다양한 세포분열

세포 분열

 1. 서론

모든 생물체는 세포로 구성되어 있고, 모든 세포들은 세포분열이라고 하는 과정을 통해 이미 존재하고 있던 세포로부터 만들어진다. 단세포 생물에서는 세포분열이 곧 새로운 개체의 생산을 뜻하지만, 다세포 생물에서는 생장과 재생 그리고 새로운 개체의 생산을 뜻한다. 다세포 생물에서의 이런 세포분열을 체세포분열과 생식세포분열로 구별한다.

유성생식을 하는 생물들은 기본적으로 암수 생식세포인 정자와 난자가 합쳐진 수정란이 발생과정을 거쳐 새로운 개체로 된다. 그러나 2개의 세포가 합쳐진 수정란도 생물의 종류에 따라 고유한 염색체 수를 유지하고 있다. 이와 같이 대를 거듭하여도 염색체 수(유전정보의 양)가 늘어나지 않고 유지되는 원리는 생식세포분열이 바로 감수분열이라는 데에 있다. 생식세포의 형성 시 염색체 수를 반으로 줄이는 분열을 감수분열이라고 하며, 이 때 생식세포의 염색체 상을 단상(n), 체세포의 염색체 상을 복상(2n)이라 한다.

 2. 학습목표

⑴ 생물은 체세포 분열에 의하여 생장과 재생이 이루어짐을 알 수 있다.

⑵ 체세포 분열 과정을 관찰함으로써 세포 분열 시 핵과 염색체의 변화를 알 수 있다.

⑶ 생식 세포의 감수 분열 현상을 현미경으로 관찰하여 분열의 각 단계가 체세포 분열과 어떻게 다른지 구분할 수 있다.

(4) 감수 분열의 결과 생기는 4개의 생식 세포와 체세포의 분열의 결과 생기는 2개의 딸세포가 어떻게 다른지 말할 수 있다.

 3. 준비물

(1) 기구 : 현미경, 슬라이드․커버글라스, 비커, 핀셋, 해부침, 스포이트, 면도날, 알코올램프

(2) 재료 : 양파 뿌리, 거즈, 거름종이, 자주달개비나 백합의 피기 전 어린꽃봉오리

(3) 시약 : 증류수, 아세트산카민 용액 또는 아세트올세인 용액, 묽은 염산, 에탄올, 아세트산

 4. 탐구활동

실험 Ⅰ. 체세포 분열의 관찰

⑴ 사전준비하기

① 양파의 어린뿌리 끝을 1cm 크기로 절단하여 에틸알코올과 아세트산이 3:1로 혼합된 용액 속에서 약 24시간 동안 고정한다.

② 재료를 고정시키는 작업은 교사가 사전에 해 두면 실험을 효과적으로 할 수 있다.

③ 재료를 장기간 보관하려면 고정액에 담가 고정시킨 후, 70%의 알콜로 씻은 다음 같은 농도의 알코올에 담가서 냉장고에 넣어두면 1년 동안은 사용이 가능하다.

④ 시판되는 양파 중에는 발근하지 않도록 처리한 것이 있으므로 사전 준비에 유의하고, 여름철에는 양파의 발근이 잘되지 않으므로 교사가 사전에 충분한 시간적 여유를 두고 물재배를 실시한다.

⑤ 여름철에 발근이 잘되게 하려면 양파를 냉장고에서 1일 정도 저온 처리하여 두었다가 물재배하면 발근이 잘 되기도 한다.

⑥ 양파 외의 대체 재료로 보리, 마늘, 자주달개비의 어린뿌리를 사용하면 여름철에도 쉽게 체세포 분열의 과정을 관찰할 수 있다.

 

⑵ 실험 과정

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.

⑥ 면도날을 슬라이드글라스 위에 놓고 커버 글라스를 덮은 다음 고무 달린 연필로 가볍게 두드린다.

⑦ 면도날을 빼고 커버글라스 위에 거름종이를 덮고 엄지손가락으로 지긋이 세게 눌러 압착 표본을 만든다.

⑧ 현미경을 통해 저배율에서 상을 찾은 다음 고배율로 관찰한다.

※ 유의점

① 세포 분열은 생장점에서만 일어나므로 뿌리 끝 1~2mm만 절단하여 사용해야 한다.

② 염산이 피부나 옷에 묻지 않도록 주의하여야 한다.

③ 재료를 1~2 일 고정시키는 작업은 교사가 사전에 해 두면 실험을 효과적으로 할 수 있다.

④ 커버글라스를 덮고 엄지손가락으로 누를 때, 힘을 너무 강하게 가하면 커버글라스가 부서지거나 세포와 염색체의 모양이 흩어지므로 부드럽게 힘을 가하도록 해야한다.

⑤ 재료를 장기간 보관하려면 고정액에 담가 고정시킨 후, 70%의 알코올로 씻은 다음 같은 농도의 알코올에 담가서 냉장고에 넣어두면 1년 동안은 사용이 가능하다.

⑥ 생장점 조직의 해리에 사용하는 묽은 염산은 시판되는 염산(35%)에다 9배의 증류수를 가해 만들어 사용하면 된다.

⑦ 아세트산카민 용액보다도 염색성이 좋은 시약은 아세트올세인 용액과 PAS(Periodic Acid Schiff) 등이 있으며, 특히 PAS 용액은 염색성이 아주 뛰어나다.

⑧ 양파의 체세포 핵상과 염색체 수는 2n= 16이다.

 

⑶ 결과 및 분석

① 세포 분열의 각 시기에 해당되는 세포 모양을 그리고 그 특징을 적어보자.

세포분열 

② 어느 시기의 세포가 가장 많이 관찰되는가? 어느 시기의 세포가 가장 적게 관찰되는가?

③ 양파의 뿌리 끝 세포의 분열주기는 약 24시간이다. 간기에 소요되는 시간은 대략 얼마라고 할 수 있겠는가? 그 근거를 말해 보라.

⑷ 토의

① 뿌리의 끝을 관찰 재료로 선택한 이유는 무엇인가?

② 분열 능력이 있는 생장점 세포와 그렇지 않은 조직 세포는 형태 면에서 서로 어떤 차이가 있을까?

③ 양파의 뿌리 끝을 에틸알코올과 아세트산의 혼합액에 담그는 이유는 무엇인가?

④ 양파의 뿌리 끝을 묽은 염산 용액에 처리하는 이유는 무엇인가?

⑤ 분열하고 있는 세포는 어떻게 확인할 수 있는가? 분열중인 세포와 그렇지 않은 세포는 무엇이 다른가?

⑥ 분열하고 있는 모든 세포에서 핵과 염색체가 관찰되는가?

실험 Ⅱ. 감수분열 관찰

⑴ 사전준비

① 꽃이 피기 전에 호밀 또는 자주달개비의 어린 꽃봉오리를 따서 에틸알코올과 아세트산이 3:1로 혼합된 용액 속에서 24시간 동안 고정한다.

② 재료의 채취는 오전에 하는 것이 좋으며, 아직 개화되는 않은 자주달개비의 어린 꽃봉오리(가능하면 1㎜ 이하)를 재료로 하는 것이 효과적이다. 감수 분열을 관찰하기 좋은 시기는 꽃봉오리가 어린 상태이며, 꽃이 피어 있으면 감수 분열이 이미 끝난 상태이다. 손톱으로 어린 꽃봉오리를 눌러 보아 노란색 액이 나오면 감수분열이 끝난 것이므로 더 어린것을 채취한다.

③ 감수 분열의 관찰 재료로 보통 교과서에는 백합이나 참나리, 고추, 밀, 호밀 등 여러 가지 재료가 소개되어 있으나 자주달개비의 어린 꽃봉오리가 매우 잘 관찰된다.

④ 시간적으로 신선한 재료를 이용할 수 없는 경우를 대비하여 알맞은 시기에 채취한 꽃봉오리를 고정하여 70%의 알코올로 씻은 다음, 같은 농도의 알코올에 담가서 냉장고에 넣어두면 1년 동안은 사용이 가능하다.

 

⑵ 실험 과정

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 알코올 램프로 약하게 가열해 보자. 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 제거한다.

⑤ 저배율에서 좋은 분열상을 찾아낸 후에, 고배율로 관찰한다.

 

※ 유의점

① 꽃밥을 으깨어 제작한 프레파라트 중 투명한 것을 선택하는 것이 효과적이다.

② 프레파라트를 만드는 과정에서 압착할 때 커버글라스를 너무 세게 누르면 부서지거나 옆으로 밀려서 염색체가 상하게 된다. 또 너무 약하게 누르면 겹쳐져서 염색체를 관찰하기가 어려우므로 프레파라트를 거름종이로 싸서 엄지손가락으로 수직 방향으로 한 번만 세게 눌러 세포가 한 층으로 펴질 정도로 하여 준다.

⑶ 결과 및 분석

① 관찰한 감수 분열 상을 각 시기별로 구분하여 그려보자.

② 염색체의 수는 몇 개이며, 분열 도중의 염색체 수는 어떻게 변화였는가?

③ 염색체 수는 감수 분열과정에서 언제 반감되었는가?

④ 모든 세포가 동시에 감수 분열을 하고 있는가?

⑷ 토의

① 어린 꽃봉오리를 재료로 선택한 이유는 무엇인가?

② 감수 분열이 체세포 분열과 다른 점은 무엇인가?

 

5. 참고자료

⑴ 세포 주기세포주기

세포가 분열을 시작하여 다음 분열을 시작하기 전까지의 한살이를 세포주기라 한다. 세포주기는 분열기와 간기로 나뉘며, 간기는 다시 G1, S, G2기로 나뉜다. G1기는 세포의 분열이 완료된 후 다음 분열을 위해 각종 세포질 요소의 합성이 일어나는 시기이다. S기에는 유전정보(DNA)가 자기복제를 하여 그 양이 두 배로 늘어나는 시기이고 G2기는 분열에 필요한 물질(방추사 등)을 합성하는 시기이다.

분열기에는 핵이 먼저 분열하고 이어서 세포질이 나뉘어져 두 딸세포가 완성되는데, 핵이 분열할 때에는 염색체의 행동 변화에 따라 각 시기를 전기, 중기, 후기, 말기로 나눈다. 대체로 중기에 염색체의 수와 모양이 잘 관찰되나 그 시간은 짧다. 핵분열의 말기에 세포질도 나뉘기 시작하는데, 동물세포의 경우 세포의 중앙 부위가 잘록해지면서 둘로 나뉘고, 식물의 경우에는 세포의 중앙(두 딸 핵의 사이)에 세포판이 형성되어 확장되면서 둘로 나뉜다.

세포의 주기는 세포와 생물의 종류에 따라 다르며 온도 등의 환경에 따라서도 달라진다.

세포의 종류 간 기 분 열 기 전체길이(시간)
성게 알(2세포기)성게 알(200세포기)쥐의 장 상피 세포콩뿌리의 형성층 세포 0.25-0.5217-2416-30 0.50.511-3 0.75-12.52416-30

⑵ 염색액 제조 및 영구 표본 제작법

① 염색체의 염색에는 교과서에 소개된 아세트산카민을 사용하여도 무방하나 시판되고 있는 아세트산카민 용액은 염색성이 좋지 않아 실제로 염색체를 관찰하는데 상당한 어려움이 있어, 다음의 방법으로 아세트산카아민 용액을 조제하여 사용하면 효과적으로 염색체를 관찰할 수 있다.

가) 45% acetic acid에 carmine 분말을 1% 정도 가하여 약 20분간 끓여서(이 때 냄새가 많이 나므로 뚜껑을 덮고 fumehood나 환기가 잘 되는 곳에서) 포화 수용액을 만들어 여과한다.

나) 여과된 아세트산카아민 용액 100cc 중에 철명반(Iron Alum) 1.5% 수용액을 만들어 스포이트로 10방울 정도 가하여 사용하면 된다.

② 영구 표본 제작법 : 임시 표본을 알코올과 아세트산을 1:1로 혼합된 액에 뒤집어 넣으면 커버글라스가 분리된다. 이 슬라이드글라스를 무수부틸알코올 속에 1분간 넣어서 탈수시킨 다음 카나다발삼 한 방울을 떨어뜨리고 커버 글라스를 봉하면 오랫동안 보존 할 수 있다.

⑶ 체세포 분열은 동물의 경우에 모든 부위에서 일어나며, 식물의 경우에는 생장점과 형성층에서 일어난다. 따라서 식물은 분열 조직이라는 특수하게 분화된 조직을 가지는 것이다. 동물의 경우, 신경세포는 어린아이 때까지 분열하여 신경조직이 한 번 만들어지면 더 이상 분열이 일어나지 않는다. 따라서 어른이 되어서 손상된 신경 세포는 재생이 어려운 것이다.

⑷ 감수 분열은 생식소에서 생식 세포가 형성될 때 일어나는데 2회 분열을 하며, 1~2분열의 사이에 DNA의 자기 복제가 일어나지 않으므로 염색체 수가 체세포에 비하여 반감된다. 고등 식물에서는 화분모세포와 배낭모세포로부터, 동물에서는 정모세포와 난모세포로부터 감수분열이 시작된다.

⑸ 감수 분열의 가장 큰 특징은 제 1분열에서 상동 염색체가 접합하였다가 분리되는 현상으로, 이 때 염색분체의 일부가 서로 교환되는 교차가 일어나게 되며 그 결과 유전자의 교환이 일어나 자손의 유전에 영향을 미친다.

⑹ 감수 분열의 이상

사람의 다운 증후군은 21번 염색체가 3개로, 염색체 수가 47개인 경우이다. 이 환자는 지능 장애, 벌어진 입, 튀어나온 눈 등 정신적․신체적 이상을 나타낸다. 이러한 유전 현상은 생식 세포의 감수분열 때 상동 염색체가 비분리 현상을 일으켜, 2개가 다같이 한 쪽 극으로만 끌려가서 생겨난 비정상 배우자가 다른 정상 배우자와 수정한 결과 일어나는 것이다. 성염색체의 비분리 현상으로 나타나는 돌연변이의 대표적인 것이 XO의 성염색체를 갖는 터너증후군과 XXY의 성염색체를 갖는 클라인펠터증후군들이다.

copyright

조상환

Leave a Reply

*

captcha *