대륙교재 사이언스스타 - 초중고 과학교구 전문 과학사, 대체에너지/수소에너지 과학교구

식물의 조직 관찰

Ⅰ. 실험 목표

1) 속씨식물의 잎, 줄기, 뿌리의 외형 구조와 기능을 이해한다.

2) 속씨식물의 잎, 뿌리, 줄기의 횡단면를 통해 내부구조와 그 기능을 이해한다.

3) 속씨식물의 뿌리 및 줄기의 종단면를 통해 내부구조와 그 기능을 이해한다.

4) 식물의 세 조직계인 표피조직, 관다발조직, 기본조직의 구조와 기능을 이해한다.

Ⅱ. 개요 및 원리

잎, 줄기, 뿌리는 영양기관으로서 세 구조는 생존을 위해 서로 의존적인 관계를 맺고 있다. 뿌리는 흙으로부터 물과 무기염류를 흡수하고, 잎은 대기로부터 빛과 이산화탄소를 흡수하여 광합성을 하며, 줄기는 물과 영양분의 통로가 된다.

잎, 줄기, 뿌리는 표피조직(epidermis), 관다발조직(vascular tissue system), 기본조직(ground tissue system)의 세 조직으로 되어 있다. 표피조직은 잎, 어린줄기, 어린뿌리를 보호하는 조직으로 사람의 피부처럼 상해와 세균감염에 대한 첫 번째 방어선이다. 관다발조직계는 물과 양분을 수송하고, 식물을 지지하는 역할을 한다. 기본조직계는 표피와 관다발조직 사이를 채우고 있으며, 광합성작용, 저장기능, 지지기능 등 다양한 기능을 수행한다.

잎은 식물의 구조 중에서 우리에게 가장 익숙한 부분으로 광합성과 증산작용을 하는 영양기관이며, 잎새(leaf blade)와 잎자루(petiole)로 되어 있다. 잎새는 잎맥(leaf vein)과 나머지 부분인 잎살로 되어 있다. 하나의 잎이 한 개의 잎새로 되어 있는 것을 단엽이라 하고, 2개 이상의 잎새로 되어 있는 것을 복엽이라고 한다. 잎새의 중앙 아래에서 끝으로 향하는 커다란 잎맥(leaf vein)을 주맥, 주맥에서 좌우로 갈라져나가는 맥을 측맥이라 한다. 외떡잎 식물은 주맥과 측맥이 나란히 달리는 나란히맥이고, 쌍떡잎식물은 갈라져 나가는 망상맥을 보여준다. 잎의 표피에는 기공(stomata)이 있고, 이를 공변세포(guard cell)가 둘러싸고 있다. 잎의 횡단면을 보면 위아래의 표피세포가 있으며, 그 사이에 기본조직계인 잎살조직(mesophyll)이 있어 엽록체를 갖는다. 관다발조직인 잎맥은 물관부와 체관부로 되어 있다.

줄기는 식물체의 축이 되는 것으로, 뿌리에서 빨아들인 물과 무기염류를 잎으로, 잎에서 만들어진 광합성 산물을 뿌리로 전달하거나 저장하는 역할을 수행하며, 또한 잎을 부착시켜 잎으로 하여금 햇빛을 잘 받을 수 있도록 해준다.

줄기는 정단분열조직의 세포분열로 성장한다. 줄기에서 잎이 붙어 있는 자리를 마디(node), 각 절과 절 사이를 사이마디(internode)라고 한다. 줄기의 횡단면을 볼 때, 외떡잎식물은 관다발이 전체에 퍼져 있지만, 쌍떡잎 식물은 원형의 관다발을 구성하고 있다. 쌍떡잎 식물 줄기의 중앙부를 수(pith)라고 하며, 관다발조직과 표피사이를 피층(cortex)라고 한다.

수와 피층은 기본조직계에 속한다.

뿌리는 줄기를 지지하고, 땅속으로부터 물과 여러 물질들을 흡수하며, 또한 대사산물을 저장하기도 한다. 외떡잎식물의 수염뿌리(fibrous root)는 지지역할을 할 뿐만 아니라 뿌리 표면적을 넓혀 물과 무기염류의 흡수를 쉽게 한다. 쌍떡잎식물의 뿌리는 원뿌리와 원뿌리에서 나온 곁뿌리(lateral root)로 되어 있다. 뿌리 끝 부분에는 뿌리털(root hair)이 있어 뿌리의 표면적을 넓혀서 흡수력을 크게 증가시킨다. 뿌리 조직의 횡단면을 보면, 외부에 표피세포가 있고, 이들 중 일부가 뿌리털로 발달한다. 뿌리의 중심에 관다발조직이 있는데, 물관부는 수레바퀴의 살처럼 방사형으로 뻗어 있고, 살 사이에 체관부세포가 쐐기처럼 박혀 있어서 관다발은 원통을 이루고 있다. 표피와 관다발조직을 제외한 나머지는 대부분 피층으로 되어 있으며, 양분을 저장하고, 표피를 통해서 들어온 무기염류를 흡수한다. 피층의 가장 안쪽은 두꺼운 세포로 된 내피(endodermis)이며, 피층과 관다발조직 사이의 물질의 선택적 투과에 대한 장벽으로 작용한다. 뿌리 조직의 횡단면을 보면 생장점, 뿌리골무, 뿌리 세포의 신장, 분화된 세포를 볼 수 있다.

본 실험에서는 운동장 주변에 채집한 식물의 잎, 줄기, 뿌리의 외부구조를 알아보고, 준비한 슬라이드 표본을 이용하여 내부구조를 살펴보자.

Ⅲ. 실험재료

운동장 주변에서 채집한 식물, 쌍떡잎 및 외떡잎 식물의 영구슬라이드표본(잎 횡단면, 뿌리 횡단면, 줄기 횡단면 및 종단면, 양파 뿌리의 종단면), 광학현미경, 해부현미경.

Ⅳ. 실험과정

(1) 운동장 주변에서 채취하기 쉬운 식물을 뽑아 물로 씻은 후 잎, 줄기, 뿌리의 외부구조를 관찰한다.

(2) 잎의 잎새, 잎자루, 잎맥의 주맥 및 옆맥, 잎살의 구조를 관찰한다.

(3) 줄기의 마디, 사이마디, 줄기의 끝부분(정단부분)의 구조를 관찰한다.

(4) 뿌리의 원뿌리, 곁뿌리, 뿌리털의 구조를 관찰한다.

(5) 쌍떡잎식물과 외떡잎식물의 잎의 횡단면 슬라이드를 통해 표피조직, 관다발조직, 기본조직계를 관찰한다.

(6) 쌍떡잎식물과 외떡잎식물의 줄기의 횡단면 및 종단면 슬라이드를 통해 표피조직, 관다발조직, 기본조직계를 관찰한다.

(7) 쌍떡잎식물과 외떡잎식물의 뿌리의 횡단면 슬라이드를 통해 표피조직, 관다발조직, 기본조직계를 관찰한다.

또한 양파의 뿌리 종단면 슬라이드를 통해 생장점, 뿌리골무, 뿌리세포의 분화를 이해한다.

Ⅴ. 실험결과 및 토의

(1) 잎, 줄기, 뿌리의 횡단면을 스케치하고, 각 부위의 명칭을 기입하여라.

(2) 잎의 윗 표피조직쪽에 책상조직이, 아래쪽에 해면조직이 있는 이유는 무엇인가?

(3) 기공이 없거나 계속 열려 있으면 어떻게 될까?

(4) 기공이 열리고 닫히는 원리는 무엇인가?

(5) 쌍떡잎 식물과 외떡잎식물의 줄기 형태의 근본적인 차이는 무엇이며, 왜 이런 차이가 생기는가?

(6) 일반적으로 외떡잎 식물이 크게 자라진 않는 것과 줄기의 내부 형태와 어떤 연관성이 있는가?

(7) 쌍떡잎식물과 외떡잎식물의 뿌리 구조의 차이점은 무엇인가?

(8) 뿌리에서 세포분열이 왕성한 곳은 어디인가?

(9) 뿌리에서 세포의 분열, 신장 및 분화가 일어나는 곳은 어디인가?