Ⅰ 개 요

(1)

Ⅰ _{개 요}

1. 연구 동기

지구 온난화로 인해 수온이 상승하여 해양 생태계의 변화가 심각한 상황에 이르렀 다. 실제로, 영국 런던 퀸메리스쿨의 연구원들은 지구온난화가 육지 생물보다 수중 생물에 미치는 영향이 더 크다는 것을 발표했다. 따라서 수온상승으로 인해 야기되는 현상에 대한 인식을 높이기 위해 탐구활동을 하였다.

2. 연구 목적

수초의 색변화에 가장 큰 영향을 주는 요인을 찾기 위해 광합성에 영향을 주는 빛 의 세기, 온도, CO

2

농도에 따른 수초의 색변화에 대해 가설을 세워 탐구하고자 한다.

이를 바탕으로 수온의 변화에 따른 수초의 색변화 실험을 설계하여 어떠한 결과가 나오는지 알아보려한다.

3. 연구 범위

1단계 2단계 3단계

수초 선별 과정

정확한 실험을 위해 색이 잘 변하는 수 초 선별

수초의 색변화 원인 분석 단계

1. CO2에 따른 수초의 색변화 관찰

2. 온도에 따른 수초의 색변화 관찰

3. 빛의 세기에 따른 수초의 색변화 관찰

적용 실험

2단계에서 수초의 색변 화에 영향을 주는 가장 큰 요인이 수온이었으 므로, 수온의 변화를 중 점적으로 실험

(2)

Ⅱ ^{연구수행 내용}

1. 이론적 배경 가. 빛

광합성에 이용되는 에너지는 빛이다. 엽록소는 특정한 파장의 빛을 흡수하여 광계 에서 유도공명된 전자가 반응중심 엽록소의 전자를 들뜨게 하여 전자전달계에 있는 다른 분자에 전달되어 산화-환원 반응을 진행하면서 수소이온을 펌핑(Pumping)하게 된다. 이로 인한 화학삼투적 자유에너지에 의해 ATP를 생성하게 된다.

빛의 세기가 광보상점보다 커지면 CO

2

흡수량이 점점 증가하다가 광포화점에 이 르면 일정한 상태를 유지하게 된다. 엽록소만으로는 빛의 일부만 이용할 수 있으므 로 식물은 카로티노이드 등의 보조색소를 통해 여러 파장의 빛에너지를 흡수하거나 광손상으로부터 엽록소를 보호하기도 한다.

나. 이산화탄소

이산화탄소의 농도가 증가하면 루비스코(Rubisco)에 의해 고정되는 CO

2

양이 증가 하여, 활발한 탄소동화(캘빈회로)로 탄수화물로 저장되는 탄소량이 증가한다. 적절한 빛의 세기와 온도에서 대기중의 CO

2

농도의 3배(0.09%)까지는 광합성량이 증가하다 가 일정해진다.

다. 온도

일반적으로 온도가 증가할수록 광합성 속도가 증가하다가 최적온도(35℃~37℃)에 서 최대가 된다. 그러나 광합성에 관여하는 효소의 주성분은 단백질이므로 온도가 너무 낮거나 높아지게 되면 단백질이 변성되기 때문에 오히려 광합성 속도가 떨어 지게 된다.

라. 레드 카붐바(Carbomba furcata)

Cabombaceae종. 중·남부 아메리카가 원산지로 최고 80cm까지 자라며 높은 조명이 필요하다. 성장속도는 빠른 편이고 붉은 빛 을 내기 위해서는 이산화탄소와 철성분이 충분히 공급되어야 한 다. 야생의 상태에서는 보라색 꽃을 피우기도 하며 카붐바 종류 중 유일하게 유해종이 아니다.

레드 카붐바

(3)

마. 루드위지아 오발리스(Ludwigia Ovalis)

Onagraceae종. 동아시아가 원산지로 최대 30cm까지 자라며 약간 높은 조명이 요구된다. 성장속도는 느린편이고 철분과 이산화탄 소 공급이 붉은 색을 유지하는데 큰 도움이 된다. 우리나라의 제 주도에서도 발견되며 노란 꽃이 핀다.

루드위지아 오발리스

2. 연구주제의 선정

지구온난화에 의해 환경이 파괴되고 있다는 기사를 읽고 지구온난화의 주범으로 지 목되고 있는 CO

2

를 이용한 주제를 선정하기로 했다. 우리는 학교에 있는 어항에서 수초의 색이 붉게 변하는 것을 발견했고, 이를 CO

2

양의 변화를 보여주는 지표로 사 용하기로 했다. 그래서 우리는 CO

2

농도에 따른 실험을 진행했으나 결과를 얻을 수 없었고 교수님과의 자문을 거친 후 광합성량에 영향을 주는 다른 요인인 온도를 통 해 실험을 진행하기로 하였다.

3. 연구 활동 및 과정

가. 1단계 - 수초 선별 작업

1) 선별 과정(기간 : 2012년 5월 18일 ~ 5월 31일)

가) 12종류의 수초를 3촉씩 심어 실험용 수조에 넣는다.

나) 매일 사진을 찍어 색변화를 관찰한다.

수초의 종류 통제변인

도와프 레드 바코바 루드위지아 sp하이덴리티

⦁ CO22: 물 100L에 포화상태가 되도록 매일 넣어준다.

⦁빛빛 : 조도 측정기로 빛을 측정하여 빛 통제를 확인한다.

⦁온도 : 24℃~25℃로 유지시킨다.

레드 카붐바 리라키나

로탈라 로톤디 포리아 알텔란테라 레이니키 로탈라 마크란다 레드 에키노두루스 레드루빈 루드위지아 그랜듀로사 움파님프라

루드위지아 오발리스 프로서피나카 팔스트리트 쿠바 루드위지아 페렌니스 하이그로필라 로자네스

(4)

나. 2단계 - 광합성에 영향을 주는 요인에 따른 수초의 색변화 관찰 1) 이산화탄소 농도에 따른 수초의 색변화 2) 온도에 따른 수초의 색변화

3) 빛의 세기에 따른 수초의 색변화 1) 이산화탄소 농도에 따른 수초의 색변화

CO

²

의 농도가 높을수록 수초의 색변화가 잘 나타날 것이다.

가 설

○ 기초실험

가) 기간 : 2012년 6월 1일 ~ 6월 5일 나) 변인

사용한 수초 통제변인 조작변인

레드 카붐바

⦁빛빛 : 조도 측정기로 빛을 측

;정하여 통제 확인

⦁온도 : 24℃~25℃가 유지되도 ..록 통제

⦁CO2 : 물 100L에 각각 정해진 .농도의 CO2를 넣어준다.

(10ppm, 20ppm, 50ppm, 100ppm 200ppm)

루드위지아 그랜듀로사 루드위지아 오발리스 에키노두루스 레드루빈 움파님프라

다) 실험과정

➀ 선별된 5종류의 수초를 1포트에 각각 2촉씩 심어 실험용 수조(4.5L)에 넣는다.

➁ 각 수초별로 정해진 농도의 CO

2

를 넣어준다.

(10ppm, 20ppm, 50ppm, 100ppm, 200ppm)

➂ 매일 사진을 찍어 수초의 색변화를 관찰한다.

CO² 정량을 만드는 모습

(5)

라) 실험결과

루드위지아 오발리스 레드 카붐바

날짜

농도 6월 1일 6월 3일 6월 5일 날짜

농도 6월 1일 6월 3일 6월 5일

10ppm 10ppm

색의 변화 없음 잎 가장자리가 약간 붉어짐

20ppm 20ppm

CO2가 녹지 않아 물이 흐려짐. 색변화 없음 색변화 없음

50ppm 50ppm

CO2가 녹지 않음. 색변화 없음 색변화 없음

100ppm 100ppm

200ppm 200ppm

수초명 루드위지아 그랜듀로사 에키노두루스 레드루빈 움파님프라

사진

설명 모든 농도에서 색변화 없음 모든 농도에서 색변화 없음 (CO2가 녹지 않음)

모든 농도에서 색변화 없음 (물이 흐려짐)

(6)

마) 보완할 점

➀ 붉은 잎이 많은 수초들의 색변화 관찰이 어려웠음. 붉은 잎을 떼고, 초록색 잎으로만 다음 실험 진행

➁ 50ppm 이상의 CO

2

는 물에 녹지 않아 다음 실험에서는 50ppm 이하의 농도 를 좀 더 세분화하여 실험

➂ 잎이 물에 잘 녹는 움파님프라와 같은 수초는 실험을 행할 수 없음

➃ 2차 실험에는 더 관찰이 용이하도록 잎 부분만을 확대하여 촬영

○ 세부실험

위 실험을 보완하기 위해서 통제변인과 조작변인을 조절하여 재 실험하였다.

가) 기간 : 2012년 6월 18일 ~ 6월 22일 나) 변인

레드 카붐바 ⦁빛빛 : 조도 측정기로 빛을 측

;정하여 통제 확인

⦁온도 : 24℃~25℃가 유지되도록 통제

⦁각 수초별 줄기의 길이

⦁각 수초별 잎의 개수 (초록색 잎 3개로 고정)

⦁CO2 : 물 100L에 각각 정해진 농도의 CO2를 넣어준다.

(10ppm, 20ppm, 30ppm, 40ppm, 50ppm)

루드위지아 오발리스

루드위지아 페렌니스

알텔란테라 레이니키

다) 실험과정

➀ 선별된 4종류의 수초를 1포트에 각각 2촉씩 심어 실험용 수조(4.5L)에 넣는다.

➁ 각 수초별로 정해진 농도의 CO

2

를 넣어준다.

(10ppm, 20ppm, 30ppm, 40ppm, 50ppm)

➂ 매일 사진을 찍어 수초의 색변화를 관찰한다.

(7)

라) 실험결과

루드위지아 오발리스 레드 카붐바

날짜

농도 6월 18일 6월 20일 6월 22일 날짜

농도 6월 18일 6월 20일 6월 22일

10ppm 10ppm

잎이 돋아나고, 그 부분이 주황색으로 변함 전체적으로 붉게 변함

20ppm 20ppm

잎맥 부분이 주황색으로 변함 잎 가장자리가 붉게 변함

30ppm 30ppm

줄기와 가까운 잎 부분이 붉게 변함 큰 변화 없음

40ppm 40ppm

잎맥부분이 미세하게 주황색으로 변함 큰 변화 없음

50ppm 50ppm

줄기와 가까운 잎 부분이 주황색으로 변함 잎 가장자리가 약간 푸르게 변함

수초명 알텔란테라 레이니키 루드위지아 페렌니스

사진

설명 모든 농도에서 색변화 없음 모든 농도에서 색변화 없음

(CO2가 녹지 않음)

(8)

2) 온도에 따른 수초의 색변화

온도가 높을수록 수초의 색변화가 잘 나타날 것이다.

가 설

가) 기간 : 2012년 7월 19일 ~ 9월 28일 나) 변인

도와프 레드 바코바

⦁빛빛 : 형광등 켜두기 (조도 : 179lx)

⦁CO2 : 공급기 사용

⦁온도 : 전열기 사용 (18℃~34℃)

레드 카붐바

로탈라 마크란다 레드 루드위지아 오발리스 하이그로필라 로자네스

다) 실험과정

➀ 5종류의 수초를 1포트에 각각 2촉씩 심어 2자(尺) 수조 속에 넣는다.

➁ 34℃에서 일주일 동안 수초의 색변화를 관찰한다.

➂ 18℃까지 2℃씩 낮추어가며 일주일 동안 수초의 색변화를 관찰한다.

라) 실험결과

➀ 레드 카붐바

34℃ 32℃ 30℃

07. 19 07. 22 07. 27 08. 01 08. 02 08. 03 08. 06 08. 08 08. 09 08. 10 08. 13 08. 14

끝부분부터 붉어지더니 잎의 절반이 붉어짐 잎의 위쪽부터 붉어지다 전부 붉어짐 위쪽에서 점점 아래로 붉어짐

28℃ 26℃ 24℃

08. 20 08. 21 08. 23 08. 24 08. 27 08. 28 08. 30 08. 31 09. 03 09. 04 09. 06 09. 07

윗부분이 아주 빨갛게 변함 붉은 면적이 사라지며 초록으로 변함 초록색으로 변함

22℃ 20℃ 18℃

09. 10 09. 11 09. 13 09. 14 09. 17 09. 18 09. 20 09. 21 09.24 09.25 09.27 09.28

바깥부분 빼고 잎이 다시 초록으로 변함 잎이 전체적으로 완전히 초록으로 변함 온도가 낮아져 잎이 시들어짐

(9)

➁ 루드위지아 오발리스

34℃ 32℃ 30℃

07. 19 07. 22 07. 27 08. 01 08. 02 08. 03 08. 06 08. 08 08. 09 08. 10 08. 13 08. 14

녹색이며 눈에 띄는 변화없음 앞면은 변화없고 잎 뒷면이 붉음 뒷면은 여전히 붉고 앞면 테투리부터 붉어짐

28℃ 26℃ 24℃

08. 20 08. 21 08. 23 08. 24 08. 27 08. 28 08. 30 08. 31 09. 03 09. 04 09. 06 09. 07

잎의 뒷면이 갈색으로 변함 앞부분이 다시 초록색으로 변함 잎 뒷면이 약간 초록색이고 앞은 녹색이 됨

22℃ 20℃ 18℃

09. 10 09. 11 09. 13 09. 14 09. 17 09. 18 09. 20 09. 21 09. 24 09. 25 09. 27 09. 28

붉은색으로 조금 변함 붉은색으로 조금 변함 녹색으로 변함

➂ 온도변화 중 죽거나 시들어버린 수초

수초 기간 사진 설명

로탈라 로톤디 포리아 07. 19 ~ 08. 09 처음부터 가늘고 약했으며 점점 잎이 녹 았음

리라키나 08. 06 ~ 08. 16 원래 붉은 수초이고 실험을 진행할수록 잎이 힘이 없어짐

하이그로필라

로자네스 08. 06 ~ 08. 19 잎이 붉었으나 점점 색이 변하며 잎이 쪼 그라듬

프로서피나카

팔스트리트 쿠바 08. 06 ~ 08. 16 처음부터 매우 초록색이며 붉은 기미가 보이지 않음

도와프 레드 바코바 07. 19 ~ 09. 28 색변화는 있었으나 곧 시들어버림

로탈라 마크란다 레드 07. 19 ~ 08. 16 처음에 붉어지기 시작하다가 점점 시들더 니 녹아버림

(10)

3) 빛의 세기에 따른 수초의 색변화

빛의 세기가 강할수록 수초의 색변화가 잘 나타날 것이다.

가 설

가) 기간 : 2012년 8월 3일 ~ 8월 13일 나) 변인

도와프 레드 바코바

⦁온도 : 전열기, 광원과 수조 사이 에 물통 설치

(광원에 의한 온도 변화 통제)

⦁CO2, : 포화상태 유지

⦁빛 : 백열전구와 수조사이의 .거리

(5cm, 10cm, 15cm) 레드 카붐바

로탈라 로톤디 포리아 로탈라 마크란다 레드 루드위지아 오발리스 루드위지아 sp 하이덴리티 리라키나

프로서피나카 팔스트리트 쿠바

다) 실험과정

➀ 1자(尺) 수조 3개에 물을 20L씩 채우고 neoA, neoC를 2~3방울 떨어뜨린다.

➁ 각 수조에 여과기와 전열기를 설치한다.

➂ 8종류의 수초를 각각 1포트에 2촉씩 3포트 심는다.

➃ 각 수조에 8종류의 수초를 각각 1포트씩 배치한다.

➄ 각 수조와 광원 사이의 거리를 5cm(266lx), 10cm(130lx), 15cm(94lx)로 조절한다.

➅ 매일 사진을 찍고 수초의 색변화를 관찰한다.

빛의 세기를 조절하는 모습

(11)

날짜

거리 2012.08.03 2012.08.06 2012.08.08 2012.08.09 2012.08.10 2012.08.13

5 cm

사 진

대부분 붉고 아랫부분 푸름

1일차와 변화없음

줄기 아랫부분이

약간 붉어짐 푸른색 → 붉어짐 5일차와 변화없음 설

명

변화가 생겼다. 처음 수초를 주문하였을 때 줄기 윗부분은 붉고 아랫부분은 푸른색이었다. 처음 일주일 간은 별다른 변화가 없었지만 실험 2주 째(실험 4,5차 때)부터 줄기 아랫부분이 붉어졌다.

10 cm

사 진

붉다. 잎은 푸른색을 띰

5일차와 변화없음 설

명

변화가 없었다. 처음 수초를 주문하였을 때 줄기와 잎 모두 붉은색이었다.

줄기와 가까운 잎의 색은 푸른색이었고 8차 실험까지 색의 변화는 관찰할 수 없었다.

라) 실험결과

➀ 실험도중 죽거나 시들어버린 수초

수 초

거 리 리라키나 쿠바 로탈라 마크란다 바코바 sp하이덴리티

5cm

변화가 없음. 변화가 없음. 변화가 없음. 새로운 푸른잎이

붉어짐. 변화가 없음. 시들어버림.

10cm

붉었던 잎이 녹색으로 변함.

변화가 없음.

시듦.

붉은색에서 녹색으로 변함.

새로운 푸른잎이

붉어짐. 변화가 없음. 시들어버림.

15cm

녹색으로 변함. 붉어짐. 변화가 없음. 변화가 없음. 변화가 없음. 시들어버림.

➁ 레드 카붐바

(12)

날짜

거리 2012.08.03 2012.08.06 2012.08.08 2012.08.09 2012.08.10 2012.08.13

15 cm

사 진

전체적으로 붉음.

줄기의 밑부분은 약간 푸름

4일차와

변화없음 시들어 녹았음

설 명

변화가 생겼다. 처음 수초를 주문하였을 때 줄기 윗부분은 붉고 아랫부분은 푸른색이었다. 1주 정도 지 났을 때까지는 별다른 변화가 없었지만 실험 2,3 주가 지나면서 줄기 윗부분에 붉었던게 약간 푸르게 변 했다. 줄기 아랫부분은 녹아서 시들어 버렸다.

➂ 루드위지아 오발리스

날짜

거리 2012.08.03 2012.08.06 2012.08.08 2012.08.09 2012.08.10 2012.08.13

5 cm

사 진

전체적으로 붉음.

새로운 잎이 남.

붉어짐.

2일차와 변화없음.

수초가 더 자람.

줄기 윗부분에 새로 잎이 돋아남. 푸름.

설 명

변화를 관찰할 수 있었다. 처음 수초가 도착하였을 때 전체적으로 붉은색을 띠었고, 계속 잎이 자랐다.

새로 난 잎은 처음에는 푸른색이었고 줄기와 가까운 부분부터 빠르게 붉어지기 시작했다.

10 cm

사 진

줄기, 잎 모두 붉음.

새로 잎이 돋아났고 새로

난 잎은 푸름.

새로 돋아난 잎이 절반가량

붉어짐.

새로 푸른 잎이 돋아남.

새로 돋아난 잎이 완전히

붉어짐.

설 명

처음 수초가 도착했을 때 전체적으로 붉었다. 실험 1주 경과 후 새로운 잎이 돋아나기 시작했으며, 3일 정도 더 지나자 잎의 절반 가량이 붉어졌다. 그 후로 계속 새로운 잎이 돋아났고 잎의 절반정도가 붉어 졌으며, 1주일 정도 지난 후에는 완전히 붉어졌다.

15 cm

사 진

줄기, 잎 모두 붉음.

시들한 상태.

새로운 잎의 절반 가량

붉어짐.

새로 돋아난 잎의 2/3정도

붉어짐.

설 명

잎의 색변화를 관찰할 수 있었다. 전체적으로 붉었고 시들한 상태였다. 실험 1주 경과 후 새로운 잎이 돋아나기 시작했으며, 새로 돋아난 잎의 절반정도가 붉어졌고, 전체적으로 싱싱해졌다.

(13)

다. 3단계 - 수온에 따른 수초의 색변화 관찰 1) 수온에 따른 수초의 색변화

아열대 지역의 수온에서 수초가 붉게 변할 것이다.

가 설

가) 기간 : 2012년 9월 3일 ~ 10월 26일 나) 변인

레드 카붐바 ⦁빛 : 백열등을 266lx에 맞추어 유지

⦁CO2, : 포화상태 유지

⦁온도 : 전열기로 조작 (18℃ ~ 34℃, 2℃간격) 루드위지아 오발리스

다) 실험과정

➀ 2종류의 수초를 1포트에 각각 2촉씩 6포트를 심는다.

➁ 3개의 어항에 2종류의 수초를 각각 2포트씩 넣는다.

➁ 18℃에서 일주일 동안 수초의 색변화를 관찰한다.

➂ 34℃까지 2℃씩 높여가며 ➁과정을 일주일 동안 수초의 색변화를 관찰한다.

라) 실험결과

➀ 18℃

루드위지아 오발리스 Ⅰ 루드위지아 오발리스 Ⅱ

날짜 9월3일 9월4일 9월5일 9월6일 9월7일 날짜 9월3일 9월4일 9월5일 9월6일 9월7일

사진 사진

설명 줄기 마디마디의 붉은 색이 사라짐 설명 붉었던 줄기가 녹색으로 변함

레드 카붐바 Ⅰ 레드 카붐바 Ⅱ

사진 사진

설명 붉은 잎들이 푸르게 변함 설명 가운데 붉은 부분이 사라짐

(14)

➁ 20℃

사진 사진

설명 잎 뒷면이 연두색에서 옅은 분홍으로 변함 설명 줄기의 붉은 부분이 녹색으로 변함

사진 사진

설명 처음에 있던 붉은 기운이 사라짐 설명 색이 칙칙해졌으나 큰 변화 없음

➂ 22℃

사진 사진

설명 줄기와 가까운 부분이 붉었으나 파래짐 설명 붉었던 줄기가 연두색으로 변함

사진 사진

설명 원래 푸르던 잎이 약간 붉은색을 띰 설명 처음과 변함없음

➃ 24℃

사진 사진

설명 줄기와 가까운 부분이 조금 붉어짐 설명 뒷면이 많이 붉어졌고 앞면도 붉어짐

사진 사진

설명 수초의 윗부분이 상당히 붉어짐 설명 위쪽 중앙의 잎만 붉다가 전체 다 붉어짐

(15)

➄ 26℃

사진 사진

설명 위쪽에 위치한 잎이 조금 붉어짐 설명 뒷면의 색이 눈에 띄게 많이 변함

사진 사진

설명 맨 위쪽 중앙만 붉던 것이 전체가 붉어짐 설명 연두색인 부분이 조금 남긴 했지만 붉어짐

➅ 28℃

사진 사진

설명 윗면이 자주색으로 변하고 앞면의 색이 진해짐 설명 뒷면은 자주색, 앞면은 붉은 기운이 돔

사진 사진

설명 흐릿했던 붉은 색이 선명해짐 설명 푸르던 수초의 잎과 줄기가 붉게 변함

➆ 30℃

사진 사진

설명 붉던 잎이 점점 녹색으로 변함 설명 처음에 얼룩덜룩한 붉은 색이 사라짐

사진 사진

설명 아래쪽은 변화가 없으나 위가 붉게 변함 설명 연두색이던 잎들이 조금 붉어짐

(16)

예산계정 지출내역 금액 기자재 및 시설비 ․ 수조 2.5자 240,000원 * 1개 = 240,000원

․ 고압이탄세트 260,000원 * 1개 = 260,000원 500,000

재료비 및 전산처리비

․ 흑사 2개 = 5,600원 ․ 여과기 1개 = 22,000원

․ 비파 2개 = 12,000원 ․ 수초 370,000원

․ 수초재배용품 416,500원 .․ 고급히터 6개 = 164,000원

․ 토분 60개 = 60,000원

1,050,100

여비 ․ STEAM R&E 지도교사 연수 1회 160,700원 ․ 학생 교통비 8,500원 169,200

기술정보 활동비

․ 간식비 및 식비 총 9회 금액 193,800원

․ 회의비 총 3회 및 음료 및 간식비= 392,125원 참고도서 식물생리학 외 6권 총 273,000원

․ 외부전문가 자문수당 800,000원

1,658,925

연구수당 ․책임지도교사수당 200,000원 * 7개월 = 1,400,000원

․공동지도교사수당 100,000원 * 7개월 = 700,000원 2,100,000

간접비 ․간접비 290,000원(학교 행정 처리 비용) 290,000

합 계 5,768,225

➇ 32℃

사진 사진

설명 잎의 색이 칙칙해지고 줄기가 약간 녹음 설명 붉어지다 자주색 반점이 생기더니 녹아죽음

사진 사진

설명 색변화가 거의 없음 설명 붉은 색이 점점 사라지며 칙칙해짐

➈ 34℃

사진 사진

설명 처음엔 색이 변하는 듯 하더니 녹아죽음 설명 조금 붉게 변하는 듯 하더니 줄기가 녹음

사진 사진

설명 붉던 부분이 사라지고 잎과 줄기가 가늘어짐 설명 색이 칙칙해지고 잎과 줄기가 얇아짐

4. 연구비 사용 실적

(17)

5. 월별 추진 실적 및 교수 자문 내역

교수 자문 내역

추진 실적

월 횟수 일시 자문내용 자문방법

5 1 2012.

05.18

연구 주제의 적합성 및 연구 방법의 전반적 자문,

수초의 종류와 수초의 재배 방법 및 색깔 변화의 다양한 기작에 대한 설명

교수 연구실 면담

05.18~05.24 색이 잘 변하는 수초 12종 1차선별

05.25~05.31 색이 잘 변하는 수초 5종 2차선별

6 2 2012.

06.22

수초를 통한 광합성 실험에 필요한 기본 실험 형식에 대한 순서와 방법에 대한

소개

이메일 면담

06.02~06.05 색이 변하는 _양의 적정량 찾기Ⅰ

06.18~06.22 색이 변하는 _의 적정량 찾기Ⅱ

7 3 2012.

07.06

수초의 색깔 변화에 대한 논문들 소개 및 수초 선별 작업의 방법 설명 광합성에 영향을 끼치는 여러 요소들의

통제법 안내

교수 연구실 면담 및

협의회

07.19~07.31 색이 변하는 적정 온 도 찾기

8 4 2012.

08.03

몇 종류의 수초를 가져가서 연구실에서 재배

이산화탄소에 의한 수초 색깔 변화를 보기 어려워 주제를 약간 바꿔 온도에 의한 수초 색깔 변화 관찰을 하기로 권유

08.01~08.31 색이 변하는 적정 온 도 찾기

08.03~08.13 색이 변하는 빛의 세 기의 적정량 찾기

9

09.03~09.28 색이 변하는 적정 온 도 찾기

09.03~09.07 수온에 따른 수초의색 변화 관찰(최종)

10

5 2012.

10.11

현재까지 진행 중인 연구 결과에 대한 자문 및 향후 계획 및 실험에서 수정

보완해야 할 부분에 대한 설명

교수 연구실 면담 및

협의회 10.08~10.26 수온에 따른 수초의 색 변화 관찰(최종)

6 2012.

10.26

중간 성과 보고서를 작성하여 교수님에게 이메일을 보내어 수정 및 개선점에 대한

안내

11

7 2012.

11.9

실험의 결과 처리와 보고서에 작성하는 방법에 대한 자문 요청

실험 결과 및 최종 보고서 작성 예산 집행 결산

8 2012.

11.16

연구 결과에 대한 결론 도출 및 향후 계획을 작성하여 메일로 자문을 얻어

보고서 최종 수정

(18)

Ⅲ ^{연구결과 및 시사점}

1. 연구 결과

연구 과정 연구 결과

수초의 색변화 원인 분석 단계 1. CO2에 따른 수초의 색변화 관찰

2. 온도에 따른 수초의 색변화 관찰

3. 빛의 세기에 따른 수초의 색변화 관찰 적용 실험

2단계에서 수초의 색변화에 영향을 주는 가 장 큰 요인이 수온이었으므로, 수온의 변화 를 중점적으로 실험

수초의 색변화 원인 분석 단계 결과 1. CO2농도에 따른 수초의 색깔변화는 거의 나타나지 않았다.

2. 온도가 높아질수록 수초의 색이 붉게 변하였다.

3. 빛의 세기에 따른 수초의 색깔변화는 거의 나타나지 않았다.

적용 실험 결과

28℃~30℃의 수온에서 수초의 색이 가 장 붉게 변하였다.

2. 연구 결론

수초의 색이 변화는 과정을 알아보기 위하여 수초의 광합성에 영향을 끼치는 요소 인 빛의 세기, CO

²

의 농도, 온도에 따른 실험을 설계하였다. 실험 결과 빛의 세기나 CO

²

의 농도 변화에 따라 수초의 색은 거의 변하지 않았고, 수온에 따른 수초의 색깔 변화가 나타나는 것을 확인하였다. 이에 수초의 색깔이 가장 붉게 변하는 수온을 알 아보고자 적용 실험을 실시한 결과 28℃ ~ 30℃의 수온에서 수초의 색이 가장 붉게 변하였다.

3. 시사점

아열대 지방에 주로 서식하는 수초들이 수온에 민감하게 반응하여 색깔변화를 일으킨다는 것을 알아내었다. 특히 이번 연구를 통해서 수초의 색깔변화가 가장 붉게 변할 때의 수온이 28℃~30℃임을 알 수 있었다. 현재 아열대 지방의 수온이 26℃정도로 수초의 색깔이 조금씩 붉게 변화하고 있다. 지구온난화로 인하여 수온이 1 ~ 2℃정도 상승함에 따라 수초의 색이 점점 붉게 변할 것이고, 이를 통해 지구온난화에 대한 경각심을 유발할 수 있다.

따라서 수초의 색깔변화가 수온 상승을 알아낼 수 있는 지시자의 역할을 할 수 있다.

(19)

Ⅳ 홍보 및 사후 활용

1. 홍보 및 사후 활용

지구온난화의 경각심을 유발하기 위한 프로젝트로 수온에 따른 수초의 색깔변화를 관찰 할 수 있다. 수온이 높아질수록 수초가 붉게 변하므로 수온 상승을 알려주는 지시자 역할을 할 수 있다. 따라서 이 사실을 적용하여 아열대 지방의 수온의 변화를 수초의 색깔로 확인할 수 있다. 사후 연구가 진행된다면 수온 상승에 따라 수초의 색깔이 붉어지는 단계를 3단계 정도로 나누어 수온의 변화 범위를 정확하게 확인할 수 있을 것이다.

2. 자체 분석

수초의 색깔 변화에 관한 한국 논문을 찾을 수 없고, 수초에 대한 전문가를 찾는 일도 쉽지 않았다. 외국 논문이 있긴 하지만 광합성에 대한 논문들만 참고하였고, 수초의 색깔 변화에 대한 논문들은 거의 없었기 때문에 실험을 진행하는데 어려움이 많았다. 또한 색깔 변화를 보이는 수초를 선정하는데도 오랜 시간이 걸렸다.

수십 종류의 수초를 키워 색깔변화를 고려하여 5종류로 선별한 다음 실험을 수행하였다.

수초는 환경에 민감하여 색깔변화를 보기 전에 죽어버리는 경우가 허다하고, 적정 환경을 맞추기까지 몇 개월이 소요되었다. 실험 과정에서도 변인통제가 어려워 과학실 리소스 센터를 암실로 만들어 5개월간 활용하면서 실험이 진행되었다. 주 단위로 수초의 종류와 실험처치를 바꿔가면서 재배하고 색깔변화를 관찰하는 것은 많은 시간과 노력을 필요로 했다. 하지만 어려운 실험 중에도 수초 색깔변화의 원인을 온도 변인으로 찾았을 때는 정말 보람되었고, 그 동안 성실한 태도로 꾸준히 실험에 임한 결과라고 생각한다.

Ⅰ 개 요

Ⅰ 개 요

1. 연구 동기

2. 연구 목적

수초의 색변화에 가장 큰 영향을 주는 요인을 찾기 위해 광합성에 영향을 주는 빛 의 세기, 온도, CO

농도에 따른 수초의 색변화에 대해 가설을 세워 탐구하고자 한다.

이를 바탕으로 수온의 변화에 따른 수초의 색변화 실험을 설계하여 어떠한 결과가 나오는지 알아보려한다.

3. 연구 범위

1단계 2단계 3단계

Ⅱ 연구수행 내용

1. 이론적 배경 가. 빛

빛의 세기가 광보상점보다 커지면 CO

나. 이산화탄소

이산화탄소의 농도가 증가하면 루비스코(Rubisco)에 의해 고정되는 CO

양이 증가 하여, 활발한 탄소동화(캘빈회로)로 탄수화물로 저장되는 탄소량이 증가한다. 적절한 빛의 세기와 온도에서 대기중의 CO

농도의 3배(0.09%)까지는 광합성량이 증가하다 가 일정해진다.

다. 온도

라. 레드 카붐바(Carbomba furcata)

마. 루드위지아 오발리스(Ludwigia Ovalis)

2. 연구주제의 선정

지구온난화에 의해 환경이 파괴되고 있다는 기사를 읽고 지구온난화의 주범으로 지 목되고 있는 CO

를 이용한 주제를 선정하기로 했다. 우리는 학교에 있는 어항에서 수초의 색이 붉게 변하는 것을 발견했고, 이를 CO

양의 변화를 보여주는 지표로 사 용하기로 했다. 그래서 우리는 CO

농도에 따른 실험을 진행했으나 결과를 얻을 수 없었고 교수님과의 자문을 거친 후 광합성량에 영향을 주는 다른 요인인 온도를 통 해 실험을 진행하기로 하였다.

3. 연구 활동 및 과정

가. 1단계 - 수초 선별 작업

1) 선별 과정(기간 : 2012년 5월 18일 ~ 5월 31일)

가) 12종류의 수초를 3촉씩 심어 실험용 수조에 넣는다.

나) 매일 사진을 찍어 색변화를 관찰한다.

나. 2단계 - 광합성에 영향을 주는 요인에 따른 수초의 색변화 관찰 1) 이산화탄소 농도에 따른 수초의 색변화 2) 온도에 따른 수초의 색변화

3) 빛의 세기에 따른 수초의 색변화 1) 이산화탄소 농도에 따른 수초의 색변화

CO

의 농도가 높을수록 수초의 색변화가 잘 나타날 것이다.

가 설

○ 기초실험

가) 기간 : 2012년 6월 1일 ~ 6월 5일 나) 변인

다) 실험과정

➀ 선별된 5종류의 수초를 1포트에 각각 2촉씩 심어 실험용 수조(4.5L)에 넣는다.

➁ 각 수초별로 정해진 농도의 CO

를 넣어준다.

(10ppm, 20ppm, 50ppm, 100ppm, 200ppm)

➂ 매일 사진을 찍어 수초의 색변화를 관찰한다.

라) 실험결과

마) 보완할 점

➀ 붉은 잎이 많은 수초들의 색변화 관찰이 어려웠음. 붉은 잎을 떼고, 초록색 잎으로만 다음 실험 진행

➁ 50ppm 이상의 CO

는 물에 녹지 않아 다음 실험에서는 50ppm 이하의 농도 를 좀 더 세분화하여 실험

➂ 잎이 물에 잘 녹는 움파님프라와 같은 수초는 실험을 행할 수 없음

➃ 2차 실험에는 더 관찰이 용이하도록 잎 부분만을 확대하여 촬영

○ 세부실험

위 실험을 보완하기 위해서 통제변인과 조작변인을 조절하여 재 실험하였다.

가) 기간 : 2012년 6월 18일 ~ 6월 22일 나) 변인

다) 실험과정

➀ 선별된 4종류의 수초를 1포트에 각각 2촉씩 심어 실험용 수조(4.5L)에 넣는다.

➁ 각 수초별로 정해진 농도의 CO

를 넣어준다.

(10ppm, 20ppm, 30ppm, 40ppm, 50ppm)

➂ 매일 사진을 찍어 수초의 색변화를 관찰한다.

라) 실험결과

2) 온도에 따른 수초의 색변화

온도가 높을수록 수초의 색변화가 잘 나타날 것이다.

가 설

가) 기간 : 2012년 7월 19일 ~ 9월 28일 나) 변인

다) 실험과정

➀ 5종류의 수초를 1포트에 각각 2촉씩 심어 2자(尺) 수조 속에 넣는다.

➁ 34℃에서 일주일 동안 수초의 색변화를 관찰한다.

➂ 18℃까지 2℃씩 낮추어가며 일주일 동안 수초의 색변화를 관찰한다.

라) 실험결과

➀ 레드 카붐바

➁ 루드위지아 오발리스

➂ 온도변화 중 죽거나 시들어버린 수초

3) 빛의 세기에 따른 수초의 색변화

빛의 세기가 강할수록 수초의 색변화가 잘 나타날 것이다.

가 설

가) 기간 : 2012년 8월 3일 ~ 8월 13일 나) 변인

다) 실험과정

➀ 1자(尺) 수조 3개에 물을 20L씩 채우고 neoA, neoC를 2~3방울 떨어뜨린다.

➁ 각 수조에 여과기와 전열기를 설치한다.

➂ 8종류의 수초를 각각 1포트에 2촉씩 3포트 심는다.

➃ 각 수조에 8종류의 수초를 각각 1포트씩 배치한다.

Ⅰ _{개 요}

Ⅱ ^{연구수행 내용}

Ⅲ ^{연구결과 및 시사점}

Ⅴ ^참고문헌