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1 중 학 교 생 물 1

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3 머리글 우리나라에 영재교육이 본격적으로 도입되어 시행된 것은 채 10년도 되지 않는다. 그 동안 우리 는 영재교육의 양적 확대에 주력해왔고, 이제는 어느 정도 정착 단계에 도달한 것으로 보인다. 그 러나 영재교육의 완전한 정착까지는 해결해야할 수많은 난제들이 남아있다. 그 중에 하나는 우리 가 과연 제대로 영재교육을 하고 있는가? 에 대한 해답을 찾는 것이다. 작금의 현실은 영재교육을 수월성교육 강화의 한 방편으로 인식하는 경향이 있다. 또한 다소 과열된 영재교육 열기도 여러 가지로 부담이 되고 있다. 영재교육에 대한 시대적 요구를 충족시키면서도 영재교육 본래의 취지 와 목적을 잘 지켜나가는 것이 매우 중요한 시점이다. 영재교수 학습자료 표준화 사업은 서울특별시교육청의 제2차('08-'12) 영재교육 발전계획( ) 에 따라 서울영재교육의 질적 수준을 향상시키고자 기획되었다. 현재까지 국가 수준의 영재교육 과정은 개발되지 않고 있다. 그러다보니 영재교육은 지역마다, 운영기관마다, 담당교원마다 얼마 간씩 편차를 지닌 채 운영되어 왔고, 일부의 경우 심각한 수준의 오류로 확대되기도 하였다. 이에 서울특별시교육청은 영재교육의 지역별, 운영기관별, 담당교원별 격차를 최소화하기 위하여 가이 드라인 성격의 표준화자료를 개발 보급하기로 하였다. 사업의 개요는 다음과 같다. 구분 내용 개발영역 수학, 과학 대상학년 초4~6, 중1~3 표준화자료 13종 개발자료 초4수학, 초5수학, 초6수학, 초4과학, 초5과학, 초6과학 중1수학, 중2수학, 중3수학, 중물리, 중화학, 중생물, 중지구 개발기간 ~12. 개발인원 총 51명(교장 1명, 교수 4명, 교감 4명, 교사 14팀 42명) 2005~2007 적용 영재교수 학습자료를 기초로 함 단위학교 영재교육과정 편성을 위한 최소한의 가이드라인 제시 - 필수 요목 개발방침 또는 최소 이수 기준 제시 책자 및 CD로 제작 보급하고 홈페이지에 탑재 2009년 이후 정보과학, 음악, 미술, 문예창작 추가 개발 3

4 본 사업은 다음의 3단계 순으로 진행되었다. [1단계 : 기초자료 수집 및 정리] 2005년부터 2007년까지 서울시교육청 산하 각 영재교육기관에서 적용된 모든 수학, 과학 영재교 수 학습자료를 수집 정리 분류하였다. 1단계에서 정리된 모든 기초 자료는 데이터베이스화하여 차후 구축될 영재교육 전용 홈페이지에 탑재할 예정이다. 기초자료 : 3,351파일(8G) [2단계 : 표준화자료 선정] 1단계의 기초 자료를 검토 평가하여 필수요목 또는 최저이수기준의 성격을 갖는 표준화 자료 를 선정하고, 이를 CD로 제작하여 각급 영재교육기관에 책자와 함께 보급한다. CD(표준화자료)는 한글파일로 제공되어 담당교원들이 자유롭게 재구성하여 사용할 수 있도록 하였다. 표준화자료 : 1,330파일(2G) [3단계 : 배부용 책자 제작] 표준화자료 중 핵심적인 주제들만 골라 400쪽 내외의 책자로 제작한다. 사업결과를 요약하면 다음과 같다. 초 수학 초 과학 중 수학 구분 1단계 전체자료수 2단계 표준화자료수 3단계 책자용자료수 제작부수 (CD 포함) 초4 수학 부 초5 수학 부 초6 수학 부 초4 과학 부 초5 과학 부 초6 과학 부 중1 수학 부 중2 수학 부 중3 수학 부 중 물리 부 중 과학 중 화학 부 중 생물 부 중 지구과학 부 계 3,351 1, ,380부 활용 D-base구축 CD로 보급 책자로 보급 자료원 : 한국교육개발원, 서울특별시교육과학연구원(현 과학전시관), 서울과학고, 한성과학고, 서울대학교수학영재센터, 11개 지역교육청 영재교육원 등 4

5 본 사업을 지도 심의한 몇 몇 전문가들의 의견은 다음과 같은데 앞으로 영재 교수 학습자료 개 발과 관련한 많은 시사점을 주고 있다. 영재를 가르치는 핵심적인 방법은 속진학습과 심화학습인데 우리나라처럼 사교육에서 속진학 습이 광범위하게 이루어지는 다른 나라는 없다고 본다. 그러므로 공교육에서는 심화학습에 보다 중심을 두어야 하는데 현실은 그렇지 못하다. 전 세계적으로도 의미 있는 심화 영재학습 자료를 찾기는 쉽지 않다. 이러한 상황에서 현장교사가 자료를 직접 만들어 적용한다는 것은 매우 어려운 일이다. 우리나라 영재교육이 도약하기 위해서는 특별히 전문가집단(내용전공+영재전공)과 뛰어 난 영재교사집단으로 구성된 영재교재개발 연구진을 만들어 장기간에 걸쳐 지속적으로 우수한 자 료를 개발 보급하는 것이 중요하다. 영재교재 개발에 있어서 단편적인 내용 중심으로 교재를 구 성하는 것 보다는 활동 중심의 수업 모듈 형식으로 구성하는 것이 잠재된 영재성을 계발하는데 보다 효율적이다. 창의성 계발을 위한 별도의 교재 개발도 고려되어야 한다. 또한 교재의 주제와 내용을 첨단과학기술과 연계시킴으로써 영재학생들의 호기심과 동기를 자극하는 것이 필요하며, NT, BT, ET 등 첨단과학기술들을 학생 수준에 맞도록 재구성하는 작업이 시급하다. 또한 현장 중 심적인 영재수업자료 개발 및 영재수업방법 개선을 촉진하는 방안도 적극 검토하여야 한다. 현재 적용되고 있는 대부분의 자료들은 영재교육 도입기에 한국교육개발원 및 서울특별시교육 과학연구원이 개발 보급했던 자료들을 기반으로 재구성된 것들이고, 새롭게 창의적으로 개발된 것은 의외로 매우 적은 편이었다. 그러나 이번 영재교수 학습자료 표준화 사업을 통하여 우리 영 재교수 학습자료의 실제 현황을 점검해 보고, 앞으로 개선해야할 것들을 확인한 것은 매우 값진 일이다. 아무쪼록 이번에 정리한 표준화 자료들이 서울 영재교육의 질적 수준을 관리하는데 기여 할 수 있기를 바라며, 마지막으로 표준화자료 는 교과서 또는 지침 이 아님을 강조하며 자칫 영 재교육이 규격화 되지 않도록 영재담당교원들이 창의성을 발휘할 것을 당부하고자 한다 서울특별시과학전시관 영재교육지원센터 5

6 차 례 중학교 1학년 생물 Ⅰ. 생물의 구성 1. 현미경의 원리를 익혀서 간이 현미경 만들기 세포는 어떤 모습? (세포의 다양한 구조와 기능) 짚신벌레와 함께 하는 현미경 여행 29 Ⅱ. 소화와 순환 4. 침이라고 다 같은 침일까? 소화 효소의 작용 이해 (식혜, 파인애플, 배...) 소화제는 어떻게 소화를 도울까? 어떤 음료에 비타민C가 많을까? 우리는 신약개발팀 내 몸은 청신호인가 적신호인가. 68 Ⅲ. 호흡과 배설 10. 개구리와 고양이 폐의 표면적 구하기 뛸수록 가빠지는 호흡!(사람의 호흡) 음식물 속 에너지 폐와 호흡의 과학 - 이론, 공작 및 관찰 95 Ⅳ. 해부 14. X-파일의 정체는? 동물의 내장 기관 관찰 112 중학교 2학년 생물 Ⅰ. 식물의 구조와 기능 1. 뿌리에서 물을 흡수하는 원리는? 식물에서의 물의 이동 원리 증산작용 잎의 구조와 기능 빛에너지와 생물 광합성 영향 요인 호흡과 광합성 소나무과 식물의 분류 세포막을 통한 물질 출입(삼투) 꽃과 열매 196 6

7 차 례 Ⅱ. 동물의 구조와 기능 11. 소 눈의 해부 뇌는 2가지 일을 동시에 할 수 있을까? 우리 몸의 감각기 커피를 마시면 잠이 오지 않을까? 어떤 환자의 오줌일까? 호르몬과 항상성 237 중학교 3학년 생물 Ⅰ. 생식과 발생 1. 곰팡이의 생활환경과 미세구조 관찰 꽃가루관의 발아 세포는 왜 분열할까? 상동염색체와 세포분열 지문과 혈흔을 찾아라! 정자와 난자가 만들어지기까지 인공수정, 함께 생각해 봅시다. 279 Ⅱ. 유전과 진화 8. 멘델유전Ⅰ-콩 심은데 콩 나고, 팥 심은데 팥 난다 멘델유전Ⅱ- 우성형질과 열성형질 멘델유전Ⅲ- 멘델의 유전법칙 혈액형 판정과 혈구의 관찰 왓슨과 크릭의 DNA 자신을 알자 - 신체정보를 통한 관찰, 분류, 추론, 예측 및 일반화 인류 유전학 초파리의 배양 및 생활사, 돌연변이의 관찰 초파리의 유전 - 염색체와 유전자 그리고 형질유전 349 Ⅲ. 환경 17. 환경오염에 의한 질병 흙 속 미생물의 배양과 관찰 362 부록 - 표준화자료 목록 371 7

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9 중학교 1학년 생 물 Ⅰ. 생물의 구성 Ⅱ. 소화와 순환 Ⅲ. 호흡과 배설 Ⅳ. 해부

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11 1. 현미경의 원리를 익혀서 간이 현미경 만들기 주제 현미경의 원리를 익혀서 간이 현미경 만들기 목표 1. 어항을 이용하여 돋보기의 초점 거리를 구할 수 있다. 2. 현미경 작동을 통해 그 구조와 기능을 알 수 있다. 3. 간이 현미경 제작을 통해 현미경의 원리를 알 수 있다. 준비물 1. 기구와 재료 1인 당: 현미경 1대, 돋보기(직경 9cm 내외) 1개, 돋보기(직경 6cm 내외) 1개, 마분지(대략 27 40cm) 장, 가위 1개 4인 1조 당: 어항 1개, 랜턴(건전지 入 ) 1개, 긴 자(1m)1개 또는 줄자(1~3m) 1개, 칼 1개, 셀로 판테이프 1개 1학급 당: 영구프레파라트 1세트, 슬라이드 글라스 2통, 커버글라스 3통, 크리넥스 티슈 1통, 수돗물 나오는 교실, 안막 커튼이 설치된 어두운 교실 2. 기타 재료 :머리카락, 작은 글자(레이져 프린터로 출력한 1~2포인트 짜리의 받침이 없는 단순 한 외글자) 활동안내 1. 현미경이란? 사람의 눈으로 관찰이 불가능한 미세한 물질을 광학 렌즈와 적당한 빛을 이용하여 표본을 자신이 원하는 크기로 확대시켜 주는 것 2. 현미경은 고가의 장비이므로 현미경을 다룰 때에는 무리한 힘을 가하지 말고, 부드럽게 작동시 중학교 1학년 생물 11

12 키며, 이동, 운반 시에는 각별히 주의한다. 3. 현미경은 작은 물체를 크게 확대하여 관찰하는 기구이므로 볼 수 있는 면적이 무척 적다. 그러 므로 성급하게 욕심내어 처음부터 고배율로 관찰하지 않는 것이 좋다. 4. 현미경은 고배율로 올라갈수록 광량이 부족해지므로 조명의 양을 적절히 조절하는 것이 좋으 나 태양 직사광선은 가급적 피하는 것이 좋다. 5. 현미경이 물체를 확대하는 원리: 현미경의 내부에는 접안렌즈와 대물렌즈가 있다. 이 볼록한 렌 즈는 빛의 굴절을 유도하여 물체를 확대하여 보여준다. 광학현미경은 그런 렌즈들이 2개 혹은 여러 개 조합되어, 수백~수천 배 정도 물체를 확대해 볼 수 있다. 전자현미경은 수만 배 이상 도 확대가 가능하다. 학습활동 1. 눈 모형 만들어 초점 거리 알아보기 (1) 마분지(종이)를 반으로 접어 아래 그림처럼 상하좌우가 구별되도록 모형을 그린다. (2) 그려진 모형대로 마분지를 오려낸다. (3) 마분지를 어항의 구부(중심부) 높이와 같게 셀로판테이프로 고정시킨다. (4) 어항에 약 70~80% 가량의 물을 담는다. (5) 어항 바깥 쪽에 약간을 물을 바른 후 아래 그림처럼 화장지를 붙인다. (6) 종이(마분지) 앞에서 어항 쪽으로 손전등을 비추면서 그 사이에 돋보기로 빛을 모아 어항에 상이 또렷하게 맺히도록 하여보자. 12 영재교수 학습표준화자료

13 (7) 돋보기를 손전등 쪽으로 움직여 상이 어떻게 변하는지 관찰하여 보자. (8) 돋보기를 어항 쪽으로 움직여 상이 어떻게 변하는지 관찰하여 보자. (9) 종이 모형을 옮기면서 정확한 상이 맺히도록 렌즈의 거리를 조절하여 보자. (10) 또렷한 상이 맺히면 종이에서 돋보기까지의 거리와 돋보기에서 화장지까지의 거리를 재 보자. 각각의 거리는 어떻게 다른가? 중학교 1학년 생물 13

14 2. 광학 현미경의 종류 (1) 경통식 이동식 현미경: 접안렌즈와 대물렌즈가 부착된 경통이 상하로 움직여 초점을 맞추 는 방식으로, 물체의 상이 상하좌우 모두 반대로 바뀌어 보임 (2) 재물대 이동식 현미경: 경통이 고정된 상태에서 재물대가 상하로 움직여지면서 상을 맞추 는 방식으로, 물체의 상이 좌우만 반대로 바뀌어 보임 3. 현미경 다룰 때 주의 사항 (1) 현미경은 평평하고 바닥에 진동이 없는 곳에서 사용하는 것이 좋다. (2) 현미경을 옮길 때에는 광학계에 충격이 가지 않도록 한손으로는 지지 손잡이 (Arm)을 잡고 한손은 현미경 바닥을 받치고 옮긴다. (3) 사용 후 대물렌즈를 저배율로 돌려놓는 것을 잊지 않는다. (4) 사용 후 먼지가 쌓이지 않도록 사용 후 대안렌즈 및 현미경 전체를 덮을 수 있는 비닐이나 헝겊 등으로 덮어 놓는다. (5) 현미경의 생명은 렌즈 이므로 대안렌즈 및 대물렌즈에 흠집이 나지 않도록 늘 주의를 기울 이며 사용하고 정기적으로 세척을 한다. 세척을 할 때에는 렌즈 전용 세정제를 면봉에 뭍혀 서 렌즈를 부드럽게 닦는다. 렌즈 전용 세정제를 사용하는 것이 좋으나 없을 경우에는 일반 소독용 알코올을 사용해도 무방하다. (6) 대물렌즈의 초점이 맞지 않은 상태에서 대물렌즈를 고배율로 돌리면 대물렌즈가 스테이지 에 부딪칠 염려가 있으므로 조심해야 한다. 가령 WD (작동거리:Working Distance)가 긴 대물 렌즈의 경우 큰 상관이 없으나 WD가 짧은 대물렌즈의 경우 부딪힐 가능성이 아주 높으므 로 초보자가 현미경을 다룰 때 가장 조심해야 하는 부분이다. 렌즈는 대게 코팅막이 씌워져 있으므로 코팅막이 벗겨질 경우 렌즈의 성능이 급속히 나빠지며 상도 뚜렷하게 관찰할 수 없다. 4. 상 찾기와 초점 맞추기 14 영재교수 학습표준화자료

15 5. 초점을 맞추기 힘들 때 간단하게 맞추는 방법 초보자의 경우 저배율에서 스테이지를 위아래로 아무리 움직여도 초점을 맞추기 힘들 때가 있 는데 이때에는 우선 반사경을 조절하여 시야가 제대로 확보 되어있는지 확인하고 시야를 확보한 후 가장 배율이 높은 대물렌즈를 시료와 최대한 가깝게 놓고 다시 저배율의 대물렌즈로 돌려놓는 다. 그 다음 저배율 렌즈에서 스테이지를 조금씩 내려가면서 시료를 찾아가면 쉽게 찾을 수 있다. 6. 현미경을 다루는 방법 (1) 광량 조절 : 빛이 충분히 들어오도록 접안렌즈와 대물렌즈 조리개, 반사경을 일직선으로 맞 춘다. (직사광선은 시력을 떨어뜨릴 수 있으므로 주의한다.) [그림 1] 광량 조절 거리조절 상 찾기 중학교 1학년 생물 15

16 (2) 대물렌즈와 재물대 사이의 거리 조절: 대물렌즈가 재물대 위에 있는 프레파라트에 닿을락 말락하게 거리를 조절한다. (3) 조동나사로 대물렌즈와 재물대 사이의 거리를 멀리 떼면서 상을 찾는다. (4) 대물렌즈와 재물대 사이의 거리를 최대로 멀리하였는데도 상을 찾지 못하였으면 나)~다) 과정을 반복하여 물체의 상을 찾는다. (5) 상을 찾았으면 미동나사로 상의 초점을 맞춘다. 7. 현미경 만들기 (1) 직경 15cm의 둥근 마분지의 가운데를 큰 렌즈보다 약간 작게 둥글게 오려낸 후 가운데에 큰 렌즈의 주위를 고정시킨다. (2) 가로 45cm, 세로 30cm의 마분지를 둥글게 말아 경통을 만든 다음, 큰 렌즈를 붙인 둥근 종 이를 끝 쪽에 부착한다. (3) 직경 15cm의 둥근 마분지의 가운데를 작은 렌즈보다 약간 작게 오려낸 후 가운데에 작은 렌즈의 주위를 고정시킨다. (4) 가로 45cm, 세로 30cm의 마분지를 나와 같은 직경으로 둥글게 말아 경통을 만든 다음, 작은 렌즈를 붙인 둥근 종이를 끝 쪽에 부착한다. (5) 두 개의 경통을 서로 끼워서 거리를 조절할 수 있도록 움직여 본다. (6) 내가 만든 현미경으로 물체를 직접 관찰하여 본다. 가. 대물 렌즈로 쓸 볼록 렌 즈 부착하기 나. 바깥 통에 렌즈 부착하기 다. 바깥 통에 맞추어 안쪽 통 만들기 바. 바깥 통에 안쪽 통 끼워 서 움직여 보기 마. 접안 렌즈 부착하기 라. 안쪽 통에 붙일 접 안 렌즈 원통 만들기 16 영재교수 학습표준화자료

17 생각 모으기 1. 현미경은 물체를 어떻게 확대하여 보여주는 것일까? (1) (2) (3) 2. 내가 만든 현미경과 실제 현미경은 어떻게 다를까? (1) (2) (3) 3. 현미경의 배율은 어떻게 결정되는 것일까? 4. 현미경은 어떤 곳에 유용하게 사용될 수 있을까? (1) (2) (3) 5. 현미경을 다룰 때 주의 사항은 무엇일까? (1) (2) (3) 6. 접안 렌즈와 대물 렌즈의 역할은 무엇일까? (1) 접안 렌즈: (2) 대물 렌즈: 참고사항 1. 서울특별시과학전시관( 2008년 2월 새롭게 주사전자현미경(SEM)을 도입하였다. 앞으로 교사 직무연수나 학생 교육활동에 활용할 계획이라하니 많은 분들이 관심 을 가지고 적극 활용하길 바란다. 전자현미경은 광학현미경에서 사용하고 있는 가시광선 대신 중학교 1학년 생물 17

18 전자선을 이용하고 유리 렌즈 대신에 전자렌즈를 사용하여 물체의 확대상을 만드는 장치이다. 확대율과 해상력이 좋아 세포조직 및 미세구조를 관찰할 수 있다. (1) 주사 전자 현미경(SEM, Scanning Electron Microscope): 표본의 표면을 금속으로 피막을 입힌 후 전자를 주사(Scanning)하여 관찰하는 현미경이다. 따라서 SEM의 상은 입체적인 상, 즉 3 차원 상이다. 2. 투과 전자 현미경(TEM, Transmission Electron Microscope): 표본을 투과한 전자선의 산란으로 생기는 희고 검은 화상(흑백 이미지)을 그려내는 장치를 말한다. 따라서 TEM의 상은 입체적인 상이 아니 고 평면상 또는 단면상으로 2차원의 상이다. (참고: 한국세포형태연구소: 3. 현미경은 1590년경 안경 제조자인 네덜란드의 얀센 부자에 의하여 최초로 개발되었다. 그 후 많 은 과학자들은 직접 현미경을 만들어서 여러 가지 사물을 관찰하였다. 1665년 영국의 로버트 훅 은 자신이 만든 현미경으로 코르크 조각을 관찰하다가 벌집 모양의 작은 방들로 되어 있다는 것을 발견하고, 이것을 세포(cell)라고 하였다. 20세기에는 수십만 배까지도 관찰이 가능한 전자 현미경이 개발되었다. 전자 현미경을 이용하면 세포 속의 미세 구조나 세균 또는 바이러스같이 아주 작은 생물들의 모습도 자세히 관찰할 수 있다. 현미경의 발달은 우리가 맨눈으로 볼 수 없 었던 여러 가지 사물들의 미세 구조를 들여다 볼 수 있게 해주는 등, 우리 생활에 여러 가지로 긍정적인 영향을 미치고 있다. 4. 전자 현미경 관찰 사진 (1) 여러 가지 생물들의 미세 구조 옥수수 뿌리 위 내벽 사진 18 영재교수 학습표준화자료

19 적혈구와 백혈구 사람의 염색체 (2) 전자 현미경으로 관찰한 집파리의 입 구조 집파리의 입 ( 100) 집파리의 입 ( 250) 집파리의 입 ( 500) 집파리의 입 ( 1,000) 중학교 1학년 생물 19

20 (3) 전자 현미경으로 관찰한 거미의 몸 20 거미의 얼굴 ( 50) 거미의 얼굴 ( 100) 거미의 눈 ( 500) 거미의 눈 ( 2,000) 거미의 등 ( 1,000) 거미의 등 ( 5,000) 영재교수 학습표준화자료

21 5. 과학 공부에 도움이 되는 Site (1) 인터넷 과학신문 - 사이언스 타임즈 (2) 전자신문 과학뉴스 (3) 과학종합미디어 - 동아 사이언스 (4) 인터넷 속의 과학천국 사이언스 올 - (5) 과학교육연구소 - (6) 인터넷 학습자료실 중학교 과학 - (7) 국립중앙과학관 - (8) 특허청 발명 꿈나무 - (9) 사이언스 뷰 - (10) 김귀종의 과학교실 - (11) 창의력 교실 - (12) 이강원의 과학나라 - (13) 과학실험 사이버 실험실 - (14) 더불어 생각하는 과학교실 - 중학교 1학년 생물 21

22 2. 세포는 어떤 모습? (세포의 다양한 구조와 기능) 주제 세포는 어떤 모습?(세포의 다양한 구조와 기능) 목표 1. 현미경의 사용법을 알 수 있다. 2. 관찰과 객관적인 기록을 할 수 있다. 3. 세포의 다양한 구조를 알 수 있다. 4. 세포의 다양한 기능을 알 수 있다. 준비물 현미경, 슬라이드 글라스, 커버글라스, 쇠고기 조각, 닭 뼈, 식초에 담았던 닭 뼈, 물, 메틸렌블루, 요오드-요오드화칼륨 용액, 커터칼, 해부침, 점적병, 핀셋, 거름종이, 시금치, 송화가루, 민들레, 양 파, 면봉, 여러 종류의 영구 프레파라트 탐구활동 1. 시금치 관찰하기 (1) 시금치 외형을 상세히 관찰한다. (2) 잎의 뒷면의 표피를 벗겨서 프레파라트를 만들어 400배로 자세히 관찰한다. 2. 꽃가루 관찰하기 (1) 송화가루(화분)를 현미경으로 100배에서 400배로 확대하여 자세히 관찰한다. (2) 민들레 꽃가루를 현미경으로 100배에서 400배로 확대하여 자세히 관찰한다. 22 영재교수 학습표준화자료

23 3. 양파세포와 입안 상피세포 관찰하기 (1) 양파 표피를 5mm 정도가 되게 면도칼을 자른 후 핀셋으로 표피를 벗겨 낸다. (2) 벗겨 낸 표피를 슬라이드 글라스 위에 잘 편 후 요오드-요오드화칼륨용액으로 염색한 후 커버글라스를 덮어 현미경으로 100배에서 400배로 확대하여 자세히 관찰한다. (3) 잎 안을 면봉으로 문지른 후 슬라이드글라스에 펴 발라 메틸렌블루 용액을 한 방울 떨어뜨 려 현미경으로 100배에서 400배로 확대하여 자세히 관찰한다. 4. 쇠고기의 근육조직 관찰하기 (1) 작은 쇠고기 조각을 슬라이드글라스 위에 올려놓는다. (2) 물 한 방울을 떨어뜨린 후 해부침으로 잘게 찢는다. (3) 몇 조각의 근섬유를 다른 슬라이드글라스에 옮기고 메틸렌블루로 염색한 후 3분 후 현미경 으로 100배에서 400배로 확대하여 자세히 관찰한다. 5. 닭 뼈 관찰하기 (1) 2개의 닭다리 뼈를 각각 서로 다른 병에 넣고 하나는 식초를 다른 하나는 물을 담아 닭다리 뼈가 잠기도록 한다. (2) 5일이 지난 후 각 병 속에 있는 닭다리 뼈를 꺼낸 후 물로 씻는다. (3) 각각의 뼈를 커터로 자른 후 내부의 모습을 관찰한다. 6. 그 밖의 영구프레파라트 관찰 (1) 양파의 체세포 분열, 잎과 줄기의 구조, 혈구, 곰팡이, 간의 영구 프레파라트 관찰 및 정리 1. 시금치 관찰 및 정리 잎 관찰 및 정리(그림) 잎의 뒷면 표피 관찰 및 정리 2. 화분 관찰 및 비교 정리 민들레 꽃가루 관찰 및 정리(그림) 송화가루 관찰 및 정리(그림) 400배 400배 중학교 1학년 생물 23

24 3. 식물세포와 동물세포 비교 양파표피세포 관찰 및 정리(그림) 입 안 상피세포 관찰 및 정리(그림) 100배 400배 4. 쇠고기 근육조직 관찰 및 정리 쇠고기근육조직 관찰 및 정리(그림) 5. 닭 뼈 관찰 및 정리 닭 뼈 관찰 및 정리(그림) 식초에 담근 닭 뼈 관찰 및 정리(그림) 6. 그 밖의 영구 프레파라트 관찰 프레파라트의 종류 관찰 및 정리 생각 넓히기 1. 뼈는 어떤 것들로 이루어져 있을까? 그렇게 생각한 이유는 무엇인가? 2. 뼈의 기능에는 어떤 것들이 있을까? 3. 새의 뼈가 날기에 좋은 점은 무엇인가? 24 영재교수 학습표준화자료

25 4. 세포의 각 기능에 맞추어 구조가 다양하게 발달한 것을 볼 수 있을 것이다. 관찰한 각 세포의 구조가 어떤 기능을 수행하기에 좋은 구조인지를 설명하여라. 심화활동 1. 현미경 (1) 현미경 특징 1 현미경의 배율=대물렌즈 배율 접안렌즈 배율 2 작동거리:초점이 맞은 상태에서 프레파라트와 대물렌 즈 사이의 거리, 배율이 낮을수록 작동거리가 길다. 3 시야의 면적:배율이 n배 증가하면 시야의 넓이는 1/n 2 으로 감소한다. (2) 현미경의 종류 1 광학현미경 : 재물대이동식,경통이동식 2 해부현미경 : 물체를 직접 재물대 위에 올려놓고 반사 되는 빛을 보는 것으로 배율의 범위는 보통10-60배이다. 3 전자현미경 : 광선 대신 전자선을 이용하며 렌즈 대신 전자석을 이용한 전자접속장치(전자렌즈)를 이용한다. 수십만배까지 확대할 수 있어서 세포 소기관을 관찰하 기에 좋다. 1030년대에 독일의 루스카에 의해서 처음 만들어졌으며 사진 촬영해서 관찰 한다. 2. 척추동물의 조직 (1) 상피조직 : 내부이건 외부이건 생물의 표면을 이루는 부분으로 피부, 입, 비강, 기관지, 생식 계의 관, 창자 등이 있다. 중학교 1학년 생물 25

26 (2) 결합조직 : 비세포성 물질인 결합조직기질을 만들어 내는 세포로 이루어져 있으며 뼈, 연골, 인대, 힘줄, 혈액 등이 있다. 결합조직의 주성분은 콜라겐으로 몸 전체 단백질의 1/3에 해당하는 섬유성 단백질로 풀과 같은 역할을 하고 질긴 구조를 형성하고 눈의 각막, 힘줄, 인대 그리고 뼈의 중요한 구성 요소이다. 힘줄(건) :근육을 뼈에 연결시키는 구조물로 뼈나 연골에 부착되는 곳에서는 건섬유의 일 부는 골막에 부착하고 일부는 골막을 뚫고 골질 또는 연골질 속에 들어가 있다. 건 자체는 매우 단단하여 끊어지는 일은 없으나 너무 강하게 당기면 건과 뼈 사이가 벗겨지는 수가 있으며 이러한 건의 박리 현상은 아킬레스건에서 자주 일어난다. 인대 : 뼈와 뼈를 연결하여 관절의 안정성을 유지하는 구조물로 여러 힘을 견딜 수 있어야 하기 때문에 섬유조직들이 평행으로 배열하여 매우 밀집된 구조를 지닌다. 특히 손목과 발 목, 무릎, 어깨 그리고 팔꿈치 관절 주위에 인대가 붙어 있다. 그 생김새가 반창고처럼 납 작하거나 신발 끈처럼 긴 인대는 목뼈와 척주를 단단히 고정하는 역할을 한다. 뼈 : 전형적으로 팔다리를 이루는 긴 뼈는 골막이라고 하는 결합조직의 얇은 막으로 둘러 싸여 있고, 해면골(spongybone)과 치밀골(compact bone)로 되어 있다. 해면골은 구멍이 많이 나 있으며 딱딱한 뼈가 마치 거미줄같이 얽혀 있고 그 사이의 공간은 부드러운 조직으로 채워져 있다. 해면골은 긴 뼈의 양쪽 끝에 있는 팽배된 부위로, 특히 갈비뼈, 가슴뼈, 척추, 골반뼈 등에는 적혈구 세포의 생산 장소인 적색골수(red marrow)가 들어 있다. 치밀골은 긴 뼈의 원통형 부분을 구성하며 두텁고 조밀하다. 그 안에는 황색골수(yellow marrow)가 있는 데, 이는 지방질로 되어 있다. 어린 척추동물의 적색골수는 성체가 되면서 황색골수에 의 해 대체된다. 치밀골은 흡사 돌과 같은 모습을 하고 있지만 분명히 살아 있는 조직으로서 신경세포나 혈관뿐 아니라 활발하게 대사 활동을 하는 수많은 경골세포를 포함하고 있다. 그러나 뼈의 대부분은 콜라겐 기질 안에 들어 있는 딱딱한 인산칼슘으로 되어 있다. 현미 경 아래에서 치밀골을 보면 해버스골공동계 또는 골단위라 불리는 복잡한 구조가 반복되 26 영재교수 학습표준화자료

27 는 것을 볼 수 있다. 각 해버스골공동계에는 혈관과 신경이 들어 있는 중심관이 있고, 이것 의 주변에는 석회질화된 뼈로 이루어진 동심원인 라멜라가 여러 층으로 배열되어 있는데 이 골층판은 골세포를 포함하고 있다. 뼈세포는 골소강내에 들어 있다. 각각의 골소강은 작은 관을 통해서 서로 연결되어 있는데, 이 작은 관을 소관계라 부른다. 골세포는 소관계 의 기다란 돌기에 의하여 다른 뼈세포와 서로 연결되는데, 이러한 돌기 중 일부는 중심관 에 도달하기 때문에 이것을 통해 세포들은 순환계와 물질교환을 할 수 있다. 골세포는 호 르몬에 의해 일어나는 칼슘농도의 조절 과정에 대단히 중요한 역할을 한다. (3) 근육조직:움직일 수 있는 부분으로 평활근, 심장근, 골격근으로 나눌 수 있다. 평활근 :불수의근 또는 내장근이라 하고 내장기관 외에 혈관벽, 눈의 홍채, 자궁 등에서 볼 수 있다. 각 세포 또는 섬유는 방추형으로 되어 있고 하나의 핵을 가지고 있다. 심장근 : 하나의 핵을 가지며 자율신경계의 영향을 받지만 골격근처럼 원통형을 하고 있고 횡문근이다. 심장근은 섬유들이 분지하여 가지를 친 형태로 존재하며 이들이 서로 연결되 어 있으므로 독특한 형태로 수축과 이완을 하는데 이것이 곧 심장박동이다. 골격근 : 골격근은 수의근 또는 횡문근으로 알려져 있다. 그것은 운동뉴런에 의해 조절되고 골격을 움직이는 근육이다. 골격근은 가지가 없고 원통형이며, 세포의 표면 바로 밑에 핵이 있고 다핵세포로 되어 있다. 섬유는 매우 길어서 때로는 수미터에 달하는 것도 있다. 골격근 섬유는 근속이라 불리는 다발로 되어 있으며 이것은 결합조직으로 싸여 있다. 근관이 모여 근육을 형성하며 혈관이 이 근관사이를 지나가면서 산소와 양분을 공급하고 노폐물을 수거 해 간다. 신경도 이 다발로 들어가 가지를 치면서 각 섬유에 도달하고 이 신경이 전하는 메 시지에 따라 섬유가 수축한다. 근섬유는 근섬유막이라 불리는 원형질막으로 싸여 있다. 운동 뉴런은 중추신경계로부터 자극을 근육에 전달하고 이것이 근육을 자극하여 수축하도록 한 다. 근섬유막 바로 밑에는 수많은 핵들과 미토콘드리아, 글리코겐 입자들이 있다. 하나의 근 원섬유를 떼어보면 미오신으로 된 미오필라멘트와 액틴으로 된 액틴 필라멘트가 있고 미오 신에 가교(미오신머리)가 가까이 있는 액틴과 결합하여 가교를 형성하고 액틴을 잡아당기므 로 액틴이 미끌어져 들어가게 된다. 따라서 근육이 수축하고 운동하게 되는 것이다. 중학교 1학년 생물 27

28 (4) 신경조직 : 정보를 전달하는 일을 담당하는 고도로 특수화된 세포들의 모임 3. 식초와 뼈 동물의 뼈는 매우 많은 양의 칼슘과 부드러운 아교 성분으로 되어 있다. 사람의 경우 지방과 단 백질과 같은 유기물 성분(고무줄처럼 질긴 성질을 갖는 콜라겐이 90% 이상)이 35%, 칼슘과 인이 주성분인 무기물이45%, 물이 20%로 구성되어 있다. 뼈를 식초에 담가 두면 인과 결합되어 있던 뼈 속의 칼슘이 물에 잘 녹는 초산칼슘이란 화합물 로 변하게 된다. 따라서 뼈를 식초에 담가두게 되면 뼈 속에 있는 칼슘이 녹아 나와 뼈에는 부드 러운 아교질이 남게 된다. 그래서 닭의 뼈가 고무처럼 말랑말랑하게 되는 것이다. 참고자료 1. 생물학(생명의 과학) -을유문화사 2. 중학교 생물 탐구(서울시 교육청) 28 영재교수 학습표준화자료

29 3. 짚신벌레와 함께 하는 현미경 여행 주제 짚신벌레와 함께 하는 현미경 여행 목표 1. 현미경의 사용목적을 알 수 있다. 2. 현미경의 구조와 사용법을 설명할 수 있다. 3. 현미경용 마이크로미터의 사용법을 알아 작은 생물의 크기를 잴 수 있다. 4. 짚신벌레를 현미경을 사용하여 관찰할 수 있다. 5. 섬모를 이용한 짚신벌레의 운동에 대하여 설명할 수 있다. 6. 맨눈으로 볼 수 없는 작은 물체의 크기를 잴 수 있다. 활동안내 짚신벌레는 짚신벌레과의 동물로 현재 9종 정도가 알려져 있으며, 그 중에서 크기가 비교적 큰 카우다툼종(Paramecium caudatum)과 크기가 작은 편인 아우렐리아종(Paramecium aurelia)이 흔히 볼 수 있다. 오늘 관찰할 짚신벌레는 카우다툼종(Paramecium caudatum)으로 세포 안에 2개의 핵을 가 지고 있다. 짚신벌레의 몸 주변에는 가느다란 털 모양의 섬모가 무수히 많이 나 있으며, 이 섬모들 이 물결치듯이 움직이며 물속을 헤엄치고 먹이를 끌어들여 식포를 형성한다. 그래서 섬모충라고 불리워진다. 준비물 짚신벌레배양액, 탈지면, 5%메틸셀룰로오스용액, 슬라이드글라스, 커버글라스, 현미경, 접안마이크 로미터, 대물마이크로미터, 거름종이, 유리막대, 스포이트, 조명장치, 핀셋 중학교 1학년 생물 29

30 학습활동 탐구 Ⅰ. 현미경과 친해지기 [탐구 과정] 1. 현미경의 구조와 부분별 사용방법과 기능을 알아본다. (1) 현미경의 렌즈와 배율의 구분과 사용 1 접안렌즈의 배율과 대물렌즈의 배율을 확인한다. 접안렌즈는 눈으로 들여다보는 렌즈이다. 대물렌즈는 프레파라트를 가까이하는 렌즈이다. 2 회전판을 사용하여 대물렌즈의 배율을 바꾸어 본다. (2) 조리개와 반사경의 구분과 사용 1 조리개는 현미경의 시야를 밝게 또는 어둡게 할 때 사용한다. 2 반사경은 주변에서 밝은 빛이 비추는 쪽으로 향하게 한다. 반사경은 빛을 공급하는 장치이다. 오목거울과 평면거울의 용도는? (3) 재물대의 구조 재물대 구멍과 조리개의 구멍 그리고 대물렌즈는 항상 수직 상태로 일치시켜 사용한다. (4) 조동나사와 미동나사의 구분과 사용 조동나사와 미동나사를 조절하여 재물대의 움직임을 알아보자. (5) 손잡이와 발의 사용 현미경을 이동시킬 때에 안전한 자세는 무엇일까요? 2. 현미경의 구조와 사용 순서를 익힌다.( 가 자 프레파라트를 이용한다. ) (1) 현미경의 배율이 가장 낮은 것으로 되게 정한다. 회전판을 사용하여 배율이 가장 낮은 대물렌즈가 재물대의 구멍에 수직되게 한다. (2) 현미경의 시야를 밝게 조절한다. 1 조리개의 사용을 익힌다. 30 영재교수 학습표준화자료

31 현재의 실내조명 환경에서 사용할 수 있는 조리개의 구멍을 선택한다. 2 반사경의 조절을 익힌다. 접안렌즈를 들여다보면서 경통 속을 들여다보고 반사경을 상하좌우로 조심스럽게 조절 하여 시야를 밝게 한다. (3) 재물대 위에 가 자 프레파라트를 올려놓는다. 프레파라트의 재료가 재물대 구멍 가운데 오게 한다. (4) 프레파라트와 대물렌즈를 최대한 가깝게 접근시킨다. 프레파라트와 대물렌즈 사이를 보면서 조동나사를 사용하여 접근 시킨다. (5) 접안렌즈를 들여다보면서 조동나사를 조절하여 초점을 맞춘다. 대략의 초점은 조동나사를 사용하고, 정확한 초점은 미동나사를 사용하여 맞춘다. (6) 시야의 상이 중앙에 오도록 프레파라트를 이동시켜 관찰하기 좋게 한다. 1 접안렌즈를 들여다보며 프레파라트를 이동시킨다. 2 상이 현미경의 시야 가운데 왔을 때 상이 흐려 뚜렷하지 않으면 미동나사로 조절하여 뚜 렷하게 한다. (7) 대물렌즈의 배율을 고배율로 변경하여 관찰한다. 고배율과 저배율로 관찰한 것의 차이를 알아보자. [탐구 결과] 1. 아래는 현미경 구조입니다. 각 구조물의 이름과 하는 일을 정리해보세요. 2. 렌즈의 배율과 렌즈의 길이 관계를 간단히 설명해보세요. 3. 재물대의 구멍이 큰 것과 작은 것들은 어떤 의미가 있는가?(어떤 현미경은 구멍이 수동카메라 의 조리개처럼 연속적으로 커졌다 작아졌다 할 수도 있다.) 중학교 1학년 생물 31

32 4. 조동나사와 미동나사를 돌릴 때 어떤 일이 일어나는가? 조동나사를 돌릴 때 : 미동나사를 돌릴 때 : 현미경관찰 시에 처음에 사용하는 나사는 어떤 것이 좋을까? 5. 저배율과 고배율의 차이를 정리해 보자. 6. 접안렌즈의 배율이 10배이고 대물렌즈의 배율은 20배인 것 을 사용하고 있다면 현재 현미경의 배율은 얼마나 되나? [토의] 1. 빛이 없으면 우리는 아무 것도 볼 수 없습니다. 여러분들이 현미경으로 관찰할 수 있는 것도 빛 때문입니다. 현미경을 통해 여러분의 눈으로 들어온 빛의 경로를 현미경구조를 생각하면서 말 해보세요.. 2. 가 라는 글자가 현미경과 맨 눈으로 보았을 때 어떻게 다르게 보이는가? 탐구 Ⅱ. 짚신벌레 관찰하기 [탐구 과정] 1. 점성이 있는 메틸셀룰로오스 용액을 유리막대로 떠서 그림과 같이 적당한 크기의 메틸셀룰로 오스 고리를 만든다. 2. 그 고리 속에 스포이트로 짚신벌레 배양액을 한 방울 떨어뜨리고 커버 글라스를 덮어 저배율에 서 움직이는 짚신벌레를 찾은 뒤 고배율로 높여 관찰한다. 32 영재교수 학습표준화자료

33 3. 메틸셀룰로오스 용액이 확산됨에 따라 짚신벌레의 운동 속도가 떨어지면 관찰하여 스케치한다. 메틸셀룰로오스 고리를 왜 만들까요? [탐구 결과] 1. 현미경으로 관찰한 결과를 그려봅시다. 그리고 각 부분의 명칭을 아는 대로 적어보세요. 배율 2. 짚신벌레는 단세포인가요? 다세포인가요? 유의사항 1. 메틸셀룰로오스의 고리를 먼저 만들고 다음에 짚신벌레 배양액을 그 안에 떨어뜨린다. 2. 메틸셀룰로오스의 고리는 커버 글라스보다 작아야 한다. 3. 짚신벌레의 상을 정확히 찾아 관찰해야 합니다. [토의] 1. 짚신벌레의 운동에 대하여 특징을 적어봅시다. (운동기관 유무, 앞뒤가 있을까?) 탐구 Ⅲ. 짚신벌레의 키 재기 [탐구 과정] 1. 현미경의 접안렌즈를 돌려서 빼고 그 안에 접안 마이크로미터를 얹어 놓는다. 그런 다음 다시 접안렌즈를 끼운다. 접안 마이크로미터의 눈금은 일정한 길이를 미세한 간격으로 100등분한 것이다. 접안 마이크 로미터의 눈금의 길이는 현미경을 보는 배율에 따라 값이 달라진다. 2. 대물 마이크로미터를 현미경의 재물대 위에 얹는다. 중학교 1학년 생물 33

34 대물 마이크로미터의 눈금은 1mm를 100등분한 것이므로, 작은 한 눈금의 길이는 0.01mm, 즉 10μm에 해당한다(종류에 따라 다를 수도 있다). 현미경을 보는 배율이 바뀌어도 한 눈금의 길 이는 값이 일정하다. 3. 짚신벌레를 관찰할 배율에 맞추어서 현미경을 조작한다. 그리고 접안렌즈를 들여다보면서 접안 마이크로미터와 대물 마이크로미터를 평행으로 겹치게 맞추고, 눈금이 겹친 두 부분을 찾아 접 안 마이크로미터의 눈금 한 칸이 대물 마이크로미터의 눈금 몇 칸에 해당하는지를 계산한다. 4. 접안 마이크로미터의 한 눈금에 해당하는 길이를 구한다. 왼쪽 그림에서 접안 마이크로미터의 눈금 13칸이 대물 마이크로미 터의 눈금 7칸에 일치한다. 대물 마이크로미터의 눈금 1칸이 0.01mm이므로 접안 마이크로미터의 눈금 1칸의 길이는 7 (칸) 0.01 (mm) mm 이다. 13 (칸) 접안 13 눈금 대물 7 눈금 5. 현미경의 재물대에서 대물 마이크로미터를 꺼내고, 그 자리에 메틸셀룰로오스 용액을 이용하여 만든 짚신벌레 프레파라트를 올려놓는다. 그리고 짚신벌레를 찾는다. 이 때 현미경의 배율은 변경하지 않고 그대로 유지해야 합니다. 6. 현미경 시야에서 짚신벌레를 찾으면, 몸(세포) 전체의 길이가 접안 마이크로미터의 눈금 몇 칸 에 해당하는지를 세어 보고 길이를 계산한다. 그림과 같이 짚신벌레의 몸 길이가 접안 마이크로미터의 눈금 8칸에 해당되면, 짚신벌레의 크기는 (mm) 8 (칸) mm이다. [탐구 결과] 1. 접안 마이크로미터의 눈금 1칸의 길이는 얼마나 되나요? 겹치는 대물마이크로미터 개수: 겹치는 접안마이크로미터 개수 ( )(칸) 0.01 (mm) ( ) mm 이다. ( )(칸) 2. 짚신벌레의 길이는 얼마나 되나요? 34 영재교수 학습표준화자료

35 [토의] 1. 현미경의 배율을 높이면 접안 마이크로미터의 눈금 1칸의 길이는 어떻게 변할까? 2. 현미경의 배율을 높이면 대물 마이크로미터의 눈금 1칸의 길이는 어떻게 변할까? 생각 더해보기 1. 그 밖에 준비된 원생생물을 더 관찰하고 그림을 그려보세요. 만일 시간이 되면 길이도 재어보 세요. 배율< > 배율< > 배율< > 중학교 1학년 생물 35

36 4. 침이라고 다 같은 침일까? 주제 침이라고 다 같은 침일까? 목표 아밀라아제의 적정온도와 산도 찾기 활동안내 1. 인삼, 녹용보다 좋은 입안의 힘 하루에 침은 cc 정도 분비되는데 예로부터 옥액, 영액, 신수, 옥잠, 진액 등으로 불릴 만 큼 귀히 여겨졌던 침은 음식을 소화효소와 입안의 점막을 부드럽게 하는 점액이 들어있다. 밥을 한참 씹다보면 처음엔 별 맛없던 것이 씹을수록 단맛이 느껴지는데 이는 침에 들어있는 효소인 아밀라아제가 녹말을 엿당으로 분해했기 때문이며 침은 발암물질, 식품첨가물의 독성을 제거하는 효과도 있다. 뿐만 아니라 침에는 파로틴 이라는 물질이 들어있는데 이는 노화를 지연시키는 물질로 특히 혈 관의 노화를 막고, 뼈를 튼튼하게 하며 피부를 윤택하게 만들어준다. 건강이 나빠지거나 노쇠하게 되면 입안이 마르게 된다. 특히 몸이 피곤할 때일수록 침이 잘 나 오게 만들어야한다. 아침과 저녁마다 혀로 입안을 청소한다는 생각으로 혀를 크게 움직이면서 돌 리면 된다. 가볍게 윗니와 아랫니를 딱딱 부딪치는 것도 좋다. 그러면 이가 튼튼해지고 입 안에도 침이 많이 고이게 되기 때문이다. 학습활동 1. 아밀라아제의 적정 온도와 산도 찾기 (1) 탐구 준비물 : 시험관, 시험관대, 비커, 온도계, 알코올램프, 삼발이, 쇠그물망, 메스실린더, 36 영재교수 학습표준화자료

37 스포이트, 유리막대, 슬라이드 글라스, 깔때기, 깔때기 대, 성냥, 시계, 솜, 거즈, 요오드 용액, 베네딕트 용액, 가용성 녹말, ph미터, 0.1M HCl, 0.1M NaOH, 얼음, 증류수 (2) 탐구 방법 1 입 안을 물로 행군 후 깨끗한 솜조각을 입에 물고 침을 모아 5mL 정도의 비커에 받는다. 2 모은 침을 거즈로 거르고 20mL의 증류수를 섞어서 희석한다. 3 가용성 녹말 1g을 증류수 100mL에 용해시켜 투명하게 될 때까지 가열하여 1% 녹말 용액 을 만든다. 4 6개의 시험관에 A, B, C, D, E, F의 라벨을 붙이고, 다음과 같은 용액을 넣는다. 첨가용액 A B C D E F 1% 녹말 용액 2mL 2mL 2mL 2mL 2mL 2mL 0.1N HCl 2mL N NaOH - 2mL 물 - - 2mL 2mL 2mL 4mL 침 2mL 2mL 2mL 2mL 2mL - 온도( ) 35~40 90~ ~40 5 시험관 A, B, C F는 35~40 로 유지되는 비커의 물에 담구어 두고, 시험관 D는 끊는 물 에, 시험관 E는 얼음물에 넣어 두었다가 5분 후에 침을 넣는다. 6 ph미터로 각 시험관 용액의 ph를 측정한다. 7 슬라이드 글라스를 백지 위에 놓고 5, 10, 15, 20 분 후에 각 시험관의 용액을 한 방울씩 꺼내 요오드 반응을 시킨다. 8 20분 후, 각 시험관 용액에 베네딕트 반응 실험을 한다. (3) 탐구결과 : 실험 결과를 다음 표에 정리해 보자.(반응의 정도를 +로 표시하기) 내 용 A B C D E F ph 5분후 요오드 반응 10분후 15분후 20분후 베네딕트반응 20분후 중학교 1학년 생물 37

38 (4) 생각해보기 요오드 반응 결과 시간이 경과함에 따라 색이 변한 것은 어느 시험관이며, 색이 변한 이유 는 무엇인가? 베네딕트 반응이 나타난 시험관은 어느 것이며, 그 이유는 무엇인가? 위의 실험 결과로 보아 아밀라아제가 가장 활발하게 작용하는 ph와 온도는 얼마인가? 시험관 A, B, D에서 녹말이 잘 소화되지 못하는 이유는 무엇인가? 위 결과를 토대로 효소와 온도, 산도와의 관계를 설명해 보자 읽기자료 강에 물이 많으면 대개는 수질이 좋다. 반대로 물이 부족하면 수질이 나쁘다. 우리 나라의 4대 강 가운데 수량이 가장 적은 낙동강이 늘 수질 오염에 시달리는 것도 이 때문이다. 마찬가지로 우 리 입에도 물(침)이 부족하면 구강 환경이 나빠지고 치아가 망가진다. 맛있는 음식을 보거나 냄새 를 맡으면 자신도 모르게 입안에 가득 고여 민망함을 주는 침(타액). 가끔 경멸의 표시로 내뱉기도 하지만 실상 침은 우리가 음식을 먹거나 구강 위생을 유지하는 데 있어 너무나도 소중한 존재다. 만일 침이 없거나 부족하다면 식사할 때 어떤 일이 벌어질까? 1. 침은 공기만큼 소중하다 우선 음식을 잘 삼키기 어려워진다. 침이라는 윤활유가 없다면 식사가 참으로 고역일 것이다. 틀니를 낀 일부 노인의 경우 틀니가 침샘을 막아 음식을 잘 삼키지 못한다(연세대 치대 권호근 교 수). 침이 없다면 음식 맛도 제대로 느끼기 힘들 것이다. 산해진미( 山 海 珍 味 )를 먹어도 그저 '모래 를 씹는 느낌'이 들 뿐이다. 게다가 음식을 소화하는 데도 애를 먹게 된다. 삼성서울병원 소아과 이상일 교수는 "침은 혀가 음식 맛을 잘 느끼도록 하며 침에 든 아밀라아 제라는 소화 효소는 음식의 전분을 소화하기 쉽게 잘게 부숴준다"고 설명한다. 그는 또 "밥을 오 38 영재교수 학습표준화자료

39 래 씹으면 단맛이 나는 것은 아밀라아제가 밥 속의 전분을 단맛이 나는 맥아당으로 바꿔놓은 결 과"라고 덧붙였다. 구강암으로 지난달 방사선 치료를 받은 정모(63.경기도 수원시)씨는 침이 얼마나 고마운 존재인 지 이제야 실감하고 있다. 그는 "타액선 부위에 방사선을 쬔 이후 침이 거의 나오지 않아 밥을 물 에 말지 않으면 음식을 씹거나 삼킬 수 없고, 입이 바싹 타서 말하기 힘들다"고 호소했다. 침은 식사한 뒤 입 안에 남은 음식물 찌꺼기를 싹싹 청소해 식도. 위로 내려 보낸다. 또 약 알칼 리성인 침은 입 안의 산도( 酸 度 )가 지나치게 떨어지지 않도록 해 충치를 예방한다. 설탕이나 당질 식품을 먹으면 충치균이 이를 분해하는 과정에서 산을 분비하는데, 이때 입안의 산도가 ph5 이하 로 떨어지면 충치가 생긴다. 게다가 침엔 라이소자임. 락토페린. 불소 등 세균을 죽이거나 충치를 예방하는 성분이 들어 있다. 한림대 평촌 성심병원 가정의학과 박경희 교수는 "침은 뜨거운 음식의 온도를 낮춰주고, 화학물 질을 중화시킨다."며 "구토 시엔 침이 많이 나와 위산으로부터 입안을 보호 한다."고 예찬했다. 2. 매일 페트병 하나 분량의 침이 나온다. 침은 귀 밑에 있는 이하선, 혀 밑에 있는 설하선, 턱 밑에 있는 악하선 등 세 개의 침샘에서 분 비된다. 아주대병원 이비인후과 김철호 교수는 "정상 성인은 하루에 보통 1l의 침을 분비한다"며 "침의 99.5%는 수분이며, 나머지는 미네랄(나트륨.칼륨.칼슘), 단백질, 효소 (아밀라제), 면역물질 등"이라 고 말했다. 일반적으로 침 분비량은 잠자리에서 일어난 뒤부터 서서히 증가되나 수면 중엔 급속히 줄어든다. 한양대병원 치과 황경균 교수는 "수면 중엔 침이 10~20ml 밖에 나오지 않는다"며 "설탕이 든 간식을 먹고 칫솔질을 하지 않고 잠을 자면 충치에 걸릴 위험이 높아지는 것은 이 때문"이라고 지 적했다. 따라서 자기 전엔 간식을 삼가고 칫솔질하는 것을 잊지 말아야 한다는 것이다. 계절적으 론 요즘 같은 겨울에 입이 더 잘 마른다. 대기가 건조해 우리 몸의 수분이 더 많이 증발되기 때문 이다. 3. 침 분비 갑자기 줄면 질병. 약물 탓 침 분비가 줄거나 구강건조증이 있으면 몇 가지 약이나 질병을 의심할 수 있다. 노인들이 많이 찾는 우울증 치료제, 항히스타민제(감기약에 포함), 고혈압 치료제, 진통제, 신경안정제, 이뇨제 등 은 침 분비를 억제할 수 있다. 따라서 이런 약들을 장기 복용 중인 노인은 충치 발생 위험이 높으 므로 칫솔질 등 구강 위생에 더 관심을 기울여야 한다. 머리, 목 부위에 방사선 치료를 받거나 쇼그렌 증후군 등 자가 면역성 질환, 스트레스, 우울증이 중학교 1학년 생물 39

40 있어도 곧잘 입안이 건조해진다. 영양결핍으로 인한 만성 타액선염, 당뇨병, 비타민 결핍, 철분 결 핍, 노화에 따른 침샘의 위축도 구강건조증의 원인이다. 반대로 침 분비를 증가시키는 병도 있다. 수은 중독.공수병(광견병) 등이다. 또 구강 점막을 자극 하는 콜린성 약물을 복용하면 침이 너무 많아진다. 4. 침이 입에서 잘 돌게 하는 법 고대 구로병원 치과 김현종 교수는 "무설탕 껌을 씹을 것"을 추천한다. 솔비톨 등이 함유된 껌 은 치태 내의 산도를 개선하며, 씹는 운동 자체가 침 분비를 증가시키고 침을 치아 주위로 골고루 전달한다는 것이다. 부족한 침을 보충하기 위해선 안구건조증에 쓰이는 인공 눈물처럼 인공 타액을 사용하는 것도 권할 만하다. 직접적인 치료제론 필로카핀, 브로모헥신 등이 있다. 이들은 침샘을 자극해 침의 분 비를 촉진하는 약으로 병원에서 처방한다. 과제 효소의 기질특이성에 대해 조사하여 보자 참고자료 1. 참고 문헌 중앙일보( ) 한국교육개발원 영재교육자료 중등생물중급 40 영재교수 학습표준화자료

41 5. 소화 효소의 작용 이해 (식혜, 파인애플, 배...) 주제 소화 효소의 작용 이해(식혜, 파인애플, 배...) 목표 1. 우리 주변에서 접할 수 있는 식물 재료 들 중에 음식물을 분해할 수 있는 것들이 있다는 것을 알 수 있다. 2. 식혜를 만드는 과정과 그 원리를 설명할 수 있다. 3. 과일 속에 고기를 분해하는 물질이 있다는 것과 이 물질의 특성을 설명할 수 있다. 4. 실험을 설계하고 수행하는 능력을 기를 수 있다. 준비물 1. 기구 : 스포이트, 항온수조, 막자사발, 시험관, 차 숟가락, 종이컵, 칼, 도마, 항온수조, 막자사발, 커피필터, 비커, 저울, 자, 핀셋, 강판 등 2. 실험 재료: 식혜, 밥, 엿기름, 증류수, 녹말용액, 배, 키위, 파인애플, 계란, 두부 3. 실험 약품: 요오드-요오드화칼륨 용액, 베네딕트 용액, 5%NaOH 용액,1%CuSO4용액 활동안내 1. 엿기름 엿기름이란 발아. 발근시킨 보리를 건조시켜 어린뿌리를 제거한 것으로 엿길금, 맥아( 麥 芽 )라고 도 합니다. 녹말을 당화하는 효소를 비롯해 배젖조직을 분해하는 여러가지 효소가 발아 때에 생산되는 것 을 이용하여 당화제를 겸한 녹말원료로 맥주, 위스키, 엿, 식혜 등을 제조할 때 주로 사용됩니다. 중학교 1학년 생물 41

42 (1) 엿기름의 역사 엿기름 제조의 역사는 오래되어 BC4000년 무렵의 고대 바빌로니아에서 그 기록을 볼 수 있습니 다. 당시에는 보리를 쌓고 물을 뿌린 다음 발근되었을 때, 햇볕에 펼쳐 건조시켜 만들었습니다. 이 기술은 BC3000년에 고대이집트로 전해져 보리재배에 적합한 지중해성 기후지대에 퍼졌으며, 중세에는 독일을 중심으로 북유럽 여러나라 까지 보급되었습니다. 중세에서의 제조기술도 기본적으로는 고대와 다른 것이 없으나 발아 공정에서 휘저어 섞어 싹 튼 뿌리가 얽히지 않도록 막는 동시에 산소를 공급하여 온도를 조절하였습니다. 또한 엿기름의 건조는 화력에 의해 이루어졌다. 근대에 들어와 18세기 후반 산업혁명에 다라 각 종 기계류의 발명으로 제조기술은 대폭 개량되었습니다. 즉 보리의 침지( 浸 漬 )로부터 발아,건조에 이르기까지 공정의 온도,습도,통풍을 최적으로 조절할 수 있는 침조조( 沈 漬 槽 ),발아상( 發 芽 床 ),건조상이 개발되어 제조 소요 일수가 종래의 1개월 정도에 서 10일 전후로 대폭 단축되었습니다. 현대에는 제조의 대형화. 자동화가 진행되고 있다. (2) 엿기름의 효능 엿기름은 소화를 돕고 위를 데워주며 입맛을 돋우는데 주로 쓰이며, 약간 볶아서 사용하면 젖의 양을 줄어들게 하면서 몸을 가뿐하게 한다. (3) 엿기름을 이용한 민간요법 소화불량 - 엿기름을 분말로 만들어 10g씩 식후 복용(건강21) - 엿기름을 불린 물에 쑥과 쌀을 넣고 밥을 지어 먹음 (건강21) - 소아 소화불량은 엿기름 1작은술을 찬물에 우려 하루 3회 복용 젖말리기 - 엿기름 50g을 물에 달여 2-3번 나누어 식사 뒤에 먹는다. - 엿기름을 햇볕에 말려 약간 볶은 다음 껍질을 벗기고 가루낸 것을 한번에 5g씩 더운물 에 타서 하루 3번 먹는다. 42 영재교수 학습표준화자료

43 학습활동 활동 1. 식혜와 밥 맛 비교하기 1. 어떻게 활동할까? (1) 식혜를 종이컵에 따라 먹어보고 어떤 맛이 나는지 느껴보고 어떤 것이 들어 있는지 알아보자. (2) 밥 1/2 숟가락을 물과 함께 종이컵에 넣고 저어준 후 맛을 본다. 어떤 맛이 느껴지는가? 2. 생각 모으기 (1) 식혜와 밥의 맛이 다른 이유는 무엇인가? (2) 식혜의 맛을 통해 볼 때 식혜에는 어떤 성분이 포함되어 있다고 생각되는지 토의해보자. (3) 식혜가 담겨 있는 음료수 깡통에 적힌 성분을 조사해보고 자신이 생각한 성분과 비교해보자. 활동 2. 식혜 만드는 과정 알아보기 단계 1단계 2단계 3단계 4단계 제작 과정 큰 그릇에 미지근한 물 4-5L와 엿기름 가루 한 봉지를 넣는다. 엿기름 가루를 2-3분 동안 손으로 주물럭거리며 잘 풀어준 후 5분 동안 놓 아둔다. 거름망을 이용해 엿기름 물을 걸러 밥통에 담는다. (거름망이 없을 경우에는 깨끗한 면양말이나 스타킹을 대신 사용할 수 있다.) 엿기름 물을 거를 때는 윗물 만을 거른다. 밥을 고슬고슬하게 해 두었다가 여과된 엿기름 물에 식은 밥 2공기를 넣고 잘 저어준 후 따뜻하게 해둔다. 보온 밥솥을 이용할 경우에는 전원을 넣고 보온 상태로 4시간 정도 둔다. 밥알이 10알-20알 정도 뜨면 망으로 건져 냉수에 행구고 남은 물은 가스불에 끓인다.(경우에 따라서는 생강이나 단맛을 강화하기 위한 설탕을 넣기도 한다.) 식혜를 가급적 빨리 식혀서 냉장고에 넣어 보관한다. 중학교 1학년 생물 43

44 1. 생각 모으기 (1) 엿기름 가루를 풀어낸 물과 보통 물은 어떤 차이가 있을까? (2) 3단계에서 엿기름물과 밥의 혼합물을 따뜻하게 하는 이유는 무엇일까? (3) 4단계에서 밥알이 뜨는 이유는 무엇일까? (4) 다 만들어진 식혜에서 단맛이 나는 이유는 무엇일까? 엿기름물과 밥알을 섞어 두면 몇 시간 후 밥알이 뜨는 것이나 식혜에서 단맛이 나는 것으로 보 아 엿기름물은 밥알에 어떤 변화를 일으킨 것으로 생각된다. 엿기름물은 어떤 작용을 하는 것일 까? 다음 탐구활동을 통해 알아보자. 활동 3. 엿기름의 작용 알아보기 1. 어떻게 활동할까? (1) 엿기름 10g을 물 100mL에 넣고 풀어 낸다. (2) 5-10분간 그대로 두어 가루가 가라앉은 후 위에 뜬 맑은 물(엿기름 물)을 준비한다. (3) 밥을 차 숟가락으로 한 번 떠서 막자사발에 넣고 증류수 50mL를 넣은 후 으깬다. 증류수를 다시 50mL 더 넣고 풀어낸다. (4) 4개의 시험관을 준비하여 다음과 같이 내용물을 넣는다. 시험관 A B C D 1% 녹말용액(mL) 증류수(mL) 밥 으깬 물(mL) 엿기름물(mL) 영재교수 학습표준화자료

45 (5) 37 가 유지되는 항온 수조에 넣고 20분간 놓아둔다. (6) 시험관의 내용물 덜어내어 요오드 반응과 베네딕트 반응을 하고 그 결과를 다음 표에 기록 하자. 시 험 관 A B C D 요오드 반응 베네딕트 반응 2. 생각 모으기 (1) 반응 결과로 볼 때 시험관에 어떤 물질이 들어 있다고 생각되는가? (2) 실험결과를 종합할 때 엿기름은 어떤 작용을 한다고 생각할 수 있는가? 활동 4. 고기를 부드럽게 하는 과일을 찾아라! 고기를 재료로 한 맛있는 우리의 음식 중에 불고기나 갈비가 있다. 이 음식들은 우리나라 사람 들뿐만 아니라 외국인들에게도 상당히 인기가 있어서 한국에 들르는 외국인들은 불고기나 갈비를 찾는다. 맛있는 불고기나 갈비를 먹기 위해서는 양념을 하기도 한다. 양념을 하는 과정에서 필요 한 경우 과일을 갈아서 넣는 경우도 있다. 과일을 사용하면 고기가 먹기 좋게 부드러워지기 때문 이다. 1. 1단계 생각해보기 (1) 고기를 양념할 때 어떤 과일을 사용하는지 조사해보자. 중학교 1학년 생물 45

46 (2) 과일을 섞은 양념으로 고기를 재면 고기가 부드러워지는데 이것은 과학적으로 볼 때 고기 에 어떤 변화가 나타나기 때문일까? (3) 과일을 사용할 경우 고기가 부드러워지게 되는 원인을 추론해보자. 과일에 어떤 성분이 들 어 있어서 이러한 현상이 나타나는 것일까? 2. 2단계 생각해보기 어떤 과일이 고기를 가장 부드럽게 할 수 있는지 알아보자. 준비된 재료는 다음과 같다. 식품재료 실험기구 시험관, 칼, 도마, 항온수조, 막자사발, 커피필터, 비커, 저울, 자, 5%NaOH 용액, 1% CuSO 4 용액, 핀셋, 강판 등 (1) 준비된 재료를 통해 어떤 과일이 고기를 가장 부드럽게 할 수 있는지 알아볼 수 있을까? 어 떤 과일이 가장 효과가 좋은지 알아보는데 적합한 방식은 무엇일까? 목표를 달성할 수 있는 계획을 세워보자. 두부나 달걀의 크기 변화를 알아보는 방법 등 가 능한 여러 가지 아이디어를 생각해보고 실현 가능한 구체적인 계획을 만들어보자. 처음의 계획 나의 아이디어 (2) 처음에 생각한 여러 가지 계획 중에서 쓸만한 것을 고르자. 가장 가능성이 높은 것을 하나 46 영재교수 학습표준화자료

47 선택하여 정교하게 만든다. 실험계획을 다듬는 과정에서 모듬원들과 의논해보고 필요한 경 우 계획을 수정하여 계획의 완성도를 높여보자. 수정한 이유 수정한 계획 (3) 실험결과를 아래 표에 정리하자. 과일종류 실험결과 비고 실험결과를 통해 과일의 종류에 따른 효과를 토의해보고 어떤 과일이 고기를 부드럽게 하 는데 가장 효과적일 수 있는지 결론을 내려보자. 3. 3단계 생각해보기 실험과정과 결과를 정리하여 과일의 효과에 관해 발표할 수 있는 포스터를 만들어보자. 포스터 를 만들어 발표할 때는 여러분이 탐구한 내용과 그에 대한 주장이 설득력 있게 전달될 수 있어야 한다. 좋은 발표가 되기 위해서는 다음 사항에 유의할 필요가 있다. 실험을 하게 된 이유와 목적을 명확하게 한다. 실험과정과 결과의 핵심적인 사항을 정리하고 어떤 내용을 발표할 것인지 선정한다. 중학교 1학년 생물 47

48 추가로 조사할 자료가 있는지 생각해본다. 필요한 경우 추가 조사를 한다. 내용이 정리되었으면 어떤 순서로 발표할 것인지 정하고 모듬원의 역할을 분담한다. (1) 발표할 내용 (2) 추가로 조사할 자료 (3) 모둠원의 역할 48 영재교수 학습표준화자료

49 6. 소화제는 어떻게 소화를 도울까? 주제 소화제는 어떻게 소화를 도울까? 목표 1. 소화제가 소화를 돕는 원리를 이해할 수 있다. 2. 소화제가 탄수화물, 단백질, 지방을 분해하는 정도를 비교해보고, 증상에 따라 적합한 소화제를 선택할 수 있다. 준비물 1. 기구 : 막자와 막자사발, 전자저울, 약포지, 메스실린더(50mL), 약수저, 알코올램프, 삼발이, 석면 쇠그물, 스포이드 6개, 비이커(500mL 2개, 100mL 6개), 시험관 7개, 시험관대 2개, 유리막대 5개, 온도계, 스텐드, 클램프, 24 well plate, 견출지 2. 재료 : 여러 가지 소화제, 녹말, 계란흰자, 식용유, 증류수, 요오드-요오드화칼륨 용액, 뷰렛용액 (수산화나트륨수용액+황산구리수용액), 수단Ⅲ 용액 활동안내 우리는 1학년 과정에서 영양소를 검출할 수 있는 여러 가지 반응을 배웠다. 기억을 되살려 실험에 이용해보자. 영양소 검출시약 반응 후 용액의 색 변화 포도당 베네딕트용액(첨가 후 가열) 황적색 침전물이 생김 녹 말 단 백 질 지 방 중학교 1학년 생물 49

50 학습활동 1. 시료 준비하기 (1) 녹말을 증류수에 녹여 1% 녹말 수용액을 준비한다. (2) 계란은 흰자만 따로 분리해 두고 실처럼 끈끈하게 붙어있는 부분 대신 물처럼 잘 흐르는 부분을 사용하도록 한다. (3) 고체 소화제는 가루를 내어 약포지에 명칭을 기록하여 따로 분리해 보관해둔다. 2. 실험에 사용할 소화제의 종류와 실험과정에 사용할 형태 결정하기 (1) 병원에서는 증상에 따라 다른 종류의 소화제를 처방한다고 하는데, 섭취한 음식에 따라 어 떤 소화제가 더 효과적인지 알아보고자 한다. 이와 같은 실험 목적에 맞게 실험을 하기 위 해서는 고려해야 할 점은 무엇일까? (2) 소화제는 닥터베아제, 훼스탈, 훼스탈 플러스, 정로환 당의정, 가스활명수, 베스자임정, 리보 타제정, 아진탈 포르테정 등이 준비되어 있으며, 이 중에서 4종류의 소화제를 사용해 실험 하고자 한다. 각 조별로 사용하는 소화제는 다를 수 있으며, 4종류 사용을 기준으로 실험하 도록 한다. 어떤 소화제를 사용할지 선택하고 왜 그러한 선택을 했는지 이유를 적어라. 소화제 : 선택의 이유 : (3) 소화제를 시험관에 넣는 형태와 양은 어떻게 할 것인지 결정하라. (우리는 음식물이 가득 차 있는 소화기관에 소화제를 밀어 넣는다.) (4) 우리는 소화제가 음식을 분해하는 것을 도와준다는 가정 하에 실험하고 있다. 실험에 사용 한 음식이 분해되는 데는 얼마의 시간이 걸릴 것이라 예상되는가? 미니실험을 통해 예상시 간을 확정지어보자. 그리고 영양소 분해 반응이 진행됨에 따라 영양소 검출반응을 실시하 면 색이 어떻게 달라지는지 관찰해보자.(24well plate 사용, 색 변화를 비교하기 위해서는 흰 종이를 대고 보아야 한다.) 3. 실험과정 (1) 영양소 : 탄수화물 대표 [녹말용액], 단백질 대표 [달걀 흰자 용액], 지방 대표 [식용유 희석액] (2) 사용할 재료 : 24 well plate, 스포이드, 약포지, 약수저, 영양소 검출반응 시약, 소화제 용액 (3) 실험 과정24 well plate에 녹말용액 등을 넣고 소화제를 첨가한 후 일정한 시간 경과 후 영양 소 검출 반응을 실시하여 영양소가 분해된 정도를 비교한다. 50 영재교수 학습표준화자료

51 주의사항 색 변화를 관찰할 때는 반응용액의 양이 굉장히 큰 영향을 미친다. 시약을 넣는 스포 이드를 기울이거나 공기방울이 포함되어 한 방울의 양이 크게 달라지는 경우가 없도 록 하자. 4. 실험 결과 기록 (1) 각 조에서 사용한 소화제의 종류 (2) 각 조에서 실험에 사용한 소화제 용액의 농도 (3) 각 조에서 사용할 소화제 용액의 양 (4) 각 조에서 실험에 사용한 영양소 용액의 양 (5) 색상 변화를 시간에 따라 관찰한 결과 기록 (6) 영양소 검출반응의 종류와 영양소 검출반응을 실시한 시간 (예 :소화제 첨가 후 초 후 영양소 검출반응을 실시하였다.) 5. 실험결과로부터 내릴 수 있는 결론 적어보기 실험 과정에서 알 수 있는 새로운 사실, 실험 결과를 비교하여 내릴 수 있는 결론을 적으세요. 1 소화제 ( ) : 3대 영양소 소화에 모두 작용하는 종합소화제이다 더 알아보기 1.소화제의 성분과 효과 (1) 비오디아스타제 : 아밀라아제, 트립신, 리파제를 다량 함유하고 있으며, 비오타미라제는 탄 수화물 및 단백질 소화능력이 뛰어난 소화효소제. 섬유소도 소화시켜 장내가스 생성과 박 테리아 이상증식을 방지한다. (2) 메타 규산알루민산 마그네슘 : 위벽에 신속히 보호막을 형성하며, 마그네슘의 작용으로 알 루미늄제제의 단점인 변비를 유발하지 않음. (3) 카르니틴 : 위장관 운동을 조화롭게 향상시켜줌으로써 근본적인 소화불량 원인을 제거한다. (4) 글리시리진산 암모늄 : 포함되어 항염 작용 및 위점막 수복작용을 나타낸다 (5) 판크레아틴 : 동물(돼지)췌장으로부터 추출, 정제한 전분소화력, 단백소화력 및 지방소화력 중학교 1학년 생물 51

52 을 가지고 있는 복합소화효소. 전분 소화력, 지방소화력 및 단백소화력은 ph 8 이상에서 활 성이 높아지므로 장내에서 소화력을 발휘합니다. 2. 판크레아틴의 소화력 (1) ph와 활성 판크레아틴의 전분 소화력, 지방소화력 및 단백소화력은 ph 8 이상에서 활성이 높아지므로 장 내에서 소화력을 발휘합니다. 녹말분해 단백질분해 지방분해 (2) ph와 안정성 판크레아틴의 1% 용액을 각 ph완충액으로 30분간 처리해 ph의 안정성을 알아보았습니다. 무처 리한 것의 최고값을 100으로 하고 각 ph 상대활성값을 측정한 결과 전분소화력은 ph 5-7부근, 단 백소화력은 알칼리, 지방소화력은 ph 4-5부근에서 안정하다는 것을 알았습니다. 녹말분해 단백질분해 지방분해 (3) 반응온도와 활성 전분소화력과 단백소화력은 55~60 의 비교적 고온의 조건에서 가장 활성이 높게 나타나고 지 방소화력은 60 에서 16%를 나타냅니다. 지방소화력의 최적 온도는 25 로 낮습니다. 52 영재교수 학습표준화자료

53 녹말분해 단백질분해 지방분해 읽기자료 1. 약 표면을 둘러싼 물질은? 약물은 종류, 상(고체냐, 액체냐, 기체냐),크기 등에 따라서 체내에 흡수되는 비율, 부작용, 물리 화학적인 성질 등이 다 다릅니다. 어떤 약은 알약이고 어떤 약은 캡슐인 이유는 그 약의 제형이 약물의 부작용을 최대로 줄이고 가장 효과적으로 약물을 체내에 흡수시키기 때문입니다. 정제( 錠 劑, tablet): 알약. 정제는 의약품을 일정한 형상으로 압축하여 만든 것입니다. 정제의 이점은 복용하기 편하고, 정확한 양을 복용할 수 있다는 점입니다. 종류에는 다음과 같은 것들이 있습니다. 당의정: 당( 糖 )을 입혀서 약의 나쁜 냄새와 맛을 없애줌. 필름 코팅정: 당 대신 '폴리머'라는 얇은 필름을 입힘 장용정: 장으로 흡수시키기 위해 위에서 분해되지 않고 장내에서 분해되는 소재로 코팅한 정 제. 위장장해를 유발하는 약물의 제형. 내복정: 코팅안한 정제 설하정: 혀밑에 넣어서 구강점막을 통해 신속히 흡수됨. 편평한 모양. 니트로글리세린 같은 심장 질환 약에 쓰임 바칼정: 뺨 안쪽에 삽입해서 구강점막을 통해 서서히 흡수시킴. 편평한 모양 저작정: 씹어서 복용. 유아들이 복용하기 쉽게 단맛이 난다. 다층정: 미리 만든 정제에 다른 약을 가해 2층 또는 3층의 정제로 한 것. 각층이 다른 색으로 착색됨. 비등정: 한 컵의 물에 넣으면 기체(탄산가스)가 갑자기 뽀글뽀글 나면서 녹는 정제. 2. 캅셀제(Capsule) 캅셀제는 의약품을 액상, 현탁상, 풀상, 분말상 또는 과립상 등의 형태로 캅셀에 채워 넣은 것입 중학교 1학년 생물 53

54 니다. 캅셀은 젤라틴이라는 물에 녹기 쉬운 물질입니다. 종류에는 경질 캅셀제(수분이 13~16% 함 유됨)와 연질 캅셀제가 있습니다. (1) 정제에 비해 캅셀제가 가지는 장점 약물이 젤라틴으로 싸여 있어서 불쾌한 맛이나 냄새를 감지할 수 없고 또 물에 적시면 미 끄러지기 쉬워 캅셀을 혀 위에 놓고 한모금의 물로 복용해도 쉽게 삼킬 수 있다. 단, 5세 이하의 유아는 잘 삼키질 못하므로 부적당하다. 캅셀제로부터의 약물방출이 신속하다. 캅셀제는 복용 후 보통 5분 이내에 젤라틴이 용해 하여 내용물이 방출된다. 가루약도 넣을 수 있으므로 정제보다 더 효과적이다.(가루약이 알약보다 표면적이 넓습니다. 표면적이 넓을수록 효과가 크다) 고형약품(분말, 과립) 뿐만 아니라 액상 의약품도 충전할 수 있다.(연질 캅셀제의 경우에 쓰입니다.) (2) 캅셀제의 단점 고습도에서는 수분을 흡수해서 물렁물렁해지며 저습도에서는 수분을 방출해서 수축하여 부서지기 쉽다. 캅셀의 성분인 젤라틴을 용해, 연화하거나 투과하는 약품은 캅셀제로 할 수 없다. 캅셀은 보통 15-20%의 수분을 함유하기 때문에 가수분해를 받기 쉬운 약물은 캅셀제로 할 수 없다. 3. 닥터 베아제 장까지 2단계 소화 위에서 한번 장에서 한번, 두 번 소화되는 닥터 베아제. 과식 등 현대인의 불규칙한 식생활과 육류 섭취로 인한 소화불량증 개선에 적합하도록 만들어졌으며, 기존 소화제 에 비해 지방, 단백질의 소화력을 50% 이상 향상시킨 것이 특징이다. 예컨대 지방을 분해하는 리 파제 성분을 2배로 보강했으며, 단백질 소화효소인 브로멜라인 과 탄수화물 단백질 분해효소인 다이 성분, 탄수화물 지방 단백질 분해효소인 크레아제 성분을 추가했다. 이 제품은 특히 장에서 작용하는 다른 정제 소화제와 달리 위에서부터 장까지 2단계에 걸쳐 소 화 작용을 발휘한다. 이와같은 2단계 소화 작용은 위에서 작용하는 성분과 장에서 작용하는 성분 들이 각각 혼합된 다층 혼합형 정제 로 만들어져 있기 때문으로, 복용 즉시 위에서부터 소화 작용 을 발휘하여 신속한 소화 작용을 돕는다. 또한 장에서 작용하는 성분은 장용코팅이 되어 있어 음식물과 함께 골고루 섞여 장으로 이동하 여 소화 효과를 발휘한다. 다층 혼합형 정제 기술은 지난 1987년에 대웅제약이 국내 최초로 개발해 특허 받은 기술로 영재교수 학습표준화자료

55 년까지 보호가 되는 세계적인 정제기술이다. 이밖에도 닥터 베아제는 시메치콘 성분의 강화로 위장관에 있는 가스를 신속히 제거해 소화불 량 헛배부름 더부룩함의 증세를 빠르게 완화해주는 것도 장점이다. 특히 웅담성분인 우루소(UDCA)가 함유되어 있어 위액과 담즙 췌액 장액의 분비를 모두 촉진시 킴으로써 생리적 소화 작용을 강화시켜주며, 지방분해 효소인 리파아제의 활성을 증가시켜 지방 의 소화를 촉진시켜준다. 4. 식충식물과 소화효소 - 네오펜데스 온실( 溫 室 )에서 관상용으로 심는다. 잎은 어 긋나고 긴 타원형이며 길이 10~15 cm 정도로 중륵( 中 肋 )이 길게 자라서 끝에 벌레잡이통을 만든다. 통 한쪽에 2개의 날개가 있고 긴 털이 돋으 며 통 입구에 뚜껑 같은 부속체가 있으나 여 닫지 않는다. 뚜껑과 통 입구에 꿀샘이 있어 서 벌레를 유인하고 통의 입구는 미끄럽기 때 문에 벌레들이 통 속으로 떨어지기 쉽다. 통 속에는 소화액이 분비되어 떨어진 벌레는 소 화 흡수된다. 통의 크기 형태 빛깔 및 무늬 등 에 따라서 종류를 구별한다. 꽃은 2가화( 二 家 花 )로 지름 8 mm 정도의 흑자색 단성화가 가지 끝 수 상꽃차례[ 穗 狀 花 序 ]로 밀생한다. 잎이 자라서 뚜껑이 열리면 세균이 번식하고, 펩신 외에 트립신을 분비한다. 벌레가 들어가면 통의 내벽에서 유기산( 有 機 酸 )이 분비되므로 소화력이 커진다. 네펜데 스 속에는 79종이 있다. 특히 수마트라섬과 보르네오섬에 많은 종류가 있다. 5. 단백질 효소에 대한 이해 모든 화학반응은 반응물질 외에 미량의 촉매가 존재함으로써 반응 속도가 현저히 커지는데, 생 물체 내에서도 모든 화학반응이 이 촉매에 의해 속도가 빨라진다. 다만 무기 반응의 촉매와는 달 리 생물체 내의 촉매는 모두가 단백질이다. 따라서 생물체 내의 촉매를 특히 효소라고 부른다. 효 소는 단백질이기 때문에 무기 촉매와는 달리 온도나 ph(수소이온농도) 등 환경 요인에 의하여 기 능이 크게 영향을 받는다. 즉, 모든 효소는 특정한 온도 범위 내에서 활성( 活 性 )이 가장 크게 나타 난다. 대개의 효소는 온도가 에서 활성이 가장 크다. 이것은 온도가 올라가면 화학반응 속도가 일반적으로 커짐에 따라 효소의 촉매작용도 커지지만, 온도가 일정 범위를 넘으면 화학반 중학교 1학년 생물 55

56 응 속도는 커져도 단백질의 분자 구조가 변형을 일으켜 촉매 기능이 떨어지기 때문이다. 또 효소 는 ph가 일정 범위를 넘으면 기능이 급격히 떨어진다. 이것은 단백질의 구조가 그 주변 용액의 ph의 변화에 따라 달라지고, 효소 작용은 특정 구조를 유지하고 있을 때에만 나타나기 때문이다. 효소(촉매)는 아무 반응이나 작용하는 것이 아니고, 한 가지 효소는 한 가지 반응만을, 또는 극 히 유사한 몇 가지 반응만을 선택적으로 작용하는 특성을 가진다. 이것을 기질특이성이라고 한다. 기질이란 효소에 의하여 반응 속도가 커지게 되는 물질, 즉 효소에 의하여 촉매작용을 받는 물질 을 말한다. 효소에 이와 같이 기질특이성이 있는 것은 효소와 기질이 마치 자물쇠와 열쇠의 관계 처럼 공간적 입체구조가 꼭 들어맞는 것끼리 결합하여, 그 결과 기질이 화학반응을 일으키기 때문 이라고 해석하는 이론도 있다. 효소 가운데 비교적 잘 알려져 있는 것이 소화효소인데, 가령 침 속 에 있는 프티알린(ptyalin)은 녹말만을 말토오스(일명 맥아당)로 분해하는 촉매작용을 가지고 있고, 또 위 속의 펩신(pepsin)은 단백질만을 부분 가수분해하는 기능을 가지고 있다. 여기서 프티알린은 분자의 입체구조가 녹말 분자와 꼭 들어맞는 구조를 하고 있어서 녹말만을 분해하는 것이며, 펩신 은 단백질 분자와 꼭 들어맞는 구조를 하고 있어서 위와 같은 기질특이성이 생기는 것이라고 해 석된다. 56 영재교수 학습표준화자료

57 7. 어떤 음료에 비타민C가 많을까? 주제 어떤 음료에 비타민C가 많을까? 목표 1. 여러 음료수의 비타민C의 함유량을 알아보자. 2. 비타민이 많이 들어 있는 음식을 찾아보고 바른 식생활 습관을 갖자. 활동안내 1. 이론적 배경 (1) 비타민 비타민은 체내에서 합성되지 않는 유기 화합물이다. 따라서 비타민은 반드시 식품으로 섭취해 야하는 영양소이다. 비타민은 체내에서 미량으로 물질대사를 지배 또는 조절하는 조절효소(조효 소로서의 촉매기능)로서 중요한 역할을 한다. 우리 몸에 필요한 비타민의 양은 소량이지만 부족하 거나 과다하면 각종 질병이나 이상 증상이 발생한다. 비타민은 발견된 순서에 따라 A, B, C 또는 B1, B2와 같이 세부적인 명칭으로 구별하며 각각의 화학구조가 밝혀진 이후로는 비타민명과 화합 물명이 병용되어 쓰이고 있다. (2) 비타민C 아스코르브산이라고도 하는데, 6탄당과 비슷하지만 분자 속에는 엔디올기(-C(OH)=C(OH)-)를 가 지고 있기 때문에 수용액은 산성을 나타낸다. 비타민C가 결핍되면 괴혈병에 걸린다는 사실은 널리 알려진 사실인데, 잇몸에서 피가 나고 심 한 악취를 풍기며 빈혈과 무기력증을 동반하는 병이다. 비타민C는 대사과정에서 부산물로 생기는 활성산소를 무력화시키는 항산화물질로 알려져 있다. 위에서는 소화로 인해 여러 가지 독성물질 (발암물질)이 생기는데 비타민C는 이것의 생성을 억제해주며, 대장에서는 대장에 기생하고 있는 중학교 1학년 생물 57

58 균들에 흡수되어 유익한 균으로 전환시켜 줌으로써 결과적으로 변의 냄새를 없애고 대장의 건강 에 도움이 된다. 또한 피로회복에 도움이 되고 멜라닌색소의 생성을 억제 하므로 주근깨 예방, 미 백 효과가 있다. 우리 몸에 필요한 비타민C의 1일 섭취량은 약 70mg 정도이다. 비타민C는 과다 섭 취하면 오히려 동맥경화의 발생위험이 있고 백혈구의 DNA를 손상시킬 수 있다는 연구 결과가 발표되었다. (3) 비타민C의 정량 원리 음료수에 요오드 -요오드화칼륨을 떨어뜨리면 요오드 이온이 먼저 비타민C를 찾아내어 모두 산 화시키고 더 이상 비타민C가 없으면 그때서야 녹말과 결합해 청남색을 띠는 물질로 변화된다. 따 라서 산화환원 적정법에 따라 요오드-요오드화칼륨의 몰농도와 사용한 용액의 부피와의 곱은 반 응한 비타민C의 농도와 부피와의 곱과 같다. 그러므로 이 값에 비타민 C(C6H8O6)의 분자량(176)을 곱해서 비타민C의 질량을 구할 수 있다. 준비물 여러 가지 음료, 비커, 녹말용액, 요오드-요오드화칼륨용액(0.005M), 메스실린더(100ml), 뷰렛, 스탠 드, 식초 또는 묽은염산, 유리막대, 스포이드, 뷰렛집게, 메스실린더(100ml) 활동과정 1. 메스실린더로 실험하고자 하는 음료 100ml를 비커에 붓는다. 2. 식초 또는 묽은 염산을 2-3 방울 넣고 녹말용액을 몇 방울 넣는다. 3. 뷰렛에 0.005M 요오드-요오드화칼륨 용액을 부은 뒤 콕을 조금 열어 한 방울씩 음료에 떨어뜨 리면서 음료와 잘 섞이도록 저어준다. 4. 청남색이 나타나면 실험을 중지하고 그 때까지 들어간 요오드-요오드화칼륨 용액의 부피를 측 정한다. 5. 측정된 요오드-요오드화칼륨 용액의 부피와 농도 (0.005M)를 곱한 값은 반응한 비타민C의 농도 와 부피와의 곱과 같으므로 이 값에 비타민C(C6H12O6)의 분자량 176을 곱해서 비타민C의 질량 을 구한다. 58 영재교수 학습표준화자료

59 <탐구 준비물> 요오드화칼륨 용액을 떨어뜨리며 잘 저어준다 유의사항 1. 몰농도의 개념을 배우지 않은 저학년에서는 들어간 요오드-요오드칼륨의 부피나 방울수를 측 정하여 비타민C의 상대적인 농도를 결정하여도 된다. 2. 뷰렛의 콕을 살짝 열어 한 방울씩 천천히 떨어지도록 하고(본 실험 전에 미리 연습함), 떨어진 후에는 음료수와 잘 섞이도록 유리막대 등으로 저어주도록 한다. 3. 본 탐구를 발전시켜 과일쥬스나 음료수를 더운 물에 중탕시키고 난 후 비타민C의 변화를 살펴 볼 수 있다. 또는 과일이나 야채즙을 이용하여 비타민C를 측정할 수도 있다. 4. 녹말용액은 밥을 끓인 물을 사용하거나 녹말가루를 끓는 물에 녹여서 사용한다. 5. 요오드-요오드화칼륨 용액(0.005M)은 고체 요오드 1.3g을 에탄올 500ml에 녹이고 요오드화칼륨 1.6g을 물 500ml에 녹여 두 용액을 섞은 뒤 약간의 물을 첨가하여 1L로 만들어 사용한다. 6. 정량할 때 시간이 많이 소모되면 사용하는 음료수의 양을 줄여서 사용한다. 7. 비타민C의 양은 주변 환경 조건(빛, 열 등)에 따라 달라질 수 있으므로 실험 조건에 따라 변화 가 있을 수 있다. 결과정리 1. 결과 음료(100ml) 사용된 요오드-요오드화칼륨 용액의 부피(ml) 비타민C의 질량(mg) 2. 흔히 오이로 팩을 하거나 마사지 하는 것을 보았을 것이다. 이것은 오이의 어떤 성질을 이용한 중학교 1학년 생물 59

60 것인가? 오이에는 ( )가 풍부하게 들어있어 피부의 ( )효과가 있다. 발전학습 1. 다음은 비타민의 종류와 기능을 조사해 정리한 표이다. 비타민이 많이 들어 있는 음식을 생각 나는 대로 3가지 이상 적어보자. 종류 성질 기능 결핍증 많이 들어 있는 음식 A 지용성 시각색소(로돕신)생성 야맹증 B1 수용성 탄수화물 대사 조절 각기병 C 수용성 항산화제 병원균에 대한 저항력 괴혈병 D 지용성 뼈와 이의 형성 구루병 E 지용성 항산화제 생식 세포 형성 불임 K 지용성 프로트롬빈 형성 혈액응고 불량 2. 비타민은 우리 몸에 어떤 작용을 하는지 생각해보자. (1) 비타민은 체내에서 (a ) 않는 유기 화합물이다. 따라서 비타민은 반드시 (b )으로 섭취해야 하는 영양소이다. 비타민은 체내에서 미량으로 물질대사를 조절하는 (c )인데, 많은 비타민이 조효소로서 (d )기능을 함으로써 물질대사의 중요한 역할을 한 다. 그러 므로 비타민은 우리 몸을 구성하거나 에너지원으로 쓰이지는 않으나 탄수화물, 단백질, 지 방, 무기질과 함께 5대 필수 영양소이다. (2) 비타민에는 물에 잘 녹는 (a ) 비타민인 비타민 B군과, 비타민C가 있으며, 지방에 잘 녹는 (b ) 비타민인 비타민A, D, E, K가 있다. 비타민은 음식으로 섭취되어 주로 소 장에서 흡수되는데 수용성 비타민은 소장의 (c )으로, 지용성 비타민은 (d )으로 흡수된다. (3) 우리 몸에 필요한 비타민의 양은 소량이지만 (a )하거나 (b )되면 각종 질병이나 이상 증상이 발생한다. 60 영재교수 학습표준화자료

61 참고자료 괴혈병 이야기 1492년에 크리스토퍼 콜럼버스가 아메리카를 발견한 뒤로 유럽의 여러 나라들을 큰 바다를 건 너 긴 항해에 배를 내보내게 되었다. 그 무렵의 조그만 돛단배들은 한 번 나가면 몇 주일씩이나 육지에서 떠나 있는 일이 흔했다. 항해 동안 선원들은 배 안에 간직해 둔 음식물을 먹었다. 아직 냉장고가 없던 때라 배에는 온통 온도에 썩지 않는 음식물만 싣고 있었다. 그들이 먹는 것은 건빵과 말린 고기와 훈제품 고기뿐이 었다. 그것은 매우 간단한 식사였지만, 어느 배나 식량을 많이 싣고 나갔으므로 선원들이 굶는 일 은 없었다. 그러나 선원들은 긴 항해 동안 병이 잘 났다. 몸이 약해지고, 잇몸에서 피가 나고, 근육 이 움직이지 않게 되는 것이다. 그러다가 일도 할 수 없도록 아주 쇠약해져서는 마침내 죽어 가는 데, 그런 선원들이 많았다. 그런 병을[괴혈병]이라고 불렀다. 괴혈병은 교도소라든가 병원처럼 날 마다 똑같은 변변찮은 음식을 먹는 곳에서도 생겼다. 군대나 적에게 포위된 도시에서도 생겼다. 그런 곳의 음식도 역시 변화가 없는 단조로운 것이었다. 그럴 때마다 괴혈병은 음식물과 깊은 관 계가 있나 보다 하고 깨달은 사람이 있었다. 1734년에 괴혈병이 번졌을 때, 오스트리아 군대에 크 라머라는 의사가 있었다. 그는 병에 걸리는 사람은 언제나 계급이 낮은 병사들뿐이고, 장교들은 걸리지 않는다는 것을 깨달았다. 병사들은 빵과 콩밖에 먹지 않았지만, 장교들은 과실이라든가 푸 른 야채 같은 것을 먹었다. 그래서 크라머는 1737년에, 과실과 야채가 괴혈병을 예방해 주는 것이 틀림없다는 보고서를 썼으나 아무도 그의 보고서에 신경을 쓰지 않았다. 그 무렵 영국 정부는 특 히 이 괴혈병에 애를 먹고 있었다. 1700년대에 영국은 온세계에 식민지를 만들고 있었으며, 다른 나라들보다 앞서서 큰 바다를 건너 장사를 하고 있었다. 그러한 배의 선원들 역시 자주 괴혈병에 걸렸으며, 배에는 몸이 약해져서 움직이지 못하게 된 선원들이 치료할 방법도 없이 그냥 드러누워 앓고만 있었다. 스코틀랜드의 의사 제임스 린드가 이 문제에 관심을 갖기 시작했다. 그는 우연히 크라머의 보고서를 읽고 괴혈병에 관해 더 자세히 알고 싶어서, 옛 책을 들추었다. 그리하여 어느 책에 이렇게 씌어 있는 것을 발견했다. "1573년의 일이다. 프랑스의 탐험가 자크카르티에가 선원 들을 데리고 캐나다에 상륙했을 때, 거의 모두 괴혈병에 걸려서 다 죽어가고 있었다. 인디언의 사 철 푸른 침엽수의 잎을 담근 물을 먹으니, 놀랍게도 그들이 병이 나았다." 린드는, '괴혈병에 걸리는 것은 음식물에 무언가가 모자라기 때문이다.' 그것을 섞은 음식물을 먹으면 괴혈병은 예방할 수 있다고 생각했다. 그래서 그는 1747년에 괴혈병에 걸린 선원이 어떤 음식을 먹으면 제일 잘 낫는가 알아보는 실험을 시작했다. 그것은 보통의 식사에 사과주나 초를 곁들이기도 하고, 여러 가지 과실즙을 늘려 보기도 하는 일이었다. 그 결과 식사에 오렌지, 레몬, 라임 같은 감귤류의 과즙을 곁들였을 때 병이 가장 빨리 중학교 1학년 생물 61

62 낫는다는 것을 발견했다. 린드 박사는 1794년에 세상을 떠났다. 영국 해군이 린드 박사의 말을 들 은 것은 그가 죽은 뒤였다. 그 무렵 영국은 프랑스와 전쟁을 하고 있었으므로 해군 병사들을 괴혈 병으로 잃고 싶지는 않았다. 그리하여 간신히 군함에 라임이 실리게 되었고, 1795년 후로 영국 해 군에서 괴혈병이 완전히 자취를 감추었다. 62 영재교수 학습표준화자료

63 8. 우리는 신약개발팀 주제 우리는 신약개발팀 목표 질병과 관련한 가상의 약품을 정하고 광고하기 활동안내 1. 약의 이름 시중에 유통되는 약들을 조금만 주의 깊게 살펴보면 그 약의 이름이 작용하는 기관, 치료되는 질환이름, 혹은 약에 포함된 성분과 밀접한 연관을 갖고 있다는 사실을 알 수 있다. 우리도 질병을 치료하기 위한 약을 고안해보고 그 이름과 질병의 특징을 연관지어 설명하여보자. 학습활동 활동 1. 질병과 원인을 찾고 신약개발 1. 준비물 : 학생용 활동지, TP 필름, 필기구, 가위, 풀, 신문, 도서 자료, 색 사인펜 등 2. 활동 주제 선정 (1) 모둠원은 4명으로 구성하며 사람의 생리기능 중 한 가지 영역을 정한다. (2) 정해진 영역에서 발생할 수 있는 여러 가지 질병과 원인을 전체 모둠원이 브레인스토밍을 통하여 발표한다. (3) 모둠원의 아이디어를 수렴하여 다른 사람에게 알리기 쉽고 설득력 있을 만한 질병과 신약 종류를 선정한다. 중학교 1학년 생물 63

64 3. 활동 계획 및 역할 분담 (1) 활동 기간, 필요한 자료와 조사방법, 결과 정리, 홍보물 제작, 발표 방법 등을 토의하여 계획 한다. (2) 배부해준 참고자료와 과학 신문, 과학 잡지, 제약회사 사이트 등을 통해서 각종 정보와 유 용한 자료들을 찾을 수 있게 계획한다. (3) 자료 수집, 자료처리, 신약 이름 정하기, 광고 카피쓰기, 홍보자료 만들기 등 모둠원간의 적 절한 역할 분담을 토의한다. (4) 과제 수행의 과정을 준비한 학생용 활동지에 기록한다. 4. 자료 제작 (1) 미리 조사한 내용을 각자 가지고 와서 홍보물을 제작한다. (2) 분량은 TP 1장으로 최대한 압축하여 작성한다. (3) 약의 효능이 잘 연상되도록 약의 이름을 짓고 특히 약의 작용과정과 과학적 지식이 연관되 도록 주의한다. (4) 호소력 있는 카피를 창작해본다. 우리들은 신약개발팀!!! - 어디에 쓰이는 약일까요? - 일시 200 년 ( )월 ( )일 ( )교시 모둠 ( )모둠 장소 활동 주제 영역 (해당 영역에 표시) 소화, 순환, 호흡, 배설 활 동 과 정 활 동 내 용 주의사항 및 참고 가 브레인스토밍 우리모둠이 선정한 기관에서 발생 할 수 있는 질병에는 어떤 것들이 있을까? 나 주제선정 위에서 나온 여러 의견 중에서 우 리 모둠이 개발하기로 한 약은? 다 활동계획 무엇이 필요할까? 어떻게 자료 수집을 할까? 어떤 순서로 진행할까? 약의 종류: 선정의 이유: 필요한 자료: 자료수집방법: 시간계획: 모둠원 모두가 한 가지 이상 의 내용을 자유롭게 생각하 여 발표 가장 공감하기 쉽고 전달이 잘 될 수 있는 주제로 택한다. 필요한 자료가 무엇인지, 어 디서 그 자료를 얻을 수 있을 지 의논하되 일이 너무 거창 해지지 않도록 주의한다. 64 영재교수 학습표준화자료

65 활 동 과 정 활 동 내 용 주의사항 및 참고 라 역할분담 누가 무엇을 할까? 서로의 역할에 어떻게 연관되나? 마 자료정리 사용 가능한 자료는 무엇인가? 어떻게 정리할까? 어디에 사용할까? 바 신약 홍보자료 제작 과정 마음을 사로잡는 약 이름 짓기. 호 소력 있는 카피제작. 과학적이고 논리적인 근거. 누구나 쉽게 이해 하고 공감할 것 전체진행: 자료수집: 신약구상: 카피쓰기: 자료가공 및 홍보물 제작: 발표: 각 역할별로 1~2명이 배정되 도록 하고, 한사람이 여러 역 할을 맡을 수도 있다. 개인의 시간과 특성을 고려할 것 수집한 많은 자료 중에서 신 약 홍보에 가장 도움이 될만 한 자료를 선별하고,가공한다. 약 이름과 광고카피를 눈에 띄게 배치하고 너무 장황해 지지 않도록 주의한다. 5. 활동결과 (1) 모둠별로 발표하고, 호응도와 공감하는 정도로 모둠 상호간의 평가를 실시한다. (2) 과제를 수행하며 느낀 여러 가지 생각을 개인별로 발표할 기회를 갖는다. (3) 소화, 순환, 호흡, 배설에 대한 인체의 정상적인 생리적 기능을 설명하여보자. (4) 인체 기관의 명칭이나 작용과 연관되는 질병을 연상하고, 생리적 조절이나 기관이 정상적 인 기능을 수행할 수 없을 때 발생할 수 있는 질병과 그 때의 증상을 예상하여보자. (5) 질병을 치료하기 위한 약을 고안해보고 그 이름과 질병의 특징을 연관지어 설명하여보자. 참고자료 1. 시판되고 있는 약들의 이름과 광고카피의 해석 (1) 베아제 - 일반적으로 소화효소에 분해하다 라는 뜻의 라틴어인 -ase'가 붙는다는 점에 착안. 일반적인 소화효소제를 연상시키면서도 이 약의 제조사인 대웅제약을 나타낼 수 있는 곰 (bear)과 효소어미인 아제(-ase)를 합성하여 만들어진 이름으로 생각된다. (2) 헤모큐 - 적혈구의 성분이 헤모글로빈이고 이것이 부족할 때 빈혈에 걸린다는 점에 착안. 빈혈치료제로써 헤모글로빈의 주성분인 철분을 공급하고 있음을 잘 나타내고 있다. 철없던 네가( 철분이 부족하여 빈혈에 걸린 네가) 철들었구나!(철이 들어가니 빈혈이 나았구나) 라 중학교 1학년 생물 65

66 는 광고 카피로 단숨에 빈혈약 하면 떠오르는 대표적인 약으로 인식되었다. (3) 네프리스 - 신장의 기본단위인 네프론 에서 유래한 약 이름으로 신장질환치료제임을 쉽게 알려준다. (4) 이밖에도 시중에 유통되는 약들을 조금만 주의 깊게 살펴보면 그 약의 이름이 작용하는 기 관, 치료되는 질환이름, 혹은 약에 포함된 성분과 밀접한 연관을 갖고 있다는 사실을 알 수 있다. 2. 참고 사이트 강동성심병원 신장내과 폐암자료실 편유장의 호흡기클리닉 DK 멀티미디어 백과사전 천재들의 인체백과(CD자료) 경북대학교 사범대학 생물자료실 전문의료정보사이트 3. 인체기관 모식도 - (자료출처 : 경북대학교 사범대학 생물자료실) (1) 소화기관 66 영재교수 학습표준화자료

67 (2) 순환기관 (3) 호흡기관 (4) 배설기관 4. 과제 1. 시판되고 있는 약들의 이름과 광고카피의 해석하여 그 이름과 질병의 특징을 연관지어 설명하 시오.(3가지 이상) 중학교 1학년 생물 67

68 9. 내 몸은 청신호인가 적신호인가. 주제 내 몸은 청신호인가 적신호인가. 목표 1. 내 몸이 청신호인지 적신호인지 알아낼 수 있는 방법을 말할 수 있다. 2. 측정기를 잘 다루며 정확하게 잴 수 있다. 3. 측정결과 및 각종 검사결과를 해석할 수 있다. 준비물 체중계, 신장계, 혈압계, 비만 판정표, 눈금 있는 5L들이 플라스틱 물통, 30cm 고무관, 수조, 1000mL 비커, 500mL 메스 실린더, 알코올, 탈지면, 수건, 물, 소변검사용 막대와 분석표, 종이컵, 비커, 깔때 기, 깔대기대, 유리막대, 포도당, 계란, 증류수, 셀로판지 실험과정 1. 들어가기 인간이 개인적으로 건강하며, 건강을 장래에도 유지할 수 있다는 것은 그 사람 자신을 위해서뿐 아니라 사회 전체를 위해서도 커다란 의미를 가지며 이익이 된다. 바꾸어 말하면, 사회는 그 발전 과 이익을 위하여 각 개인이 충분한 건강을 보존할 수 있도록 힘쓸 책임과 의무를 가지는 것이다. 그러므로 사회는 구성원의 건강을 진단하여 이상이 있는 경우에는 치료하도록 하고, 이상이 없는 경우에는 그 상태를 유지하도록 하거나 더욱 증진시키도록 하여 장래에 이상이 발생하지 않도록 예방적 조치를 취해야 한다. 건강관리란 그러나 기구로서 행하는 일련의 활동이당. 회사나 공장에서는 종업원의 질병이 생 산능력에 영향을 미치기 때문에 그 예방조치로서 종업원의 건강을 관리하고 있으며, 국가는 그러 68 영재교수 학습표준화자료

69 한 산업체에 대하여 근로기준법에 의거하여 지도 감독을 하고, 건정한 국민을 육성하기 위하여 학 교 아동에 대한 건강을 관리하고 있다. 2. 탐구하기 3. 가설세우기 4. 측정하기 (1) 맥박과 심장박동을 재어보고 느낌을 적어보자. (2) 혈압계로 혈압을 재어보자. (3) 체중계와 신장계를 이용하여 몸무게와 체중을 재어 보자. (4) 폐활량을 측정해보자. 1 큰 수조에 물을 2/3가량 채운다. 2 물통에 물을 가득 담았다가 비커와 메스실린더로 정확한 물통의 부피를 측정한다. 3 물통에 물을 가득 채운 다음 물통 입구를 뚜껑으로 막고 수조에 거꾸로 세운다. 입구가 물에 잠긴 상태에서 뚜껑을 연다. 4 알콜로 소독한 고무관을 물통 입구에 넣고 끝을 입에 문다. 5 숨을 크게 들이 쉬었다가 고무관을 통해 끝까지 숨을 내쉰다. 6 이 상태에서 통 입구를 뚜껑으로 막고 수조에서 꺼내어 물통 속에 남아있는 물의 양을 메스실린더로 측정한다. 7 물통의 전체 부피에서 남아있는 물의 양을 빼 폐활량을 계산한다. 폐활량 = 물통의 부피(mL) - 남아있는 물의 부피(mL) 5. 소변검사하기 (1) 종이컵에서 자신의 소변을 받아온다. (2) 비커에 증류수 100mL를 부은 뒤 포도당 1g을 넣어서 포도당 용액을 만든다. (3) 계란 흰자에 물을 넣어서 10배 정도로 묽게 만든다. (4) 소변검사용 막대를 자신의 소변, 포도당 용액, 계란 흰자 희석액에 각각 충분히 담갔다가 중학교 1학년 생물 69

70 꺼내서 색의 변화를 관찰하고, 막대를 소변 검사용 분석표와 대어 비교해 본다. (5) 셀로판지, 깔때기, 비커 등을 이용하여 다음과 같은 여과 장치를 만든다. (6) 각각의 깔때기에 포도당 용액과 계란 흰자 희석액을 붓는다. 이때 셀로판지 위로 용액이 흘러넘치지 않도록 주의한다. (7) 각각의 비커에 담긴 용액을 소변검사용 막대에 충분히 묻힌 후에 색깔 변화를 살 펴 본다. (8) 키를 잰 값과 몸무게를 비교하여 비만의 정도를 측정한다. 비만도 판정 공식 [표준체중 + (키-100) 0.9] 유의사항 1. 폐활량 측정 (1) 실험보고서 등은 책상서랍이나 물에 잘 젖지 않는 곳에 두어 실험이 끝난 후 잘 정리하게 한다. (2) 숨을 내쉰 후 물통 입구를 뚜껑으로 막은 후 꺼내게 한다. (3) 고무관을 반드시 알콜로 소독한 후 다른 사람이 사용하도록 한다. 2. 소변검사 (1) 학생들이 소변을 채취할 때, 처음 나오는 소변은 피하고 손이나 다른 물체에 닿지 않도록 주의를 준다. 그리고 소변 검사용 막대에 붙어있는 종이 부분에 손을 대지 않도록 하고 물 이 묻거나 햇빛에 노출되지 않도록 주의를 준다. (2) 셀로판지는 세포막과 같은 반투성막의 성질을 가진다. 그런데 셀로판지를 사용할 경우 여과 되는 데 시간이 많이 소요되므로 소변 검사 막대에 묻힐 정도가 되면 검사를 하도록 한다. 실험결과 1. 폐활량 측정 (1) 물통의 부피는 몇 ml인가? 70 영재교수 학습표준화자료

71 (2) 숨을 내어 쉰 후 남아있는 물의 양은 몇 ml인가? (3) 나의 폐활량은 몇 ml인가? (4) 친구들의 폐활량을 정리하여 비교하여 보자. 이름 영재A 영재B 영재C 영재D 영재E 폐활량(mL) 2. 소변검사 (1) 자신의 소변, 여과 장치에 걸러지기 전과 걸러진 후의 설탕 용액, 계란 흰자 희석액 각각에 소변검사용 막대를 이용하여 검사한 결과 나타난 색깔 변화를 아래의 표에 정리한다. 여과장치에 걸러지기 전 여과장치에 걸러진 후 포도당 검출지 단백질 검출지 포도당 검출지 단백질 검출지 자신의 소변 거의 변화 없음 거의 변화없음 설탕용액 남색 거의 변화 없음 남색 거의 변화없음 계란흰자 희석액 거의 변화 없음 청록색 거의 변화없음 연두색 3. 자신의 소변 검사 결과 (정상적인 경우 소변에서 포도당과 단백질 모두 검출되지 않는다.) 4. 여과 장치에 걸러지기 전과 걸러진 후에 검사결과 색깔 변화에 차이가 있는 용액은 계란흰자 희석액이다. 계란의 주성분인 단백질은 분자의 크기가 크므로 셀로판지를 통과하지 못하고 남 게 된다. 반면에 포도당은 분자의 크기가 작으므로 셀로판지를 통과할 수 있다. 여과장치에 사 용된 실험기구나 재료는 각각 신장의 구조 중 어느 부분에 해당되는 지 토의해 보자. 셀로판지 : 깔때기 : 보충설명 1. 최저 혈압이 높으면 위험이라든가 최고 혈압과 최저 혈압의 폭이 작으면 위험이라고 하는 말을 들은 적이 있으리라고 생각한다. 이것은 표현은 다르지만 의미는 같은 말로 위험성이 높은 것 중학교 1학년 생물 71

72 이 사실이다. 최고 혈압과 최저 혈압에서 중간 혈압(평균 혈압이라고도 한다) 이라고 하는 숫자 가 다음과 같이 해서 산정되지만 최저 혈압이 높으면 중간 혈압이 높아져 버린다. 중간혈압 = 최저혈압 + 1/3(최고 혈압 - 최저 혈압) 예를 들면 최고 혈압 170m, 최저 혈압 90m 사람의 중간 혈압은 이렇게 된다 /3(170-90) = 약 117 또한 최고 혈압 150m, 최저 혈압 110m의 사람은 다음과 같이 된다 /3( ) = 약 123 이와 같이 최고 혈압에서는 20m나 낮은 사람은 최저 혈압이 높으면 중간 혈압이 높아져 버린 다. 그리고 중간 혈압이 높은 사람은 장래 심근경색이나 뇌졸중에 걸리기 쉽 다고 하는 결과가 나와 있다. 중간 혈압이 높다고 하는 것은 동맥이 탄력성을 상실하고 있다는 의미이다. 이미 동 맥경화가 시작되고 있거나 혹은 앞으로 동맥경화가 될 위험성이 높다. 혈압치에 대해서는 높을 뿐만 아니라 혈압의 폭이나 최저 혈압치에 주의를 기울이는 것이 중요하다. 2. 비만 판정표 3. 폐활량 측정 (1) 폐활량과 같은 양의 물은 물통에서 밀려나온 물이다. (2) 폐활량이 클수록 오래 달리기 등의 지구력이 높다. 단기적인 운동 특징에서는 차이가 잘 드 러나지 않는다. 72 영재교수 학습표준화자료

73 4. 소변검사 (1) 본 실험에서 사용되는 여과장치는 신장의 사구체에서 보면 주머니로의 여과 과정을 나타낸 것이다. 신장의 재흡수와 재분비 기능은 세뇨관에서 일어난다. (2) 정상적인 경우 소변에서 포도당과 단백질 모두 검출되지 않는다. (3) 포도당 용액의 경우 여과 장치에 걸러지기 전과 후에 모두 포도당이 검출된다. 이는 포도당 분자의 크기가 작아서 여과되기 때문이다. 그런데 정상적인 소변에는 포도당이 포함되어 있지 않다. (4) 포도당은 우리 몸에서 에너지를 생성하는데 필요하기 때문에 소변으로 배설되어서는 안된 다, 그런데, 당뇨병 환자의 소변에는 포도당이 섞여 나온다, 당뇨가 되면 수분평형에 이상 이 와서 갈증, 다뇨증, 식욕 감퇴, 피로감 등이 나타나기도 하며, 세균 감염에 대한 저항성 이 줄어든다. 그리고 당뇨병은 시력상실, 고혈압, 동맥경화증 등의 여러 합병증을 일으키기 도 한다. 5. 생각해보기 1. 혈압이 높다는 것은 무엇을 의미할까? 2. 최저 혈압이 높으면 위험하다든가, 최고혈압과 최저 혈압의 폭이 작으면 위험이라고 하는 말을 들은 적이 있으리라고 본다. 3. 소변에 포도당이 검출된다면 어떠한 겅우인지? 원인과 결과에 대하여 서술하세요. 4. 중간혈압은 어떻게 구하는가? 중간혈압이 높은 사람은 어떠한 일이 일어나기 쉬운가? 5. 만약 쓰레기를 버리지 않는다면 어떠한 일이 일어날 것인가? 예상하여 써보자. 6. 우리가 버리는 쓰레기 중에 플라스틱, 종이, 신문, 캔, 병 등의 경우 어떻게 처리하 는가? 신장 의 기능과 관련지어 설명하여 보자. 중학교 1학년 생물 73

74 10. 개구리와 고양이 폐의 표면적 구하기 주제 금붕어의 혈액 순환 관찰 목표 폐가 폐포로 구성되어 있는 이유를 이해할 수 있다. 준비물 같은 크기의 유리 구슬, 같은 크기의 말린 우유팩 2개, 자, 칼 또는 가위, 폐와 폐포의 구조 사진 실험과정 어떤 두 동물의 폐 모형을 만들어 보고 폐의 표면적을 비교해 보자. 1. A동물의 폐 모형을 말린 우유팩이라 하자. 기체 교환은 우유팩의 표면에서 일어난다고 하자. 2. B동물의 폐모형 내부를 깨끗이 씻어 말린 우유팩에 구슬을 가득 채운다. 기체의 교환은 유리구슬의 표면에서 일어난다고 가정하자. 3. A우유팩의 네 모서리를 잘라 자로 길이를 재고 내부 면적을 계산한다. 74 영재교수 학습표준화자료

75 4. B우유팩에 들어간 유리구슬의 개수를 센다. 유리구슬의 지름을 자로 재어 한 개의 유리구슬의 표면적을 계산한다. 유리구슬 한 개의 표면적 계산 공식 s = 4 π r² s: 유리구슬 한개의 표면적, π= 3.14, r: 유리구슬의 반지름 5. 유리구슬의 개수에 한 개의 표면적을 곱하여 전체 표면적을 계산한다. 단 B의 우유팩의 면적은 합산하지 않는다. S= n s S : 유리구슬 전체의 면적, n: 유리구슬 개수, s: 유리구슬 한 개의 표면적 유의사항 1. 유리구슬이나 기타 둥근 모양의 대용품을 사용해도 좋으며, 구슬로 장난치지 않도록 지도한다. 작은 구슬일수록 표면적의 비는 커진다. 2. 우유팩은 깨끗이 씻은 다음 햇볕에 말린 것을 사용하며, 뚜껑 부위의 면적은 완전히 펴서 계산 한다. 3. 칼이나 가위를 사용할 때 다치지 않도록 주의한다. 4. 폐와 폐포의 모양을 나타낸 자료를 준비해 제시하며 실험 결과를 토의하도록 한다. 실험결과 1. 우유팩 : 폐의 외부 모양, 유리구슬 : 페포 mL 우유팩을 사용한 경우 계산 값 구분 우유팩의 면적(cm 2 ) A동물의 표면적 유리구슬 전체의 표면적(cm 2 ) B동물의 폐 표면적 표면적(cm²) ² 58개 A동물 : B동물 = 414 : : 7 4. B동물이 많은 폐포로 구성되어 표면적이 넓어 기체 교환이 잘 된다. 중학교 1학년 생물 75

76 보충설명 1. 폐는 좌우엽으로 구성되어 있으며, 좌엽에 2엽, 우엽에 3엽으로 구성되어 있고, 많은 폐포로 구 성되어 있다. 폐포는 3억-4억개 정도로 전체 표면적을 계산하면 100m² 정도의 넓이가 된다. 2. 고등동물로 갈수록 주름이 잡히다가 폐포로 구성되어 폐의 표면적이 넓어지는 구조로 많은 양 의 기체교환이 가능하다. 3. 개구리의 폐는 풍선에 약간 주름이 잡힌 정도이므로 많은 양의 기체 교환이 이루어지지 못하므 로 피부로 산소를 녹여 흡수해야 한다. 활동지 [개구리와 고양이 폐의 표면적 구하기] 강남영재교육원 2006년 11월 18일(토) 학교 1학년 이름 실험목표 폐가 폐포로 구성되어 있는 이유를 이해할 수 있다. 준비물 같은 크기의 유리구슬, 같은 크기의 말린 우유팩 2개, 자, 칼 또는 가위, 폐와 폐포의 구조 사진. 실험과정 1. 들어가기 (1) 호흡기관의 원리를 탐구하여 보자. (2) 폐하면 연상되는 것을 적어보자. (3) 호흡기질환과 흡연에 대하여 나의 생각을 서술하여 보자. 76 영재교수 학습표준화자료

77 2. 탐구하기 (1) 사람의 폐에 대한 나의 지식을 알아보자. 1 폐는 왜 필요할까? 2 폐는 어떠한 구조를 하고 있으며 어디에 위치하고 있을까요? (2) 다른 동물들의 호흡기관에 대하여 알아보기 (3) 표면적 구하기 1 A동물과 B동물의 폐 모형을 만들어 보고 폐의 표면적을 비교해 보자. 2 학습주제와 관련지어 가설을 세워 보자. 3 A동물과 B동물의 폐 표면적을 구하기 위하여 어떻게 설계 할까? 4 계산하기 3. 결과 정리 (1) 우유팩 :, 유리구슬 : (2) 200mL우유팩을 사용한 경우 계산 값 구분 우유팩의 면적(cm 2 ) A동물의 표면적 유리구슬 전체의 표면적(cm 2 ) B동물의 폐 표면적 표면적(cm²) 중학교 1학년 생물 77

78 (3) A동물 : B동물 = ( ) : ( ) ( ) : ( ) (4) 결과 정리 생각해 보기 1. 다음 그림은 물고기 개구리 도마뱀 고양이의 호흡기의 모습을 나타낸 것이다. 각 동물의 호흡 기의 구조를 비교하고 특징을 적어보자. 2. 개구리의 몸은 항상 축축하게 젖어있어 공기 중의 산소를 피부로도 흡수한다. 개구리의 폐의 구조를 보고 피부 호흡을 해야 하는 서술하여 보자. 3. 심한 운동을 할 때 숨이 가빠지는 이유는 무엇인가? 4. 폐에 이상이 생기면 어떤 장애가 나타날까? 5. 에베레스트 산과 같이 높은 산에서는 산소가 매우 희박하다. 이런 곳에서 나타나는 증상은 어 떠한가? 6. 호흡기질환과 흡연에 대하여 조사하여 보자. 78 영재교수 학습표준화자료

79 11. 뛸수록 가빠지는 호흡!(사람의 호흡) 주제 뛸수록 가빠지는 호흡!(사람의 호흡) 목표 1. 호흡기관의 구조와 기능을 알 수 있다. 2. 호흡운동의 원리를 알 수 있다. 3. 호흡운동의 조절 원리를 알 수 있다. 4. 기체 분압 차에 의한 가스교환을 이해할 수 있다. 5. 호흡기 질환에 대해 알 수 있다. 준비물 호흡운동 실험장치, 시험관(지름 1.5cm), 청색 BTB 용액, 긴 빨대, 테이프, 비닐봉지, 초시계, 큰 수 조, 500ml비커, 4L플라스틱 통, 30cm 고무호스, 네임펜, 시험관대, 시험관집게, 알콜 램프, 라이터 탐구활동 1. 호흡운동 원리 (1) 숨을 크게 쉬면서 들숨과 날숨 때 갈비뼈와 배의 움직임을 살펴본다. (2) 호흡운동 실험장치에 있는 고무막을 잡아당겼을 때와 놓았을 때 병 속에 있는 고무풍선에 나타나는 변화를 살펴본다. 들숨 원리 (부피, 압력변화 연결지어 설명할 것) 날숨 원리 (부피, 압력변화 연결지어 설명할 것) 중학교 1학년 생물 79

80 2. 들숨과 날숨 성분 비교 (1) 시험관에 청색 BTB 용액을 20ml정도 넣고 빨대를 꽂아 숨을 내쉬어(날숨) 색깔 변화가 있 는지 관찰한다. (2) 1분 동안의 호흡수를 세고 비닐봉지로 코와 입을 덮어 쓰고 1분 동안의 호흡수, 그리고 그 후의 호흡수를 세어 비교한다. 토끼뜀 30번을 뛰고 1분 동안의 호흡수를 세어 비교한다. 일반상황의 호흡수 비닐봉지 속 호흡수 비닐봉지 뺀 후 호흡수 토끼뜀 30번 뛴 후 질문: 정상적인 호흡수와 각 상황의 호흡수에 차이가 있는가? 차이가 나는 이유는 무엇인가? 질문: 운동시간을 배로 늘렸을 때 분당 호흡수를 측정하면 호흡수가 비례적으로 증가할까? 3. 폐활량 측정 실험 (1) 4L 플라스틱 통에 200ml 씩 물을 부으면서 통 표면에 200ml간격으로 선을 긋는다. (2) 플라스틱 통에 물을 가득 채운 후 통의 입구를 막고 물이 20cm정도 채워진 수조에 거꾸로 뒤집어 놓은 후 가만히 통의 입구를 연다. (3) 고무호스 한쪽을 입으로 물고 다른 쪽을 플라스틱 통 밑으로 밀어 넣어 숨을 불어 넣으면 공기에 의해 물이 밀려나가 폐활량을 측정할 수 있다. (4) 보통 숨을 쉬는 것과 똑같이 하여 1회 호흡량을 측정한다. (5) 최대한 숨을 들이마신 다음 고무호스로 숨을 불어 넣어 폐활량을 측정한다. (6) 평상시대로 숨을 내쉰 다음 고무호스를 입으로 물고 최대한 숨을 내쉬어 예비 호기량을 측 정한다. 1회 호흡량 폐활량 예비 호기량 예비 흡기량 1분 호흡량 참고 : 한 번 숨을 쉴 때 들어가고 나가는 공기의 양(1회 호흡량=1회 흡기량=1회 호기량)은 약 500ml이다. 1회 흡기량에 외에 자신이 한 번에 최대로 들이 마실 수 있는 공기의 양(예비 흡기량)은 2,500~3,500ml이고, 1회 호기량 외에 자신이 최대로 내쉴 수 있는 공기의 양(예비 호기량)은 1,000ml이다. 숨을 최대로 내쉬어도 약 1,000ml의 공기는 항 상 폐에 남아있는데 이것을 잔여 공기량이라고 한다. 폐활량은 최대로 한 번 숨을 들 이마셨다가 최대로 내어 뱉는 공기의 양으로 1회 호흡량 + 예비 흡기량 +예비 호기 량에 해당한다. 폐활량에 잔여 공기량을 더한 값이 폐의 용량이 된다. 80 영재교수 학습표준화자료

81 6,000ml 예비 흡기량 3,000ml 1회 호흡량 폐활량 2,000ml 예비 호기량 폐 용량 1,000ml 잔여 공기량 생각 넓히기 1. 아래 그림에서 호흡기의 각 부분을 찾아 해당하는 번호를 쓰시오. ( ) 횡격막 ( ) 비강 ( ) 폐 ( ) 후두덮개 ( ) 인두 ( ) 기관 ( ) 기관지 ( ) 세기관지 ( ) 후두 중학교 1학년 생물 81

82 2. 코 속에는 코털이 있다. 안쪽 벽에 점액이 묻어 있고, 모세혈관이 밀집되어 있다. 이런 코의 특 징으로 보아 코 속으로 공기가 통과하면서 공기는 어떻게 변할까? 세 가지만 써보자. 3. 후두덮개의 하는 일은 무엇인가? 또 후두덮개가 역할을 하지 못하면 어떤 현상이 나타날까? 4. 후두암에 걸려서 후두를 절개하는 수술을 받은 사람은 말을 할 수 없게 된다. 그 이유는 무엇 일까? 5. 기관은 C자 모양의 뻣뻣한 연골 고리를 많이 가지고 있는데 이 연골 고리들의 역할은 무엇일까? 6. 기관이나 기관지에는 아래 전자 현미경 사진과 같은 섬모들이 있다. 이 섬모들의 하는 일은 무 엇일까? 7. 아래 사진은 흡연으로 담배 연기 속의 타르가 폐포에 흡착한 폐의 모습이다. 자신이 의사라고 가정하고 사진처럼 흡연으로 검게 변한 폐를 가진 흡연자의 증상을 생각해 보자. 82 영재교수 학습표준화자료

83 9. 한 개비의 담배는 기관지 내벽의 섬모를 약 20분간 멈추게 한다. 섬모의 운동이 마비되었을 때 어떤 증상이 생길 것인가 생각해 보자 배로 관찰된 폐포 조직의 사진이다. 각 번호에 해당되는 명칭을 써라. 1 : 2 : 6 : 7 : (1) 폐포벽이나 모세혈관의 벽을 이루는 세포들의 공통된 특징은 무엇인가? (2) 7번 세포의 기능은 무엇인가? (3) 10번 세포는 물의 표면 장력을 약화시키는 계면활성제를 폐포 쪽으로 분비하는 세포라고 한다. 이 계면활성제가 폐포 안쪽 벽에서 하는 일은 무엇인가? 11. 아래 산소해리곡선을 해석하여 정리해보자. 중학교 1학년 생물 83

84 혼합기체에서 한 기체가 차지하는 압력을 분압이라 하는데 폐에서는 분압 차에 의해서 확 산 현상으로 기체교환이 일어난다. 폐포 속의 산소분압은 폐동맥 속의 산소분압보다 높으므 로 분압 차에 의해서 폐포에서 모세혈관으로 확산된다. 이런 원리로 산소는 폐포에서 모세혈 관으로, 모세혈관에서 조직세로로 전달되고 이산화탄소는 조직세포에서 모세혈관으로, 모세 혈관에서 폐포로 이동하여 몸 밖으로 배출되는 것이다. 가 산소의 운반 철을 함유한 적혈구 속의 헤모글로빈(Hb)은 산소 4분자와 결합하여 산소를 운반한다. 폐 Hb + 4O 2 Hb(O 2 ) 4 조직세포 <산소해리곡선> * 보어효과 : 이산화탄소가 헤모글로빈과 결합하면 헤모글로빈의 구조가 약간 변하면서 철이 산소와 결합하기 힘든 위치로 간다. 따라서 이산화탄소 분압이 높아지면 산소헤 모글로빈은 보다 많은 산소를 해리시키게 되는데 이를 보어효과라 하고 혈액의 산성화와 온도 상승도 같은 효과를 나타낸다. 나 이산화탄소의 운반 탄산수소나트륨에 의한 운반(적혈구에서 탄산무수화 효소에 의해 반응, 70%정도 이동) CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H HCO 3 - HCO 3 + Na + NaHCO 3 헤모글로빈에 의한 운반(적혈구에서, 이산화탄소의 25%정도 이동) Hb + CO 2 HbCO 2 혈장에 그대로 녹아 운반(5%정도 이동) 84 영재교수 학습표준화자료

85 (1) 다음 표는 휴식상태와 격렬한 운동을 할 때 조직세포에서 산소와 이산화탄소의 분압을 나 타낸 것이다. 산소 분압 이산화탄소 분압 휴식상태 40mmHg 40mmHg 격렬한 운동 20mmHg 60mmHg 위 표와 그래프를 보고 격렬한 운동을 할 때에는 휴식상태에 비해 얼마나 많은 산소가 추 가로 조직세포에 제공되겠는가? (2) 다음은 산소와 헤모글로빈의 결합 및 해리 반응이다. 폐 Hb + 4O 2 Hb(O 2 ) 4 조직세포 이 반응에서 역반응이 촉진되는 부위와 조건을 설명하여라. (3) 다음 그래프 (가)는 헤모글로빈과 미오글로빈의 산소 해리 곡선을 나타낸 것이고, 그래프 (나)는 산모와 태아에서 헤모글로빈의 산소 해리 곡선을 나타낸 것이다. (단, 미오글로빈은 근육에서 산소를 저장하는 역할을 하는 단백질이다.) 아래 그래프를 비교 분석하여 알게 된 점을 서술하여라. 12. 정상인의 폐는 고무풍선처럼 늘었다 줄어들었다 할 수 있는 탄력성이 있는 반면 폐기종 환자 의 폐는 잔뜩 늘어나 있을 뿐 다시 줄어들지 못해 호기가 어려워 폐에 잔류 공기량이 많은 질 중학교 1학년 생물 85

86 병이다. 폐기종 환자는 폐활량, 예비 호기량, 폐의 산소 농도, 기체교환의 효율 등에서 어떤 변 화가 생길지 정리해보자. 심화보충 학습자료 1. 사람의 호흡기관: 들숨을 통해 들어가는 공기는 코와 기관지를 거치면서 먼지가 제거되고, 습하 게 되면서 따뜻하게 변한다. 그러므로 우리의 호흡기는 산소를 들이마시고 이산화탄소를 내보 내는 일 이외에도 여과기, 가습기, 난방기의 역할도 하는 것이다. 공기는 코를 통과하면서 소용 돌이치고 체온으로 데워지며 습기를 머금게 되고 우툴두툴한 콧구멍 내벽의 점액에 먼지와 세 균이 걸러진다. 그 다음 인두, 후두를 거쳐 기관에 들어가는데 후두는 기관이 시작되는 부분으 로 소리를 내는 성대가 있으며 연골로 이루어져 있어서 딱딱하다. 음식물을 삼킬 때는 후두 덮 개가 후두를 막아 음식물이 기관으로 넘어가지 못하게 한다. 기관은 연골이 있어서 항상 열려 있고, 기관의 내벽에는 섬모가 많은데 이들 섬모가 이물질을 걸러 인두 쪽으로 내보내므로 기 관에서 걸러진 이물질은 삼키게 된다. 기관은 기관지가 되고, 기관지 끝에는 마치 포도송이처럼 폐포가 달려있다. 폐포는 다시 많은 모세혈관으로 싸여 있어서 대기와 혈액은 여기서 막 하나 를 사이에 두고 접해 있다. 양쪽 폐는 모두 약 3억 개의 폐포로 이루어져 있고 전체 면적은 70m 2 정도로 배드민턴 코트만큼 넓다. 2. 사람의 호흡기 질환 (1) 만성폐쇄성 질환 만성기관지염과 폐기종을 함께 이르는 병명이다. 만성기관지염은 1년에 3개월 이상 기침이나 86 영재교수 학습표준화자료

87 가래가 나오고, 이런 증상이 2년 이상 지속되는 병을 말한다. 폐기종은 폐포벽이 파괴되는 바람에 허파꽈리가 커져 혈관에 산소가 제대로 공급되지 못하는 병이다. 정상인의 폐는 고무풍선처럼 늘어났다 줄어들었다 할 수 있는 탄력성이 있는 반면 폐기종 환자 의 폐는 잔뜩 늘어나 있을 뿐 다시 줄어들지 못한다. 따라서 숨을 내쉬기 어렵고 이 때문에 호흡 곤란에 시달리게 된다. 이 병은 담배를 피운 지 20~30년 동안 자각 증상이 없다가 폐 기능이 50% 이상 손상된 뒤에야 정체를 드러낸다. 폐 기능은 한 번 손상되면 회복이 불가능하다. 폐기능이 떨어지면 저산소증이 심해져 평소에도 호흡 곤란과 피로를 잘 느끼게 된다. 심하면 입술이나 손톱색이 푸르게 변하는 청색증이 나타난다. 혈액에 이산화탄소가 많아져 의식까지 희미해질 수 있다. 이와 함께 2차성 폐 동맥고혈압증, 급성 호흡부전, 폐렴, 기흉(흉강에 공기가 차는 병), 심장부정맥, 폐색전증(폐혈관이 막힘) 등을 초래해 생명까지 앗아갈 수 있다. 호흡기학회 등에 따르면 아시아와 태평양 지역의 30 세 이상 인구 가운데 6%가 이 병을 갖고 있는 것으로 추정된다. 천식과는 다르다=숨소리가 쌕쌕거리며 숨이 차면 천식이라고 여기는 사람들이 많다. 겉으로 보기엔 만성폐쇄성폐질환도 천식과 비슷하다. 그러나 만성폐쇄성폐질환은 천식과 달리 중년 기에 들어 서서히 시작되며, 대부분 오랫동안 흡연한 사람들에게 잘 걸린다. 천식은 주로 어 린시절에 나타나며 증상이 날마다 다르다. 가족 가운데 환자가 있는 경우에 많이 발병하며, 알레르기, 비염, 습진 등의 증상이 함께 나타나기도 한다. 환경오염도 원인=만성폐쇄성폐질환의 주범은 물론 흡연이다. 그러나 최근 들어선 실내외 환 경오염도 중요한 원인으로 제기되고 있다. 공기오염, 간접흡연, 각종 유해가스, 작업장 분진 등도 이 병이 생기는데 중요한 영향을 미친다는 것이다. 미국의 국민건강영양조사 보고서에 따르면 만성폐쇄성폐질환 발생원인 가운데 19.2%가 직업과 관련 있다고 한다. 특히 담배를 피우지 않는 사람의 경우 31.2%가 직업이나 환경이 주요 원인으로 작용했을 것으로 분석됐 다. 전 세계적으로 여성 환자들이 급증하고 있는데, 이는 난방이나 취사과정에서의 공기 오 염이 원인인 것으로 알려져 있다. 금연이 최상의 예방책=흡연자가 병을 예방하거나 증상이 악화되는 것을 막기 위해서는 하루 빨리 담배를 끊어야 한다. 폐 기능은 25세 이후 남성은 30ml, 여성은 23ml씩 매년 줄어든다. 특 히 흡연자는 평균 45ml, 담배에 민감한 사람은 50~90ml까지 감소한다. 만성폐쇄성폐질환 환자 들은 독감이나 폐렴 등의 호흡기 감염에 걸리면 심각한 상황을 맞을 수 있다. 증상이 갑자기 악화되고 협심증, 심근경색증 같은 관상동맥질환을 악화시켜 사망률을 50%까지 높인다. 따라 서 환자들은 독감예방백신을 맞고, 폐렴구균에 대한 예방접종도 5년에 한 번씩 해야 한다. 손상된 폐 기능은 회복이 어렵지만 꾸준히 치료를 받고, 폐 기능을 강화하는 생활요법을 실천한 중학교 1학년 생물 87

88 다면 진행 속도를 늦출 수 있다. 주로 쓰는 치료약은 기관지확장제이다. 가능하면 먹는 약보다 부 작용이 적은 흡입제가 좋다. 기관지 확장제 이외에도 호흡곤란이 심하면 스테로이드를 쓰고, 염증 이 있으면 항생제를 사용한다. 장기적인 산소요법과 재활요법은 만성폐쇄성폐질환에 걸린 사람들 의 생존율을 높인다. (2) 폐암 폐암은 기관, 기관지, 폐포의 세포가 정상적인 기능을 잃고 무질서하게 증식하는 현상에 의해 발생합니다. 최근에 암의 발생과 유전자 이상과의 관계에 대해 여러 가지 이야기가 많지만, 세포 가 왜 암화 (무질서하게 증식하는 악성세포로 변하는 것)하는지에 대해서는 아직 확실한 사실을 모르고 있는 실정이다. 암은 주위의 조직이나 기관을 파괴하고 증식하면서 다른 장기로 퍼져나가 종류를 형성한다. 다른 장기로 암이 퍼지는 현상을 전이라고 한다. 폐암에 걸리는 사람의 수는 전 세계적으로 증가하고 있는 추세다. 우리나라에서 폐암의 발생률 은 남자에서 3위, 여자에서 5위를 차지하고 있지만, 사망률은 남녀 모두 3위로서 각각 전체 암의 19.4%, 11.8%를 나타내고 있다. 폐암의 5년 생존률(치료개시 시점으로부터 5년간 생존하는 환자의 비율)은 25-30%라고 한다. 좀처럼 낫지 않는 기침이나 흉통, 호흡시의 색색거리는 소리 (천명), 숨이 차는 현상, 혈담, 목이 쉬는 것, 얼굴이나 목의 부종 등이 일반적인 증상이다. 검진이나 건강 검진을 통해서나, 고혈압 등 기타 질환으로 인해 의료기관에 접하게 되었을 때 발견되는 일이 많다. 때로는 전이병소의 증상 (예를 들면 뇌 전이에 의한 두통, 뼈 전이에 의한 요통 등 뼈의 통증)이 최초로 나타나는 증상인 경우도 있다. 또 흉통이 나타나기도 하는데, 이것은 폐암이 흉벽에 침범하거나 흉수가 고이기 때 문이다. 그 밖에 어깨 결림, 어깨의 통증, 등 윗부분의 통증, 어깨에서 팔 윗부분에 걸친 통증 등도 드물게 나타난다. 이처럼 폐암의 일반적인 증상은 감기 등의 증상과 구별하기 어려운 경우가 많으므로, 좀처럼 낫 지 않는 기침, 혈담, 흉통, 천명, 호흡곤란, 쉰 목소리, 발열 등의 증세가 확인된 경우에는 의료기관 에서 검진을 받아야 한다. 흡연 경력이 있는 40세 이상의 분은 특히 주의가 필요하다. 폐암이 조기인 경우에 외과적 절제방법을 실시한다. 수술방법에는 폐의 환부를 부분절제하는 경우, 폐엽절제 (우폐는 상엽, 중엽, 하엽으로 나뉘며 좌폐는 상엽, 하엽으로 나뉘어 있는데 그중 하나나 둘을 절제하는 것)하는 경우, 한쪽 폐를 전부 절제하는 경우가 있으며, 림프절에 암이 있는 지 어떤지를 확인하기 위해서 림프절도 절제한다.(외과적 절제 방법) X선이나 기타 고에너지의 방사선을 사용하여 암세포를 죽이는 방법이다. 폐암의 경우 일반적으 로 체외에서 폐의 환부나 림프절에 방사선을 조사한다. 보통 하루에 한 번씩 주5회 조사하며, 5주 에서 6주간의 치료기간이 필요하다. 최근에는 하루에 두 번씩 주10회 조사하는 다분할조사가 시도 88 영재교수 학습표준화자료

89 되고 있다. (방사선 요법) 화학요법은 정맥에 바늘을 찔러 그곳에 약을 주입한다. 드물게는 약을 복용하는 경우도 있다. 외과요법, 방사선요법이 국소치료라고 불리는 데 대해 화학요법은 전신치료라고 불리고 있다. 약 이 혈액 속에 들어가 혈류를 따라 전신을 돌며 폐 뿐만 아니라 폐 밖으로 퍼진 암세포도 죽일 수 있기 때문이다. 소세포암에 사용하는 항암제는 한가지 종류가 아니며 보통 2종류 이상을 사용한 다. 치료기간은 일반적으로 16주에서 24주 정도다. 최근에는 매주 항암제를 투여하여 9주 동안만 치료를 하기도 한다. 항암제에 의한 치료는 단독으로 실시되기도 하지만 방사선요법이나 외과요 법과 병용하는 경우도 있다.(항암제에 의한 화학 요법) 기관지경으로 보이는 범위의 암에 레이저광선을 쏘아 치료한다.(레이져 치료) 신체의 면역기능을 높이거나 암세포를 특이하게 죽이는 면역담당세포를 점적 주사하는 등 다양 한 면역요법이 시도되고 있다. 그러나 모두 실험단계에 있으며 지금으로서는 아직 폐암에 유효한 면역요법은 없다고 할 수 있다.(면역 요법) (3) 천식 여러 가지 자극에 대한 기도의 과민성을 그 특징으로 하는 질환으로 기도의 광범위한 협착에 의한 임상증세들이 자연히 혹은 치료에 의해 가역성으로 호전될 수 있다. 천명( 喘 鳴 ), 호흡곤란, 기 침의 전형적인 3대 증상이 발작적으로 나타나게 되는데 비전형적인 경우에는 단순한 만성적인 기 침, 혹은 흉부 압박감, 혹은 원인을 알 수 없는 호흡곤란의 증상만 있는 경우도 적지 않다. 가역성 기도협착을 천식의 특징적인 임상증상으로서 기관지 평활근의 수축, 점액질에 의한 기도폐색, 기 관지 점막 및 점막하의 부종에 연유한다. 이러한 기도협착은 숨을 내쉴 때 더욱 악화된다. 원인에 따라 천식을 분류하면 다음과 같다. 외인성 천식 : 원인항원에 노출되었을 때 증상이 나타나는 천식을 말한다. 원인 항원에 대한 피부시험이나 기관지 유발시험이 양성 반응을 보이며 발병 연령이 젊은것이 보통이다. 집 먼 지, 진드기가 가장 많은 원인 항원이며, 그 밖에 꽃가루, 동물의 상피, 곰팡이 등이 원인항원 으로 작용한다. 내인성 천식 : 상기도 감염, 운동, 정서불안, 한랭 기후 및 습도의 변화 등이 천식을 유발하거 나 악화시키는 경우인데 성인형 천식에서 흔히 볼 수 있다. 혼합형 천식 : 외인성 및 내인성 요인이 혼합되서 발작하고 소아형 천식에 많다. 아스피린 유발성 천식 : 아스피린에 대한 일종의 특이체질 반응으로서 기관지천식, 비용종 ( 鼻 茸 腫 ), 아스피린 불내성( 不 耐 性 )의 3대 증상이 있는 경우를 말한다. 운동 유발성 천식 : 모든 과격한 운동은 천식환자 들에게 호흡곤란의 증상을 유발할 수 있는 데 운동으로 인한 과호흡, 이에 따른 기도의 열 또는 수분의 손실이 발병에 관여한다. 따라서 중학교 1학년 생물 89

90 차고 건조한 공기를 들이마시게 되는 달리기 같은 운동보다는 따뜻한고 습도 있는 공기를 호흡할 수 있는 수영 같은 운동이 천식환자에게 좋다. 직업성 천식 : 작업장에서 흡입되는 물질에 의해 발생하는 천식을 말한다. 처음 얼마동안은 증상 없이 지내다가 수개월 혹은 수년 후에 천식증상이 나타나게 된다. 증상은 주말이나 휴 가 시엔 완화되고 직장에 복귀하면 악화되는 특징을 갖고 있다. 전형적인 천명을 동반한 발작적인 호흡곤란의 증상이 있는 경우는 물론 단순한 지속성 기침, 흉 부압박감, 반복되는 기관지염, 간헐적인 호흡곤란의 증상이 있는 경우에도 반드시 천식을 의심해 야 한다. 증상이 없는 천식환자에게는 청진소견도 정상인 것이 보통이나, 천식 발작 시에는 호흡 수, 맥박수가 증가하고 혈압도 대개 증가하며 청진상 천명음을 들을 수 있다. 아주 심한 천식발작 인 경우에는 위의 소견들이 더욱 심해지면서 청색증, 불안증 등이 나타나고 평소에는 사용하지 않 는 호흡보조근의 사용을 볼 수 있다. 치료는 기관지 점막의 부종, 기관지 평활근 수축, 점액의 과 다분비를 발작적으로 원상 회복시키는 치료과정이다. 천식발작의 정도에 따라 저산소혈증 혹은 고탄산가스혈증과 이에 따른 산 염기평형의 변화에 대해서도 특별한 치료를 요하기도 한다. 급성 호흡부전증에 빠지면 인공호흡기의 사용 등 응급조치도 필요하다. 예방요법도 중요한데 운동유발 성 천식에서 운동전 적절한 전 처치가 증상을 예방할 수 있다. 외인성 천식에서는 원인 알레르겐 으로부터의 회피요법이 가장 중요하다. 90 영재교수 학습표준화자료

91 12. 음식물 속 에너지 주제 음식물 속 에너지 목표 1. 음식물 속에 저장되어 있는 화학에너지를 연소과정을 통하여 측정해 본다. 2. 물의 온도 변화를 측정하여 땅콩과 과자의 연소열을 스스로 계산할 수 있다. 활동안내 들어가면서 페스트 푸드점에서 흔히 보게 되는 가격표 애플파이 1000원 우유 800원 프랜치프라이 1100원 아이스커피 900원 프라이드치킨 1400원 사이다 900원 치즈버거 1600원 콜라 900원 하지만 다이어트를 하고 있는 사람에게는 이렇게 보인다. 애플파이 253kcal 우유 156kcal 프랜치프라이 220kcal 아이스커피 36kcal 프라이드치킨 210kcal 사이다 105kcal 치즈버거 318kcal 콜라 97kcal 준비물 땅콩, 아몬드, 새우깡, 치토스, 알루미늄 캔, 클립, 고무줄, 스탠드, 클램프, 송곳, 칼, 라이터, 매스실 린더, 비커, 저울, 휴지, 장갑, 온도계 중학교 1학년 생물 91

92 학습활동 1. 주어진 실험 준비물로 땅콩류와 과자류의 열량을 알아 낼 수 있는 실험방법을 고안해보자. [생각 Tip] (1) 물의 온도 변화를 측정해야 한다. (온도변화 전후를 정확히 측정해야겠지?) 이 때 물의 양은 얼마가 적당할까? (메스실린더의 용량을 보고 힌트를 얻자) (2) 주어진 땅콩류와 과자류를 태워야 한다. 이 때 연소열은 오로지 물을 데우는 열로만 전달되어야 한다. 열의 손실을 최소화할 수 있 는 방안을 구상해보자. 클립, 캔, 알루미늄 호일의 용도는 무엇일까? 전자저울의 용도는 무엇일까? (3대 영양소의 1g당 내는 열량이 필요하다) 2. 유의사항 (1) 바람막이를 설치해서 바람이 불꽃을 흐트리지 않도록 한다. (2) 물의 양은 달라도 상관없지만 너무 많은 양을 사용하지는 않도록 하고 매 실험에서 가급적 같은 양의 물을 사용하도록 한다. (3) 연소시킬 때 땅콩류(과자류)의 높이는 시험관으로부터 약 1-2cm가 적당하고 이것은 매 실험 에서 같은 정도가 되도록 변인을 통제한다. (4) 치토스나 새우깡의 경우, 크기가 커서 불꽃이 땅콩보다 크게 생기는데 이럴 경우 땅콩에 비 해 많은 부분이 공기 중으로 방출되므로 크기가 큰 재료는 잘라서 땅콩 크기 정도로 실험 하면 더욱 효율이 좋아진다. 3. 결과 정리 및 분석 (1) 이 실험에서 땅콩의 연소열을 측정하기 위해 가정한 것은 무엇인가? (2) 땅콩이 연소될 때 꼭 필요한 것은 무엇인가? 92 영재교수 학습표준화자료

93 (3) 땅콩의 연소에 따른 반응열(땅콩에서 생성된 열량)을 다음 식에 따라 계산해 보자. 방출된 열량(cal) = 물의 비열(cal/g ) 물의 질량(g) 온도변화량 ( ) (비열 : 물질 1g의 온도를 1 높이는 데 필요한 열량으로 물의 비열은 1cal/g 이다.) 식품의 종류 연소에 사용된 식품의 질량 처음 물의 온도 나중 물의 온도 온도 변화량 발생한 열량 (cal) 식품 1g당 발생한 열량(cal) 땅콩 아몬드 새우깡 치토스 4. 이 실험에서 통제해야 할 변인들은 어떤 것이 있을까? 5. 오차의 원인을 분석해보고 오차를 줄이기 위한 방법을 토의해보자. 6. 알콜램프로 시험관을 가열할 때와 땅콩으로 시험관을 가열할 때의 차이점은 무엇인가? 이러한 현상이 일어나는 이유와 이것이 실험결과에 미치는 영향은 무엇인지 생각해 보자. 발전학습 1. 각 식품의 실제 열량은 다음과 같다. 실험 결과는 실제 값의 몇 %정도인가?. 또 실험 결과가 실 제 열량과 차이를 줄이려면 어떻게 해야 할까? 식품 열량 비율(%) 땅콩 (100g) 아몬드 (100g) 새우깡1봉지(90g) 치토스(100g) 575cal 596cal 455cal 550kcal 중학교 1학년 생물 93

94 나의 생각 : ( )의 생각 : ( )의 생각 : ( )의 생각 : 조별 결론 : 2. 땅콩에 불을 붙여 직접 연소하는 경우와 땅콩을 먹었을 때 몸속에서 에너지를 공급하는 세포내 호흡은 어떤 공통점과 차이점을 가지고 있는지 생각해 보자. 참고자료 1. 최경희 교수의 과학아카데미 -동녘- 2. 고등학교 공통과학 Ⅱ 물질(발열반응과 흡열반응) -두산- 3. 중학교 1학년 과학 8. 소화와 순환 -금성출판사- 4. 관련사이트 94 영재교수 학습표준화자료

95 13. 폐와 호흡의 과학 - 이론, 공작 및 관찰 주제 폐와 호흡의 과학- 이론, 공작 및 관찰 목표 1. 호흡과정에서 일어나는 물리적 현상을 안다. 2. 폐 모형을 만들고 폐의 운동 원리를 알 수 있다. 3. 담배 연기에 포함된 물질을 관찰하고 그래프를 통해 흡연의 해로움을 안다. 활동안내 1. 수업의 전개 이 론 공 작 실험관찰 및 해석 호흡 속의 과학 폐 모형 만들기 흡연의 현상의 관찰 2. 호흡 이론 공기는 어디로 들어갈까? 중학교 1학년 생물 95

96 3. 용어 정리 (1) 호흡이란? 생명체가 ( )를 흡입하고 ( )를 배출하는 전 과정 (2) 외호흡 : 환기 1) 과정을 통해 호흡기의 시작인 비강 및 구강, 인후, 후두, 기관과 기관지를 거 쳐 허파꽈리에 도달하여 허파꽈리와 모세혈관 사이에 일어나는 가스교환 (3) 내호흡 : 혈액과 조직세포들 사이의 가스교환 (4) 생명체는 왜 산소를 필요로 할까? 식물도 호흡을 할까? 4. 폐와 호흡의 특징 (1) 폐의 호흡 외의 기능 1 혈액의 ph 유지 2 인체의 열교환에 관여(체온조절) 3 공기 흐름 조절 4 발성 (2) 호흡의 특징 1 분당 약 6리터( )의 공기를 호흡 (휴식 시 분당 호흡수 남자: 12회, 여자: 20회, 아기: 60회) 2 들이쉬는 공기: 질소 약 80%, 산소 약 20% 3 내쉬는 공기: 질소 약 80%, 산소 약 16%, 이산화탄소 약 4%로 구성 4 매일 들이 쉬는 공기량: 10kg (산소: 0.5kg 흡수, 건조한 공기 중에서 내뱉는 수증기량: 0.5kg) 5 폐의 표면적: 6 남자의 경우 매 호흡할 때마다 약 의 공기분자를 함유하는 공기 0.5L가 폐로 들어옴. 지구 대기의 총 공기 분자수는 개. 매 호흡마다 지구 대기의 을 들이마시고 있음 1) 대기의 공기를 흡입하고 대기에 비해 산소의 농도가 낮고 이산화탄소가 많은 폐장 내의 공기를 호출하여 가스를 교환하는 것. 96 영재교수 학습표준화자료

97 생각해보기 1. 어느 과학강연에서 한 교수님이 고등학교 때 충무공 이순 신 장군 유적지로 수학여행을 갔을 때 생각한 것을 들었던 적이 있습니다. 그때 저는 이순신 장군이 내신 숨결이 지 구 위를 떠다니다가 제 몸속으로도 들어오질 않을까 라는 생각을 가졌습니다. 과학적으로 이는 맞는 말일까? 이를 설명해 보자. 내 숨 속에 이순신장 군의 숨결이라~ 헉! 이 산소도 이순신장군의 속을 거쳐온 기도( 氣 道 ) 호흡에서 공기가 폐로 전달되기 위해 통하는 통로. 보통 관 속을 통과하며 이 관을 기관이라 함. 허파꽈리 기관 내 섬모와 점액 (1) 기도의 구조와 역할 1 콧속 습한 표면과 털 : 먼지와 벌레를 걸러줌 2 기관이 2개로 나뉘어 기관지를 통해 양 폐로 공기를 공급 3 각 기관지는 가지치기를 15회 이상 거듭하여 종말 기관 지가 허파꽈리와 연결됨. 4 허파꽈리 : 확장과 수축을 반복하며 산소와 이산화탄소가 교환되는 장소. 지름 약 0.2mm, 약 3억 개 (2) 기도의 먼지 제거 작용 5 큰 입자: 기침을 통해 제거 6 작은 입자: 수 백 만개의 섬모를 이용 위로배출 섬모 : 파동운동을 통해 먼지나 다른 작은 입자를 포함 한 점액을 기도 상부로 운반. 분당 약 1천회 진동(주파 수=약 17Hz), 점액은 분당 1~2cm이동. 중학교 1학년 생물 97

98 생각해보기 2. 허파는 수많은 허파꽈리로 이루어져 있다. 현재의 생물의 구조가 진화의 산물이라고 얘기한다면 허 파가 이 구조로 된 이점( 利 點 )과 우리의 몸에서 이와 비슷한 구조로 된 것을 찾아 써보자. 필요하면 그림을 그려 설명하시오. 6. 혈액과 폐의 상호작용 (1) 혈액과 폐 인체혈액의 1/5(약 1L)이 폐에 있지만 한 번에 폐 모세혈관에서 산소를 운반하는 혈액은 70mL 정도이며, 폐 모세혈관에 1초미만 머물러있다. 따라서 폐 모세혈관의 70mL의 혈액이 80 면적의 표면에 퍼지는 셈이다. 생각해보기 3. 혈액 층의 두께는 어느 정도인지 계산해보자. (단, μm=10-6 m) (2) 폐의 가스교환 과정 1 혈액을 폐 모세혈관으로 보내는 것 2 공기를 허파꽈리 표면으로 보내는 것 (3) 확산현상을 통해 혈액으로 기체 이동 1 한 분자가 본래 장소에서 N회 충돌 후 움직이는 예상거리 D는 ( 공기중 조직 ) 생각해보기 4. 산소분자가 공기 중에서는 초당 N= 회 충돌하고 조직에서는 N= 회 충돌할 때 1초 후에 이동 하는 예상거리 D는 공기와 조직에서 몇 배 차이가 있는가? (4) 기체교환의 원리 1 O 2 와 CO 2 의 분압 2) 차에 의한 확산 현상 ( 기체는 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동) 2 허파꽈리에서의 가스교환 허파꽈리 속 O 2 분압 > 혈관 속 O 2 분압 >>> O 2 이동: 허파꽈리 모세혈관 허파꽈리 속 CO 2 분압 < 혈관 속 CO 2 분압 >>> CO 2 이동: 모세혈관 허파꽈리 2) 분압이란 혼합 기체에서 각 기체가 가지는 압력을 의미한다. 98 영재교수 학습표준화자료

99 3 조직세포에서의 혈관 조직세포 속 O 2 분압 < 혈관 속 O 2 분압 >>> O 2 이동 : 혈관 조직세포 조직세포 속 CO 2 분압 > 혈관 속 CO 2 분압 >>> CO 2 이동: 조직세포 혈관 대기 동맥 허파 꽈리 정맥 허파꽈리에서 기체 교환은 확산 현상에 의함. 확산은 농도가 다른 두 기체가 접해 있을 때, 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 기체 분자가 이동해서 전체 농 도가 같아지는 현상임. 기체 분자 확산의 원동력은 분압 차이에 의한 것임. 산 소의 분압은 페포에서는 100mmHg, 조직 세포에서는 약 20 50mmHg이며, 이산화탄소 분압은 허파꽈리에서 40mmHg, 조직 세포에서는 50 70mmHg 이다. 조직세포 7. 호흡원리 숨을 들이쉬면 (b)와 같이 횡격막을 아래로 당긴 것이 됨. 이것이 폐를 약간 음압으로 만들어 공기를 안으로 들여보냄. 숨을 내쉬면 횡격막 근육이 이완되고 폐의 탄성반동으로 횡격막이 중립위치로 회복되며 근 육의 능동적인 수축작용 없이도 공기가 폐에서 나오게 됨. [호흠의 원리] [횡격막의 위치 유의] 생각해보기 5. 아래 빈 란을 채워보자. 호흡 갈비뼈 횡격막 흉강 흉강기압 폐 공기이동 들숨 날숨 중학교 1학년 생물 99

100 학습활동 1. 폐 모형 만들기 (1) 준비물 품명 수량 비고 품명 수량 비고 탈지면 1봉/개인 약국판매(소형) 굵은 빨대 2개/개인 개인 고무찰흙 1개/개인 소형포장 라이타 1개/4인 고무풍선 2개/개인 일반 담배 1갑/전체 고무줄 1개/개인 노란고무줄 해부현미경 1개/4인 칼 1개/2인 일반 투명 PET병 1개/개인 500mL둥근모양 펀치 1개/2인 일반 (2) 폐모형 제작 과정 주의 : 펀치나 칼 가위 사용시 날카로운 곳에 베 이지 않도록 주의한다. 기관 폐 횡격막 1 플라스틱 병을 반으로 잘라 윗 부분과 뚜껑을 취하고. 2 뚜껑 가운데에 펀치로 구멍을 뚫는다. 3 솜덩이를 엉성하게 채운 풍선 입구에 빨대를 넣고 고무줄로 고정한다. 4 풍선 묶인 빨대를 그림과 같이 플라스틱 병을 통과해서 구멍 뚫린 뚜껑에 끼워 밖으로 내고 뚜겅을 돌려 닫는다. 5 고무풍선을 잘라 플라스틱 병 바닥에 댄 후 고무줄로 묶어 빠지지 않게 묶는다.(윗그림 참조) 생각해보기 6. 풍선 자체가 팽창또는 이완하지 않아도 풍선 안으로 공기를 드나들게 할 수 있는가? 이 모형으로 폐가 근육이 없어도 호흡을 할 수 있는 원리를 설명해보자. 100 영재교수 학습표준화자료

101 실험관찰 및 해석 모형을 통해 흡연을 위험을 알아본다. 1. 실험순서 (1) 담배를 밖으로 나온 빨대에 꽂은 다음 고무찰흙으로 고정한다. (2) 담배에 불을 붙이고 병의 아래에 끼운 고무풍선을 잡아당기는 동작을 담배가 다 탈 때까지 반복한다. (3) 실체 현미경으로 깨끗한 솜과 폐 모형에 있던 솜를 관찰한다. (4) 차이점을 비교한다. 2. 실험 결과 (1) 해부 현미경으로 깨끗한 솜과 폐 모형 속의 솜을 관찰한 결과를 비교해 보자. 각각의 특징은 어떠한가? 그림을 그리고 특징을 설명해보자 폐 모형 속의 솜 깨끗한 솜 현미경 그림 특징 (2) 실험 결과를 통해 흡연이 실제 폐에 어떤 영향을 미칠 것이라고 생각하는가? 중학교 1학년 생물 101

102 자료해석 1. 흡연과 폐암과의 관계 [그림 1]는 흡연연령과 폐암 사망률을 [그림 2]의 (가)는 흡연과 폐암 발생률을, (나)는 1일 흡연량 과 폐암 발생률을 나타낸 것이고, (다)는 금연한 이후 폐암 발생률의 관계를 나타낸 것이다. [그림 1] 흡연 시작 연령과 폐암 사망률 [그림 2] 흡연과 폐암 발생률 (1) 청소년기에 담배를 피우기 시작하는 사람은 비흡연자에 비해 폐암으로 사망할 확률이 얼마 나 높은가? (2) 담배를 피우는 사람과 피우지 않는 사람의 폐암 발생률은 차이가 있는가? (3) 일일 흡연량에 따라 사람의 폐암 발생률은 어떤 차이가 있는가? (4) 금연 후의 폐암 발생률은 어떻게 변하는가? 102 영재교수 학습표준화자료

103 읽기자료 복식호흡 : 숨을 들이마실 때 배가 나오는 호흡법 숨을 들이쉴 때 배가 들어간다면 흉식호흡, 배가 나온다면 복식호흡을 하고 있는 것이다. 대부분 사람들은 흉식호흡을 한다. 하지만 아기 때에는 누구나 다 복식호흡을 한다. 새근거리며 잠자는 아기를 보면 배가 불룩 솟았다가 내 려오는 걸 확인할 수 있는데 이것이 곧 복식호흡을 한다는 증거다. 걸을 수 있 게 되면서부터 복식호흡과 흉식호흡을 같이 하다가 흉곽이 발달하고 스트레 스를 받으면서 호흡법이 완전히 바뀌게 된다고 한다. 흉식호흡은 얕고 빠른 호흡, 복식호흡은 느리고 깊은 호흡이다. 쉽게 말해 복식호흡이란 숨을 깊게 충분히 들이쉬고 내 쉬는 호흡법을 말한다. 보통 흉식호흡의 경우 1분에 1620회 정도, 복식호흡의 경우 510회 정도 숨 을 쉰다. 숨쉬는 모양만 봐도 그 사람의 건강과 기분까지 측정할 수 있다. 몸이 아프거나 화가 났 을 땐 호흡이 가빠지고 밭으며, 평온하고 건강한 상태면 숨이 깊고 고르다. 결국 건강한 사람의 숨 은 깊고, 느리고, 고르다는 말이다. 이 말은 거꾸로 적용할 수도 있다. 즉 깊고, 느리고, 고른 호흡 을 익히면 건강해질 수 있다는 것이다. 복식호흡법으로 깊게 숨을 들이마시면 흉식호흡에 비해 횡 격막이 더욱 아래로 내려가게 된다. 그러면 가슴속 공간이 더 넓어지고, 폐는 산소를 가득 머금고 맘껏 부풀어오를 수 있다. 숨을 내쉴 때도 횡격막이 최대한 폐 쪽으로 올라붙기 때문에 이산화탄 소를 충분히 방출시키면서 쪼그라들 수 있게 된다. 결국 복식호흡은 횡격막호흡이며, 호흡 시스템 을 원활하게 만들어주는 호흡법인 것이다. 참고사항 1. 자료 출처 중등과학교사실험연수교재(생물영역),서울특별시과학전시관, 2006 생명과학을 위한 인체물리(2nd ed.),정동근, 서덕준 공역, 한승, 2000 ( c=on&select_arrange=headnum&desc=asc&no=34) 중학교 1학년 생물 103

104 14. X-파일의 정체는? 주제 X-파일의 정체는? 목표 1. 왕눈이의 운동성과 겉모양을 관찰하고, 왕눈이의 환경에 대한 적응점을 찾 아본다. 2. 왕눈이의 내부구조를 관찰하여 생명을 영위해 나가는 각 기관들을 찾고, 관찰한다. 3. 다른 척추동물과 비교하여 다른 점을 확인한다. 4. 생태계에서 양서류가 차지하는 위치를 알아보고, 양서류의 수가 줄어드는 원인에 대하여 토론한다. 활동안내 "Wangnuni"의 관찰 탐구 2005년 9월 30일 10:00시 경 서울의 관악산 상공에 이름모를 비행물체(UFO)가 나타났습니다. 이 비행물 체는 약 5분 지나서 시야에서 갑자기 사라졌는데, 이 때 봉우리 근처에 상자 크기의 물체가 떨어지는 것이 한 등산객에 의해 목격되었습니다. 경찰은 등산객의 증언을 토대로 사건 진상을 조사하고 곧이어 합동수사본부에 사건을 의뢰하여 보다 정밀한 수사를 진행하고 있습니다. 이 사건을 맡은 합동수사본부는 13:30에 특별 기자회견을 통해 1차 수사 발표를 하였는데 발견된 상자 속에 이상한 생물체가 발견되었다고 합니다. 수사본부장인 심오한 총경의 말입니다. 라면박스 크기의 의문의 상자 속에 어떤 생물체가 발견되었습니다. 방사성물질의 유출 우려로 상자에 접 근을 막고 무인로봇을 이용한 X선 촬영을 한 결과 어른 주먹크기의 생물체가 들어있고 상자 내부 벽면에 이 104 영재교수 학습표준화자료

105 상한 암호 문자로 적힌 것 같은 메모지가 함께 발견되었습니다. 이 메모지는 국립과학수사연구소에 해독을 의뢰한 결과 늦어도 내일 오전이면 해독이 가능하다고 합니다. 아울러 생물체는 생물학 연구에 권위 있는 강서영재연구소 연구팀에 관찰 탐구를 의뢰하였는데 5개 분과의 위원으로 구성된 연구진이 밤낮 가리지 않고 연구에 몰두하고 있어 늦어도 3일이면 연구 결과를 알 수 있다고 합니다. 훌륭한 연구 성과가 나오길 기대하고 있습니다. 이 연구소의 수석연구원인 표 박사는 이번의 외계 생물체 연구는 황우석 박사의 줄기세포 연구를 뛰 어 넘을 만한 과학적 업적을 이룰 것이라고 흥분을 감추지 못했습니다. 메모지 내용 암호 해독 요약 이 생물체의 이름은 "Wangnuni"이다. "Wangnuni"는 몸 크기는 작지만 어느 분야에 운동 능력이 우수하다. "Wangnuni"의 내부 구조는 지구별에 사는 Adam 과 비슷하다. 가설 설정 : "Wangnuni"는 지구 환경에 잘 적응할 것이다. 두 가지 환경(물, 공기)에서 얼마나 잘 적응하는가를 알아보기 위한 임무를 받았다. <학생활동 1> 준비물 현미경, 슬라이드글라스, 셀로판테이프, 집기병, 유리판, 해부접시, 자, 시계, 핀셋, 해부가위, 침판, 돋보기, 1회용장갑, 에테르, 탈지면, 색연필, 어항, 음료수용 빨대, 왕눈이 학습활동 실험분야 1. 운동성 관찰 2. 외부관찰 실험과정 1. 운동성 관찰(1교시) (1) 육상에서의 운동성 관찰(복도에서) 왕눈이의 움직임을 관찰하여 특징을 기록하기 중학교 1학년 생물 105

106 (2) 수중에서의 운동성 관찰(어항에서) 왕눈이의 수영과정을 관찰하고 특징을 기록하기 (3) 육상과 수중에서의 운동성을 비교하여 보고 차이점을 기록하기 2. 외부관찰(2교시) (1) 몸의 구분 척추동물은 머리, 목, 몸통, 꼬리, 팔 다리의 구조로 되어 있다. 왕눈이의 몸은 어떤 구조로 구분할 수 있는가? 왕눈이 몸 전체의 길이에 대한 각 부분의 길이의 비를 구하고 다른 왕눈이와 비교하기 측정부위 실제측정길이(mm) 길이의 비 머리 앞에서 귀 뒷끝 가장자리 귀 뒷끝 가장자리에서 항문까지 항문에서 뒷다리 발가락 끝까지 겨드랑이 밑에서 앞다리 손가락 끝까지 전체 길이(머리 앞에서 뒷다리 발가락 끝까지) : ( )mm (2) 피부 피부의 특징을 관찰하여 기록하기(등쪽과 배쪽으로 구분하여) 인간은 피부호흡은 무시할 정도이며 주로 방어, 감각수용, 체온조절, 노폐물 분비, 털과 손 발톱의 생성을 담당하는데 왕눈이의 피부는 어떤 기능을 가지고 있을까? (3) 입속의 관찰 입안의 구조 그리기 혀의 부착 위치와 들어 있는 형태를 관찰하여 기록하기 106 영재교수 학습표준화자료

107 이는 위, 아래턱의 어느 쪽에 있는가? 인간의 이와 비교하여 그 기능은 무엇인가? 숫왕눈이와 암왕눈이의 입의 구조를 비교하고 차이점을 기록하기 <학생활동 2> 준비물 현미경, 슬라이드글라스, 셀로판테이프, 집기병, 유리판, 해부접시, 자, 시계, 핀셋, 해부가위, 침판, 돋보기, 1회용장갑, 에테르, 탈지면, 색연필, 어항, 음료수용 빨대, 왕눈이 학습활동 실험분야 1. 내부관찰(3교시) 실험과정 1. 해부방법 (1) 마취된 왕눈이를 배가 위쪽으로 가게 한 다음 사지를 핀으로 고정한다. 1 핀셋으로 피부를 들쳐서 항문에서 아래턱까지 가위로 절개한다. 2 피부 밑의 복부근육을 다시 한번 절개하여 내장이 드러나도록 한다. 3 상하의 피부 끝을 가로로 절개하고 벌린 후 핀으로 고정한다. 4 해부접시에 물이 잠길 정도로 물을 채우고 내부구조를 관찰한다. (2) 왕눈이의 내장 기관 그리기(별지) 중학교 1학년 생물 107

108 2. 순환기관 (1) 혈류 관찰 왕눈이를 마취시킨 다음 발가락의 물갈퀴만 슬라이드글라스 위에 올려놓고 현미경으로 관 찰한다. 1 혈액의 흐름을 볼 수 있는가? 2 혈구, 혈관의 모양을 스케치하고 각 부분의 명칭을 적어보자. (2) 심장박동수: 회/분. 어떤 방법으로 뛰는지 기술하기 (3) 사람은 2심방 2심실의 심장 구조를 가지고 있는 반면 왕눈이는 2심방 1심실로 되어 있다고 한다. 왕눈이보다 인간의 심장 구조가 더 발달된 구조라고 하는데 그 이유를 설명하시오? 3. 소화기관 (1) 탐침을 이용하여 위까지 추적하면서 관찰하기 (2) 왕눈이의 식도, 위, 소장, 직장까지의 전체 길이와 각 각의 소화기관의 길이를 측정하기 (3) 위와 장을 해부하여 음식물의 종류와 소화정도를 관찰한 후 기록하기 (4) 간은 몇 장으로 되어 있는가? 108 영재교수 학습표준화자료

109 4. 호흡기관 (1) 빨대를 이용하여 왕눈이의 허파에 공기를 적당히 불어 넣고 허파의 구조를 관찰하고 기록 하기 (2) 왕눈이는 갈비뼈가 없다 어떻게 공기를 허파로 밀어 넣을까? 5. 배설기관 (1) 기관의 위치와 형태 기록하기 신장: 방광: 수뇨관: 6. 생식기관: (1) 기관의 위치와 형태 기록하기 정소 또는 난소: 수정관 또는 수란관: 7. 운동기관 (실험방법)뒷다리의 피부를 제거하고 근육의 결과 생김새를 그리기 토의 및 발표 1. 양서류에는 어떤 종류가 있는가? 2. 우리나라에 사는 양서류가 겨울잠을 자는 이유는 무엇인가? 3. 왕눈이의 변태과정을 알아보고 변태과정이 생존에 유리한 점은 무엇인지 토의해 보자. 중학교 1학년 생물 109

110 4. 왕눈이가 다른 척추동물과 비교하여 다른 점은 무엇인가? 5. 양서류의 수가 점점 줄어드는 이유는 무엇이며, 양서류가 줄어드는 것은 생태계에 어떤 영향을 주겠는가? 참고자료 1. 조완규 외(1987), 생물학실험서, 아카데미서적 2. 이연태 외(1987), 대학생물실험서, 탐구당 110 영재교수 학습표준화자료

111 [왕눈이 해부도] 강서과학영재교육원 원생: 중학교 1학년 생물 111

112 15. 동물의 내장 기관 관찰 주제 동물의 내장 기관 관찰 목표 1. 소의 내장 기관의 구조를 관찰하고 각각을 구분하여 특징을 설명할 수 있다. 2. 돼지의 내장 기관의 구조를 관찰하고 각각을 구분하여 특징을 설명할 수 있다. 3. 닭의 내장 기관의 구조를 관찰하고 각각을 구분하여 특징을 설명할 수 있다. 준비물 해부 현미경, 해부기 세트(해부 접시, 해부 가위, 해부 칼, 해부 침, 핀셋), 돋보기, 빨대, 해부용 장 갑, 마스크, 스포이드, 거어즈, 탈지면, 에테르나 포르말린, 링거액, 사진기, 소의 내장 기관(위, 소 장, 대장, 간, 쓸개, 지라, 폐, 심장) 돼지의 내장 기관(위, 소장, 대장, 간, 쓸개, 지라, 폐, 심장), 닭 실험시 유의사항 1. 관찰 재료를 아무렇게나 취급하여 보고자하는 기관이나 부분을 손상시킨다든지 또는 다른 부 분을 건드려서 나중에 관찰할 곳을 손상시키지 않아야 한다. 2. 동물의 생명에 대한 경건한 마음을 가지고 해부에 임하며, 해부의 결과에 큰 성과가 있도록 진 지하게 실시한다. 3. 해부용 칼날을 자루에 끼울 때는 맞는 호수인지 확인하고 무리하게 힘을 주어 끼우지 않는다. 4. 해부칼과 해부 가위는 매우 날카로우므로 사용할 때는 매우 조심하여 다루며 정중하고 침착하 게 행동해야 한다. 5. 동물로부터 받는 위해를 최소한으로 줄이기 위해서 실험용 가운, 해부용 장갑, 마스크 등을 철 112 영재교수 학습표준화자료

113 저히 준비하여 착용한다. 6. 동물의 피가 옷에 묻지 않도록 실험복을 착용하고, 해부가 끝난 후 동물의 사체를 반드시 땅에 묻는다. 7. 실험 후에 손과 얼굴을 깨끗하게 씻어 병균의 감염을 방지한다. 학습활동 제1부 심화 학습 단계 : 소의 내장 기관 관찰 지도상의 유의점 : 학생들이 장차 제 3부 심화 단계에서 독자적인 탐구 과제를 수행할 수 있도 록 주제와 관련된 여러 가지 경험을 하게 해주어 그 주제에 대해 기본적인 이해를 하고, 흥미 와 관심을 불러일으키며, 나아가 학생들의 아이디어를 내면화 시켜주는 과정이다. 소의 내장 기관은 부피가 크기 때문에 각각을 절단한 것을 실험실의 조별로 하나씩 준비한 후 학생들이 순회하면서 관찰하도록 한다. 실험을 진행하는 과정에서 냄새가 많이 나므로 교실의 환기를 철 저하게 한다. 1. 소의 내장 기관의 겉구조 관찰 (1) 각 실험 조마다 준비된 소의 내장 기관을 각각 관찰하고 특징이 잘 나타나도록 사진을 찍는다. (2) 각각의 특징을 자세하게 기록한다. (3) 실험 조를 순회하면서 위의 1)과 2)의 방법으로 소의 내장 기관을 관찰한다. 2. 소의 내장 기관의 속구조 관찰 (1) 각각의 내장 기관을 해부 칼과 해부 핀셋 등의 해부 기구를 이용하여 단면을 관찰할 수 있 도록 절단한다. (2) 각각의 특징을 자세하게 기록한다. (3) 실험 조를 순회하면서 1)과 2)의 방법으로 소의 내장 기관을 관찰한다. 제2부 심화 학습 단계 : 돼지의 내장 기관 관찰 지도상의 유의점 : 3부 심화 학습 단계에서 탐구해야 할 과제와 관련된 사고 기능, 태도, 탐구 기능과 기술, 방법들을 습득하고 훈련하는 단계이다. 개방적인 방식으로 학생들의 사고력과 기 능이 최고의 수준에 도달할 수 있도록 향상시키는 과정이 될 수 있도록 한다. 돼지의 경우는 소에 비해 내장 기관이 크지 않기 때문에 내장이 서로 이어진 상태로 준비한다. 학생들이 연결 된 내장 기관을 관찰하고 각각의 내장 기관의 명칭을 알아내도록 유도한다. 중학교 1학년 생물 113

114 1. 돼지의 내장 기관의 겉구조 관찰 (1) 돼지의 내장 기관을 관찰하고 각각의 내장 기관의 명칭을 확인한다. (2) 내장 기관의 특징이 잘 나타나도록 사진을 찍는다. (3) 각각의 특징을 자세하게 기록한다. 제3부 심화 학습 단계 : 닭의 내장 기관 관찰 지도상의 유의점 : 개인적으로 또는 소규모 집단에서 자신이 스스로 선택한 실제적인 문제를 중심으로 전문가가 문제를 해결해 나가는 과정을 그대로 수행하고 경험해 보는 단계이다. 소 와 돼지의 내장 기관은 교사가 미리 준비한 것을 확인하는 단계이지만 닭의 내장 기관의 관찰 은 학생 스스로 직접 해부하는 과정을 통해서 닭의 내부 구조를 확인 할 수 있도록 한다. 1. 해부접시 위에서 날개와 다리를 잡아 당기고 해부침 등을 이용해 단단히 고정한다. 2. 용골돌기의 뒤 끝에서 앞 쪽으로 모이주머니가 보일 때까지 잘라나간다. 3. 모이주머니를 앞으로 밀어서 모이주머니가 전위와 어떻게 연결되어 있는지 확인한다. 4. 연골성 고리를 가지는 기관과 목의 양쪽 면에 있는 경정맥을 찾아 확인한다. 5. 목구멍에 빨대를 넣고 공기를 불어 넣어 흉골 앞에 있는 공기주머니를 부풀게 하여 관찰한다. 6. 기간이 두 개의 기관지로 나뉘어 지는 바로 위 부분에 위치한 명관(소리를 내는 기관)을 확인한다. 7. 복부의 표피를 잘라내면서 항문까지 뒤쪽으로 잘라 나간다. 8. 복부의 공기주머니, 간, 심장 등을 찾아 확인한다. 9. 심장을 해부해서 네 개의 방을 확인한다. 10. 등에 부착된 폐를 찾아 확인하고 체강의 좌측에서 위로 확장된 딱딱한 모래주머니를 찾아 확 인한다. 11. 모래주머니로부터 장을 추적하여 확인하고 모래주머니를 잘라 구조를 확인한다. 12. 모래주머니에 이어져 꼬여 있는 십이지장과 그에 붙어 있는 이자를 찾아 확인한다. 13. 내장의 끝에 있는 직장 근처에서 2개의 맹장을 찾고 총배설강을 확인한다. 14. 골반뼈의 움푹한 곳으로 엽( 葉 )을 이룬 신장을 찾아 보고 신장의 등쪽에 있는 척수에서 뒷다리 로 연결되는 좌골 신경을 찾아 확인한다. 15. 신장의 앞에 있는 정소 또는 난소를 찾아 보고 수정관 또는 수란관을 총배설강까지 추적하여 확인한다. 16. 다리를 해부하여 발끝으로 어떻게 횃대 등을 잡고 서 있을 수 있는지를 확인한다. 17. 날카로운 칼을 이용하여 두개골을 제거하고 뇌의 각 부분을 확인한다. 114 영재교수 학습표준화자료

115 실험 결과 및 토의 1. 소의 내장 기관 관찰 (1) 위 (2) 간 (3) 쓸개 (4) 소장 (5) 대장 (6) 심장 (7) 허파 (8) 신장 중학교 1학년 생물 115

116 (9) 대장 2. 돼지의 내장 기관 관찰 (1) 돼지의 연결된 내장 기관이 잘 나타나도록 위치를 적당히 조절하여 사진을 찍는다. 기도와 폐 간 심 위 <돼지의 내장 기관 1> <돼지의 내장 기관 2> (2) 돼지의 소화기관의 형태적 특징을 돼지의 섭식 행동과 관련하여 설명하여 보자. 3. 닭의 내장 기관 관찰 (1) 닭의 내장 기관 (2) 닭의 모래 주머니 심장 간 쓸개 정소 모래주머니 (3) 조류가 가지고 있는 호흡기관의 형태적 특징을 조류의 행동 특성과 관련하여 설명하여 보자. 116 영재교수 학습표준화자료

117 (4) 조류가 가지고 있는 소화기관의 형태적 특징을 조류의 섭식 행동과 관련하여 설명하여 보자. 참고사항 사람의 소화 기관 1. 소화(digestion) : 음식물을 흡수가 가능하도록 작은 분자 형태로 분해하는 기계적, 화학적 작용. 2. 구강과 식도 <그림 256> 구강과 식도 <혀의 구조> <식도에서의 이동> (1) 혀 : 음식물을 잘 섞어 주고 씹고, 삼키기 쉽도록 해 준다. (2) 미뢰 : 잘 분화된 화학 수용기로 짠맛, 신맛, 단맛, 쓴맛 등의 맞을 구별하고, 침 분비 촉진한다. (3)침 : 귀밑샘, 턱밑샘, 혀밑샘에서 분비된다. 대부분 물이고 점액 성분과 녹말 분해효소인 아 밀라제(amylase)가 포함되어 음식물을 적셔서 삼키기 쉽게한다. (4) 인두 : 앞쪽의 후두와 뒤쪽의 후두인두로 구성된다. 음식물을 삼킬 때는 연구개가 올라가 음식물이 비강으로 들어가지 못하도록 막고, 또한 후두개가 기관 입구를 막아 음식물을 기 관으로 들어가지 않고 식도로 넘어가도록 한다. (5) 식도(esophagus) : 소화 기능이 없으며 음식물을 축축하게 하여 위로 넘겨주는 일한다. 윗 부 분은 골격근(수의근)으로 되어 있고, 아랫 부분은 평활근(불수의근)으로 되어 있다. 점액층 (mucosa: 점액을 분비하는 상피를 포함하고 있으며 결합 조직 위를 덮고 있다.), 점액하층 (submucosa; 혈액과 림프관, 신경, 분비샘 등을 포함), 근육층(muscularis; 안쪽은 환상근, 바깥 쪽은 종주근)으로 구성된다. (6) 연동운동(peristalsis) : 음식물 덩어리를 앞쪽에서는 환상근이 이완되고, 뒤쪽에서는 수축되며 호르몬이 관여하는 자동 조절 운동이다. 중학교 1학년 생물 117

118 3. 위 (1) 입구 쪽을 분문부, 출구쪽을 유문부, 중앙부를 위체부의 세 부분으로 나눈다. 위벽은 두께가 약 1cm 정도이며, 먹은 음식의 종류에 따라 다르지만 약 2~5 시간 정도 걸려 위를 통과한다. (2) 괄약근 : 위의 위와 아래 끝에 있어 소화 도중 음식물이 식도로 역류하거나 미리 십이지장 으로 내려가는 것 방지한다. (3) 환상근 안쪽에 대각선으로 배열하는 제3의 근육층이 존재(위를 비트는 기능) (4) 주세포(chief cell) : 펩시노겐을 분비 (5) 부세포(parietal cell) : 염산(펩시노겐을 활성화시켜 단백질 분해효소인 펩신을 만든다)을 분비 (6) 위 속의 산성(pH ): 음식물에 섞인 세균과 미생물을 죽이는 한편 단백질 분자들의 구조를 변형시켜 단백질 분자들의 펩티드 결합을 펩신에 쉽게 노출되도록 한다. (7) 다른 분비선 세포: 물, 점액, 소량의 위 리파아제(gastric lipase) 분비 (8) 뮤신(mucin) 층 : 강산으로부터 위벽 보호 4. 소장(small intestine) <소장의 구조> <대장의 구조> (1) 직경 약 2~4cm에 길이가 6~7m이다. 위를 통과한 음식은 멀건 죽 형태로 소장으로 내려오 118 영재교수 학습표준화자료

119 는데 소장은 십이지장(duodenum), 공장(jejunum), 회장(ileum)으로 구분된다. (2) 음식물에 존재하는 물의 약 90% 정도는 작은창자에서 확산에 의해 흡수된다. (3) 융털 속에는 모세혈관과 유미관이라는 림프관이 존재한다. 융털은 굴곡운동을 할 수 있어 서 장내의 음식물을 효소와 잘 섞이도록 하고 소화 산물이 원활히 흡수되도록 도와준다. (4) 소장과 대장 사이에는 밸브가 있어서 한 번 대장으로 넘어간 음식은 다시 소장으로 돌아오 지 않고 대장의 세균도 소장으로 들어오지 못한다. (5) 십이지장 : 뒷부분이 복벽에 고정되어 있어서 소장이나 대장처럼 움직일 수 없다. (6) 공장 : 십이지장에 이어진 기관으로 길이는 2~3m정도이다. (7) 회장 : 길이는 3~4m이므로 소장 전체의 길이는 무려 6~7m나 되며, 입으로 들어간 음식이 소장 전체를 통과하는 데는 4~8시간 정도 걸린다. 5. 대장(large intestine) (1) 대장 : 대장은 소장보다 길이는 짧으나(1.5m) 직경이 5~6cm로 소장보다 넓다. 맹장, 결장, 직장으로 크게 나뉜다. (2) 대장에서는 소장에서 미처 흡수하지 못한 나머지 물을 주로 흡수하는데 하루 약 400cc 정도 이며 100cc 정도를 대변과 함께 배출한다. (3) 대장은 6개 부분으로 나뉘어져 입에서 가까운 곳이 맹장, 상행결장, 횡행결장, 하행 결장, S 자결장, 직장으로 되어 있다. 흔히 대장과 결장은 같은 의미로 사용되는데, 엄밀히 말하면 결장은 대장의 한 부분이다. (4) 대장의 운동에는 규칙적인 분절 운동(장 내용물을 섞어주어 흡수될 수 있도록 하는 역할), 연동 운동(하루에 1~2회 나타나는데 이는 장 내용물을 연동운동보다 신속하게 강력하게 운반하는 기능), 그리고 집단 연동 운동 등 세 가지가 있다. (5) 맹장 : 회장에 접속되는 장소에서 아래쪽이 막혀 있는 부분으로 길이는 5~6cm정도이다. 이 맹장에서 끈 같은 돌기가 나와 있는데 바로 충수돌기이다. (6) 대장은 횡행결장과 S자결장을 제외하고는 후복막에 붙어있는 상태로 되어 있다. 소장과 맹 장사이에는 회결장판(lieocecal valve)이 있어 소장에서 맹장으로 내용물이 통과하지만 역류는 안 되는 구조로 되어 있다. (7) 직장은 길이가 약 15cm로서 다른 부분과 달라서 골반 속에 있으며 항문거근을 통과하여 항 문관과 연결된다. 대장의 폭이 소장보다 크다는 것은 말하였으나 맹장과 직장은 특히 크며 장의 내용물이 모이도록 되어 있다. (8) 소화된 음식 찌꺼기는 이 대장을 약 10~20 시간에 걸쳐 통과해 약 15cm 길이의 직장을 통 해 대변의 모습을 나타난다. 이런 식으로 입으로 들어간 음식물이 전 소화과정을 거쳐 항문 중학교 1학년 생물 119

120 을 통해 다시 몸 밖으로 나오기까지는 24~48시간 가량 걸린다. (8) 결장 : 물과 무기염류를 흡수하여 혈액으로 수송. 탈수되어 남은 찌꺼기는 배변시킴, 결장의 점액층은 점액질을 분비하여 대변의 생성을 돕고 결장의 아랫부분에서는 윤활제로 작용한다. (9) 기생하는 대장균 등에 의해 약간의 소화 활동. 비타민K, 비오틴(biotin), 엽산(folic acid) 등의 결핍 예방 (10) 항문 : 항문 괄약근이 있어서 항문의 개폐를 자율적으로 조절 6. 부속기관: 간(liver), 이자(pancreas) <간의 위치> <간과 혈관> (1) 간은 인체에서 가장 큰 장기이며 무게는 1.2~1.5 kg 정도이다. 간은 우상 복부에 갈비뼈로 보호되어 있으며 상단은 대개 젖꼭지 높이까지 올라와 있다. (2) 간은 해부학적으로 2개의 엽( 葉 )으로 나눌 수 있는데, 각각을 우엽( 右 葉 )과 좌엽( 左 葉 )이라고 한다. 우엽의 크기가 더 커서 좌엽 크기의 6배 정도이다. (3) 인체의 거의 모든 장기는 동맥으로부터 혈류를 공급받고, 정맥으로 혈류가 나가게 돠다. 그 러나 간은 예외적으로 혈류 공급을 이중으로 받고 있는데, 다른 장기처럼 간동맥'이라는 동 맥을 통하여 혈류를 공급받는 외에 문맥( 門 脈 )이라는 일종의 정맥을 통하여서도 혈류 공급 을 받고 있다. (4) 간동맥을 통하여는 산소가 풍부한 동맥혈이 유입되고, 문맥을 통하여는 위나 장에서 흡수 된 영양분을 잔뜩 실은 정맥혈이 유입된다. 간이 이와 같이 독특한 혈류 공급 체계를 갖고 있는 것은 간의 고유한 기능에 기인하는 것으로서, 흡수된 영양분은 일단 인체의 화학공장 인 간에서 가공, 처리 또는 저장되어야 하기 때문이다. (5) 간동맥을 통하여는 분당 400 ml 정도, 문맥을 통하여는 분당 1200 ml 정도가 유입되므로, 간 은 간동맥을 통해서 1/4, 문맥을 통해서 3/4 정도의 혈류를 공급받는 셈이다. (6) 간은 쓸개즙을 만들어 배출하는 것이다. 간에서 만들어진 쓸개즙은 쓸개관을 통하여 간 외 로 나오고, 쓸개에 저장되어 있다가 소장으로 배출된다. 쓸개는 배처럼 생긴 9 cm 정도의 120 영재교수 학습표준화자료

121 기관인데, 부피가 50 ml 정도 되고 마치 간 밑에 달려 있는 것처럼 보인다. (7) 간은 대략 2,500억개의 간세포를 갖고 있으며, 현재 확인된 것만 해도 500 종류에 달하는 화 학 공정을 단시간에 수행한다. (8) 흡수된 영양소를 신체의 요구에 맞추어 필요한 물질이나 영양소로 가공 처리한다. 섭취한 음식물은 위장관에서 소화 흡수되는데, 탄수화물은 포도당과 같은 단당류( 單 糖 類 ) 로, 지방은 지방산과 글리세롤로, 단백질은 아미노산으로 분해되어 흡수되며, 분자 크기가 작은 비타민, 유기물 및 무기질은 그 자체로서 흡수된다. 이들은 일단 모두 간으로 운반되 어 그 자체로서 또는 다른 물질로 변환되어 다른 기관으로 보내지거나 간에 저장된다. (9) 몸에서 필요로 하는 중요한 단백질이나 화합물들을 합성한다. 혈청 100 ml에는 6~8 g 정도 의 단백질이 포함되어 있는데, 이중 90%는 간에서 만들어진 것들이다. 간은 하루에 최대 1 5~50 g의 단백질을 만들어 낼 수 있는데, 알부민이나 혈액 응고에 관여하는 단백질이 대표 적인 것들이다. (10) 몸에 들어온 각종 약물을 대사하여 배출될 수 있게 한다. 몸에 들어온 각종 약물들은 간에서 다른 물질로 변화되어 작용이 달라지며, 배설될 수 있 는 형태로 변화되어 소변 또는 담즙을 통해 배설된다. 알코올도 간에서 대사되어 분해된 다. 이러한 해독( 解 毒 )작용은 간의 중요한 기능이며, 간질환이 있는 분들에게 약물의 남용 을 경계하는 것은 약물 자체나 변화된 대사산물이 간독( 肝 毒 )으로 작용하여 간에 해를 줄 수 있기 때문이다. (11) 몸에 축적되면 해로운 물질들을 해독한다. 단백질이 대사되면 암모니아라는 유독 물질이 생성되는데, 간은 암모니아를 요소로 변화시켜 체내 암모니아의 축적을 방지한다. 실제 간 질환이 심하여 간부전( 肝 不 全 )에 빠지면 암모니아의 축적으로 '간성혼수'라는 위독한 상태 에 빠질 수 있다. (12) 당( 糖 ) 대사( 代 謝 )를 조절하여 신체에 필요한 에너지를 공급한다. 흡수된 영양소 중 포도당 은 글리코겐이라는 큰 분자로 전환되어 간에 저장되어 있다가 몸에 포도당이 부족시 분해 되어 혈류로 방출된다. 경우에 따라서는 아미노산으로부터 포도당을 합성하여 공급하기도 한다. 인체에서 포도당은 가솔린과 같은 연료(에너지원)의 역할을 하며, 신체나 두뇌 활동 뿐만 아니라 세포의 기본적인 생명 유지에는 계속 에너지가 필요하다. 따라서 간은 신체 의 각 부위에 에너지를 공급하고 수급을 조절하는 중요한 역할을 한다. (13) 담즙을 만들어 배출한다. 오래된 적혈구는 파괴되는데 그 구성성분 중 일부는 빌리루빈이라 는 색소로 변화되어 담즙을 통해 배출된다. 간혹 간이나 담관에 종양이 생겨 담즙이 잘 배 출되지 않으면 빌리루빈이 몸에 축적되어 황달이 발생하며, 지방 소화에 장애를 초래한다. (14) 체내 호르몬 균형을 유지한다. 호르몬들은 내분비 기관에서 합성되어 미량으로 인체의 각 중학교 1학년 생물 121

122 종 기능을 조절한다. 호르몬들은 간에서 화학적으로 변화되거나 배출되며, 갑상선 호르몬, 에스트로겐, 코티졸, 알도스테론 등 중요한 호르몬들이 간의 대사를 받는다. 따라서 간질 환이 심하면 호르몬의 불균형을 초래하여 각종 신체 기능에 문제가 생기게 된다. (15) 비타민, 철분 등을 저장한다. 비타민 A, D, B12 등은 간에 저장된다. 따라서 비타민 공급이 없어도 A는 10개월, D는 3~4개월, B12는 1년 이상 지탱할 수 있다. 철은 혈색소인 헤모글 로빈을 구성하는 중요한 성분인데, 간에는 체내 혈액 전체에 들어있는 것보다 더 많은 양 의 철이 '페리틴'이라는 형태로 저장되어 있다. (16) 혈액의 저장고 역할을 한다. 간에는 보통 450 ml 정도의 혈액이 들어있는데, 이는 전체 혈 액량의 10%에 해당한다. 간은 크기가 크고 상황에 따라 늘어날 수도 있기 때문에, 인체의 혈액량 과다시 과잉 혈액을 수용하는 역할을 할 수 있다. 반대로 혈액량 부족 시에는 혈액 을 공급하는 역할도 할 수 있다. <췌장의 구조> (17) 췌장(이자)의 구조는 위장의 뒤쪽에 위치하며 길이 20 cm 의 길쭉한 서양배 모양의 구조를 가지고 있다. (18) 췌장의 가장 넓은 부위로 소장과 접해있는 부분은 췌두(췌장 머리), 좁아지는 끝 부분은 췌미(췌장 꼬리), 그 중간 부분을 췌부(췌장의 몸통)라고 하는데 이것은 모양으로 구분한 것 일뿐 기능상의 차이는 갖고 있지 않다. (19) 췌장의 머리 부분은 십이지장에 의해 둘러 쌓여져 있고, 꼬리 부분은 비장에 닿아 있다. 췌장의 안을 보면 췌관(pancreatic duct)이 췌장의 머리 부분에서 꼬리 부분까지 놓여 있으 며 이 도관에서 나온 작은 도관들이 서로 연결되어 있으며, 이것은 총담관과 합쳐져 십이 지장에 연결되어져 있고, 이를 통해 췌액이 분비된다. (20) 췌장은 선(gland)으로서 췌장액(pancreatic juice)을 분비하는 외분비선과 몇 가지 호르몬을 122 영재교수 학습표준화자료

123 분비하는 내분비선으로 이루어진 일종의 혼합선이다. 혈당을 조절하는 작용을 하는 인슐 린, 혈당을 높이는 작용을 하는 글루카곤 등의 호르몬을 분비 하는 기능을 한다. (21) 아밀라제, 트립신 등과 같은 소화효소를 분비하거나 고농도의 중탄산염을 함유하여 위에 서부터 소장으로 넘어온 음식물의 산도를 중화시키는 췌액을 분비하는 기능을 한다. 우리 몸은 매일 1,200 ~1,500 ml 의 췌액을 분비한다. 닭의 소화기 구조 소나 돼지에 비하여 소화 기관이 짧고 가늘다. 먹이를 빨리 소화하여 배설물을 빨리 배출함으로 서 몸을 가볍게 한다. <닭의 소화 기관 > (1) 입 : 치아 대신 부리가 발달 (2) 모이주머니(crop) : 식도가 변한 것으로 먹이를 일시적으로 저장하며 체온과 수분으로 불리 어 소화하기 쉽게 발효시켜서 축축하게 한다. (3) 앞위 : 소화액을 분비. (4) 모래주머니(근위) : 먹이를 잘게 부순다. 두텁고 질긴 근육의 주머니로 모래, 유리 조각 등이 중학교 1학년 생물 123

124 들어 있다 근육 운동으로 모래와의 마찰로 잘게 부서짐. (5) 소장 : 십이지장은 근위에 이어진 U자 모양으로 되어 있으며 안쪽의 췌장에서 분비되는 췌 장액과 쓸개즙은 단백질, 탄수화물, 지방 등의 영양소를 흡수하기 쉽게 한다. 장관6)은 몸에 비하여 짧으며 먹이는 짧은 시간에 장관을 통과하여 배설된다. (7) 대장 : 결장과 직장이 아주 짧고 분은 일단 배설강에 저장되었다가 요와 함께 배설된다. (8) 배설강 : 다른 동물의 항문에 해당, 소변 과 대변이 함께 배설. 1일 4~5회 배설되며 끈적하 고 악취가 강하다. 소의 소화기 구조 1. 소의 소화기 : 반추 동물(한 번 삼킨 음식물을 다시 입안으로 토하여 잘 씹은 후에 삼키는 동물. 크고 넓적한 어금니와 혹위(rumen), 벌집위(reticulum), 겹주름위(omasum), 주름위(abomasum) 등 4 개로 나뉜 위를 갖는다. 소, 양, 낙타, 사슴, 기린, 노루 등) 2. 되새김위 : 혹위, 벌집위, 겹주름위, 주름위의 4개의 주머니 (1) 혹위(제 1위) : 식도의 변형. 먹은 음식물을 넣어 두는 위로 전체 위의 80%를 차지. 셀룰로오 스를 분해할 수 있는 미생물에 의해 셀룰로오스 분해. (2) 벌집위(제 2위) : 식도의 변형. 벌집과 같은 모양의 벽이 있는 위(벌집 구조가 표면적을 넓혀 서 미생물의 발표를 돕는다. 반추위내 미생물은 종류에 따라 섬유소 분해 박테리아. 전분 박테리아. 암모니아 생성 박테리아 등 l0여종에 달한다) 씹어서 되돌아온 혹위의 음식물이 둘째 위로 들어 온다. 수축과 이완 운동을 하여 내용물을 겹주름위로 내보낸다. (3) 겹주름위(제 3위) : 식도의 변형. 점막이 주름 모양으로 된 위로 넘어온 음식물을 가늘게 부 순다. (4) 주름위(제 4위) : 위액(위산. 펩신, 레닌 등)이 분비되어 소화가 일어난다. 3. 소장 : 소화된 양분을 흡수하는 곳이다. 4. 대장 : 소화 기관의 마지막 단계로서 약간의 물과 무기 염류를 흡수한다. 혹위 벌집위 주름위 겹주름위 124 영재교수 학습표준화자료

125 중학교 2학년 생 물 Ⅰ. 식물의 구조와 기능 Ⅱ. 동물의 구조와 기능

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127 1. 뿌리에서 물을 흡수하는 원리는? 주제 뿌리에서 물을 흡수하는 원리는? 목표 1. 농도에 따른 두 수용액 사이에서의 물의 이동을 안다. 2. 식물체에서의 물의 흡수원리를 안다. 준비물 고구마 줄기(혹은 마늘 줄기), 5% NaCl 용액, 증류수, 비커 2개, 면도칼, 메스실린더, 자, 클립, 이름표 유의사항 1. 면도칼과 철사를 다룰 때, 손을 다칠 염려가 있으므로 주의한다. 2. 농도가 다른 비커에 담긴 마늘 줄기가 서로 섞이지 않도록 한다. 실험과정 1. 비커에 100mL의 증류수와 5% 소금물을 각각 메스실린더로 측정하여 담고 이름표로 표시해 놓 는다. 2. 고구마 줄기를 면도칼로 8cm의 일정한 길이로 잘라서 3개를 준비한다. 3. 면도칼로 각각의 고구마 줄기의 종단면을 십자모양으로 4cm 정도 잘라 들어간다. (되도록 같은 굵기가 되도록 자른다.) 4. 철사를 이용하여 고구마 줄기의 자른 반대쪽에 꽂아 1에서 준비한 5% 소금물과 증류수가 담 긴 비커에 각각 걸쳐 놓는다. 나머지 하나는 공기 중에 방치한다 분간 기다린 후에 관찰 결과를 기록한다. 중학교 2학년 생물 127

128 보충설명 세포에서 물질 수송이 필요한 이유를 질문한다. 세포는 세포막을 통해서 필요한 물질을 흡수하 고 노폐물을 배출하기 때문에 물질 수송이 필요하다. 물질 수송이 일어나는 방법에 어떤 것들이 있는지 알아본다. 삼투는 농도가 다른 두 용액 사이에 반투막이 있을 경우 일어나는 현상이다. 반투막은 크기가 큰 물질을 통과시키지 못하므로, 크기가 큰 용질의 이동을 처음부터 차단한 경우라고 볼 수 있다. 예를 들어 농도가 다른 녹말 수용액이 반투막을 사이에 두고 양쪽에 있을 때, 녹말은 반투막을 통 과할 수 없으므로 농도 차이를 완화시켜 주기 위해 물이 이동하는 것이다. 이런 의미에서 삼투는 농도 평형을 이루기 위한 용매의 이동으로서 확산의 일종으로 이해할 수 있다. 삼투와 확산의 차이점은 무엇일까? 공통점은 농도의 평형을 위해 물질이 이동한다는 점이다. 하 지만 확산은 용매와 용질이 함께 이동할 수 있는 반면에 삼투는 반투막이 있어서 용매만 이동할 수 있다. 세포에서의 삼투현상이 갖는 의미는 무엇일까? 생체 내에서 중요한 용매는 물이다. 따라서 세포 안에서 세포막을 출입하는 것은 주로 물이라고 할 수 있다. 삼투현상에 의해서 물이 확산되는 것 이라고 본다면 바로 세포에는 물이 이동하는 것을 삼투가 조절한다고 할 수 있는 것이다. 활동지 뿌리에서 물을 흡수하는 원리는? 2007 년 월 일 학년 조 이름 들어가며 식물체 뿌리에서 물을 흡수하는 원리는 무엇인가? 실험목표 1. 농도에 따른 두 수용액 사이에서의 물의 이동을 안다. 2. 식물체에서의 물의 흡수원리를 안다. 준비물 고구마 줄기(혹은 마늘 줄기), 5% NaCl 용액, 증류수, 비커 2개, 면도칼, 메스실린더, 자, 클립, 이름표 128 영재교수 학습표준화자료

129 주의할 점 1. 면도칼과 철사를 다룰 때, 손을 다칠 염려가 있으므로 주의한다. 2. 농도가 다른 비커에 담긴 마늘 줄기가 서로 섞이지 않도록 한다. 실험과정 1. 비커에 100mL의 증류수와 5% 소금물을 각각 메스실린더로 측정하여 담고 이름표로 표시해 놓 는다. 2. 고구마 줄기를 면도칼로 8cm의 일정한 길이로 잘라서 3개를 준비한다. 3. 면도칼로 각각의 고구마 줄기의 종단면을 십자모양으로 4cm 정도 잘라 들어간다. (되도록 같은 굵기가 되도록 자른다.) 4. 철사를 이용하여 고구마 줄기의 자른 반대쪽에 꽂아 1에서 준비한 5% 소금물과 증류수가 담 긴 비커에 각각 걸쳐 놓는다. 나머지 하나는 공기 중에 방치한다 분간 기다린 후에 관찰 결과를 기록한다. 생각해 보기 1. 이 실험에 대한 가설을 설정해보자. 2. 우리가 실험을 하기 위해서 조작해주어야 하는 것은 무엇일까? 3. 우리가 실험을 하기 위해서 통제해주어야 하는 변인들은 무엇일까? 4. 실험에 들어가기에 앞서, 고구마 줄기를 각각의 용액에 담갔을 때에 어떤 변화가 일어날 지 예 상해보자. 중학교 2학년 생물 129

130 왜 그럴까? 1. 3개의 다른 상태에 놓아둔 고구마 줄기는 어떻게 되었나? 공기 중 증류수 5% 소금물 2. 줄기가 변형한 이유를 설명해보자. 130 영재교수 학습표준화자료

131 2. 식물에서의 물의 이동 원리 주제 식물에서의 물의 이동 원리 목표 뿌리압, 삼투압, 물의 응집력, 모세관현상, 증산작용관찰 실험 활동안내 뿌리에서 흡수된 수액이 식물의 물관 및 헛물관을 따라 위쪽의 가지나 잎으로 이동하는 현상으 로 최종적으로 수증기가 되어 증산된다. 이 과정에서 토양으로부터 흡수된 무기물질이 동화되므 로 수액의 상승과 수분의 증산은 식물의 중요한 생리작용이다. 수액의 상승을 설명하는 근압, 삼 투압, 물관의 모세관현상, 증산작용 및 물분자 사이의 응집력이 있다. 물이 뿌리에서 흡수되어 잎의 기공으로 기체 상태로 나가기까지 그 이동의 원리들을 설명할 수 있는 다양한 실험으로 실현할 수 있다. 준비물 1. [과정 1] 뿌리압 관찰 : 안전면도칼, 돋보기 2. [과정 2] 삼투압 현상 실험 : 슬라이드 글라스, 커버글라스, 비이커, 설탕용액, 소금용액, 광학현 미경, 양파, 아세트산카민용액, 안전면도칼, 생달걀, 빨대, 양초, 셀 로판튜브, 실, 핀셋 3. [과정 3] 물의 응집력 관찰 : 기름종이, 유리판, 물, 알코올, 스포이드, 비이커, 돋보기, 바늘, 식용류 4. [과정 4] 모세관 현상 실험 : 유리관, 토치(torch)램프, 면장갑, 스포이드, 성냥, 메스실린더(10ml), 비이커, 빨강잉크, 스폰지 5. [과정 5] 증산작용 실험 : 분무기(투명용기), 비이커, 빨대 중학교 2학년 생물 131

132 알아보기 1. 근압 [ 根 壓, root pressure] 뿌리압이라고도 한다. 물관[ 導 管 ]의 물을 밀어 올리도록 작용한다. 압력의 크기는 식물체를 지상 부( 地 上 部 ) 가까이에서 절단한 단면, 또는 나무줄기에 뚫은 구멍에 검압계( 檢 壓 計 )를 장치하여 측 정할 수 있다. 근압은 2월 말경부터 상승하기 시작하여 3월 말경의 개엽( 開 葉 ) 직전에 최대에 달하 고 개엽과 동시에 저하한다. 최고값은 층층나무나 포도나무 등이 특히 높아서 2atm 정도이다. 하 루 중에는 정오경이 최고이고 야간에는 최하로 나타난다. 뿌리의 통도조직( 通 導 組 織 )에 염류의 능 동적 흡수가 시작되어 그 결과로서 물의 유입이 일어난다고 본다. 2. 삼투압[ 渗 透 壓, osmotic pressure] 반투과성 막을 경계로 저장액에서 고장액으로 용매가 이동하는 현상 ( 물분자만 쉽게 통과할 수 있는 반투과성 막을 경계로 물분자가 많은 곳에서 물분자가 적은 곳으로 이동하는 물의 확산 현상)이며 삼투압은 삼투 현상에 의해 물이 밀려들어 오는 힘을 말한다. 반투과성 막을 경계로 농 도의 차이가 크면 삼투압이 커지고 흡수력이 커져서 물의 농도가 낮은 쪽으로 물이 많이 들어온 다(용액의 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 물이 들어온다). (1) 세포에서의 삼투현상 1 원형질 분리 - 식물세포를 고장액에 넣을 때 세포막 안쪽의 물이 바깥쪽으로 나와 세포 막과 세포벽이 분리되는 현상. 2 원형질 복귀 - 원형질 분리된 세포를 다시 저장액에 넣으면 원래 상태로 회복되는 현상. 3. 물의 응집력[ 凝 集 力 說, cohesion theory] 식물이 수분을 뿌리에서 잎으로 끌어 올릴 수 있는 것은, 물의 분자 사이에 있는 인력에 의한 것이라는 설이다 H.H.딕슨과 J.졸리가 제창하였다. 응집력 실험결과에 따르면 물분자 사이의 응집력과 물분자와 132 영재교수 학습표준화자료

133 물관세포의 세포벽 사이의 부착력으로 30기압 이상의 장력에 버틸 수 있다고 한다. 이 정도의 힘 이면 어떤 높이의 나무라도 가느다란 물기둥이 끊기지 않고 나무 꼭대기까지 올라갈 수 있다. 여 기서 응집력은 수액이 끊기지 않고 유지될 수 있는 힘만을 제공해준다. 물이 위로 올라가는 힘은 증산작용에 의해 생긴다. 따라서 나무에서는 수액상승을 증산-응집력 가설로 설명할 수 있다. 4. 모세관 현상[ 毛 細 管 現 象, capillary phenomenon] 모세관현상이 일어날 정도로 안지름 관이 가는 관으로 모관이라고도 하는데 세관으로서 미량의 액체를 추출하기 위한 장치나 온도계에 이용된다. 액체 속에 폭이 좁고 긴 관을 넣었을 때, 관 내부의 액체 표면이 외부의 표면보다 높거나 낮아 지는 현상을 말한다. 액체의 표면이 오목할 경우 부착력이 강한 액체이고, 볼록할 경우 응집력이 강한 액체이다. 이 현상을 이용하여 식물이 뿌리에서 무기양분과 물을 흡수할 수 있다. 5. 증산작용 [ 蒸 散 作 用, transpiration] 잎의 뒷면에 있는 기공을 통해 물이 기체 상태로 식물체 밖으로 빠져나가는 작용을 말한다. 잎에서는 광합성이 일어난다. 이때 반드시 물이 필요하다. 따라서 뿌리로 흡수된 물은 줄기의 물관부를 통해 잎까지 전달되어야 하는데 이때 증산작용은 물을 끌어올리는 원동력이 된다. 잎의 기공을 통해 세포에 있던 물이 공기 중으로 증발하면서 물을 보충하기 위해 잎맥의 물관에 연결 되어 있는 물분자를 끌어 올린다 탐구활동 다음의 실험들 중에서 조별로 탐구주제를 정하여 실험을 실시하고, 그 실험 결과를 조별로 1-2 주제로 한정하여 발표한다. 해보기 1. 뿌리압 관찰(소요시간 20분) 화단에 자라나는 민들레의 지상부 가까이의 줄기를 절단하여 관찰하기. 해보기 2. 삼투압 현상 실험 1. 물이 든 셀로판 튜브를 소금물에 담그기(40분) 2. 소금물에 양파의 표피세포를 여러 조각 담그고, 세포를 관찰하기(40분) 3. 계란의 둥근바닥 껍질을 벗기고 반대쪽의 끝부분을 투명빨대를 넣을 정도로 구멍을 내고 2-3cm 정도의 깊이로 집어넣은 후 촛농으로 주변을 막고 관찰하기(40분) 중학교 2학년 생물 133

134 해보기 3. 응집력 관찰(20분) 1. 기름종이 위에 물을 떨어뜨렸을 때 방울의 모양 관찰 2. 알코올을 떨어뜨렸을 때 방울의 모양 관찰 3. 비눗물을 떨어뜨렸을 때 방울의 모양 관찰 해보기 4. 모세관 현상(40분) 모세관의 굵기와 액체면의 높이 실험 해보기 5. 증산작용 1. 분무기 뿌리기(10분) 2. 식물체에 비닐봉지를 씌우기(1시간) 한걸음 더 1. 팽압 변화에 의한 식물의 운동 식물세포를 저장액에 담그면 세포의 내용물인 원형질이 물을 흡수하여 팽창하고 세포벽을 넓히 려는 힘(팽압)이 생긴다. 세포벽에는 팽압의 반작용으로 이것과 크기가 같고 방향이 반대인 힘이 생긴다. 이것을 벽압이라고 한다. 세포가 물을 계속 흡수하면 내액의 삼투압은 낮아지고 팽압은 높아진다. 얼마 후 삼투압에 의한 물의 흡수와 이것을 억제하는 팽압이 평형에 이른다. 이 상태에 서는 팽압은 가장 높고 세포의 부피는 최대가 된다. 세포를 등장액에 넣은 경우, 겉보기로는 물 이 세포에 출입하지 않으므로 팽압은 0 이다. 또 세포를 고장액에 담그면 세포의 내액으로부터 물 이 밖으로 나오고 부피가 감소하므로 팽압은 음압이 된다. 팽압은 식물의 체제를 유지하는 데 도움이 되며, 또 어떤 종류의 식물에서 볼 수 있는 취면운동 (식물의 잎이나 꽃이 주야로 펴지거나 오므라드는 현상)은 팽압의 변화에 의한 것이며 팽압운동 이라고 한다. 예를 들면, 콩과나 괭이밥과 식물 잎의 취면운동은 빛이 자극이 되어 잎의 기부조직 의 팽압 변화가 원인이 되어 일어나는 팽압운동이다. 미모사가 낮에 잎을 열어 놓은 모습 미모사가 밤에 잎을 닫은 채 자는 모습 134 영재교수 학습표준화자료

135 2. 왜 식물은 물만 주면 싱싱해 질까? 19세기 후반 독일의 과학자 빌헬름 페퍼는 대학의 식물 생리학 연구실에서 몇 가지 의미 있는 실험을 계획하고 있었습니다. 오늘날 시든 식물에게 물을 공급해주면 원기를 회복한다는 사실을 모르는 사람은 없습니다. 물론 이 당시의 사람들도 경험적으로는 이것을 알고 있었습니다. 그렇지 만 이것의 원인에 대해서 명확하게 설명할 수 있는 사람은 없었습니다. '식물의 세포가 물을 흡수 하는 것은 분명한데 그렇다면 식물은 어떻게 해서 물을 흡수하는 것일까? 내가 생각하기로는 어 떤 힘에 의해서 물이 흡수되는 것 같은데' 페퍼의 실험은 이 의문을 풀기 위해 계획됐던 것입니다. 식물이 시들도록 내버려 둔 다음 몇 개의 가지에는 물을 공급해주고 나머지 가지에는 물을 공 급해 주지 않았습니다. 그러고 나서는 시들어 말라비틀어진 가지와 물을 흡수해 생기를 되찾은 가 지의 세포성분을 조사했습니다. 그러나 세포성분사이에는 별 다른 차이가 발견되지 않았습니다. 단지 생기를 되찾은 가지가 시든 가지보다 물을 더 많이 포함하고 있다는 사실만이 다를 뿐이었 습니다. 페퍼는 다시 궁리하기 시작했습니다. 시든 가지와 생기를 되찾은 가지의 세포사이에 별 차이가 없다면 물이 결정적인 구실을 하는 것은 확실한데, 그렇다면 물이 세포막을 통과해서 세포 속으로 들어가는 것이 아닐까? 어떤 원인에 의해서 이런 현상이 일어나는 것일까? 세포막은 특수한 성질 을 가지고 있는 것이 아닐까? 페퍼는 여러 개의 동물 세포막과 유리관을 준비하여 물에 적신 후 세포막으로 유리관의 입구를 빈틈없이 막았습니다. 그러고 나서 페퍼는 생각했습니다. 이것을 동 물의 세포액과 비슷한 용액 속에 수직으로 접어 넣을 경우 나타나게 될 결과는 내 생각이 옳다는 것을 확실하게 증명해 줄거야. 페퍼가 이 유리관을 세포액과 비슷한 용액이 담긴 투명한 통에 수 직으로 집어넣자 유리관 속으로 용액이 천천히 유입되기 시작했습니다. 페퍼는 유리관을 막은 세 포막을 자세히 관찰하였습니다. 세포막은 약간 부풀어 있었습니다. 아 바로 이거구나 페퍼는 나 지막이 외쳤습니다. 유리관을 둘러싼 세포막이 부푼 이유는 그 곳에 압력이 작용하기 때문일 거 야. 이 압력에 의해서 용액이 위로 올라간 것이 틀림없어 이렇게 해서 페퍼는 이 압력 (삼투압)에 의해서 용액이 위로 상승한다는 사실을 알게 되었습니다. 그리고 그 후의 연구에서 페퍼는 용액의 농도가 진하면 진할수록 더 높이 올라가게 되며 삼투압도 더 커진다는 사실을 알게 되었습니다. 중학교 2학년 생물 135

136 활동지 1. 활동지1(학생용) 실험주제 뿌리압 관찰 ( )조 이름: 실험목표 준비물 뿌리압을 확인할 수 있다. 안전면도칼, 돋보기 1. 하루 중 정오에 실시한다. 2. 학교 운동장 주변의 화단에서 1년생 초본류(민들레)들의 지상부 줄기 하단을 면도칼로 절단한다. 3. 돋보기를 이용하여 절단면을 자세히 관찰하고 변화를 기록한다. 관찰결과와 해석 기록하기 탐구활동 136 영재교수 학습표준화자료

137 2. 활동지2(학생용) 실험주제 실험목표 삼투압 현상 실험(1) 물이 든 셀로판 튜브를 소금물에 담그기 뿌리에 물이 흡수되는 원리를 설명할 수 있다. ( )조 이름: 준비물 소금물, 비이커 500mL 2개, 셀로판 튜브 2개, 실, 깔대기, 붉은색 잉크 두 사람이 짝을 이루어 한 사람은 튜브의 양끝을 잡고, 다른 사람은 튜브의 한 쪽 끝을 굵은 실로 4~5회 단단히 동여맨다. 셀로판 튜브를 흐르는 물에 엄지와 검지로 비벼 한쪽 입구를 열어서, 깔대기를 튜브에 끼우고 붉은 잉크물을 가득 담은 뒤 굵은 실로 묶는다. 붉은 잉크물이 담긴 셀로판튜브를 진한 소금물이 담긴 비커에 담그고, 셀로판 튜브의 변화를 관찰한다. 탐구활동 셀로판 튜브의 크기에 어떠한 변화가 나타났는가? 비커에 담긴 소금물의 색깔에 변화가 있는가? 그 이유는 무엇일까? 셀로판 튜브에 진한 소금물을 담고 비커에 물을 넣어서 위와 같이 실험을 하면 셀로판 튜브에 어떠한 변화가 일어날까? 중학교 2학년 생물 137

138 3. 활동지3(학생용) 실험주제 실험목표 삼투압 현상 실험(2) 소금물에 양파의 표피세포를 여러 조각 담그고 세포를 관찰하기 뿌리에 물이 흡수되는 원리를 설명할 수 있다. ( )조 이름 : 준비물 현미경, 양파, 슬라이드글라스, 커버글라스, 아세트산카민용액, 면도칼, 핀셋, 소금물, 비이 커 100mL 4개, 거름종이 1 비이커에 다양한 농도의 소금용액을 준비한다. 2 양파의 표피세포를 벗긴 후 세로,가로 1cm정도로 자른 후 각각의 용액에 5조각을 담 가 둔다. 3 현미경으로 10분 간격의 시간대별로 각각의 비이커에서 꺼내 세포의 변화를 관찰한다. 4 현미경으로 관찰하여 그 변화의 특징을 기록하시오 탐구활동 (10분 후 0 %용액) (10분후 20%용액) (20분 후 0 %용액) (20분 후 20%용액) 5 변화의 이유는? 138 영재교수 학습표준화자료

139 4. 활동지4(학생용) 실험주제 실험목표 준비물 삼투압 현상 실험(3) 달걀세포의 압력 변화 뿌리에 물이 흡수되는 원리를 설명할 수 있다. 비이커 50mL, 투명빨대, 증류수, 양초, 성냥, 핀셋, 생달걀 ( )조 이름: 1. 작은 병의 3/4정도를 증류수로 채운다. 2. 비슷한 크기의 달걀을 여러 개 준비하여 숟가락의 끝부분으로 달걀 껍데기의 둥근 끝 부분을 천천히 가볍게 툭툭 친다. 3. 손톱이나 핀셋으로 조심스럽게 달걀 껍질을 끝부분만 조각조각 떼어낸다. : 껍질 조각 을 손가락 마디 크기 정도로 제거한다. (껍질 안쪽의 얇은 막이 찢어지지 않도록 조심한다) 4. 달걀의 반대편 끝 부분을 빨대를 넣을 정도로 껍질에 구멍을 낸다. 5. 달걀의 둥근 부분을 밑으로 가게해서 물이 든 병에 세운다. 6. 세포막 속으로 껍질 구멍에 2-3 cm정도의 깊이로 빨대의 끝 부분을 집어넣는다. 7. 양초에 불을 켜고 초를 녹인다. 8. 빨대와 달걀껍질 사이의 공간에 틈이 생기지 않도록 촛농을 떨구어 굳힌다. 9. 증류수로 채운 병에 빨대가 꽂힌 달걀을 올려놓고 관찰한다. 10. 달걀을 병에 세운 후 빨대 속의 용액이 상승하기 시작할 때 까지 걸리는 시간을 측정 한다. 11. 물이 올라오는 막의 표면적을 넓히거나 좁혔을 때 걸린 시간을 비교해 보자. 탐구활동 빨대에 나타나는 변화와 그 이유를 설명하시오 중학교 2학년 생물 139

140 5. 활동지5(학생용) 실험주제 응집력 관찰 ( )조 이름: 실험목표 준비물 응집력에 관련된 현상을 설명할 수 있다. 기름종이, 스포이드, 알코올, 비눗물, 이쑤시개 1 기름종이 위에 물, 알코올, 비눗물을 떨어뜨렸을 때 방울의 모양에 대해 예상해본다. 2 스포이트를 사용하여 물 몇 방울을 떨어뜨린다. 방울의 모양을 관찰한다. 3 이쑤시개로 물방울을 움직여보자. 방울끼리 합쳐본다. 방울이 어떻게 되는지 관찰한다. 4 알코올을 이용하여 같은 실험을 해보고 결과를 비교한다. 5 비눗물을 이용하여 같은 실험을 해보고 결과를 비교한다. 기름종이에 떨어뜨렸을 때의 모양 이쑤시개로 움직일 때의 현상 물 알코올 비눗물 액체의 종류에 따라 모양과 움직임이 서로 다른 까닭은 무엇인지 생각해보자. 탐구활동 140 영재교수 학습표준화자료

141 6. 활동지6(학생용) 실험주제 모세관 현상 ( )조 이름: 실험목표 준비물 1.관의 굵기에 따라 물이 올라가는 높이가 달라지는 이유를 설명할 수 있다. 2.모세관 현상의 예를 들어 설명할 수 있다. 양초, 수조, 유리관, 알코올램프, 면장갑, 붉은 잉크, 1. 초를 칠한 시험관과 칠 하지 않은 시험관에 물을 넣어 비교하여 보자. 어떤 차이가 있 는가? - 초를 묻힌 화장지를 시험관의 입구에서 1cm깊이까지 문질러 주어 얇게 칠한다. - 초를 칠한 부분까지 물을 담고 칠하지 않은 시험관의 공기와 닿는 수면을 비교하여 관찰한다. 탐구활동 2. 모세관의 굵기와 액체면의 높이 1 면장갑을 착용하고 유리관을 불꽃에 가열하여 늘어뜨리며 다양한 굵기의 끝을 가 진 유리관을 만들자 2 지름이 다른 모세관에 물을 담고 물의 높이를 재어본다. 어떤 모세관이 물을 더 높이 올라가는가? 그 이유는? 중학교 2학년 생물 141

142 7. 활동지7(학생용) 실험주제 증산작용 ( )조 이름: 실험목표 준비물 1. 식물의 잎에서 증산작용이 일어남을 밝힌다. 2. 증산작용의 효과를 알아낸다. 분무기, 비닐봉투, 메스실린더(10mL), 면도칼, 식용류,실 1. 잎에서의 증산작용 증거 확보 1 야외 정원에서 잎이 큰 식물의 줄기를 잘라 물이 든 시험관에 넣는다. 2 메스실린더에 식용유를 0.5cm높이로 넣고 식물체 주변을 비닐봉지로 덥고, 실로 밀 봉한다. 3 창가나 야외에 햇빛이 잘 비치는 곳에 놓아둔다. 4 1시간 후 메스실린더 속의 수면의 변화를 확인한다. 5 수면 확인 후 교실의 서늘한 곳에 놓아두고 비닐봉지 속의 변화를 살핀다. 메스실린더 속에 들어 있는 물의 변화와 그 이유는? 2. 분무기 뿌리기 1 분무기를 허공을 향해 뿌린다. 2 분무기 안의 수면의 높이 변화는? 탐구활동 3 물이 상승하는 이유는? 142 영재교수 학습표준화자료

143 3. 증산작용 주제 증산작용 목표 MBL을 이용한 식물의 증산작용 실험 활동안내 1. 증산작용 뿌리에서 흡수한 물은 어디로 갈까? 어떤 힘에 의해 물이 나무 꼭대기까지 올라갈까? 잎이 많이 달린 가지가 물을 더 많이 흡수한다. 뿌리에서 흡수한 물이 잎의 기공을 통해서 방출 되기 때문인데, 이와 같이 물이 기공에 의해 수증기 상태로 증발하는 것을 증산작용이라 한다. 증 산작용은 잎 표면이 물을 통과하지 못하므로 기공을 통해 조절된다. 기공은 반달모양의 두 개의 공변세포에 의해 열리고 닫히며, 공변세포는 기공쪽(안쪽벽)이 바깥쪽 벽보다 두껍다. 중학교 2학년 생물 143

144 (1) 증산작용의 조절 기공은 주위 환경이나 식물체내의 수분 함유량에 의해 열리거나 닫힘으로써 수분증산량을 조절 한다. 공변세포가 물을 흡수하여 팽압이 높아지면 세포벽이 얇은 바깥쪽벽이 많이 늘어나고, 두꺼 운 안쪽벽은 적게 늘어나므로 세포가 활모양으로 휘면서 기공이 열린다. 반대로 공변세포내의 수 분이 줄어들어 팽압이 낮아지면 세포가 원래상태로 되어 기공이 닫힌다. 기공은 햇빛이 강하고, 온도가 높고, 습도가 낮고, 바람이 잘 불고, 체내 수분이 많을 때 잘 열리기 때문에 이 때 증산작용 이 활발하다. 이는 이러한 날 빨래가 잘 마르는 것과 같은 이유다. 증산작용은 뿌리에서 흡수한 물이 잎까지 상승하는 원동력이 되고, 식물체내의 수분을 조절한 다. 또, 물이 수증기가 될 때 열을 빼앗기므로 식물체내 체온을 조절하기도 한다. 뜨거운 햇빛아래 에 있는 식물의 잎이 차가운 것이 이 때문이다. (2) 물의 상승요인 뿌리에서 흡수한 물이 수십미터이상의 나무의 꼭대기까지 거뜬히 올라가는 힘을 증산작용에서 얻는다. 잎의 증산작용으로 수증기가 기공을 통해 방출되면 잎 세포의 흡수력이 커져서 물관 속의 물이 끌려 올라간다.아마 사람의 힘으로 키 큰 나무 끝까지 물을 올리려면 엄청 힘들 것이다. 이외에 꼭대기까지 물을 상승시키는 원동력에는 물 분자간의 응집력, 뿌리압, 모세관현상 등이 있 다. 뿌리가 물을 위로 올려주는 힘( 근압)을 통해 물분자 하나만 올려주더라도 물분자 사이의 서 로 끌어당기는 응집력에 의해 물기둥이 끊어지지 않고 올라간다.또 물관은 아주 가느다란 관으로 되어 있어 물분자와 물관벽의 흡착력으로 물이 상승할 수 있다. 학습활동 [활동] MBL을 이용한 식물의 증산작용 실험 설계하기 다음 주어진 실험 준비물을 가지고 증산작용일 일어난다는 사실을 증명해 보자. 1. 준비물 : MBL 인터페이스, 기체압력센서, 백합, 비커, 물, 칼, 실리콘튜브, 스탠드, 클램프(집게형) 2. 실험설계를 위한 고찰 (1) 물의 상승요인을 말해 보자. (2) 증산작용을 통해 식물(백합)에 나타나게 될 물리적 변화는 어떤 것이 있을까? 144 영재교수 학습표준화자료

145 (3) 기체 압력 센서를 어떻게 이용할 것인가? 3. 실험설계 : 실험 과정을 나열해 보자. 4. 실험결과 분석 : 실험 결과를 그려보고 이를 통해 증산작용이 일어났음을 증명하는 이유를 써 보자. 읽기자료 1. 공변세포와 물의 수송 (1) 기공(stomata) : CO 2 가 잎 안으로 확산되어 들어올 때 물이 밖으로 확산되는 것에 대한 적응 (2) 공변세포(guard cell) : 기공의 크기를 변형하여 가스교환 조절(식물 내부로부터 많은 양의 수 분 유실 방지) (3) 기공개폐 : 공변세포의 팽압으로 조절 (4) 팽압이 증가하면 공변세포가 열리고, 감소하면 닫힌다. 공변세포의 양 끝이 서로 붙어 있어서 팽압이 증가해도 안쪽 벽의 길이는 변화하지 않기 때문 공변세포의 세포벽을 구성하는 셀룰로오스 미세섬유들이 방사형으로 배열 (팽압이 증가할 때 공변세포의 바깥쪽 세포벽의 길이만 늘어나고 폭은 늘어나지 않음) 공변세포의 팽압은 낮에 높아지고 밤에는 낮아진다. 기공 장치의 팽압 변화 엽록체의 광합성에 의한 탄수화물 증가로 수분퍼텐셜이 낮아지고 물의 공변세포 내 유입 으로 팽압이 증가하여 기공이 열린다는 이론은 틀림 1960년대 미국에서 식물에 빛을 쪼였을 때 칼륨이온이 공변세포로 능동수송 되는 것을 발 견했다. 이 과정은 청색광에 민감한 색소에 의해 매개되기 때문에 청색광에 의해서만 유도 된다. 세포 안에 칼륨이온이 들어오게 되면 세포내 용질의 농도가 증가하게 되므로 주변 세포로부터 물이 들어와 기공이 열림 c.f. 식물이 물을 많이 잃게 되면 칼륨이온 수송 메카니즘이 바뀜 수분 스트레스에 의해 물의 손실이 심할 때 공변세포 주변의 세포에서 앱시스산 (abscisic 중학교 2학년 생물 145

146 acid;aba) 호르몬 분비 칼륨이온의 흐름을 바꾸어 팽압이 감소하며 기공이 닫힌다. 기공은 빛 없이도 세포 안의 CO 2 가 줄어들면 열림 잎 세포의 CO 2 가 감조함에 따라 공변세포로 더 많은 K+이 수송되고 K+이 증가함에 따라 팽압이 커져서 기공이 열림 팽압에 영향을 주는 주요 변수 : K+, CO 2, H 2 O, ABA 2. 기공의 개폐원리 기공을 이루는 공변 세포는 기공 쪽의 세포벽이 두껍고, 그 반대 부분의 세포벽은 얇다. 따라서 공변 세포가 주위 세포로부터 물을 흡수하여 세포의 팽압이 높아지면, 세포벽이 얇은 부분은 잘 늘어나지만 두꺼운 부분은 늘어나기가 어려우므로, 세포가 활 모양으로 휘어서 기공이 열리게 된 다. 반대로 공변 세포의 수분량이 줄어들어 팽압이 낮아지면 기공이 닫힌다. 즉 공변 세포 내의 엽록체에서 광합성을 하면 포도당이 생성되어 삼투압이 높아진다. 그러면 외 부세포로부터 물의 흡수가 많아서 공변 세포 내의 팽압이 증가한다. 팽윤상태가 된 공변 세포는 안과 밖의 세포벽의 두께 차 때문에 세포가 밖으로 밀려나가 기공이 열린다. 광합성이 이루어지지 않으면 삼투압이 낮아져 물이 빠져나가므로 팽압이 떨어져 안쪽 세포벽의 탄력으로 공변세포는 원위치로 돌아와 기공이 닫힌다 이것은 ph와 직접적인 관계가 있다. 즉, 공변세포내에 흡수된 CO 2 는 H 2 O와 반응하여 쉽게 H 2 CO 3 가 되고 이것은 즉시 해리된다. 그리하여 H와 HCO 으로 된 다. CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + HCO. 그런데 CO 2 는 HCO 으로 존재하므로 광합성에 이 용될 수가 없다. 이것이 광합성에 이용되려면 다시 H 2 CO 3 로 되고 이것은 CO 2 와 H 2 O로 되어야 한다. 즉 역과정인 H + HCO H 2 CO 3 H 2 O + CO 2 로 된다. 이때 분자 상태로 된 CO 2 는 광합성에 이 용될 수 있다. 즉 수중의 H이 적어졌으므로 ph가 높은 경우에 광합성이 일어나 기공이 열리 게 되고 ph가 낮은 경우에는 광합성이 이루어지지 않아 기공이 닫힌다. 증산 작용은 잎의 기공을 통하여 이루어지는데 뿌리로부터 흡수된 물아 기공까지 죽 연결되어 하나의 물기둥이 형성된다. 이 물기둥은 기공에서 증발되므로 물분자의 응집력에 의하여 뿌리로 부터의 물의 흡수와 상승은 계속된다. 즉 뿌리로부터 물이 잘 흡수되려면 기공에서 물의 증산이 잘 일어나야 한다. 참고자료 1. 참고 문헌 및 관련 웹사이트 식물생리학 (권영명 외 14인, 아카데미서적) 식물생리생태학 Physiological Ecology.htm 공주대 과학교육 연구원 영재교수 학습표준화자료

147 4. 잎의 구조와 기능 주제 잎의 구조와 기능 목표 1. 잎의 겉모양과 단면 구조를 관찰하여 현미경을 이용하여 관찰하고 그릴 수 있다. 2. 쌍떡잎식물과 외떡잎식물의 잎맥의 차이점에 대해서 비교 설명할 수 있다. 3. 잎에 분포한 잎맥이 어떤 모양을 하고 있는지 관찰할 수 있다. 4. 잎맥의 분포 모양은 식물의 물과 양분 운반에 어떤 도움을 주는지 알 수 있다. 준비물 1. 기구 : 미경, 영구프레파라트 세트, 알코올램프, 삼발이와 석면쇠그물, 해부접시(유리판), 핀셋, 유리막대, 비이커, 코팅기, 코팅지(A4), 비닐장갑, 가위, 칫솔, 커터칼, 플라스틱 자(15~ 30cm), 절편제작용 오이미용기(T ) 2. 재료 : 슬라이드 글라스, 커버글라스, 셀로판테이프, 고무나무잎(또는 자주달개비), 메탄올, 10% 수산화나트륨, 10% 과산화수소(또는 락스), 식용색소 5종, 거름종이, 두루마리 휴지, 신문 지, 여러 가지 잎 알아두기 1. 잎의 겉모양 (1) 잎새 - 보통 넓적하고 잎맥이 퍼져 있다. 엽록체가 있어서 녹색을 띠고 있다. (2) 잎자루 - 잎과 줄기의 연결 부분. 중학교 2학년 생물 147

148 (3) 턱잎 - 잎을 보호. 잎자루에 보통 1쌍 상추의 그물맥잎 사철나무 잎 2. 잎의 조직 (1) 표피조직 : 한 층의 세포. 엽록체가 없어 투명하게 보임. (2) 책상조직 : 길쭉한 세포들이 빽빽하게 늘어서 있음, 엽록체가 들어 있어 광합성이 활발. (3) 해면조직 : 책상조직 아래쪽에 불규칙한 모양의 세포들이 엉성하게 배열. 공기의 통로, 광합성 (4) 잎맥 : 잎의 관다발로 물과 양분의 이동 통로 (5) 기공 : 광합성량에 의해 공변세포가 구부러져 기공의 여닫이가 조절됨 3. 궁금한 점 (1) 기공이 주로 잎의 아랫면에 존재하는 이유는 무엇인가? 148 영재교수 학습표준화자료

149 (2) 줄기의 물관과 체관이 잎에도 연결되어 있을까? (3) 잎의 구조를 관찰하는 방법은? (4) 우리는 겨울에 날씨가 추우면 옷을 많이 껴입는 데, 대부분의 식물은 겨울이 되면 왜 잎을 떨어뜨릴까? (5) 식물의 잎이 환경에 따라 어떻게 변하였는지 예를 들어 설명해보자. 가시 : 몸을 보호하고 물의 증발을 막음. 예) 선인장, 장미, 아카시아 포충잎 : 곤충을 잡기에 알맞음. 예) 파리지옥, 끈끈이 주걱 저수잎 : 물을 저장함. 예) 용설란 덩굴손 : 물체를 잡기에 알맞음. 예) 완두, 호박, 오이 학습활동 과정 주변에서 흔히 구할 수 있는 여러 가지 잎을 구하여 겉모양을 관찰해 비교해보고 같은 점과 차 이점을 알아낸 후 분류하여 보자. (예) 고무나무 잎, 감나무 잎, 대파 잎, 은행나무 잎, 대추나무 잎, 베고니아 잎, 풀잎, 벼, 보리, 옥수수잎 등 2. 아래 그림과 같이 관찰하고자 하는 잎을 수수깡 속에 끼우고 면도날로 얇은 절편을 만들어 물 이 담긴 샬레에 넣는다. 3. 가장 얇은 조각을 골라 프레파라트를 만들어 현미경으로 관찰하자. 수수깡이 없으면 당근으로 대체하여도 된다. 중학교 2학년 생물 149

150 4. 현미경으로 관찰한 식물의 종류를 아래 괄호에 쓰고 그 결과를 원 안에 그려보자. [ ] [ ] [ ] [ ] 5. 잎의 겉모양을 몇 부분으로 나눌 수 있는가? 6. 사철나무 잎(쌍떡잎 식물)과 옥수수(외떡잎 식물) 잎맥의 차이점을 알아보자. 오이나 양파, 고구마, 감자, 수박 껍질 등도 얇은 절편을 만들어 관찰하여 보자. 과정 2. 잎맥 관찰용 표본 만들기 1. 10%의 수산화나트륨(NaOH)에 잎을 넣은 다음 용액이 초록색이나 진한 갈색, 보라색으로 변할 때까지 삶는다. 2. 핀셋으로 잎자루를 잡고 손에 용액이 묻지 않도록 조심스럽게 꺼낸다. 3. 삶아진 잎을 유리판 위에 올려놓고 칫솔로 잎의 면을 가볍게 두드려 잎살을 제거한다.(이 때 잎 살을 지나치게 세게 문지르거나 두드리면 잎맥이 손상되므로 주의한다.) 150 영재교수 학습표준화자료

151 4. 해부접시에 올려놓고 흐르는 물에 살살 씻는다.(잎살이 덜 벗겨지면 1~4과정을 반복한다.) 5. 잎살이 모두 제거되면 거름종이와 두루마리 휴지로 물기를 제거한다. 6. 잎살을 제거한 잎을 10%의 과산화수소수(또는 락스)에 담가 탈색을 시킨다. 7. 잎맥만 드러난 나뭇잎을 식용색소로 염색한 후 신문지에 끼워 말린다. (이때 색소가 손에 묻지 않도록 조심한다.) 8. 담궜던 잎을 꺼내서 신문지에 대고 수분을 제거한다. 9. 수분을 제거를 한 후 색소가 묻지 않은 잎의 다른 쪽을 또 다른 색소에 담근 후 신문지에 말린다. 10. 잘 마른 잎을 코팅 필름 사이에 넣고 코팅기(또는 다리미)로 코팅을 한다. 11. 코팅된 잎맥을 가위로 예쁘게 오려 책갈피를 만든다. 활동으로 알 수 있는 점 잎을 수산화나트륨 수용액에 넣고 끓이면 단백질로 이루어진 세포와 세포 사이나 세포와 조직 사이의 단백질 펩티드 결합이 끊어져 결합이 약해진다. 특히 잎살은 잎맥보다 그 결합력이 약하기 때문에 이 과정을 거치면 잎살을 쉽게 제거할 수 있다. 유의사항 1. 수산화나트륨의 농도와 가열시간은 잎의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 목련 잎보다 연한 담쟁이 넝쿨의 잎 같은 경우 5%의 수산화나트륨용액에 가열 후 8분 정도 담가두는 것이 적당하다. 잎을 수산화나트륨 용액에 너무 오래 담가두면 잎을 구성하는 조직사이의 결합이 약 하져서 잎 구조가 망가지게 된다. 중학교 2학년 생물 151

152 2. 수산화나트륨 용액 대신에 수산화칼륨(강염기) 수용액을 사용할 수도 있는데, 물 50mL에 수산 화칼륨 3숟가락 정도를 넣고 15분가량 삶으면 된다. 3. 수산화나트륨 용액은 단백질을 녹이는 성질이 있다. 만약 손에 묻으면 흐르는 수돗물에 깨끗이 씻어야 한다. 생각 모으기 1. 다음 질문에 대해 이야기 해봅시다. 선생님! 소나무는 쌍떡잎식물이예요? 외떡잎식물이예요? (바른 질문, 틀린 질문) 선생님! 부시대통령은 경상도 사람이예요? 전라도 사람이예요? (바른 질문, 틀린 질문) 2. 잎의 겉모양을 기준으로 하여 식물을 분류하여보자. 제1기준 제2기준 제3기준 종류 쌍떡잎 식물 속씨 식물 종자식물 외떡잎 식물 겉씨 식물 3. 다음의 명칭은 어떤 식물 어느 부위를 일컫는 것인가? 그리고 그 특징은 무엇인지 이야기 해보자. 잎자루 : 잎새 : 잎맥 : 턱잎 : 잎집 : 4. 잎의 속구조의 명칭과 각각이 하는 일이 무엇인지 이야기해 봅시다. (가) (나) (다) (라) (마) (바) (사) 명칭 하는 일 152 영재교수 학습표준화자료

153 참고사항 1. 잎을 변형시켜 동물을 잡아먹는 식물 - 파리지옥 파리지옥의 덫은 잎이 변형된 것으로 휴식 상태일 때는 열려 있다. 덫의 반쪽은 작은 털 모양의 방아쇠를 세 개 가지고 있어서 곤충이 덫을 스치고 지나갈 때 튀어 오르게 할 수 있다. [끈끈이주걱이 파리를 잡아먹는 모습] 끈끈이주걱은 끈끈이귀개과에 속하는 식물로서, 잎 표면이나 가장 자리에서 점액을 분비하여 그곳에 작은 동물들이 닿으면 달라붙게 하여 잡아먹는 대표적인 종류이다. 포충엽과 잎의 다양한 중간적 형태를 볼 수 있다는 점에서 포충엽은 잎이 변형된 것임을 알 수 있다. 끈끈이주걱은 그 생김새가 주걱처럼 생겼다고 해서 이러한 이름이 붙게 되었다. 2. 함정식 식충식물 - 네펜데스 네펜데스는 동남아 열대 지방에 살고 있는 식충 식물이다. 잎 끝에 뚜껑 달린 주머니가 있어서, 벌레나 동물이 이 주머니 속으로 빠지게 된다. 주머니 크기는 입구 지름이 10cm, 길이가 35cm나 되 는 것이 있어서, 곤충뿐만 아니라 쥐나 개구리 같은 작은 동물도 잡을 수 있다. 중학교 2학년 생물 153

154 5. 빛에너지와 생물 주제 빛에너지와 생물 목표 1. 광합성이 빛에너지를 화학에너지로 전환시키는 과정임을 이해한다. 2. 엽록소가 광합성 과정에서 빛을 흡수하는 색소임을 알고, 흡수하는 파장 을 이해한다. 3. 광합성에 이용되는 빛의 파장을 알고 식물이 녹색인 이유를 설명할 수 있다. 4. 엽록체를 추출할 수 있고, 흡광기를 이용하여 흡수파장을 측정할 수 있다. 활동안내 어떤 테러리스트로부터의 편지 We Will Be Back!! 우리는 런던이나 뉴욕과 같은 대도시의 지하철을 폭파 시키지는 않겠다. 폭탄을 사용하는 테러는 너무나 구시대적이고 야만적이 라고 생각하기 때문이다. 대신 얼마 전에 우리 팀의 화학자가 엽록소를 파괴시키 는 화학물질을 개발했기 때문에, 우리는 화학테러를 계 획하고 있다. 조만간 엽록소를 파괴시키는 화학물질을 전 시골 지역 에 살포할 것이다. 기대하라. ㅎㅎㅎ 영재교수 학습표준화자료

155 [긴급사태 발생!!] 이 테러리스트들의 의도는 무엇일까? 이러한 테러가 어떤 위험을 초래할 지에 대해 생각해보고 이 테러리스트가 잘못 생각하고 있는 것을 지적해보자. 1. 엽록소란? 2. 엽록소가 파괴되면 식물에게 어떤 영향을 미치겠는가? 3. 엽록소 파괴로 인해 결과적으로 초래될 수 있는 문제점은 무엇인가? 지구상에서 가장 중요한 화학반응은 무엇일까? 바로 광합성이다. 광합성이란 식물이 빛에너지를 흡수하여 포도당(녹말)을 합성하는 과정 으로서 이렇게 합성된 포도당은 식물이 살아가는데 필요한 에너지를 제 공하고 식물체를 구성하는 물질이 된다. 따라서 광합성을 하는 식물은 먹이를 먹지 않고 살아갈 수 있다. 이런 생물을 독립영양생물이라 한다. 에너지 관점에서 볼 때 광합성은 빛에너지를 화학에너지로 전환시키 는 과정이며, 지구상에서 빛에너지로부터 생물이 살아가는데 필요한 물질을 합성하는 유일한 과 정이다. 따라서 광합성은 식물뿐만 아니라 지구상의 다른 동물들의 생존도 가능하게 해 주는 화학 반응이라 할 수 있다. 이렇게 중요한 광합성 과정이 식물에서만 일어나는 이유는 무엇인가? 식물은 어떻게 빛에너지 를 흡수할 수 있을까? 식물은 모든 빛을 광합성에 이용하고 있을까? 4. 잎에 도달한 빛의 행방 (1) 잎의 앞뒤 면에서 조도를 측정해보자. 차이가 있는가? 있다면 그 차이만큼의 빛의 행방은?? 중학교 2학년 생물 155

156 (2) 잎의 엽록소 함량을 측정해보자. 엽록소 측정기를 이용하여 여러 가지 식물 잎의 엽록소 양을 측정해보고 비교해 보자. (3) 잎에서 빛은 어떻게 흡수되는가? 다음은 식물 잎의 구조를 나타낸 것이다. 빛은 어디에서 흡수될까? 5. 실험: 엽록체의 분리 관찰 및 흡수파장 측정 광합성 장소인 엽록체를 추출하여 관찰해보자. 또 엽록소 추출액을 이용하여 엽록소의 흡수파 장을 측정해보자. 준비물 시금치, 100 ml ice-cold 0.1 M phosphate buffer (ph 6.5), 얼음 칼, 막자사발, 250mL, 100mL 비이커, 10mL 피펫, 미리 냉장된 거즈, 50mL 원심관, Ice box, 흡광기 큐벳, 마이크로피펫, 슬라이드 & 커버글라스 원심분리기, 흡광광도계(Spectrophotometer), 전자저울, 양팔저울, 광학현미경 156 영재교수 학습표준화자료

157 학습활동 1. 엽록체의 추출 (1) 과정 모든 실험 과정은 저온에서 수행한다. 1 깨끗한 시금치 4g을 저울에 잰다. 2 가위로 작은 조각으로 자르고 15mL의 찬 phosphate 버퍼에 담근다. 깨끗한 sea sand를 소 량 첨가한 후에 약 2분간 냉동된 막자사발에서 조직을 골고루 간다. 3 냉장된 거즈를 8겹으로 만들어 시금치 파쇄액을 거른다. 이때 여과액은 바로 냉장보관 원심관에 넣는다 g에서 여과액을 1분간 원심분리한다. 원심관은 반드시 대각선 방향으로 무게 균형을 맞춘 후 원심분리한다. 5 원심분리 후 상층액을 다른 깨끗한 차가운 원심관으로 옮긴 후 4, 1000g에서 다시 5분 간 원심분리한다. 6 원심분리 후 상층액을 버리고 밑 부분에 가라앉은 침전물을 10 ml의 찬 phosphate 버퍼 에 현탁시킨다. 7 3 ml의 엽록체 현탁액을 깨끗한 차가운 시험관에 옮긴 후 6 ml의 찬 phosphate 버퍼를 첨가한 후 골고루 섞는다. 이것이 엽록체 현탁액이다 냉장 보관. 2. 현미경 관찰 : 광학현미경을 이용하여 분리한 엽록체의 구조를 관찰한다. (1) 관찰 결과 X 중학교 2학년 생물 157

158 3. 엽록체의 흡수 파장 측정 (1) 과정 1 엽록소 추출액 3ml을 흡광기 셀에 넣는다. 2 phosphate 버퍼도 흡광기 셀에 같은 양을 넣고 Blank로 사용한다. 3 두 개의 셀을 흡광기에 넣고 흡수파장을 측정한다. 생각 모으기 1. 엽록소는 모든 파장의 빛을 흡수할까? 엽록소는 어떤 빛을 흡수할 지 예상해보자. 2. 흡광기로 측정한 결과를 기록하고 분석해보자.l 엽록체가 흡수하는 빛의 파장은? 광합성에 효율적인 빛은? 3. 식물은 녹색 파장의 빛을 광합성에 전혀 이용하지 않을까? 4. 모든 광합성 식물이 녹색 파장의 빛을 이용할까? 오른쪽은 조류의 분포와 수중에 도달하는 빛의 파장을 나타낸 것이다. 158 영재교수 학습표준화자료

159 한 걸음 더 1. 광합성에서 빛의 역할은 무엇일까? (1) 광합성의 반응식을 써보자. 다음은 엽록소의 화학구조식이다. 엽록소는 어떻게 빛을 흡수할까? 2. 생물은 지구표면에만 살고 있을까? 1995년 미국의 과학자들은 지하 깊은 곳에서 살아가는 세균들(bacteria)을 발견했다. 강바닥의 현 무암층 밑으로 지하 1000 M 쯤 되는 곳에서 햇빛없이 살아가는 미생물들을 발견했다. 그들은 화 산활동으로 생긴 현무암에 든 철분이 풍부한 광물과 지하수가 반응할 때 생기는 수소를 대사의 에너지원으로 삼고 있다. 따라서 이 지하 미생물들은 암석을 먹고 산다고 할 수 있겠다. 과학자들 은 이 미생물들을 혐기성 지하 무기 독립 영양 미생물 생태계 라는 말의 머릿글자들을 따서 슬라 임(slime)이라고 불렀다. (1) 이 미생물들이 살아가는데 수소이외에 더 필요한 것은 무엇인가? 식물의 광합성 과정과 비교하여 생각해 보자. - 광합성에 필요한 것은 무엇인가? - 광합성에서 빛의 역할은 무엇인가? - 빛 이외에 에너지원으로 사용될 수 있는 것은 무엇일까? (2) 이러한 미생물들의 존재로부터 태양계의 다른 행성에서의 생물의 존재가능성을 생각해보자. 중학교 2학년 생물 159

160 참고사항 1. 엽록소에서 이루어지는 빛의 흡수 매커니즘 160 영재교수 학습표준화자료

161 2. 광합성 과정 빛에너지 광합성 전체 과정식 : 6CO H 2O >C 6H 12O 6 + 6O 2 +6H 2O (엽록체) (1) 명반응 : 엽록소에서 빛에너지를 흡수하여 전자의 흐름을 만들어내고, 그 결과 암반응에 필 요한 에너지(ATP)와 물질을 생산하는 과정. 이 과정에서 산소가 발생됨 (2) 암반응 : 명반응으로부터의 물질과 에너지를 이용하여 CO 2를 고정시켜 포도당을 합성하는 과정 캘빈회로 중학교 2학년 생물 161

162 6. 광합성 영향 요인 주제 광합성 영향 요인 목표 광합성 영향요인과 속도(광합성량) 활동안내 1. 광합성의 영향 요인 녹색 식물이 광합성을 수행할 때 여러 가지 환경 요인들이 영향을 미치는데, 빛의 파장, 빛의 세 기, 공기 중의 이산화탄소의 농도, 온도 등이 그 요인이다. 빛에너지 6 CO H 2 O > C 6 H 12 O 6 + 6O H 2 O 162 영재교수 학습표준화자료

163 2. 활동 [과학의 탐구 방법] (1) 호기심과 관찰 - 자연과학 탐구의 출발점 (2) 과학 탐구의 방법 1사실의 관찰과 의문(문제 인식) 2자료의 수집과 가설설정 가설 : 미리 예상하여 내린 잠정적인 결론 관찰한 사실을 설명할 수 있어야 한다. 새로운 사실을 예측할 수 있어야 한다. 연역적 탐구 : 가설을 미리 설정하고 실험한다. 귀납적 탐구 : 관찰 자료를 많이 수집하고 곧바로 결론을 내린다. 3 탐구 설계 및 가설의 검증 검증 실험 : 실험군과 대조군을 설정하여 비교한다. 변인 - 독립변인 : 실험결과에 영향을 미치는 요인 - 종속변인 : 독립변인에 의하여 나타나는 실험의 결과 - 조작변인 : 독립변인 중 실험자가 조작하여 변화시킨 요인 변인 통제 - 조작변인 외에 나머지 독립변인을 모두 일정하게 유지시킴(최상의 조건으로 유지시켜야 함) 4 자료 해석 : 실험결과를 도표나 그래프로 나타내 본다. 5 결론 도출 및 일반화 : 다른 실험에서도 적용되는가를 확인한다. 6 학설의 성립과 과학의 발달 학습활동 활동. 광합성의 영향요인과 광합성의 속도 1. 광합성에 영향을 주는 요인 중 빛의 세기, 온도, 이산화탄소의 농도가 광합성의 속도와 어떤 관 계가 있는지 알아 볼 수 있는 실험을 설계해 보자. 2. 준비물 : 물풀, 전구, 메스실린더, 스태드, 비이커, 초시계, 온도계, 0.3% 0.6%의 탄산수소나트륨 (NaHCO 3 )수용액, 면도칼, 스포이드, 핀셋, 30cm자 중학교 2학년 생물 163

164 3. 실험 방법 및 과정 (1) 온도와 광합성의 속도 1 조작변인과 종속변인, 통제 변인을 구별해 보자. 2 실험 방법 및 과정을 나타내 보자. (2) 빛의 세기와 광합성의 속도 1 조작변인과 종속변인, 통제 변인을 구별해 보자. 2 실험 방법 및 과정을 나타내 보자. (3) CO 2 의 농도와 광합성의 속도 1 조작변인과 종속변인, 통제 변인을 구별해 보자. 2 실험 방법 및 과정을 나타내 보자. (4) 실험 유의점 1 물풀에서 발생하는 기포수가 너무 크거나 발생시간이 너무 오래 걸리면 물풀 끝을 다시 잘라준다. 2 실험이 길어질 경우 NaHCO 3 수용액을 갈아준다. 3 면도칼 사용시 주의를 기한다. 164 영재교수 학습표준화자료

165 4. 실험 결과 및 분석 (1)번 실험 결과를 표와 그래프로 나타내 보자. (2)번 실험 결과를 표와 그래프로 나타내 보자. (3)번 실험 결과를 표와 그래프로 나타내 보자. 읽기자료 1. CAM 식물 현재 지구상의 식물은 대부분 C 3 식물이며 진화 단계상 가장 먼저 나타났을 것으로 생각하고 있다. C 4 식물은 주로 열대 지역과 사막 지역에서 많이 나타나며 C 3 식믈의 상당수가 이지역에서 잘 살고 있다. 일반적으로 C 3 식물이 가장 먼저 나타나고, 이어서 C 4 식물이 나타나고, C 4 식물 중 일부는 CAM (crassulacean acid metabolism : 크레슐산 대사) 식물로 진화됐을 것으로 생각한다. 낮의 온도가 높은 사막 지역에서는 낮에 기공을 닫고 CAM에 고정된 CO 2 를 이용하여 암반응 과정이 진 중학교 2학년 생물 165

166 행되고 기공은 수분 손실이 적은 밤에 열고 이 때 CO 2 를 흡수하여 CAM 형태로 저장한다. 주로 돌나물과 식물, 선인장과 같은 다육 식물에서 많이 나타난다. 따라서 밤에는 방안에는 C 3, C 4 식물보다는 CO 2 를 흡수하는 CAM식물을 들여놓아 공기를 정화시 키는 것이 좋다. 참고사항 1. 참고 문헌 및 웹사이트 식물생리학 (권영명 외 14인, 아카데미서적) 공주대 과학교육 연구원 영재교수 학습표준화자료

167 7. 호흡과 광합성 주제 호흡과 광합성 목표 1. 물과 이산화탄소가 광합성에 필요한 물질임을 실험을 통하여 확인할 수 있다. 2. 검정말의 잎에서 광합성이 일어나는 장소를 관찰할 수 있다. 3. BTB 용액을 이용하여 용액의 성질을 알아낼 수 있다. 4. 녹색 식물에 빛을 쬘 때 발생하는 기체의 종류를 확인할 수 있다. 5. 빛의 세기, 온도, 이산화탄소의 농도 등이 광합성량에 어떤 영향을 주는지 설명할 수 있다. 준비물 1. 기구(1조 당) : 시험관 4개, 고무마개 4개, 유리관 2개, 시험관대 1개, 알코올 램프 2. 재료(1조 당) : 검정말, BTB용액, 은박지(알루미늄 호일), 물에 불려 싹이 튼 콩, 삶은 콩, 석회수, 비이커(100ml) 3개, 집기병과 스티로폼컵 2set, 집기병에 맞는 고무마개 1개, 온도계 1개, 유리관 1개, 유리관에 연결할 고무관(15cm) 1개, 핀치콕(고무관 밀폐용) 1개 알아두기 1. 생각 열기 및 유의사항 (1) 광합성( 光 合 成 )이란? 녹색 식물이 햇빛을 받아 양분을 만드는 작용이다. (2) 공장에서 물건을 만들어내려면 어떤 것들이 필요할까? 원료, 기계, 에너지 등 중학교 2학년 생물 167

168 (3) 광합성이 일어나는 공장(장소)은 어디일까? 광합성은 엽록체에서 일어나는 데, 엽록체는 작은 알갱이 모양으로 주로 잎세포 속에 들어 있다. 엽록체는 엽록소라는 녹색 색소가 들어 있기 때문에 녹색으로 보이며, 엽록소는 빛 에너지를 흡수하는 역할을 한다. (4) 녹색 식물의 광합성에 필요한 물질은 무엇이며 무엇일 만들어질까? 광합성 식 물+이산화탄소 녹말+산소 광합성의 전 과정 : 식물이 광합성을 하기 위해서는 빛과 이산화탄소, 물이 필요하고, 광합성 결과 녹말과 산소가 만들어진다. (5) 호흡이란? (6) 지구상의 동물의 호흡, 자동차 및 공장 등에서 연료를 태울 때 많은 양의 이산화탄소가 발 생하나 지구 전체의 이산화탄소량은 크게 변하지 않는다고 한다. 그 많은 이산화탄소는 어 디로 갔을까? (7) BTB 용액이 산성, 중성, 염기성에 따라 어떤 색변화가 일어날까? (8) CO 2 가 물에 녹으면 그 성분과 성질은 어떻게 변할까? (9) 실험에 사용한 물풀은 물속에서 절단하여 빨리 시험관에 옮겨 넣는다. (10) 빨대로 입김을 불어 넣을 때 삼키지 않도록 주의한다. 168 영재교수 학습표준화자료

169 2. 광합성이 일어나는 장소[검정말의 엽록체] 탈색하기 전 검정말의 엽록체 - 녹색 탈색 후 요드-녹말 반응을 보인 엽록체-청남색 3. 광합성에 영향을 주는 환경 요인 (1) 빛의 세기 : 어느 한계까지는 빛의 세기가 강할수록 광합 성량이 증가한다.(음지식물은 양지식물에 비해 약한 빛에 서 광합성이 활발하다.) (2) CO 2 의 농도 : 어느 한계까지는 CO 2 농도가 높을수록 광합성 량이 증가 (공기 중에는 0.01%의 CO 2 가 들어있다. 다른 조 건이 일정하다면 0.1%가 될 때 까지 광합성량이 증가한다.) (3) 온도 : 35 ~ 40 C 범위에서 가장 활발 (효소는 단백질이 주성분이므로 온도가 지나치게 높으면 활성을 잃어 40 C 이상이 되면 반응이 급격히 감소한다.) 학습활동 실험 1. 토끼풀의 광합성 실험 1. 실험 방법 및 과정 (1) 풀을 심은 두 개의 화분을 어둠상자에 하루 동안 두었다가 다음날 한 개의 화분만 꺼내어 햇빛을 3~4시간 쬐어 주자. (2) 햇빛을 쬔 잎과 햇빛을 쬐지 않은 잎을 따서 에탄올 용액에 넣어 중탕한 다음 잎을 물로 씻자. (3) 각각의 잎을 묽은 요오드-요오드화칼륨 용액이 들어 있는 샬레에 담갔다 꺼내어서 색깔의 변화를 살펴보자. 중학교 2학년 생물 169

170 2. 실험 결과 및 분석 (1) 화분을 어둠상자에 넣는 이유는 무엇인가? (2) 중탕한 다음 물에 넣어 씻은 잎은 무슨 색으로 변하였는가? 그리고 왜 그런 색깔을 띠게 되 었는가? (3) 요오드 반응 결과 두 잎의 색깔에는 어떤 차이가 있는가? (4) 광합성으로 생긴 물질은 무엇인가? 햇빛을 받은 부분은 요오드-녹말 반응이 일어나서 청남색으로 변한다. 170 영재교수 학습표준화자료

171 실험 2. 검정말의 광합성 실험 1. 실험 방법 및 과정 (1) 햇빛이 잘 드는 곳에서 자란 검정말의 잎을 준비한다. (2) 검정말의 잎을 하나 따서 슬라이드 글라스 위에 놓고 물을 한 방울을 떨어뜨린 다음, 커버 글라스를 덮고 현미경으로 관찰해 보자. (3) 잎을 메탄올에 넣고 중탕한 후에 물로 깨끗이 씻고 요오드-요오드화칼륨 용액으로 염색한 다음 관찰해 보자. [검정말의 엽록체 관찰] 2. 실험 결과 및 분석 (1) 광합성 산물(녹말)의 확인 방법 : 요오드-녹말 반응 녹말 + 요오드-요오드화칼륨용액 청남색 (감자의 요오드 반응) (2) 발생한 기체(산소) 확인 : 불똥 실험 꺼져 가는 불똥이 불꽃을 내며 탄다. 중학교 2학년 생물 171

172 실험 3. 호흡 실험 1. 실험 방법 및 과정 (1) 삼각 플라스크에 청색 BTB 용액을 넣고 유리관을 통해 입김을 충분히 불어 넣는다. (2) 네 개의 시험관을 준비하고 황색으로 변한 용액을 각각 나누어 넣자. (3) 시험관 A는 그대로 두고, 시험관 B는 가열한다. (4) 시험관 C와 D에는 비슷한 크기의 물풀을 넣고, 네 개의 시험관을 고무마개로 막은 후, 시험 관 C만 알루미늄 포일로 전체를 감싸자. (5) 4개의 시험관을 햇빛이 잘 비치는 곳에 놓아두자. (6) 약 1시간 정도 지난 다음, 각 시험관 속의 색깔을 관찰하자. 2. 실험 결과 기록 실험 전 색깔 실험 후 색깔 A B C D 생각 모으기 1. 청색 BTB 용액에 입김을 불어 넣으면 색깔은 어떻게 변하는가? 2. 입김을 불어 넣은 BTB 용액의 색깔이 변하는 까닭은 무엇인가? 172 영재교수 학습표준화자료

173 3. 각 시험관의 색깔이 변하지 않았다면 그 이유는 무엇이며, 색깔이 변했다면 그 이유는 무엇인가? A: B: C: D: 4. 시험관 C와 D를 비교할 때, 광합성에 필요한 요소는 무엇이라고 생각하는가? : 참고사항 1. 광합성에 필요한 물질 2. BTB용액의 성질 BTB용액이란 용액이 산성인지 염기성인지를 알기 위해 사용하는 약품으로 산성 일 때는 황색, 중성일 때는 녹색, 염기성일 때는 청색을 나타낸다. 중학교 2학년 생물 173

174 3. 기공의 구조와 기공이 열리고 닫히는 원리 1 광합성 작용으로 공변세포 속 양분의 농도가 높아진다. 2 세포막을 경계로 농도차이가 생긴다. 3 주변의 표피세포로부터 공변세포 쪽으로 물이 들어간다. 4 공변세포의 팽압이 높아진다. 5 공변세포가 휘면서 커진다. 이유) 바깥쪽은 얇아서 잘 늘어나지만 안쪽은 두꺼워서 잘 안 늘어나므로 6 두 공변세포 사이에 틈이 생겨 기공이 형성된다. <공변 세포내의 K + 농도에 따라 삼투압이 달라져 기공의 개폐 현상이 일어난다.> 174 영재교수 학습표준화자료

175 읽기자료 광합성 연구의 발자취 1. 헬몬트의 실험 식물은 동물과는 달리 특별하게 먹고 마시는 것도 없이 사는 것처럼 보인다. 식물은 과연 먹고 마시는 것이 없을까? 광합성에 대한 내용이 밝혀지기까지 약 300여년에 걸쳐 과학자들의 노력이 있었다. 광합성에 관 하여 중요한 업적을 남긴 과학자들의 실험내용을 알아보면, 광합성에 대한 최초의 탐구는 1643년 헬몬트의 실험이었다. 1643년 네덜란드의 헬몬트는 큼직한 화분에 90kg의 마른 흙을 넣고 그 안에 2.3kg짜리의 버드나무를 심은 다음 빗물을 받아 주었다. 5년 후에 버드나무의 무게는 74kg이나 늘었으나 흙은 버드나무의 늘어난 무게의 0. 1%도 안 되는 56g밖에 줄지 않았다. 그래서 그는 버드 나무는 주로 물에서 유래한 물질로 구성된다. 하고 생 각하였다. 그는 이 실험을 통해 버드나무의 무게가 늘어난 원 [헬몬트의 실험] 인은 흡수한 물 때문이라고 생각했는데, 이것은 물이 광합성의 원료 물질이라는 최초의 암시였다. 2. 프리스틀리의 실험 1772년 프리스틀리의 실험에서는 헬몬트가 미처 생각하지 못했던 기체성분에 관한 설명이 들어 있다. 그는 다음과 같은 실험을 통하여 녹색식물이 나쁜 공기를 신선한 공기로 만드는 능력을 가 지고 있다고 설명하였다. 이것은 광합성 과정에 이산화탄소가 이용되고 산소가 방출된다는 사실을 암시하여 주는 내용이다. (가) (나) (다) (가) 밀폐된 유리종 속에 식물만 두면 죽는다. (나) 생쥐(동물)만 두어도 곧 죽는다. (다) 식물과 생쥐를 함께 두면 모두 산다. 중학교 2학년 생물 175

176 그러나 그는 이 실험은 반드시 빛이 비치는 곳에 있는 녹색식물에서만 일어난다는 사실을 지적하 지 않았기 때문에, 그의 실험을 반복하던 다른 과학자들은 번번이 실패를 거듭했다. 1779년에 네델란 드의 J.잉겐호우스는 프리스틀리가 지적하지 않았던 식물의 작용에 빛이 중요하다는 것을 알아냈고, 1782년 제네비어는 녹색식물이 조명된 조건에서만 이산화탄소를 흡수한다는 사실을 알아냈다. 1804년 소쉬르는 광합성 과정에서 유기물질이 합성되려면 물이 꼭 필요하다는 사실을 밝혀냈다. 이와 같은 19세기초 까지의 연구 결과들을 종합해 보면 다음 식과 같이 정리된다. 빛에너지 이산화탄소(CO2) + 물(H 2 O) 유기물질 + 산소(O 2 ) 녹색식물 1941년 루벤과 카멘은 산소(O 2 )는 물(H2O)에서 유래된다 는 사실을 밝혀내는데 성공했다. 광 합성의 일반식은 다음과 같다. 빛에너지 6CO H 2 O C 6 H12O 6 + 6O 2 + 6H 2 O 녹색식물 1945년 캘빈(Calvin, M)과 벤슨(Benson, A.)은 마침내 엽록체 내에서 포도당이 합성되는 과정인 캘빈 회로를 밝혀 1961년도 노벨상을 수상하였다. 광합성을 연구한 인물 헬몬트 프리스틀리 잉겐호우스 소쉬르 벨기에의 생물학자 식물의 영양 연구 영국의 화학자 산소와 생물과의 관계연구. 네델란드의생물학자 광합성 연구 스위스의 식물학자. 식물의 광합성과 호흡연구 176 영재교수 학습표준화자료

177 3. 잎의 앞면이 뒷면보다 진한 녹색을 띠는 이유는 무엇일까? 식물은 광합성을 할 때 빛을 필요로 하고 이 빛을 받아들이는 것은 엽록체이다. 따라서 식물을 광합성을 하는데 필요한 빛을 보다 더 많이 받아들이기 위해 엽록체를 빛이 비치는 쪽으로 많이 보내므로 잎의 앞면이 진한 녹색을 띠게 되는 것이다. 4. 엽록체의 속은 어떤 구조로 이루어져 있을까? 고등 식물의 녹색 부분의 세포 속에는 수십에서 수백 개의 녹색 알갱이인 엽록 체가 들어있 다. 엽록체의 모양은 구형, 원형, 난형, 판형 등 여러 가지이고 크기는 평균 4~6μm정 도이다. 전자 현미경에 의해 밝혀진 내부 구조를 보면 40~60개 정도의 그라나(grana, 직경 0.05μm)가 스트로마 (stroma)라는 균질의 지질에 묻혀 있다. 그라나는 단백질과 지질의 막으로 된 원판상의 주머니 모양의 틸라코이드가 쌓인 것으로 엽록 소와 카로티노이드 등의 색소가 함유되어 있고 광합성의 명반응이 일어나는 곳이다. 스트로마에 는 암반응에 관여하는 효소들이 있어 당류가 생성되는 곳이다. <엽록체의 미세구조> 5. 증산작용이 잘 일어나는 때는? 1 빛이 강할 때 (이유) 2 온도가 높을 때 3 체내 수분이 많을 때 4 바람이 잘 불 때 5 습도가 낮을 때 6 CO 2 농도가 낮을 때 6. 증산작용의 의미 1 증산작용은 물을 위로 올라가게 해주는 원동력이다. 중학교 2학년 생물 177

178 2 증산작용은 무기염류를 농축시켜준다. 3 증산작용은 체온조절을 해준다. 7. 물의 상승 원동력 1 모세관( 毛 細 管 ) 현상 : 2 물분자 사이의 응집력 : 3 뿌리의 압력=근압( 根 壓 ) : 4 증산작용에 의한 흡인력 : 178 영재교수 학습표준화자료

179 8. 소나무과 식물의 분류 주제 소나무과 식물의 분류 목표 1. 분류에 이용될 수 있는 식물의 특징을 찾을 수 있다. 2. 소나무의 잎, 꽃, 솔방울을 관찰하고, 그 특징을 파악하여 소나무를 동정 할 수 있다. 3. 과학 지식을 일상 생활과 관련지어 사고 할 수 있다. 4. 주어진 과제를 해결하고 생각 모으기 활동을 통해 창의적 사고력을 개발 한다. 5. 식물을 관찰하고 분류하는 작업을 통해 자연을 사랑하는 마음과 조원간의 협동심을 기를 수 있다. 이론적 배경 1. 생물의 분류 (1) 생물분류의 정의 여러 식물을 식별, 명명, 류별하는 일을 분류라고 한다. 1 식별 : 어떠한 식물과 식물 간에 서로 같지 않음을 가려내는 것으로, 같고 같지 않음을 가려내는 것을 말한다. 2 명명 : 이름을 붙이는 것으로 그 식물에 정확한 명칭을 붙이는 것이다. 이것은 국제 식물 명명규약(1972)에 따라 하게 된다. 3 류별 : 형태학적, 생리학적 또는 유전학적 유연관계에 따라 가깝고 먼 관계를 따져 일정 한 분류법에 따라 배치시키는 것이다. 예를 들어 관속식물을 교목, 관목, 초본류 3가지로 나눈다든가 양치식물, 침엽수, 외떡잎식물 등으로 나누는 것이다. 류별은 같은 점에 중점 중학교 2학년 생물 179

180 을 두기 때문에 과(family), 속(genus)이 같으면 서로 가까운 관계에 있다고 할 수 있다. (2) 분류의 방법 1 인위 분류 : 인간과의 이해관계나 생활 장소를 기준으로 분류 예) 식용 식물과 비식용 식물, 육상식물과 수중식물 등 2 자연 분류 : 생물의 형태, 구조, 번식법, 생활 방식 등 생물 자체의 특성을 기준으로 분류 (과학적) 예) 종자식물과 민꽃식물, 속씨식물과 겉씨식물 등 (3) 분류의 단계 1 종 : 생물 분류의 기본 단위 모양과 생활이 거의 비슷하고 자연 상태에서 결합하여 자손을 낳을 수 있는 무리. 자연상태에서 상호교배가 되지 않거나 교배가 되어도 생식 능력이 없는 자손 (예 : 라이거)가 태어나는 경우처럼 생식적 격리가 나타나면 같은 종이라 할 수 없다 2 국제식물 명명규약에 의하여 정해져 있다. 3 이는 계층적 구조를 이루고 있는데 식물계->문->강->목->과->속->종의 단위로 세분되며, 보통 속명+종명+명명자만을 써서 학명을 붙이고 있다. (예) Homo sapiens Linne(사람) Oryza sativa Linne(벼) - 전나무(젖나무) Abies holophylla Max. - 구상나무 Abies. koreana Max. - 낙엽송 Larix leptolepsis (Sieb. et Zucc.)Gordon - 리기다 소나무 P. rigida Miller - 독일가문비 나무 Picea abies karsi - 잣나무 Pinus koraiensis Sieb. et Zucc. - 스트로브 잣나무 Pinus. strobus Linne - 방크스 소나무 P. banksiana Lambert - 소나무 Pinus. densiflora Sieb. et Zucc. 2. 활동의 구성 단 계 식물의 분류 활동 1 활동 2 주요 내용 나는 우리나무를 얼마나 알고 있나? 소나무과 식물의 분류 180 영재교수 학습표준화자료

181 활동과정 활동 1. 나는 우리나무를 얼마나 알고 있나? 1. 솔방울이 달리는 나무는 다 소나무일까? 우리 국민이 가장 좋아하는 나무는 무엇일까? 소를 매어두는 나무, 또 애국가에 나오는 나무, 소나 무이다. 예부터 소나무는 모든 나무의 어른이라 하여 나무 중의 제일 높은 자리에 있었다. 우리의 소나무를 적송 ( 赤 松 )이라고 불리기도 하는데, 이는 소나무의 껍질이 붉고 가지 끝에 있는 눈의 색깔도 붉기 때문이다. 5월 에 한 그루에서 노란 수꽃과 자주색 암꽃이 약 열흘 간격으로 피어나고, 수꽃에 들어있는 노란 가루를 송 화가루 라고 한다. 송화를 모아 꿀과 설탕을 넣어 다식 <소나무 암꽃과 수꽃> 을 만들어 먹고 솔잎은 추석에 송편을 찔 때 쓴다. 나무 중에 으뜸이라 궁궐을 지을 때나, 임금님 의 관을 짤 때 소나무를 썼다. 가늘고 뾰족하여 바늘처럼 생긴 소나무의 잎(침엽수에 속함)은 두 개가 하나의 '잎집(엽초)' 안에 붙어서 난다. 잎이 3개가 뭉쳐나면 리기다 소나무이고, 5개가 뭉쳐나면 잣나무이다. 우리의 소나무 와 혼동하지 말자. <소나무> <리기다 소나무> <잣나무> 소나무 숲에 들어가면 상쾌한 향기를 맡을 수 있다. 이는 소나무와 같은 침엽수들이 살아남기 위해서 특별한 화학성분을 배출하기 때문이다. 소나무의 이러한 화학성분 중에는 사람에게 유용 한 것도 있는데, '파이톤사이드(phytoncide)' 보통 피튼치드 라고 불리는 항균성 물질이 그것인데, ' 중학교 2학년 생물 181

182 파이톤'은 '식물'을 뜻이고 '사이드'는 '죽이다'라는 뜻으로, 식물성 살균물질라는 의미이다. 삼림욕을 통해 이 물질을 호흡함으로써 우리 몸에 해로운 미생물을 제거하고 몸과 마음이 상쾌하게 된다. 그런데, 정말 안타까운 일은 요즘 소나무들이 치사율100%의 소나무재선충병에 감염되어 가차 없이 잘려나간다는 것이다. 점염성이 너무 강력하여 소나무 에이즈 라는 별칭이 붙을 정도이다. 재선충은 소나무에 기생하는 선충의 일종으로 선충은 수억년 전부터 식물 동물 토양 등에 기생해 온 실같이 가느다란 기생충이다. 재선충의 크기는 0.6 1mm 정도로 육안으로 식별하기조차 어려 울 정도로 작지만 빠르게 증식하며 소나무의 수분 이동통로를 막아 소나무가 죽게 된다. 2. 생각 모으기 (1) 잎은 광합성을 담당하는 중요 영양기관이다. 그러나 겨울이 되면 활엽수는 낙엽이 지고 소 나무 같은 침엽수는 여전히 잎이 있다. 이와 같은 차이가 나는 이유는 무엇일까? 또한 소나 무가 늘 푸른 이유는 무엇일까? (2) 우리나라에서는 낙엽활엽수(넓은 잎 나무)와 침엽수(소나무)가 모두 자라고 있다. 그렇다며 지구의 다른 모든 지역에서도 두 종류의 나무가 함께 관찰될까? 그렇지 않다면 어떻게 다 를까? 182 영재교수 학습표준화자료

183 활동 2. 소나무와 식물의 관찰 1. 준비물 : 해부 현미경, 비커 2개, 핀셋 2개, 샤알레 2개, 물 2. 소나무에 대한 진실 또는 거짓 소나무 암꽃 소나무 수꽃 소나무 수피 1년 된 솔방울 2년이 지난 솔방울 잣나무잎 리기다소나무잎 소나무잎 (1) 다음은 소나무에 대한 설명이다. 맞는 내용에는 참, 틀린 내용에는 거짓이라고 쓰자. 1 씨방이 없어서 밑씨가 밖으로 드러나는 겉씨식물이다. ( ) 2 꽃가루에 공기주머니가 달려 있어 바람에 멀리까지 이동할 수 있다. ( ) 3 5월 중순 경에 암꽃과 수꽃이 서로 다른 나무에서 핀다. ( ) 4 암꽃은 노란색, 수꽃은 자주색을 띤다. ( ) 5 바늘 모양이 잎이 두 개씩 모여난다. ( ) 6 한번 자란 잎은 평생 떨어지지 않고 초록색을 유지한다. ( ) 7 봄에 수정된 솔방울이 가을이 되면 갈색으로 변한다. ( ) 8 솔방울 비늘 조각 사이사이에 날개 달린 종자가 들어 있다. ( ) 9 솔방울 비늘 조각 마다 가시가 있다. ( ) 3. 솔방울 관찰 (1) 솔방울이 많이 달린 가지를 채집한다. 중학교 2학년 생물 183

184 (2) 솔방울의 색깔이 모두 같은가? 다르다면 왜 차이가 나는지를 생각해 보자. (3) 솔방울의 비늘 조각 속에 들어 있는 씨를 꺼내어 관찰하면서 스케치하고 그 특징을 기록한다. 솔방울 전체 모양 씨의 생김새 씨의 특징 (4) 소나무의 씨에 긴 날개가 달려 있는 까닭은 무엇일까? (5) 비늘 조각이 열려 있는 솔방울을 작은 지퍼백에 담고 물을 넣어둔다. 시간이 지나면서 어떤 변화가 생기는가? 이것은 날씨와 어떤 관계가 있을까? 4. 소나무과 식물의 검색표 만들기 검색표는 분류군을 편리하게 동정할 수 있도록 고안된 표를 말한다. 그 원리는 차상 분지형 (dichotomy)으로 둘 중에 하나를 선택해 가는 내용들로 엮어진다. 예를 들면, 식물이 잎이 있나, 없 나? 있으면 단엽인가? 복엽인가? 복엽이면 우상복엽인가, 장상복엽인가? 등으로 계속하여 마 침내 동정이 이루어진다. 검색표에서 쓰이는 어휘는 간결하고 일관성 있게 사용되어야 하며, 형질 은 가능한 정확해야 한다. 유의사항 1. 검색표의 모든 부분은 꼭 둘로 갈라지는 차상분지형이어야 하며 같은 번호에 2가지 이상형질 상태를 배열해서는 안 된다. (예 : a. 꽃은 붉은 색이다, a. 꽃은 흰색이다. a. 꽃은 보라색이다.) 따라서 2가지 이상일 경우 여러 개를 묶어 차상으로 바꿔야 한다. 2. 한 쌍의 검색 시에 가능한 한 대조되는 형질을 여러 개 나열한다. 3. 불분명하거나 부정확한 측정은 피한다. (막연히 크다, 넓다, 적다 등의 표현) 184 영재교수 학습표준화자료

185 4. 대조되는 형질 없이 한쪽만 주어지는 형질들은 쓰지 않는다. 5. 가능한 한 중복되는 형질 상태는 피한다.(꽃은 붉거나 희다 : 꽃은 희거나 푸르다, 탁엽이 있다 : 탁엽이 있거나 없다, 엽맥이 5-7개이다 : 엽맥이 6-9개이다.) 6. 계절에 따라 변할 수 있는 형질은 피한다. 7. 대조하고 있는 형질의 시작되는 단어는 같아야 한다. (꽃은 붉다 : 흰꽃을 갖고 있다 꽃이 붉 다 : 꽃이 희다) 8. 가능한 한 부정적으로 표현하지 않는다. 있다 : 없다 는 무방하나 꽃잎이 5장이다 : 꽃잎은 5 장이 아니다 등의 표현은 좋지 않다. (1) 준비물 전나무(잣나무) Abies holophylla Max. 구상나무 A. koreana Max. 낙엽송 Larix leptolepsis (Sieb. et Zucc.) Gordon 독일가문비 나무 Picea abies karsi 잣나무 Pinus koraiensis Sieb. et Zucc. 스트로브 잣나무 P. strobus Linne 리기다 소나무 P. rigida Miller 방크스 소나무 P. banksiana Lambert 소나무 P. densiflora Sieb. et Zucc. (2) 과정 및 방법 1 다음의 형질에 주의하여 10가지 종의 잎과 가지를 관찰한다. 잎 : 가지에 난 모양, 잎의 모양, 촉감, 단면의 모양, 끝의 모양, 길이, 수 가지 : 모양, 엽초의 유무 2 단면의 모양을 관찰할 때는 해부 현미경을 사용한다. 3 10가지 종의 특징을 정리한다. 4 소나무과 10가지 종에 대한 검색표를 관찰한 사항에 기반을 두어 작성한다. 중학교 2학년 생물 185

186 (3) 실험 결과 <소나무과 각 종의 특징 정리> 전나무: 구상나무: 낙엽송: 독일가문비 나무: 잣나무: 스트로브 잣나무: 리기다 소나무: 방크스 소나무: 소나무: <소나무과 검색표> 186 영재교수 학습표준화자료

187 참고자료 솔방울의 변화 과정 1 암솔 방울이 꽃가루를 받으면 암술이 닫히고, 솔방울은 약간 옆을 향한다. 2 다음해 초여름에 수정이 되고, 자라기 시작한다. 3 솔방울의 비늘조각이 나무질 로 변하고 갈색으로 변한다. 4 씨가 여물면서 비늘조각이 벌 어진다. 5 솔방울은 점점 밑을 향하고 비 늘조각 사이에서 씨가 2개씩 나온다. 6 완전히 다 자란 솔방울의 비늘 조각이 벌어지면 날개 달린 씨 가 나온다. 1. 전나무(젓나무) Abies holophylla Max. 잎은 1엽성으로 가지 전체에 나고, 잎 모양은 편평하다. 단면은 납작한 타원형이며 광택이 있고 잎 끝은 뾰족하다. 잎의 줄기는 평균 3-4cm 정도이다. 뒷면에 백색의 기공선이 2개 있으며 폭은 2mm 이다. 꽃은 암꽃과 수꽃이 따로 한그루에 피고 열매는 위로 향한다. 2. 구상나무 A. koreana Max. 잎이 가지 전체에 나고 잎 모양은 편평하다. 잎끝이 얇게 2개로 달라지며 길이 2cm 폭이 1.8mm 이며 잎의 뒷면에 백색의 기공선이 2개 있다. 3. 잣나무 Pinus Koraiensis Sieb. et Zucc. 잎은 5엽성으로 소복히 나고, 잎 길이가 7-12cm이며 잎의 단면은 삼각형이다. 줄기표면은 매끄 러운 편이며 검은색을 띤다. 엽초가 없다. 열매는 소나무보다 2배 이상 크고 잣나무 씨는 달걀꼴 이나 일그러진 세모꼴이고 날개가 없다. 중학교 2학년 생물 187

188 4. 스트로브 잣나무 P. strobus Linne 잎은 5엽성으로 소복히 나고, 잎이 6-14cm 이며 가늘다. 줄기 표면은 아주 매끄럽다. 잎은 광택 이 있고 줄기 색은 짙은 회밤색이다. 엽초가 없다. 구과는 긴 원통형이며 길이 8~20cm, 지름이 2.5cm로서 밑으로 처지고 종자는 자갈색 난형 또는 타원형으로 흑색점이 있으며 1~2cm가량의 날 개가 있다. 5. 리기다 소나무 P. rigida Miller 잎은 3엽성으로 소복히 나고, 잎이 길고 굵다. 잎의 모양은 편평하고 단면은 납작한 타원형이다. 잎끝은 뾰족하고, 잎은 광택이 나며 엽초가 있다. 야산이나 척박한 땅에서 잘 자라는데 황폐한 산 지를 복구할 목적으로 1907년 북미 대서양 연안에서 들어왔다. 송진이 많고, 재질도 나쁘고, 줄기 에서 15년 지나면 맹아가 달린다. 6. 소나무 P.densiflora Sieb. et Zucc. 잎은 2엽성으로 어긋나고, 잎의 단면은 반원형이다. 줄기 표면은 거칠고 광택이 있으며 겨울눈 의 색은 붉은 갈색이며 엽초가 있다 년이면 목재로 이용 가능하여 남자 아이가 태어나면 소 나무를 심는다(죽을 때 관으로 사용) 땔감, 집목재, 종이, 송이버섯, 송화가루, 송진 이용. 근친혼을 피하여 암꽃(솔방울)이 맨 위로 달리고 수꽃(솔방울)은 아래 가지, 암수 꽃피는 시기가 10일 정도 차이가 난다. 속리산에 정2품 소나무가 있으며, 바닷가에서 자라는 소나무를 곰솔(검솔이 변해서) 이라고 부른다, 해송은 일본식 이름이다. 반송은 소나무 품종의 하나로 땅의 표면에서 줄기가 여 러 개로 갈라져 올라와 전체적으로 부채모양을 이루며 키가 작다. 7. 섬잣나무 P.parviflora Sieb. et Zucc. 줄기가 곧게 자라며 나무껍질은 갈색이다. 잎은 5개씩 달리고 길이 3.5 6cm, 나비 1 1.2mm이 다. 한국(울릉도),일본 등지에 분포하며 섬 지방에서 자란다. 기계재, 건축재 등으로 사용하고 잎의 감촉과 색깔이 아름다워 관상용으로 흔히 재배한다. 188 영재교수 학습표준화자료

189 9. 세포막을 통한 물질 출입(삼투) 주제 세포막을 통한 물질 출입(삼투) 목표 1. 확산과 삼투 현상을 설명할 수 있다. 2. 반투막의 성질에 대해서 알 수 있다. 3. 삼투 현상에 의한 식물세포의 원형질 분리와 복귀를 알아보고 동물세포와 차이점을 비교할 수 있다. 어머니가 겨울철에 김장을 담글 때 배추를 소금물에 절이는 것을 본적이 있나요? 절인 배추는 절인 배추보다 쭈글 쭈글 해지는데요. 이것은 배추에서 물이 빠져나왔기 때문이래요. 어떻게 배추 에서 물이 빠져나오게 될까요? 준비물 증류수, 염화나트륨 수용액(0.49%, 0.9%, 3.6%, 10%), 양파 표피세포, 채혈침, 24well plate, 슬라이드 글라스, 커버글라스, 면도칼, 현미경, 샬레, 핀셋, 삼투압실험키트 활동안내 반투막의 성질과 삼투현상 알아보기 1. 설탕물을 이용한 삼투압 실험 (1) ssc용 미니삼투압 실험기를 준비하여 놓고 관의 한쪽에 소금물을 마이크로 스포이드를 이 용하여 중간선에 맞도록 채워 넣는다. 반대편 관으로 소금물이 새는지 확인하여 본다. (2) 위와 같은 방법으로 다른 한 쪽 관에 증류수를 중간선에 맞도록 채워준다. 중학교 2학년 생물 189

190 (3) 소금물과 증류수쪽에서 일어나는 현상을 관찰해본다. 관찰된 결과를 기록하고 이와 같은 현상이 나타나는 이유를 적어보자. 소금물의 농도를 높여주면 결과는 어떻게 달라졌을까? 2. 세포막의 성질 알아보기 (1) ssc용 미니삼투압 실험기를 준비하여 놓고 관의 한쪽에 요 오드화칼륨용액을 마이크로 스포이드를 이용하여 중간선 에 맞도록 채워 넣는다. 반대편 관으로 요오드-요오드화칼 륨용액이 새는지 확인하여 본다. (2) 위와 같은 방법으로 다른 한 쪽 관에 녹말용액을 중간선 에 맞도록 채워준다. (3) 요오드-요오드화칼륨용액과 녹말용액 쪽에서 일어나는 현상을 관찰하여 본다. 관찰된 결과를 쓰고, 결과로부터 알 수 있는 세포막의 성질을 적어보자. 190 영재교수 학습표준화자료

191 누가 누가 농도가 더 진할까?- 세포에서의 삼투 1. 동물세포에서의 삼투 (1) 새끼손가락을 알콜솜으로 소독한 뒤 채혈침으로 혈액을 채취한다. (2) 얻은 혈액을 24well plate에 증류수, 1, 2, 3, 4번 (1, 2, 3, 4번 용액은 알 수는 없으나 저장액, 등장액, 고장액이다.)의 용액을 각각 1ml씩 담고 혈액을 한 방울 떨어뜨린다. (3) 1회용 스포이트로 24well plate에 담긴 용액과 혈액을 잘 섞은 후 육안과 현미경으로 관찰한 결과를 기록한다. 용액 1번 용액 2번 용액 상 배율 특징 추측되는 용액의 농도 용액 3번 용액 3번 용액 상 배율 특징 추측되는 용액의 농도 중학교 2학년 생물 191

192 실험 결과로 보아 세포의 농도와 비교하여 저장액, 등장액, 고장액은 각각 어떤 용액일까? 단, 실험에 사용된 용액은 염화나트륨 수용액 (0.49%, 0.9%, 3.6%, 10%)이다. 증류수나 1번 용액에서와 같은 용혈현상이 일어나는 이유는 무엇인가? 2. 식물세포에서의 삼투 (1) 양파의 표피를 얇게 2개 벗겨 낸다. (2) 벗겨낸 양파표피를 준비된 2개의 슬라이드 글라스 위에 올려 놓는다. (3) 2개의 양파표피 위에 증류수와 3번 (용액의 농도는 동물세포 실험에서 밝혀짐)용액을 각각 떨어뜨린다. (4) 5분 후 커버글라스를 덮고 현미경으로 관찰한 후 그리고 특징을 기록한다. 용액 증류수 3번 용액 상 배율 현미경 특징 육안 특징 192 영재교수 학습표준화자료

193 프레파라트에 증류수를 스포이트로 가하여 3번 용액을 뿌린 양파 표피세포를 씻어준 후 (증류수로 여러 차례 씻어내면서 현미경으로 관찰) 원형질의 변화 상태를 관찰하여 보자. 원형질의 변화가 있는가? 변화가 있다면 그 이유는 무엇일까? 증류수와 같은 저장액에서 동물세포와 같은 용혈현상이 생기지 않는 이유는 무엇일까? 더 생각해 보기 1. 확산과 삼투의 공통점과 차이점은 무엇인지 생각해 보자. (1) 공통점 : (2) 차이점 : 2. 마른 시금치에 물을 뿌리면 쪼글거리던 시금치 잎이 다시 펴진다는데...이 현상을 삼투현상을 이용해서 설명해보자. 바다에 사는 물고기나 민물고기에서 삼투 현상에 따른 물의 이동을 설명해 보자. 또 어떻게 하면 삼투에 의해 죽지 않고 극복하며 살아갈 수 있을 지 고안해 보자. 종류 민물고기 바다에 사는 물고기 삼투에 의한 물의 이동 경로 극복 방안 중학교 2학년 생물 193

194 읽기자료 1. 삼투 반투과성 막을 통한 용매의 확산 현상이다. 삼투를 일으키는 힘을 그 용액의 삼투압이라고 하 며, 삼투압은 농도와 온도에 따라 변한다. (1) 용액 중 용매는 통과시키고 용질은 통과시키지 못하는 막을 반투과성막이라 하며, 대부분 의 세포막은 반투과성 막이다. 삼투는 이러한 반투과성막을 통하여 용매가 이동하는 확산 현상이다. (2) 용매의 이동은 두 용액의 농도가 같아질 때까지 계속된다. 이때, 농도가 낮은 쪽의 용매 분 자가 농도가 높은 용액 쪽으로 투과하려는 힘을 삼투압이라고 한다. (3) 어떤 용액과 비교하여 삼투압이 높은 것을 고장액, 낮은 것을 저장액, 같은 것을 등장액이 라고 한다. (4) 세포는 용액의 농도에 따라 변화한다. 삼투 원리 2. 확산 어떤 물질이 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동하여 전체적으로 농도가 균일하게 되는 현상 이다. (확산 평형) 확산 원리 (1) 단순확산 : 용질의 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동하는 현상으로 분자가 작을수록, 온도가 높을수록 빨라진다. 194 영재교수 학습표준화자료

195 (2) 촉진확산 : 세포막 내의 운반체에 의해 용질이 확산되는 현상으로 단순 확산에 비하여 훨씬 빠른 속도로 일어나며, 세포막을 통과할 수 없는 물질을 선택적으로 받아들이는 역할을 한 다. ex) 포도당, 아미노산 3. 삼투압(Osmotic Pressure) 반투막으로 용액과 순수한 용매를 분리해 놓으면 막을 통해 용액에 용매가 투과해 들어와 용액 이 점점 묽어진다. 용액의 압력이 일정 정도 증가되면 이 현상이 멈추게 되는데, 이때의 압력을 삼 투압이라고 한다. (1) 등장액, 고장액, 저장액 등장액(Isotonic Solution)은 삼투압이 같은 용액이 2개 이상 있을 때 한 쪽을 다른 쪽에 대 하여 일컫는 말. 고장액(Hypertonic Solution)은 두 가지 용액의 삼투압을 비교했을 때 삼투압이 높은 쪽의 용액. 저장액(Hypotonic Solution)은 두 용액의 삼투압을 비교할 때, 삼투압이 높은 용액에 대해 삼 투압이 낮은 용액. (2) 원형질분리(Plasmolysis) 식물세포를 그 세포액보다도 삼투압이 높은 용 액 속에 담그면 세포액의 수분이 밖으로 빠져나 와 그 때까지 세포벽에 밀착되어 있던 원형질이 세포벽에서 떨어져 수축하는 현상을 말한다. 원 형질분리는 원형질막이 반투성을 가졌기 때문에 일어나므로 죽은 세포에서는 볼 수 없다. 따라서 식물세포의 생사를 판별하는 데 흔히 이용된다. 또, 원형질분리가 막 일어나기 시작하는 외액의 농도를 조사하면 그 세포의 삼투압을 알 수 있다. 또한, 동물세포에는 세포벽이 없으므로 높은 삼 투압의 용액 내에서는 세포 전체가 수축하고 원 형질분리 현상을 볼 수가 없다. 중학교 2학년 생물 195

196 10. 꽃과 열매 주제 꽃과 열매 목표 1. 식물이 꽃을 피우는 까닭과 열매의 종류에 따라 내부구조가 다른 이유를 설명할 수 있다. 2. 종자의 전파 방법과 기능을 설명할 수 있다. 3. 주변에서 관찰되는 꽃과 열매의 구조를 탐구 관찰하고 과정을 수행할 수 있다. 4. 주어진 과제를 해결하고 생각 모으기 활동을 통해 창의적 사고력을 개발한다. 5. 모둠별로 과제 해결을 하면서 조원간의 협동과 협력의 가치관을 배울 수 있다. 6. 열매와 종자는 식물의 생식기관으로서 다음 세대에 새로운 생명체가 탄생 할 수 있도록 한다는 것을 깨달아 종자를 소중히 여기는 마음을 갖는다. 이론적 배경 꽃과 열매의 구조와 기능 1. 꽃의 구조와 기능 (1) 꽃이란? 종자를 만들기 위한 생식 기관. (2) 꽃의 구조(꽃의 4부분) 암술, 수술, 꽃잎, 꽃받침 (3) 꽃의 종류 1 꽃의 구조에 따라 갖춘꽃 : 꽃의 4부분 을 모두 갖춘꽃 196 영재교수 학습표준화자료

197 안갖춘꽃 : 꽃의 4부분 중 어느 하나라도 없는 꽃 2 꽃잎에 따라 통꽃 : 꽃잎이 붙어 있는 꽃 갈래꽃 : 꽃잎이 낱개로 떨어져 있는 꽃 3 꽃(암술과 수술)이 피는 장소에 따라 양성화 : 암술과 수술이 한 꽃에 모여 있는 꽃 단성화 : 암꽃과 수꽃이 따로 피는 꽃 4 씨방의 위치 상위: 씨방이 꽃잎, 꽃받침보다 위쪽에 있다. 하위: 씨방이 꽃잎, 꽃받침 보다 아래쪽에 있다. 중위: 상위나 하위가 완전하지 않은 경우 2. 수분과 수정 (1) 수분( 受 粉 )이란? 1 충매화 : 곤충에 의해 수분이 되는 꽃(복숭아, 민들레, 벗나무) 꽃이 크고 화려하며, 향기 가 짙다. 2 풍매화 : 바람에 의해 수분이 되는 꽃(버드나무, 소나무, 보리 ) 꽃이 작고 볼품이 없으며, 향기가 적다. 3 조매화 : 새에 의해 수분이 되는 꽃(동백나무) 4 수매화 : 물에 의해 수분이 되는 꽃(물수세미, 물옥잠) (2) 수정: 수분된 화분(정핵)이 씨방속 밑씨의 난세포와 결합 하는 것 (3) 씨가 만들어지는 과정 수분 화분관발아 수정(정핵+난세포, 정핵+극핵2개) 열매성숙 3. 종자와 열매 밑씨가 자라서 씨 중학교 2학년 생물 197

198 씨방은 자라서 열매가 된다.(참열매) 씨방 외의 부분이 자라서 열매가 된다.(헛열매) 씨의 구조:씨껍질 > 배젖(정핵+극핵2개) > 배(정핵+난세포) 양분저장: 배젖에 하는 식물: 감, 복숭아 떡잎에 하는 식물: 완두, 강낭콩, 밤 <헛열매> <참열매> 활동과정 1단계 활동. 꽃의 구조 관찰 1. 들어가면서 다음의 열매 속에는 무엇이 들어 있는가? 각 열매 속에 들어있는 씨의 개수를 적어보자. 열매와 열매 속에 있는 씨는 꽃의 어느 부분이 변해서 된 것일까? 또한 열매의 종류에 따라 씨의 수가 다 른 이유는 무엇일까? 198 영재교수 학습표준화자료

199 2. 준비물 해부현미경, 핀셋, 면도칼, 샬레, 돋보기, 광학현미경, 슬라이드글라스, 커버글라스, 백합, 들국화, 원예용 국화 3. 활동과정 (1) 꽃을 밖에서 안으로 관찰하면서 꽃받침, 꽃잎, 수술, 암술을 확인하고 각 부분의 숫자, 색깔, 같은 부분의 융합, 또는 다른 부분간의 융합, 씨방의 위치 등의 상태를 유의하며 관찰한다. (2) 백합의 수술에서 수술대와 꽃밥을 확인하고 꽃밥의 꽃가루를 꺼내 현미경으로 관찰하면서, 그 안에서 정핵 2개가 만들어지고 발아구를 통해 나온 화분관이 이를 씨방까지 운반함을 생각하자. (3) 백합의 암술을 떼어내어 씨방, 암술대, 암술머리를 구별한다. 씨방을 가로로 잘라 몇 개의 방으로 구성되어 있는지, 밑씨가 어떻게 붙어 있는지를 확인한다. 4. 활동결과 (1) 백합의 수술을 그리고 명칭을 쓴다. 또 400배 현미경하에서 꽃가루의 모양을 그린다. 배 (2) 백합의 암술 모양을 그린 후 명칭을 쓰고, 씨방을 가로로 잘라 해부현미경으로 관찰하고 그 린 후 명칭을 쓴다. 배 중학교 2학년 생물 199

200 (3) 백합과 야생국화꽃을 관찰하고 특징을 정리하여 다음 표를 완성한다. 종류 씨방의 위치 통꽃/갈래꽃 양성화/단성화 홑꽃/겹꽃 기타특징(수분방법 등) 백합 야생국화 (4) 우리가 흔히 화원에서 보게 되는 국화는 들국화를 교잡하여 만든 원예종이다. 이를 같은 국 화과에 속하는 야생국화와 비교 관찰해보자. 무엇이 다른가? 왜 달라졌을까? (5) 다음은 여러 가지 식물 꽃가루의 광학 현미경 사진이다. 이를 통해 알 수 있는 특징은 무엇 인가? 도라지(200배) 무궁화(50배) 봉숭아(100배) 비비추(100배) 2단계 활동. 열매의 구조 관찰 1. 준비물 여러 가지 열매(강낭콩-꼬투리 포함, 땅콩, 사과, 감 등) 1일간 물에 불린 콩과 자란지 1주일된 콩, 과도, 쟁반, 면도칼 2. 활동 과정 및 결과 (1) 준비된 다양한 열매의 겉모양을 관찰해 보고 세로로 잘라 단면도 관찰해 보자. 열매의 특징 과 열매 속에 들어있는 씨의 개수를 적어보자. 열매와 열매 속에 있는 씨는 꽃의 어느 부분 이 변해서 된 것일까? 또한 열매의 종류에 따라 씨의 수가 다른 이유는 무엇일까? 종류 열매의 특징 씨의 개수 강낭콩 땅콩 사과 감 열매의 기원 (꽃의 변화) 열매에 따라 씨의 수가 다른 이유 200 영재교수 학습표준화자료

201 (2) 여러 가지 열매를 열매의 모양을 가지고 분류해 보자. <열매 모양에 따른 분류> 열매의 분류 열매의 특징 열매이름 익으면 껍질이 마르는 건과 익으면 씨가 나오는 열개과 익어도 씨가 나오지 않는 폐쇄과 콩열매 장각 단각 삭과 수과 시과 콩열매처럼 봉합선을 중심을 터진다. 무우, 배추와 같이 긴 열매 냉이와 같이 짧은 열매 껍질이 여러 갈래로 나누어지면서 속에 씨가 과피가 얇고, 한 열매에 한개의 씨가 들어 있으며 씨는 과 피로부터 잘 떨어진다.(민들레) 단풍나무처럼 씨에 날개가 달려있다. 견과 한개의 마른 열매로 딱딱한 껍질에 쌓인다.(땅콩, 도토리 등) 과육이 발달한 육질과 참고자료 박과 장과 핵과 곡립 벼,보리 열매처럼 과피가 씨에 착 달라 붙는다 박, 오이와 같은 열매로 껍질이 딱딱 맛난 과육이 있고 속에 단단한 씨가 2개 이상 있다. 맛난 과육이 있고 속에 단단한 씨가 1개 있다. 중학교 2학년 생물 201

202 (3) 1일 불린 콩과 감씨를 쪼개어 이들 구조를 확인하고 1주일 자란 것과 비교하여 그림을 그 린다. 각 부분의 명칭을 쓰자. <감씨 단면> <콩 단면> <1주일 자란 콩> (4) 콩이 감씨와 다른 점이 무엇인지 적어보자. 3. 생각 모으기 (1) 아래에 설명하는 꽃은 아직까지 수분매개체를 발견하지 못했다. 그렇다면 이 꽃은 어떻게 씨를 맺을까? 가능한 가설을 세워보자. 꽃의 색깔 가운데 가장 드문 것은 ( )이다. 남부 멕시코와 과테말라에서 자라는 죽음의 꽃 이라 불리는 식물이 있는데, 전통적으로 무덤 주변에 심는데서 비롯되었다. 이 식물의 꽃의 길이는 4cm쯤 되며 꽃잎은 검은 자주색이다. 많은 식물들에서 사람의 눈으로는 볼 수 없으나 곤 충이 볼 수 있는 자외선을 반사하는 꽃이 핀다. 그런데 이 죽음의 꽃은 자외선을 흡수한다. 따라 서 이 꽃은 사람에게는 물론 곤충에게도 검게 보인다. 202 영재교수 학습표준화자료

203 (2) 땅콩은 뿌리일까요? 열매일까요? 땅콩은 기원전 남미에서 멕시코로 전해진 한해살이 풀로서 우리나라 에서 재배된 것은 19세기 이후이다. 7-9월에 노란색 꽃을 피우는데, 그 렇다면 땅콩은 뿌리일까?, 열매일까?, 아니면 감자처럼 덩이줄기일까? 어떤 과정을 거쳐서 땅콩을 맺는다고 생각하는가? 심심풀이 땅콩~~~ 중학교 2학년 생물 203

204 11. 소 눈의 해부 주제 소 눈의 해부 목표 1. 소의 눈을 순서에 따라 올바르게 해부할 수 있다. 2. 눈의 구조와 명칭을 알고 눈을 구성하는 각 부분이 하는 역할을 말할 수 있다. 3. 해부 실험을 통하여 생명에 대한 경건한 마음과 관심을 갖도록 한다. 다음은 조선일보 기사이다. 눈만 맞추면 누군지 안다 홍채 인식기술 일란성 쌍둥이도 홍채 달라 같을 확률 60억분의 1 멀리서 홍채 추출 가능한 휴대폰 인식기까지 개발 중 죄를 지으면 문자 그대로 낯을 못 들 날이 멀지 않았다. 지난 9 11 테러 이후 전 세계 보안 기술이 급 속히 발전하면서 얼굴 인식은 물론, 눈동자 주위의 홍채( 虹 彩 )로 사람을 구별하는 시대가 왔기 때문이다. 검은 동공 주위로 빗살 모양의 홍채가 보인다. 일란성 쌍둥이도 홍채는 다르다. 기존에는 사람 식별에 주민등록증을 비롯한 서류를 주로 사용해왔다. 외국 출 입국 시에도 여권이면 충분했다. 하지만 서류 위조가 지능화되면서 이제는 종이 서류만으로는 부족하게 됐다. 이에 따라 지문 에 이어 개인 식별을 위한 홍채 보안 연구가 활발해지고 있다. 결국 사람 자체만큼 자신을 증명하는 데 좋은 서류는 없다는 것이다. 204 영재교수 학습표준화자료

205 홍채는 각막 뒤 수정체와 수정막 사이에 위치하고 있다. 정면에서 보면 동공 주위에 있는 마른 흙 바 닥이 갈라지는 듯한 형태의 빗살무늬 부분이 바로 홍채이다. 홍채는 생후 6개월~2년 사이에 모양이 완성되며 이후에는 평생 변하지 않는 것으로 알려져 있다. 빗 살무늬의 형태도 유전적 요인이 아니라 임의로 정해진다. 즉 후천적으로 결정되면서 평생 변하지 않는 특징을 갖고 있는 것이다. 연세대 생체인식연구센터 김재희 교수는 쌍둥이의 홍채는 물론 같은 개인의 좌우 눈도 홍채가 서로 다르다 며 사람 식별에 아주 유용하다 고 말했다. 이론적으로 홍채가 같을 확률은 60억분의 1이다. 2003년 영국 케임브리지 대학의 더그만(Daugman) 교 수는 약 4300여명의 홍채 데이터를 갖고 사람 식별에 실패할 확률을 구하는 실험을 했다. 그 결과 데이 터에 등록된 사람을 알아보지 못하거나 등록되지 않은 사람을 등록했다고 판별하는 인식 오류가 발생한 경우는 1200만번에 한번이었다. 홍채는 어떤 역할을 하는 것일까? 소 눈의 해부를 통해 눈의 구조와 명칭, 역할을 알아 보자. 준비물 소 눈, 해부도구, 해부판, 휴지, 해부용장갑 활동안내 실험에 앞서 생각해보기 1. 생명의 소중함을 알고 소 눈을 다룰 때는 재미로 하지 않도록 조심하자. 2. 날카로운 해부 도구를 사용하므로, 다치지 않도록 주의하고, 해부 중에는 항상 장갑을 착용하도 록 한다.(상처 있을 시 세균감염 우려) 해부하기 1. 소의 눈을 관찰해 봅시다. 그리고 친구의 눈을 가만히 들여다보세요. 2. 차이점을 찾아봅시다. 중학교 2학년 생물 205

206 학습활동 자! 이제 심호흡을 크게 하고 해부를 시작해 봅시다. [과정1] 소 눈알의 겉모습을 잘 관찰하세요. 무엇을 볼 수 있습니까? 다음 항목에 표 시 해보세요. 각막 홍채 동공 유리체 신경다발 근육 지방 수정체 [과정2] 공막을 확인하세요. 예 아니오 눈의 앞면을 덮고 있는 투명한 각막을 확인하세요. 예 아니오 [과정3] 공막과 각막이 만나는 지점을 절개 하세요. 각막과 수정체 사이의 액체(수양액)가 흘러나올 때까지 절개 하면 됩니다. [과정4] 눈을 돌리면서 각막주위를 절개하세요. 너무 깊이 절제하여 수정체를 건드리지 않도록 주의 하세요. [과정5] 절제한 각막을 잘 씻은 후 코팅된 종이(탐구활동지2) 위 에 놓으세요. 206 영재교수 학습표준화자료

207 [과정6] 홍채를 들어내 보세요. 안구의 중앙(동공)에 검지 손가 락을 대고 동공을 둘러 싸고 있는 홍채를 들어내 봅시 다. 홍채의 모양은 어떠합니까? [과정7] 수정체를 분리해 보세요. (공막의 일부를 절개한 후 작 업하는 편이 쉽습니다.) [과정8] 수정체를 통하여 물체를 바라보세요. (수정체를 건조시키면 미끄러움을 감 소 시킬 수 있어요.) 수정체를 통해서 보면 어떻게 보이나요? [과정9] 유리체(액)를 완전히 제거하세요. [과정10] 눈의 안쪽을 바깥쪽으로 뒤집으세 요. 망막의 푸르고 녹색을 띤 부분 은 무엇일까요? 중학교 2학년 생물 207

208 [과정11] 망막의 시신경이 모이는 지점을 확인하세요. 예 아니오 이 지점을 무엇이라 할까요? 이 곳에 모인 신경은 어느 곳과 연결될까요? 망막을 벗기면 무슨 막이 나옵니까? [과정12] 눈을 다시 뒤집어 시신경 다발을 관찰하세요. 시신경 다발을 절개하여 시신경을 관찰해보세요. 시신경을 확인했습니까? 예 아니오 여러분이 분리한 안구의 여러 부위를 제공한 코팅된 종이 위에 올려놓으세요. 결과 정리하기 1. 사람의 눈과 소의 눈은 어떤 차이점이 있을까요? 2. 먼 곳의 물체를 보기 위해 수정체의 모양은 어떻게 변해야 할까요? 3. 홍채는 무엇을 둘러싸고 있나요? 4. 동공의 크기는 무엇에 영향을 줄까요? 5. 홍채의 색깔을 결정하는 것은 무엇일까요? 208 영재교수 학습표준화자료

209 6. 명칭을 써보세요. 7.연결해 보세요. 망막 안구의 바깥쪽의 하얀색 막, 흰자위라고 불리움 수정체 카메라의 렌즈와 비슷한 역할. 빛을 굴절시킴 각막 안구의 속을 채우는 액체 모양체 가장 안쪽의 막으로 상이 맺히는 곳 홍채 수정체의 두께를 조절 유리체 빛의 양을 조절.동공의 크기를 변화시킴 공막 수정체 앞쪽의 투명한 막 더 생각해 보기 눈과 관련된 재미있는 활동 1. 맹점 확인하기 (1) 다음과 같이 1cm 간격으로 숫자를 써서 맹점 검사표를 만듭니다 (2) 왼쪽 눈을 흑점에서 수직으로 20cm 떨어지게 한 다음 오른쪽 눈을 가리고, 1에서 차례로 천 천히 읽어 나갑니다. 어느 숫자에서 갑자기 흑점이 보이지 않을 때의 숫자를 기록하게 합니 다. 또 반대로 왼쪽 눈을 가리고 오른쪽 눈도 해봅시다. 중학교 2학년 생물 209

210 (3) 이번에는 흑점이 오른쪽으로 오도록 해서 왼쪽으로 숫자를 읽어가면서 같은 방법으로 해봅 시다. 또 반대로 왼쪽 눈을 가리고 오른쪽 눈도 해봅시다 오른쪽으로 읽어나갈 때의 맹점의 위치 : 왼쪽 눈, 오른쪽 눈 왼쪽으로 읽어나갈 때의 맹점의 위치 : 왼쪽 눈, 오른쪽 눈 (4) 위 관찰에서 맹점이 발생한 이유는 무엇인가요? (5) 이 실험을 통해 맹점은 오른쪽 눈과 왼쪽 눈의 각각 어느 위치에 있다고 판단할 수 있을까요? (6) 일상 생활에서 맹점의 영향을 받지 않는 이유는 무엇일까요 2. 착시 (1) 어머니와 딸 몇 명의 사람이 관찰되나요? 어떤 사람의 모습일까요? 210 영재교수 학습표준화자료

211 (2) 무서운 착시 그림에서 여자 콧구멍을 약 30초 동안 바라보다가 천장이나 벽을 바라보면 귀신과 같은 형태가 보입니다. (3) 착시란 무엇인지 알아보세요. 영화도 착시를 이용한 것이라는데 영화의 원리를 생각해 봅시다 중학교 2학년 생물 211

212 12. 뇌는 2가지 일을 동시에 할 수 있을까? 주제 뇌는 2가지 일을 동시에 할 수 있을까? 목표 1. 자극에서 반응까지에는 시간이 걸린다. 2. 한 가지 일을 할 때와 두 가지 일을 할 때의 반응 시간의 차이를 알아본다. 준비물 활동지, 50cm 자, 연필, 핸드폰 유의사항 1. 우리가 평소 두 가지 일을 한꺼번에 하는 것이 어떤 것들이 있는지 생각해보는 시간을 가진다. 2. 두 가지 일을 할 때에 기분에 대해서도 기록하도록 한다. 실험과정 1. 친구와 짝을 지어 한 명은 50cm 자를 친구의 엄지와 검지 사이에 0cm 위치가 되도록 들고 있고 다른 친구는 엄지와 검지를 벌리고 있다. 2. 자를 잡고 있는 친구는 자를 잡을 친구가 눈치 채지 못하게 갑자기 떨어뜨리고 자를 잡을 친구 는 눈으로 자가 떨어지는 것을 확인하고 자를 엄지와 검지로 붙잡는다. 3. 붙잡은 자의 위치를 5회 기록하여 평균을 낸다. 4. 구구단을 외우면서 동일한 방법으로 실시한다. 이 때 구구단을 미리 외워보도록 하여 구구단을 읽는 속도를 확인한 다음 실시하고 자를 붙잡기 위해서 구구단을 평소의 실력대로 외우지 않으 면 안 된다. 212 영재교수 학습표준화자료

213 5. 좋아하는 연예인 이름을 끊임없이 말하면서 동일한 방법으로 실시한다. 보충설명 1. 영재학생들과 일반고교생이 문제를 풀 때, 뇌의 움직임은 어떻게 다를까? 같은 문제를 푸는데도 지능지수가 높은 학생들의 뇌가 두 배 정도 더 활발하게 움직이는 것으 로 나타났다. 움직임의 차이가 확연하게 드러난 곳은 전두엽과 후두엽을 연결해주는 두정엽 뒷부 분, 이곳은 지금까지 시각정보를 처리하는 곳으로 알려져 왔던 곳이다. 2. 뇌 사진으로 IQ계산은 어떻게 할까? 중학교 2학년 생물 213

214 활동지 뇌는 2가지 일을 동시에 할 수 있을까? 실험목표 2007 년 월 일 학년 조 이름 1. 자극에서 반응까지에는 시간이 걸린다. 2. 한 가지 일을 할 때와 두 가지 일을 할 때의 반응 시간의 차이를 알아본다. 준비물 활동지, 50cm 자, 연필, 핸드폰 주의할 점 1. 우리가 평소 두 가지 일을 한꺼번에 하는 것이 어떤 것들이 있는지 생각해보는 시간을 가진다. 2. 두 가지 일을 할 때에 기분에 대해서도 기록하도록 한다. 실험과정 1. 친구와 짝을 지어 한 명은 50cm 자를 친구의 엄지와 검지 사이에 0cm 위치가 되도록 들고 있고 다른 친구는 엄지와 검지를 벌리고 있다. 2. 자를 잡고 있는 친구는 자를 잡을 친구가 눈치 채지 못하게 갑자기 떨어뜨리고 자를 잡을 친구 는 눈으로 자가 떨어지는 것을 확인하고 자를 엄지와 검지로 붙잡는다. 3. 붙잡은 자의 위치를 5회 기록하여 평균을 낸다. 4. 구구단을 외우면서 동일한 방법으로 실시한다. 이 때 구구단을 미리 외워보도록 하여 구구단을 읽는 속도를 확인한 다음 실시하고 자를 붙잡기 위해서 구구단을 평소의 실력대로 외우지 않으 면 안 된다. 5. 좋아하는 연예인 이름을 끊임없이 말하면서 동일한 방법으로 실시한다. 생각해 보기 1. 나의 자극-반응시간은 어떠한가? 걸린 시간과 자극이 지나간 거리를 이용하여 반응 속도(자극 전달 속도)를 계산해보자. 214 영재교수 학습표준화자료

215 1. 평상시 2. 구구단말하기 3. 연예인이름대기 회 2회 3회 4회 5회 평균 반응 속도 2. 두 가지 일을 동시에 할 때에 자극-반응 시간은 어떻게 변하였는가? 3. 자극-반응 시간이 가장 오래 걸리는 경우는 언제인가? 4. 오른쪽 그림을 보고 나의 자극-반응경로를 찾아보자. 만 약 어떤 사람이 사고를 당해서 자를 잡는 일을 하지 못한 다면 어디에 이상이 생긴 것일까? 왜 그럴까? 1. 운전 중에 전화를 하면 자극-반응 시간은 어떻게 될까? 2. 왜 운전 중에는 전화를 하면 안 되는지에 대해 토론해 보자. 3. 우리의 뇌가 동시에 2가지 일을 효율적으로 할 수 있는 방법에 대해서 토론해 보자. 중학교 2학년 생물 215

216 13. 우리 몸의 감각기 주제 우리 몸의 감각기 목표 1. 우리몸의 감각기관의 특성을 알 수 있다. 2. 감각기의 이상과 해결방법을 찾을 수 있다. 3. 생활속에서 감각관련 현상을 찾아 이를 개선하는 능력을 기를 수 있다. 알아두기 어떠한 자극이 수용기에 도달하면 수용, 변환, 부호화의 세단계가 시작된다. 수용은 수용기에 의 해 물리적 에너지를 단순히 흡수하는 것이다. 변환은 물리적 에너지를 뉴런에서의 전기 화학적 패 턴으로 전화하는 것이다. 부호화는 물리적 에너지의 한측면과 신경계 활동의 한 측면간의 일대일 대응을 말한다. 1 수용: 자극분자가 수용기에 붙음 3 부호화: 신경충동의 공간 적 시간적 패턴에 의해 자극 의 의미를 표상 2 변환: 수용기는 화학반응의 에 너지를 활동 전위로 전환 216 영재교수 학습표준화자료

217 활동안내-1 1. 빛의 이해 (1) 빛의 굴절현상 - 마이크로비즈를 이용한 무지개 만들기 1) 활동과정 마이크로비즈 (플라스틱이나 유리로 되어 있는 작은 물방울이나 둥근모양의 구슬)를 스프레이 풀을 칠한 검은 도화지에 붙인다. 강한 빛을 등지고 보면 손에 잡힐 듯 같은 무지개를 볼 수 있다. 2) 무지개 형성 원리 무지개의 빛깔들은 프리즘과 같은 역할을 하는 수천~수만 개의 작은 원형 물방울들에 의해 생 기는데 처음 굴절될 때 빛은 보라색이 가장 많이 꺽이고 빨강색이 가장 적게 꺽여서 스펙트럼 빛 깔들로 분산된다. 물방울의 반대 표면으로 닿을 때 빛은 부분적으로는 반사되고 이 빛이 다시 물 방울 밑부분에 도착하면 각 빛깔은 반사되고(그림에서는 보이지 않는다) 굴절된다. 두번째 굴절은 첫번째 표면에서 이미 형성된 분산을 두번째 굴절에서 증폭하는 프리즘의 작용과 비슷하다. (2) 빛의 회절현상 - CD를 이용한 분광기 만들기 1) 활동과정 설계도에 따라 종이를 오리고, 일자 모양 구멍과 사각형 구멍 을 자른다. 사각통을 풀을 이용하여 붙이고 1자 구멍쪽도 테이프를 이용 해 덮개를 만든다. 투명한 공CD를 오린 것을 사각형 구멍에 덮고 셀로판테이프 로 붙인다. 1자 구멍을 빛을 향하게 하고 CD조각이 붙은 쪽을 통해 관찰한다. 스펙트럼이 사각형 좌우로 갈 수 있게 CD조각을 돌려 분광기를 완성한다. 중학교 2학년 생물 217

218 2) CD 분광기의 원리 프리즘은 빛이 색에 따라 다른 각도로 굴절하는 성질을 이용한 것이고, 분광기는 빛의 색에 따 라 다른 모양으로 회절하는 성질을 이용한 것이다. 회절은 파동이 좁은 틈을 지날 때 장애물 뒤쪽 으로도 넓게 퍼져 나아가는 현상을 말하는데, 이때 빛은 고르게 퍼지지 않고 중첩에 의해 중앙으 로부터 차례로 밝고 어두운 무늬를 만들면서 퍼진다. 회절은 파동의 파장에 따라 다른 간격의 밝 고 어두운 무늬를 만드는데, 파장이 길수록 무늬 사이의 간격이 멀어진다. 따라서 아래 그림에서 와 같이 백색광을 회절시키면, 모든 파장의 빛이 도달하는 중앙에는 그들이 합성되어 백색의 밝은 무늬가 생기지만, 오른쪽이나 왼쪽의 첫 번째 밝은 무늬 지점은 파장에 따라 조금씩 달라진다. 파 장이 길수록 회절이 잘 일어나므로, 중앙에서 먼 곳에 첫 번째 밝은 무늬가 생긴다. 분광기를 이 방향으로 향하여 빛의 스펙트럼을 관찰하는 것이다. 이것이 바로 분광기로 스펙트럼을 관찰할 때 에는 정면이 아니라 측면을 보아야 하는 이유이다. 굴절에 의한 분산 회절에 의한 분산 2. 빛과 시각 (1) 색과 시각 1) 색의 이해 우리 눈이 색깔을 인식하는 것은 빛의 여러 파장에 최대로 민감하게 작용하는 세가지 종류의 추상체의 상대적 반응 비율에 의한다. 즉 500nm의 빛(파란-초록색)은 중파장 추상체를 그 최대 반 응의 65% 정도를 흥분시키고, 장파장 추상체는 40%, 단파장 추상체는 10%내외로 흥분시킨다. 이 파장의 빛이 더 강하더라도 세 유형의 수용기가 반응하는 비율은 비슷하다. 세 유형의 수용기가 동등하게 활동할 때 흰색으로 인식한다. 2) 페흐너색 체험하기 흑백 색깔의 무늬가 인쇄된 종이를 마분지에 오려 붙여 성냥개비 를 꽂아 밝은 빛 아래에서 돌려본다. 반대방향으로 돌려보면서 어떤 색깔을 볼 수 있는지 관찰한다. 218 영재교수 학습표준화자료

219 (2) 시각과 뇌 사람의 망막에는 대략 1.2억개의 간상체와 6백만개의 추상 체가 존재한다. 여기서 오는 독립적인 정보를 뇌는 일정한 패 턴을 추출하여 정보를 인식한다. 즉 망막을 일정한 영역(수용 장)으로 나누어 대뇌의 세포와 연결되어 있다. 오른쪽 사각형 의 교차지점에 무엇이 보이는가? 이는 외측억제라고 알려진 뉴런의 활동결과이다. 즉 한 뉴런 의 활동이 인접한 뉴런의 활동에 의해 감소되는 것을 말한다. 물음 거울속의 자신을 바라보며, 당신의 왼쪽 눈에 시선을 맞춰보라. 그리고 나서 오른쪽 시선을 바 꿔보라. 당신 눈이 움직이는 것을 당신은 왜 보지 못하는가? 당신의 눈이 움직이는 동안 당신 뇌의 시각 피질이 능동적으로 억제되기 때문이다. 즉 눈을 움직 이는 동안근이 활동할 때 시각피질이 잠시 활동을 멈추는 것이다. 그렇지 않으면 흐릿하게 보인 다. 시야에 무엇이 존재하든, 어디에 있건 시각피질의 세포활동과 혈류는 안구 운동 동안에 감소 된다. 활동안내-2 1. 피부감각의 특징 당신의 머리를 위아래로 그리고 앞뒤로 흔들면서 이 글을 읽어보라. 조금 불편하기는 해도 글을 읽는 데 크게 어려움이 없을 것이다. 이제 머리를 가만히 고정하고 유인물을 위아래로 흔들면서 이글을 읽어 보라. 글을 읽기가 훨씬 더 어려울 것이다. 그 이유는 무엇인가? 기계적 감각은 감각들이 특 정 수용기가 압력을 받거나, 구부러지거나, 비틀리 는 것에 대해 반응하기 때문이다. 기계적 감각은 촉 각, 통각, 온도감각과 그 외의 다른 신체감각들, 그 리고 머리의 위치와 움직임을 탐지해서 자세나 안 구운동을 조절하는 전정감각이 포함된다. 중학교 2학년 생물 219

220 (1) 탐구 과정 A. 각자 가지고 있는 소지품을 꺼내 놓는다. B. 눈을 감고, 얼굴에 소지품을 가까이 하여, 소지품의 이름을 알아맞힐 때까지의 시간을 측 정한다. C. 눈을 감고 손끝으로 소지품을 더듬게 하여, 소지품의 이름을 알아맞힐 때까지의 시간을 측정한다. D. 같은 방법으로 여러 소지품의 이름을 알아맞힐 때까지의 시간을 측정한다. 소지품을 알아맞힐 때까지 얼마의 시간이 소요되었는가? 소지품의 종류 얼굴(초) 손끝(초) (2) 생각 모으기 얼굴과 손끝으로 물체를 알아맞힐 때까지의 시간 차이가 나는 이유는 무엇인가? 2. 화학적 감각 당신이 신처럼 새로운 동물 종을 창조할 수 있는 능력이 있고 이 동물에 하나의 감각만 부여할 수 있다면 어떤 감각을 주겠는가? 만약 당신이 감각 중 버려야 할 감각을 하나 선 택한다면 그 것은 무엇인가? 화학적 감각은 초기 동물이 지녔던 최초의 감각계라 생각된다. 이는 먹 이찾기, 위험 식별하기, 짝짓기 상대 찾기 등에 대 처할 수 있도록 한다. 사람처럼 많은 발달된 감각 을 가진 사람에게 화학적 감각은 없어도 되는 것 처럼 보인다. 음식의 미각에 대해 이야기할 때 일반적으로 미 각과 후각의 조합을 의미한다. 즉 풍미(flavor)가 더 적절할 것이다. 미각은 미뢰의 자극을 의미하는 것이다. 미각을 잃었다고 불평하는 사람들의 대부 분은 사실 후각에 이상이 있는 것이다. 220 영재교수 학습표준화자료

221 (1) 탐구과정 A. 각 컵에 들어있는 물질을 먹어본다. 종류 냄새 맛 B. 자신이 맡은 냄새의 종류와 강도를 다른 사람과 비 교하여 보자. 차이가 있다면 그 이유는 무엇인가? (2) 생각 모으기 위 결과로 후각과 미각 수용기는 얼마나 많이 있을까? 이를 증명할 방법을 찾아보자. 활동안내-3 1. 한눈으로 보는 입체모형 만들기 (1) 빛의 그림자 - 무아레를 이용한 각도기 만들기 1) 무아레란? 공간적으로 주기성을 갖는 두 장의 반사판이나 투과판을 서로 겹치거나 투영시킬 때 원 래 격자의 주기보다 더 큰 주기를 갖는 새로운 형태의 주기적 무늬가 만들어지는데 이러 한 무늬를 무아레 무늬라 한다. 2) 활동과정- 무아레 영상 만들기 종이에 인쇄된 그림에 OHP에 인쇄된 무늬를 겹쳐 움직여 본다. OHP필름에 인쇄된 그림 두 장을 잘라 겹친 후 움직여 본다. 중학교 2학년 생물 221

222 3) 활동과정- 무아레 무늬를 이용하여 각도 측정하기 OHP에 인쇄된 기준 각도기, 어미 각도기, 아들 각도기의 기준점을 고정시킨다. 기준각도기는 일반적으로 측정하는 각도기와 같이 측정하고자 하는 각에 고정시키고 어 미각도기를 측정하고자 하는 각도의 자연수 부분에 일치시킨다. 기준각도기와 어미각도기를 고정시키고 아들각도기를 측정하고자 하는 선에 일치 시킨다. 기준각도기의 1 단위의 값은 읽고, 어미각도기와 아들각도기의 검은 무아레 무늬가 생기 는 부분의 중간을 어미각도기의 0.1 단위에 일치하는 값을 읽는다. 예를 들면 아래 그림 의 (a)는 임의의 각도 10.8 를 측정하기 위한 기준 각도기의 그림이 고, (b)는 기준 각도기 위에 어미 각도기와 아들 각도기를 똑같이 각도의 자연수 부분인 10 의 위치에 놓았을 때의 그림이다. 또한 (c)는 1 이하의 정밀도로 각도를 측정하기 위하 여 아들 각도기만을 측정하고자하는 선과 일치시킨 그림이다. 그림에서 검은 무아레 무 늬의 중간부분이 0.8 위치와 일치한다. 따라서 측정하고자 하는 총 각은 10.8 이다. (a) 기준각도기 (b) 10 일 때 검은 무아레 무늬 (c) 0.8 일 때의 검은 무아레 무늬 2. 폴리아티스트가 되어 보자. 요즈음 10대들만 들을 수 있다는 틴벨이 인기를 끌고 있다. 이것은 사람이 나이가 들어감에 따 라 청각능력의 감소와 관계가 있다. 동물들도 자기들이 들을 수 있는 주파수가 다른 것도 유사한 이유이다. 소리와 관련된 직업 중에 다양한 물건을 이용하여 자연음과 유사한 소리를 내는 폴리아티스트 가 그 가치를 발하고 있다. 다음 여러 가지 소리를 듣고 표현하고 싶은 내용을 시나리오로 만들어 222 영재교수 학습표준화자료

223 보자. 참고자료 과학뉴스 읽기 1. 시각 왜 우리가 눈을 깜박일 때 세상은 깜깜하게 보이지 않을까? 사람은 1분에 10 15번씩 자동적으 로 눈을 깜박인다. 그것도 두 눈을 동시에 깜박인다. 얼른 생각하면 눈을 깜박이는 동안 앞이 깜깜 해질 것 같은데 그렇지 않다.흥미롭게도 새들은 한 번에 한 눈씩 깜박인다. 눈 깜박임 때문에 시야 가 어두워지는 것을 막기 위한 그들 나름의 전략이다. 하지만 사람은 두 눈을 동시에 깜박여도 눈 에 보이는 세상은 중간에 끊기지 않는 연속된 장면으로 펼쳐진다. 최근 사람이 눈을 깜박여도 세상이 어둡게 보이지 않는 이유가 밝혀졌다. 영국 런던대 신경학연 구소 데이비나 브리스토 연구원이 생물학 전문지 커런트 바이올로지 26일자에 발표한 바에 따르 면 눈을 깜박일 때 뇌의 특정영역이 꺼지면서 어두움을 감지하지 못하기 때문에 우리가 보는 세 상은 깜깜해지지 않는다. 연구팀은 눈을 깜박이는 행위가 뇌에 미치는 효과를 알아보기 위해 실 험참가자들에게 눈에 들어오는 빛을 막는 안경을 씌우고 입 안에 광섬유를 넣은 채 기능성자기공 중학교 2학년 생물 223

224 명영상(fMRI)으로 뇌 활동을 촬영했다. 빛은 광섬유가 장착된 실험참가자의 입천장을 통과해 안구 까지 전달되기 때문에 눈을 깜박이는 것과 관계없이 항상 망막에 빛이 들어온다. 따라서 눈 깜박 임이 뇌 활동에 미치는 효과만 볼 수 있는 실험이 된다.실험 결과 눈 깜박임은 시각 피질을 비롯 해 눈으로 들어오는 신호를 처리하는 뇌 영역의 활동을 억제시키는 것으로 나타났다. 브리스토 연 구원은 눈을 깜박이는 동안 시각과 관련된 뇌 영역을 일시적으로 억제시키는 것은 눈을 깜박일 때 눈꺼풀이 눈동자를 덮고 세상이 어두워진다는 사실을 뇌가 알지 못하게 막는 신경 메커니즘 이라고 설명했다. 결국 뇌의 특정 영역이 꺼지면서 눈을 깜박이는 행위가 무시된다는 뜻이다.그렇 다면 왜 눈을 깜박일까. 흔히 각막을 촉촉하게 하고 산소를 공급하기 위해서라고 생각하지만 꼭 그렇지만은 않다. 한국과학기술원(KAIST) 바이오시스템학과 정재승 교수는 각막을 촉촉하게 하 는 눈 깜박임은 1분에 두세 번 정도면 충분하다 며 나머지는 두뇌 활동의 부산물 이라고 설명했 다.실제 눈 깜박임은 생각하고 있는 동안에 잘 나타나지 않고 대뇌 정보처리 과정이 마무리될 때 일어난다. 예를 들어 책을 읽는 동안에는 눈을 깜박이지 않다가 페이지를 넘길 때 눈을 깜박인다. 또 눈을 깜박이는 횟수로 사람의 질병을 파악할 수 있다. 정 교수는 몸의 움직임을 조절하는 신 경전달물질인 도파민 양이 늘면 눈을 자주 깜박인다 고 밝혔다. 도파민이 부족한 파킨슨병 환자 들은 1분에 한두 번밖에 눈을 깜박이지 않고, 도파민이 과다한 정신분열증 환자들은 보통사람보다 더 자주 눈을 깜박인다. 2. 청각 클라우스 주버뷸러 등 영국 세인트 앤드루스 대학 연구진은 나이지리아의 숲속 나무 위에서 사는 흰코원숭이 수컷들의 행동을 관찰한 결과 우두머리 원숭이들이 다른 원숭이들에게 이런 방식으로 일종의 언어를 사용한다는 사실을 밝혀냈다. 연구진은 우두머리 흰코원숭이들이 두 종류의 경고음 을 낼 뿐 아니라 이 두 소리를 합쳐 떠나라는 명령을 내린다고 설명했다. "퓨와우 핵 핵 퓨아우 핵핵 "하는 원숭이의 소리에서 `퓨아우'는 표범이 부근에 있다는 뜻이고 "핵"은 독수리가 다가 온다는 경 고음으로 밝혀졌다. 또 이런 경고음을 연달아 내면 "떠나라"는 명령이라는 것이다. 연구진은 이들 원 숭이의 고함 소리를 녹음해 소리의 순서를 분석한 결과 "이런 순서의 소리가 날 때마다 무리가 있던 자리에서 떠난다는 사실을 발견했다. 두 개의 경고음을 합친 제3의 소리의 의미는 떠나야 한다는 것 "이라고 말했다. 연구진은 울새들이 소리를 구조적, 순차적으로 조합한다는 사실은 알고 있었지만 그것이 어떤 의미를 갖는다든가 무리에게 명령을 내리는 것으로 해석된 적은 없다고 덧붙였다. 3. 후각 영국 옥스퍼드대 에드먼드 롤스 교수팀은 체다 와 암내 라고 각각 이름 붙인 치즈의 냄새를 자 원봉사자들에게 맡게 하고 이들의 두뇌 움직임을 측정하는 실험을 실시해 이 같은 결과를 얻었다 224 영재교수 학습표준화자료

225 고 BBC가 26일 보도했다. 연구 결과는 신경학회지 뉴런에 실렸다. 체다 치즈 냄새를 맡은 실험 대상자들의 뇌는 냄새를 분석하는 부위가 활성화됐다. 체다 표시가 돼 있지만 실제로는 맑은 공 기 냄새를 맡은 대상자들의 뇌도 같은 부위가 약하게나마 활성화됐다. 그러나 암내 표시가 된 치 즈나 같은 표시가 돼 있지만 실제로는 맑은 공기 냄새를 맡은 대상자들의 뇌는 이 부위가 전혀 활 성화되지 않았다. 연구팀은 숨을 깊게 들이쉬어 냄새를 맡는 행동은 뇌의 냄새 부위 활성화에 아 무런 영향을 미치지 않았다고 덧붙였다.롤스 교수는 이번 실험에서 이름이 후각에 영향을 미친다 는 점이 확인됐다 며 안와전두피질이라는 뇌 부위에서 조절되는 냄새의 쾌감이 후각으로 전이된 다 고 말했다. 그는 치매나 교통사고로 인해 안와전두피질이 손상된 사람은 식성이 바뀌어 비만이 될 수도 있다고 지적했다.포도주 제조업자나 레스토랑 업주들이 맛을 어떻게 표현하느냐에 따라 고객의 미각에도 영향을 미친다는 사실에 착안해 롤스 교수는 이름과 맛의 소비자 경제학 도 언 급했다. 4. 미각 왜 고양이는 입 안에서 살살 녹는 달콤한 아이스크림을 외면하는 걸까? 고양이과( 科 )에 속하는 동물들은 달콤한 먹거리에 전혀 반응을 보이지 않는다. 맹물과 설탕물을 두면 사람(실험 대상은 아이들)뿐 아니라 개, 쥐 등 대부분의 포유동물은 맛을 본 뒤 달콤한 설탕물을 택한다. 이는 진화 적인 관점에서 볼 때 당연한 일. 달콤하다는 것은 칼로리가 높은 영양분, 즉 탄수화물이 풍부하다 는 신호이기 때문이다. 그런데 왜 고양이과 동물들은 이런 신호를 무시하게 된 걸까.화학적 감각 인 후각과 미각을 연구하는 미국 모넬 화학적 감각 센터의 조셉 브랜드 박사팀은 고양이가 맹물 과 설탕물의 차이를 무시하는 것은 단맛을 느끼지 못하기 때문이라는 연구결과를 유전학 분야의 온라인 저널인 '플로스 지네틱스' 7월호에 발표했다. 기본적인 맛에는 다섯 가지가 있다. 단맛, 쓴 맛, 신맛, 짠맛, 감칠맛이 그것이다. 사람을 포함한 대부분의 포유류가 이들 맛을 모두 느끼는데 유 독 고양이과 동물들은 진화상의 어느 시기에 이 가운데 단맛을 느끼는 능력을 잃어버렸다는 것이 다.연구자들은 단맛에 관여하는 수용체 단백질에 대한 정보를 담고 있는 유전자를 조사했다. 단맛 이 느껴지려면 설탕 같은 분자가 물(침)에 녹은 상태에서 세포막에 붙어 있는 단맛 수용체 분자에 달라붙어 그 신호가 신경을 타고 뇌로 전달돼야 한다. 따라서 고양이과 동물들이 보이는 이상한 행동은 단맛 수용체에 문제가 생긴 결과일 수도 있기 때문이다.연구자들의 예상은 적중했다. 단맛 수용체는 T1R2라는 단백질과 T1R3라는 단백질이 결합된 형태인데 고양이과 동물의 경우 T1R2 단 백질이 만들어지지 않았던 것. 따라서 아무리 진한 설탕물이라도 고양이에게는 맹물과 마찬가지 로 느껴질 뿐이다. 그렇다면 이들은 언제 이런 능력을 잃어버렸을까. 이것과 육식성을 갖게 된 것 은 어떤 관계가 있는 것일까.연구자들은 고양이뿐 아니라 사람, 생쥐, 쥐, 개 등의 해당 유전자를 비교한 결과 흥미로운 결과를 얻었다. 고양이가 T1R2 단백질은 못 만드는 것은 그 유전자가 없기 중학교 2학년 생물 225

226 때문이 아니라 돌연변이로 유전자 중간의 정보가 떨어져나가 기능을 하지 못하게 됐기 때문. 이처 럼 작동하지 못하는 유전자를 '가짜유전자'(pseudogene)라고 부른다.연구자들은 이런 돌연변이가 고 양이과 동물의 공통조상에서 일어났다고 추측했다. 집고양이뿐 아니라 같은 고양이과에 속하는 호랑이와 치타의 유전자에서도 동일한 패턴이 발견됐기 때문. 분류학적인 관점도 이를 뒷받침한 다. 분류학적으로 과( 科 )의 윗 단계는 목( 目 ). 고양이과는 식육목에 속한다. 식육목에는 개나 늑대 가 속한 개과와 곰이 속한 곰과도 들어있다. 개과는 물론 곰과의 동물들도 단 걸 좋아한다. 곰이 제일 좋아하는 것이 꿀이라고 할 정도다. 연구자들은 따라서 고양이과에서 단맛을 상실한 시점은 식육목의 분화가 일어난 이후의 일이라고 주장했다. 그렇다면 고양이과에서 단맛 수용체의 또 다 른 파트너인 T1R3는 왜 사라지지 않았을까.T1R3는 단맛뿐 아니라 감칠맛에도 관여하기 때문. 감 칠맛은 글루탐산 같은 아미노산의 맛으로 역시 중요한 영양소인 단백질의 함유 여부를 알 수 있 는 중요한 미각의 하나다. 감칠맛 수용체도 두 개의 단백질이 결합한 형태인데 T1R1과 T1R3가 그 들이다. 따라서 단백질이 풍부한 육식을 고집하는 동물인 고양이에게 감칠맛 수용체 단백질은 반 드시 정상적으로 작동해야 한다.그렇다면 고양이과 동물에서 단맛 수용체 상실이 먼저일까 육식 고집이 먼저일까. 즉 단맛을 느끼지 못하게 되자 과일이나 뿌리의 맛을 모르게 돼 영양이 없다고 판단해 육식만 하게 된 것일까 아니면 육식만 하다보니 단맛을 느끼는 유전자가 고장나도 생존에 지장이 없게 된 것일까. 이에 대해서는 아직까지 단언하기 어렵다. 다만 연구자들은 단맛을 느끼 는 능력의 상실이 고양이과 동물의 엄격한 육식성을 발달시키는 데 계기가 된 것 같다는 가능성 에 무게를 실었다. 5. 피부감각 통증과 같은 감각을 느낄 수 있게 하는 신경 전달의 핵심 원리가 국내 연구진 에 의해 밝혀졌 다. 광주과학기술원 김재일 교수는 거미의 독을 이용해 신경세포 사이에서 신경 전 달의 통로가 여닫히는 원리를 규명,영국의 과학잡지 '네이처' 11일자에 발표했다. 신경 전달은 칼슘 이온,칼륨 이온,나트륨 이온 등 전기를 띤 각종 이온 상태의 물질들이 신경세포 사이에서 이동함으로써 이뤄 진다. 그 이동 통로가 되는 신경전달 통로(이온 채널)는 이온 물질의 농도를 감지,아주 미세한 전 압의 차이를 느낌으로써 열렸다가 닫히게 된다. 신경전달 통로의 문이 전압감지 센서 역할 을 하 는 셈이다. 연구팀은 거미의 독이 신경세포에서 어떻게 반응하는가를 연구한 결과 신경전달 통로 의 전압 감지센서가 알려진 것과는 달리 세포의 바깥쪽에 있음을 알아냈다. 기존에는 이 같은 전 압 감지 영역이 세포막 안쪽에 있는 것으로 알려져 왔다. 이 같은 연구결과를 활용하면 신경 전 달의 원리를 규명할 수 있을 뿐만 아니 라 통증을 수반하는 각종 신경계통 질환을 치료할 수 있는 신약 개발도 앞당길 수 있다고 연구팀은 설명했다. 226 영재교수 학습표준화자료

227 14. 커피를 마시면 잠이 오지 않을까? 주제 커피를 마시면 잠이 오지 않을까? 목표 커피와 아드레닐린에 의한 물벼룩의 심장박동의 변화를 관찰 활동안내 1. 커피의 기능 우리가 하루 섭취하는 카페인의 4분의 3을 커피에서 얻는다. 어느 조사에 따르면 한국인은 하루 평균 0.9잔의 커피를 마신다고 하는데 커피 업계가 최근 조사한 바에 따르면 성인 남녀 1천 2맥명 을 조사한 결과 4명 중 한 명꼴로 전날 커피를 마셨다고 응답했다. 이처럼 가장 흔하게 마시는 음료인 커피의 성분에는 어떤 것들이 들어 있으며 체내에서 그 작 용은 무엇일까? 흔히 커피를 마시면 잠이 안온다고 하는 이유는 커피의 카페인 성분이 대뇌 피질부분을 자극해 졸음, 피로를 없애주기 때문이다. 따라서 정신을 집중해야 하는 작업이나, 밤늦게 까지 일하는 야 간작업이나, 밤샘 시험공부 등을 할 때 카페인이 들어 있는 음료를 마시면 각성효과로 인해 어느 정도 졸음을 없애줄 수 있다. 그리고 카페인은 기관지나 혈관을 확장시키고 심장의 박동을 촉진시킨다. 위액 분비를 촉진시 켜 주는 효과가 있으며 항이뇨 호르몬(ADH)의 분비를 억제하여 신장에서 수분의 재흡수를 막음 으로써 이뇨효과가 있다. 뿐만 아니라 칼슘의 재흡수를 억제해 칼슘을 체외로 방출시킨다. 중학교 2학년 생물 227

228 학습활동 커피의 각성 효과 알아보기 1. 탐구 준비물 물벼룩(3개의 샬레에 나누어 놓은 것), 슬라이드 글라스, 커버글라스, 스포이드, 인스턴트 커피분 말, 0.05% 의 아드레날린 용액, 딱풀. 초시계 2. 탐구 방법 (1) 물벼룩을 스포이드로 꺼내 슬라이드 글라스위에 딱풀을 얇게 펴바른 후 떨어뜨린다. (2) 100배 이하의 현미경 배율에서 물벼룩의 심장박동수를 30초간 측정하여 1분간 박동수를 환 산하여 기록한다. (3) 인스턴트 커피분말 1g을 증류수 100ml에 녹여 카페인 용액을 만든다. (4) 물벼룩이 들어 있는 1개의 샬레에는 카페인 용액 3방울을, 나머지 샬레에는 아드레날린 용 액을 역시 3방울 정도 떨어뜨린다. (5) 5분이 지난 후 2와 같은 방법으로 2개의 샬레에 들어 있는 물벼룩을 꺼내 심장박동수를 측 정하여 기록한다. 커피를 녹여 카페인용액을 물벼룩에 떨어뜨린다. 물벼룩을 관찰한다 관찰한 물벼룩의 모습 심장박동수를 카운터기를 이용하여 센다 228 영재교수 학습표준화자료

229 3. 탐구결과 대조군 카페인 아드레날린 심장박동수/30초 4. 생각해보기 (1) 카페인과 아드레날린의 효과를 비교해 보자. 카페인은 아드레날린처럼 우리 체내에 흡수되었을 때 심장박동을 ( 카페인은 ( )의 분비를 자극할 것이다. )하는 효과가 있다. (2) 위의 탐구결과를 바탕으로 카페인이 인체에 미치는 영향을 생각해 보자. 가) 대뇌 피질: 나) 심장박동: 다) 소화액 분비: 라) 항 이뇨호르몬의 분비: 마) 칼슘의 흡수: (3) 다음은 여러 약물의 종류와 그 작용을 조사한 표이다. 구분 종류 중독성 습관성 중추신경흥분제 (뇌신경 세포의 기능을 흥분시키는 니코틴, 카페인, 암페타민류, 필로폰, 코카인 등 있음 있음 약물) 중추신경억제제 (뇌신경 세포의 기능을 억제시키는 약물) 환각제 (뇌신경 세포의 기능을 흥분시키기도 하고 억제시키기도 하는 약물) 알코올, 흡입제(가스, 본드 등), 마약류(아편, 모르핀, 헤로인), 수면제(러미나), 신경안정제(바륨, 아티반), 진해제, 항히스타민제 있음 있음 -대마초, 마리화나, phencyclidine(lsd/pcp) 있음 있음 기타 진통제 있음 있음 중학교 2학년 생물 229

230 가) 각성제의 역할을 할 수 있는 것은 무엇인가? 나) 음주 운전이 위험한 이유를 설명해 보자. 다) 위의 약물들 중 중추신경억제제 등은 진정제나 마취제 등 의학적 용도로 사용하기도 한 다. 그러나 이러한 약물들을 본래의 목적에 맞지 않게(남용), 너무 많은 양을 사용(오용) 하면 우리 신체에 어떤 영향을 미치겠는가? 읽기자료 1. 카페인(C8H10O2N4) 카페인은 무색 무취의 흰색결정으로서 물이나 알코올 등에 약간 녹으며 쓴맛이 난다. 자연적으 로는 찻잎에 흔히 들어 있어 찻잎에서 추출할 수 있으며 이외에도 인공 합성할 수 있다. 카페인이 들어 있는 것에는 커피를 비롯하여, 녹차, 홍차 등이 있으며 그 밖에도 콜라를 비롯한 탄산음료, 코코아 분말, 초콜릿, 박카스와 같은 피로회복용 음료 등에도 들어 있어 우리 생활에서 차나 음식 을 통해 쉽게 섭취할 수 있다. 2. 카페인과 알코올이 신경계에 미치는 상반된 작용 신경계는 신경계를 구성하는 신경세포인 수많은 뉴 런으로 구성되어 있는데 뉴런과 뉴런은 시냅스라 불 리는 미세한 틈을 사이에 두고 연결되어 있다. 한 뉴 런에서 발생된 흥분은 이 시냅스를 통해 전달되는데 앞 뉴런(절전섬유)의 축색돌기 말단에서 신경전달물질 이 시냅스로 분비되면 다음 뉴런(절후섬유)의 수상돌 기의 막으로 이 신경전달물질이 수용되어 활동전위를 발생함으로써 신경흥분이 전달된다. 알려진 신경전달 물질들 중 대표적인 것으로는 아드레날린과 아세틸콜린이 있다. 어떤 뉴런에서 전달된 신경전달 물질은 그 다음 뉴런의 활동전위 생성을 억제하는 효과를 나타내는데 이와 같은 억제제를 분비하 는 뉴런을 억제성 뉴런, 활동전위 생성을 촉진시키는 신경전달물질을 분비하는 뉴런을 흥분성 뉴 런이라고 한다. 230 영재교수 학습표준화자료

231 카페인은 이와 같이 억제성 뉴런에서 분비되는 억제성 신경전달물질의 수용체로 작용하여 그 다음 뉴런으로 억제성 신호를 차단시키는 효과를 나타낸다. 따라서 간접적으로 중추신경계를 자 극하는 각성효과를 나타낼 수 있는데, 이러한 물질들을 흥분제라고 한다. 반면에 알코올은 중추신경계에 억제성 신호를 증가시켜 신경전달이 제대로 이루어지지 못하게 한다. 이러한 물질들은 억제제라고 한다. 음주 후에는 이성적인 판단이 흐려지고 말이 어눌해지거 나 몸을 제대로 가누지 못하는 증상이 나타나는 것은 알코올의 억제 효과 때문이다. 음주운전은 반응시간이 느려지므로 매우 위험하다. 과제 카페인이 들어있는 음료에는 커피 이외에도 어떠한 것들이 있으며 이들이 가지고 있는 카페인 은 커피의 카페인과 어떻게 다른지 조사해 보자. 참고자료 1. (두산세계대백과) 2. healthguide.kihasa.re.kr/kor/healthinfo/2000/07/contents/theme1.html 건강매거진: 보건복지부 산하 한국건강사회연구원 정기간행물(7월호) 중학교 2학년 생물 231

232 15. 어떤 환자의 오줌일까? 주제 어떤 환자의 오줌일까? 목표 1. 오줌 샘플로 뇨검사를 하는 방법을 생각해 낼 수 있다. 2. 오줌 샘플의 겉보기, 물리적 화학적 검사를 통해 가능한 질병을 진단할 수 있다. 3. 뇨검사의 원리와 검사 결과를 질병진단에 적용하는 근거를 이해할 수 있다. 준비물 1. 기구 : 현미경, 50ml 비커, 메스스포이트, 슬라이드글라스, 커버글라스, 핀셋, 시험관, 시험관대, 항온수조, 알콜램프, 가스라이터 2. 재료 : 오줌샘플 4가지, 베네딕트용액, 10%수산화나트륨용액, 1%황산구리용액, ph용지, 뇨검사 지(5가지검사용), 요소지시약, 네임펜, 라벨지, [오줌 샘플] 232 영재교수 학습표준화자료

233 유의사항 1. 오줌샘플이 서로 섞이지 않도록 주의한다. 2. 사용하는 스포이트, 슬라이드글라스 등이 서로 섞이지 않도록 유의한다. 실험과정 실험 전 생각 자료 1. 상황설명 자료 김수민씨는 어느 시골병원 내과의사의 조수이다. 수민씨의 업무는 의사가 정확한 진단을 내릴 수 있게 임상실 실험을 총괄하는 것이다. rm 중에서도 자주 해야하는 대표적인 것이 바로 뇨검사이다. 오늘은 의사가 수민씨에게 4개의 사례자료을 주고 4개의 유사한 오줌샘플로 뇨검사를 해줄 것 을 부탁하였다. 2. 환자들의 임상 기록 (1) 환자1. 황민기 남자. 19세. 소변배출량이 증가하고 식욕이 증가하며 갈증이 심함. 알 수 없는 체중감소 경험. (2) 환자2. 김정규 남자. 60세. 불규칙하게 몇 주씩 피곤함. 현기증이 자주 나타남. 최근에는 밤잠을 못 이룰 때가 많아짐. 발목과 발이 부풀어 오르고 얼굴이 부은 듯함. 갈비뼈 바로 아래 옆구리에 타 는 듯한 고통을 경험함. 소변색깔이 짙고 거품이 남. 내과진단 결과 혈압이 높아지고 신장 이 혈압에 민감함을 발견. (3) 환자3. 이미라 여자. 27세. 배뇨 시 고통을 동반함. 배뇨가 잦고 긴급함. 오줌 색깔이 우유 빛. 감염의 증거 로 열이 나고 으스스함. ()4) 환자4. 배기자 여자. 46세. 정기적으로 해마다 검진한 결과 눈에 보이는 증상이 없음. 실험 방법 1. 신장에서 오줌이 걸러지는 과정을 생각해보고, 비뇨기계에 이상이 있는 경우 오줌에 어떤 성분 이 포함되어 있을 것인지 예측해본다. 2. 오줌 샘플을 조사할 방법을 고안해낸다.(준비된 실험도구를 보고 예측 가능) 중학교 2학년 생물 233

234 3. 4가지 오줌샘플을 고안해 낸 방법에 의해 각각 조사하고 그 결과를 정리한다. 4. 오줌샘플을 겉보기와 같은 물리적 특성, 화학적 검출반응, 현미경 등을 이용하여 검사한다. 5. 4가지 오줌 샘플을 서로 섞이지 않도록 네임펜으로 각각 환자1, 환자2, 환자3, 환자4 를 표기 한다. 6. 각 샘플마다 다른 스포이트나 유리막대를 사용하여 오줌샘플이 섞이는 일이 없도록 한다. 7. 현미경을 이용하여 검사하는 경우 역시 네임펜으로 슬라이드글라스에 환자1, 환자2 등으로 표 기한다. 8. 현미경으로 검사하는 경우 관찰되는 것들(미생물 또는 혈구 등)을 그림을 그려 기록한다. 9. 요소지시약을 이용하여 오줌 구성 성분 중 요소의 유무를 확인해본다. 보충설명 실험 결과 1. 오줌샘플의 물리적 특성(냄새, 색깔 등 ) 검사 결과를 아래 표에 정리한다. 오줌샘플 냄새 색깔 그 외 겉보기 특성 환자1 환자2 환자3 환자4 2. 오줌샘플의 화학적 검출반응(당검출, 단백검출 등) 검사 결과를 아래 표에 정리한다. 오줌샘플 당검출 단백검출 ph 환자1 환자2 환자3 환자4 3. 오줌샘플의 현미경적 검사 결과 관찰되는 것을 아래에 그려보자. 배율: 234 영재교수 학습표준화자료

235 4. 오줌샘플 속에 들어있는 요소 성분의 유무를 확인해보고 그 결과를 정리해보자. (1) 요소지시약을 사용하는 경우 오줌샘플 환자1 환자2 환자3 환자4 색깔변화 (2) 요소 결정을 확인할 경우 오줌샘플 환자1 환자2 환자3 환자4 색깔변화 생각해보기 1. 오줌샘플의 물리적, 화학적, 현미경적 검사 결과를 요약 정리해보자. 2. 어느 환자가 관리 대상 환자일까? 각 조별로 의견을 발표해보고 다른 조와 비교해 보자. 3. 황민기씨는 무슨 질환을 갖고 있을까? 그 의견을 뒷받침 할 수 있는 증거는 무엇인가? 4. 김정규씨는 무슨 질환을 갖고 있을까? 그 의견을 뒷받침 할 수 있는 증거는 무엇인가? 5. 이미라씨는 무슨 질환을 갖고 있을까? 그 의견을 뒷받침 할 수 있는 증거는 무엇인가? 6. 배기자씨는 무슨 질환을 갖고 있을까? 그 의견을 뒷받침 할 수 있는 증거는 무엇인가? 7. 건강진단에 소변검사가 중요한 요소가 되는 이유는 무엇일까? 중학교 2학년 생물 235

236 왜 그럴까? 1. 소변 검사 우리는 몸에서 추출한 여러 종류의 조직, 분비액(혈액, 배설물, 뇌척수액 등)들을 검사하여 질병 의 원인을 찾는다. 의사들이 진단의 실마리를 얻기 위해 검사하는 많은 대상물 중 하나가 오줌이다. 뇨검사는 매우 중요한 진단도구이다. 뇨검사는 물리적, 화학적, 가시적 검사를 포함한다. 어떠한 검사보다 철저한 뇨검사로 몸 상태에 대한 정보를 더 많이 얻을 수 있다. 요도관 감염, 신부전증, 당뇨, 간질환 등은 몇 가지 뇨검사 만으로도 진단할 수 있다. 오줌시료를 분석하면 몇 가지 요소를 알게 된다. 즉, 색깔, 겉보기 형태, ph, 현미경 관찰결과, 포도당과 단백질 함유여부 등이다. 2. 소변 색깔 정상뇨의 색깔은 urochrome의 농도에 따라 연노랑에서 황갈색까지의 색을 띤다. urochrome은 혈 단백질 헤모글로빈이 파괴되면서 생기는 최종산물이다. 오줌의 겉보기 형태로도 질환을 파악할 수 있다. 예를 들면 연노랑 오줌은 갈증과 배뇨가 심한 요붕증이나 신장결석일 수 있으며 또는 단 순히 물을 다량 섭취함으로써 희석된 것일 수도 있다. 불그레한 오줌은 비트류에 들어 있는 것과 같은 식색소, 어떤 약이나 음식, 또는 소변에 섞인 혈액 때문일 수도 있다. 녹색 빛깔의 오줌은 담 색소(황달), 또는 어떤 세균성감염 때문이다. 흑갈색 오줌의 원인은 페놀이나 중금속오염 또는 신 장 상해나 말라리아에 의한 출혈이다. 3. 소변의 산성도 정상뇨의 ph범위는 4.5~8.0이다. 오줌의 수소이온지수는 개인의 식성에 따라 달라진다. 발열과 산혈증은 ph를 낮춘다. 빈혈, 구토, 노폐 등은 ph를 높인다. 4. 소변의 현미경 검사 오줌을 현미경으로 관찰하면 판에 박힌 뇨검사의 생생한 면을 볼 수 있다. 오줌은 기본적으로 물로 되어있고 그 속에 어느 정도의 염분과 유기물이 녹아있다. 오줌에는 황, 염소, 인, 암모니아와 같은 무기물도 포함되어 있다. 오줌의 침전 고형물에서 볼 수 있는 주요 물질에는 결정, 세포, 미 생물 등이 있다. 참고자료 년도 교과전문성신장 국외연수결과물(생물) 2. HOLT Bio Sources laboratory techniques C 영재교수 학습표준화자료

237 16. 호르몬과 항상성 주제 호르몬과 항상성 목표 피드백 원리에 의한 항상성 조절 기작을 이해 우리는 더우면 땀을 흘리고 추우면 몸을 떤다. 이런 현상은 체온을 일정하게 유지하려는 작용이 다. 이렇게 사람의 몸은 외부 환경이 변하더라도 내부 환경을 일정하게 유지하려는 항상성을 갖고 있다. 그러면 항상성의 유지가 어떻게 이루어지는 걸까? 활동안내 1. 항상성은 어떻게 유지될까? (1) 학습목표 1 생물에서 항상성의 의미를 설명할 수 있다. 2 피드백 원리에 의한 항상성 조절 기작을 이해할 수 있다. (2) 생각해 보기 중학교 2학년 생물 237

238 1 날씨가 추울 때 창문을 닫는 것과 난방 기구를 사용하는 것에 해당하는 생리작용은 무엇 인가? 2 위 그림에서 날씨가 추울 때 대사량을 증가시키는 것에 관여하는 호르몬은? 3 체온이 올라가면 어떻게 체온을 조절하는지 그 과정을 순서대로 적어보자. 4 우리 몸에서 체온과 같이 일정하게 유지해야 하는 것에 무엇이 있을까? 5 생물에서 항상성은 왜 중요할까? 학습활동 1. 호르몬은 혈당량을 어떻게 조절할까? 식사 후 영양소가 흡수되면 혈액 속의 포도당, 즉 혈당량은 급격히 증가하고, 세포 활동으로 포 도당이 소모되면 혈당량은 점점 떨어진다. 그러나 사람의 혈당량은 이런 일시적인 변화에도 불구 하고 곧바로 다시 일정한 범위 내의 농도로 회복된다. 어떻게 이런 조절이 유지될까? (1) 학습 목표 1 호르몬에 의해 혈당량이 조절되는 과정을 설명할 수 있다. 2 호르몬의 분비량이 어떻게 조절되는지 그 기작을 모형활동으로 나타낼 수 있다. 238 영재교수 학습표준화자료

239 (2) 준비물 조별 : 혈관벨트, 간, 이자, 소장, 뇌, 근육 카드 1개씩(두꺼운 마분지) 사탕 40개, 빨간 깃발 10개, 노란 깃발 10개. (3) 모형 활동의 유의점 1 모형활동은 단순화한 것으로 실제 우리 몸의 혈당량 조절 기작은 여러 기관이 관여하고 있음을 주지시킨다. 2 한 가지 활동이 끝날 때마다 혈관 벨트의 사탕수가 20개 인지를 확인한다. 3 두 가지 활동을 연속해서 한 후에는 혈관 벨트의 사탕 수 변화가 일시적인 혈당량의 변 화임을 인식시킨다. (4) 탐구 과정 1 4 5명이 한 조가 되어 모형활동을 진행한다. 간, 이자, 소장, 뇌, 근육, 혈관 벨트의 역할을 맡을 사람을 정한다. (조별 인원에 따라 뇌, 근육, 소장, 혈관 벨트의 역할은 1명이 2개씩 담당한다) 2 혈관 벨트는 지름 30cm정도의 도넛형 원판 모양을 만들어 사용한다. 3 혈관 벨트에 사탕을 20개 놓는다. 4 간과 소장 역할을 한 사람은 카드 위에 사탕을 각각 10개씩 올려놓는다. 이 때 사탕은 무엇을 의미하는가? 간과 소장 속의 사탕은 어떻게 생긴 것일까? 5 이자 역할을 맡은 사람은 빨간 깃발과 노란 깃발 각 10개씩을 갖는다. 6 조별로 잘 때, 운동할 때, 공부할 때, 식사한 후 각 상태에 따른 사탕 수의 변화를 표 중학교 2학년 생물 239

240 를 보고 각각의 모형에 나타낸다. (조원들이 다음 표를 보고 각 상태에 따른 사탕 수를 더하거나 뺀다.) 활 동 근 육 뇌 소 장 잘 때 운동할 때 공부할 때 식사한 후 혈관 벨트에 사탕을 더하고, 빼는 것은 무엇을 의미하는가? 7 이자를 맡은 조원은 혈관 벨트 위의 사탕 수를 확인하고, 20개보다 모자라는 수만큼의 빨 간 깃발을 간에게 전달한다. 또, 20개보다 많은 경우에는 그 만큼의 노란 깃발을 간에게 전달한다. 8 간을 맡은 조원은 이자에게 받은 빨간 깃발 수만큼의 사탕을 혈관에 전달하고, 노란 깃 발을 받으면 그 수만큼 혈관의 사탕을 빼내어 간으로 옮긴다.. (5) 결과 및 토의 1 네 가지 활동(잘 때, 운동할 때, 공부한 후, 식사할 때)을 빠른 속도로 번갈아서 해 보고, 한 활동이 끝날 때 마다 각 모형이 가진 사탕 수와 이자와 간이 가진 깃발 수를 세어 다 음 표에 기록한다. (혈관 벨트위의 사탕수를 중심으로 센다) 활 동 근 육 뇌 소 장 간이 내놓은 사탕 수 이자에서 간으로 전달한 깃발의 색깔과 수 활동 끝에 혈관 벨트에 남은 사탕의 수 2 두 가지 활동을 연속 두 번 한 다음 각각의 사탕수와 깃발 수를 세어 표에 기록한다. 240 영재교수 학습표준화자료

241 활 동 근육 뇌 소장 간이 내놓은 사탕 수 이자에서 간으로 전달한 깃발의 수 활동 끝에 혈관 벨트에 남은 사탕의 수 3 위 모형활동 결과, 이자와 간의 기능은 근육, 뇌, 소장의 기능과 어떻게 다를까? 4 모형 활동에서 깃발, 사탕, 혈관벨트가 의미하는 것은 각각 무엇인가? 5 만일 빨간 깃발이나 노란 깃발이 부족하게 되면 어떤 일이 생길지 예상해 보자. 6 실제 우리 몸에서 빨간 깃발이나 노란 깃발이 부족할 때 어떤 증상이 나타나는지 연결지 어 보자. 7 위의 모형 활동은 신체에서 일어나는 혈당량 조절 과정을 모형화한 것이다. 우리 몸에서 일어나는 과정과 유사한 점과 다른 점을 비교하여 적어보자. 과 정 유사점 차이점 각 기관으로부터 혈관벨트에 사탕을 더하거나 빼냄. 활동이 끝난 후 혈관벨트의 사탕수가 일정하게 유지됨. 이자에서 간으로 깃발 전달. 혈관벨트의 사탕을 세는 것. 빨간 깃발의 기능 노란 깃발의 기능 중학교 2학년 생물 241

242 (6) 더 알아봅시다. 1 호르몬 분비량은 어떻게 조절될까? 그림은 수조 속의 물의 높이가 일정하게 유지되는 장치 이다. 호르몬의 분비도 이런 원리로 조절된다. 혈액 속의 호르몬 양이 일정한 수준 이상으로 증가하면, 증가된 호르 몬이 자신을 분비한 내분비선의 기능을 억제하여 호르몬 분비량이 줄어든다. 또한, 혈액 속의 호르몬 양이 일정 수 준 이하가 되면, 내분비선의 기능을 억제하지 않아 다시 호 르몬 분비량이 증가한다. 이와 같이, 분비된 물질이 내분비선의 기능을 조절하여 호르몬의 생산량을 조절하는 현상을 피 드백 조절이라고 한다. 2 혈당량의 조절 정상인의 경우 혈당량은 0.1% 정도를 유지한다. 이런 혈당량 조절은 뇌하수체와 부신, 이자에서 분비하는 호르몬과 자율신경에 의한 피드백 작용에 의해 이루어진다. 가) 고혈당일 때 간뇌의 시상하부 부교감신경 이자: 인슐린 합성, 분비 촉진 나) 저혈당일 때 간뇌의 시상하부 교감신경 이자: 글루카곤 분비/ 부신 수질: 아드레날린 분비 참고자료 2005 과학실험 강사요원 직무연수 자료집 242 영재교수 학습표준화자료

243 중학교 3학년 생 물 Ⅰ. 생식과 발생 Ⅱ. 유전과 진화 Ⅲ. 환경

244

245 1. 곰팡이의 생활환경과 미세구조 관찰 주제 곰팡이의 생활환경과 미세구조 관찰 목표 1. 곰팡이가 자라는 환경을 알 수 있다. 2. 곰팡이의 생김새와 생활을 안다. 활동안내 공기 중에는 수많은 효모와 곰팡이의 포자들이 떠돌다가 생활환경 조건이 맞는 곳에 삶의 터전 을 잡는다. 이번 학습에서는 효모와 곰팡이가 자라는 환경 조건을 알아보고, 곰팡이를 기르면서 그 모양을 살펴보는 활동을 해 본다. 준비물 빵(곰팡이가 핀 빵), 샬레, 슬라이드글라스, 커버글라스, 해부현미경, 현미경, 메틸렌 블루 유의사항 곰팡이가 핀 빵을 미리 준비 한다.-온도에 따라 다르지만 곰팡이가 자라는데 약 1~2주가 걸린다. 1. 배양 온도는 25 전후가 적당하고, 습도 높으면 부패도 일어난다. (30~40 에서는 세균이 함께 번식하여 부패된 냄새를 난다.) 2. 균사는 하얀색을 띤 것이 많다. 검은빵곰팡이를 사용하면 관찰하기 쉽다. 3. 곰팡이의 포자는 매우 작아서 날아가기 쉽고 유해한 것이 대부분이므로 직접 흡입하지 않도록 샬레뚜껑을 덮고 관찰한다. 4. 해부현미경으로 관찰하면 균사나 포자의 모양이 입체적으로 잘 관찰된다. 중학교 3학년 생물 245

246 실험과정 1. 식빵과 옥수수자루에 곰팡이가 잘 피도록 하는 환경을 만든다. 샬레에 식빵과 옥수수자루를 넣는다. 식빵과 옥수수자루가 젖을 정도로 물을 축여 준다. 20~30 정도의 실내에서 1시간 놓아둔 다음 샬레의 뚜껑을 덮는다 샬레를 온도가 높고 그늘진 곳에 둔다(은박지로 싸둔다.). 샬레 속의 식빵과 옥수수자루의 변화를 4~7일 동안 계속 관찰한다. 2. 곰팡이가 피면 샬레에 핀 곰팡이를 해부현미경으로 관찰한다. 탐구활동 1. 우리 주위에서 곰팡이가 피어 있는 곳을 찾아본다. 어느 곳에서 찾을 수 있는가? 2. 곰팡이를 관찰해 보자 (1) 샬레뚜껑을 덮고 곰팡이를 해부현미경으로 관찰한다. 결과 1. 곰팡이가 피어있는 곳의 환경은 어떠한가? 2. 식빵에 핀 곰팡이를 관찰한다. 색깔 구조 피어 있는 모양 곰팡이 1 곰팡이 영재교수 학습표준화자료

247 3. 식빵에 핀 곰팡이의 모양을 그려보자. * 식빵에 핀 곰팡이 1 * 식빵에 핀 곰팡이 2 생각해보기 1. 이 지구상에서 곰팡이가 하는 역할은 무엇인가? 2. 균류와 우리 생활과 관계를 알아보고 생활에 잘 활용방안을 생각해보자. 3. 곰팡이 발생 조건의 탐구 학습 과정을 통하여 온도, 습도, 양분 등이 곰팡이의 생장에 미치는 영향들을 알아보자. 4. 곰팡이에 의한 피부병(무좀)을 인터넷 자료검색을 이용하여 알아보자. 참고자료 빵에 핀 곰팡이의 전자현미경적 관찰 식빵에 핀 곰팡이로 균사가 분지를 하면서 공기 중으로 자라서 포자낭을 만들고 이 포자낭에서 무성 포자를 만든다. 포자는 색소를 가지고 있고 건조에 대하여 내성이 강하며 새로운 서식처로 퍼뜨리는 역할을 한다. 자낭균 중에서 몇 종류는 인체와 식물에 대하여 병원성이 있으나 나머지 중학교 3학년 생물 247

248 대부분은 비병원성이며 오히려 인간에게 유익하게 작용한다. 식빵에 핀 곰팡이의 포자낭과 분생 포자를 전자현미경적으로 관찰해 보았다. 누룩공팡이의 성숙한 포자낭. (Spergillus, 4kV, x1,000) 누룩곰팡이의 분생포자로 포자낭에서 떨어져 조건이 맞으면 여러 개의 포자로 나뉘어 균사를 형성한다. (15kV, x10,000) 빵에 핀 검은 곰팡이의 성숙된 분생 포자낭. (5kV, x450) 검은 곰팡이의 성숙된 분생 포자낭에서 포자는 마치 탄알처럼 들어 있다가 조건이 맞으면 튀어 나오는 모습. (5kV, x5,000) 빵에 핀 검은 곰팡이의 성숙된 분생 포자낭에서 포자는 마치 탄알처럼 들어 있다가 조 건이 맞으면 튀어 나오는 모습 분생 포자낭에서 포자가 튀어나가기 직전 모습 (왼쪽 : 포자낭, 1,000 촬영 오른쪽 : 분생 포자낭, 15,000 촬영) 248 영재교수 학습표준화자료

249 분생 포자낭에서 포자가 튀어나가는 모습 (왼쪽 : 포자낭, 1,700 촬영 오른쪽 : 분생 포자낭, 10,000 촬영) 분생 포자낭에서 포자가 튀어나간 모습 (왼쪽 : 포자낭, 1,000 촬영 오른쪽 : 분생 포자낭, 12,000 촬영) 중학교 3학년 생물 249

250 2. 꽃가루관의 발아 주제 꽃가루관의 발아 목표 1. 꽃가루에서 꽃가루관이 발아하는 과정을 관찰할 수 있다. 2. 꽃가루관의 발아는 식물의 수정에서 어떤 역할을 하는지 알 수 있다. 3. 식물에 따라 꽃가루관 발아의 차이점을 알 수 있다. 준비물 1. 기구 : 광학현미경, 해부현미경, 항온기, 샬레, 필름통 뚜껑, 스포이트, 슬라이드글라스, 커버글 라스, 핀셋, 알콜램프, 삼발이, 비커(50ml), 면도칼, 대물마이크로미터, 접안마이크로미터 2. 재료 : 나리꽃, 백합, 호박꽃(암꽃, 수꽃 모두), 설탕, 질산칼슘, 붕산, 질산칼륨, 황산마그네슘, 증 류수, 한천가루, 아세트올세인용액, 거름종이, 베네딕트용액, 요오드-요오드화칼륨용액, 5%수산화나트륨용액, 1%황산구리용액 알아두기 1. 꽃 - 생식기관 꽃은 종자를 만들기 위한 기관이며, 번식을 위해 화려한 색과 꿀로써 나비를 유인하기도 한다. 종자의 근원이 되는 것을 ( )라 하고, 속씨식물에서는 밑씨가 수술의 근본인 ( )으로 싸여 져 있다. 겉씨식물에 있어서는 밑씨가 씨방으로 싸여 있지 않다. 겉씨식물의 꽃은 화려한 모습과는 좀 거 리가 멀지만, 형태가 재미있는 것이 많다. 250 영재교수 학습표준화자료

251 2. 속씨식물의 중복수정 속씨식물은 꽃가루가 암술머리에 붙어 수분되면 꽃가루관이 나와 배낭을 향해 성장한다. 꽃가 루관 속의 2개의 ( )은 배낭 속의 ( ), 2개의 ( )과 각각 수정하는 중복수정을 한다. 3. 꽃가루관의 생장 꽃가루관이 밑씨(배낭)를 향해 자라는 것은 밑씨에서 분비되는 화학물질 ( 다. 화분관의 이러한 성질을 ( )이라고 한다. )의 자극 때문이 활동안내 1. 배양액을 이용한 꽃가루관의 발아 관찰 1 증류수 1L에 질산칼슘( Ca(NO 3 ) 2 ) 0.417g, 붕산( H3BO 3 ) 0.2g, 질산칼륨(KNO 3 )0.101g, 황산마그네슘( MgSO 4 7H2O )0.217g을 녹여 무기염류 용액을 만든다. 2 설탕 40g을 증류수에 녹여 설탕물 100ml가 되도록 한다. 3 설탕 용액 2방울과 염류 용액 6방울을 필름통 뚜껑에 떨어뜨 린다. 4 필름통 뚜껑에 떨어뜨린 용액을 스포이트를 이용하여 섞는다. 5 (4)에서 섞은 용액 한 방울을 슬라이드글라스에 떨어뜨리고 여 기에 나리꽃의 꽃가루의 꽃가루를 털어 떨어뜨린다. 6 준비된 슬라이드글라스를 재빨리 뒤집어서 (4)의 필름통 뚜껑 위에 엎는다. 중학교 3학년 생물 251

252 7 준비된 꽃가루관 발아장치는 항온기에 넣고 25 를 유지시킨다. 8 30분 간격으로 필름통 뚜껑 위에 뒤집은 슬라이드글라스를 조심스럽게 다시 뒤집은 후 커 버글라스를 덮고 현미경으로 꽃가루의 변화를 관찰한다. 9 꽃가루관이 발아한 후 아세트올세인용액으로 염색한 후 현미경으로 관찰하고 염색하지 않 았을 때와 비교해본다. 2. 한천 배지를 이용한 꽃가루관의 발아 관찰 1 1% 한천배지를 만들어 끓인 후 10%설탕용액을 만들어 섞는다. 2 설탕용액을 섞은 한천 배지를 샬레에 두께 1mm정도 되도록 얇게 붓는다. 3 한천배지가 완전히 굳어지기 전에 나리꽃의 꽃가루를 털어 떨어뜨린 후 샬레의 뚜껑을 덮 는다. 4 준비된 샬레를 항온기에 넣고 25 를 유지시킨다. 5 30분 간격으로 샬레의 뚜껑을 열고 현미경을 이용하여 꽃가루의 변화를 관찰한다. 6 꽃가루관이 발아한 후 아세트올세인 용액으로 염색한 후 현미경으로 관찰하고 염색하지 않 았을 때와 비교해본다. 주의할 점 1. 방법A에서 슬라이드글라스를 필름통 위에 뒤집을 때 재빨리 한번에 뒤집어서 슬라이드글라스 위 의 배양액이 방울처럼 매달리는 형태를 유지하도록 한다. 2. 한천배지에 꽃가루를 떨어뜨릴 때 한천 배지가 뜨겁지 않을 때 떨어뜨린다. 3. 꽃가루를 떨어뜨릴 때 너무 많은 양이 뭉치지 않도록 한다. 3. 암술 추출액의 성분 조사 1 나리꽃의 암술(암술머리, 암술대, 씨방)을 각각 막자사발에 넣고 약간의 증류수를 넣으면서 으깨어 암술추출액을 만든다. 2 영양소 검출법을 이용하여 암술 추출액의 성분을 알아본다. 결과정리 1. 방법A와 방법B에서 설탕물을 사용하는 까닭은 무엇일까요? 252 영재교수 학습표준화자료

253 2. 각 시간대별로 현미경으로 나리꽃의 꽃가루의 모습(꽃가루관의 발아율, 꽃가루관 의 길이 등) 을 비교해보자. 특징 시간 0분 30분 경과 후 60분 경과 후 꽃가루의 크기 꽃가루관의 발아율 (꽃가루관이 발아된 꽃가루 수/꽃가루 수) 꽃가루관의 길이 기타 3. 꽃가루관이 발아한 후 염색하기 전과 염색한 후의 꽃가루관의 모습의 차이점이 있는가? 4. 암술추출액은 성분물질은 무엇인가? 생각 모으기 1. 식물이 꽃을 피우는 이유는 무엇일까요? 2. 꽃이 씨를 맺기 위해 어떤 과정을 거쳐야 할까요? 3. 꽃가루에서 발아한 꽃가루관은 식물의 수정 과정에서 어떤 역할을 한다고 생각하나요? 참고사항 1. 현미경용 마이크로미터의 사용법 접안마이크로미터와 대물마이크로 미터를 동시에 끼워 접안 마이크로미터 한눈금의 길이를 잰 다음, 그 접안마이크로미터로 물체를 보고, 현미경 상에 나타난 물체가 몇 눈금에 해당되는지 계 중학교 3학년 생물 253

254 산하여 크기를 계산한다. 대물마이크로미터 1눈금의 길이 = 10 μm 접안마이크로미터 대물마이크로미터 눈금 수 = (μm) 한 눈금의 길이(N) 접안마이크로미터 눈금 수 따라서 물체의 크기 = 물체에 걸친 접안마이크로미터 눈금수 N 2. 꽃가루관의 발아와 수정 꽃가루가 발아하여 형성하는 관모양의 기관 을 꽃가루관이라고 한다. 꽃가루는 발아하기 전에 수분을 빨아들여 부피가 커지고, 원형질 유동을 하면 발아하여 꽃가루관을 뻗는다. 꽃 가루관은 보통 한 가닥이지만 여러 가닥이 나 오는 것도 있다. 보통 암술머리에서 발아하지만 콩과식물은 수술머리에서 발아한다. 꽃가루관의 길이는 수 mm~60cm까지 다양하다. 성장속도는 식물의 종류와 외부조건에 따라 다르며, 빠른 것은 10 ~ 30분, 늦은 것은 며칠 걸리지만 대체로 3~4시간이다. 꽃가루관은 암술대를 통해 씨방 속으로 들 어가 밑씨 속의 배낭에 도달한다. 속씨식물의 경우 꽃가루가 암술머리에 붙으면 핵이 2개로 분열 하여 꽃가루관핵과 생식핵이 되며 꽃가루관핵은 꽃가루관이 배낭에 도달하면 파괴된다. 생식핵은 다시 분열하여 2개의 정핵이 되어 배낭 속의 알세포, 2개의 극핵과 각각 수정한다. 정핵과 수정한 난세포는 배(embryo)를 형성하고 정핵과 수정한 극핵은 배젖을 만들어 씨앗이 된 다. 이와 같이 2개의 정핵이 난세포와 극핵에 수정되는 현상을 중복 수정이라 하며 중복수정은 속 씨식물에서만 나타난다. 3. 자료 출처 환경조건에 따른 꽃가루관 신장에 관한 탐구(2002년,전국과학전람회, 충북 청주시 가경중학 교 김종미) 영재교수 학습표준화자료

255 3. 세포는 왜 분열할까? 주제 세포는 왜 분열할까? 목표 한천조각을 이용한 세포분열의 의의 탐구 활동 활동안내 사람의 일생이 그런 것처럼 지구상에 있는 모든 생물체는 그 생김새나 형식은 다를지라도 유사 한 과정을 거친다. 100m 넘는 키에 수명이 수천 년이나 되는 세쿼이어(Sequoia)나 단세포이면서 수 명이 몇 십 분에 지나지 않은 박테리아까지 생김새나 수명은 모두 다를지라도 공통적으로 새로운 개체가 형성된 다음 자라고 새로운 개체를 만드는 과정을 거친다. 그럼으로써 한 개체의 수명은 제한되어 있지만 멸종하지 않고 살아남을 수 있는 것이다. 작은 몸집의 아기였던 내가 지금의 모습처럼 자라는 과정은 어떻게 이루어질까? 우리 몸이 자라는 과정이 어떻게 이루어지는지 알게 된다. 하나의 작은 세포였던 수정란이 어머니 몸 안에서 266일 정도 지나면 태어나게 된다. 태어난 아 기는 작은 풍선을 불어서 커다랗게 만든 풍선처럼 한 개의 세포가 커진 모습이 아니다. 아기는 머 리끝에서 발끝까지 다양한 모습을 하고 있다. 머리털, 피부, 눈, 귀, 입 심지어 손톱이나 발톱까지 성인의 축소판이다. 또 이런 아기가 자라서 현재의 우리 모습이 되는 것이다. 이번 활동을 통해 한 개의 세포인 수정란이 발생하여 태어난 작은 아기가 자라서 현재의 우리 몸처럼 커다랗게 과정을 알 수 있게 된다. 중학교 3학년 생물 255

256 생각 1. 우리 몸을 구성하는 세포들은 모두 같은 크기와 모양을 하고 있을까? 세포의 크기와 다양성(단위 : μm) 1. 우리 몸을 구성하는 세포의 수는 몇 개나 될까? 우리 몸을 구성하는 세포의 수는 어떤 방법으 로 알아볼 수 있을까? 2. 우리가 자라면서 이들 세포는 어떻게 될까? 세포가 점점 커지게 될까? 학습활동 활동 1. 세포분열은 왜? 1. 준비물 1 기구 : 네모진 용기, 칼, 비이커, 유리막대, 종이 수건, 핀셋, 자 2 재료 : 그래프 용지, 한천, 페놀프탈레인, 4% NaOH용액 2. 활동 과정 (1) 3% 한천 수용액 300ml 에 페놀프탈레인을 녹인 다음 끓이자. 이것을 우유팩에 담아 식히자. (2) 그림과 같이 한 변의 길이가 3cm되는 정육면체와 1cm되는 정육면체를 만들자. (3) 두 종류의 한천 조각을 비커에 넣고 4%의 NaOH용액을 부어 한천 조각이 충분히 잠기도록 하자. 시간을 기록하고 10분 동안 자주 뒤집어 주자. 256 영재교수 학습표준화자료

257 (4) 10분 후 한천 조각을 꺼내어 종이 수건으로 표면을 닦고 반으로 잘라 붉게 물든 거리를 측 정하자. (가) (나) 3. 탐구결과 및 토의 (1) 두 종류의 한천 조각에서 다음 사항을 조사하여 기록하자. 표면적(cm2) 부피(cm3) 표면적/부피 붉게 물든 거 리(cm) 붉게 물든 부 피(cm3) 붉게 물든 부피/전체 부피 가 나 가 나 가 나 가 나 가 나 가 나 (2) 한천 조각이 붉게 물들게 되는 이유를 생각해보자. (3)부피, 표면적/부피의 관계를 그래프로 그려보자. (4) 표면적/부피, 붉게 물든 부피/부피의 관계를 그래프로 그려보자. 4. 생각 넓히기 (1) 한천 조각이 살아 있는 세포라면 세포 안과 밖의 양분이나 노폐물의 이동은 어느 쪽이 더 중학교 3학년 생물 257

258 잘 일어나겠는가? 또 그 이유는 무엇이라고 생각하는가? (2) 세포가 계속 커지지 않고 분열하는 이유는 무엇인가? (3) 생물의 몸에서 표면적을 늘려 물질교환의 효율을 높이는 경우를 생각해보자. 읽기자료 대부분의 세포는 육안으로 볼 수 없다. 그러나 계란이나 개구리의 알 그리고 타조의 알을 보면 서 우리는 그것이 세포임을 알아차리지 못하기도 한다. 그렇다면 세포는 크기가 어느 정도 되는 것일까? 타조알처럼 거대한 크기에서 세균처럼 겨우 몇 마이크로미터 밖에 되지 않는 대조적인 경우도 있지만 세포의 종류와 기능에 따라서 다양하다. 참고자료를 클릭한 후 세포의 크기(How big is a -?)을 찾아보면 도움이 될 것임. 1. 표면-부피 가설(surface-volume hypothesis) 세포는 사실 계속해서 자랄 수 있고 그 크기도 매우 커질 수 있다. 타조알이나 계란을 생각하면 알 수 있다. 그러나 그 내용을 좀 더 들여다보면 반드시 사실이 아니란 것을 알 수 있다. 다음의 표면과 부피의 관계를 보면 표면적의 증가보다 부피의 증가가 훨씬 크다는 것을 알 수 있다. 테두리를 빨간색으로 물들인 하얀 손수건에 빨간색의 물이 번져가는 모습을 보면 손수건이 클수록 빨간색이 손수건 중심으로 번져 나가지 못한다. 이와 마찬가지로 세포의 크기가 클수록 세포질 내로 공급되는 영양분을 세포막, 즉 원형질막이 세포의 크기에 비례해서 공급할 수 없기 때문이다. 2. 세포가 더 이상 클 수 없는 이유 세포가 생장하기 위해서는 세포질과 핵으로 세포가 필요로 하는 대사물질이 전달되어야한다. 세포는 어느 정도 크기까지 대사물질이 세포 중심부까지 충분히 전달될 수 있다. 그러나 세포의 표면적의 증가와 부피의 증가가 불균형을 이루기 때문에 어느 순간에서부터는 세포질과 핵의 요 구를 더 이상 충족시킬 수 없게 된다. 대다수 세포들은 이 시점에 이르기 전에 세포의 생장을 멈 추고 세포분열을 하게 된다. 결국 세포는 자신이 커질 수 있는 최대한의 크기까지 생장을 하며 그 258 영재교수 학습표준화자료

259 이후에는 세포분열을 통해 세포막(표면적)이 세포질(부피)을 지지할 수 있는 상태로 돌아가게 되 는 것이다. 3. 모양이 특수한 세포들 신경세포인 뉴런세포는 매우 길게 자랄 수 있다. 그렇게 되면 결국 거대한 표면적을 가지게 되 는데 이러한 표면적은 다른 뉴런세포와 협력하여 기능을 발휘하게 된다. 또한 식물세포에서 볼 수 있는 원형질유동(세포질유동, cytoplasmic streaming)은 세포막이 효율적으로 물질을 분배할 수 있도 록 도움을 주게 된다. 그리고 어떤 식물세포들은 거대한 액포를 가짐으로써 많은 양의 물을 채워 넣을 수 있다. 우리 가 먹은 밥을 소화시키면 한꺼번에 상당히 많은 양의 양분을 이동시켜야 한다. 이를 위해 소장의 세포들은 마치 보드라운 수건처럼 수많은 주름인 융털돌기(brush boder)를 만들어 원형질막의 표면 적을 극적으로 증가시켰다. 사람에서는 이 돌기의 수가 400만에 달하고, 그 표면적은 약 5m 2 에 이 른다. 그렇다면 지구상에서 가장 큰 세포인 타조알은 어떻게 된 것일까? 그 이유는 바로 난황 표면의 극히 작은 일부분에서만 대사활동이 일어나고 나머지 부분에서는 대사활동이 없기 때문이다. 결 국 타조알은 표면적과 부피에 제한받지 않고 많은 양의 영양물질이 저장될 수 있다. 4. 표면적을 변화시켜 일의 효율을 높이는 예 (1) 뿌리털 표면적을 넓히기 위해 1개의 표피세포가 늘어나서 된 것으로 뿌리에서 물과 무기양분의 효율적 으로 흡수할 수 있게 한다. 중학교 3학년 생물 259

260 (2) 라디에이터 난방기의 일종으로 주름형태를 하고 있어 열의 방출을 극대화할 수 있다. (3) 추운 지방의 정온동물들의 몸의 구조 정온동물에서 같은 종의 개체 또는 근연종일지라도 추운 지방에 사는 것일수록 귀, 주둥이, 목, 다리, 날개, 꼬리 등과 같은 체표에서 돌출하는 부분이 작다. 위 사실은 J.A.앨런이 발견한 것으로 정온동물이 외온이 변화해도 체온을 일정하게 유지할 수 있는 것은 체내에서 발생하는 열량의 조절과 체표에서의 열의 발산량의 조절에 의한 것으로, 한랭 지에서는 체표면적을 작게 함으로써 열의 발산량을 줄여 체온의 저하를 막는 것이라고 설명했다. 보통 여우와 북극여우의 귀의 크기, 말레이곰과 흰곰과의 목길이의 차이 등이 좋은 예이다. 그러 나 이것은 일반론적인 것으로 예외도 있다. 260 영재교수 학습표준화자료

261 4. 상동염색체와 세포분열 주제 상동염색체와 세포분열 목표 1. 상동염색체의 구조와 기능을 알 수 있다. 2. 체세포분열과 감수분열의 차이점을 알 수 있다. 3. 체세포분열과 감수분열의 의의를 알 수 있다. 준비물 1. 기구 : 광학현미경, 슬라이드글라스, 커버글라스, 거름종이, 핀셋, 면도칼, 가위 2. 재료 : 호밀이삭, 체세포분열 영구프레파라트, 감수분열 영구프레파라트, 아세트올세인 용액, 모루, 네오디늄 자석, 스카치테이프, 가위 알아두기 1. 염색체 : 염색체는 유전물질 ( )와 이를 응축시키는 ( )로 구성되어 있으며 간기에 는 가느다란 실 모양의 ( ) 형태로 존재하나 분열기에는 응축 되어 염색체로 된다. 염색 체의 수와 모양은 생물의 종에 따라 일정하다. 2. 세포분열 직전에 DNA 복제가 일어나서 형성된 두 가닥의 염색체로 ( ), 또는 자매 염색분체라고도 한다. 3. ( ) : 염색분체에 각각 하나씩 형성되며 여기에 방추사가 부착하여 염색분체들을 분리시 킨다. 이것이 형성되지 못하면 염색분체들이 적절히 분리되지 못한다. 4. 생식세포를 제외한 모든 체세포는 각 염색체를 쌍으로 가지고 있다. 하나는 어머니로부터 다른 하나는 아버지로부터 받은 것으로 이와 같은 염색체 쌍을 일컬어 ( )라 한다. 중학교 3학년 생물 261

262 5. 핵 속의 염색체 상태를 ( )이라 하며 체세포의 경우 모양과 크기가 같은 염색체가 한 쌍(2개)씩 있으므로 2n으로 표시하고 생식세포는 상동염색체가 없으므로 n으로 표시한다. 활동안내 1. 염색체와 상동염색체 모형 만들기 (1) 색깔이 다른 모루와 네오디늄 자석을 이용하여 세포분열시 염색사가 응축되어 형성되는 염 색체 모형을 만들어보자. (2) 같은 방법으로 DNA가 복제되어 형성된 염색분체 모형을 만들어보자. (3) 같은 방법으로 2n=4인 체세포에 들어있는 상동염색체 모형을 만들어보자. (4) 상동염색체에 눈꺼풀(또는 다른 형질)에 관한 유전자를 표시해보자. 2. 체세포분열과 감수분열의 비교 (1) 체세포분열과 감수분열의 핵분열에서 각 단계별로 나타나는 염색체 변화를 염색체 모형을 이용하여 하드보드지(또는 자석 칠판)에 나타내보자. 모세포의 염색체 수는 2n = 2 (또는 임의대로)로 정한다. 체세포분열은 전기, 중기, 후기, 말기의 4단계를 나타낸다. 감수분열은 제1분열의 전기, 중기, 후기, 말기의 4단계와 제2분열의 후기, 말기의 2단계를 나타낸다. (2) 체세포분열과 감수분열 결과 만들어진 딸세포와 염색체의 차이점을 찾아보자. 3. 체세포분열(양파의 어린뿌리)과 감수분열(호밀 이삭)의 관찰 (1) 체세포분열 관찰 1 양파의 어린뿌리 끝을 1cm 크기로 절단하여 에틸알코올과 아세트산이 3:1로 혼합된 용액 속에서 약 24시간 동안 고정한다. 2 고정된 뿌리를 증류수에 2~3분 동안 담가서 씻고, 거즈로 싸서 50~60 묽은 염산 용액 속에서 5~10분 동안 가열하여 조직을 해리시킨다. 3 위와 같이 처리된 뿌리를 증류수에 옮겨 충분히 씻는다. 4 슬라이드글라스 위에 뿌리조각 하나를 놓고 면도날로 뿌리 끝을 1~2mm 정도 자른 후, 염색액을 소량 떨어뜨린 다음 1~2 분 가량 둔다. 5 뿌리 끝을 해부침으로 매우 잘게 찢는다. 이때 염색액이 마르지 않도록 조금씩 첨가해 준다. 262 영재교수 학습표준화자료

263 6 커버글라스를 덮고 그 위에 거름종이를 덮은 후 엄지손가락으로 지긋이 세게 눌러 압착 표본을 만든다. 7 현미경을 통해 저배율에서 상을 찾은 다음 고배율로 관찰한다. (2) 감수분열 관찰 1 꽃이 피기 전에 자주달개비나 백합의 어린 꽃봉오리를 따서 에틸알코올과 아세트산이 3:1로 혼합된 용액 속에서 24시간 동안 고정한다. 2 고정한 꽃봉오리를 70% 에탄올이 담긴 페트리접시에 옮긴 후, 핀셋으로 꽃밥을 분리해 면도날로 꽃밥을 자른 다음 슬라이드글라스 위에 올려놓는다. 3 슬라이드글라스의 꽃밥 위에 염색액을 소량 떨어뜨리고 알콜 램프로 약하게 가열해 보 자. 그리고 해부침으로 꽃밥을 아주 잘게 찢는다. 이 과정에서 염색액이 마르지 않도록 조금씩 첨가해 준다. 4 충분히 잘게 찢은 후에 찌꺼기를 제거한 후 커버글라스를 덮고 다시 거름종이로 덮어서 엄지손가락으로 가볍게 눌러 압착하면서 조직이 잘 펴지도록 하면서 여분의 용액을 제거 한다. 5 저배율에서 좋은 분열상을 찾아낸 후에, 고배율로 관찰한다. 생각 모으기 1. 하나의 체세포가 분열해서 똑 같은 다른 체세포를 만들기 위해 분열 전 선행 되여야 할 점 2가 지는 무엇일까? 2. 세포분열의 속도와 횟수의 조절은 무엇에 의해 결정될까? 3. 생물체의 노화현상을 세포분열의 측면에서 설명해보자. 4. 비즈용 와이어와 네오디늄 자석은 무엇에 비유할 수 있을까? 5. 체세포분열과 감수분열의 과정에서 염색체 행동의 가장 큰 차이점을 무엇이라고 생각하는가? 중학교 3학년 생물 263

264 또한 그 차이점은 어느 단계에서 일어나는가? 6. 체세포분열과 감수분열 결과 형성된 딸세포의 염색체 수와 구성은 어떤 차이가 있는가? 7. 체세포분열 결과 형성된 딸세포가 갖게 될 유전물질은 모세포의 유전물질과 같을까? 감수분열 의 경우는 어떨까? 8. 생물의 염색체 수가 대를 거듭하여도 일정하게 유지되는 이유가 무엇인지 생각해보자. 참고사항 1. 세포주기 세포주기(Cell Cycle)는 모든 생명체가 번식하기 위한 필수적인 과정으로 간기(Interphase)와 분열 기(M phase)로 나뉜다. 세포주기의 90%를 차지하는 간기는 G 1 (G=Gap)기, S(Synthesis)기, G 2 기 3단계 로 나눠진다. G 1 기에서는 세포의 분열이 완료된 후 다음 분열을 위해 각종 세포질 요소의 합성이 일어나고, S 기에서는 DNA를 복제하며, G2기에서는 세포분열에 필요한 물질(방추사 등)을 합성하는 시기이다. 분열기(M기)에서는 핵분열과 세포질분열이 일어난다. 일반적으로 분열하지 않는 세포들은 G1기에 세포 주기가 정지되어 있다. 264 영재교수 학습표준화자료

265 2. 염색체와 상동염색체 동원체 사람의 상동염색체 염색사의 응축 3. 체세포분열 생물체는 체세포분열을 통해 체세포의 수를 늘려 나감으로써 생장한다. 체세포분열의 가장 중요 한 의의는 유전물질을 가진 염색체가 모세포에서 딸세포로 똑같이 전달되는 것이다. 체세포분열은 염 색분체의 분리과정으로 그 결과 염색체 수는 항상 일정하게 유지되면서 딸세포는 모세포와 동일 한 유전물질을 가지게 된다. 세포분열은 핵분열과 세 포질분열이 연속적으로 일어나며 핵분열은 염색체의 행동과 변화에 따라 4단계로 구분한다. 전기: 핵막과 인이 사라지고 염색사는 응축되어 2개의 염색분체를 형성 중기 : 염색체는 세포의 중앙(적도면)에 배열하고 방추사가 염색체의 동원체에 연결 후기 : 염색분체는 방추사에 의해 양극으로 이동 말기 : 염색체는 다시 염색사로 풀리고 핵막과 인이 형성된다. 핵분열 후 식물세포는 적도면 중앙부에 세포판을 형성하고, 동물세포는 세포질이 만입되어 세 포질이 분열된다. 4. 감수분열 생식기관에서 생식세포를 만들 때 일어나는 세포분열은 체세포분열과 달리 염색체 수가 반으로 줄어드는 감수분열을 한다. 감수분열로 만들어진 생식세포가 결합하면 자손의 염색체 수는 어버 이와 같아진다. 따라서 염색체 수는 세대를 거듭하여도 항상 일정하게 유진된다. 감수분열은 연속 2 중학교 3학년 생물 265

266 회 분열이 일어나며 제1분열에서 상동염색체가 접합한 후 상동염색체의 분리가 일어나 염색체 수 가 반으로 줄어들며, 제2분열은 체세포분열과정과 동일하다. 2회 분열 결과 4개의 딸세포가 형성 된다. 5. 자료 출처 세포생물학. 박성대 역. < 감수분열과 체세포분열의 모식도 > 266 영재교수 학습표준화자료

267 5. 지문과 혈흔을 찾아라! 주제 지문과 혈흔을 찾아라! 목표 1. 지문의 특징을 이해하고 지문을 이용하여 개인을 식별하는 방법을 익힌다. 2. 혈흔을 찾기 위한 생화학적인 방법을 찾아보고 그 원리를 이해한다. 3. 범인을 찾는 수사과정에서 과학적인 원리가 적용됨을 이해한다. 활동안내 1. 이론적 배경 (1) 루미놀에 대하여 1) 루미놀이란? 루미놀은 분자량이 이며 녹는점이 329~332 인 물질로서 백색의 고체이며 물 에탄올 에 테르에는 잘 녹지 않는다. 정확한 화학용어는 3-Aminophthalhydrazide(3-아미노프탈산히드라지드)라고 한다. 2) 루미놀시험(Luminol test)이란? 법의학적인 혈흔 검사에 사용되는 시험이다. 루미놀의 알칼리 용액과 과산화수소수의 혼합액에 헤민을 작용시키면 강렬한 화학발광을 나타낸다. 루미놀 용액을 암실 안에서 피검물에 분무하여 청백색의 형광이 나는 원리로 혈흔을 검사하는 방법이다. 그런데 혈흔뿐만 아니라 과산화수소의 분해를 촉매 할 수 있는 많은 물질들이 루미놀 반응을 일으킨다. 따라서 루미놀 반응이 나타났다 고 해서 꼭 혈흔이 있다고 할 수는 없다. 그래서 실제로는 다른 검사를 병행해서 혈흔이라는 확증 을 잡는다. 이와 같이 특이성의 측면으로 볼 때는 다소 약점이 있으나 조작이 간단하고 예민성이 뛰어나 교통 사고 현장과 같이 광범위한 지역의 혈흔 검사에는 빼놓을 수 없는 시험이다. 중학교 3학년 생물 267

268 3) 혈흔검사 혈흔검사(examination of the blood stains)는 범죄현장 또는 사고현장에 있는 여러 가지 물체, 흉기, 의복 등에 묻어 있는 혈흔 또는 혈흔과 유사한 반흔에 대하여 검사하는 것이다. 검사과정은 다음 과 같다. 1 혈액인지의 여부 2 혈액이라면 사람의 혈액인지 여부 3 사람의 혈액이라면 그 혈액형의 종류 등 1에 관해서는 우선 벤티딘법이나 루미놀법으로 혈흔인지 아닌지의 예비적 시험을 해보고 양성 인 것에 대해서 헤모크로모젠 시험법등을 행한다. 2에 대해서는 헤모글로빈 침강소시법과 혈청 침강소 시험법이 있다. 전자로 할 때는 1의 후반의 시험을 생략해도 상관없다. 3의 경우에는 흡 수시험이나 그 밖의 특별한 방법을 사용해야 하며 상세한 분류까지는 시험하기 어렵다. 의복에 묻 은 혈흔의 혈액형을 결정할 때에는 착용자에 의한 분비물, 배설액 오염의 영향을 생각해야 한다. 그 밖에 출혈량, 출혈할 때의 체위, 혈액 출소등의 검사가 있다. 준비물 지문잉크패드(스탬프), 슬라이드글라스(각 조마다 10개씩), 지문잉크, 흰종이, 아세트산(식초), 로우러, 자, 휴지, 깃털붓, 헝가리안레드, 시험관, 흑색지문분말, 방진마스크, 란셋, 보호용고글, 지문전사판 활동과정 20세기 초, 미국 캔사스주 레벤워드에 있는 형무소에 윌리엄 웨스트라는 한 남자가 수감되었다. 간수들 은 이 남자가 전에도 한번 수감되었던 적이 있었다고 확신했지만 이 남자는 부정하였다. 그래서 위리엄 웨스트의 형무소 기록을 면밀히 살펴본 결과, 기록에 있는 사진과 이 남자와는 본을 뜬 것 같이 닮았고, 신체의 여러 부위도 거의 같음을 발견하였다. 그런데 지문을 조사했던 등록 담당관은 이 남자와 전에 수 감된 적이 있는 남자와는 전혀 다른 사람이라고 단정지었다. 지문이 달랐기 때문이었다. 그리고 두 남자 는 일란성쌍생아였음이 판명되었다. 두 남자의 지문은 열 손가락 모두 전혀 달랐던 것이다. 지문은 유일 무이한 개인 식별의 확증이다. 심지어 일란성쌍둥이 조차 서로 다르기 때문에 지문은 사건의 범인을 잡 는데 많이 이용한다. 1. 1단계 : 지문 카드에 내 지문을 등록해 보자 (1) 손을 깨끗이 닦고 말린 다음, 손가락에 지문 잉크를 묻힌다. (2) 지문이 최대로 잘 나올 수 있도록 약간 돌리면서 지문 카드의 지정란에 지문을 찍는다. 268 영재교수 학습표준화자료

269 (3) 지문을 다 찍은 다음에는 손을 깨끗하게 닦는다. 지 문 카 드 이름( ) 엄지 검지 중지 간지 약지 오른손 지 문 카 드 이름( ) 엄지 검지 중지 간지 약지 왼손 지문카드는 학생들에게 별지로 배부한다. 2. 2단계 : 비커에 묻어 있는 지문을 찾아라 (1) 실험방법 1) 슬라이드글라스에 자신의 지문을 묻힌다. 2) 흑색지문분말과 깃털 붓을 이용하여 지문이 찍혀 있는 곳에 지문이 나타나게 한다. 3) 지문 전사판을 이용하여 지문을 채취한 후 자신의 지문카드와 비교하여 어떤 손가락의 지문인지를 확인한다. 주의 : 반드시 안전용 고글을 착용하고 방진마스크를 쓴 다음 실험을 진행한다. 물체에 묻어 있는 지문을 정확하고 빠르게 확인 할 수 있는 방법에 대해 논의해 보고 이 곳에 기록하자 3. 3단계 : 게임을 통해 범인을 찾아 보자 (1) 게임방법 1) 조를 다음과 같이 5명씩 4조로 나눈다. 1조 2조 중학교 3학년 생물 269

270 2) 각 조에서는 한 명씩 범인을 정한다. 3) 각 조의 범인은 5개의 슬라이드글라스에 각각 지문을 찍고 누가 범인인지 모르게 상대방 에게 슬라이드를 건네준다. (이 때 5개의 슬라이드글라스마다 다른 손가락의 지문을 찍어 도 좋다) 4) 학생들은 각각 지문 감식을 실시하고 지문카드와 대조하여 범인을 찾는다. 5) 조별로 협의를 거쳐 누가 범인인지를 결정한 후 발표한다. 채취한 범인의 지문 어떤 근거로 OOO가 범인이라고 생각하는가? 4. 4단계 : 혈흔 감식은 어떻게 할까? 헝가리언레드는 헝가리와 네델란드 경찰기관의 공동연구로 개발되었다. 혈액 잔류물에 매우 뛰어난 반 응을 하며, 어느 혈흔반응 시약보다 감도가 뛰어나다는 실험결과가 나타났다. 이 시약은 스프레이 병에 보관되어 바로 사용할 수 있도록 공급된다. 헝가리안레드는 현장에서 보이지 않는 혈흔 잠재지문이나 족흔적을 복원하는데 사용하며, 이 방법이 이후의 혈액 분석에 지장을 주기 때문에 헝가리안에드를 사 용하기 전에 범죄 현장의 모든 DNA 증거 채취를 수행해야 한다. 수기로 쓴 샘플이나, 잉크, 머리카락, 섬유, 다른 방법으로 검사할 생리 체액 등에는 사용하지 않도록 한다. 이외에도 루미놀시험으로 혈흔을 찾을 수 있다. (1) 란셀을 이용하여 피를 한 방울 채취한 후 슬라이드글라스에 묻힌 다음 말린다. (2) 스프레이 용기에 들어있는 헝가리안레드를 슬라이드글라스 위 15cm ~20cm 거리에서 분사 한다. 주의 : 반드시 안전용 고글을 사용하고 방진마스크를 쓴 다음 실험을 진행한다. (3) 염료가 착색되기까지 약 1분간 기다리고 물 또는 물/아세트산 혼합물로 살짝 헹군다. 남아 있는 물기가 있으면 헤어드라이기의 약한 바람으로 말려도 좋다. 270 영재교수 학습표준화자료

271 혈흔에서 어떤 변화가 있는지 관찰해 보고 서술해 보자 (4) 표면이 완전히 마르면 혈흔이 있는 부분에 젤라틴 전사지를 대고 15분~30분정도 기다린 후 전사지를 떼어낸다. (5) 전사지에 녹색광(515~560nm)을 비추면 적색형광이 나타난다. 헝가리언레드로 혈흔을 감식하는 원리가 무엇인지 토의해보자 5. 5단계 : 사건현장에 혈흔을 찾아라 (1) 희석한 혈액으로 알파벳 중 하나를 적은 12개의 유리판을 각 학생에게 나누어 준다. (2)다른 도구나 약품을 사용하지 않고 어떤 알파벳이 쓰여저 있는지 찾아보자 어떤 방법으로 알파벳을 확인할 수 있을까? (3) 헝가리언레드를 이용하여 혈흔을 감식하고 어떤 알파벳이 쓰여 있는지 알아 맞춰 보자 주의 : 반드시 안전용 고글을 착용하고 방진마스크를 쓴 다음 실험을 진행한다. 결과 유의사항 1. 방진마스크를 사용하여 흑색 지문 분말을 마시지 않도록 한다. 2. 안전용 고글을 착용하여 눈에 흑색지문 분말이 눈에 들어가지 않도록 한다. 중학교 3학년 생물 271

272 결과 정리 및 토의 1. 범인의 지문을 찾을 수 있는 더 좋은 방법이 있을까? 2. 혈흔으로부터 얻을 수 있는 정보에는 어떤 것이 있을까? 3. 완전히 마른 혈흔으로부터 혈액형을 확인할 수 있는지 토의해 보자 4. 결찰이 범인의 말이 사실인지를 확인하기 위해 거짓말 탐지기를 사용한다. 그 원리는 무엇일까? 5. 혈흔을 찾기위해 사용되는 시약에는 루미놀이 있다. 루미놀은 어떤 원리로 혈흔 감식에 사용될까? 발전학습 미스터리해결하기 If you too like solving mysteries I have some brilliant ones for you. A realistic situation will be given to you along with basic clues. There may be more than one answer to the mystery, you have to provide the one that is most satisfying. mystery 1 : A man and his wife sped through the streets in their car. They stopped, and the husband got out of the car. When he came back, his wife was dead, and there was a stranger in the car. How did the wife is the stranger? mystery 2 : A woman has completely unarguable proof in court that her husband was murdered by her sister. The judge declares, "This is the strangest case I've ever seen. Though it is solved case, I cannot punish the guilty." mystery 3 : A man is found hanging three feet away from the floor in a completely empty room. The room is locked from inside. There is a puddle of water under his feet. How did he hang himself without having anything to climb on? mystery 4 : A man is lying dead, face down in the desert. He's wearing a backpack. What do you think happened to him? mystery 5 : A father and his son are involved in a car accident, as a result of which the son is rushed to hospital for emergency surgery. The surgeon looks at the boy and says "I can't operate on him, he's my son". 272 영재교수 학습표준화자료

273 Explain this!!!! mystery 1 mystery 2 mystery 3 mystery 4 mystery 5 참고자료 년도 한성과학고 영재교육원프로그램모음집 생물편 308쪽-315쪽 년도 한성과학고 영재교육원 탐구보고서 루미놀은 어떻게 혈액과 반응할까? 중학교 3학년 생물 273

274 6. 정자와 난자가 만들어지기까지 주제 정자와 난자가 만들어지기까지 목표 염색체 모형을 이용한 생식세포 형성 과정의 이해 활동안내 1. 염색체는 보존된다 염색체란 핵속에서 유전물질인 DNA가 히스톤이라는 단백질과 엉켜 져 있듯 보이는 구조를 말하는 것으로 언제나 보이는 것이 아니라 세포 분열을 위하여 핵이 분열할 때만 보인다. 사람의 경우, 핵마다 46의 염색체를 가지고 있으며 침팬지는 48개, 소 는 60개, 양파는 16개로 염색체의 수는 생물의 종류에 따라 다르다. 새로운 태아는 정자와 난자가 수정되어 새로운 개체를 만드는데 이 때에 각각의 생식 세포에 있는 46개의 염색체가 결합하게 되면 새로운 태아의 염색체 수는 92개 될 것이며 그 손자는 184개로 늘어날 것이다. 그러나 염색체 수는 생물의 종를 결정짓는 매우 중요한 특징이며 세대를 거듭해도 변하지 않는다. 어떤 일이 일어나기에 염색체 수가 세대를 거듭해도 일정하게 보존되는 것일까? 또한 왜 같은 부모 밑에서 태어난 자손들은 다 그 모양과 특징이 다를까? 활동을 통해 알아보자. 학습활동 활동 1. 생식세포가 만들어지기까지 1. 준비물 : 생식세포 형성 sheet, 생식세포 분열 스티커, 가위, 풀 274 영재교수 학습표준화자료

275 2. 탐구 방법 생식세포 분열 스티커를 아래에 있는 생식세포 형성 sheet에 알맞은 과정대로 오려 붙인다 3. 생각해보기 (1) 수정란에는 정자로부터 온 염색체와 난자로부터 온 염색체가 함께 들어 있다. 만일 다음과 같은 두 쌍의 염색체를 가진 어떤 생물이 정자를 만든다면 몇 가지 염색체 조합을 가진 정 자가 만들어질까? 정원세포 제 1정모세포 제 2정모세포 정세포 성 장 감 수 제 1분열 감 수 제 2분열 가 능 한 염 색 체 의 조 합 중학교 3학년 생물 275

276 (2) 부모의 염색체가 수정란에 절반씩 전달되는 것은 생물에게 어떤 중요성을 지닐까? 활동 2. 사람의 난자와 정자를 비교해 보자. 구분 난 자 정 자 생성 장소 분열 횟수 염색체 수 분열 결과 생긴 생식세포의 수 형태와 양분의 양 운동 능력 생성 시기 276 영재교수 학습표준화자료

277 과제 80억 지구의 인구가 각기 다른 지문을 가질 수 있는 원인은 생식세포 분열 시 염색체의 연관 및 교차 때문이다. 염색체의 연관과 교차가 무엇인지 조사해 보고 그 예를 찾아보자. 읽기자료 다음 만화를 읽으며 빈 칸을 채워보자. 만화를 읽으며 빈칸에 어울리는 대사를 넣어 봅시다. - 청소년 아우성 에서 편집 중학교 3학년 생물 277

278 278 영재교수 학습표준화자료 The End

279 7. 인공수정, 함께 생각해 봅시다. 주제 인공수정, 함께 생각해 봅시다. 목표 인공수정의 방법과 문제점, 법률적 논쟁 등에 대한 조사 활동안내 인공수정 함께 생각해 봅시다. 최근 생명 과학의 응용 분야가 세계인의 관심을 모으고 있으며 그 연구 성과가 인간의 삶의 질 을 한층 높일 수 있지만 한편으로 많은 문제점을 가지고 있다는 지적이 있다. 생명 과학의 응용 분야 중 인공 수정에 대해 조사하고 그 문제점을 생각해 보자. 생명 탄생의 신비는 더 이상 신비로움에 머물고 있지는 않다. 최근의 의학 기술의 발전은 많은 불임 부부들이 처한 어려움에 희망을 주고 있기도 하고 그로 말미암은 부정적인 측면이 나타나기 기도 한다. 중학교 3학년 생물 279

280 토의과제 <1주차> 1. 임신은 어떤 과정을 통해 이루어지는가? 2. 불임이란 무엇이며, 그 원인은 무엇인가? <2주차> 3. 인공수정 방법에는 무엇이 있는지 조사해 보자. 4. 인공 수정에 따른 법률적 분쟁 혹은 문제점 등을 조사해보자. 5. 인공 수정 성공 혹은 실패 사례를 유형별로 정리해보자. <3주차> 6. 아이가 없을 때 많은 부부들에게 인공 수정은 희망적인 일이 아닐 수 없다. 그런데 생명체의 탄 생을 이처럼 인간에 의해 인위적으로 실시해도 좋은가? 7. 수정란은 이식 수술이나 암치료 같은 의학 연구에 매우 유용하게 쓰일 수 있다. 체외 수정을 할 경우 필요한 것보다 더 많은 수정란이 만들어지게 되는데, 이 여분의 수정란들이 의학 실험에 쓰여도 되는가? 8. 인터넷을 통한 정자와 난자의 판매 사이트가 개설되고 있으며 몇 년전에는 미국으로부터 정자 수입개방 요구가 있었다. 이에 대한 자신의 의견을 적으시오. 280 영재교수 학습표준화자료

281 9. 맞춤아기(designer baby)란 무엇이며, 이에 대한 자신의 생각을 정리해보자. <4주차> 자료 정리와 수행한 결과 발표 준비 및 토론 보고서 작성(홈페이지에 있는 양식에 의함). 3주간 조사한 내용을 가지고 모둠을 구성하여 모둠별로 각 모둠원이 역할(1, 2주의 각 질문 내 용)을 맡아 수업시간에 발표하도록 한다. 발표 형식은 조별로 재미있는 상황(역할 놀이, 청문회 혹은 재판, 심포지움 등)을 만들어 조사한 내용이 전달될 수 있도록 한다. (예) 만화로 재구성하는 방법, 재구성 신문(기사, 광고, 컷 포함), 역할극 등 -창의적인 방법일수 록 좋다. 중학교 3학년 생물 281

282 8. 멘델유전Ⅰ-콩 심은데 콩 나고, 팥 심은데 팥 난다 주제 멘델유전Ⅰ-콩 심은데 콩 나고, 팥 심은데 팥 난다 목표 1. 유전의 정의를 말할 수 있다. 2. RcBr을 관찰하고 대립형질을 구분하여 말할 수 있다. 3. 염색체와 유전자의 관계를 설명할 수 있다. 4. 형질의 유전에 대한 가설을 설정하고, RcBr을 파종하고 배양할 수 있다. 준비물 1. 기구 : RcBr의 배양장치(화분, 흡수지, 영양알갱이, 배양토, 급수대, 형광등전기스탠드) 2. 재료 : RcBr의 F 1 종자(YGR/ygr, ANL/anl), F 1 종자(YGR/ygr), F 1 종자(ANL/anl) 생장중인 여러 종 류의 RcBr(Wild, Rosette, Yellow-green, Anthocyanin- less) 알아두기 1. 유전의 정의 여러분은 말로만 들어 알고 있던 친척을 처음 만났을 때 무엇을 먼저 보게 되나요? 어린시절 불렀던 노래인 송아지 에서 얼룩송아지는 엄마를 닮아서 얼룩송아지 인가요? 여러분은 부모의 어떤 부분을 닮았습니까? 유전에 대한 자신의 생각을 적어보자. ( ) 282 영재교수 학습표준화자료

283 활동안내 1. 다양한 RcBr의 형질 (1) 여러 종류의 RcBr을 관찰해보고 다음 물음에 답해보자. 1) 여러 RcBr의 겉모습이 다 같은가? 같다면 어떤 점이 같고, 다르다면 어떤 점이 다른가? 잎 줄기 키 기타 같은 점 다른 점 2) RcBr의 다양한 특성들은 자손에게도 전해진다. 이렇게 자손에게 전해지는 특성을 유전학 에서는 무엇이라고 하는가? 3) RcBr의 여러 가지 특성 중 뚜렷하게 구별되는 특성을 무엇이라고 하는가? 4) 관찰한 RcBr에서 대립형질이라고 생각되는 것은 무엇인가? 5) RcBr의 여러 가지 형질을 결정하는 것은 무엇이며, 이것은 세포 내 어디에 위치하고 있을 까? 세포를 그려 표시해보자. 2. 염색체와 유전자 (1) 한 쌍의 대립형질과 대립유전자 RcBr 잎의 색깔이 녹색인 것과 황록색인 것(또는 줄기의 색깔이 자주색인 것과 녹색 인 것)의 대립유전자를 상동염색체 위에 그려보자. 녹색잎 황녹색잎 자주색줄기 녹색줄기 중학교 3학년 생물 283

284 (2) 두 쌍의 대립형질과 대립유전자 녹색잎 자주색 줄기를 가진 RcBr과 황녹색잎 녹색 줄기를 가진 RcBr의 대립유전자를 상동 염색체 위에 그려보자. 녹색잎자주색줄기 황녹색잎녹색줄기 3. 형질의 유전 (1) 한 쌍의 대립형질은 어떻게 유전될까? 민지는 순종의 녹색잎 RcBr과 순종의 황록색잎 RcBr을 교배하여 F1을 얻었다. F 1 의 잎은 어떤 색깔일까? F 1 의 표현형에 대한 가설을 설정하고 그 가설에 근거하여 F 1 의 잎색깔을 예측해보자. (2) 두 쌍의 대립형질이 함께 유전되면 어떻게 될까? 지수는 순종의 녹색잎 자주색 줄기를 가진 RcBr과 순종의 황녹색잎 녹색 줄기를 가진 RcBr 을 교배하여 F1을 얻었다. F 1 의 잎과 줄기는 어떤 색깔일까? F 1 의 표현형에 대한 가설을 설정하고 그 가설에 근거하여 F 1 의 잎과 줄기의 색깔을 예측해 보자. 4. RcBr 종자의 파종 및 배양 (1) RcBr의 잡종 제1세대(단성잡종, 양성잡종)종자를 파종하여 RcBr의 발아와 생장 과정을 관찰 해보자. (2) 파종 방법 1. 필름통 화분에 흡수지를 끼우고 배양토를 1/2가량 넣고 스포이트로 물을 떨어뜨려 배양토가 촉촉 하게 한다. (배양토를 누르지 않고 가볍게 넣는다). 2. 각 화분에 N, P, K가 들어있는 영양 알갱이를 2~3알정도 넣는다. 3. 배양토를 화분의 위까지 채운다. 4. 배양토를 손으로 살짝 눌러 홈을 만들고 하루 동안 물에 담근 RcBr씨앗을 1개 넣는다. 5. 씨앗위에 배양토를 가볍게 뿌려 덮는다. 284 영재교수 학습표준화자료

285 6. 스포이트로 조심스럽게 물을 뿌려준다. 7. 파종한 날짜와 관찰자 이름을 적은 라벨을 화분에 꽂는다. 8. 급수대 위에 화분을 갖다 놓는다 시간 지속적인 형광 빛을 유지하고 온도는 21~25 를 유지한다. 매일 RcBr을 관찰하고 일주일에 3번씩 관찰 일지를 기록한다. 생각 모으기 1. 유전, 유전자, 형질, 대립형질, 대립유전자, 순종, 잡종의 관계에 대해 생각해보자. 1) 유전: 2) 유전자: 3) 형질: 4) 대립형질: 5) 대립유전자: 6) 순종: 7) 잡종: 참고사항 1. 염색체설과 유전자설 멘델(Mendel)은 부모의 형질이 자손에게 전달되는 기본 원 리를 발견했지만, 각 형질을 지배하는 유전적 요소가 무엇이 며, 세포의 어디에 어떤 형태로 존재하는지는 알지 못했다. 1902년 미국의 서튼(Sutton)은 모든 유전자는 염색체 상에 위 치하고 있어서 각 상동 염색체 중 하나는 부계로부터, 다른 하나는 모계로부터 전달되어 유전된다는 염색체설을 주장 하였다. 1926에는 미국의 모건(Morgan)이 서턴의 염색체설을 바탕으 로 초파리의 침샘 염색체를 연구한 결과 각각의 유전자는 염색체 위의 일정한 위치에 정렬되어 있으며, 대립 유전자 는 각각 상동염색체 위의 동일한 위치에 존재한다는 사실 (유전자설)을 밝혀냈다. DNA 염색체 사람 세포와 핵 중학교 3학년 생물 285

286 상동염색체에 있는 대립유전자의 구성이 같은 것을 그 형질에 대한 순종(동형접합)이라고 하며, 대립유전자의 구성이 다를 때 그 형질에 대한 잡종(이형접합)이라고 한다. 2. RcBr(Rapid-cycling Brassica rapa, 속성배추) RcBr은 Wisconsin 대학의 Williams 박사가 십자화과 식물의 질병에 대 한 저항성을 증진시키려고 연구하던 중 야생의 Brassica rapa를 품종 개 량한 것으로 Wisconsin Fast Plants 로 더 잘 알려진 식물이다. RcBr은 Brassicaceau(Cruciferea, 십자화과) Brassica(배추속)에 속하며 염색 체 수는 2n=20이다. RcBr은 식물의 형태가 작고, 열매가 많고 식물의 밀도가 높은 곳에서도 종자를 만들 수 있다. RcBr은 종자를 뿌린 후 1-2일째에 싹트며, 14-16일째 꽃이 피고 28일째에 씨를 맺어 40일째에 수확할 수 있다. 또한 종자의 성숙이 빠르고, 종자의 휴면상태가 없어 바로 파종할 수 있다. RcBr은 대립형질이 뚜렷하고, 35-40일간의 짧은 주기를 가지므로 멘델의 법칙을 적용하기에 좋은 식물이다. 멘델 유전실험에 활용될 수 있는 돌연변이종에서 로제트 표현형을 갖는 RcBr의 ros/ros 종은 단일유전자의 돌연변이에 의해 생성된 것이고 조직에서 지베렐린이 덜 분비되는 종이다. 로 제트형은 줄기가 신장되지 못하고 잎은 바닥에 편평하게 깔리는 형태를 취한다. 3. RcBr의 생활사 1) 1일째 1 조그만 샬레나 종이컵에 심을 씨를 하루정도 불려 놓는다. 2) 2일째 2 각 Pot에 흙을 반 정도 채운 다음, 2~3알의 영양알갱이를 넣고 흙을 가득 채운다. 3 핀셋으로 싹이 튼 씨앗을 조심스럽게 집어, 뿌리가 살짝 덮힐 정도로 심는다. 4 스포이트로 물을 2~3방을 떨어뜨리고, labeling한다. 5 저장소에 물을 채우고 Pot를 담근다.(조류억제제를 2~3방울 떨어뜨리면 좋다.) 6 광원장치와 식물의 끝이 5~10cm정도 떨어지게 놓는다. 3) 7일째 7 7~8cm정도 자란 개체는 쓰러지지 않게 지지대로 고정시켜준다. 4) 15~16일째 8 수술은 조그만 가위로 제거해준 후, 암술머리에 수술을 수분시켜준다. (Fast plant는 자가 수분하지 않기 때문에 다른 개체의 것으로 해준다.) 286 영재교수 학습표준화자료

287 5) 18~19일째 9 수분 후 3일정도 지나, 수분되지 않은 새 꽃봉오리는 제거해준다. 6) 37일째 10 꼬투리가 여물면, 저장소의 물을 제거한다. 그리고 바삭거릴 정도로 말린다. 7) 45일째 11 꼬투리에서 씨를 수확하고 이름을 쓴 봉투에 보관하다. 씨는 시원하고 건조한 장소에 보 관한다. 4. 자료 출처 Rapid-cycling Brassica rapa를 이용한 유전 실험의 중학생 인지수준에 따른 효과(2004, 김성숙) Rapid-cycling Brassica rapa를 이용한 멘델 유전 모듈이 예비교사의 유전 개념 변화에 미치는 효 과(2006, 김혜연) 중학교 3학년 생물 287

288 9. 멘델유전Ⅱ- 우성형질과 열성형질 주제 멘델유전Ⅱ- 우성형질과 열성형질 목표 1. 우성형질과 열성형질에 대한 개념을 정확히 이해할 수 있다. 2. 유전자의 입자성을 이해할 수 있다. 3. 자화수분 실험을 통해 식물의 교배실험을 이해할 수 있다. 4. 생식세포의 형성과 대립유전자의 분리를 연관하여 이해할 수 있다. 준비물 1. 기구 : RcBr의 배양장치(화분, 흡수지, 영양알갱이, 배양토, 급수대, 형광등전기스탠드) 2. 재료 : 야생종 RcBr, 돌연변이종 RcBr, 싹튼 F1(파종 후 7일째), 꽃이 형성된 F 1 (파종 후 14일째), F 2 종자 활동안내 1. 잡종1세대 표현형 관찰 및 자료 수집 1) 한 쌍의 대립형질 순종의 녹색잎(또는 자주색 줄기)RcBr과 순종의 황록색잎(또는 녹색줄기) RcBr을 교배하여 얻은 F 1 의 표현형을 관찰하고 그 결과를 아래 표에 나타내보자. 표현형 ( )조 전 체 288 영재교수 학습표준화자료

289 2) 두 쌍의 대립형질 순종의 녹색잎ㆍ자주색 줄기 RcBr과 순종의 황록색잎ㆍ녹색줄기 RcBr을 교배하여 얻은 F1 의 표현형을 관찰하고 그 결과를 아래 표에 나타내보자. 표현형 ( )조 전 체 2. 가설 검증하기 1) F 1 의 표현형의 관찰 결과와 가설을 비교하여 가설을 검증해보자. 2) 부모의 잎 색깔(줄기 색깔)에 대한 형질 중 F 1 에 나타나지 않은 형질이 있는가? 3) 부모의 형질 중 자손에게 나타나지 않은 형질이 있다면 그 형질은 자손에게 전해졌을까? 전 해지지 않았을까? 3. 멘델의 실험과 우성ㆍ열성형질 아래 멘델의 실험 과정을 읽고 다음 질문에 대해 생각해보자. 멘델의 연구 동기와 목적은 새로운 색깔을 갖는 화훼식물의 변종을 얻기 위한 것이었다. 멘델은 2년 이상 여러 대립형질을 가진 완두를 연 구하여 대립형질을 선발하였는데 그것들은 고정된 다시 말하면 변화되 지 않는 순종이었다. 그는 예비실험 결과 선발한 7쌍의 대립형질 중 가장 적합한 한 종류 로 순종의 둥근 완두와 순종의 주름진 완두를 교배하여 그 결과 생긴 잡종 제1세대에서 모두 둥근 완두를 얻었다. 이 둥근 모양은 둥근 모양 의 부모에게서 그 형질을 이어받은 것인데, 이는 알세포와 제공된 화분 에 상관없이 그 결과는 같았다. 멘델은 주름진 형질이 잡종에 잠재해 있으나 둥근 모양과 섞이거나 손상되지 않고 존재한다고 결론을 내렸다. 여기서 잡종을 형성할 때 자 손의 표현 형질로 나타나는 어버이의 형질을 우성, 나타나지 않고 잠재 되어 있는 것을 열성이라고 한다. 또한 멘델이 성공할 수 있었던 요인에 중학교 3학년 생물 289

290 는 한 세대에서 다음 세대로 형질을 전달하는 데 관여하는 결정인자의 존재를 수정 과정과 연계시켜 설 명하였으며 형질의 전달과정을 수학적 기호로 표현한 최초의 시도에 있다. 멘델은 우성형질의 대립유전 자를 A로 열성형질의 대립유전자를 a로 표시해 사용하였다. 또한 그는 모든 특성들을 한꺼번에 다루지 않고 한두 가지의 명확한 특성만을 분리하여 연구하는 방법을 채택하였다. 1) RcBr 잎 색깔(또는 줄기 색깔) 유전에서 우성 형질과 열성 형질은 무엇인가? 그렇게 생각하는 이유는 무엇인가? 2) 순종의 녹색잎 자주색줄기 RcBr과 순종의 황녹색잎 녹색줄기 RcBr, 이들을 교배하여 얻은 잡 종제1세대의 표현형과 유전자형을 나타내보자(녹색잎 유전자는 G, 황록색잎 유전자는 g, 자 주색 줄기 유전자는 A, 녹색줄기 유전자는 a로 표시한다.). 3) F 1 의 잎 색깔(줄기 색깔)의 대립유전자를 상동염색체 위에 그려보자. 대립형질이 한 쌍일 때 대립형질이 두 쌍일 때 4) F1의 잎 색깔(줄기 색깔)에 관한 유전자는 모두 작용하였을까? 5) 잡종 1세대에서 황록색 잎(녹색 줄기)이 나타나지 않는 이유를 생각해보자. 290 영재교수 학습표준화자료

291 4. 유전현상에 대한 역사적 변천과정 (판겐설 혼합설 입자설) 유전현상을 설명하려는 시도는 오래 전부터 있었다. 의학의 아버지로 불리는 히포크라테스는 판겐이라는 작은 입자가 몸의 각 부위에 있다가 정자나 난자로 이동한 후, 다음 세대로 전달되면서 유전현상이 나타난다고 하였다. 그러나 판 겐설은 생식세포가 체세포로에서 온 작은 입자에 의해 만들어지지 않는다는 것 이 밝혀지면서 기각되었다. 19세기 초에는 어버이 양쪽의 특성이 모두 자손에게 전해진다는 것이 알려져 있었지만, 당시에는 자손에게 전해진 부모의 특성이 마치 물감처럼 섞이는 것 처럼 혼합된다는 혼합설을 믿는 사람이 많았다. 이 논리에 따르면 세대가 거듭 될수록 거의 차이가 나지 않은 형질을 가진 자손들이 관찰될 것이라고 예측되 었다. 그러나 혼합설은 멘델의 실험에 의해 잘못된 것임이 밝혀졌다. 멘델은 형질의 전달은 혼합되지 않는 어떤 인자들이 섞여서 변질되는 것이 아 니 고 따로따로 함께 존재하다가 자손에게 전달되어 나타난다(입자설)고 설명했다. 멘델의 이러한 설명은 오늘날 유전현상을 설명하는 기본법칙이 되었다. 1) 멘델이 주장한 입자설처럼 부모로부터 얻은 유전인자가 섞이지 않고 입자의 성질을 가져 F 1 에 함께 존재할까? 2) 순종의 녹색잎(자주색줄기) RcBr과 순종의 황녹색잎(녹색줄기) RcBr의 교배로부터 얻은 F 1 이 녹색잎(자주색줄기) 유전자와 황녹색잎(녹색줄기) 유전자를 모두 가지고 있다는 것을 확인 할 수 있는 방법을 설계해보자. 5. 멘델의 교배실험 1) 한 쌍의 순종의 대립형질을 교배하였을 때 잡종 1세대에서 우성형질만 나타난 것을 멘델은 어떻게 설명하였을까? 멘델은 순종의 어버이로부터 얻은 잡종1세대에 나타나지 않은 어버 이 유전인자를 알아보기 위해 잡종 제1세대끼리 자화수분을 시켰다. 2) RcBr의 자화수분 실험 F 1 을 자화 수분하여 유전 형질의 전달과정을 알아보기로 하자. 1 꽃이 핀(파종 후 14일째) RcBr을 F 1 끼리 자화 수분시킨다. 2 꽃이 피면 핀셋을 이용해 한 개체에서 제거한 수술의 화분을 다른 개체의 암술 머리에 묻혀 수분시킨다. 3 3일 동안 계속 수분시키고 그 다음에 올라오는 꽃봉오리는 제거한다. 중학교 3학년 생물 291

292 3) RcBr의 생활사 1 RcBr 생활사의 각 단계의 핵상(한 개의 세포 속에 들어있는 염색체의 수)을 표시해보자. 2 생식세포 즉 알세포와 꽃가루는 어떤 과정을 거쳐서 형성되는가? 3 녹색잎(자주색 줄기)을 가진 F 1 의 화분모세포와 배낭모세포에서 정핵과 난세포를 형성할 때 각각의 유전자 구성을 염색체 위에 나타내보자.(녹색잎 유전자는 G, 황록색잎 유전자 는 g, 자주색줄기 유전자는 A, 녹색줄기 유전자는 a로 표시한다.) 단성잡종(대립형질이 한쌍)의 경우(녹색잎 또는 자주색줄기 F 1 ) 화분모세포(또는 배낭모세포)의 유전자 정핵(또는 난세포)의 잎색깔 유전자 292 영재교수 학습표준화자료

293 양성잡종(대립형질이 두쌍)의 경우(녹색잎 자주색줄기 F 1 ) 화분모세포(또는 배낭모세포)의 유전자 정핵(또는 난세포)의 잎색깔 유전자 4 난세포와 꽃가루의 무작위 수정 결과 수정란이 갖게 될 유전자형을 적어보고 이를 근거 로 F 2 의 표현형을 예측해보자. 단성잡종의 경우 F 2의 유전자형 F 2의 표현형 양성잡종의 경우 F 2의 유전자형 F 2의 표현형 생각 모으기 1. 우성 형질과 열성 형질은 무엇을 의미하는지 자신의 생각을 정리해보자. 우성형질: 열성형질: 2. 자화수분과 타화수분의 차이점이 무엇인지 알아보자. 참고자료 1. Rapid-cycling Brassica rapa를 이용한 유전 실험의 중학생 인지수준에 따른 효과(2004, 김성숙) 2. Rapid-cycling Brassica rapa를 이용한 멘델 유전 모듈이 예비교사의 유전 개념 변화에 미치는 효과 (2006, 김혜연) 중학교 3학년 생물 293

294 10. 멘델유전Ⅲ- 멘델의 유전법칙 주제 멘델유전Ⅲ- 멘델의 유전법칙 목표 1. F 2 의 표현형을 구분하고 표현형의 분리 비를 구할 수 있다. 2. 대립유전자의 분리 결과 표현형이 분리되는 분리의 법칙을 이해할 수 있다. 3. 두 쌍의 대립형질이 각각 독립적으로 유전되는 독립의 법칙을 이해할 수 있다. 4. 다양한 유전현상에서 멘델 유전이 갖는 의미를 생각할 수 있다. 준비물 1. 기구 : RcBr의 배양장치(화분, 흡수지, 영양알갱이, 배양토, 급수대, 형광등전기스탠드) 2. 재료 : 잎이 형성된 F2 RcBr(양성잡종, 단성잡종) 활동안내 1. F2 표현형 관찰 및 자료수집(단성잡종) 1 녹색잎(자주색 줄기)을 가진 F 1 끼리 교배하여 얻은 F2의 표현형(잎 또는 줄기색)을 관찰하 고 표현형과 각각의 개체수를 세어 기록해보자. 표현형 F 2 의 개체수 1조 2조 3조 4조 5조 전체 294 영재교수 학습표준화자료

295 2 관찰 자료를 수집한 결과 F 2 에서 나타난 표현형의 종류와 표현형 비를 적어보자. 표현형 : 표현형 비 : 3 부모인 F 1 에 없던 열성형질이 F2에서 분리되어 나타나는 이유를 설명해보자. 2. 멘델의 가설과 분리의 법칙 멘델의 자가수분 실험 결과 F 2 에서 열성형질이 다시 나타남으로써 부모의 형질이 물감처럼 섞여 자손 에게 전달된다는 혼합설은 잘못된 것임이 밝혀졌다. 멘델은 형질의 전달은 혼합되지 않은 인자들이 섞여서 변질되는 것이 아니고 따로따로 함께 존재하다 가 자손에게 전달되어 나타난다고 설명하였다. 잡종 제2대에서 열성형질이 다시 나타나는 것을 설명하기 위해 멘델은 다음과 같은 가설을 설정하였다. 1. 모든 생물에는 형질을 결정하는 한 쌍의 인자가 있으며, 이 인자가 어버이에서 자손으로 전해진다. 2. 각 쌍의 인자들은 생식세포가 만들어질 때 분리되어 1개씩만 각각의 생식세포로 들어간다. 3. 생식세포를 통해 자손에게 전달된 인자가 다시 쌍을 이룰 때 서로 다른 인자가 쌍을 이룬 경우 하 나의 인자는 표현되지만 다른 인자는 표현되지 않는다. 1 멘델의 가설에서 설명하는 인자는 무엇인가? 2 RcBr의 교배에서 F1에서 우성형질만 나타난 현상을 설명하는 가설은? 3 RcBr의 교배에서 F2에서 우성형질과 열성형질이 분리되어 나타나는 현상을 설명하는 가설은? 4 멘델의 분리의 법칙 한 쌍의 대립형질의 교배에서 쌍으로 된 대립유전자들이 생식세포로 분리되어 들어간 결과 F 2 에서 우성형질과 열성형질이 일정한 비율로 분리되어 나타난다. 5 순종의 녹색잎과 순종의 황녹색잎을 가진 RcBr의 잎색깔이 유전되는 과정을 염색체 위에 나타내어 분석해보자.(녹색잎 유전자는 G, 황록색잎 유전자는 g, 자주색 줄기 유전자는 A, 녹색줄기 유전자는 a로 표시한다.) 중학교 3학년 생물 295

296 어버이(P) P의 생식세포 잡종제1세대(F 1) 잡종제2세대(F 2) 정핵 알세포 자화수분 3. 녹색 잎은 항상 보라색 줄기만 가질까? 1) F 2 표현형 관찰 및 자료수집(양성잡종) 녹색잎 자주색 줄기를 가진 F1끼리 교배하여 얻은 F 2 의 표현형을 관찰하고 표현형과 각각 의 개체수를 세어 기록해보자. 표현형 F 2 의 개체수 1조 2조 3조 4조 5조 전체 1 관찰 자료를 수집한 결과 F 2 에서 나타난 표현형의 종류와 표현형 비를 구해보자. 표현형 : 표현형 비 : 2 녹색잎은 항상 자주색 줄기만을 가지는가? 황녹색잎은 항상 녹색 줄기만을 가지는가? 3 F 2 에서 잎 색깔만 고려할 때 표현형의 종류와 그 분리비를 구해보자. 296 영재교수 학습표준화자료

297 4 F 2 에서 줄기의 색깔만 고려할 때 표현형의 종류와 그 분리비를 구해보자. 5 한 쌍의 대립형질의 유전에서 잎색깔(줄기색깔)의 표현형의 분리비와 두 쌍의 대립형질 의 유전에서 잎색깔(줄기색깔)의 표현형의 분리비를 비교해보자. 6 잎색깔과 줄기의 색깔은 유전되는 과정에서 서로 영향을 주었는가? 4. 멘델의 독립의 법칙 멘델은 한 쌍 이상의 대립유전자가 잡종세대에 나타났을 때 그들도 모두 같은 형태의 유전을 하는지 알 아보기 위하여 서로 다른 형질의 발현에 관여하는 두 쌍 혹은 세 쌍의 대립유전자가 서로 다른 개체들 을 양친으로 하여 교배시켰다. 양성잡종교배에서 대립형질을 따로 분리시켜 살펴보았을 때 그 분리비는 둥근 콩 : 주름진 콩=423 :133 과 또한 노란색 : 녹색=416 : 140으로 나타나서 각각의 경우, 단성잡종교배에서 얻었던 F 2의 결과와 매우 유사하였다. 또한 양성잡종 교배의 F 2에서 나온 4종류의 표 현형은 대략 둥글고노란콩 :주름진녹색콩:둥근녹색콩: 주름진녹색콩=9 : 3 : 3 : 1의 비율에 비슷하게 나 타난다는 사실도 발견하였다. 이와 같은 사실로부터 모든 대립유전자쌍의 어떤 유전자는 그들이 생식세포가 형성되는 과정에서 자유 롭게 분리되고 각종 대립유전자는 하나씩 모여 여러 종류의 재조합 대립유전자로 된 생식세포를 형성하 게 된다. 또한 서로 다른 유전자의 대립유전자는 배우자를 형성하는 과정에서 서로 독립적으로 분배한다는 독립 의 법칙이 적용된다. 순종의 자주색줄기 녹색잎의 RcBr(GGAA)과 순종의 녹색줄기 황록색잎의 RcBr(ggaa)을 교배시켰 을 때 잎색깔과 줄기색깔이 유전되는 과정을 염색체 위에 나타내어 분석해보자.(녹색잎 유전자는 G, 황록색잎 유전자는 g, 자주색줄기 유전자는 A, 녹색줄기 유전자는 a로 표시한다.) 중학교 3학년 생물 297

298 어버이(P) P의 생식세포 잡종제1세대(F 1) 잡종제2세대(F 2) 정핵 알세포 자화수분 5. 독립의 법칙과 연관 서턴과 그 외의 많은 사람들이 염색체가 유전인자를 포함하고 있으며, 하나의 염색체에는 많은 수의 유 전인자가 존재한다고 결론을 내린 후 얼마 지나지 않아 멘델의 독립의 법칙은 모든 유전자에 적용이 되 지 않는다는 것이 밝혀지기 시작했다. 베이트슨(W. Bateson)과 퍼네트(R. Punnett)는 멘델의 발견을 확증하기 위하여 실험하는 동안 혼란스런 결 과를 얻었는데, 이것은 나중에 연관 때문인 것으로 밝혀졌다. 1 RcBr의 잎색깔 유전자와 줄기색깔 유전자가 같은 염색체상에 연관되어 있다면 두 형질의 유전은 어떻게 일어날까? 염색체 분리 현상을 모식도로 나타내보자(단, 녹색잎 유전자 G, 황록색잎 유전자 g, 자주색줄기 유전자 A, 녹색줄기 유전자 a) 어버이(P) P의 생식세포 잡종제1세대(F 1) 잡종제2세대(F 2) 정핵 알세포 자화수분 2 두 형질이 연관되어 있을 때 녹색잎은 어떤 줄기를 가지는가? 황녹색잎은 어떤 줄기를 가 지는가? 잎색깔과 줄기 색깔은 서로 영향을 주는가? 298 영재교수 학습표준화자료

299 생각 모으기 1. 멘델의 법칙에 의하면 생물은 우성 형질, 아니면 열성 형질을 띠게 되고 그 중간형질은 가질 수 없게 된다. 그러나 분꽃의 경우 흰색 꽃과 붉은 색 꽃을 교배하게 되면 그 중간 형질인 분홍색 꽃을 가진 자손이 태어난다. 이러한 현상에 대하여 멘델은 유전인자가 혼합되지 않고 입자의 형태로 유전된다는 것을 어 떻게 증명할 수 있는가? 2. 멘델의 유전법칙이 모든 경우에 적용될 수는 없다. 실제 멘델의 유전법칙이 적용되지 않는 현 상이 더 많은데 지금까지 보아온 여러 현상들 중에서 멘델의 법칙과 맞지 않는 것이 있다면 적 어보자. 그리고 그 이유는 무엇인가? 참고사항 1. Rapid-cycling Brassica rapa를 이용한 유전 실험의 중학생 인지수준에 따른 효과(2004, 김성숙) 2. Rapid-cycling Brassica rapa를 이용한 멘델 유전 모듈이 예비교사의 유전 개념 변화에 미치는 효과 (2006, 김혜연) 중학교 3학년 생물 299

300 11. 혈액형 판정과 혈구의 관찰 주제 혈액형 판정과 혈구의 관찰 목표 1. 표준혈청을 이용하여 혈액형을 판정할 수 있다. 2. 응집반응의 원리를 이용하여 혈액형의 수혈관계를 설명할 수 있다. 학습활동 활동 1. 혈액형 판정 1. 실험 이론 (1) 혈액의 분류 혈액형을 최초로 분류한 사람은 유럽의 오스트리아 비엔나 대학의 연 구 조수였던 "칼 란트슈타이너" 박사 1) 로서 건강한 사람의 혈액도 서로 다른 혈액과 혼합하게 되면 응고현상이 일어난다는 사실을 발견하고 이 를 연구하여 ABO식 혈액형이란 체계를 세상에 발표했다. 혈액형은 적혈구에 있는 항원의 종류에 따라 결정된다. 현재까지 알 려진 적혈구 항원의 종류는 수백 종이나 되나, 수혈을 할 때 문제가 되 는 항원 및 항체의 종류는 수십 종 정도에 불과하며 그 중 가장 중요한 것이 ABO식 혈액형 및 Rh식 혈액형이다. 같은 부모로부터 태어난 형제 끼리도 혈액형이 다를 수 있는 것은 멘델의 유전법칙 2) 에 의하여 아버지 1) Karl Landsteiner( ) 오스트리아 生. 1901년부터 사람의 혈액군( 血 液 群 )에 관한 연구를 시작하여 ABO식( 式 ) 혈액형을 발견, 수혈법을 확립하였다. 또, 년에는 A.비너와 협동하여 Rh인자( 因 子 )를 발견하였으며, 소아마비 초기에 유효한 혈청을 개발하고, 매독에 대해서도 연구하였다. 1930년 혈액형에 관한 연구로 노벨생리 의학상을 수상하였다. 300 영재교수 학습표준화자료

301 와 어머니로부터 유전자를 하나씩 받아 혈액형이 결정되기 때문이다. (2) Rh혈액형 1940년에 칼 란트슈타이너와 비너는 토끼와 실험용 쥐에 인도산 붉은 털 원숭이의 적혈구를 주 사하고 어떤 항체를 만들었는지를 확인하기 위하여 혈액을 채취한 후 혈청을 분리했다. 그리고 그 혈청을 붉은 털 원숭이와 사람의 적혈구와 각각 반응시켜 보았다. 어떤 사람의 적혈 구는 응집이 일어났으나 어떤 사람의 적혈구는 응집이 일어나지 않았다. 그들은 그 혈청에 의해 응집이 일어났던 사람의 적혈구에는 그 혈청과 반응하는 인자가 있다고 판단하였고 그것을 Rh 인 자(Rh factor)라고 명명하였다. 그리고 그들은 그 혈청(anti-Rh 혈청)과 반응하여 응집이 일어나면 Rh 인자를 가지고 있는 경우이므로 Rh 양성으로 판정하였고, 응집이 일어나지 않으면 Rh 인자가 없는 경우이므로 Rh 음성으로 판정하였다. 붉은 털 원숭이 혈액 --> 토끼에 주사 --> 토끼 체내에 응집소(항체) 형성 --> 토끼 혈청 추출 --> 사람 혈액과 혼합 --> 응집반응 일어나면 Rh+ : 붉은 털 원숭이에게 있는 것이 있다는 의미 --> 응집반응 없으면 Rh- : 붉은 털 원숭이에게 있는 것이 없다는 의미 (3) 항원 항체 반응 antigen-antibody reaction 동물에서 볼 수 있는 현상으로 생체는 자기와 비자기(self-non self)의 구별 능력을 보유함으로 비 자기가 침입할 때 이에 대항하는 물질을 만들어 이들 간에 일어나는 특이적 반응을 말함. 이 때 외부침입자를 항원이라 하고, 이에 대항하여 생긴 물질을 항체라 함. (4) 혈액의 응집 반응 혈액의 응집반응은 적혈구의 응집원(항원)과 혈청의 응집소(항체) 사이에서 일어나는 항원- 항체 반응이 일종이다. 같은 종류의 응집원과 응집소가 만나 면 응집반응이 일어난다. 응집원 + 응집소 응집 2) 어떤 유전형질의 발현에는 한 쌍의 유전자가 관여하며, ABO식 혈액형 결정에는 유전자A,B,O가 결정한다. 또 이 유전자의 우열 정도는 A=B>O이다. 한편 Rh식 혈액형 결정 유전자의 우열은 Rh+ > Rh- 이다. 중학교 3학년 생물 301

302 (5) 혈액형의 종류 및 특징 A B O 식 A 형 적혈구 표면에 A응집원을 가지고 있고 혈청 속에는 항-B응집소를 가짐 B 형 적혈구 표면에 B응집원 을 가지고 혈청 속에 항 -A응집소를 가짐 혈 액 형 AB형 적혈구 표면에 A와B 응집원 두 가지를 가지고 있으나 혈청 속에는 아무 응집소도 없음 O 형 적혈구 표면에 아무런 응 집원을 가지지 않으나, 혈청 속에는 A와B 응집 소 모두 가지고 있음 Rh 식 혈 액 형 Rh+ 형 적혈구 표면에 Rh 요소(D) 를 가지고 있으나 혈청 속 에는 Rh 응집소가 없음 Rh- 형 적혈구 표면에 Rh 요소 를 가지지 않으나 혈청 속에 Rh 응집소(항D)가 있음 혈액형 적혈구의 응집원 혈청의 응집소 혈액형 적혈구의 응집원 혈청의 응집소 O 없음 항A&항B A A 항B B B 항A AB A&B 없음 Rh + Rh인자(D인자) 없음 Rh - 없음 항D (6) 혈액형에 따르는 응집반응 적혈구 혈 청 O A B AB O A B AB 표준혈청 A = 혈액 A형의 혈청 = 항혈청 B(anti B) : B형& AB형과 응집반응 표준혈청 B = 혈액 B형의 혈청 = 항혈청 A(anti A) : A형& AB형과 응집반응 302 영재교수 학습표준화자료

303 학습활동 가. 준비물 1. 재료 : 혈액, 채혈용 바늘(란셋), 노란 고무줄, 이쑤시개, 슬라이드 글라스, 유성펜(네임펜), 탈지면, A4용지 2. 시약 : 표준혈청A, 표준혈청B, 표준혈청D, 소독용 알코올(70%), 생리적 식염수 나. 실험 방법 1. 슬라이드 글라스 좌우 상단에 유성 펜으로 A, D, B 자를 표시한 다음 흰 종이 위에 올려놓는다. 2. 슬라이드 글라스 A,D,B 자 아래 부분에 표준 혈청 A(항 B혈청), 표준혈청D(항 D혈청), 표준 혈청 B(항 A혈청)를 각각 한 방울씩 떨어뜨린다. 3. 소독용 알코올로 새끼손가락을 소독하고 고무 밴드 로 묶은 다음, 채혈용 바늘로 살짝 찔러 혈액을 채 혈하여 슬라이드글라스 좌우에 한 방울씩 떨어뜨리 고 이쑤시개를 이용하여 표준 혈청 혈액이 잘 섞이 도록 한 후 응집 반응을 관찰한다. A D B A D B A D B 이쑤시개로 섞음 다. 유의점 1. 다른 사람이 사용한 채혈침을 절대로 사용하지 않도록 한다. 2. 채혈은 소량으로 충분하므로 상처를 적게 하고, 채혈 전후에 소독을 철저히 하도록 한다. 3. 혈우병 환자나 심약한 학생은 채혈하지 않도록 한다. 라. 혈액형 판정 표준혈청D 표준혈청D - + Rh- 형 Rh+ 형 Rh 식 혈액형 판정 중학교 3학년 생물 303

304 마. 실험결과 본인의 혈액 종류 혈 액 형 적혈구 물질 (응집원) 혈청 물질 (응집소) ABO식 Rh식 내가 다음 사람으로부터 피를 받는다면, 어떤 현상이 일어나겠는가? A형 B형 AB형 O형 Rh+ Rh+ 내 피를 다음 사람에게 주었다면, 그 사람의 혈액순환은 어떻게 되겠는가? A형 B형 AB형 O형 Rh+ Rh+ 전체 학생들의 혈액형을 조사한 후, 학급 전체의 비율을 아래 각 도시(나라)의 비율과 비교하여 나타나는 유사/차이점의 원인을 유전적으로 설명할 수 있는 가설을 설정하시오. A형 B형 AB형 O형 학급, 대한민국 ( ) 명 ( ) 명 ( ) 명 ( ) 명 ( ) % ( ) % ( ) % ( ) % 런던, 영국 43% 8% 1% 48% 파리, 프랑스 32% 12% 6% 40% 베를린, 독일 43% 14% 6% 37% 미국, 인디언(몬테나) 76% 0% 0% 24% 콩고 30% 29% 10% 31% 북경, 중국 25% 34% 10% 31% 동경, 일본 38% 22% 10% 30% 가 설 304 영재교수 학습표준화자료

305 참고사항 1. 혈액형의 다른 분류 1) 돔브록식 혈액형 사람의 혈구는 항 Dao항체와 응집반응을 일으키는 Do(a+)형과 응집반응을 일으키지 않는 Do(a -)형으로 분류됩니다. 포레스키라는 의사가 돔브록(Dombrock) 부인의 혈청에서 항체를 발견하여 이와 같은 이름이 붙었다. Do(a+)형은 Do(a-)형에 대해 단순우성으로 유전되며 Do(a+)형이 나타 나는 빈도는 백인의 경우 60 % 정도다. 2) 디에고식 혈액형 1954년 베네수엘라의 디에고가( 家 )에서 신생아 용혈성( 溶 血 性 )질환 환자의 어머니 혈청에서 항 체가, 아버지에게서는 항원이 발견되었다. 따라서 Dia 항체에 대해 적혈구가 응집반응을 일으키는 것을 Di(a+)형, 그렇지 않은 것을 Di(a-)형이라고 이름이 붙었다. 3) Q식 혈액형 돼지의 혈청에서 발견되는 항Q 응집소를 사람의 피에 첨가하였을 때 Q 항원이 형성되는지 아 닌지에 따라 구분되는 혈액형이다. 4) P식 혈액형 1927년 칼 란트슈타이너(Karl Landsteiner) 및 레빈이 발견한 것으로 P1항원을 지닌 경우를 P1형, 지 니지 않은 경우를 P2형이라고 하며 Pk형, P형[Tj(a-)형], Luke형 등 여러 가지 변이종이 알려져 있다. 5) MN 식(MNSs식) 혈액형 1927년에서 1928년 사이에 란트슈타이너와 P. 르윈에 의해서 발견된 혈액형으로 M 및 N항원의 유무에 따라 M형, N형, MN형으로 분류된다. 2. 동물의 혈액형 동물들도 긴급한 상황이나 면역력이 떨어질 때 면역력이 높은 개의 혈액을 뽑아 수혈한다. 참고 로 소의 경우는 A, B, C, F - V, J, L, M, N, S, Z, R`-S`,T`등 12가지 혈액형이 있고, 말은 7가지, 면양 은 8가지, 돼지는 15가지, 닭은 13가지의 혈액형을 가지고 있다. 개의 경우는 위에 열거한 동물이 나 사람처럼 A, B, 등 이렇게 나누지는 않고, 7가지 정도의 다른 동종항체계가 존재한다. 개에 있 어서 수혈을 할 때 중요한 것은 A인자가 중요한 역할을 하며 약 63%의 개가 A+(양성)이고 나머지 37%가 A-(음성)이다. 중학교 3학년 생물 305

306 개의 경우 수혈을 할 때 피를 제공하는 개는 반드시 A-(음성)인 강아지여야 하는데, 그 이유는 A-(음성)의 피는 양성이나 음성인 개 모두에게 특별한 부작용 없이 피가 서로 섞일 수 있기 때문 이다. 돌연변이 혈액형 예) Cis-AB형의 유전 AB형인 사람에게는 하나의 염색체에 A유전자, 또 다른 염색체에 B유전자를 갖는 것이 일반적 이다. 그러나 Cis-AB형은 A와 B 유전자가 하나의 염색체 위에 존재, A.B 유전자가 분리되지 않고 통째로 유전된다. 이 때문에 Cis-AB형인 사람이 O형 배우자를 만나면 자녀의 혈액형은 AB형이나 O형이 나오게 된다. 결국 혈액형이 유전의 산물인 건 사실이지만 예외가 많은 만큼 단순히 ABO및 Rh 혈액형만을 갖고 친자관계를 확인하는 것은 무의미함을 입증하는 셈이다. 활동 2. 혈구의 관찰 가. 목표 혈액을 구성하는 세포들을 관찰하고 그 모양을 식별할 수 있다. 306 영재교수 학습표준화자료

307 나. 이론 혈액은 주로 심장 박동에 의해 일정한 방향으로 흐르는 폐쇄 혈관계 내에 존재하는 혈구와 액 체 성분인 혈장으로 구성되어 있다. 혈구에는 적혈구, 혈소판, 백혈구가 있다. 혈구는 혈액의 45% 정도이며, 혈액 1mm 3 속에 적혈구는 450~500만개 정도, 백혈구는 6000~8000개 정도, 혈소판은 20 만~30만개 정도 들어 있다. 적혈구는 현미경상에서 둥글게 보이며 헤모글로빈을 다량 함유하고 있어 붉은 색을 띠고 있으며, 백혈구는 무색이고 불규칙한 모양이며 핵이 있다. 혈소판은 대핵세 포가 갈라져 생겨난 세포 조각들로 크기가 작고 무색이며 핵이 없다. 광학 현미경으로 혈액 원액을 그대로 관찰하면 혈구들이 겹쳐지고 혈액이 응고하여 혈구를 구 별하기 어렵다. 따라서 혈액을 희석하고 응고를 방지하여 관찰하거나, 혈액을 슬라이드글라스에 얇게 펴서 관찰한다. 무색의 백혈구를 식별하기 위해서는 김자 또는 라이트(Wright) 염색액으로 백 혈구의 핵을 염색하여 관찰한다. 다. 준비물 1. 실험 기구(2인 1조) : 현미경 1, 슬라이드 글라스 2, 커버 글라스, 핀셋 1, 스포이트 2, 채 혈침 2, 탈지면, 비커(500mL) 1, 고무 밴드 1 2. 약품(4인 1조) : 3.8% 시트르산나트륨 용액, 소독용 알코올, 메탄올(70%), 생리적 식염수 (0.9%), 김자액 라. 유의점 1. 다른 사람이 사용한 채혈침을 절대로 다시 사용하지 않도록 한다. 2. 채혈은 소량으로 충분하므로 상처를 적게 하고, 채혈 전후에 알코올 소독을 철저히 하도록 한다. 3. 혈우병 환자나 심약한 학생은 채혈하지 않도록 한다. 4. 채혈된 혈액을 슬라이드 글라스 위에 떨어뜨린 후 즉시 커버글라스를 덮어 프레파라트를 만든다. 마. 과정 및 방법 1. 방법 1 1) 새끼손가락 끝을 소독용 알코올로 소독하고 고무 밴드로 묶은 다음 채혈침으로 살짝 찔 러 슬라이드 글라스에 혈액을 한 방울 떨어뜨린다. 2) 혈액에 3.8% 시트르산나트륨 용액을 한 방울을 떨어뜨려 잘 섞은 다음, 커버 글라스를 덮 고 현미경으로 저배율( 100)과 고배율( 400)에서 관찰한다. 중학교 3학년 생물 307

308 2. 방법 2(도말법) 1) 슬라이드 글라스 한쪽 끝에서 1/3 정도 되는 곳에 혈액 한 방울을 떨어뜨린다. 2) 그림과 같이 다른 슬라이드 글라스를 이용하여 혈액을 얇게 편다. 이때 혈액이 한 층으로 얇게 펴지도록 하려면 균일한 힘과 속도로 슬라이드 글라스를 밀어 나가야 한다. [그림 1] 혈액의 도말 1 3) 메탄올을 몇 방울 떨어뜨리고 3분 동안 말린다. [그림 2] 혈액의 도말 2 4) 얇게 잘 펴진 부분을 색연필로 커버 글라스 크기 정도로 동그라미를 친 다음 그 안에 김 자액을 한 방울 떨어뜨린다. 5) 1분 후에 생리 식염수 한 방울을 떨어뜨린 다음 5분간 더 염색한다. 6) 슬라이드 글라스를 비커의 물에 넣어 김자액을 씻은 다음 여과지 위에 올려놓고 다른 한 장의 여과지로 물기를 제거한다. 7) 2-3분 후 염색된 부위에 생리 식염수 한 방울을 떨어 뜨려 커버글라스를 덮고 혈구의 모 양을 저배율( 100)과 고배율( 400)에서 관찰하고 스케치 한다. 바. 결과 및 해석 1. 방법 2에서 관찰되는 혈구의 생김새를 그려보자. 308 영재교수 학습표준화자료

309 (배율: 100) (배율: 400) 2. 방법 1에서 시트르산나트륨 용액을 넣는 이유는 무엇인가? 3. 가장 많이 관찰되는 혈구의 모양과 색깔은 어떠한가? 4. 방법 2에서 김자액에 의해 염색된 세포는 무엇인가? 특히 진하게 염색된 부분은 무엇인가? 5. 백혈구의 핵의 형태 및 세포질에서 관찰되는 과립은 어떠한가? 6. 적혈구와 혈소판은 어떻게 구분될 수 있는가? 특징을 써보자. 7. 적혈구, 백혈구, 혈소판의 기능에 관하여 조사해 보자. 적혈구 백혈구 혈소판 중학교 3학년 생물 309

310 사. 참고자료 1. 혈액의 구성과 기능 사람의 혈액은 전체 부피의 약 46%가 적혈구, 백혈구, 혈소판의 세포 성분이고 나머지 약 54% 가 액체 성분인 혈장으로 되어 있다.(성인의 경우 약 5L, 체중의 1/13) 1) 적혈구 무핵의 원반형이며 지름 7-8μm의 크기이다. 적혈구는 골수 3) 에서 만들어지고 수명은 1-3개월 정도이며, 간이나 지라에서 파괴된다. 적혈구는 헤모글로빈이라는 붉은 색소 때문에 붉게 보이며 헤모글로빈은 산소를 운반한다. 2) 백혈구 핵이 있으며 크기는 20~25μm의 크기이다. 아메바 운동으로 혈관 벽이나 모세혈관을 통하여 조 직으로 드나들며 식균 작용을 하고, 병원체에 대한 항체를 만들어 몸을 보호하는 면역 작용을 한 다. 지라, 골수, 림프선에서 만들어지며, 수명은 약 20일 정도이다. 백혈병은 백혈구가 비정상적으 로 증식되는 일종의 혈액 암이다. 3) 혈소판 적색 골수에서 거대 세포인 대핵세포가 갈라져 생겨난 세포 조각들로 크기는 2-4μm정도이다. 상 처가 나면 혈소판이 파괴되어 혈액을 응고시키므로 출혈을 막고 세균의 침입으로부터 몸을 보호 하도록 해 준다. 3) 뼈의 내부에 있는 연한 조직 310 영재교수 학습표준화자료

311 4) 혈장 물이 90%로 대부분을 차지한다. 알부민, 피브리노겐, 글로브린 등의 혈장 단백질이 7~8%, 포도 당은 0.1%를 차지하며, 그 외에 지질, 무기 염류 등이 용해되어 있다. 2. 백혈구의 종류 백혈구가 침입한 박테리아를 죽이는 과정 단핵구는 주로 골수에서 생성되며 다른 어떤 백혈구보다 식균 능력이 우수하다. 중학교 3학년 생물 311

312 12. 왓슨과 크릭의 DNA 주제 왓슨과 크릭의 DNA 목표 주변에 흔히 볼 수 있는 생물의 DNA를 추출하는 과정을 통해 세포막의 구성 을 알고, 핵 속에 들어있는 DNA의 존재를 직접 눈으로 확인해 볼 수 있다. 활동안내 유전의 기본 물질은 무엇인가? 1. 유전 실험과 DNA 발견 오스트리아의 그레고어 멘델( )의 완두콩 실험 : 부모의 형질이 자손에게 전달되는 데 특정한 요소가 관계함 통계적 으로 밝힘(1865) 스위스의 생화학자 프리드리히 미셰르의 고름 묻은 붕대에서 핵산 발견(1869) 2. DNA가 유전물질임을 확인 미국의 유전학자 토머스 모건( ) 초파리 돌연변이를 연구해 염색체가 유전에 관여한다는 사실을 확인. 노벨생리의학상을 수상(1933) 312 영재교수 학습표준화자료

313 허먼 멀러( ) 모건의 제자로 살아 있는 세포의 유전자와 염색체에 X선을 쬐면 돌 연변이와 유전적 변화가 생겨날 수 있다는 연구로 1946년 노벨 생리 학 의학상을 수상 영국의 박테리아 학자인 프레드릭 그리피tm의 폐렴쌍구균을 이용한 실험 >>> DNA가 유전에 관여한다는 사실 밝힘(1928) 그러나 당시에 과학자 들은 DNA의 조성이 단백질에 비해 너무 단순해 유전물질이 될 수 없다 고 생각하는 사람들이 많았다. 미국의 앨프레드 허시와 마서 체이스 박테리아 파지 연구로 DNA가 유전정보를 전달하는 물질이라는 사실 을 증명(1952) DNA의 구조와 메커니즘을 밝히기 위한 과학자들의 경쟁이 치열하게 전개됐고, 그 승자가 바로 왓슨과 크릭이었다. 학습활동 DNA 추출하기 - 양파, 키위, 바나나의 DNA를 중심으로 1. 원리 몇 달 전 프랑스 부부의 영아 유기 사건에 대해 들어본 적이 있나요? 죽은 지 몇 달 된 영아 시 신의 부모가 누구인지 어떻게 알았을까요? 이를 통해 우리나라의 생명공학 기술이 세계적이라는 것을 대내외적으로 알린 사건이지요. 이 기술은 바로 유전자 감식 기술입니다. 유전자 감식은 어떻게 하는 걸까요? 우리의 유전자는 어디에 들어있을까요? 그렇죠..우리의 유 전자는 바로 DNA입니다. 세포에 들어있는 핵 속 DNA를 분석하면 우리가 가진 유전자를 알아낼 수 있습니다. 이렇게 분석된 유전자를 생전에 미리 분석해둔 적이 있거나 최근에 채취해놓은 머리 중학교 3학년 생물 313

314 카락 같은 세포가 있다면 자신과 같은 것임을 바로 알아낼 수 있겠지요. 세포막은 인지질과 단백질로 이루어져 있고 DNA가 들어있는 핵도 핵막이라고 하는 세포막과 같은 성분인 생체막으로 이루어져 있습니다. 핵을 파괴시키면 DNA가 유출되고 이러한 DNA를 뭉 치게 해주면 눈에 보이지 않는 작은 분자인 DNA도 우리 눈에 보일 정도가 됩니다. 우리는 이번 실험에서 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 양파나 과일의 DNA를 추출해보고 그 방 법으로부터 자신의 DNA도 추출하여 봅시다. 준비물 양파, 키위, 바나나, 자신의 세포(모근이 살아있는 머리카락, 상피세포), 식염(소금) 6g, 부엌용 세제 10mL, 물 100mL, 에탄올, 스포이드, 비커, 거름종이, 분쇄기 유의사항 칼에 손을 베이지 않도록 유의한다. 모근 채취할 때 부러지지 않도록 하며 뿌리부분을 만지지 않도록 한다. 입안 상피세포 채취할 때 상처가 있는 사람은 침을 1mL정도 받아서 한다. 세포가 적을수록 에탄올의 사용량이 많아짐을 유의한다. 에탄올은 차게 할수록 DNA추출이 잘된다. 과정 및 방법 (1) 추출액을 만든다. - 추출액의 성분 : 식염 6g + 부엌용 세제 10mL + 물 100mL (2) 양파를 완전히 갈아 부순다. (3) 추출액을 넣어서 더욱 갈아준다. (4) 거름종이로 여과한다. (5) 스포이트를 이용하여 여과액과 같은 양의 에탄올을 여과액에 조금씩 첨가시키면서 에탄올 과 여과액이 만나는 부분의 변화를 살펴본다. (6) 키위와 바나나도 가~마의 방법으로 실험한다. (7) 자신의 세포는 주로 입안 상피세포를 이용한다. 추출액 중 식염 + 물로 입안을 헹군 후 세 제를 첨가한 후 분쇄기로 물리적 충격을 주도록 한다. 그 이후는 다른 생물과 같은 방법으 로 실험한다. 314 영재교수 학습표준화자료

315 결과 및 해석 가. 양파와 추출액을 섞어 여과시킨 여과액에 에탄올을 가했을 때 어떤 변화가 관찰되는가? 나. 침전된 물질은 무엇이라 생각하는가? 다. 소금과 부엌용 세제의 역할은 무엇일까? 라. 에탄올을 첨가하는 이유는 무엇인가? 읽기자료 DNA의 이중 나선 구조 발견의 빛과 그림자 시카고 태생의 제임스 왓슨(1928 )은 15세 때 시카고 대학 동물학과에 입학하여 19세로 졸업한 후 인디애나 대학에서 박테리오파지 연구로 1950년에 박사학위를 취득하였다.DNA에 관심을 갖고 핵산을 화학적으로 연구하고 있던 중 1951년 왓슨 은 나폴리에서 개최된 학회에 참가하였는데 그곳에서 모리스 윌킨스가 찍은 DNA 의 X선 회절상을 처음으로 보고 강한 인상을 받았다. X선 회절을 공부하기로 한 왓슨은 1952년에 X선 분석의 연구 중심지인 캠브리지 대학 내 캐번디시 연구소로 옮겼다. 이 캐번디시 연구소에서 왓슨은 프랜시스 크릭( )과 만나게 되었다. 그는 세른 다섯으로 왓슨보다 열두 살 연상인데 당시에는 아직 대학원생으로서 헤모글 로빈의 연구를 하고 있었다. 두 사람은 DNA에 대하여 이야기하고 DNA를 자신들 의 공동 연구 목표로 삼기로 하였다. 왓슨은 크릭과 손을 잡고 DNA의 구조를 연 구하기 시작하였다. 그들은 연구 과정에서 킹스 칼리지 연구실의 모리스 윌킨스와 로잘린드 프랭클 린( )과 공동전선을 구축하기도 하였다. 내향적이고 사색적인 윌킨스와 직 설적이고 자료를 위주로 하는 프랭클린은 같은 연구실에서 같은 일을 하고 있었는 데 두 사람은 절대로 함께 일할 수 없을 정도로 사이가 별로 좋지 않았다. 이 무렵 캘리포니아 공과대학의 라이너스 폴링( )은 단백질 구조를 단백 J.D.왓슨 F. 크릭 R. 프랭클린 중학교 3학년 생물 315

316 질 분자의 각 부분을 축소 모형으로 만들어 어린이 장난감 모형 그대로인 3차원 나선 구조를 밝혔다. 폴링의 연구에서는 마지막 단계에서 그 모형이 옳다는 것을 확인하기 위해서만 X선 사진이 사용되고 있었다. 왓슨과 크릭은 이 분자 모형을 써서 같은 방법으로 DNA의 구조를 연구하기로 하였다. 한편, DNA의 구조를 해명하려는 과학자는 그 밖에도 있었다. 1952년의 4월에는 L. 폴링 이론 화학자 존 그리피스가 DNA를 구성하는 4염기 중 아데닌(A)은 티민(T)을, 구 아닌(G)은 시토신(C)을 잡아당기는 경향이 있다는 것을 알아냈다. 또 1952년의 5월에는 오스트리아 출신의 미국 생화학자인 오윈 샤가프가 캐번디시 연구소를 찾아가 'DNA의 아닌데(A)양은 언제나 티민(T)의 양과 같으며, 구아닌(G)의 양이 언제나 시토신(C)의 양과 같다'는 그의 발견을 밝혔다. 이 염기 조성의 특징은 뒤에 '샤가프에 법칙'이라 불리며, 핵산의 화학적 특징에 관한 최대의 발견이 되었다. 이 샤가프의 발견이 DNA의 구조를 의미하고 있다는 것을 누구도 알아차리지 못하였다. 샤가프의 연구결과 (일부발췌) 1953년에는 폴링이 DNA의 연구를 시작하였다는 소식이 나왔다. 그러나 폴링의 논문을 숙독한 왓슨과 크릭은 폴링이 실수하고 있다는 것을 알아차렸다. 마침내 왓슨과 크릭은 윌킨스의 협력으 로 프랭클린이 찍은 선명한 DNA의 X선 사진을 볼 수가 있었다. 당시 거의 혼자 연구하는 프랭클 린은 자신의 X-선 회절 사진 결과로 축축한 DNA(높은 습도에 노출되어)가 알파 나선(α-Helix)구조 의 특성을 나타내는 것을 알아냈다. 그녀는 모든 DNA가 이런 형태일 것이라고 생각했으나, 다른 마른 DNA 형태에서도 이를 확인한 후 발표하려고 미루고 있었다. 1953년 프랭클린의 연구 결과를 왓슨에게 그녀에게 말도 없이, 동의도 없이 보여줬다. 이사진을 보고 왓슨과 크릭은 DNA가 두 가 닥의 사슬로 이루어진 나선 모양임을 확신하였다. 316 영재교수 학습표준화자료

317 1953년 4월 25일 왓슨은 DNA의 이중 나선 구조에 관한 논문을 과학 전문 잡지<네이처>에 발표 하였다. 왓슨이 25세, 크릭이 37세 때의 일이다. 그리고 1962년 왓슨과 크릭은 윌킨스와 함께 DNA 의 이중 나선 구조의 모델을 제창한 공적으로 의학 생리학상을 수상하였다. 프랭클린은 1958년 4 월에 37세의 젊은 나이에 사망하여 그 노벨상은 수상할 수가 없었다. 샤가프나 프랭클린과 같이 큰 업적이 있었어도 불운하게도 수상의 영광을 얻지 못하는 경우도 있는 것이다. DNA 구조를 밝힘으로써 그 복제나 작용방식에 대한 이해는 매우 빠르게 이루어졌다. 더 나아 가 DNA의 특성을 충분히 이해함으로 이를 자르거나 붙이는 조작이 시도되었고 이후 20년간 이 분야에 눈부신 발전이 이루어졌다. 이러한 발전은 1990년에 와서 인간유전정보를 밝히는 야심찬 계획인 인간 유전체 계획(Human genome project)의 바탕이 되었다. 몇 가지 물음들 1. 유전현상 연구 초기 사람들은 DNA가 유전물질이 아니라고 생각한 이유는? 2. DNA 발견의 중요성은 무엇인가? 3. 왓슨과 크릭이 수행한 연구과정을 통해 과학자에게 필요한 품성을 찾아 그 필요성을 간략하게 서술하시오. 중학교 3학년 생물 317

318 4. 유전물질의 본체가 DNA임을 밝히기까지 왓슨과 크릭이 고민해야 했던 것은? 과학자의 윤리성 을 고려하여 설명하시오. DNA에 관한 기초지식 1. 핵산 : 핵 속에서 발견된 산성 물질로 DNA와 RNA의 두 종류가 있으며, 구성단위는 뉴클레오 티드이다. 2. 뉴클레오티드의 구조 = 염기 + 당 +인산 뉴클레오티드는 인산기, 당(데옥시리보오스;Deoxyribose), 염기로 구성되어 있다. DNA를 구성하 는 모든 뉴클레오티드에서 인산기와 당은 동일하며 단지 염기의 종류만 달라 4종류의 염기가 4종 류의 뉴클레오티드를 만든다. DNA에 있는 염기에는 아데닌(adenine), 구아닌(guanine), 시토신 (cytosine), 티민(thymine)이 있다. 아데닌, 구아닌, 시토신, 티민은 각각 A, G, C, T 로 표시된다. 318 영재교수 학습표준화자료

319 가) 염기 : DNA는 퓨린계인 아데닌(A)과 구아닌(G) 및 피리미딘계인 티민(T)과 시토신(C)으로 되어 있으며, RNA는 DNA의 티민(T) 대신 우라실(U)로 되어있다. 나) 당 : 5탄당으로 RNA는 리보오스를, DNA는 리보오스보다 산소가 하나 부족한 디옥시리보 오스를 함유하고 있다. RNA는 리보핵산(Ribonucleic acid)의 약자이고, DNA는 디옥시리보 핵산(Deoxy-ribonucleic acid)의 약자이다. 다) 인산 : 무기 인산으로, DNA와 RNA에 공통으로 존재한다. 3. DNA의 구조 뉴클레오티드들이 수없이 중합반응을 한 이중나선구조 이다. 인간의 유전자는 약 30억개의 염기쌍으로 이루어져 있으며, 이 염기서열을 밝히는 작업이 게놈 프로젝트 였다. 염기 사이에는 약한 수소 결합을 하고 있는데 A와 T, G와 C사이의 상보적 관계에서만 일어나며, 퓨린계와 피리미딘 계가 1:1 로 결합되어 있다. A : T = 1 : 1, C : G = 1 : 1 DNA는 왜 이중나선 구조를 하고 있을까? 염기사이의 결합은 왜 수소결합이라고 하는 약한 결합을 하고 있을까? 왜 퓨린과 피리미딘계는 1:1로 결합할까?(한 쪽 염기가 퓨린이면, 다른 한 쪽은 피리미딘인 까닭은?) 4. 염색체의 구성 DNA 모형 만들기 1. 실험목적 DNA종이 모형을 만들어봄으로써 DNA의 구조와 유전자를 암호화하는 원리를 이해할 수 있다. 중학교 3학년 생물 319

320 2. 준비물 (개인별) : 4D 프레임-DNA 3. 모형 만들기 과정 가) 색깔별로 분자를 정한다. 노랑- 인산 결합 염기결합- 4발, 인산-6발 빨강 - 아데닌(A), 연두 - 티민(T), 파랑 - 시토신(C), 보라 - 구아닌(G) 나) 연결 규칙에 따라 4개 발에 색 빨대를 쌍으로 끼운다. A-T, C-G 다) 한쪽 사슬의 순서를 정한다. 라) 6개 발을 이용하여 같은 색 빨대를 끼운다. 마) 노란 빨대를 이용하여 인접한 뉴클레오티드를 연결한다. 4. 정리문제 가) 뉴클레오티드 그림을 보고 대답해봅시다. 1) A(아데닌)과 결합한 염기는 무엇인가? 2) C(시토신)과 결합한 염기는 무엇인가? 나) 2중 나선의 회전 방향은 어떤 쪽인가? 다) 내가 만든 DNA모형의 염기서열(DNA서열: DNA sequence)을 기록하여보자. 자료 출처 1. J.D. 왓슨, 이중나선, 1968 / 하두봉 역, 1973, 전파과학사 2. J.D.왓슨, DNA: 생명의 비밀, 2003 / 이한음 역, 2003, 까치 3. J.D.왓슨, 유전자 여자 가모브 이중나선 이후, 2001 / 이한음 역, 2004, 까치 320 영재교수 학습표준화자료

321 13. 자신을 알자 - 신체정보를 통한 관찰, 분류, 추론, 예측 및 일반화 주제 자신을 알자 목표 신체정보를 통한 관찰, 분류, 추론, 예측 및 일반화와 유전 현상의 이해 도입 우리는 모두 세상의 어느 누구와도 같지 않은 자신의 유전지 지문을 가지고 있다(일란성 쌍생 아를 제외). 다음 일련의 활동은 우리가 자신에 대해 더 잘 알고, 개인조사표를 만들 수 있도록 도 와줄 것이다. 중학교 3학년 생물 321

322 탐구활동이 끝난 뒤 다음 질문에 답하시오. 1. 모든 사람들과 공유하는 특징은 무엇인가? 2. 인류의 절반과 공유하는 특징은 무엇인가? 3. 소수의 다른 사람들과 공유하는 특징은? 4. 자신 만의 고유 특징은? 5. 부모에게 물려받은 특징으로 생각되는 것은? 탐구과정 다음 사항을 각자 측정하고 기록해보자. 1. 키 2. 몸무게 3. 발 크기 반의 결과를 이용하여 몇 개의 그래프를 그려보자. 이 활동에서는 남자와 여자의 결과를 나누어 야 한다. 또한 집단 내 측정값을 비교하려면 각 항목에 있어 측정기준에 유의해야 한다. 가령, 발 길이는 **의 길이를 기준으로 측정한다. 체중계로 측정한 몸무게는 무게라는 문자가 포함되어 있어 도 인체의 질량이라는 의미이지 결코 인체의 무게가 아니다. 1) 번호 키cm 몸무게 발크기 1) 한국표준과학연구원 영재교수 학습표준화자료

323 자신의 성별에 따라 키에 따른 사람 수를 막대그래프로 그려보시오. 사람수 (명) 0 키cm(남,여) 키에 따른 발의 평균 크기를 그래프로 그리시오. 평균 발의 크기 0 키cm(남,여) 발 크기로부터 그 사람의 키를 예측할 수 있는가? 4. 두개( 頭 蓋 )* 계수 *척추동물의 머릿골을 싸고 있는 골격 짝을 지어 서로 상대방의 두개계수를 계산해 보자. 가) 측정 1) 두부 길이 측정 두부의 중앙에서 캘리퍼스의 한 끝은 눈썹사이에 놓고 다른 끝은 두부의 가장 뒷부분에 놓은 후 mm 단위로 측정한다. 중학교 3학년 생물 323

324 2) 두부 너비 측정 캘리퍼스의 끝을 누부의 가장 넓은 부분-대개 귀 바로 뒷부분에 놓고 mm 단위로 측정한다. 나) 계산 두개계수는 다음 식을 이용하여 계산한다. 두개계수 = 두개너비 두개길이 다) 유형 분류 두개계수가 75보다 작으면 긴 두개 75-80이면 둥근 두개 80보다 크면 넓은 두개 라) 자신의 두개계수와 두개 유형을 적어보자. 5. 귀 모양 구분하기 2) 자신의 귀 모양을 사진으로 찍은 후 귓바퀴와 풍문의 유형에 따라 구분하여 보자. 가) 귀바퀴의 유형 균형 잡힌 귀 상륜이 큰 귀 중륜이 큰 귀 하륜이 큰 귀 중륜이 작고 상하륜이 큰 귀 2) YSC 청소년과학탐구반 : 귀의 모양(이문)의 형태학적 분류를 통한 개인 식별 연구, 생활과학반 네이처, 영재교수 학습표준화자료

325 나) 풍문의 유형 풍문이 넓은 사람 풍문이 퍼져있는 사람 풍문이 거의 없는 사람 다) 내 귀의 유형 1) 귀바퀴 왼쪽 오른쪽 2) 풍문 왼쪽 오른쪽 라) 왼쪽과 오른쪽은 같은 모양일까? 마) (심화학습) 부모 형제자매의 귀 모양을 조사해보자 6. 귀 움직이기 가) 귀를 움직일 수 있는가? 중학교 3학년 생물 325

326 나) 반에서 귀를 움직일 수 있는 학생을 관찰하여 다음의 표를 완성하시오. 구분 인원 비율(%) 귀를 움직일 수 있는 학생 귀를 움직일 수 없는 학생 계 7. 두피 움직이기 가) 두피를 움직일 수 있는가? 나) 반에서 두피를 움직일 수 있는 학생을 관찰하여 다음의 표를 완성하시오. 구분 인원 비율(%) 두피를 움직일 수 있는 학생 두피를 움직일 수 없는 학생 계 326 영재교수 학습표준화자료

327 8. 코의 모양 코는 다양한 모양이 있는데 우리나라 관상학에서는 8가지 모양으로 구별하고 있다. 번호 코 모양 그림1 3) 그림2 4) 특징 1 개코 2 마늘코 3 메부리코 4 사자코 5 쓸개달린코 6 외로운봉우리 코 7 원숭이코 8 호랑이코 3) 관상보기 4) 사주운세 중학교 3학년 생물 327

328 나의 코 모양은 어떤 형인가? 9. 코 계수 짝을 지어 상대방의 코를 캘리퍼스로 측정하시오. 가. 코의 길이 측정 코의 길이는 캘리퍼스의 한 쪽 끝을 코의 가장 들어간 부위에 대고 다른 한쪽 끝은 코의 제일 아래쪽에 대고 측정한다. 내 코의 길이는 얼마인가? 나. 코의 너비 측정 코의 너비는 코의 가장 넓은 부위에 캘리퍼스의 두 끝을 대 고 측정한다. 내 코의 길이는 얼마인가? 다. 코 계수를 구해보자. 코 계수 = 코의너비 코의길이 100 코 계수가 50-70이면 좁은 코, 70-85이면 중간 코, 이면 넓은 코이다. 내 코 계수 10. 혀말기 사람에 따라 혀를 둥글게 말 수 있는 사람도 있고 그렇지 못한 사람도 있다. 328 영재교수 학습표준화자료

329 우리 영재반의 데이터를 수집하여 아래표의 빈 란을 채워보시오. 구분 인원 비율(%) 혀를 둥글게 말 수 있는 학생 혀를 둥글게 말 수 없는 학생 계 어느 학생이 더 빈번히 출현하는가? 충분히 많은 학생을 조사했다면 우세한 형질은 무엇이라 할 수 있나? 11. 오른손잡이인가? 왼손잡이인가? 자신이 오른손잡이인지 왼손잡이인지, 또 그 정도는 어떠한지 알아보자. 오른손으로 글씨를 쓴다고 해서 완전한 오른손잡이는 아니다. 우리가 할 수 있는 몇 가지 검사 가 있는데, 여기에 그 중 몇 가지가 제시되어 있고, 또 스스로 검사방법을 발견할 수도 있다. 가. 검사하기 1 크기 어떤 경우에는 오른쪽 다리가 길거나, 오른쪽 눈이 크거나, 오른팔 근육이 강하거나, 발 크기가 다르다. 여러분의 경우 어떤 차이가 있는지를 알아보기 위해 많은 특징을 재어보자. 내 팔의 길이 내 다리의 길이 내 눈의 크기 2 글씨쓰기 어느 쪽 손으로 자연스럽게 글씨를 쓰이는가? 3 가위사용 날이 무딘 가위로 얇은 종이나 헝겊을 잘라보자. 처음에는 오른손으로 다음에는 왼손으로 해보 중학교 3학년 생물 329

330 고 자연스러운 쪽이 어느 쪽인지 써보자. 4 악수하기 다른 사람과 악수할 때 어떤 손을 자연스럽게 내미는가? 5 엄지손톱의 밑선 양 손의 엄지손가락을 보라. 우세한 손가락의 손톱 밑선이 다른 쪽보다 덜 각이 져있다. 내 경우는 어떠한가? 6 깍지 끼기 손가락을 깍지 끼어 보라. 우세한 손의 엄지가 위로 온다. 다른 손의 엄지가 위로 오게 해보고 느낌을 말해보자. 내 경우는 어느 쪽이 자연스러운가? 7 팔짱끼기 팔짱을 껴보자. 우세한 팔이 위에 온다. 내 경우는 어느 쪽이 우세한 팔인가? 8 먼 물체를 지적하기 먼 물체를 가리킬 때 어떤 손으로 하는 것이 자연스러운가? 330 영재교수 학습표준화자료

331 9 우세한 눈 멀리 있는 물체를 두 눈을 뜬 채 손가락으로 정확히 지적하시오. 손가락을 그대로 둔 채, 한 쪽 눈을 감고 손가락이 가리킨 지점이 처음과 얼마나 멀리 떨어져 있는지 본다. 이제 다 른 쪽 준을 감고 손가락이 가리킨 지점이 처음과 얼마나 떨어져 있는지 본다. 10 수저의 사용 밥을 먹을 때 수저를 오른 쪽으로 사용해 본다. 그 후 왼손으로 먹으면 느낌이 어떠한가? 11 씹기 음식을 먹을 때 어느 쪽 치아로 씹는 것이 자연스러운가? 12 잇솔질 이를 닦을 때 어느 손을 쓰는가? 다른 손을 쓰면 느낌이 어떤가? 13 바늘구멍 꿰기 마늘에 실을 꿸 때 어느 손으로 실을 잡는가? 실을 잡는 손이 우세한 손이다. 14 가르마 타기 머리 가리마는 어느 쪽이 자연스러운가? 15 잠자기 어느 쪽으로 누워 자는지를 생각해 적어보자. 나. 종합하기 동그라미를 써서 오른쪽과 왼쪽의 경향성을 표시하시오. 항목 합 오른쪽 왼쪽 위 15가지 검사 중 10가지 검사에서 오른 쪽이 우세했다면 67%가 오른쪽 우세형이다. 나는 어느 유형이며 그 정도는 몇 퍼센트 인가? 중학교 3학년 생물 331

332 12. 지문 왼손과 오른손의 손가락에 잉크를 묻혀서 지문을 뜬다. 짝을 지어서 활동하는 것이 좋다. 오른쪽 지문의 유형 5) 에 따라 자신의 지문을 분류해보자. 개인 동정표에 왼쪽과 오른쪽 손가락을 찍어 그 유형을 써 보자. 5) 제 2회 보람과학놀이마당 자료집, 보람과학교사모임, 영재교수 학습표준화자료

333 다. 개인동정표 자신을 알자 활동으로부터 얻은 정보를 기록해보자. 이 름 성별 남/여 생일 키 몸무게 발 크기 (신발크기) 두개계수 두개계수 값에 따라 긴 두개(75 미만), 둥근 두개(75-80), 넓은 두개(80초과)로 나뉜다. 귀 모양 귀 움직이기 가능, 불가능 두피 움직이기 가능, 불가능 코 모양 코계수 코 계수 값에 따라 좁은 코(50-70), 중간 코 (70-85), 넓은 코(85-120)로 나뉜다. 혀말기 가능, 불가능 오른손이 우세한 정도(%) 손가락 구분 엄지 검지 중지 약지 새끼 오른손 지문 오른손지문유형 왼손지문 왼손지문유형 중학교 3학년 생물 333

334 14. 인류 유전학 주제 인류 유전학 목표 색맹, 지문, 손바닥 삼각점 조사 활동을 통한 인류 유전학의 이해 실험 1. 색맹 1. 개요 및 원리 색맹과 색양은 연속적인 변이로써 분명하게 구분 짓기가 쉽지 않다. 색맹 중에서 가장 많은 것 은 적록색맹이며, 여자(약 0.2%)들에 비해 남자(약 5%)쪽에서 더 많이 나타나지만 민족이나 지역에 따라 차이를 보인다. 색깔구분은 망막의 원추세포에 있는 3종류의 광감수성 단백질 색소에 의해 이루어진다. 이들 각 각의 색소는 흐린 빛을 인식하는 간상세포의 로돕신과도 관련되어 있다. 원추색소의 광감수성은 삼원색인 청, 적, 녹색을 감지한다. 따라서 우리는 이들 삼원색을 혼합함으로써 다른 여러 색깔들 을 감지할 수 있게 된다. 청색을 감지하는 색소 유전자는 7번 염색체 위에 위치하는 반면, 적색과 녹색을 감지하는 색소 유전자는 X염색체에 위치한다. 특히 이들 녹색과 적색을 감지하는 색소 유 전자들이 감수분열 시, 일부 결실이 되면 적록색맹의 원인이 된다. 2. 재료 및 기구 여러 종류의 색실, 색종이, 색맹 검사표,붓 3. 실험방법 ⑴ 색맹검사표를 사용하는 경우 1 밝은 실내에서 색맹검사표를 책상위에 펴놓고, 전방 75cm의 거리에서 검사표면과 시선이 334 영재교수 학습표준화자료

335 거의 수직인 상태에서 읽는다. 색맹여부는 검사표의 2,3,4번 표 중에서 1개. 또는 5,6,7번 표 중에서 한 개를 순서대로 읽게 하면 쉽게 판별할 수 있다. 만약 색맹자로 인식되면 필 요에 따라 다시 9번 10번 표의 두 곳을 가리켜 그 종류나 정도를 결정한다. 2 피검자가 정확히 해독하지 못할 경우에는 붓으로 표 위에 보이는 대로 그리게 한다. 3 검사자는 표에 피검자의 판독결과를 기입하며, 특히 색맹자의 오독결과를 기록한다. [색맹 여부 판별표] 표의 번호 정상 적록색맹 또는6 4또는2 적색약 12 사선은 읽지 못한 경우, 공란은 부정인 경우를 나타낸다. ⑵ 기타방법에 의한 검사 1 여러 가지 색실을 흩어 놓고 적색실과 녹색 실을 가려내게 한다. 2 여러 가지 색종이를 잘게 섞어 놓고, 적색 종이와 녹색 종이를 가려내게 한다. 3 색맹 검사표를 읽게 한다. 4. 결과 색맹검사표를 사용하여 색맹여부를 확인하고, 검사한 결과를 기록한다. 표의 번호 결과 색맹의 유전적 원리를 설명하시오. 실험 2. 지문의 유전 1. 개요 및 원리 지문은 손가락 끝에 나탄난 피부 융선의 배열상태에 따라 형성된 무늬로써, 사람마다 특이한 지 문형을 갖고 있다. 10손가락 전체의 융선수는 유전적인 요인뿐만 아니라 환경적인 요인에 의해서 도 영향을 받는 다인자적 유전을 한다. 일반적으로 남자는 평균 약 145개, 여자는 126개의 융선을 중학교 3학년 생물 335

336 가지고 있으며, 여러 사람의 융선수를 그래프로 나타내면 종 오양의 분포를 한다. 융선수는 태아 발생 6주에서 13주 사이에 태아의 손가락과 발가락이 양수막의 벽에 닿는 정도에 따라 달라질 수 있기 때문에 일란성 쌍생아끼리도 지문 형태가 다를 수 있다. 지문형은 다양하나 크게 3종류로 분류될 수 있다. 궁상문(arch)은 선이 손가락 장축에 거의 직각 방향으로 평행하게 활 모양으로 휘어 배열되어 있으며 삼각도(delta)가 없다. 제상문(loop)은 선이 말굽 모양으로 배열되어 삼각도가 하나 생긴다. 와상문(whorl)은 선이 여울모양 또는 고리모양으로 배열되어 삼각도가 2개 생긴다. 2. 준비물 : 스탬프, 복사기(4배 확대 가능한 것), 비누, 수건 3. 과정 : 스탬프를 손가락에 묻혀 아래 그림과 같이 다섯 손가락의 무늬를 보고서에 찍는다. 스탬프를 너무 많이 묻히거나 손가락을 종이에 눌러 찍을 때 너무 세게 누르지 않도록 한다. 손 가락의 한쪽 귀퉁이를 대고 둥글게 굴리면서 한 번에 찍도록 한다. 4. 결과 1 손가락 무늬 찍기 엄지 검지 중지 약지 새끼손가락 오른손 무늬 종류 왼손 무늬 종류 336 영재교수 학습표준화자료

337 2 무늬 통계 아치형(궁상문) 루프형(제상문) 홀형(와상문) 자기 것 조원 전체 3 지문의 중심 O와 각기 방향이 다른 세 선 교점 T를 연결하고 그 선에 닿는 가는 금을 세어 보세요. 제상문의 경우는 10개, 와상문의 경우에는 10개에서 12개 정도가 있습니다. 성염색체가 하나밖에 없는 유전병을 가진 여자의 경우에는 이 가는 선의 수가 33개이며, 성 염색체가 3개인 경우에는 가는 선의 수는 8개밖에 되지 않는답니다. 지문 중 1개를 골라 확대 복사 후 그림처럼 선을 그어 지문의 개수를 세어보자. [확대 복사한 지문 붙이기] 중학교 3학년 생물 337

338 실험 3. 손바닥의 삼각점 조사 1. 준비물 : 자, 각도기, 스탬프, 비누, 수건 2. 과정 : 손바닥 전체에 스템프를 묻혀 아래 그림과 같이 찍고 삼각점을 찾아 각도를 측정한다. 3. 결과 : 손바닥에 나타난 각도 : [ ] 338 영재교수 학습표준화자료

339 4. 배경지식 ⑴ Trisomy 13 [파타우증후군] 1 파타우 증후군이란? 파타우 증후군의 증상으로는 입술과 구개의 파열, 심각한 중추신경계의 이상, 다지증, 합지증, 소두증, 소안구증, 심장기형, 발달부진, 정신이상 등이 특이적으로 보인다. 이 병에 걸린 신생아의 대부분은 6개월 이내에 사망에 이르고, 반 정도가 1개월 이내에 사망하게 된다. 파타우 증후군의 증상은 에드워드 증후군(Edward's syndrome)과 비슷한 경우가 있다. 2 원인과 유전양상 파타우 증후군은 13번 염색체가 3개 존재하여 생기는 유전병이다. 이는 보통 모계에서 감수분열 제 1기에서의 비분리 현상(nondisjunction)에 의해 일어나게 된다. 약 20%정도는 불균형적인 전좌에 의해 일어난다. 다른 삼 염색체(trisomy)와 같이 어머니의 연령이 높을수록 발병빈도가 높다. 파타 우 증후군은 신생아 20,000 25,000명당 1명의 빈도로 발생하게 된다. ⑵ 다운증후군 1 다운 증후군이란? 다운 증후군은 21번 염색체를 3개 가지고 있거나, 21번 염색체에 전좌가 일어난 경우에 발생하 는, 가장 흔하고 유명한 유전병 중 하나이다. 다운 증후군은 정신 지체와 전형적인 얼굴 모양을 가지며 그 외 특이적인 증상으로는 저혈압, 단두증, 심장기형, 백내장, 근시, 원시 등의 눈의 이상, 짧은 손가락, 일자로 가로지른 손금, 벌리고 주름진 입 등이 있다. 또한 면역체계가 약하여 폐렴 등의 감염성 질환에 잘 걸리게 된다. 보통 수 명은 1년 내 사망이 2/3정도인데, 이는 보통 심장질환이나, 감염증으로 인한다. 또한 오래 살아도 나이가 들수록 노화가 빠르게 진행된다. 2 원인과 유전양상 21번의 삼염색체(Trisomy 21) : 대부분 모계의 21번 염색체 쌍의 감수분열 1기 시 비분리현상 (nondisjunction)에 의해 일어나며, 아버지 쪽의 감수분열 1기에서 일어날 수도 있다. 다운 증후군의 95%가 이 경우이다. ⑶ 터너증후군 1 터너증후군이란? 빈도는 여성에서 1/2,500-10,000정도로 나타나며, 체모의 숱이 적음, 무월 경, 가슴과 성기의 미 중학교 3학년 생물 339

340 발달, 난소 난관 자궁이 작고 미성숙 등의 여성으로의 발달이 덜 일어난다. 그 외에 짧은 신장, 뒷 목의 피부가 접힘, 유두가 넓음, 좁은 대동맥 착색된 육상괴( 肉 狀 塊 )등의 증상이 있다. 2 원인과 유전양상 하나의 X 염색체를 갖게 되는 것(45, XO) 참고문헌 1. 과학동아 2. 인터넷 다음 백과사전, 3. 다음 검색 한국인의 유전병 4. 교과재량 활동 자료 5. 유전학실험서 한국유전학회 340 영재교수 학습표준화자료

341 15. 초파리의 배양 및 생활사, 돌연변이의 관찰 주제 초파리의 배양 및 생활사, 돌연변이의 관찰 목표 1. 초파리가 유전학 및 발생학 재료로서 좋은 점을 알아본다. 2. 초파리 사육법에 대한 기술을 익히고, 암수를 구별, 성체의 여러 구조 및 미교배 암컷을 구별하는 방법을 알아본다. 3. 돌연변이 초파리 관찰을 통해 다양한 외부구조의 이상을 살펴본다. 활동안내 1. 기본자료 분야 생물 주제 유전 형질의 개념 제목 초파리의 배양 및 생활사, 돌연변이의 관찰 교육일시 (월) 오후 대상 중2 과학반 중3 과학반 및 수학반 지도교사 : 김규태 2. 학습주제의 선정 이유 유전학의 중요 모델동물인 초파리를 대상으로 여러 유전 형질에 대한 다양한 돌연변이가 있음 을 본 실험을 통해 확인하고, 이를 근거로 대립 형질의 개념을 이해하는 것이 유전에 있어서 가장 기초적인 단계라 생각하여 본 실험을 선정하게 되었다. 3. 학습내용의 개요 1) 도입 : 초파리의 생활사 관찰 2) 성체의 특징 관찰 중학교 3학년 생물 341

342 3) 교배에 필요한 암컷과 수컷의 특징 관찰 4) 야생형 초파리의 특징을 근거로 여러 돌연변이 초파리의 특징을 비교 관찰 5) 돌연변이 초파리 형질이 나오게 된 이유 예상 6) 이를 근거로 대립형질의 개념 파악 4. 교과 및 분야에서의 위계성 : 초등학교 3학년에서 학습한 초파리의 한 살이 에 포함된 초파리 의 외형과 생활사를 바탕으로, 야생형 초파리뿐만 아니라 다양한 돌연변이 초파리를 관찰함으 로써 돌연변이에 대한 개념을 확립하고자 한다. 1) 초등학교 3학년 초파리 한 살이 2) 중학교 3학년 유전과 진화 학습활동 초파리의 배양 및 생활사, 돌연변이의 관찰 ( )반, 이름 : ( ) 1. 실험 목표 1) 초파리가 유전학 및 발생학 재료로서 좋은 점을 알아본다. 2) 초파리 사육법에 대한 기술을 익히고, 암수를 구별, 성체의 여러 구조 및 미교배 암컷을 구 별하는 방법을 알아본다. 3) 돌연변이 초파리 관찰을 통해 다양한 외부구조의 이상을 살펴본다. 2. 실험 원리 및 개요 초파리는 모건(Tomas Morgan)에 의하여 실험재료로 처음 도입되어 유전학연구의 재료로 이용되 면서 유전학의 발전에 많은 기여를 하였다. 또한 축적된 유전학적인 기술을 이용하여 발생에 관여 하는 유전자를 대규모로 발견하면서부터 발생의 기작을 연구하는데도 많은 공헌을 하였다. 초파 리가 유전학 및 발생학 재료로서 갖는 장점은 다음과 같다. 초파리의 생활사는 대단히 짧아 고등한 무척추동물이지만 25 에서 10일이면 성체가 되고 곧 성적인 성숙에 도달하여 자손을 낳는다. 많은 자손을 낳으므로 결과에 대한 확률적인 처리가 가능하다. 외부의 구조가 복잡하여 유전자 돌연변이에 따른 기능을 연구하기가 수월하다. 염색체수가 적어 분자 유전학적인 접근이 용이하다. 다사염색체(polytene chromosome)를 가지고 있어 염색체상에서 유전자의 위치를 확인할 수 있다. 342 영재교수 학습표준화자료

343 여러 가지 방법을 이용한 돌연변이의 유발이 용이하다. 형질전환 동물(transgenic animal)을 만들어 쉽게 유전자의 기능을 연구할 수 있어 모델 시스템 으로 이용된다. 따라서 초파리는 사육실험, 염색체의 관찰, 돌연변이의 관찰, 성체의 외부구조의 관찰, 멘델의 분리 및 독립의 법칙 등을 쉽게 확인해 볼 수 있는 좋은 재료이다. 본 실험에서는 초파리의 배양 법에 대한 기술을 익히고, 암수 구별법, 미교배 암컷(virgin)을 구별하는 것을 배운다. 또한 성체의 구조와 여러 가지 돌연변이를 관찰을 통해 외부 구조의 이상을 살펴보도록 한다. 3. 실험 재료 및 기구 1) 기구 해부현미경, 루뻬(관찰용 돋보기), 마취 기구(붓, 관병, 초파리 배지, 마취병), 관찰용 타일 2) 재료 야생형 초파리 및 미지의 돌연변이, 에테르(ethyl ether) 4. 실험 방법 1) 초파리 사육 초파리는 25 에서 잘 자라며 10일면 수정란에서 성체로 된다. stock은 보통 에서 보관하 며, 실험은 25 에서 수행한다. 배지가 있는 관병을 사용하기 전에 알갱이로 된 효모를 넣든지 혹 은 물에 녹여 스프레이로 약간 뿌려줌으로써 살아있는 효모를 공급한 후 사용한다. 초파리 stock은 15일에서 20일을 주기로 새로운 배지로 갈아준다. 많은 수의 초파리를 얻고자 할 때는 쥬스병과 같은 큰 병을 이용하여 초파리를 배양한다. 또한 초파리를 키울 때는 배지에 곰팡이가 피는 것에 특히 주의를 해야 한다. 2) 초파리의 마취 초파리를 관찰하기 위해서는 마취를 해야하는데 일반적으로 에테르(ethyl ether)나 이산화탄소를 이용한다. 뚜껑이 있는 마취병에 솜을 넣고 약간의 에테르를 부은 후, 끝이 막혀있는 깔때기를 이 중학교 3학년 생물 343

344 용해 이곳에 초파리를 옮기면 마취가 된다. 1분이면 마취가 되며 수분동안 마취를 하면 죽을 수가 있으므로 주의한다. 마취된 초파리가 깨어나는데 약 10여분 이상이 걸린다. 초파리를 사용한 후 더 이상 필요가 없을 경우에는 빈 관병에 넣어 보관한다. 3) 성체의 암수의 구별 수컷은 첫 번째 다리(prothoracic leg)에 성징인 성즐(sexcomb)을 가지고 있다. sexcomb은 약 10개 의 굵은 털들이 모여 있는 것으로 주위와 쉽게 구별된다. 수컷이 갖는 두 번째 뚜렷한 특징은 배 (abdomen)의 등면의 5, 6번째 체절(A5 & A6)의 전 표면이 검은 색깔을 띠고 있는 반면, 암컷은 각 체절의 끝부분에만 검은 줄이 나타나는 특징을 갖는다. 하지만 바로 태어난 수컷의 경우 등면의 색깔이 매우 엷으므로 이 시기에 등면의 색깔을 이용하는 것은 바람직하지 않다. 또한 맨 뒤쪽에 있는 생식기관의 비교를 통해서 성을 구별할 수 있다. 암컷에 비해 수컷은 생식기관이 좀 더 검고 뚜렷히 보인다. 4) 성체의 각 구조의 관찰 성체는 크게 머리, 가슴, 배로 구성된다. 머리에는 안테나, 눈 등이 있으며, 가슴은 세 개의 체절 (prothorax, mesothorax, metathorax)로 구성되어 있으며, mesothorax에서 한 쌍의 날개 및 다리가 있 고, 세 번째 가슴에는 날개의 흔적기관이 평균곤(haltere)과 한 쌍의 날개가 있다. 성체의 구조는 초파리의 발생을 연구하는데 큰 공헌을 하였다. 예를 들면 호메오틱 유전자 중 Antennapedia의 한 우성 돌연변이에서는 안테나가 두 번째 다리로 형질의 전환이 일어난다. Ultrabithorax 유전자의 결함은 세 번째 가슴의 평균곤(haltere)이 날개로 전환되는 대 변화가 일어난 다. 이러한 연구들은 초파리의 구조에 대한 많은 연구가 돌연변이의 형질전환을 인식하는데 매우 중요한 역할을 해왔음을 보여준다. 여기에서는 정상 초파리의 외부구조를 살펴보고, 여러 가지 돌 연변이 초파리를 이용하여 이러한 구조들이 어떻게 영향을 받았는지 관찰한다. 5) 미교배 암컷(virgin)의 구별 암수를 교배하여 유전적인 결과를 얻기 위해서는 미교배 암컷(virgin)을 필요로 한다. 암수를 막 론하고 번데기에서 바로 태어난 것은 아직 몸이 검어지기 전으로 투명하게 보인다. 또한 깨어난지 얼마되지 않은 것은 복면 부분을 보면 장이 검게 비친다. 이들 중 암컷을 골라 수컷으로부터 분리 하여 교배에 이용한다. 일반적으로 많은 수의 암컷을 얻고자 할 때는 25 에서 4시간 마다 초파리 를 골라내면 실수없이 미교배 암컷을 얻을 수 있다. 미교배 암컷만 골라 관병에서 배양하여 유충 이 생기는지를 관찰하면 미교배 암컷인지 확인해 볼 수 있다. 344 영재교수 학습표준화자료

345 5. 결과 및 고찰 1) 정상 초파리의 암수 구조를 각각 스케치하고 각 기관의 명칭을 쓰시오. 2) 여러 가지 초파리 돌연변이를 관찰하고 특징을 쓰시오. 중학교 3학년 생물 345

346 3) 성체의 몸은 크게 어떻게 나누어지는가? 다리, 날개, 및 평균곤이 어느 체절에 붙어있는가? 4) 일반적으로 암수 중 어떤 것이 더 큰가? 5) 교배시 왜 미교배 암컷을 선택해야 하는가? 6) 평균곤의 기능은 무엇인가? 7) 완전변태란 무엇인가? 8) 돌연변이에 대한 유전학적인 정의는 무엇인가? 9) 본 돌연변이체의 관찰을 통해 눈의 형성에 관여하는 유전자는 1개 이상이 있다고 생각되는가? 10) 한 염색체에 여러 유전자가 있는가? 이러한 현상을 무엇이라고 하는가? 11) 돌연변이가 일어나면 반드시 우리 눈에 보이는 형질로 나타난다고 생각되는가? 12) 임신한 여성이 신체검사 때 X선 촬영을 삼가야 하는 이유는 무엇인가? 13) 우리 주변에서 발견되는 돌연변이 유발원에는 어떠한 것들이 있는가? 346 영재교수 학습표준화자료

347 14) 인간에게서 보이는 돌연변이 특징들에는 어떤 것들이 있는가? 1 마취병에 솜을 넣 고솜이젖을정도로 에테르를 붓는다. 2깔대기를마취병에 얹은 후, 야생형 초파리 가들어있는관병을거 꾸로 잡고 솜마개를 빼 어 관병을 손으로 쳐주 면서 초파리를 깔대기로 털어 넣는다. 3초파리가깔대기로떨 어지면 손으로 깔대기의 입구를 감싸서 공기가 통 하지 않게 하여 초파리를 2~3분 정도 마취시킨다. 4 마취병에서 초파리를 꺼 내어 거름종이 위에 놓는다. 5 돋보기나 해부 현미경으로 관찰하 면서 야생형 초파리의 특징을 표에 기록한다. 중학교 3학년 생물 347

348 주의사항 1. 관병을 쳐주면서 초파리를 마취병으로 떨어뜨릴 때 너무 세게 치지 않도록 한다. 세게 칠 경우 배지가 망가지는 수가 있다. 2. 초파리를 만질 경우에는 반드시 붓을 사용하여 초파리가 다 치는 일이 없도록 한다. 3. 조그만 샬레에 거름종이를 얹고 초파리를 관찰하면 초파리가 바람이나 입김에 날리지 않는다. 4. 관찰이 끝난 초파리를 관병에 넣은 후, 초파리가 깨어날 때까 지는 옆으로 뉘여서 보관한다. 배지가 젖어 있으면 관병을 똑 바로 세울 경우 초파리가 빠져 죽을 수가 있기 때문이다. 5. 돌연변이 초파리를 관찰할 때 교사의 지시에 따라 차례대로 관찰하도록 하여 서로 다른 돌연변이 초파리가 섞이는 일이 없도록 지도한다. 6. 관찰이 끝난 초파리는 다른 학급의 활동을 위해 버리지 말고 관병에 넣어 배양한다. 검은 체색 흔적 날개 막대 눈 흰눈초파리 흔적 날개-암갈색 눈 안테나 다리-검은 체색 348 영재교수 학습표준화자료

349 16. 초파리의 유전 -염색체와 유전자 그리고 형질유전 주제 초파리의 유전-염색체와 유전자 그리고 형질유전 목표 1. 유전자가 자손에게 전달되는 과정을 염색체 수준에서 이해한다. 2. 현미경을 이용하여 초파리 침샘 염색체를 관찰할 수 있다. 3. 생식세포의 유전자 타입을 분석할 수 있다. 4. 우성 및 열성 형질이 자손에서 어떻게 유전되는지 예측할 수 있다. 준비물 해부현미경, 광학현미경, 지우개가 없는 연필, 끝이 날카로운 핀셋, 슬라이드글라스, 커버글라스, 1 회용 페트리디쉬, 붓, 잘 자란 3령 유충, 생리식염수(NaCl 7.5g + KCl 0.35g + 증류수 1 liter), 아세 트올세인 염색액, 여과지 알아보기 유전물질은 세포 안의 핵 속에 있으며, 히스톤 단백질과 결합하여 복합체로 존재한다. 이러한 복합체는 분열하는 시기에 따라 상당히 다른 모습으로 나타난다. 간기 때에는 실처럼 흩어진 염색 사의 형태로 존재하며, 유사분열 시기에는 염색체라는 응축된 형태로 나타난다. 종에 따라 염색체 의 수가 다르며, 초파리는 4쌍 (8개)이 존재한다. 1번 염색체는 성염색체로서 기능을 수행한다. 하 지만 초파리의 침샘 염색체는 세포질의 분열이 없이 염색체만 10번 분열하여 각 염색체에 대하여 2개가 아니라 무려 2 10 = 1024 개의 복제된 염색체가 존재하여 다사염색체를 형성한다. 각 상동염 색체는 서로 결합하여 마치 하나의 염색체처럼 보이며, 또한 모든 동원체끼리 붙어 있다. 중학교 3학년 생물 349

350 초파리의 침샘 염색체. (A) 염색체가 붙지 않은 형태. (B) 다사 염색체를 형성하여 붙어 있는 모습. (C) 현미경 상에서 실제 보이는 침색염색체의 모습. 1. 침샘염색체 페인터가 초파리 유충의 침샘세포에서 발견한 것으로 쌍시목 유충 (초파리, 모기붙이 등)의 침샘 세포에서 관찰되는 염색체로 보통 염색체의 배 정도로 매우 커서 거대염색체라고도 한다. 1) 세포분열의 간기에서도 관찰된다. 이유는 세포분열이 일어나지 않고 염색체의 복제만 계속 일어나서 약 1000가닥 이상의 염색사들로 이루어져 굵어졌기 때문이다. 2) 상동염색체가 접합상태인 2가염색체를 이루고 있으며 각 염색체의 동원체 부분이 서로 붙 어 있어 마치 다섯가닥 처럼 보인다. 3) 수천개의 뚜렷한 가로무늬가 일정 순서로 배열되어 있는데 이 무늬가 곧 유전자의 위치로 알려져 있다. 탐구활동 1. 초파리 사육 관병에서 크고 살찐 유충(3령 유충)을 선별하여 물이 담긴 1회용 페트리디쉬에 몇 마리 모은다. 2. 끝이 날카로운 핀셋으로 유충 1마리를 집어 슬라이드 글라스 위에 올려 놓는다. 3. 양손으로 핀셋을 잡고 한쪽은 유충의 머리를, 다른 한쪽은 앞에서 1/3보다 약간 뒤쪽을 핀셋으 로 잡고 뒷쪽에서 서서히 잡아당긴다. 이 때 뽑아낸 침샘에 붙어 있는 머리와 내장 부분을 제거 한다. 350 영재교수 학습표준화자료

351 4. 뽑아낸 침샘 위에 염색액에 1-2방울 떨구고 약 5분 정도 염색한다. 5. 커버 글라스로 덮은 후 한쪽 끝을 눌러 밀리지 않게 한 다음 다른 한 손에 지우개가 없는 연필 의 머리 부분으로 두드려 염색체가 펴지도록 한다. 6. 엄지 손가락으로 커버 글라스의 정 중앙을 꽉 눌러 염색체가 확실하게 펴지도록 한다. 이 때 커 버글라스가 밀리지 않도록 주의 한다. 7. 옆으로 새어 나온 염색액은 여과지나 화장지로 닦아 낸다. 8. 광학현미경으로 관찰한다. 저배율 (100배)에서 관찰하여 염색체의 위치를 찾은 후 고배율로 관 찰한다. 400배에서 비교적 잘 보인다. 생각해보기 1. 실험을 통해 관찰된 초파리의 염색체에 대하여 기록하여 보자. 2. 현미경 상에서 보이는 침샘 염색체의 모양과 특징을 스케치하시오. 3. 동원체가 관찰되는가? 동원체의 기능은 무엇인가? 4. 침샘 염색체에서 진한 밴드 형태가 아니고 부풀어 있는 혹 같은 부분(puff)이 있는가? 있다면 이 것은 어떠한 기능을 할 것으로 생각되는가? 중학교 3학년 생물 351

352 초파리의 침샘을 꺼내는 요령 (A, B) 3령 유충의 앞쪽과 중간 부위를 핀셋으로 잡고 뒤쪽의 핀셋을 서서이 잡아 당긴다. (C) 앞쪽 부분만 남기고 나머지 부분은 없앤다. 여기서 실제로 필요한 부분은 침샘염색체 부분이지만 육안으로 앞쪽 입 부분을 제거하기 어려우므로 바로 슬라이드 위에 올려 놓고 염색체를 편다. 5. 초파리의 체세포의 염색체는 몇 개이고, 생식세포(정자 또는 난자)의 염색체는 몇 개인가? 왜 이렇다고 생각하는가? 6. 염색체의 관찰을 통해서 어떠한 일들을 할 수 있겠는가? 한걸음 더 1. 유전자에 대하여 알고 있는 내용 및 나의 생각을 아래의 표에 정리해 보자. 주제 유전자란? 유전자의 위치는? 유전자의 상태는? 염색체와 유전자의 관계는? 생식 과정에서 유전자의 행동은? 유전 과정에서 유전자의 역할은? 나의 생각 352 영재교수 학습표준화자료

353 유전자와 염색체 및 형질 발현의 관계 빨간 눈 초파리 암컷(XX)과 수컷(XY), 흰눈 초파리 암컷(X'X')과 수컷(X'Y)을 다음과 같은 방법으 로 서로 모의 교배하였을 때, 자손 제1대와 자손 2대에서 나타나는 결과를 정리하고, 초파리 성체 가 생식세포를 만드는 과정에서 염색체의 수와 유전자의 전달을 생각해보자. <준비물> 가위, 풀, 실험지, 종이컵, 싸인펜(적색, 검은색, 파란색) <실험 방법> 1. 초파리 눈의 색과 관련하여 유전자와 염색체를 어떤 식으로 모형을 만들 수 있을까? 2. 초파리가 만드는 생식세포(정자와 난자)의 염색체를 나타내보자. 3. 4개의 종이컵을 준비하여 빨간눈 암컷의 난자, 빨간눈 수컷의 정자, 흰눈 암컷의 난자, 흰눈 수컷의 정자 풀을 만든다. 4. 빨간눈 암컷과 흰눈 수컷의 모의 교배 및 흰눈 암컷과 빨간눈 수컷의 모의 교배를 실시해본다. 5. 실험자의 의도가 들어가지 않고 교배가 무작위적으로 되려면 어떤 방법을 사용하여야 할까? 6. 10회 이상 반복 실험을 하고 그 결과를 정리해보자 초파리 교배 실험 세팅 1. 초파리 눈의 색깔 유전 현상을 관찰하기 위해 초파리 교배 실험을 적절히 세팅하고 잡종 제1대 및 잡종 제2대의 결과를 조사하고 토론하여보자. 2. 순종은 어떻게 확보할 수 있을까? P : 붉은 눈 초파리( ) X 흰눈 초파리( ) P : 흰 눈 초파리( ) X 붉은 눈 초파리( ) F 1 수컷( ) 암컷( ) 붉은 눈 흰 눈 붉은 눈 흰 눈 예상 비율 관찰 마리수 F 1 수컷( ) 암컷( ) 붉은 눈 흰 눈 붉은 눈 흰 눈 예상 비율 관찰 마리수 중학교 3학년 생물 353

354 우리 집안의 유전 형질 조사하고 나와 배우자 사이에서 태어날 아기의 모습을 그려보 자.(프로젝트 준비) 1. 조사해 볼 형질을 정한다. 예: 혈액형, 혀말기, 색맹, 귓불, 이마모양, 대머리, 보조개, 성격, 손가락 마디의 털, 엄지손가락 모양, 새끼손가락 굽음, 오른손잡이, 지능, 기억력, 시력, 기타 조부모님, 외조부모님, 부모님과 나의 특징을 조사한 자료를 이용하여 각각의 유전자를 염색체 상에 표시해본다. 3. 동전 등으로 각각의 상동염색체 중에서 좌우를 결정하여 나의 생식세포를 만들어본다. 4. 미래의 나의 배우자의 생식세포도 같은 방법으로 나타내본다. 5. 나와 배우자 사이에서 태어날 아기의 염색체를 만들어보고 그 염색체에 의해 태어나게 될 아기 의 모습을 그림으로 나타내보자. 나와 닮은 점은 무엇인가? 기호 특징 우성 친조부 친조모 부 외조부 외조모 모 나 A 시력 좋다 B 기억력 좋다 C 귓불 있다 D 이마모양 v자 354 영재교수 학습표준화자료

355 17. 환경오염에 의한 질병 주제 환경오염에 의한 질병 목표 1. 인간건강에 대한 환경오염의 위협을 좀 더 정확히 알게 된다. 2. 오염물질의 생물농축과정을 이해할 수 있다. 3. 환경공해를 이해하고 문제해결에 적응하는 힘을 기른다. 이론적 배경 1. 환경오염과 공해 (1) 오염과 공해의 차이 환경의 오염과 공해는 비슷한 의미로 통용되고 있으나 차이가 있다. 환경오염이란 유해물질이 공기, 물, 토양 중에 허용기준치 이상으로 유입되어 생물학적, 화학적 및 물리학적 환경이 변하여 인간과 유용생물의 생활 조건이 나쁘게 되는 것을 의미하고, 오염의 정도가 심하여 유용생물이 생 육에 지장을 받게 되고. 인간이 생활환경에 피해를 입게 될 때 이를 공해라고 한다. 만일 오염은 되어도 피해를 주지 않으면 공해라 부르지 않는다. (2)공해의 법률적 의미와 4요소 공해의 법률적 의미 제 2차 세계대전 이전에도 공장공해란 말이 사용되고 있었으며, 소리, 진동, 연기, 냄새, 열 등에 의하여 다른 사람의 재산이나 건강, 평온한 생활 등을 침해할 때에 공해란 표현을 썼다. 법률적 의 미에 있어서 공해라고 하는 것은 산업 활동, 기타 사람의 활동에 수반하여 생기는 상당한 범위에 걸친 대기 오염, 수질 오염, 토양 오염, 소음, 진동, 지반의 침강, 열 및 악취에 의하여 다른 사람의 건강 또는 생활환경에 피해가 생기는 현상을 말한다. 예를 들면, 교통 공해, 쓰레기 공해, 식품 공 중학교 3학년 생물 355

356 해, 또는 여기에서 발생하는 이차적인 피해와 생활 환경의 파괴 전체가 공해가 된다. 공해의 4요소 공해의 사례는 많으며 이타이이타이, 미나마타병 등은 그 대표적 예이다. 이들 공해는 반드시 가해자인 발생원, 원인물질, 매개체, 피해자 등으로 구성되며, 이들 4요소가 있어야 공해가 성립되 므로 이를 공해의 4요소라 한다. 2. 환경오염의 발생원인 환경오염의 발생 원인은 생각하는 방향에 따라 여러 가지가 있겠으나, 요약해서 다음 다섯 가지 를 고려할 수 있다. (1) 인구증가와 도시집중 : 지구환경은 자정능력이 있기 때문에 사람들이 여기저기에 흩어져 살 때는 주위 환경이 어느 정도 오염이 되더라도 시간이 지남에 따라 자연 정화 되었으나 인구가 증가되고 도시로 집중됨에 따라 오염 물질의 양이 자정능력을 초과하여 부영양화, 적조 등의 오염현상이 발생하게 되었다. 따라서 오염물질의 발생을 줄이고 과학적인 방법 으로 처리하여야 한다. (2) 공업의 발달 : 공업지역은 농 목축지역에 비하여 인구밀도가 높고 유해한 산업폐기물이 많 이 방출된다. 이들 물질은 일반 유기물질처럼 미생물에 의하여 분해되지 않으며, 중금속의 경우는 토양 속에 잔존 농축된다. 이처럼 환경보전이 수반되지 않은 공업발전은 환경오염과 파괴를 유발하게 된다. 따라서 산업폐기물은 재활용과 감량 및 처리가 매우 중요한 문제가 되고 있다. (3) 에너지의 발달 : 에너지 개발은 인간의 생활을 향상시키는데 도움을 주나 풍력, 조력, 지d 열, 태양열 등 자연력에 의하지 않은 화석연료나 방사능을 이용한 에너지원의 개발은 환경 오염을 심화시키고 심각한 환경공해를 발생시키고 있다. (4) 생활수준의 향상 : 환경문제를 도외시하고 공업발전을 위주로 한 현재까지의 산업구조에서 생활수준은 향상되고 1인당 국민소득(GNP)은 증가시켰으나 오염물질을 대량 배출 시켰다. (5) 기업주의 의식구조 : 국가 사회나 인류전체의 이익보다는 사적 이익을 위하여 산업폐기물 을 적절한 처리 없이 불법으로 자연계에 폐기하는 것이 문제시 된다. 국가적인 차원에서 관 리감독이 필요하다. 그리고 대기오염과 성층권의 오존층을 파괴시키는 일은 국제적인 차원 에서의 협력이 필요하다. 3. 환경공해성 질환 정의 및 범위 환경성 질환(environmental diseases)이라고 하면 유전적인 요인 이외의 다른 모든 외부 요인에 의 356 영재교수 학습표준화자료

357 한 건강 장해를 통칭하지만, 엄밀한 의미의 환경성 질환이라고 하면 식이습관, 약물 복용, 음주, 흡 연 등 개인적 요인에 의한 것, 세균 및 곰팡이 등의 미생물에 의한 것과 직업적 요인에 의한 것을 제외한 물리적 또는 화학적 요인을 포함한 비직업적 환경요인(non-occupational environmental factors)에 의한 건강 장해만을 일컫는다. 환경성 질환은 단일 특정물질에 의한 특정질환으로 나타나기보다는 다양한 원인물질 또는 유전 적 요인 등에 의하여 비 특이적 증상을 나타내는 경우가 많기 때문에 나타난 결과로서의 영향을 다분히 환경오염성 질환, 즉 공해병으로 판단한다는 것은 쉽지 않다. 그러나 건강은 신체적 안녕상태만 지칭하는 것이 아니고 정신적 그리고 사회적 안녕까지도 포 함하므로 건강에 대하여 환경오염이 미치는 영향은 좁게는 신체적 질병에서부터 넓게는 오염으로 인한 생활의 질을 저하시키는 것까지도 포함시킬 수 있을 것이다. 따라서 납 중독, 농약 중독 등의 환경성 질환뿐만 아니라, 만성 퇴행성 질환 중에서 환경적 요인 이 중요하다고 알려진 악성 신생물, 신경 독성 학적 장애, 생식 장애(reproduction disorders)등 환경 에 기인한 질환의(diseases attributed to environment) 중요성이 더욱 인식되고 있는 경향이다. 환경성 질환은 다른 임상 질환에 비해 몇 가지의 특징을 갖는데 첫째, 그 피해가 비가역적이며, 간 접성, 지속성, 광역성 등을 보인다는 것 둘째, 가해자 및 피해자가 불특정 다수인 이라는 것 셋째, 원 인 물질을 파악하면 대개의 경우 예방이 가능하다는 점 넷째, 인과관계 규명의 어렵다는 점 등이다. 예를 들어 건강 장해와 원인 물질 간에 비 특이적인 경우가 많고, 대개의 경우 복합 물질이 관 여할 뿐 아니라 비환경적인 요인도 동시에 작용하고, 긴 잠복기를 가지며, 다른 임상 질환과 그 임 상 양상의 발현이 비슷하여 구별하기 어렵고, 인구 집단 중에서 감수성이 약한 군이 있다는 점 등 이 인과관계를 파악하는 데 어려운 요소들로 작용한다. 환경성 질환은 예방 가능한 질환이다. 대부분의 다른 만성질환도 마찬가지이지만 환경성 질환 은 그 원인인자를 제거하면 발생을 현저히 줄일 수 있다는 것이다. 문제점을 정확하게 파악하고 그것을 해결하고자하는 관련 이해당사자들의 끊임없는 노력과 협조가 없이는 불가능하였으리라 고 생각된다. 환경성 질환의 발생 원인은 발생지역에 국한되지 않고 국가 간의 경계를 넘어 인접 국가뿐만 아니라 범세계적인 문제를 야기한다. 학습활동 1. 준비물 : 탐구한 자료, 인터넷 검색 대 2. 활동과정 1 조별 탐구내용을 발표하고 토의해 본다. 1조 : 토양오염 ( 중금속오염 및 농약, 살충제 ) 중학교 3학년 생물 357

358 2조 : 수질오염 ( 오수, 분뇨, 페놀 ) 3조 : 대기오염 ( 석면, 스모그, 산성비, 악취물질 ) 4조 : 환경호르몬 ( 유해물질, 다이옥신 ) 5조 : 방사능오염 2 자료 해석을 읽고 나서 인터넷 검색을 이용하여 탐구 정리 및 토의를 한다. 자료해석 1. 생물농축 DDT는 살충제로 2차 세계대전 중에 본격적으로 사용되기 시작했고, 2차 대전 후에는 농작물의 해충뿐 아니라 사람들에게 여러 가지 피해를 주는 모기와 벼룩 등을 구제하는데 탁월한 효과를 발휘하였다. 그러나 DDT는 자연계에 살포되면 잘 분해되지 않으며, 생물에 섭취되면 배설이 아주 천천히 일어나므로 생체 내에 축적된다. (1) DDT 피해 사례 1. DDT가 살포된 지역에서 조개를 먹고 사는 갈매기에 상당량의 DDT가 축적되었다. 갈매기는 DDT에 저항력을 가지므로 아무 문제가 없다고 생각되었으나 갈매기 체내에 DDT가 축적됨에 따 라서 체내 칼슘 대사에 영향을 미쳐 갈매기 알이 점차 얇아졌다. 그 결과로 갈매기의 부화율이 감 소하고 갈매기의 숫자가 감소하였다. (2) DDT 피해 사례 2. 보르네오 섬에서는 말라리아를 퇴치하기 위해 많은 양의 DDT를 뿌렸다. 그 결과 모기가 거의 사라지고 말라리아가 줄었다. 그러나, 살포된 DDT가 움막 안에 살던 바퀴벌레에 흡수되었는데, 바퀴 벌레는 DDT의 큰 영향을 받지 않았다. 그러나 이 바퀴벌레를 잡아먹고 사는 도마뱀은 행동 이 둔해졌으며, 행동이 둔해진 도마뱀들은 고양이에게 잘 잡혀 먹혔고, 그 결과 고양이 몸 속에 많 은 양의 DDT가 축적되어 고양이의 치사율이 높아지게 되었다. 고양이 수가 줄어들자 숲 속에 살 던 들쥐들이 논밭을 마구 파헤치고, 농작물을 습격하여 그 피해가 엄청나게 증가하였다. 또한 말 라리아가 줄어든 대신 쥐의 이가 옮기는 전염병인 발진티푸스가 크게 번졌으며, 도마뱀에게 잡혀 먹히던 나방도 급격히 늘어나게 되었다. (3) DDT 피해 사례 년 호주에서 미국 캘리포니아로 들어온 작은 곤충이 감귤 밭을 망쳐 놓았을 때, 곤충학자들 358 영재교수 학습표준화자료

359 이 호주로 건너가 이 곤충의 천적을 조사한 결과 딱정벌레인 것이 밝혀졌다. 그래서 이 딱정벌레 를 들여와 감귤 밭 전역에 번식시킨 결과 이 해충을 억제할 수 가 있었다. 그러나 1946년에 DDT 를 처음 사용한 결과 딱정벌레가 모두 죽어 버렸고, 이 해충은 다시 번창하기 시작하였다. 이 해충 을 막기 위해서 결국 다시 딱정벌레를 들여와 번식시켜야만 했다. DDT의 생물농축 어떤 호수의 먹이 연쇄에 따른 DDT의 체내 농도를 조사한 결과가 다음 그림과 같았다. 결과정리 및 토의 1. 자료해석의 그림에서 알 수 있는 DDT의 성질을 무엇인가? 2. 자료해석의 그림에 나타난 생물 중 DDT에 의한 피해가 가장 심각한 것은 무엇인가? 3. 토양오염의 결과 나타나는 현상은? 4. 강어귀에서의 오염은 왜 특히 위험한가? 중학교 3학년 생물 359

360 5. 대기오염, 산성강우, 오존층의 축소 그리고 지구 온난화는 생물체에 어떤 영향을 미칠 것으로 예상되는가? 6. 환경호르몬을 피하는 방법은? 7. 체르노빌 핵발전소의 폭발이 생물에 미친 영향에는 어떤 것 들이 있는가? 8. 우리가 현재 직면하고 있는 환경문제는 어떤 것들이 있는가? 발전학습 환경보건, 보이지 않는 적과의 싸움 건강하고 쾌적한 환경에서 사는 것은 헌법상에 보장되어 있는 국민의 기본권이다. 헌법이 보장 하고 있는 건강하고 쾌적한 환경을 유지해야할 책임이 있는 정부부서는 당연히 환경부이다. 이러 한 임무를 달성하기 위해 그 동안의 환경정책은 대기, 수질, 토양 등 오염매체 관리에 중점을 두고 추진되어 왔다. 그러나 생활환경을 보전하고 환경오염을 방지해서 얻고자 하는 최종적인 목표가 국민들의 건강한 삶임에도 불구하고 적어도 2004년 환경보건정책과가 신설되기 전까지는 건강에 대한 관점이 환경정책에서 찾아보기 어려웠던 게 사실이다. 환경정책에서 보건에 대한 관점이 없었던 데는 법률적으로 규정되어있는 환경부의 임무에 건강 에 대한 개념이 없는 것이 하나의 이유가 될 것이다. 정부조직법에 보면 환경부는 환경오염과 관 련된 제반 업무를 담당하는 것으로 규정되어 있을 뿐 국민건강에 대한 부분은 찾아보기 어렵다. 국민건강 보호를 조직의 임무로 명기하고 있는 미국 환경청과는 명확하게 대비 된다. 환경보건에 대한 관점의 유무는 실제 정책의 방향에도 깊은 영향을 미치게 된다. 미국 환경청에 서 주기적으로 대기환경기준이 국민건강보호에 충분한지를 검토하여 의회에 보고하고 대기환경 기준을 초과하는 지역에 살고 있는 위험인구 수를 파악하여 이를 최소화시키려는 정책적 노력을 하고 있는 것은 건강보호를 목적으로 미국 환경청으로서는 당연한 업무가 될 수밖에 없는 것이다. 우리나라에서 그동안 국민건강이 환경행정의 중심에 있지 못했던 이유를 단순한 법률적 미비나 정책담당자의 인식 부족으로만 돌릴 수는 없다. 아마도 환경보건문제를 다룰만한 국가적 인프라 가 충분치 못했던 것이 가장 중요한 원인일 것이다. 360 영재교수 학습표준화자료

361 환경오염이 질환의 발생이나 진행이 절대적 영향을 미치는 질환을 환경성 질환이라고 할 수 있 다. 카드뮴이 체내에 축적되지 않은 이타이이타이병이나 유기수은 농도가 낮은 미나마타병은 상 상할 수 없다. 카드뮴이나 수은에 고농도로 노출되지 않았다면 두 질환은 발생하지 않았을 것으로 추정할 수 있다. 그러나 오늘날 환경관리가 제대로 되고 있는 나라에서 이러한 고전적 의미의 환 경성 질환을 발견하기는 쉽지 않다. 환경이 건강에 영향을 미쳐 질환을 유발하는 방식은 매우 은 밀하고 교묘하다. 암, 호흡기질환, 신경계질환, 심혈관질환 등 일반 국민 누구에게나 발생할 수 있 는 만성질환의 위험을 높이는 방식으로 영향을 미친다. 그리고 이 질환자들 중에 누가 환경오염의 영향으로 질병이 발생했는지는 알 수가 없다. 오직 통계적으로만 파악할 수 있는 것이다. 환경보건은 환경정책의 최종적인 목표임에도 불구하고 건강문제를 다룰 수 있는 사회적 기반이 충분치 못하여 간과된 측면이 있다. 그러나 향후 환경문제의 경중을 구별하고 우선순위를 정하는 과정에서 환경보건이 필수적으로 고려될 수밖에 없을 것이다. 따라서 환경오염물질이 배출되어, 환경 중에 분포하고 인체에 흡수된 후 최종적으로 건강영향을 초래하는 전 과정을 평가할 수 있 는 인프라를 정비하는 것이 시급한 과제이다. 아울러 환경정책을 수립하고 집행하는 과정에서 환 경보건을 담당하는 부서와 매체관리를 담당하는 부서간의 긴밀하고 유기적인 협조가 필수적이다. 참고자료 1. 참고 문헌 및 참고 사이트 1)한국지구과학회편, 2005, 지구과학개론 2) 의학신문 창간 33주년 특집 - 질병양상의 변화 : 강 대희 교수(서울대) 3) 제20차 환경정책포럼에서 단국의대 권 호장 교수의 토론 자료 4) 중학교 3학년 생물 361

362 18. 흙 속 미생물의 배양과 관찰 주제 흙 속 미생물의 배양과 관찰 목표 1. 미생물을 배양하는 방법을 익힌다. 2. 흙 속에는 많은 미생물이 있다는 것을 인식한다. Ⅰ. 미생물의 배양 1. 준비물 ㆍ현미경 ㆍ샬레(5개) ㆍ고기국물(50mL) ㆍ메틸렌블루용액 ㆍ메스실린더 ㆍ저울 ㆍ한천(50g) ㆍ백금선, 은박지 ㆍ슬라이드글라스, 커버글라스 ㆍ삼각플라스크(200ml) ㆍ알코올 램프 ㆍ전열기, 압력솥 2. 실험과정 (1) 고기 국물 50mL를 삼각플라스크에 넣는다. (2) 삼각플라스크에 1.5%가 되도록 한천을 넣는다.(고기국물 50mL에 0.75g의 한천을 넣으면 1.5%가 된다. (3) 은박지로 삼각플라스크의 주둥이를 꼭 막은 다음 고무줄로 은박지 둘레를 동여맨다. (4) 이렇게 만든 삼각플라스크를 전열기로 가열하여 10분 정도 끓이면 한천이 녹으면서 균이 죽는다. (용액이 넘치지 않도록 주의한다) (5) 샬레 2개를 압력솥에 넣어 끓여 멸균시켜 두었다가 한천배지가 정도로 식은 다음 각 각 25mL씩 붓는다. 362 영재교수 학습표준화자료

363 (6) 20분 정도 방치하면 용액이 굳게 되는데 이 때 뚜껑을 조금 열어 수증기가 빠져 나갈 수 있 게 한다. 그리고 샬레에 라벨 A, B를 표시한다. (7) 화단에서 일정량의 흙을 메스실린더에 넣고 흙의 몇 배정도의 물을 넣어 흙탕물이 생기도 록 잘 흔들어 준다. (8) 샬레 A에는 멸균한 백금선으로 흙탕물을 묻혀 배지에 바른다. 샬레 B에는 같은 방법으로 증류수를 바른다. (9) 두 샬레를 37 정도에서 이틀 정도 보관한다.(항온기 사용) 3. 실험결과 (1) 두 샬레 속에는 어떤 변화가 일어났는가.(그림을 그려 비교하여 보고 색깔의 차이에도 유념 하자) A B (2) 흙 속에 미생물이 있다고 생각하는가. 있다면 어떤 종류의 미생물이 있는지 토의하여보자. (3) 미생물의 배양 방법에 대하여 토의하여 보자. 중학교 3학년 생물 363

364 Ⅱ. 미생물의 관찰 1. 실험과정 (1) 슬라이드글라스를 잘 닦은 다음 슬라이드글라스 한 가운데 물을 한 방울 떨어뜨린다. (물방 울이 작게) (2) 백금선으로 샬레의 미생물을 약간 찍어 슬라이드글라스의 물과 잘 섞는다. (3) 공기 중에서 말린 다음 슬라이드글라스를 알코올램프의 불 위로 몇 번 왕복한다.(2-3회) (4) 메틸렌블루 용액을 몇 방울 떨어뜨린 다음 1-2분 방치한다. (5) 메텔렌블루 용액을 수돗물로 완전히 씻어낸 다음 휴지로 물을 제거하고 커버글라스를 덮어 현미경으로 관찰한다. (미생물이 제거되지 않도록 한다) 2. 실험결과 (1) 관찰한 미생물의 생김새를 그려보자. (2) 현미경으로 본 미생물의 모양과 크기 색깔은 어떠한가 토의하여보자. (3) 토양 속에 미생물의 특징 및 역할에 대하여 토의하여보자 364 영재교수 학습표준화자료

365 3. 생각해 볼 점 (1) 미생물의 특징은 1종류가 다양한점 2몸이 작다는 점을 들 수 있다. 3 미생물처럼 몸이 작 으면 대사활성은 높다는 특징이 있다. 활발한 포유동물의 심장에 비해 곰팡이는 2-10배, 세균인 대 장균은 20-60배, 아조토박터는 약 600배나 호흡활성이 높아, 많은 에너지를 제조한다. 또한 제조한 에너지를 이용하여 몸을 합성하는 능률도 높다. 그 때문에 4증식속도가 빠르다. 어쨌든 몸이 작 은 미생물의 증식 속도는 빠르다. 단 가장 좋은 조건일 때에 최고 속도이고 토양 중에서는 수분이 나 영양 등의 조건이 반드시 좋은것은 아니므로 미생물이라 하여도 이렇게 빠르게 증식하지는 않 는다. 먹이가 비교적 많은 근권(뿌리의 주위)에서도 세균이 2배로 되는데 필요한 시간은 평균 10시 간 이상은 된다고 생각된다. 10시간이라도 10일간이면 14회의 분열을 반복하여 하나의 세균 세포 가 약 1678만개로 되어 버리는 것이다. (2) 토양 중에 어느 정도의 미생물이 있을까? 크기가 다양한 미생물을 세포의 수로 비교하여 많 고 적음을 논하는 것은 편파적이므로 중량으로 비교하는 것이 좋다. 보통 밭에는 먹이가 되는 유기물 양에 차이가 있지만 10아르당 1) 평균 약 700Kg의 토양생물이 있다. 이 중에 70-75%를 곰팡이, 20-25%를 세균이 점하고 있으며 지렁이 등의 토양 동물은 보통 5%이하이다. (3) 미생물도 먹이를 먹음으로써 칼로리와 세포성분을 합성하는 데 필요한 영양분을 획득하고 있다. 토양 미생물의 95% 이상은 기본적으로는 인간과 마찬가지로 식물이 합성한 유기물에서 에 너지와 영양분을 획득하고 있다. 그러나 유기물을 전혀 이용하지 않는 오래된 미생물도 있다. 어떻게 유기물을 획득하는가에 따라 두 개의 그룹으로 나누어진다. 하나는 부생미생물 또는 부 생균으로 불리는 그룹이다. 식물, 동물의 몸에서 분비되는 유기물이나 유체에서 유래되는 유기물 을 이용하는 미생물이다. 토양 중의 대부분의 세균, 방선균, 곰팡이, 효모, 원생동물(아메바)이 그러 하다. 다른 그룹은 공생 또는 기생을 하는 미생물이다. 이들은 다른 생물의 몸안에 들어가 생활하는 미생물이다. 이 때 받아들이는 생물을 숙주라고 한다. 칩입하는 미생물과 숙주가 서로 이익을 얻 는 것을 공생이라 한다. 콩과 식물의 뿌리에 칩입하는 근류균, 물개구리밥의 잎에 칩입하는 남조 류 등이 있다. 병원균은 숙주에서 영양분을 받아 이익이 있지만 숙주는 아무런 이익도 얻지 않고 말라죽을 뿐이다. 이것을 기생이라 부른다. 살아있는 균을 먹이로 하는 미생물이 있다. 아메바는 산 세균을 먹이로 잡아먹는다. 1) 아르: 미터법에 따른 넓이 단위의 하나. 100m2에 해당한다. 기호 a 중학교 3학년 생물 365

366 (4) 흙 속에 있는 동, 식물의 사체나 배설물 속의 유기물을 생산자가 필요로 하는 무기물로 분해 시키는 역할을 하는 미생물을 생태계에서 분해자라고한다. 참고자료 1. 미생물의 탄생 우리가 살고 있는 지구는 약 46억년 전에 탄생하였다고 한다. 지구에는 아직 산소가 없었고, 바 다는 마그마에서 나오는 황과 철 등을 포함한 강산성의 뜨거운 물이었다. 그 바다에서 화학반응에 의해 아미노산과 핵산 등의 유기물이 조금씩 합성되어 농축되기 시작하였다. 그 결과 유기물에서 최초의 생명이 탄생하였다. 약 40억년전의 일이다. 최초의 생명체는 계속 늘어나 바다에 축적되어 있던 유기물을 먹어치우기 시작 하였다. 이 위기를 극복하게 된 것은 바 다에 녹아있는 황 등의 무기물을 이용하여 에너지를 획득하고 이산화탄소의 탄소를 이용하여 유 기물을 합성할 수 있는 세균의 출현이었다. 35억년 전이 되면서 광에너지를 이용하여 광합성을 하고, 이산화탄소에서 유기물을 합성하여 산소가스를 방출하는 세균이 출현하였다. 이 종류의 세균의 하나가 남조류이다. 산소가 출현하므 로써 바다는 변했고, 생명이 살 수 있는 환경은 느리지만 개선되었다. 19억년 전이 되어 미소조류, 아메바, 곰팡이 등의 진핵생물이 출현하였다. 진핵생물은 다량의 유 전정보를 수록한 긴 DNA를 가지고 있으며 또 DNA를 수록한 특별한 기관(핵)을 갖게 되었다. 그리고 10억년 전에 대형조류가 출현하고 여기에서 더 복잡한 식물과 동물이 진화하게 되었다. 4억년 전이 되어 지금까지 생명체가 전혀 없었던 육지로 드디어 생물들이 상륙하기 시작하였다. 2. 미생물의 탄생으로 변하게 된 지구 광에너지를 이용하는 광합성 미생물이 출현한 것은 지구의 역사에서 획기적인 일이다. 광에너 지를 이용하는 과정에서 산소가스가 방출되었기 때문이다. 산소가 없는 조건에서 작용하는 혐기 성 세균은 유기물을 산소가 없는 조건에서 분해하여 에너지를 획득한다. 즉 이것이 발효이다. 그 런데 산소가 출현하면서 산소를 사용하여 유기물을 분해하는 호흡을 할 수 있게 된 것이다. 이 호 흡 과정을 통하면 같은 양의 유기물을 이용하여 발효에 20배나 되는 에너지를 끌어낼 수 있게 된 다. 산소가 출현하므로써 생물의 에너지 효율이 높아지게 되었고 그 후 고등 동식물이 출현하는 조건의 하나가 만들어진 것이다. 산소가 출현하므로써 지구의 환경도 바뀌게 되었다. 산소가스는 공중으로 올라와 상공에 오존 층을 만듬으로 지표에 도달하는 자외선이 감소되었다. 생물이 육지로 상륙할 수 있게 한 조건의 하나였던 것이다. 산소를 방출하는 미생물의 출현은 푸른 지구 출현의 원동력이 되었다. 현재는 식물이 광합성의 주역이 되고 미생물은 식물이 광합성을 하여 만든 유기물을 분해하여 366 영재교수 학습표준화자료

367 증식하고 분해 산물을 무기물로 방출하여 식물의 재생산을 돕는 조역에 그치게 되었다. 조역이라고 하지만 만약 미생물의 작용이 없다면 물질의 순환이 일어나지 않아 식물도 살아갈 수 없게 된다. 육지 식물의 생장을 눈에 보이지 않게 지탱하고 있는 것이 토양 미생물이다. 지금 토양 중에 있 는 미생물은 해저의 융기와 더불어 바다에서 육지로 올라온 미생물의 자손이거나, 식물과 함께 육 지로 올라온 미생물의 자손이다. 토양에는 생물의 진화로 만들어진 다양한 미생물의 자손이 거의 모두 공존하면서 활약하고 있는 것이다. 중학교 3학년 생물 367

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369 부 록

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371 중1 생물 표준화자료목록(CD) 순 카테고리 주 제 간이 현미경 만들기 물속에 사는 작은 생물 관찰 세포는 어떤 모습?(세포의 구조와 기능) 생물의 구성 세포 모형만들기 짚신벌레와 아메바 관찰 짚신벌레와 함께하는 현미경 여행 소화기관은 어떻게 생겼을까? 소화제는 어떻게 소화를 도울까? 소화효소의 작용 이해 어떤 음료에 비타민C가 많을까? 영양소와 소화 우리가 먹은 음식은 얼마나 빨리 소화되어 흡수될까? 13 소화와순환 07. 우리는 신약개발팀 음식물의 여행 경로 음식을 따라 떠나는 소화기관 여행 침이라고 다 같은 침일까? 마이크로미터적혈구, 어떤 모양일까 내몸은 청신호인가 적신호인가(혈압과 소변검사) 혈액의 순환 개구리와 고양이 폐의 표면적 구하기 뛸수록 가빠지는 호흡 사람의 배설기관 호흡과 배설 음식물 속의 에너지 폐와 호흡의 과학 호흡운동과 가스교환의 원리 차원 인체 골격만들기 동물의 내장기관 관찰 돼지 앞발 뼈 맞추기 해부 붕어와 함께 떠나는 인체 여행 오징어 해부 X-파일의 정체는?(Wangnuni의 관찰 탐구) 부록 - 표준화자료 목록 371

372 중2 생물 표준화자료목록(CD) 순 카테고리 주 제 간이사진기로 알아보는 눈의 조절작용 뇌는 2가지 일을 동시에 할 수 있을까? 모든 물체는 우리 눈에 보이는 그대로 일까? 소 눈의 해부 5 동물의 구조와 기능 05. 어떤 환자의 오줌일까? 우리 몸의 감각기 커피를 마시면 잠이 오지 않을까? 호르몬과 심장박동 호르몬과 항상성 광합성 영향요인 꽃과 열매 달걀분수의 원리는? 발효를 잘 일어나게 하려면 빛에너지와 생물 뿌리에서 물을 흡수하는 원리는? 산소가 없을 때 효모는 어떻게 호흡할까 생물의 구분 짓기 분류 세포막을 통한 물질의 출입 삼투 세포에서 수동적인 물질이동은 어떻게 일어날까? 식물의 구조와 기능 세포의 생명현상 탐구 삼투 소나무와 식물의 분류 식물에는 어떤 색소가 들어 있을까? 식물에서의 물의 이동 원리 식물의 줄기 관찰 엽록소 정체를 밝히자 잎의 구조와 기능 증산작용 하늘공원의 꽃 다양성 연구 호흡과 광합성 372 영재교수 학습표준화자료

373 중3 생물 표준화자료목록(CD) 순 카테고리 주제 곰팡이의 생활환경과 미세구조 관찰 꽃가루관의 발아 낙태에 관한 법령 개정하기 닭의 발생과정 범죄의학 DNA fingerprint 범죄의학 DNA fingerprint 상동염색체와 세포분열 생식과 발생 세포는 왜 분열할까 세포분열과 비교실험 우리 몸은 어떻게 자랄까 유성과 무성 생식 인공수정 함께 생각해 봅시다 정자와 난자가 만들어지기까지 지문과 혈흔을 찾아라 가계도 멘델유전(1) 멘델유전(2) 멘델유전(3) 박테리아로 인슐린을 생산하자 사람의 핵형분석 사람의 혈구 관찰과 혈액형 판정실험 왓슨과 크릭의 DNA 23 유전과 진화 09. 인류 유전학 자신을 알자(신체정보) 초파리 돌연변이와 침샘염색체 초파리의 관찰과 교배실험 초파리의 돌연변이 초파리의 배양 및 생활사, 돌연변이의 관찰 초파리의 유전 피 너의 정체는 혈액형 판정과 혈구의 관찰 환경오염에 의한 질병 환경 흙속 미생물의 배양과 관찰 부록 - 표준화자료 목록 373

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375 만든이들 기획 연구위원 이연우(교육연구관) 정대영(교육연구사) 유경식 (교육연구사) 임규형 (교육연구사) 김경남(교육연구사) 김용석(파견교사) 지도위원 홍달식(서울과학고 교장) 최영기(서울대학교 교수) 홍훈기(서울대학교 교수) 권치순(서울교육대학교 교수) 박만구(서울교육대학교 교수) 운영위원 구태회(창신초 교감) 류정옥(신상도초 교감) 임영호(고덕중 교감) 김승익(창동고 교감) 개발위원 초수학 : 황명숙(학동초) 김상근(역삼초) 김은영(방배초) 전학기(명일초) 김순심(명덕초) 가향란(잠일초) 이행국(정목초) 맹경미(정목초) 권성숙(정목초) 초과학 : 김충군(진관초) 이상희(증산초) 정재현(서강초) 허소윤(동자초) 정지숙(성수초) 이화정(용곡초) 최영중(탑산초) 최은열(탑산초) 곽서은(탑산초) 김형근(신계초) 이수암(불암초) 이진희(계상초) 중수학 : 이민영(동대문중) 유춘해(풍납중) 윤세정(송곡여중) 김용주(영원중) 박숙현(대림중) 차미경(영등포고) 서재경(신방학중) 김덕진(혜화여고) 김선형(북서울중) 중과학 : 황현주(청담중) 이인덕(신동중) 김우주(청량중) 김덕순(미성중) 박종면(상도중) 김진희(구정고) 김수미(아현중) 박재홍(명지중) 이옥진(경성중) 박수경(목동중) 박평헌(경복여고) 신백철(덕원여고) 인 쇄 발 행 발행처 인쇄처 2009년 1월 2009년 1월 서울특별시과학전시관 서울특별시 관악구 봉천7동 238번지 (02) ~5 신생보훈복지인쇄조합 (02) *본 책의 무단 복제 및 전제를 금합니다.