■교사용 실험 자료실 ■

실험 제목	식물미로			실험 원리	식물의 생장과 굴성
실험 시간	30분	실험 분야	생명과학	실험 방법	4인1조 , 개별실험
세트구성물	투명도안, 종이도안, 양면테이프, 화분, 씨앗, 흙, 숟가락, 스포이트
교사준비물				학생준비물	받침대용 쟁반이나 비닐, 투명테이프, 펜
실험 결과	식물미로를 하나씩 가지고 갑니다.
실험팁	TIP 1. 식물을 기르는 실험의 특성 상 바로 결과를 볼 수 없지만 씨앗을 불려 싹이 튼 후 완성하면 미로를 따라 생장하는 모습을 일주일 내에 볼 수 있습니다. (실험실 환경에 따라 차이가 있을 수 있습니다.) 씨앗을 불리지 않으면 5일 정도 더 걸립니다. TIP 2. 제공되는 씨앗은 상황에 따라 바뀔 수 있지만 대부분 건조된 콩 종류로 제공합니다. 건조되지 않은 생콩이 있으시면 사용하셔도 좋습니다. TIP 3. 관찰하고 일지를 쓸 때를 제외하면 식물미로 앞면을 잘 막아두어야 합니다.

집 안에서 식물을 키워본 적이 있나요?  잎과 줄기는 어떤 방향으로 자라나요?

창문에서 들어오는 빛을 향해 휘어져 자랍니다. 그래서 화분이나 꽃병을 주기적으로 돌려주어야 합니다.

식물의 생장

식물의 생장이란 식물의 씨앗이 발아하여 뿌리·줄기·잎을 내며, 그 후 광합성이나 질소 동화를 하면서 점차 크기와 무게를 더해가는 과정을 가리킨다. 식물뿐만 아니라 모든 생물체는 대부분 다수의 세포로 이루어져 있으므로 생물 개체가 생장한다는 것은 세포 분열을 하여 세포수가 늘어난다는 것을 뜻한다.

생장 곡선(生長曲線)[편집]

옥수수를 예로 들면, 생장이 처음부터 끝까지 같은 속도로 진행되는 것이 아니라, 싹이 트기 시작할 무렵에는 천천히 진행되다가 그 후에는 빠른 속도로 진행된다. 특히 어떤 종류에서는 이 시기의 생장이 아주 빠른 속도로 진행되기도 한다. 예를 들어, 죽순은 흙에서 머리를 내는 것과 동시에 하루 동안 60cm나 자라며, 며칠 안에 사람 키보다 더 커지는 것도 있다. 또한 망태버섯이라는 종류는 1분 동안 5mm가 자라기도 하며, 밀의 수술은 1분 만에 2mm가 자라기도 한다. 이와 같이, 빠른 생장 시기가 잠시 계속된 뒤에는 속도가 점차 느려져 나중에는 완전히 멎어버린다. 그러므로 생장 과정을 그래프에 나타내면 S자 곡선을 얻을 수 있는데, 이를 '생장 곡선'이라고 한다. 한편, 길이가 아닌 무게의 증가에 따른 생장 곡선도 같은 형태를 나타낸다.

식물의 생장과 온도[편집]

식물 생장은 온도의 영향을 강하게 받는다. 그러나 어느 한계까지만 온도 상승과 더불어 생장 속도가 증가할 뿐, 적정 온도를 넘으면 오히려 생장이 억제된다. 이와 같은 식물의 생장과 온도 간의 관계는 다음과 같이 설명할 수 있다. 즉, 생장은 세포의 활동으로 이루어지는데, 세포의 활동은 온도가 높을 때에 활발하므로, 이때에 생장 속도도 빨라진다. 그러나 알맞은 온도 범위를 넘어서면 고온으로 인하여 세포의 주요 성분인 단백질이 변화되므로 오히려 세포의 활동이 나빠져서 생장이 억제되는 것이다. 식물 생장에 가장 적당한 온도는 식물의 종류에 따라서 차이가 많다. 예를 들어, 옥수수가 싹을 틔우는 온도는 33-34℃인 데 비해, 고산 식물은 냉온에서도 잘 견딘다.

식물의 생장과 빛

온도와 마찬가지로 빛도 식물의 생장에 큰 영향을 미친다. 그중 한 이유는 광합성 속도가 빛의 세기에 의존하기 때문이다. 그러나 빛이 생장에 미치는 영향은 광합성 촉진뿐만이 아니다. 예를 들어, 콩은 모든 식물과 마찬가지로 싹이 틀 때 저장 물질이 있으므로 광합성이 이루어지지 않는다. 그러나 이때도 빛을 쬐어 주지 않으면, 잎이 거의 없는 비정상적인 상태인 콩나물로 변하는 것을 볼 수 있다. 한편, 콩나물에 다시 빛을 쬐어 주면 정상적인 식물로 생장한다. 이러한 현상은 빛이 광합성을 통해서뿐만 아니라, 그 밖의 면에도 영향을 미침을 나타내 주는 것이다. 이처럼 빛은 대체로 식물체를 정상 상태로 생장시키는 역할을 한다. 그래서 빛은 식물에 중요하다.

생장점[편집]

식물이 자랄 때, 식물 전체가 똑같이 생장하는 것은 아니며, 특정한 곳이 유달리 활발하게 생장한다. 예를 들어, 생장하고 있는 식물 뿌리에 같은 간격으로 표시를 해두고 며칠 후에 이것을 살펴보면 표시한 간격이 뿌리 부위에 따라 상당히 차이가 나 있음을 볼 수 있다. 즉, 뿌리 끝에서 조금 떨어진 곳이 가장 간격이 넓어져 있으며, 뿌리 밑둥에 가까운 곳은 그다지 간격이 벌어지지 않는데, 이것은 뿌리의 생장이 끝 부분에서 더 활발하게 이루어짐을 나타내는 것이다. 그 이유는 다음과 같다. 뿌리 끝에는 활발히 세포 분열을 하는 분열 조직인 생장점이 있어서, 여기에서 만들어진 세포가 점차 새로 생긴 세포에 밀려 위쪽으로 이동되기 때문이다. 이때 밀어올려진 세포는 활발하게 생장하여 뿌리를 길게 자라게 하는데, 이 부분을 '생장부'라고 한다. 신장이 끝난 세포는 더 이상 커지지 않는다. 한편, 뿌리에서뿐만 아니라 줄기에서도 끝에서 조금 떨어진 부위가 최대로 생장하는 것을 볼 수 있다. 이와 같이 뿌리나 줄기의 생장 부분은 일정하게 한정되어 있다 이와 달리, 활엽 식물의 잎은 잎 전체가 생장한다. 예를 들어, 수세미외 등의 잎 표면에 먹으로 가로와 세로로 선을 그어두면, 잎 생장과 더불어 표시된 간격이 고루 벌어진다. 그러나 같은 잎이라도 벼과식물에서는 잎 밑둥 부분이 가장 활발하게 생장한다.

굴성 [tropism음성듣기, 屈性]

요약 식물이 자라면서 나타나는 움직임(생장운동)에는 굴성과 감성이 있는데 굴성은 여러 가지 자극에 의해 특정한 방향으로 식물이 휘어지는 운동이고 감성은 자극의 방향에는 관계없이 자극의 세기에 의해 나타나는 운동을 말한다.

굴성에는 양성과 음성이 있는데 자극의 방향과 같은 방향으로 움직이면(굽으면) 양성이라 하고 주어지는 자극과 반대방향으로 움직이면 음성이라 한다. 굴성은 자극의 종류에 따라 여러 가지로 구분할 수 있다.

빛이 자극이 되어서 일어나는 굴성을 굴광성이라 하며 줄기에서는 양성으로 나타나고 뿌리에서는 음성으로 나타난다. 또한 중력이 자극이 되어서 나타날 때 굴지성이라고 하는데 이때 줄기는 음성으로, 뿌리는 양성으로 나타난다. 이 두 가지 운동에는 모두 식물 호르몬의 일종인 옥신이 작용하고 있다.

굴광성과 옥신
다윈과 보이센-옌센의 굴성 실험에 의해 옥신은 자엽초의 줄기 끝에서 생성되어 아래로 이동하면서 이때 빛의 반대방향으로 이동한다는 것이 밝혀졌다. 그 결과 줄기의 신장하는 부분에서의 옥신의 양이 빛의 반대쪽에 많아지므로 그 부분의 생장이 빨라져서 빛의 방향으로 굽어지는 양성굴광성이 나타나게 된다. 또한 옥신은 중력 방향으로 이동하여 아래쪽에 많이 분포하게 되는데 뿌리에서는 옥신의 농도가 높으면 오히려 생장이 억제되어 아래쪽으로 뻗으므로 음성굴광성이 나타나게 된다.

굴지성과 옥신
식물을 수평으로 놓아두면 잠시 후, 줄기는 위쪽으로, 뿌리는 아래쪽으로 뻗는다. 탄소의 방사성 동위원소가 포함된 인돌아세트산을 사용하는 실험을 하면 옥신은 중력의 방향으로 이동함을 알 수 있다. 이렇게 줄기 아래쪽에 많이 분포하는 옥신의 영향으로 아래쪽의 생장이 촉진되어 위를 향해 뻗으므로 줄기에서는 음성굴지성이 나타나고 뿌리에서는 생장이 억제되어 중력과 같은 방향인 아래쪽으로 뻗으므로 양성굴지성이 나타나게 된다. 즉 굴광성과 굴지성은 모두 옥신의 고르지 못한 분포에 의해 생장속도가 달라지기 때문에 나타나는 현상이다.

그 밖의 굴성
그 밖에도 굴성은 여러 가지가 있다. 예를 들면, 식물체의 양쪽 습도에 차이가 있을 때 일어나는 굴성을 굴습성(屈濕性) 또는 향습성(向濕性)이라 하고, 물에 의하여 일어나는 굴성을 굴수성(屈水性), 식물체의 한쪽에서 화학물질이 작용했을 때에 일어나는 굴성을 굴화성(屈化性), 접촉으로 일어나는 굴성을 굴촉성(屈觸性), 전기(電氣)에 의하여 일어나는 굴성을 굴전성(屈電性), 상해(傷害)에 의하여 일어나는 굴성을 굴상성(屈傷性)이라고 한다. [네이버 지식백과]굴성 [tropism, 屈性] (두산백과)

옥신[Auxin]

식물이 씨에서 발아하여 생장하는 데에는 여러 가지 조절물질이 필요한데 특히 줄기의 신장에 관여하는 식물생장호르몬의 일종이다.

옥신의 합성

옥신은 인돌아세트산(IAA)으로 트립토판이라는 아미노산으로부터 합성되었다. 사람의 오줌 성분에서 처음 분리된 헤테로옥신(heteroauxin)이나 인공적으로 합성한 제초제나 고엽제로 쓰이는 2,4-D, NA(나프탈렌 아세트산)등은 모두 옥신과 같은 작용을 하므로 이들을 옥신류라 부른다. 식물에서 트립토판이 합성되지 않을 경우에는 옥신의 전구체인 인돌(indole)을 생성하는 생합성경로를 통하여 옥신을 생성하여 옥신이 결핍되는 것을 방지한다.

옥신에 의한 길이 생장 기작

옥신은 생장이 왕성한 줄기와 뿌리 끝에서 만들어지며 세포벽을 신장시킴으로써 길이 생장을 촉진한다. 옥신이 세포 안으로 들어오면 세포 안에 있던 수소이온들을 세포막 밖으로 내보내기 때문에 세포 밖은 pH가 낮아져서 산성을 띄게 된다. 이렇게 pH가 낮아져야만 생장할 수 있는 조건이 된다. 실제로 완충용액을 처리하면 옥신이 있어도 생장을 하지 않는다. 이렇게 산성화가 되면 세포벽의 셀룰로스의 결합을 이완시킬 수 있으며 세포막 안쪽에서는 액포 속에 원형질이 아니라 물을 채움으로써 세포가 팽창되면서 커지게 되어 세포벽이 늘어나게 되므로 길이 생장이 일어나게 된다. 식물은 동물보다 성장속도가 매우 빠른데, 그것은 세포분열과 더불어 옥신에 의해 이와 같은 세포 체적 증가가 이루어지기 때문이다. 옥신의 농도가 과도하게 높은 경우에는 오히려 세포의 신장을 저해하는 에틸렌의 합성을 촉진시켜 신장이 억제된다.  [네이버 지식백과] 옥신 [Auxin] (두산백과)

굴촉성- 단단한 물체와의 접촉에 대한 식물의 생장 반응 屈觸性(한자) thigmotropism(영어)

굴성(屈性)의 하나로 단단한 외부 물체와의 접촉에 대한 식물의 생장 반응을 말한다. 완두, 포도 등 굴촉성을 보이는 식물들은 일반적으로 가늘고 긴 줄기를 가지며, 물리적인 지지 없이는 똑바로 자랄 수 없다. 흔히 변형된 줄기나 잎인 덩굴손을 가지며, 이것으로 이웃 식물의 단단한 줄기나 울타리 기둥 주위를 빠르게 감는다.

예를 들어 포도 덩굴 줄기의 한 면이 격자에 닿으면 격자가 닿은 면의 특수화된 표피 세포는 짧아지는 반면, 다른 면에 있는 세포는 빠르게 신장한다. 이에 덩굴손은 수분 내로 격자 주위를 둥글게 감기 시작하고 덩굴 줄기에 강한 지지를 제공하는 단단한 코일을 형성한다.

한편, 빈번히 부는 강한 바람, 폭풍우, 동물, 농기구에 의해 생기는 식물 줄기의 마찰과 굽어짐은 식물의 지나친 생장을 억제하고 생장 패턴까지도 변화시킬 수 있는데 이를 촉성형태발생(thigmomorphogenesis)이라고 한다. 이에 따라 식물이 물리적 스트레스에 정기적으로 노출되었을 때 줄기는 신장을 멈추고 굵기를 증대시킨다.

예를 들어 어떤 식물을 매일 잠시 동안 흔들어 주는 것만으로도 그 식물은 위로 자라는 생장이 억제되고 줄기가 굵어져 더 강해지게 된다. 실제로 밖에서 자라는 식물이 안에서 자란 식물보다 길이가 짧고 더 굵은 줄기를 가지는데, 이 줄기는 지지대로 사용된다. [네이버 지식백과] 굴촉성 (시사상식사전, 박문각)