<30342E20BFACB1B8B3EDB9AE2D322E687770>

Size: px

Start display at page:

Download "<30342E20BFACB1B8B3EDB9AE2D322E687770>"

준형 안
6 years ago
Views:

1 연구논문현장과학교육 1(1) pp12~19 (2007 년 8 월 ) 실험탐구수업을이용한감수분열과정의이해 김희수 1, 박기석 2, 우제창 3, 전상학 2* 1 신목고등학교, 서울특별시 서울대학교, 서울특별시 목포대학교, 전라남도 Understanding of the Meiotic Process Using Experimental Inquiry Teaching Heesoo Kim 1, Ki-Seok Park 2, Je-Chang Woo 3 and Sang-Hak Jeon 2* 1 Shinmok High School, Seoul , Korea 2 Department of Biology Education, Seoul National University, Seoul , Korea 3 Department of Biology, Mokpo University, Jeonnam , Korea 요약 감수분열은유성생식을하는생물에서일어난다. 감수분열의두가지중요한기능은첫째, 부모와자식이같은염색체수와구조를갖게함으로써종을유지하게하며, 둘째, 유전자의재조합을통해다양한자손을만들어내는중요한생명현상이다. 감수분열은 9 학년및 10 학년과학, 그리고 12 학년생물 II 에서소개되지만적절한실험재료의부족및실험방법에대한자세한정보의부족으로실험탐구수업이거의없는것으로조사되었다. 본연구에서는실험교육이가능하도록실험재료및실험과정에대한상세한정보를제공하고자하였다. 연구재료로는호밀의어린이삭및양파의꽃을이용하였다. 호밀이나양파에서는제 1 감수분열및제 2 감수분열을포함하는각단계들이관찰됨으로써그성공률이매우높았다. 다양한감수분열단계를보여주는 1.5 mm 크기의양파의꽃밥이나 4 mm 크기의호밀꽃밥을이용하면다양한감수분열단계를관찰할수있으며이크기보다작으면감수분열이전기에국한되며, 이크기보다크면말기나꽃가루가관찰되었다. 호밀이나양파는염산을이용한연화처리없이관찰함으로써집단으로붙어있는세포들로부터다양한감수분열단계를관찰할수있으며, 호밀을연화처리하면각단계를좀더뚜렷하게볼수있고염색도선명하게되는경향이있으나세포가흩어지는단점이있었다. 양파는연화처리전후에큰차이가없었다. 본연구결과호밀과양파는연화처리없이매우쉽게감수분열과정을관찰할수있어현장교육에서훌륭한감수분열실험재료로이용될수있을것으로생각된다. 주제어 : 감수분열, 호밀, 양파, 꽃밥 1) 서론 과학교육의주요목표중한가지는학생들이과학적인추론방법을배우는것이며, 이를위해학생들이관찰이나실험과같은탐구활동에참여하게한다. 과학교육에서탐구에초점을맞추는것은새로운것이아니지만탐구과정을통한학생들의과학적추론능력을향상시키는것이과학교육에서새로이관심을끌고있는이유는, 과학적추론에대한바른인식이실제과학에대한올바른인식론으로연결된다고생각하기때문 * 교신저자 : jeonsh@snu.ac.kr. Tel: , Fax: 이논문작성에김희수와박기석이동일한비중으로참여함. 이다 (Chinn and Malhotra, 2002). 하지만실제학교에서이루어지는실험교육은여러면에서어려움에직면해있다. 재료준비의어려움과실험과정에대한상세한정보의부족등으로실험교육이어려워지면서과학탐구교육은점점그흥미를잃어가고있다. 실험탐구수업중특히어렵게느끼는것중의하나가감수분열과정 (meiosis) 의이해라고할수있다. 생물체가같은종을유지할수있는가장중요한기작은바로감수분열을통해부모와자식이같은수의염색체를갖는것이다. 다른생물들은보통다른수의염색체의수나모양을가지고있다. 사람은 46개의염색체수를가지고있는데염색

실험탐구수업을이용한감수분열과정의이해 체의수가하나증가하여생기는다운증후군이나염색체수가감소하여생기는터너증후군에서보듯이염색체수의이상으로인해비정상적인사람이되며, 대부분불임이됨으로써다음세대를만들어갈수없다. 따라서부모와같은수의염색체수와구조를물려받는것이매우중요하다고할수있다.

감수분열은제1 분열과제2 분열의 2번의분열과정을거치며, 염색체의수가반으로줄어드는것은제1 분열에서일어난다. 제1 분열전기에상동염색체의접합, 염색체의교차및상동염색체의분리과정이일어나는복잡한과정을거친다.

2 실험탐구수업을이용한감수분열과정의이해 체의수가하나증가하여생기는다운증후군이나염색체수가감소하여생기는터너증후군에서보듯이염색체수의이상으로인해비정상적인사람이되며, 대부분불임이됨으로써다음세대를만들어갈수없다. 따라서부모와같은수의염색체수와구조를물려받는것이매우중요하다고할수있다. 감수분열의또다른기능중의하나는감수분열전기에일어나는유전자의재조합 (recombination) 에의해생식세포가갖는유전자의조성이분열전의유전자의조성과달라종다양성을가져온다는것이다. 감수분열은체세포분열자체가생식과정이되는원생생물등의생물종을제외하고는거의모든동식물의생식세포 (germinal cell) 를형성하는과정에서일어난다. 감수분열은제1 분열과제2 분열의 2번의분열과정을거치며, 염색체의수가반으로줄어드는것은제1 분열에서일어난다. 제1 분열전기에상동염색체의접합, 염색체의교차및상동염색체의분리과정이일어나는복잡한과정을거친다. 감수분열과정은교육과정 9학년과 10학년, 12학년에서배우는내용으로 9학년과학교과서에서실험탐구활동은감수분열과정을소개한 7종교과서중한출판사에서만다루었으며, 나머지교과서에서는모두추론및자료해석등으로다루었다. 10학년과학의 11종교과서에서는정자난자형성과정이모두자료해석으로다루어지고있다 ( 심규철, 2006). 12학년생물 II에서는 4종교과서에서실험탐구수업을다루고있으며 ( 권혁빈등, 2003; 김윤택등, 2003; 이상인등, 2003; 정완호등, 2003), 2종교과서에서는조사토의, 자료해석, 해보기 ( 박희송등, 2003, 조희형등, 2003) 등을다루고있다. 실험탐구수업을소개하고있는 3종교과서는실험재료로자주달개비혹은백합을포함하고있다. 본연구팀에서의설문조사결과대부분의교사들은적절한재료의구입이어려워실험을수행하지못하였으며, 실험을수행한교사의경우도성공적인실험을수행한경우가거의없었다. 따라서본연구에서는호밀의이삭과양파의어린꽃을이용하여감수분열과정을상세하게기술하고, 실험재료의선택및실험과정에대한정보를제공함으로써복잡한감수분열과정을실험탐구수업을통해흥미롭게배울수있도록하고자하였다. 에서는정소의정모세포와난소의난모세포에서일어난다. 이들중감수분열의실험재료로는화분모세포와정모세포가이용된다. 꽃가루는꽃밥 (anther) 속에서만들어진다. 꽃밥안쪽벽에생긴초기세포는유사분열을계속하여시원세포 (archesporial cell) 와타펫세포 (tapetal cell) 를만들고, 시원세포는자라서화분모세포가된다. 화분모세포는감수분열을통해 4개의꽃가루를만든다. 본연구에서는호밀의어린이삭과양파의어린꽃봉오리를선택하여직접프레파라트를제작하여식물의감수분열과정을관찰하였다. 양파의꽃을수확하기에는 5월이적기이며, 호밀의경우 4월하순에서 5월초순이적합하다. 호밀은 10월쯤에학교의화단에파종을하여다음해 4월하순에서 5월초순에이삭을수확하여이용할수있다. 양파의종자는종묘상에서구입하는데추운겨울을나야함으로추위에강한것을선택한다. 적은수가필요한만큼종자보다는모종을구해서심는것이좋다. 파종은 8월하순에서 9월초순경에하며, 모종은 10월상순경에구입하여포기사이를한뼘정도로하여심는다. 호밀이나양파를직접재배하기어려우면재배농가를찾아수확을의뢰를할수있다. 본연구에서이용한호밀이삭은축산농가를찾아서 4월말에직접채취한것과고정된것을상업적으로구입하여이용하였으며, 양파는목포대학의우제창교수를통해구입하여사용하였다. 아세토올세인 (aceto-orcein) 은특급올세인 (orcein) (Acros 회사, 미국 ) 을이용하여제조하였다. 올세인 1 g을 50% 아세트산 (acetic acid) 100 ml에넣고한시간가량잘저어주면서녹인다. 이때잘녹지않으면열을가하면서녹인다. 올세인이 그림 1. 호밀의어린이삭및꽃밥. (A, B) 호밀이삭및낱알. 호밀의한이삭에는매우많은수의낱알이붙어있다. (C) 낱알속의꽃밥. 한낱알에보통 2-3 개의꽃밥 ( 화살표 ) 이들어있다. 4 mm 정도의꽃밥이감수분열단계를관찰하기에적합하다. 연구재료및방법 시약, 기구및실험재료 감수분열은고등식물에서는화분모세포와배낭모세포, 동물 그림 2. 양파의꽃및꽃밥. (A) 양파의꽃. 한꽃에는매우많은다양한크기의낱개의꽃들이있다. (B) 낱개의꽃. 크기가다양하다. (C) 낱개의꽃속에있는꽃밥으로꽃의성장정도에따라그크기가다르다. 1.5 mm 정도의크기가감수분열의각단계를관찰하기에적합하다. 13

3 현장과학교육 1(1) 녹으면여과지로걸러사용한다. 인터넷정보나기존실험서에서는아세트산 100 ml에 2 g의올세인을넣는것으로되어있는데본연구에서는 1 g으로도충분하다는것을알수있었다. 실험재료 꽃피기전의호밀이삭 ( 생물나라 ) 혹은양파의어린꽃봉오리 ( 목포대 ), 광학현미경, 페트리접시, 여과지, 커버글라스, 슬라이드글라스, 핀셋 ( 끝이뾰족한것 ), 1% 아세토올세인 ( 올세인 1g, 50% 아세트산 100 ml), 70% 에틸알코올, 고정액 ( 아세트산 : 알코올 = 1:3), 백합감수분열슬라이드 ( 생물나라 ) 실험방법 꽃이피기전의양파의어린꽃봉오리나호밀의어린이삭을따서고정액 ( 아세트산 : 알코올 = 1:3) 에넣어고정한다. 실험하기전에어린꽃봉오리나이삭을 70 % 에틸알코올이든페트리접시에꺼낸다. 양파의작은꽃하나에 6개의꽃밥이있으며, 호밀낱꽃하나에는 3개의꽃밥이있다. 한개의꽃밥을슬라이드글라스위에놓고 ( 그림 3B) 1% 아세토올세인용액을 1방울떨어뜨린다 ( 그림 3C). 이때이용하는슬라이드글라스는깨끗한것을이용하여야한다. 양손에끝이뾰족한핀셋하나씩을잡는다 ( 그림 3D). 하나의핀셋으로꽃밥을잡고, 다른핀셋으로조직을잘게부순후약 5분동안염색을한다. 염색이끝난후커버글라스로덮고그위에여과지를올려놓는다. 커버글라스의한끝을잡아커버글라스가움직이지않도록하고다른손의엄지손가락으로강하게눌러염색체가펴지도록한 그림 3. 호밀을이용한실험절차. (A) 호밀의꽃밥. 성장정도에따라여러크기로나타나며, 가장위에있는꽃밥은 3 mm 정도로주로전기가관찰되며, 가운데크기는다양한감수분열단계가보이고, 가장아래의 5 mm 정도크기는말기 Ⅱ 혹은꽃가루가관찰된다. (B) 꽃밥준비. 꽃밥하나를슬라이드위에올려놓는다. (C) 염색하기. 염색액을떨어뜨린다. (D) 꽃밥잘게부수기. 날카로운두개의핀셋을이용하여꽃밥을잘게부순다. (E) 염색체펴기. 양손의손가락을이용하여커버글라스를눌러염색체를퍼뜨린다. 다 ( 그림 3E). 광학현미경을이용하여 100배의저배율로검경하여상을찾은후 400배로관찰한다. 실험상의주의점염색이끝나면슬라이드글라스위에커버글라스를얹고엄지손가락으로커버글라스위에서눌러주는데이때왼손의엄지손가락으로커버글라스의한끝을잡고, 다른엄지손가락으로커버글라스를눌러야커버글라스가밀리지않고염색체가잘퍼진다. 만약염색이흐리게되었다면염색시간이부족하였거나염색약이좋지않기때문일수있다. 염색약은특급올세인을이용하여만든신선한것을이용하여야하며, 기존의것을이용할경우여과지로한번걸러서사용하는것이좋다. 염색약의제조가번거로우면상업적으로만들어진아세토올세인용액을이용할수있다. 4 mm 크기의호밀꽃밥을이용하여도감수분열상이잘나타나지않았을때는이보다약간더작거나큰것을선택하여반복실험을수행해보는것이좋다. 연구결과및논의감수분열과정에대한이해를돕기위한모식도학생들이슬라이드표본이나실험을통해서얻은시료에서나타나는감수분열과정을바로이해하기가쉽지않을것으로생각된다. 체세포분열은한번의분열과정을거치고전기 중기 후기 말기의단계만찾으면되지만감수분열은두번의분열과정이있고각분열마다전기 중기 후기 말기과정을찾아야한다. 따라서학습의효과를높이기위해서는모식도를이용하여감수분열의전과정을살펴보고각단계가슬라이드표본상에서어떤모습으로나타날것인가를미리서예측해보는것이필요하다. 그림 4는제1 감수분열단계를보여주는모식도이다. 제1 감수분열전기 ( 전기Ⅰ) 는가장복잡한단계로세사기 (leptotene, 그림 4A), 접합기 (zygotene, 그림 4B), 태사기 (pachytene, 그림 4C), 복사기 (diplotene, 그림 4D), 이동기 (diakinesis, 그림 4E) 로구분된다. 세사기는염색질이응축하기시작하는시기이며, 상동염색체 (homologous chromosome) 를서로탐색하는시기다. 접합기는염색체가계속응축되며상동염색체가짝을찾아서로나란히배열하는시기로, 대강의짝맞추기라고할수있 14

그림 4F는제1 감수분열중기 ( 중기 I) 로염색체가가장응축되어있으며중앙에배열되어있다. 그림 4G는제1 감수분열후기 ( 후기 I) 로염색체가양극으로끌려가는것을보여주며진행정도에따라다양하게나타나는단계이므로슬라이드표본에서찾아볼때는주의깊은관찰이필요하다.

4 실험탐구수업을이용한감수분열과정의이해 다. 태사기에는짝맞추기가완성된시기이며, 쌍을이룬염색체를 2가염색체 (bivalent) 혹은 4분염색체 (tetrad) 라고한다. 복사기에는각 4분염색체내의자매염색분체 (sister chromatid) 가나뉘어지기시작하며, 자매혹은비자매염색분체간에일부가붙어있는모습을보여주는데이를키아즈마타 (chiamata, 단수는 chiasma) 라고하며염색체의교차에대한증거가된다. 이동기에는염색체들이서로떨어져나가는모습을보여주며, 키아즈마타는염색체의양끝으로이동한다 (Pierce, 2006). 그림 4F는제1 감수분열중기 ( 중기 I) 로염색체가가장응축되어있으며중앙에배열되어있다. 그림 4G는제1 감수분열후기 ( 후기 I) 로염색체가양극으로끌려가는것을보여주며진행정도에따라다양하게나타나는단계이므로슬라이드표본에서찾아볼때는주의깊은관찰이필요하다. 그림 4H는제1 감수분열말기 ( 말기 I) 로염색체가양극으로이동한경우로말기가완성되면세포막의관찰이가능하고, 염색체의응축현상이상대적으로풀리며핵막이다시나타난다. 제2 감수분열은제1 감수분열과는달리 2개의세포에서동시에진행되는모습을보여준다 ( 그림 5). 그림 5A는염색체가응축되어있는제2 감수분열전기 ( 전기 II) 를, 그림 5B는염색체가중앙에배열되어있는제2 감수분열중기 ( 중기 II) 를, 그림 5C는염색체가양쪽으로끌려가는제2 감수분열후기 ( 후기 II) 를, 그림 5D는제2 감수분열말기 ( 말기 II) 로염색체가양극으로완전히끌려간상태이며, 말기가진행되면서세포판이생긴다. 그림 5E는화분 4분자를보여주며, 이것으로부터꽃가루가만들어진다. 그림 5. 제 2 감수분열과정. (A) 전기 Ⅱ, (B) 중기 Ⅱ, (C) 후기 Ⅱ, (D) 말기 Ⅱ. (E) 화분 4 분자. 호밀의감수분열관찰 호밀꽃밥의크기는 2 ~ 5 mm 정도까지다양하게나타났는데 4 mm 정도크기에서는다양한감수분열단계가관찰되었으며, 3 ~ 4 mm 사이에서는주로전기 I이관찰되었고, 4.5 ~ 5 mm 이상에서는말기 II 또는꽃가루가관찰되었다. 5 mm 이상에서는거의꽃가루가관찰되었기때문에이크기이상은이용하지않았다. 호밀은염산에해리 ( 연화 ) 를하지않아도감수분열단계를관찰하는데문제가없으며염색체도셀수있었다. 또한세포들이단일단계혹은여러단계가나타나는세포들이모여있지만, 해리를하면세포들이하나씩분리되어흩어지는단점이발견되었다. 하지만염산으로꽃밥을해리하면염색체가더잘펴지고염색이좀더선명하게보였다. 해리는 55 의 1N HCl에서 5분정도면충분하였다. 꽃밥에는화분모세포만이있는것이아니라이들을둘러싸 그림 4. 제 1 감수분열과정. (A) 전기 I( 세사기 ), (B) 전기 I( 접합기 ), (C) 전기 I( 태사기 ), (D) 전기 I( 복사기 ), (E) 전기 I( 이동기 ), (F) 중기 I, (G) 후기 I, (H) 말기 I. 15

현장과학교육 1(1) 그림 6. 호밀로부터관찰된제 1 감수분열단계. (A) 전기 Ⅰ 의세사기 - 접합기. 염색질이응축되어염색체를형성하는중에있다. (B) 전기 Ⅰ 의복사기. 염색체가접합되어있으며, 어떤염색체는키아즈마를보여준다. (C) 전기 Ⅰ 의복사기 - 이동기. 염색체의끝부분에서키아즈마가나타난다. 화살표는전형적인이동기의염색체를보여준다.

5 현장과학교육 1(1) 그림 6. 호밀로부터관찰된제 1 감수분열단계. (A) 전기 Ⅰ 의세사기 - 접합기. 염색질이응축되어염색체를형성하는중에있다. (B) 전기 Ⅰ 의복사기. 염색체가접합되어있으며, 어떤염색체는키아즈마를보여준다. (C) 전기 Ⅰ 의복사기 - 이동기. 염색체의끝부분에서키아즈마가나타난다. 화살표는전형적인이동기의염색체를보여준다. C 은이동기를확대한사진이다. (D) 중기 Ⅰ. 염색체가중앙에배열되어있다. (E) 후기 Ⅰ. 염색체가양극을향해 (E 1 E 2 E 3 ) 로이동한다. (F) 말기 Ⅰ~ 중기 Ⅱ. 현미경상에말기 Ⅰ(F 1 ), 전기 Ⅱ(F 2 ), 중기 Ⅱ(F 3 ) 가나타난다. 고있는체세포가있기때문에좀더정교한실험방법을소개하면다음과같다. 하나의핀셋으로꽃밥을잡고, 꽃밥을반으로자른다. 반으로잘려진꽃밥의한끝을핀으로잡고끝에서가운데방향으로눌러준다. 그리고겉부분의조직은버린다. 꽃밥의겉부분은체세포이고실제로감수분열을하는화분모세포는꽃밥의안쪽에있으므로꽃밥전체를잘게부수면겉부분의체세포가포함되므로학생들이혼동할가능성이있다. 하지만꽃밥전체를이용하더라도생식세포들이모여있기때문에체세포들과구분하는데큰어려움이없었다. 호밀이삭의꽃밥에는화분모세포로부터감수분열과정을거 쳐꽃가루가되기까지의여러분열단계의세포들이있다. 그림 6은호밀에서관찰된제1 감수분열단계를보여준다. 실험에사용한꽃밥의성숙도에따라같은현미경상에주로한단계의감수분열과정만나타나거나 ( 그림 6A-E), 2-3 단계정도의감수분열단계 ( 그림 6F) 가나타나기도하는데, 전과정을한꺼번에볼수있는것을발견할수없었다. 그림 6A는전기 I 중세사기를보여준다. 염색질이응축된염색체가관찰된다. 그림6B 는전기I 중접합기-태사기단계로생각된다. 호밀은염색체가 14개이지만제1 감수분열전기 ( 그림 6B) 에서 7개처럼보인다. 그림 6B 의 B 1 에서염색체가 7개로보이는것은감수분열결과염색체가 16

6 실험 탐구 수업을 이용한 감수분열 과정의 이해 그림 7. 호밀로부터 관찰된 제2 감수분열 단계. (A) 말기Ⅰ~중기Ⅱ. 제1감 수분열에서 제2 감수분열로 넘어가는 단계에서는 여러 단계의 감수분열 과정이 한 현미경상에 나타난다. (B) 중기Ⅱ. 염색체가 중앙에 배열되어 있다. 제1 감수분열 후 세포가 2개가 되었을 때 분열한 두 세포의 분열면은 다른 면의 원형형태와는 달리 일자형을 보이고 있다. (C) 후기Ⅱ. 염색체가 양극 으로 이동한다. (D) 말기Ⅱ. 염색체의 응축이 풀어지고, 4개의 딸세포가 관찰된다. Ⅰd: 제1 감수분열 말기. Ⅱa: 제2 감수분열 전기, Ⅱb: 제2 감수분열 중기, Ⅱc: 제2 감수분열 후기, Ⅱd: 제2 감수분열 후기. (E) 꽃가루 형성. 5 mm 이상의 꽃밥에서는 꽃가루가 관찰된다. 반으로 줄어든 것이 아니라 상동염색체가 접합을 하고 있기 때 포에서 염색체가 중앙에 배열되어 있다. 그림 6E는 제1 감수분 문이다. 어떤 염색체에서는 일부분이 붙어 있는 것이 관찰되는 열 후기로 E1 E2 E3 순으로 진행되는 일련의 후기 단계를 보여 데 이것은 제1 감수분열 전기의 복사기에서 관찰되는 키아즈마 준다. 그림 6F는 제1 감수분열 말기에서 제2 감수분열 전기 및 2 로 교차가 일어나고 있음을 알려준다. 그림 6B의 B 세포의 염 중기를 보여준다. 여러 단계가 한꺼번에 관찰되는 것으로 보아 색체가 주변 세포의 염색체와 달라 보이는 것은 염색체가 잘 제1 감수분열 말기에서 다음 단계로의 감수분열 과정이 빠르게 퍼뜨려지지 않았기 때문이거나 혹은 조금 다른 단계에 있기 때 진행되는 것으로 생각된다. 이 사진에서 보듯이 말기 I의 후반부 문으로 생각된다. 그림 6C에서는 제1 감수분열 전기의 이동기를 와 간기를 구별하기가 어렵다는 것을 알 수 있다. 생물에 따라서 관찰할 수 있다. 키아즈마가 상동염색체의 끝에서 나타난다(화 는 제1 감수분열과 제2 감수분열 사이에 간기가 없이 진행되는 살표). 그림 6D는 제1 감수분열 중기를 보여준다. 대부분의 세 경우가 있으며, 또한 제2 감수분열 전기도 없이 바로 제2 감수분 17

현장과학교육 1(1) 열중기로넘어가는경우가관찰된다. 감수분열과정은두번의분열과정이있기때문에제1 감수분열상태의세포와제2 감수분열상태의세포를구별하는것이가장중요하다. 현미경상에서관찰할때는많이혼동하는것이이과정임으로자주관찰을통해세포의특징을이해하는것이필요하다.

7 현장과학교육 1(1) 열중기로넘어가는경우가관찰된다. 감수분열과정은두번의분열과정이있기때문에제1 감수분열상태의세포와제2 감수분열상태의세포를구별하는것이가장중요하다. 현미경상에서관찰할때는많이혼동하는것이이과정임으로자주관찰을통해세포의특징을이해하는것이필요하다. 제2 감수분열상태에있는세포에대한구별법으로는첫째, 인접한세포를자세히볼때인접한부분이원형이기보다는직선형에가깝다는것이다 ( 그림 7). 둘째, 두세포가하나의원으로둘러싸여있는형태를취하고있다는것이다. 하지만간혹너무가는실선처럼보여확인이어려울때가있다. 현미경에서는사진에서보이는것보다초점조절을통해가는선을더선명하게볼수있다. 그림 7A에서는제1 감수분열말기에서제2 감수분열중기까지다양하게나타난다. 이것은그림 6F에서본것과매우유사하다. 따라서제1 감수분열에서제2 감수분열로넘어가는단계는빠르게진행되는것을다시한번확인할수있었다. 그림 7B의제2 감수분열중기에서일부염색체가중앙에배열되지못하고따로떨어져있는것을관찰할수있는데아마도아직배열을마치지못하였거나동원체에의해정상적으로이동하지못한염색체라고생각된다. 정상적으로이동하지못한염색체는사라질운명을갖는다 (Pierce, 2006). 그림 7C의 IIb는제2 감수분열중기에서후기로막넘어가는단계로염색체가적도판에서끌려가기시작하고있는것을볼수있다. IIc는전형적인제2 감수분열후기를보여준다. 그림 7D는제2 감수분열말기에서화분4세포로넘어가는단계를보여주며, 그림 7E에서는꽃밥이 5 mm 이상인것으로부터관찰되는꽃가루를보여준다. 그림 8은감수분열에대한각단계를요약정리하였다. 위의단계들은 4 mm 꽃밥을집중적으로조사함으로써찾을수있었다. 호밀은염색체의수가적고관찰이용이하여과거에염색체에대한연구를할때많이이용되었다 (Woo, 1982; Kwon et al., 1986). 특히염색체의크기가크기때문에전좌등구조적인변이를연구하기에도아주좋은재료로여겨졌다. 하지만이러한대학에서의연구가교육현장에서전혀응용되지못하고사장되었는데본연구에서는이를되살림으로써대학에서의연구결과를교육현장에적용한다는데큰의의가있다고생각된다. 양파의감수분열관찰양파는그림2에서보여준것처럼작은꽃수백개가꽃다발을이루고있는형태로하나의작은꽃에는 6개의꽃밥이들어있다. 6개의꽃밥중하나를취하여슬라이드글라스에올려놓고아세토올세인염색액한방울을떨어뜨린후두개의핀셋으로잘게부수고약 5분정도염색하여관찰하는것은호밀과같다. 호밀에비해좋은점은한봉오리에수많은꽃이붙어있어한봉오리만으로도한학급의학생들을대상으로여러번반복해서실험을수행할수있다는것이다. 단점으로는호밀보다염색체의수를세는것이어려우며, 해리전과후에큰차이가발견되지않았다. 사용한꽃밥의크기가약 1 mm 이하의경우는간기나제1분열전기, 꽃밥의크기가약 1.2 mm인경우는제1 분열전과정, 꽃밥의크기가약 1.5 mm인경우는감수분열전과정을, 꽃밥의크기가약 1.8 mm 이상의경우는제2 분열말기와꽃가루가관찰되었다. 한꽃봉오리에는여러크기의꽃이나타나기때문에크기를확인하여이용함으로써감수분열단계를좀더효율적으로찾을수있었다. 일반적으로같은시기들이무리를이루는형태로관찰되는경향을보인다. 제언감수분열과정은체세포분열과는달리 2번의분열과정을 그림 8. 호밀감수분열에대한요약. (A) 간기. (B) 전기 I( 세사기 ). (C) 전기 Ⅰ( 태사기 ). (D) 전기 Ⅰ( 이동기 ). (E) 중기 Ⅰ. (F) 후기 Ⅰ. (G) 말기 Ⅰ. (H) 전기 Ⅱ. (I) 중기 Ⅱ. (J) 후기 Ⅱ. (K) 말기 Ⅱ. (L) 화분 4 분자. (M) 꽃가루. 18

8 실험탐구수업을이용한감수분열과정의이해 거치기때문에각단계를찾는데어려움이있을수있다. 따라서실험전에기본지식을모식도를통해서습득하는것이필요하다. 실험을직접수행하는것이어려운경우에는백합이나메뚜기를이용하여만들어진영구슬라이드표본을이용하여동식물의감수분열과정을관찰할수있다. 하지만흥미를유발할수있는것은학생들이직접실험을수행하는것인만큼호밀이나양파를이용하여감수분열단계를찾아보는것이다. 꽃밥을찾고핀셋으로잘게부수어염색할때까지총 10분정도밖에걸리지않는다. 나머지시간은감수분열단계를찾는것이기때문에학생들과교사간에많은상호작용을할수있는시간이주어질수있다. 학생들이적절한단계를찾게되면현미경을이용해서혹은빔프로젝트를통해화면에쏘아함께공유할수있을것이다. 호밀은상업적으로구입이가능하고, 연화처리없이도감수분열상을잘볼수있기때문에교육현장에서널리이용될수있다고생각된다. 감사의글양파의꽃을채집하여제공해준목포대학교의배정은조교, 호밀의이삭사진을제공해주신구정고등학교의구수길선생님, 논문의교정에참여해주신선문대학교의권혁빈교수께감사드립니다. ABSTRACT Meiosis occurs in organisms undergoing sexual reproduction. Two important roles of meiosis are as followings. First, meiosis functions in maintaining the same number and structures of chromosomes as the parents. Second, it produces the diverse offsprings. Meiosis experiment is introduced in 'Science' textbook of the 9th and 10th grade, and in 'Biology II' textbook of the 12th grade. However, our survey showed that experimental class on meiosis have not been carried out because of lack of information on proper experimental materials or detail experimental procedure. In our study we tried to suggest the solution on these problems. Onion flower or ears of rye was selected as experimental materials. We observed all stages of meiosis from both materials. All kinds of meiotic stages were obtained from the anther of 1.5 mm in onion and 4 mm in rye. Meiosis could be observed without softening by HCl treatment. However, the treatment of HCl to rye gave better images on each meiotic stages, but cells were scattered. Our study showed that onion and rye could replace materials for the meiosis experiment introduced in the present textbooks with the good possibility of success on meiosis experiment in school science. Key words: meiosis, rye, onion, anther 참고문헌권혁빈, 문용준, 손희도, 구향모, 이경형 (2003) 고등학교생물Ⅱ. ( 주 ) 천재교육. 김미경, 김희백 (2006) 현행과학고등학교생물교과실험분석- 참과학탐구의추론특성을중심으로-. 한국생물교육학회지 34(3): 김윤택, 김경호, 김남일, 백수관, 김병인, 배진호, 배미정, 이용철 (2003) 고등학교생물Ⅱ. ( 주 ) 중앙교육진흥연구소. 박희송, 이흥우, 조경주, 백운성, 김학현 (2003) 고등학교생물 Ⅱ. ( 주 ) 금성출판사. 심규철 (2006) 국민공통기본과정과학과생명영역생식과발생단원의탐구활동분석. 한국생물교육학회지 34(3): 우제창 (1982) 팔당산호밀상호전좌의 transmission 에관한연구. 서울대학교석사학위논문. 이상인, 신영준, 동효관, 백승용 (2003) 고등학교생물Ⅱ. ( 주 ) 지학사. 정완호, 이길재, 유병선, 홍준의, 김재근 (2003) 고등학교생물 Ⅱ. ( 주 ) 교학사. 조희형, 정화숙, 장정찬, 최승일, 여경환 (2003) 고등학교생물 Ⅱ. ( 주 ) 대한교과서. Chinn CA and Malhota BA (2002) Epistemologically authentic inquiry in schools: A theoretical framework for evaluating inquiry tasks. Science Education 86(2): Kwon HB, Lee JW and Lee WJ (1986) A study on phenotypic characters of rye (Secale cereale L.) with the reciprocal translocation T(5R/6R) and B-chromosomes. Kor. J. Breeding 19: Lee WJ, Kwon HB and Lee JW (1987) Study on phenotypic characters of rye (Secale cereale L.) with the reciprocal translocation T (5R/6R) and B chromosomes. Korean J. Breed 19(3): Pierce BA (2006) Genetics. A conceptual approach. 2nd edition. Freeman. 19

<4D F736F F F696E74202D20332DB5B9BFACBAAFC0CC2DB0A8BCF6BAD0BFAD2DBFB0BBF6C3BCC0CCBBF3205BC8A3C8AF20B8F0B5E55D>

<4D F736F F F696E74202D20332DB5B9BFACBAAFC0CC2DB0A8BCF6BAD0BFAD2DBFB0BBF6C3BCC0CCBBF3205BC8A3C8AF20B8F0B5E55D> 주제 3. 유전자돌연변이, 감수분열, 염색체이상 생명과학 10 장중간부분 생명과학 8 장뒷부분 유전체의 DNA 염기서열해독이끝난생물체와유전체크기, 유전자수 1 1. 돌연변이에의해유전정보가달라질수있다 돌연변이 (mutation) 란 DNA 의염기서열에변화가일어난것이다 돌연변이는 염색체상의넓은부위나 한개의뉴클레오티드에만생길수도있다 사람의경우, 생식세포 ( 정자,