[일반생물학실험]동물세포 및 식물세포의 관찰 2부

실험 기구 및 시약

1. 실험 재료(Materials)

1) 동물세포의 관찰 : 구강상피세포 슬라이드제작 및 관찰

0.9% 생리식염수(25㎖/조) 0.5% 메틸렌블루(25㎖/조) 핀셋(1개/조) 면봉(3개/조) 슬라이드글라스(2box/반)

커버글라스(1box/반) 여과지(4개/조) 스포이드 삼각플라슽크(시약용기) 광학현미경(2대/조)

2) 식물세포의 관찰 : 양파표피세포 슬라이드제작 및 관찰

양파(1조각/조) 광학현미경(2대/조) 면도칼(1개/조) 1% 요오드용액(25㎖/조) 글리세린수(25㎖/두 조)

여과지(4장/조) 페트리디쉬 슬라이드글라스(2box/반) 커버글라스(1box/반) 핀셋(1개/조)

실험 방법

1. 동물세포의 관찰

1) 구강상피세포 슬라이드제작 및 관찰

① 자신의 뺨 내부의 점막을 면봉으로 돌려 긁어낸 다음, 하나의 슬라이드글라스를 두 군데로 나누어 돌리면서 문지르고 잘 펴지도록 한다.(시료채취, 도말)

② 상온에서 1분간 완전히 말린다.

③ 도말된 오른쪽의 구강상피세포 위에 0.5% 메틸렌블루 용액을 떨어뜨려 3분간 염색하 고, 시료가 묻은 뒷면에 한 방울씩 물을 떨어뜨려 염색약을 씻어낸다.(시료가 떨어지지 않게 주의)

④ 도말된 왼쪽의 구강상피세포 위에 0.9% 생리식염수를 떨어뜨린다.

⑤ 양쪽 구역에 각각 글리세린수를 한 방울 떨어뜨린 뒤 커버글라스를 덮고 여과지로 여분의 물기를 제거한다.

 

1. 실험재료 준비(재료 준비)	2. 실험 과정(구강상피세포를 도말한 슬라이드 글라스에 메틸렌블루를 떨어뜨리기)
3. 실험 과정(왼쪽의 구강세포에 생리식염수 떨어뜨리기)	4. 실험 과정(양쪽 구역에 각각 글리세린수 떨어뜨리기)
5. 실험 과정(커버글라스를 양쪽 구역 모두에 조심히 덮기)	6. 실험 과정(커버글라스를 덮은 부분에 있는 여분의 물을 여과지로 빨아들이기)
7. 실험 과정(완성된 프레파라트)	8. 결과 관찰

2. 식물세포의 관찰

1) 양파표피세포 슬라이드 제작 및 관찰

① 면도칼을 사용하여 5㎟ 의 크기로 양파의 표피 2개를 채취한다.

② 하나의 슬라이드글라스 두 군데에 채취한 표피를 각각 놓는다.(이때, 표면과 이면을 반드시 구분하며 벗겨낸 표피가 말리지 않도록 주의)

③ 오른쪽의 표피 위에 1% 요오드 용액으로 2분간 염색한 후 여과지를 사용하여 남은 요오드 용액을 제거한다.

④ 양쪽 구역에 각각 글리세린수 한 방울 떨어뜨린 뒤 커버글라스를 덮고 여과지로 여 분의 물기를 제거한다.

⑤ 광학현미경을 사용하여 저배율에서 고배율의 순서로 관찰한다.(프레파라트가 대물렌 즈에 닿지 않도록 주의)

⑥ 염색 전후의 차이점을 관찰한다.

⑦ 연필로 스케치한다.

실험 결과

1. 동물세포의 관찰

1) 구강상피세포 슬라이드제작 및 관찰

가설에서 설정한 것처럼 메틸렌블루로 인해 구강상피세포의 핵이 염색되어 뚜렷하게 관찰됐다. 식물세포와는 달리 동물세포에는 세포벽이 없으므로 세포들이 각잡힌 형태를 이루지 않고 둥근 모양을 형성하고 있는 것이 관찰됐다. 생리식염수를 사용했지만 세포가 염색되지 않아 세포가 터졌는지 본 상태를 유지했는지는 관찰하지 못했다. 배율을 높여가서 세포를 관찰했지만 구강상피세포를 관찰하기에는 턱없이 낮은 비율이었다. 그래서 배율을 높여가며 관찰할수록 세세한 세포소기관을 관찰하기에는 어려웠다.

 

40X 배율로 관찰한 구강 상피세포

100X 배율로 관찰한 구강 상피 세포

구강 상피세포

 

2. 식물세포의 관찰

1) 양파표피세포 슬라이드 제작 및 관찰

가설에서 설정한 것처럼 요오드 용액으로 인해 염색 전에는 보이지 않았던 세포안의 핵이 염색되어 뚜렷하게 관찰됐다. 그리고 세포벽이 있어서 세포들이 각잡힌 형태를 이루고 있었다. 배율을 높여가서 세포를 관찰했지만 양파표피세포를 관찰하기에는 턱없이 낮은 비율이었다. 그래서 배율을 높여가며 관찰할수록 세세한 세포소기관을 관찰하지 못했다.

 

100X 배율로 관찰한 염색하지 않은 양파표피세포	40X 배율로 관찰한 요오드 용액으로 염색한 양파표피세포
100X 배율로 관찰한 요오드 용액으로 염색한 양파표피세포	100X 배율로 관찰한 요오드 용액으로 염색한 또다른 양파표피세포

토의 사항

1. 메틸렌블루로 핵이 염색되는 원리

1) 메틸렌블루의 염색 원리

메틸렌블루의 화학식은 C16H18N3SCl·3H2O으로, 용매에 녹이면 이온화되어 C16H18N3S+와 Cl-를 만든다. 메틸렌블루는 결정상태에서는 녹청색을 띠고, 이온화되면 C16H18N3S+에 의해 푸른색을 낸다. 메틸렌블루용액은 동물세포의 핵을 염색하는 데 자주 이용된다. 진핵세포는 핵막이 있어 세포질과 핵이 서로 구분되어 있는데, 핵 안에는 염색체가 들어있다. 염색체는 생물체의 유전정보를 담고 있는 DNA가 무수히 꼬이고 뭉쳐 있는 것으로, 염료에 의해 염색이 잘 되는 성질 때문에 염색체라고 부른다.

염색체가 염색이 잘 되는 것은 DNA의 구조에서 비롯된다. DNA는 당과 염기와 인산으로 이루어져 있는데, 이 중 인산기가 음전하를 띠고 있어 DNA는 전체적으로 음전하를 띤다. 염색체 역시 DNA가 모여 있는 것이기 때문에 음전하를 띤다. 그래서 색깔이 있는 양이온을 넣어주면 양이온이 인산기 주위로 끌려가 마치 염색체가 색깔을 띠고 있는 것처럼 보인다. 염색체는 핵 속에 들어 있기 때문에 우리 눈에는 결국 핵이 염색된 것처럼 보이게 된다. 이때 자주 쓰이는 염료가 바로 메틸렌블루이다. 메틸렌블루가 용액 속에서 이온화되고 나면 황원자(S)에 양전하가 생기게 된다. 그리고 이 양이온이 푸른색을 띠기 때문에 메틸렌블루용액을 세포에 몇 방울 떨어뜨리면 음전하를 띠고 있는 세포의 핵이 푸르게 염색된다.

 

2. 구강상피세포를 관찰하려고 할 때 물 대신 생리식염수를 사용한 이유

1) 삼투압과 삼투현상의 원리

반투과성막은 용액 속에 들어있는 용질은 입자가 커서 통과시키지 못하고 용매분자만 통과시키는 막이다. 이 막을 경계로 한쪽에는 순수한 용매를, 다른 한쪽에는 용액을 두면 용매들이 양방향으로 서로 이동하게 된다. 그러나 처음에는 순수한 용매 쪽에 있는 용매가 용액 쪽으로 더 빠르게 이동하여 용액 쪽의 높이가 더 증가한다. 왜냐하면 자연계에서는 농도 차이가 줄어드는 방향으로 용매들이 움직이려고 하기 때문이다. 

따라서 시간이 지나서 관에 있는 용액의 높이가 어느 정도 증가한 후에는 그 결과로 생기는 압력 때문에 용액 쪽으로 이동하는 속도가 점차 느려지게 되어 결국에는 양방향으로 용매가 이동하는 속도가 같아지게 된다. 이 점에서 용액의 높이는 더 이상 변하지 않게 되는 것이다. 이때 차이가 난 수압이 삼투압이며, 용매가 반투과성막을 통해 이동하는 현상이 삼투현상이다. 이것을 달리 표현하자면, 삼투현상은 순수한 용매를 포함한 저농도 용액에서 고농도 용액 쪽으로 반투과성막을 경계로 용매(물)가 이동하는 현상이며 삼투압은 이때 용매가 이동하려는 힘이라고도 할 수 있다.

삼투현상과 삼투압

 

2) 등장액, 고장액, 저장액의 개념

용액을 서로 비교했을 때 같은 삼투압을 가진 용액을 등장액이라고 하고 상대적으로 낮은 삼투압을 가진 용액은 저장액, 더 높은 삼투압을 가진 용액은 고장액이라고 한다. 사람의 혈액과 비교했을 때 생리식염수와 링거액은 대표적인 등장액이다. 생리식염수란 동물의 혈액 속에 있는 염분의 농도와 같게 만든 액체로 증류수에 염화나트륨을 섞어 만든 것이다.

 

고장액에 세포를 넣은 경우	등장액에 세포를 넣은 경우
저장액에 세포를 넣은 경우

 

3) 물대신 생리 식염수를 사용한 이유

대부분의 생물체를 이루고 있는 막들은 거의 모두가 반투과성막으로 되어 있다. 따라서 용질은 이동하지 못하지만 용매는 이동할 수 있는 구조이다. 물과 세포의 농도를 비교해보면 세포의 농도가 물보다 높으므로 용매인 물이 세포 안으로 들어오게 된다. 그런데 동물세포에는 세포벽이 없기 때문에 물이 세포 안쪽으로 끊임없이 들어오게 된다. 그래서 세포는 팽창하고 결국 터지게 되어 세포를 관찰 할 수 없게 된다. 그런 현상을 막기 위해 세포의 농도와 같게 만든 액체인 생리식염수를 물대신 사용해 동물세포를 관찰하는 것이다.

 

3. 글리세린수를 세포에 떨어뜨리는 이유

세포를 고정하는데 사용하는 물질(이 실험의 경우엔 글리세린수)을 세포에 떨어뜨리면 이 화합물은 세포의 각 조직의 분자들과 결합하여 단백질을 변성시키고 효소의 작용을 정지시켜 결론적으로 생명활동을 정지시킨다. 이는 산소가 차단되거나 외부 물질에 의해 세포의 조직이 손상을 입으면 리소좀에서 가수분해 효소가 나와 세포 구조가 파괴되기 때문에 이를 막기 위함이다.

참고 문헌

1. 반트호프가 들려주는 삼투압 이야기, 송은영, 자음과 모음, 2008

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