수 있었다. 간기의 세포가 많은 이유는 세포 주기의 시기를 알면 추론할 수 있는데 간기는 세포주기의 약 90%를 차지하는 기간이다. 

양파의 뿌리 끝 세포의 약 분열주기를 약 24시간이라고 하면 분열기는 약 1시간 정도를 구성한다고 볼 수 있다. 그리고 체세포분열의 각 시기별로 출현 빈도를 조사해 각 시기에 소요되는 시간을 짐작할 수도 있다. 그리고 실험 결과의 사진에서 두 핵 사이에 세포판이 형성하고 있는 초기 단계의 세포질 분열도 미세하지만 관찰할 수 있었다. 

또한 만약 이 실험에서 생장점을 이용하는 것이 아닌 단순히 조직 세포만을 이용하여 관찰하게 된다면, 분열능력이 없는 조직 세포의 경우는 간기의 형태만을 보일 것이다. 이러한 분열 능력을 이용해 생장점은 세포 분열이 활발히 일어나면서 뿌리가 자라게 되는 것이다. 실험을 하는 과정에서 뿌리를 해부침으로 잘게 찢는 것이 어렵기 때문에 실험결과가 자세히 나오지 않은 것 같다고 생각한다. 

잘게 찢지 못하면 세포들이 겹쳐져서 현미경에 각 세포의 모습이 나타나지 않을 수 있기 때문이다. HCl용액을 이용해 충분히 해리 과정을 잘 시키면 양파 뿌리의 조직이 연해져 더 얇게 조직을 필 수 있고 해부침으로도 더 수월하게 찢을 수 있을 것 같다. 이번 실험을 통해 체세포 분열의 세포 주기 과정을 정확히 습득할 수 있었고 다세포 생물에서의 체세포 분열이 어떤 의의를 가지는지 습득하였다.

참고 문헌

1. 비주얼 핵심생명과학 제3판, ㈜바이오사이언스출판(2020), 황혜진, p357