[일반생물학실험]효모균의 관찰

실험 목적

1. 현미경의 구조 및 사용법을 익혀 생물학 실험의 원활한 진행을 할 수 있으며 막걸리 속 효모를 관찰함으로써 효모의 생활사 및 생물학적 특징을 알아본다.

2. 술의 제조에 사용되는 효모를 현미경으로 관찰함으로써 원생생물과 진핵생물의 공통점과 차이를 이해한다. 

실험 이론 및 원리

1. 효모

곰팡이나 버섯 무리이지만 균사가 없고 광합성 능력이나 운동성도 가지지 않는 단세포 생물의 총칭이다. 효모는 그 종류가 다양하며 생활에서 다양하게 이용된다.

 

2. 효모의 생식법과 생활사

대부분의 효모의 생식은 출아법으로 이루어진다. 출아법은 무성 생식의 한 가지로 생물체 또는 세포의 일부에 작은 혹 모양의 싹이 생겨, 이것이 차차 자라 모체에서 떨어져서 새로운 개체를 이루는 생식법이다. 히드라와 같은 종류들은 처음에는 모체에 붙어 있다가 나중에는 떨어지지만, 해면이나 산호와 같은 경우에는 떨어지지 않고 군체를 형성한다

대부분의 효모가 출아로 증식하는 데 비해 격벽 형성에 의한 균등인2분열로 무성생식하는 효모가 있는데 이를 분열효모라고한다. 분열효모는 원생자낭균류의 Schizosaccharomyces속에 포함되며, Schiz. japonicus, Schiz. pombe, Schiz malidevornans, Schiz octosporus의 4종이 알려져 있다. 이들 중에는 4분자분석 등의 유전해석이 가능한 Schiz. pombe가 대표적인분열효모로서 세포분열 연구를 비롯하여 많은 기초연구의 분야에서 사용되고 있다. Schiz. pombe는 1배체세대가 안정된생활환을 나타낸다.

 

3. 막걸리 속 효모의 역할

막걸리는 누룩으로 만든다. 곡물이 누룩과 물에 의해서 술로 빚어지는 원리는 곡물이 가지고 있는 전분(녹말)은 미생물인 곰팡이가 가지고 있는 물질인 효소에 의해서 당화를 이루게 되고 만들어진 당은 미생물인 효모에 의해서 에탄올화 하게 된다. 누룩안에는 미생물인 곰팡이 효모와 효소라는 물질이 있는데 효모는 술덧에서 조건(공기)이 맞으면 증식을 하지만 공기가 없어지면 알콜을 생성하고 또한 효모는 알콜돗수가 일정치를 넘어서면 사멸하게된다. 결국,자신이 만들어 놓은 알콜에 의해서 사멸하게 되는 것이다

막걸리의 톡쏘는 맛과 탄산은 효모에서 발생하는데 효모가 바로 이스트로, 빵을 만드는데쓰고, 발효가 이루어 지면서 효모가 당질을 분해시켜 알콜과 탄산가스를 만드는 데, 효모가 만드는 이 알콜과 탄산가스.술 찌거기가 새콤달콤한 맛과 상쾌한 맛을 내게 한다. 유통기한이 늘어난 살균막걸리는 효모를 저온살균으로 멸균처리해버리기때문에 발효가 더이상 진행되지않고, 그래서 탄산도 적은맛이 나게 된다.

4. 효모의 특성과 생식법

효모는 빵이나 술을 만드는 데 사용되는 미생물로 곰팡이나 버섯 무리이지만 균사가 없고, 광합성능이나 운동성도 가지지 않는 단세포 생물을 총칭한다. 효모는 분류상으로는 진핵생물이나, 원핵생물의 플라스미드를 가지고 있다는 특징이 있고 상황에 따라 산소호흡을 하기도 하며 알코올을 만드는 무산소호흡을 하기도 한다.

효모의 생식법은 조금 독특하다. 효모는 자낭균류로 분류되는데, 자낭균류는 보통 균사 끝에서 사슬 형태의 분생 포자를 만들어 무성생식을 하거나 균사의 접합으로 자낭을 형성하여 자낭포자를 만들어 유성생식을 한다. 그러나 효모는 다른 자낭균류와는 달리 균사가 없으며, 대개 출아법 또는 이분법 같은 무성생식을 한다. 출아법이란 몸의 일부에서 돌기가 생겨 어느 정도 자란 후 모체로부터 떨어져 나와 새로운 개체를 형성하는 번식 방법이다. 그러나 환경이 좋지 않을 땐, 2개의 효모가 접합하여 자낭포자를 형성하는 유성생식을 하기도 한다. 자낭포자가 만들어질 때는 감수분열이 일어나므로 다양한 형질의 곰팡이가 생길 수 있다.

 

5. 진핵생물과 원핵생물

원핵생물은 원핵세포의 구성을 이루고 있는 고세균영역이나 세균영역에 속하는 생물들이다. 반면 진핵생물에는 원생생물, 곰팡이, 식물, 그리고 동물이 포함되며 진핵세포로 구성을 이루고 있다. 원핵생물과 진핵생물의 공통점으론 모두 물질대사를 하며 환경 자극에 대해 반응하는 능력이 있고 각 기관, 단일 세포, 혹은 개체가 움직이는 운동성을 가지며 성장(크기를 키움) 및 생식(수를 늘림)을 할 수 있다는 점이다.

하지만 같은 생식이라도 그 방법은 다르다. 대부분의 원핵생물은 단일 세포가 두 개의 동일한 자손으로 분열하는 이분법의 무성생식을 하지만 진핵생물은 감수분열을 하는 유성생식을 한다. 원핵생물은 단세포이며 막에 싸인 세포소기관이 없다. 펩티도글리칸을 포함하는 세포벽이 있으며 그 안쪽엔 원형질막이 있고 70S 리보솜을 가진다. 원핵생물과 같이 진핵생물도 원형질막, 리보솜을 가지나 세포질 내의 구성물 외에도 세포액과는 그 내부가 막으로 서로 분리된 세포소기관이 있다. 

세포소기관으로 핵, 미토콘드리아, 소포체, 골지체, 리소좀, 엽록체 등이 있다. 또한, 진핵생물의 리보솜은 원핵생물의 것 보다 더 큰 80S 리보솜을 갖는다. 원핵성 편모는 세포의 한쪽, 양 끝, 또는 표면에 단독으로 붙어있거나 무작위적으로 세포 표면에 퍼져있는, 단백질로 만들어진 하나의 원섬유와 운동에 직접적으로 관련 있는 고리 및 기저체로 이뤄져 있다. 반면 진핵생물의 편모는 원형질막에 싸여있으며 보통 9쌍의 미세소관이 두 개의 중앙 미세소관을 에워싸는 구조를 하고 있다. 원핵생물의 염색체는 하나의 고리형 염색체이며 히스톤이 없고, 진핵생물의 염색체는 여러 개의 직선형 염색체이고 히스톤이 존재해 DNA가 이를 감싸고 있다.

실험 기구 및 시약

1. 실험 재료

① 막걸리, 광학현미경, slide glass, cover glass, 메틸렌 블루

② Pipette, tip, 알코올 램프

실험 방법

1. 실험 과정

① 막걸리를 10%, 50%로 희석시킨다.

 

② slide glass 위에 막걸리 희석액을 떨어뜨린 후, 실온 or 알코올 램프를 이용하여 건조시킨다.

③ 메틸렌블루를 건조된 막걸리 위에 떨어뜨린 후, 실온 or 알코올 램프를 이용하여 건조시킨다.

④ 흐르는 물에 slide glass를 뒤집어서 washing한다.

⑤ cover glass를 덮고 광학 현미경으로 관찰한다. X400, X1000

실험 결과

1. 결과 분석

400배

1000배

1) 10%, 50% 막걸리 희석액의 100x, 400x 현미경 사진 첨부

100X	400X

10% 막걸리 희석액

<표 1> 10% 막걸리 희석액을 광학현미경으로 100배율, 400배율에서 관찰한 사진. 10% 막걸리 희석액은 증류수 900㎕, 막걸리 100㎕를 섞어서 만들었다.

드문드문 푸른색으로 염색된 작은 동그란 모양의 막걸리 효모균이 보인다. 효모균을 자세히 보면 더 진하게 염색된 핵도 보인다. 관찰했을 때 효모들이 움직이는 모습은 관찰되지 않았다.

 

100X	400X

50% 막걸리 희석액

<표 2> 50% 막걸리 희석액을 광학현미경으로 100배율, 400배율에서 관찰한 사진. 50% 막걸리 희석액은 증류수와 막걸리를 500㎕씩 피펫으로 넣어 만들었다.

10%로 희석한 막걸리를 관찰했을 때보다 현저하게 늘어난 수의 효모균을 관찰할 수 있다. 혼자 떨어져 있는 효모균도 있지만, 옹기종기 모여있는 효모균들도 있다. 관찰했을 때 효모들이 움직이는 모습은 관찰되지 않았다.

10%, 50% 막걸리 희석액에서 모두 400배율에서는 효모균의 모습을 관찰할 수 있었다. 위 사진에서 관찰되는 효모균은 대부분 구형, 난형, 타원형처럼 보였고 운동성은 없었다. 일부 효모에서는 출아하는 모습도 볼 수 있었다.

 

토의 사항

1. 실험 고찰

본 실험은 효모군을 관찰하는 실험이었다. 400배를 관찰 중 효모가 염색되어 뚜렷하게 구별되었고 그 주위에서 크기가 효모보다 큰 투명한 것이 관찰되었다. 그것이 무엇인지 결론을 내리지 못햇고 실험이 끝난 후 인터넷을 찾아보니 현미경 관찰 중 흔히 잇을 수 있는 공기방울이 였다. 

막걸리 희석액을 말린 후 염색약과 증류수를 넣고 커버글라스를 덮는 과정에서 천천히 한쪽을 먼저 비스듬하게 기울이면서 덮어야 했는데, 그 방법을 생각하지 못하고 수평으로 내려서 덮었던 것이 생각이 났다. 이로 인해서 기포가 생겼고 저런 투명한 것이 관찰이 된 것이라고 추측을 하고 결론을 내렸다. 다음 실험부터는 cover glass를 덮을 때 천천히 올바른 방법으로 수행하도록 유의해야겠다

또 1000배의 사진을 보면 흐릿하게 나온 부분이 있는데 이 부분은 실험중에 미세조정나사를 정확하게 조정하지 못한 실험자에게 잘못이 있었던 것 같다. 미세조정나사를 조절하는 과정에서 한 부분이 선명하면 다른부분이 흐릿해지고 다른 부분이 흐릿해지면 선명햇던 부분이 흐릿해지는 것 때문에 정확하게 중간지점을 잡지 못한 것 같다. 다음 부터는 정확한 초점을 맞추기 위해서 좀 더 섬세하게 다루어야겠다.

또한 막걸리 희석액을 말린 후 메틸렌블루를 사용했는데 동물세포를 염색할 때 왜 메틸렌 블루를 사용하는지에 대해 의문이 생겻다. 인터넷을 찾아보니 동물세포에는 혈관세포와 같이 붉은세포가 많기 때문에 아세트산카민용액보다 메틸렌블루용액을 쓰는 것이 세포를 관찰하기에 더 유리하여 동물세포를 염색할 때 주로 메틸렌블루용액을 사용한다고 나와있었다. 

그러나 그 사실을 알고난 후 왜 실험에서는 혈관세포같은 붉은세포가 없었음에도 메틸렌블루용액을 사용하였을까라고 다시 한번 의문이 들었다. 그 이유를 추측해본 결과 이번 실험에서는 동물세포는 메틸렌블루를 쓴다는 통상적인 지식을 따랐을 뿐 별 의미가 없을 것 같다라고 결론을 내리게 되었다.

참고 문헌

1. 생명, 생물의 과학, 저자 Sadava, Heller, Orians, Purves, Hillis, 옮긴이 강봉균, 김영 상, 이광웅, 교보문고, 2010