여러가지물질의농도에따른강낭콩의성장속도 멘티 : 김민주 중앙여자고등학교 멘토 : 오은주 이화여자대학교 오렌지주스에비타민 C가있다는사실을생각하다가문득, 일상생활에서쉽게구할수있는물질들이식물의성장속도에어떠한영향을미치는지궁금해졌다. 그래서소금, 설탕, 꿀, 비타민 C 용액을농도별로제조하여강낭콩의성장속도에미치는영향을실험을통해확인해보았다. 또한비료를섞었을때와섞지않았을때의전체적인성장속도도비교하였다. 소금과설탕용액은강낭콩의성장에치명적이었고꿀은성장을약간억제시켰으며비타민 C와비료는성장을촉진시킨다는것을확인할수있었다. 이실험결과는일반가정에서식물을키울때또는비료나각종식물의영양제등을제조할때참고할수있을것이다. 키워드 : 강낭콩, 식물의성장속도, 과실험군 1. 도입 1) 연구배경오렌지주스에는여러가지영양성분이들어있다. 특히 오렌지 하면떠오르는것이비타민 C인데, 문득비타민 C와같은성분들이사람뿐만아니라식물에게도좋은영향을끼칠수있지않을까하는생각에이르렀다. 이를바탕으로오렌지주스속에있는성분, 또는그것과비슷한것이면서일반가정에서쉽게볼수있는성분이강낭콩의성장속도에어떠한영향을미치는가를실험하게되었다. 간척지의소금기때문에식물이자랄수없다는사실은누구나상식쯤으로알고는있지만, 실제로소금물이어떠한영향을끼칠지를직접확인해보기로하였다. 아울러설탕, 꿀그리고비타민 C의농도에따른영향도확인해보고싶었다. 추가적으로가정에서비료를섞으면어느정도의영향을끼칠수있는지도조건으로넣기로하였다. 2) 연구목적소금, 설탕, 꿀, 그리고비타민 C 용액이농도에따라강낭콩의성장에어떠한영향을주는지알아본다. 또한실험전체를 < 가 > 마사토, < 나 > 마사토 + 비료 로나누어진행함으로써비료가성장속도에미치는영향도추가로알아본다. 이를바탕으로일반가정에서쉽게구할수있는성분을식물의성장에어떻게이용할수있을것인지알게될것이다. 3) 기존연구비타민 C는모든동물의필수영양소로항산화작용을한다. 영국엑서터대니컬러스스미노프교수팀은비타민 C가식물의성장에도필수적이라는사실을밝혔다 (27년). 그동안비타민C는식물이가뭄이나오존, 자외선과같은외부스트레스에견딜수있도록항산화작용을하는것으로알려져있었지만식물의성장에꼭필요하
다는것은처음밝혀진것이라고한다. 학술지 플랜트저널 에발표된이실험에의하면유전자조작기법을통해비타민 C를생성시키지못하는식물을만들었더니이들이성장을하지못했다고한다. 즉식물에서비타민 C를만드는 GDP-L-갈라토스포스포릴라아제 라는효소가없으면식물이성장하지못한다는것을알아낸것이다. 스미노프교수는이연구결과가기후변화로인한스트레스에잘버티는식물을만들수있는가능성을열었고, 장기적으로는작물의수확량을증가시키는데에도기여할수있을것이라고말한바있다. 또한과학계는이결과가대표적인영양보충제인비타민 C 의생산에도큰변화를가져올것으로기대한다고한다. 현재는비타민 C가발효나화학합성이라는방법으로주로생산되고있지만, 미생물을이용해이연구에서발견된효소를생산함으로써보다간편하게비타민 C를생산할수있지않을까하는생각에서이다. 4) 이론적배경간척지를만들면농민들이피해를입는다고한다. 배추포기를소금물에절이듯이, 소금기가있는물이농경지에스며들면삼투현상때문에식물이제대로자라지못하게된다. 바다의평균염도는 35퍼밀정도되는데, 이를바탕으로실험군의조건을설정하였다. 즉, 실험군 A' 에서의농도가바닷물과더비슷하게설정한것이다. 나머지용액의농도도소금용액의농도를기준으로설정하였다. 설탕또한삼투압으로식물에좋지않은영향을끼칠것으로생각한다. 소금은해리되어같은분자수에대해이론적으로는설탕보다두배의효과를내야할것이다. 그러나이실험에서는복잡한계산을하지않고편의상 g수로만농도를설정하였다. 이는각물질에서의농도에따른영향을알아보기위한것이다. 즉, 이실험에서는물질별로같은농도에서어떠한영 향을주는지를알아보는것이아니기때문에, 몰농도를비교하지는않았다는것이다. 실제로같은몰농도조건에서실험을했다고해도, 삼투압에정비례해서식물의성장이어떻게변하는가에대한정보가없는데다가기타모든조건이식물성장에영향을끼치지않을것이라는확신을못하기때문에매우까다로웠을것이다. 꿀은순물질이아니기때문에정확하게어떠한영향을끼칠지는설명하기어렵지만보다는영양분이많이들어있으므로성장에긍정적인영향을끼칠수있을것으로사료된다 ( 일반적으로꿀의조성은다음과같다고한다 : 프락토즈 38.2%, 글루코즈 31.3%, 말토즈 7.1%, 슈크로즈 1.3%, 물 17.2%, 다당류 1.5%, 기타 3.2%, 재.2%). 이와같이꿀은사실상혼합물이기때문에실험에서제외할까도생각해봤지만, 구하기쉽고호기심을충족시키자는의미에서실험에넣기로하였다. 비타민 C는 기존연구 에서와같이식물의생장을촉진시킨다고하는데, 이번실험에서강낭콩을통해확인해보고자하였다. 재료는경남제약의비타민 C 정이고, 순도 99% 라고한다. 아울러비료를넣으면어느정도로식물이잘자랄수있는지도직접알아보고자실험을하게되었다. 5) 가설 1. 바다의소금물이삼투압작용으로식물의성장에미치는영향이부정적이듯이소금용액은강낭콩의성장속도에나쁜영향을미칠것이다. 설탕도삼투압작용을일으킬것이므로강낭콩의성장에좋지않은영향을끼칠것이다. 용액의농도가진할수록삼투압이클것이므로성장이더딜것이다. 2. 꿀에는다양한성분이있어예측하기어렵지만, 보다영양분이많으므로강낭콩의성장에긍정적인영향을끼칠것으로예상해본다. 3. 비타민 C는긍정적인영향을끼칠것이
다. ( 기존연구 에서밝혔듯이 ) 4. 비료를사용한토양에서강낭콩이더잘 자랄것이다. 2. 실험 1) 실험준비도구외경 8*3*22 ( 가로 * 세로 * 높이, 단위 : cm) 그리고내경 74*25*22 ( 가로 * 세로 * 높이, 단위 : cm) 인화분 22개, 강낭콩씨앗 88개, 마사토, 비료, 소금, 설탕, 꿀, 비타민 C ( 경남제약 ) 2) 실험방법조건을크게 < 가 > 마사토, 그리고 < 나 > 마사토 + 비료 로나누어진행한다. 한화분에는비슷한간격으로콩을 4개씩심는다. 강낭콩을키우는토양및용액의조건을다음과같이한다. 특히비타민 C 실험결과가가장궁금하여다른물질과는다르게세농도로나누었다. 군 용액 물 실험군 A 소금 1g* 실험군 A' 소금 3g* 실험군 B 설탕 1g* 실험군 B' 설탕 3g* 실험군 C 꿀 1ml* 실험군 C' 꿀 3ml* 실험군 D 비타민 C 1mg* 실험군 D' 바터만 C 2mg* 실험군 D'' 비타민 C 3mg* * : 물 1ml 당 우천시빗물의영향을최대한덜받도록화분을전체적으로보호해주는막을씌워준다. 날짜별로강낭콩의키를측정하고평균값을계산한다. 또한꽃이피거나열매가열리는시기를기록한다.
3) 실험분석 < 가 > 마사토 날짜 (21 년 ) A A B 7월 25일 7월 27일.5.5.1.5 7월 28일 5 5 5 4 5 8월 1일 1 1 1 8 6 8월 5일 15 15 15 11 8 8월 9일 16 15 8 (1개썩음, 5 (2개썩음, 1 (1개썩음 ) 3개시듦 ) 2개시듦 ) 8월 15일 2 21 3 (3개시듦 ) 8월 17일 2 22 8월 23일 26 22 8월 27일 35 3 날짜 (21년) B C C D D D'' 7월 25일 7월 27일.2.5.5.5.5.5 7월 28일 3 5 6 6 6 7 8월 1일 7 1 11 11 1 11 8월 5일 8 15 15 15 15 16 8월 9일 8 (1개썩음 ) 16 16 16 16 18 8월 15일 5 (2개시듦 ) 2 25 25 2 28 8월 17일 22 26 26 25 3 8월 23일 24 27 38 35 5 8월 27일 3 29 4 37 51 꽃은아직피지못함. ( 단위 : cm)
< 나 > 마사토 + 비료 날짜 A A B 21년 7월 25일 7월 27일.7.7.5.5.6 7월 28일 5 5 3 3 5 8월 1일 12 11 1 8 1 8월 5일 17 17 1 1 9 8월 9일 2 2 8 8 1 8월 15일 25 24 5 (2개시듦 ) 5 ( 콩2개썩음 6 ( 한개시듦 ) 1개시듦 ) 8월 17일 3 31 3 (4개시듦 ) (4개시듦 ) 6 (3개시듦 ) 8월 23일 42 39 8월 27일 5 52 날짜 B C C D D D'' 21년 7월 25일 7월 27일.5.7 1 1 1 1 7월 28일 4 5 5 5 6 6 8월 1일 12 12 1 1 12 13 8월 5일 12 17 17 2 18 2 8월 9일 8 2 23 22 24 24 8월 15일 8 (3개시듦 ) 25 27 24 28 28 8월 17일 3 (4개시듦 ) 3 3 27(1개꺾임 ) 36 35 8월 23일 35 35 3 39 4 8월 27일 4 41 35 49( 꽃핌 ) 5( 꽃핌 ) ( 단위 : cm)
3. 실험결과 (Result) 우선 < 가 > 조건과 < 나 > 조건을비교하면, 의경우비료를섞어준강낭콩이월등히잘자랐다. 꿀용액을사용한 C와 C' 에서또한비료를섞어준쪽이더잘자랐다. 한편, 비타민 C를사용한경우는비료에따라차이가나는경향을발견할수없었다. 꽃은 < 나 > 조건에서 D 와 D'' 조건의경우에만피었다. 강낭콩이시든시기를보면 < 나 > 조건에서는 < 가 > 조건에서보다일주일정도늦었다. < 가 > 조건만먼저따로다시분석해보면, A, A', B, B' 조건은중간에모두시들어버렸다. 시들기전까지 A 보다는 A' 에서, B보다는 B' 에서의성장속도가더뎠다는것을확인할수있다 ( 농도가더높은쪽에서의성장속도가더더뎠다 ). C와 C' 는별로차이가나지않았다. 비타민 C를사용한조건에서는 1mg, 2mg 에별로차이가나지않았으나 3mg 를사용한화분에서는강낭콩의평균키가월등히컸다는것을확인할수있다. 그리고전체적으로과 C, C' 조건에비해 D, D', D'' 조건에서강낭콩이더잘자랐다. < 나 > 조건에서역시 A, A', B, B' 조건은모두시들어버렸고, C와 C' 조건사이에는거의차이가나지않았다. 이번에는그러나 < 가 > 조건에서와는달리 A와 A', B와 B' 사이의성장속도가크게다르지않았다. D, D' 그리고 D'' 조건에서는 D에비해 D' 와 D'' 조건에서강낭콩이좀더잘자랐다는것을비교할수있다. < 가 > 와 < 나 > 조건에서시든화분은성장이가장늦고떡잎도상대적으로작았으며색깔은진한녹색대신노란색과연녹색을띠었다. 소금및설탕용액을사용한조건에서는 3주후모두뿌리가썩고죽어버렸다. 비타민 C를투여한조건에서는비타민의농도에따라생장의영향을크게받진않았 지만대체로물만을주고키운것보다는떡잎이고르고좀더튼튼하게자랐다. 6 5 4 3 ( 가 ) 2 ( 나 ) 1 1 2 3 4-1 그림 1 ( 가 ) 과 ( 나 ) 비교. 16 14 12 1 ( 가 )A 8 6 4 ( 가 )A' ( 나 )A ( 나 )A' 2-2 5 1 15 2 25 3 35 그림 2 ( 가 ) A, ( 가 ) A', ( 나 ) A, ( 나 ) A' 비교. < 가 > 와 < 나 > 비교 14 12 1 8 6 ( 가 )B ( 가 )B' ( 나 )B 4 ( 나 )B' 2 5 1 15 2 25 3 35-2 그림 3 ( 가 ) B, ( 가 ) B', ( 나 ) B, ( 나 ) B' 비교. 45 4 35 3 25 2 15 ( 가 )C ( 가 )C' ( 나 )C ( 나 )C' 1 5-5 5 1 15 2 25 3 35 그림 4 ( 가 ) C, ( 가 ) C', ( 나 ) C, ( 나 ) C' 비교.
35 6 3 5 25 4 3 ( 가 )D ( 가 )D'' 2 15 A 2 1 ( 나 )D ( 나 )D'' 1 5 A' 5 1 15 2 25 3 35-1 5 1 15 2 25 3 35-5 그림 5 ( 가 ) D, ( 가 ) D'', ( 나 ) D, ( 나 ) D'' 비교. 그림 7 ( 가 ) 조건의, A, A' 비교. ( 다른실험군과의농도를맞추기위해그래프상에서 D' 는제외함 ) ( 가로축 : 강낭콩이자란날수 [ 일 ] 세로축 : 강낭콩의평균키 [cm]) 35 3 25 2 15 1 5 B B' -5 5 1 15 2 25 3 35 < 가 > 조건그래프비교 그림 8 ( 가 ) 조건의, B, B' 비교. 35 3 25 6 5 4 3 2 1 A A' B B' C C' D 2 15 1 5-5 5 1 15 2 25 3 35 그림 9 ( 가 ) 조건의, C, C' 비교. 6 5 C C' 5 1 15 2 25 3 35-1 그림 6 ( 가 ) 조건의모든그래프. D' D'' 4 3 2 1 D D' D'' -1 5 1 15 2 25 3 35 그림 1 ( 가 ) 조건의, D, D', D'' 비교. ( 가로축 : 강낭콩이자란날수 [ 일 ] 세로축 : 강낭콩의평균키 [cm])
< 나 > 조건그래프비교 6 5 6 5 A 4 3 2 C C' 4 3 2 1 A' B B' C C' D 1 5 1 15 2 25 3 35 그림 14 ( 나 ) 조건의, C, C' 비교. 5 1 15 2 25 3 35-1 D' D'' 6 5 그림 11 ( 나 ) 조건의모든그래프. 4 3 D 6 2 D' D'' 5 1 4 3 2 A A' 5 1 15 2 25 3 35 그림 15 ( 나 ) 조건의, D, D', D'' 비교. 1 5 1 15 2 25 3 35-1 ( 가로축 : 강낭콩이자란날수 [ 일 ] 세로축 : 강낭콩의평균키 [cm]) 그림 12 ( 나 ) 조건의, A, A' 비교. 6 4. 결론및추후연구계획 5 4 3 2 1 5 1 15 2 25 3 35-1 그림 13 ( 나 ) 조건의, B, B' 비교. B B' 1) 가설증명 1. 바닷물이농경지에부정적인영향을끼치듯이, 소금용액과설탕용액역시강낭콩의성장에부정적인영향을미칠것이라는가설을실험으로확인하였다. A, A', B, B' 조건의강낭콩이자라다가모두시들어버린것이다. 그리고시들기전까지는용액의농도가높을수록평균키가더작았으므로, 소금및설탕용액의농도가진할수록강낭콩에부정적인영향을끼쳤다고할수있다. 2. 가설에서는꿀용액이강낭콩의성장에긍정적인영향을끼칠것으로예상하였는데
< 가 > 와 < 나 > 조건모두에서 C와 C' 에서의평균키가의평균키보다작았던것으로보아꿀용액역시강낭콩의성장을조금은억제한것이확인되었다고할수있다. 그렇지만소금용액이나설탕용액에서와는달리자라기는했다는점으로미루어보아꿀의여러성분에는강낭콩의성장을억제시키기도하고촉진시키기도하는물질이있을것으로생각한다. 3. 비타민 C가강낭콩의성장에긍정적인영향을끼친다는것을확인하였다. < 가 > 조건에서는평균키가에비해컸고, 특히 D'' 조건의경우에그차이가뚜렷하게보인다. < 나 > 의경우에는 D 조건들과의키는특별한상관관계를보이지못했지만 D' 와 D'' 조건에서만꽃이핀것으로보아비타민 C가성장을촉진시켰다고사료된다. 4. 전체적으로 < 가 > 보다는 < 나 > 에서강낭콩이더빨리자랐으므로비료를넣어주면성장속도가빨라지는것을확인하였다. 5. 참고문헌 Campbell 외 6인, Biology, 도서출판바이 오사이언스 ( 주 ), 8th ed, 28 서울. Taiz and Zeiger, Plant Physiology,,Sinauer Associates, 5th ed, 21. http://en.wikipedia.org/wiki/honey http://www.ebn.co.kr/news/n_view.html?k ind=cate_code&keys=ev&id=3645 (EBN 산업뉴스, 27.9.27.) 2) 연구및결과의중요성소금물이식물의성장에부정적인영향을끼친다는것은많은사람들이상식으로알고있기는하지만이실험으로한번더확인하였다. 특히바닷물의농도와비슷하게, 그리고그보다조금더옅은농도로실험을진행함으로써좀더현실적인접근을시도하였다. 설탕역시삼투압작용으로인해식물의성장을억제시킨다. 꿀이사람몸에좋다고해서일반가정에서꿀물을타서식물에게주는일이없어야하겠다. 사실꿀은다양한물질로이뤄지기때문에보다정확한연구를위해서는각성분끼리의비교가필요할것이다. 비타민 C의경우에는영양제로우리도가끔먹지만, 식물의성장에도긍정적인영향을미치므로, 비료나각종식물의영양제등을제조할때참고할수있을것이다.