차 례 Ⅰ. 탐구의개요 1 1. 탐구동기 1 2. 탐구목적 1 3. 탐구기간및조사지역 2 Ⅱ. 탐구활동을위한기초조사 3 1. 탐구재료 3 2. 모자반의분류학적위치 3 3. 특징 3 Ⅲ. 탐구내용 4 Ⅳ. 탐구방법및결과 5 탐구문제 1. 완도해안에서식하는해조류에조사 5

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석 신
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1 작품번호 1436 제 52 회전국과학전람회 조하대에서식하는모자반속 (Sargassum spp.) 의 기낭 ( 氣囊 ) 에관한연구 출품분야학생작출품부문식물 시 도학교학년 ( 직위 ) 성명 전남전남미용고등학교 2 학년 민봄미변효인 지도교사전남미용고등학교교사김성

2 차 례 Ⅰ. 탐구의개요 1 1. 탐구동기 1 2. 탐구목적 1 3. 탐구기간및조사지역 2 Ⅱ. 탐구활동을위한기초조사 3 1. 탐구재료 3 2. 모자반의분류학적위치 3 3. 특징 3 Ⅲ. 탐구내용 4 Ⅳ. 탐구방법및결과 5 탐구문제 1. 완도해안에서식하는해조류에조사 5 탐구문제 2. 모자반의서식환경및생태탐구 7 탐구문제 3. 기낭의형태및기능탐구 14 Ⅵ. 결론 33 Ⅴ. 탐구결과의활용 34 Ⅵ. 더알고싶은점 35 참고문헌 36 < 부록 > 1. 톱니모자반, 괭생이모자반의광합성형광반응값 2. 탄소동위원소 (C-14) 를이용한기낭속탄소의이동

3 그림차례 그림 1. 완도해안에서식하는해조류조사 5 그림 2. 완도해안해조류의수직분포 6 그림 3. 완도해안의월별수온변화 7 그림 4. 완도해안의월별염분변화 7 그림 5. 모자반 (Sargassum fulvellum) 의각부분의형태적특징 8 그림 6. 모자반 (Sargassum fulvellum) 의잎과기낭의형태 9 그림 7. 생장에따른체장의월별변화 10 그림 8. 생장에따른체중의월별변화 10 그림 9. 모자반 (Sargassum fulvellum) 암, 수개체의생식기탁 11 그림 10. 모자반 (Sargassum fulvellum) 의탈락진전의난과탈락된유배 12 그림 11. 모자반 (Sargassum fulvellum) 의생활사 13 그림 12. 기낭의형태 15 그림 13. 풍선을이용하여기낭의형태변형을보기위한수조실험 15 그림 14. 모자반 (Sargassum fulvellum) 의부위별기낭의크기 16 그림 15. 모자반속식물의기낭 17 그림 16. 모자반속식물의기낭수 17 그림 17. 모자반 (Sargassum fulvellum) 의부위별기낭수 18 그림 18. 주사기를이용한기낭속의기체모으기 19 그림 19. 수상치환에의한기낭속의기체모으기 20 그림 20. 포집한기체의불꽃반응실험 21 그림 21. 석회수에의한기체반응실험 21 그림 22. 기낭이달린모자반의상태 22 그림 23. 기낭이제거되어바닥에가라앉은모자반상태 22 그림 24. 광합성실험에사용된수조 23 그림 25. 광합성형광측정기에의한잎의광합성능력측정 24 그림 26. 기낭의유무에따른광합성능력의비교 24 그림 27. 톱니모자반의 150μmol / m2 /s에서의광합성능력의비교 25 그림 28. 톱니모자반의 50μmol / m2 /s에서의광합성능력의비교 26 그림 29. 괭생이모자반의 150μmol / m2 /s에서의광합성능력의비교 26 그림 30. 괭생이모자반의 50μmol / m2 /s에서의광합성능력의비교 26 그림 31. 톱니모자반기낭의단면광학현미경 40 27

4 그림 32. 톱니모자반기낭의단면광학현미경 그림 33. 톱니모자반기낭의단면형광현미경 그림 34. 톱니모자반기낭의단면형광현미경 그림 35. 주사기를이용기낭에 C-14를주입, 표지 29 그림 36. 온도 19.5, 광량 60 μmol m-2 s-1, 염분 33 psu에서 11시간배양 30 그림 37. 분석할부분인기낭, 줄기, 잎의채취 30 그림 38. 습중량측정 30 그림 39. 기낭, 줄기, 잎, 해수에서의 DPM/mg 값 31 그림 40. 톱니모자반의기낭, 줄기, 잎 32 그림 41. 잎, 해수에서의 DPM/mg 값 32 그림 42. 모자반을이식한도청항방파제 34 그림 43. 모자반을이식한도청항방파제 34 그림 44. 모자반을이식한도청항방파제 34

5 Ⅰ. 탐구의개요 1. 탐구동기 완도에는경관이뛰어난정도리구개등이있는데, 이곳에급우들과해양탐사활동을나갔다가갯돌밭에밀려온해조류를보았다. 그중방울방을구슬을달고있는해조류가있었는데, 그구슬은기낭 ( 氣囊 ) 이라는것이었다. 윗부분과아랫부분의크기가다르고모양또한달랐으며, 손가락으로누르면톡톡소리를내며터지는게신기하여선생님께여쭈어보면서관심을갖고탐구하게되었다. 완도읍정도리구개등 2. 탐구목적 첫째, 모자반의서식환경및생태를알아보고, 둘째, 부위에따라기낭의모양은왜다르며, 셋째, 기낭속에있는기체의성분은무엇인지? 넷째, 조하대에서식하는모자반기낭의역할은무엇인지? 다섯째, 기낭속의기체가광합성에관여하는지를알아보고자한다.

6 3. 탐구기간및조사지역 가. 탐구기간 : 2005 년 3 월 ~ 2006 년 7 월현재 나. 조사지역 : 전남완도군완도읍정도리, 중도리해안, 청산면권덕리, 국화리해안의 4 개지점 Ⅱ. 탐구활동을위한기초조사 1. 탐구재료모자반 (Sargassum fulvellum AGADH) 톱니모자반 (Sargassum serratifolium AGADH) 괭생이모자반 (Sargassum horneri AGADH) 2. 모자반의분류학적위치 한국동식물도감제 8 권식물편 ( 해조류 ) 갈조식물문 Phaeophyta 원포자강 Cyclosporeae 모자반목 Fucales 모자반과 Sargassaceae 모자반속 Sargassum 모자반 (Sargassum fulvellum AGADH) 톱니모자반 (Sargassum serratifolium AGADH) 괭생이모자반 (Sargassum horneri AGADH)

7 3. 특징갈조식물은생활환에따라 3강 ( 綱 ) 으로분류되는데, 원포자강의모자반목 ( 目 ) 에속하는것들은복상체 ( 復相體 ) 뿐이고세대교번 ( 世代交番 ) 이없다. 생식번은육상의고등식물과같으므로별도로이목 ( 目 ) 만을원포자강에둔다. 이들은조류중에서가장잘분화되었고고등식물을방불케한다. 기부부착기는줄기부분에서명백히구별되고잎과광합성을하는엽신은중륵과거치연이있고, 잎자루와도같은것이있다. 기낭과생식기탁 ( 生殖器托 ) 은더욱분화되어있다. 다년생으로부착기에서매년재생된다. Ⅲ. 탐구내용 탐구문제 1. 완도해안에서식하는해조류조사 가. 완도해안에서식하는해조류의종류 탐구문제 2. 모자반의서식환경및생태탐구가. 저질 ( 底質 ), 수온, 염분나. 형태적특징다. 성장도조사 ( 체장및무게의월변화 ) 라. 생식방법마. 생활사 탐구문제 3. 기낭의형태및기능탐구가. 기낭은어느시기에출현하며부위별모양은? 나. 기낭의크기와수다. 기낭속의기체의포집방법및성분분석라. 기낭의역할은무엇이며, 광합성과관련이있을까? 마. 기낭에도엽록체가존재할까? 바. 모자반은기낭속의이산화탄소를광합성에이용할까?

8 Ⅳ. 탐구방법및결과 탐구문제 1. 완도해안에서식하는해조류조사가. 완도해안에서식하는해조류의종류 1) 조사지역 완도해안 4곳 ( 정도리구개등, 중도리구름낭해안, 권덕리, 국화리 ) 을선정하였다. 2) 분류방법 해조류의분류는한국동식물도감제8권해조류편을참조하여분류동정하였다. 3) 조사결과 완도해안에서식하는해조류는녹조류 5종, 갈조류 10종, 홍조류 12종이었는데, 지역별분포를보면 정도리 : 조상대 1종, 조간대 11종, 조하대 10종, 구름낭 : 조상대 1종, 조간대 10종, 조하대 9종, 권덕리 : 조상대 1종, 조간대 14종, 조하대 12종, 국화리 : 조상대 1종, 조간대 12종, 조하대 11종을채집하였다. 그림 2. 완도해안해조류의수직분포

9 4) 알게된점 완도의 4 개지점을조사한결과남부에위치한권덕리해안이다른곳보다 단위면적당밀도가높을뿐아니라생물상도다양하였다. 탐구문제 2. 모자반의서식환경조사및생태탐구 가. 저질, 수온, 염분 1) 조사방법 저질 ( 底質 ), 수온, 염분농도는현장에서조사하였다. 2) 조사결과가 ) 저질 완도는해안선을따라주로암초지대가형성되어있으며일부지역은모래밭과자갈밭으로형성되어있다. 수심 6~10m 부근의암반지대에모자반이주로서식하고있으며, 그보다아래인 10m 이하로내려가면자갈과사니질로되어있는데, 이곳에서는서식하지않고있다. 나 ) 수온 연중수온변화는그림 3과같다. 연간표층수온의변화는 2월과 8월에각각 6.3, 27.4 로최저, 최고의편차가 21.4 에달하였다. 3) 알게된점 완도해안은저질이주로암반으로형성되어있고, 외양에면해있어육수의유입이적으며, 동계와하계의수온차가 21.4 로매우크며, 염분농도는모자반의생육기인 9월부터 6월까지는 31.0~34.3 로안정되어있는곳이다. 모자반의서식지형으로는암반으로조성된곳이었다. 나. 형태적특징 1) 탐구방법 모자반의형태는기저부, 엽체의최상부, 분지, 기낭, 암수개체의생식기탁, 잎의형태, 기낭의형태적특징을조사하였다. 2) 탐구결과 탐구결과는그림 5, 6 과같다.

그림 5. 모자반 (Sargassum fulvellum) 의각부분의형태적특징

잎의형태 F : 수 ( ) 생식기탁 G : 암 ( ) 생식기탁 3) 알게된점

다. 성장도조사 ( 체장및무게의월변화 ) 1) 조사방법 2005년 9월부터

10 그림 5. 모자반 (Sargassum fulvellum) 의각부분의형태적특징 A : 몸체의기저부 B : 몸체의윗부분 C : 분지 D : 기낭 E : 잎의형태 F : 수 ( ) 생식기탁 G : 암 ( ) 생식기탁 3) 알게된점 엽체는수지상의가반상근에서단독직립하며, 길이는 1~2m까지자라고, 줄기는짧고, 수개의중심가지를낸다. 기낭은타원형, 방추형이고, 짧은 돌기를형성하며, 드물게관엽을갖는다. 생식기탁은원주상, 첨예하며, 웅성생식기탁이자성생식기탁보다길다. 잎은하부로내려갈수록크기가 커지고, 기낭또한하부로갈수록커지며타원형으로변한다. 다. 성장도조사 ( 체장및무게의월변화 ) 1) 조사방법 2005년 9월부터 2006년 7월현재까지모자반의생장에따른월별변화를조사하였다. 2) 조사결과가 ) 체장 월별체장의변화는 9월에평균수온이약 23 일때평균체장이각각 2.5cm였다가이듬해 2월의평균수온이최저인 6.5 까지는각각 43. 7cm로완만한생장을하다가, 이후수온의상승과함께급격히생장한다. 조사기간동안의생장에따른월별변화는그림 7과같다.

11 나 ) 무게 조사기간동안중량의변화는그림 8과같이 3월중순에 45.7g으로최대치를나타냈으며, 이후수온이올라가면서소실되기시작하여 6월중순이되면거의소실되었다. 3) 알게된점 모자반의계절에따른생장변화는수온을기준으로두기간으로나누어가을에서겨울까지는생장이완만하고, 겨울에서봄에빠른생장을하였다. 엽체의소실은 5~6월경수온이 16 이상으로상승하면엽체와줄기는녹아없어지면서부착기부에서는새로운개체가형성되어성장한다. 라. 생식방법 1) 탐구방법 모자반은영양생식과유성생식을하는데, 유성생식을조사하기위하여최대성숙기인 3월성숙한모자반암수개체를확보하여생식기탁 ( 生殖器托 ) 에서방출되는생식세포의수정과발생과정을조사하였다. 2) 탐구결과가 ) 성숙 암수개체의생식기탁은길이에서차이가크므로육안으로도쉽게식별이되는데, 암컷개체에비하여수컷의생식기탁의길이가길다. 나 ) 생식세포의방출 생식세포의방출은암컷과수컷의생식세포가동시에방출이일어나는데, 생식돌구 ( 生殖突口 ) 에의해방출되어진난은수정후교질병 ( 膠質柄 ) 이라고하는생식기에부착되어일정기간발생을계속한다. 다 ) 배 ( 胚 ) 의발생 생식기탁에서방출된난은점액질로둘러쌓인상태로생식기탁의표면에부착하여난의분할이시작된다. 난할이시작되어 3~5일후에난할이완료되고 4~6일째부터 1차가근이형성된다. 라 ) 가근 ( 假根 ) 형성및부착 1차가근이형성되고독립된배가되어기질에부착하여 2차가근을내면서완전히착생하게된다. 3) 알게된점 모자반은암컷과수컷의생식세포방출이동시에이루어지므로수컷의성숙

12 정도에따라암컷의방출일을예측하는것이가능하다. 1 개의생식기탁에착상된난의수는 800~1,000 개정도였다. 마. 생활사 1) 탐구방법 2005년 3월부터 2006년 7월현재까지완도해안과배양시설에서모자반의생활사를조사하였다. 2) 탐구결과 조사결과는그림 11과같이 C, D는 3~4월최고로성숙되어난을방출하기직전의모자반이고, E와 F는방출된난이분열을거쳐유배로생장하는당년생이며, G와 H는여름고수온기에엽체가소실되고남은 2년생모자반의기부이다. 3) 알게된점 유성생식은 2~4월에성숙한모자반의생식기에서방출, 부착된수정란이떨어져나와발아한다. 3~4월에 8~10mm 정도크기의유엽으로자라면서짧은줄기에서몇개의두터운거치연의떡잎이우상으로나온다. 8~9월이되면유체의줄기부분에서새로운엽상부가생기기시작하여성장한다. 생식세포가방출되고난후 5~6월경수온이 16 이상으로상승하면엽체와줄기는녹아없어지면서부착기부에서는새로운개체가형성되어성장한다. 탐구문제 3. 기낭의형태및기능탐구 기낭은어느시기에출현하며형태가어떻게변하는지의문이생겨기낭의형성과정을조사하였다. 가. 기낭은어느시기에출현하며부위별모양은어떠할까? 1) 출현시기가 ) 탐구방법 수온이올라가고엽체가소실되어줄기의기저부만남아있는 2005년 6월부터간조와만조의차가가장크게일어나는주기 ( 음력 1일과 16일 ) 에맞추어 15일간격으로이듬해 5월까지현장에나가기낭의출현을조사하였다.

13 나 ) 탐구결과 줄기의기저부만남아있는여름이지나고수온이 15 이하로하강하는 11 월경부터성장이급속히빨라지는데, 12월경기낭이생기기시작하고 3월까지옆편의기부에서나오고생식기탁이완전성숙하는시기에가장커진다. 종에따라출현시기가조금씩다르며같은종이라도출현시기는조금씩차이가있었다. 라 ) 알게된점 기낭은엽체가무성하게자라는시기에출현하며엽체의기부에서위로향하여생성되며, 엽체의위쪽부분은원형에가깝고아래로내려갈수록타원형의길쭉한모양으로되며위쪽보다커진다는사실을알았다. 따라서모양이위쪽과아래부분이다르고크기또한왜달라지는지탐구의필요성을느꼈다. 2) 부위별기낭의모양가 ) 탐구방법 성장하면서하층부의기낭이타원형으로더욱길쭉하게변하는데수압의영향을받는지알아보기위하여 1.5m 깊이의아크릴수조를만들어풍선에실을묶고추를달아수압의영향이어떻게미치는지실험하였다. 나 ) 탐구결과 상층부의경우거의원형에가까우며, 중층부는야간의타원형이고, 하층부로가면서길쭉한타원형이었다. 아크릴수조에서실시한풍선의변형실험결과아래로갈수록풍선의형태는타원형으로변형되었다. 다 ) 알게된점 모자반개체는완전성숙이되었을때 1m 크기로부터큰개체는 3m가넘는것도있는데, 하층부로갈수록수압이증가하여수압의영향과기낭의부력이작용하여타원형으로형태가변한것으로실험을통하여알수있었다. 기낭은한개체내에서도상부와하부의크기가달랐다.

14 부위별기낭의크기는어느정도이고몇개의기낭을가지고있는지 의문이생겼다. 나. 기낭의크기와수는어느정도일까? 1) 기낭의크기가 ) 탐구방법 성숙한모자반 10개체를가지고상층부, 중층부, 하층부에서각각 100개의기낭을떼어내서길이와폭을측정한다음평균값을구하여폭에대한길이의비를구하였다. 나 ) 탐구결과 기낭의평균크기는상층부길이 6mm, 폭 5mm, 중층부길이 15mm, 폭 10mm, 하층부길이 22mm, 폭 13mm 였다. 폭에대한길이의비를보면상층부 1 : 1.2, 중층부 1 : 1.5, 하층부는 1 : 1.7의값을나타내었다. 다 ) 알게된점 기낭의크기는엽체의하층부로갈수록커지면서길쭉한타원형으로변형되 었다. 드물게는기낭의크기가길이 25mm 가넘는것도있었다. 2) 기낭의수가 ) 탐구방법 완도해안에서식하는모자반, 애기모자반, 톱니모자반, 괭생이모자반을채취하여엽체의중간부분을기준으로 10cm, 20cm, 30cm길이당기낭수를세었다. 구간 ( cm ) 당기낭수를측정할때 1개의줄기를기준으로하였다. 모자반 (Sargassum fulvellum) 은보다구체적으로수를알아보기위하여상, 중, 하층부별기낭수를조사하였다. 나 ) 탐구결과 완도해안에서식하는모자반, 애기모자반, 톱니모자반, 괭생이모자반의기 낭수는표와같다.

15 다 ) 알게된점 모자반속식물중가장많은기낭을가지고있는종은애기모자반으로 30cm줄기에 223개의기낭을가지고있었다. 반면기낭의 2~3mm 전후의크기로작은대신많은수의기낭이필요했을것이다. 톱니모자반은적은수의기낭을가지고있으나가장큰기낭을가지고있었다. 모자반의기낭은애기모자반과톱니모자반의중간크기이며수도중간정도를가지고있었다. 따라서큰기낭을가진종은상대적으로적은수은수의기낭을가지고있었다. 기낭속에는어떤기체로채워져있는지의문이생겼다. 다. 기낭속의기체는어떻게모으며무슨기체일까? 1) 기체모으기가 ) 주사기를이용한기체모으기 (1) 탐구방법 하층부에달려있는큰기낭을골라서사용하였다. 주사기를기낭에꼽고기낭속의기체를서서히뽑아냈다. (2) 탐구결과 기낭이물에적셔진상태에서뽑는게효과적이었다. 주사바늘을꼽을때주의하지않으면기낭을관통하는경우가생기므로주의가필요했다. 나 ) 수상치환에의한기낭속의기체모으기 (1) 탐구방법 주사기를이용한기체모음이다소문제가있어수상치환으로기체모으기를시도하였다. 아크릴소조에물을채운다음집기병입구에깔데기를끼운다음수조속의물에거꾸로담근다. 깔데기입구에기낭을가져가터뜨린다.

16 기낭이터지면서기체가집기병속에모아진다. 집기병속에충분한양의기체가모아질때까지기낭을터뜨린다. (2) 탐구결과 기낭을엄지와검지를이용하여누르면기낭이터지면서손쉽게기체를집기병속에모을수있다. 여러개의기낭을터뜨리면실험에사용할수있을만큼의기체가집기병속에모아진다. (3) 알게된점 물속에서기낭을터뜨리면공기방울이올라가는데이것이기낭속에서나온기체이다. 기낭속의기체는주사기와수상치환방법으로기체를모을수있다. 2) 기체성분분석가 ) 집기병속의성냥불꽃반응 (1) 탐구방법 수상치환으로집기병속에모아진기체에성냥불꽃을갖다넣어본다. 성냥불꽃의변화를관찰한다. (2) 탐구결과 타던불꽃이집기병속으로가져가면꺼져버렸다. 나 ) 석회수에의한기체반응 (1) 탐구방법 수상치환으로모아진집기병의입구를조금열고석회수가 1/4이되도록넣고흔들어본다. (2) 탐구결과 불을켠성냥개피를집기병에넣자불이꺼졌다. 집기병속의석회수가뿌옇게흐려졌다. (3) 알게된점 집기병속의성냥불꽃반응과석회수에의한기체의반응의실험을통하여

17 기낭속의기체는이산화탄소임을알수있었다. 모자반의기낭이광합성에어떤영향을미치는지의문이생겨실험해 보기로하였다. 라. 기낭의역할은무엇이며광합성과는관련이있을까? 1) 부력실험가 ) 탐구방법 모자반을채취하여염분농도 33~34 의해수에서기낭을 10% 의단위로제거하면서제거하지않은모자반과물속에서의형태를관찰하였다. 나 ) 탐구결과 기낭이 80% 이상제거되면모자반은가라앉는다. 가라앉은모자반은수면아래서뭉쳐진상태로있다. 다 ) 알게된점 기낭을제거한모자반은바닥으로가라앉으며뭉쳐진상태로있게된다. 따라서기낭은거대한모자반이물에서뜨게하는역할을하였다. 기낭이온전히달린모자반이물위에뜨는형태를관찰한결과단순히뜨는역할뿐아니라잎을광선과마주할수있도록넓게펴주는역할을하고있었다. 2) 광합성실험가 ) 자연광을이용한광합성형광반응실험 (1) 탐구방법 실험기간 : 2006년 4월 20일부터 5월 4일까지 15일간실험실시 실험장소 : 전남완도군정도리소재국립수산과학원남해수산연구소해조류연구소 사용된수조 : 높이 1.2m, 지름 80cm의수조 2개와길이 8m, 넓이 2m, 깊이 80cm 수로식수조 1개 광량조건 : 광선은썬라이트지붕이설치된곳에서자연상태의광선이유지되도록하였다.

18 물의공급 : 자연해수를 PVC관을이용하여유수식으로계속공급하였다. 공기의공급 : 에어브로워를설치하여 24시간계속공기를공급하였다. 실험조건 : 수조 1개에기낭을제거하지않은모자반을수용하였고, 다른한개의수조에는기낭을제거한모자반을사용하여 15일간배양하였다. 광합성측정에사용된장비 : 광합성형광측정기 (MINI-PAM) 를이용하여형광량에의한광합성능력을측정하였다. 측정방법 : 4회에걸쳐측정하였는데매회각실험군마다 4개의잎을채취하여 4회반복측정하여평균치를사용하였다. 측정하기전처리 : 잎을채취하여 1분간암처리한후광반응을측정하였다. (2) 탐구결과 기낭을가지고있는개체와제거한개체사이에는광합성능력에서큰차이를 보였는데, 기낭을가지고있는개체가광합성능력이월등히우수하였다. (3) 알게된점 기낭을달고있는개체의광합성능력이월등히우수하였는데, 수면위로뜰수있어빛에가깝게접근할수있으며기낭이수면에서잎을펴주는역할을함으로써광량을효과적으로이용할수있었다. 따라서기낭은모자반이효과적으로광합성을할수있도록중요한역할을하고있었다. 나 ) 배양기를이용한광합성형광반응실험 (1) 탐구방법 실험재료 : 톱니모자반과괭생이모자반을이용 실험기간 : 2006년 7월 13일부터 7월 14일까지 2일간실시 실험장소 : 국립수산과학원해조류연구소 ( 목포 ) 사용된장치 : 광원조절장치가설치된배양기를사용 광량조건 : 간조시조건인 150μmol / m2 /s과만조시조건인 50μmol / m2 /s로설정 물의공급 : 정수상태유지 수온 : 15 유지 사육조건 : 총 8개의용기에톱니모자반과괭생이모자반을기낭을제거하지않은모자반, 기낭을제거한모자반을수용

19 광합성측정에사용된장비 : PAMWIN을이용하여형광량에의한광합성능력을측정 측정방법 : 2일간 6회에걸쳐측정하였는데매회각실험군마다 3개의잎을채취하여측정 측정하기전처리 : 잎을채취하여 3분간암처리한후광반응을측정 (2) 탐구결과 간조시조건인광량 150μmol / m2 /s에서기낭이있는개체와없는개체의유의차는없었고, 만조시조건인 50μmol / m2 /s에서기낭의유무에따라광합성능력에큰차이를보였는데, 괭생이모자반보다깊은곳에서사는톱니모자반의경우기낭을가지고있는개체가광합성능력이월등히우수하였다. ( 측정값부록참조 ) < 톱니모자반 ( 광량 μmol) > Yie ld 값 기낭무기낭유 :00 17:00 19:00 9:00 11:00 17:00 ( 시간 ) 그림 μ mol / m2 /s 에서의광합성능력의비교 0.9 < 톱니모자반 ( 광량 5 0 μmol) > Yield 값 기낭무기낭유 :00 17:00 19:00 9:00 11:00 17:00 ( 시간 ) 그림 μ mol / m2 /s 에서의광합성능력의비교 (3) 알게된점

20 광량 50μmol / m2 /s에서기낭을달고있는개체의광합성능력이월등히우수하였는데, 간조시의경우빛과이산화탄소를쉽게접할수있는조건에서는광합성능력의차가없지만, 만조시를깊은물속에잠길경우상대적으로깊은곳에사는톱니모자반은기낭이광합성에더큰영향을미친다는것을알수있었다. 모자반의기낭이직접광합성을하는지의문이생겨기낭에엽록체가 있는지탐구해보기로하였다. 마. 기낭에도엽록체가존재할까? 1) 탐구방법 기낭이큰톱니모자반의기낭을마이크로톰으로잘라서프레파라트를만든다음광학현미경과형광현미경을이용 40과 100에서엽록체가있는지확인하였다. 2) 탐구결과 광학현미경으로기낭의단면을관찰한결과기낭의바깥쪽은세포가작으면서조밀한구조를보이고내부로갈수록세포가커지면서속이비어있는것을알수있다. 형광현미경으로관찰한결과빨간색의빛을내고있는부분은엽록체에서내는빛으로표면세포층에엽록체가분포한다. 그림 33. 톱니모자반기낭의단면형광현미경 40, ( 전체 ) 3) 알게된점 기낭의표면 2~3 개의세포층에엽록체가집중분포하여있다. 이것은

21 기낭에서도광합성작용이일어난다는것을알수있었다. 모자반기낭속의기체가이산화탄소로확인되어광합성에이용되는지 분석해보기로하였다. 바. 모자반은기낭속의이산화탄소를광합성에이용할까? - 탄소동위원소 (C-14) 를이용한기낭속탄소의이동 - 1) 탐구방법 1.5 리터음료수병두개를잘라병입구를연결하였다. 이는탄소동위원소 (C-14) 를기낭에주입한쪽과주입하지않은쪽을분리하기위한방법으로연결부위는해수가채워지지않는다. 곧해수의이동을막아주기위한방법이다. 그리고건조에의한스트레스를완화시키기위해그곳에해수를적신티슈를넣어주었다. 기낭속의이산화탄소가잎의광합성에활용되는지를알아보기위하여탄소동위원소 (C-14) 를주사기로 4개의기낭에주입하였다. C-14 을주입한기낭에는표지를해주었다. 해수온도 19.5, 광량 60 μmol m-2 s-1, 염분농도 33 조건에서 11시간배양하였다. 11시간배양후모자반의기낭, 줄기, 잎을채취하여습중량을측정하였다. 채취한부분을섬광계수기 (scintillation vial) 에넣고 0.5 NHCl 1ml을넣어주고후드에서 24시간 fuming 시킨다. 이과정은더이상탄소이용을하지못하도록하는것과동시에이용되지않고식물체표면에껴있는탄소를날려버리는과정이다. 0.5 N NaOH 용액 (0.5 ml) 과 5%(V/V) Triton X-100 (0.5 ml) 을넣어주고 24시간암상태에서놓아둔다. H 2 O 2 ( 과산화수소 ) 0.5 ml을넣고 24시간놓아둔다. 1 M HCl 0.5 ml을넣어 fuming 시킨다. 10 ml의 Hionic-Flour (Cocktail) 을넣고혼합시킨다. LSC에넣고측정을한다.

2) 탐구결과 air bladder 평균 DPM ( 기낭 ) Stem ( 줄기 ) 195258.5 표준편차 3686639 395415.2 195258.5 107551.7 Leaf ( 잎 ) 367832.1 184557.

측정값은 CPM(Counting Pet Minute) 로나오는데, 이값은 CE(Countig efficient) 를이용하여 DPM(Degradation Per Minute) 을구하였다.

22 2) 탐구결과 air bladder 평균 DPM ( 기낭 ) Stem ( 줄기 ) 표준편차 Leaf ( 잎 ) sea water ( 해수 ) 그림 39. 기낭, 줄기, 잎, 해수에서의 DPM/mg 값 기낭에탄소동위원소를주입하여 11시간배양이끝난후값을측정 LSC로측정한결과는그림39와같다. 측정값은 CPM(Counting Pet Minute) 로나오는데, 이값은 CE(Countig efficient) 를이용하여 DPM(Degradation Per Minute) 을구하였다. CE = CPM/CE 100 C-14는β 방사선이나오는데, LSC에서측정할때분당 β선을계수한것이 CPM 값이다. CE는계수효율로측정전 standard를측정함으로써그값을알수있다. 그림 39는각부분의단위무게당 DPM 값의평균과표준편차를나타낸것으로, C-14를주입한기낭에서가장높은값을보였고, 줄기는기낭의약 5%, 잎은기낭의약 10% 정도나타났다. 해수는기낭의약 4% 로기낭에 C-14를주입한후미량이해수로나온것으로보인다.

23 그림 41 은잎의각부분별단위무게당 DPM 값으로기낭으로부터멀어질 수록낮게나오는것을볼수있다. 이것으로보아기낭의이산화탄소가줄기 를거쳐잎으로이동함을의미한다. 3) 알게된점 탄소동위원소 (C-14) 를이용한기낭속의이산화탄소의이동을측정한결과기낭으로부터멀어질수록값이낮게나오는것으로보아기낭속의이산화탄소가줄기를통해잎으로이동하여광합성에이용되고있음을알수있었다. Ⅵ. 결론 본연구는모자반의서식환경및생태를알아보고, 부위에따라기낭의모양은 왜다르며, 기낭속에있는기체의성분은무엇이고, 조하대에서식하는모자반이 기낭은왜필요하며, 광합성과의연관성이있는가를알아보고자하였다. 1. 기낭의출현은모자반의성장이빨라지는 12 월경에출현하며, 원형에가까운기 낭의모양이성장하면서아래로내려갈수록타원형으로변형되는것은수압과 부력과의관계에의해일어난현상으로볼수있다. 2. 모자반 (Sargassum fulvellum) 기낭의크기와개수는길이 1.5 cm ~2 cm크기로상 층부는작으며, 아래로갈수록커지고상층부에서하층부로갈수록많아지는데 줄기 20cm 에평균 80 개전후의기낭을갖는다. 3. 기낭속의기체는수상치환을통하여모으면쉽게얻을수있고, 불꽃반응실험 과석회수와의반응을통하여기체의성분이이산화탄소임을알았다. 4. 기낭의역할은몸체를띄우기위해필요했으며, 또한엽체를넓게펴주는역할도하였다. 광합성과관련성을알아보기위해광합성형광측정기를가지고분석한결과기낭을가지고있음으로써자연광조건에서는광합성능력이 42 : 71% 로월등히높았고, 배양기를이용한실험에서기낭이발달한톱니모자반에서광량 50μmol / m2 /s에서기낭을달고있는개체의광합성능력이월등히우수하였다. 5. 기낭에엽록체가존재하는지를보기위해단면을광학현미경과형광현미경으로 관찰한결과기낭의표면 2~3 개의세포층에엽록체가집중분포하여있었다. 이

24 것은기낭에서도광합성작용이일어나다는것을알수있었다. 6. 탄소동위원소 (C-14) 를이용한기낭속의이산화탄소의이동을측정한결과기낭속의이산화탄소가줄기를거쳐잎으로이동함을볼수있었고, 멀어질수록값이낮게나오는것으로보아기낭속의이산화탄소가줄기를통해잎으로이동하여광합성에이용되고있음을알수있었다. 지금까지알려진기낭의역할은물에서몸체를띄워주는역할만하는것으로되어있었으나본연구를통하여기낭속의기체는이산화탄소이고, 기낭에도엽록체가있어광합성을하며가장깊은곳에서식하는모자반이기낭속의이산화탄소를광합성에직접이용한다는새로운사실을밝혀냈다. Ⅶ. 탐구결과의활용 모자반의기낭을탐구하다보니생태와생활사를알게되어거대해조인 모자반이바다숲조성에이용될수있는지가능성을알아보고싶었다. 바다숲조성에있어모자반의이용가능성탐구 가. 적용방법 이식시기 : 2005년 6월부터 2006년 7월현재 이식방법 : 모자반줄기의기저부를직경 5mm의로프에끼워서완도군청산도도청항방파제의일부에감고환경에적응하는지를보았다. 나. 적용결과 이식된모자반은방파제에서무성하게자라는데뿌리의정착이어려워 일부를제외하고는로프에서매달려성장하였다. 다. 알게된점 이식된모자반은이듬해줄기의기저부에서잘자라지만일부는뿌리부분이방파제에정착하기가힘들므로유성생식으로종묘생산된어린모자반을이식할필요성을느꼈다.

25 Ⅶ. 더알고싶은점 매년바다숲조성을위하여다양한형태의어초를투하하는데막대한예산을사용하고있으나거대조류가정착되어바다숲이조성되기까지는수년이소요되고그효과또한크게기대하기어렵다고한다. 모자반을로프에끼워실험적으로방파제에이식시켜보았는데, 로프에서구조물로뿌리정착이어려웠다. 따라서유성생식에의한효과적인종묘이식법을더연구해보고싶었다.

26 참고문헌 강제원, 한국동식물도감, 제8권, 식물편 ( 해조류 ). 문교부. 劉順愛, 韓國産 Fucales 目 ( 褐藻類 ) 의分類學的特性에對하여. 서울大學校碩士學位論文. 玉政玹, 韓國産褐藻모자반屬식물에대한系統分類學的硏究. 서울大學校博士學位論文. 李相錫, 棲息地環境에따른모자반 (Sargassum fulvellum(turner) C. Agardh) 의生長과成熟. 釜山水産大學校碩士學位論文.

Ⅰ. 1 Ⅱ. 1 Ⅲ. 1 Ⅳ. 3 Ⅴ. 3 Ⅵ. 4. ph 4 1). ph 4 2). ph 1. ph 16 1). ph 16 Ⅶ. 23 Ⅷ. 24 Ⅸ. 24

84 제 55 회경기도과학전람회 ph 29. 5. 11 ( ) ( ) 5 Ⅰ. 1 Ⅱ. 1 Ⅲ. 1 Ⅳ. 3 Ⅴ. 3 Ⅵ. 4. ph 4 1). ph 4 2). ph 1. ph 16 1). ph 16 Ⅶ. 23 Ⅷ. 24 Ⅸ. 24 ph 1..,.... 2.. ph? 1) ph? () 2) ph? (). ph? 1) ph? 3.. ph? -. potential