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1. 문제인식
☞ 며칠 전에 화분에 물을 주었다. 그런데 그 다음날 많은 양의 물이 없었다. 우리는 이렇게 물이 사라진 것을 증산작용이라고 배웠다. 그러나 책을 통해 눈으로만 보아왔지 실제로 실험을 한 적이 없었기 때문에 이번 기회를 이용하여 증산작용이 어떠한 원리로 일어나는지 알아보기로 하였다.
2. 가설설정
☞ 1) 물은 뿌리로 흡수되어 물관을 통해 잎으로 전달된다.
2) 증산작용은 낮에 잘 일어난다.
3) 증산작용은 기공의 개폐로 일어난다.
3. 탐구 설계
☞ 1) 준비물 : 병, 식물, 풍선
2) 실험 개요
실험 1> 같은 크기의 병 속에 같은 양의 물을 넣는다. 한쪽 병에는 잎의 수를 적게 한 식물(A병)을 넣고, 다른 한쪽에는 보다 많은 잎을 가진 식물을 넣는다 (B병). 그 다음에 햇빛이 잘 드는 곳에 놓는다.
- 통제 변인 : 병의 크기와 물의 양
- 조작 변인 : 잎의 수
실험 2> 같은 크기의 병 속에 같은 양의 물을 넣는다. 두 개의 병 속에 같은 잎의 수를 가진 식물을 넣고(C병), 하나의 병은 빛이 잘 드는 곳에 다른 하나는 음지에 놓는다(D병)
- 통제 변인 : 병의 크기와 물의 양
- 조작 변인 : 병을 놓아두는 위치
실험 3> 기공의 개폐원리를 간단한 실험으로 알아본다. 길다란 풍선 2개를 준비하 여 각각의 한가운데에 풍선의 반쯤되는 길이의 셀로판 테이프를 붙인다. 다음에 테이프를 붙인 부분을 서로 마주보게 하여 합쳐서 풍선의 위와 아 래를 가볍게 묶는다.
4. 탐구 수행 및 자료 해석
☞ 실험 1에서 B에 있던 물이 A에 있던 물보다 많이 줄은 것으로…(생략)
보아 잎에서 물이 증 발됨을 알 수가 있다. 이 사실은 굳이 실험을 하지 않아도 익히 알고 있던 것이지만, 이번 실험을 통하여 보다 확실히 체험을 할 수가 있었다. 이 증산작용은 또한 잎의 기공에서 일어난다는 것도 알고 있다. 그렇다면 과연 증산작용은 어떠한 조건에서 잘 일어나는 것일까? 실험2에서 우리는 빛의 양이 많은 곳에 놓아두었던 C병에서 D병보 다 많은 양의 물이 증발된 것으로 보아 증산작용은 빛의 양이 많은 곳에서 보다 활 발히 일어남을 알 수가 있었다. 그러므로 잎에 있는 기공은 빛의 양이 많은 곳에서 잘 열린다는 것인데, 왜 그런지 실험3에서 알 수 있었다. 풍선에 공기가 들어 있지 않을 때에는 두 풍선 사이가 조금밖에 벌어져 있지 않았다. 그러나, 풍선에 공기를 불어넣어 부풀게 하면 풍선과 풍선 사이가 벌어졌다. 이것은 풍선이 부풀 때 테이프를 붙인 곳은 늘어나지 않고 바깥쪽만 늘어난다. 그러면 우리가 가장 재미있어 하는 생물시간에 보았던, 기공의 열려있는 모습과 비슷한 모양이 된다. 이로써, 공변세포도 안쪽 세포벽은 잘 늘어나지 않게 되어 있음을 알 수 있다. 즉 풍선에 테이프를 붙인 것과 똑같은 작용을 하는 것이다. 실험2에서 기공은 빛이 쬐면 열리고 밤이 되면 닫힌다는 사실을 알았다. 잎에 빛이 닿으면 공변 세포 속에서 광합성이 왕성하게 일어나 녹말이 생긴다. 이 녹말은 물에 녹을 수 있는 포도당으로 바뀌어 공변 세포의 세포액 농도를 높인다. 그러면 물을 빨아들이는 양이 많아지게 되므로 세포벽이 얇은 바깥쪽은 잘 늘어나고 두꺼운 쪽은 덜 늘어 나기 때문에 공변 세포가 활모양 으로 휘어 기공이 열린다. 반대로 밤에는 공변 세포의 수분이 줄어들면서 세포가 원래의 상태로 돌아가므로 기공이 닫힌다.
5. 결론 도출
☞ 하루에 잎에서 증산되는 물의 양은 상상 이외로 많다. 어떤 식물에서는 하룻동안에 최고 5L의 물이 증산된다고 하니 실로 엄청난 양이다. 그러나, 이러한 증산작용도 환 경적 요인에 따라서 정도가 다르다는 것도 알 수 있었다. 이번 실험 결과를 요약하 면 다음과 같다.
① 잎의 수가 많을수록 증산 작용이 활발하게 일어난다.
② 잎의 수가 많을수록 증산 작용이 활발하므로 뿌리에서 흡수하는 물의 양도 많다.
③ 잎의 뒷면에 많이 있는 작은 공기 구멍을 기공이라 하며, 우리는 그 기공을 아주 재 미있는 생물시간에 현미경으로 관찰했다. 그 공기 구멍은 주변 환경에 따라 열렸다 닫혔다 한다.
④ 기공은 빛의 양에 따라서 열렸다 닫혔다 하며, 그 개폐원리는 풍선실험의 결과와 같 다.
⑤ 잎의 표면에 있는 공변세포는 안쪽벽은 두껍고, 반대로 바깥쪽 벽은 얇기 때문에 공 변세포속 물의 농도에 따라서 기공이 열린다.
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