제 39 회 전국과학전람회

- 화 학 부 문 -

환경오염 생물지표법 개발과

그 이용에 관한 탐구

소 속 : 목포서산국민학교 6학년

성 명 : 김 민 형, 김 봉 준

지도교사 : 오 춘 홍

- 목 차 -

Ⅰ. 탐구 동기 ·····································································································1

Ⅱ. 탐구 목적 ·····································································································1

Ⅲ. 탐구 내용 ·····································································································1

Ⅳ. 실험방법 및 결과 ·······················································································1

탐구문제 1-1. 어떤 식물이 이산화황 기체에 가장 예민할까? ···································1

탐구문제 1-2. 이산화황 기체에 폭로된 들깨는 금속이온과 ·······································9

탐구문제 2. 대기오염 측정에 들깨가 지표식물로 적당할까? ·······························11

탐구문제 3. 식물잎은 오존에 의해서 어떻게 파괴될까? ·······································15

탐구문제 4. 인삼에 기생하는 선충구제에 들깨를 이용할 수 없을까? ···············21

탐구문제 4-1. 작물별 토양선충의 밀도조사 ·································································21

탐구문제 4-2. 들깨가 자라는 곳에는 왜 뿌리혹선충이 없을까? ·····························22

탐구문제 4-3. 들깨식물의 껍질은 인삼 기생선충에 어떤 영향을 미칠까? ···········23

탐구문제 4-4. 들깨와 농약성분이 인삼생육에 미치는 영향 비교 ···························25

Ⅴ. 알아낸 점 (결론) ······················································································26

Ⅵ. 전망 및 더 알고싶은 점 ·········································································27

- 1 -

주제 : 환경오염 생물 지표법 개발과 그 이용에 관한 탐구

Ⅰ. 탐구 동기

과학반 클럽활동시간에 이산화황이 식물의 잎에 미치는 영향을 알아보기 위한 실

험을 하였는데, 식물의 잎이 시들어 가는 정도가 각각 다른 것을 발견하였다. 이

에 대기오염에 더 민감한 식물을 찾아서 지표식물로 하면 우리 일상생활에 도움

이 될 것으로 생각되어 본 탐구를 하게 되었다.

Ⅱ. 탐구 목적

(1) 이산화황에 예민한 식물을 찾아 대기오염 지표법을 알아본다.

(2) 오존 발생장치를 개발하여 오존에 예민한 지표식물을 찾는다.

(3) 들깨의 화학적 성분이 인삼생육에 미치는 영향을 탐구한다.

Ⅲ. 탐구 내용

(1) 어떤 식물이 이산화황 기체에 가장 예민할까?

(2) 대기오염 측정에 들깨가 지표식물로 적당할까?

(3) 식물잎은 오존에 의해서 어떻게 파괴될까?

(4) 들깨를 인삼에 기생하는 선충구제에 이용할 수 없을까?

Ⅳ. 실험방법 및 결과

탐구문제 1-1. 어떤 식물이 이산화황 기체에 가장 예민할까?

◉ 추진 방향

우리 과학반에서는 대기환경을 감지 평가할 수 있는 생물지표법 개발을 위해

봄과 가을꽃 16종을 선정한 후 이산화황에 대한 반응을 조사하여 지표식물을

탐구코자 하였다.

- 2 -

가. 재료 및 방법

(1) 공시식물의 선정

공시식물은 목포시 일원의 조경용으로 목포시 녹지사업소의 92년도 공급물량

에 관한 자료를 참조하고, 우리 과학반에서 지금까지 시험 연구되지 않았거

나, 재 실험이 필요하다고 생각되는 꽃 중에서 일반에 널리 알려져 있는 가을

꽃(사루비아, 페튜니아, 바아베나, 패랭이, 과꽃)과 봄꽃(데이지, 프리뮬라) 또

우리 과학반에서 대기오염물질 중 특히 이산화황에 반응성이 높은 것으로 밝

혀진 들깨(수원8호)와 그리고 외국문헌을 통해 비교적 대기오염물질에 대한

반응성이 높다고 알려진 나팔꽃, 국화(2K), 베고니아, 라난큐러스, 튜울립, 시

네라리아와 국내 재래종인 봉선화, 수국을 포함한 16종의 초본을 선정하였다.

(2) 공시식물의 재배관리

목포대학교 원예시험장에서 토양과 부엽토 및 피트모스를 각각 12:7:1로 섞어

서 만든 묘판에 20:15:15의 복합비료를 밑거름으로 주고, 위에서 선정한 공시

식물들 중에서 추계용 식물인 나팔꽃, 봉선화, 들깨(수원8호), 과꽃, 사루비아,

페튜니아, 바아베나, 패랭이 등 8종을 92년 4월 1일에 파종하였다. 발아된 식

물들은 성장속도에 따라서 92.4.25일부터 4월 30일에 걸쳐 지름 20㎝, 높이 15

㎝의 화분에 이식하였다.

국화(2K)는 목포대학교에서 보유하고 있던 것을 공급받아 사용하였다. 한편

춘계용 식물인 데이지, 프리뮬라, 베고니아, 라난큐러스, 튜울립, 시네라리아,

및 수국등은 93.2월에 전문가와 예약 재배하여 93.4.20일에 본 과학반으로 운

반하여 사용하였다.

(3) 오염물질 선정과 폭로시설 및 방법

우리 나라에서 가장 문제시 되는 대기오염물질은 이상화황(SO2)이고 도심지

에서 오염피해의 가능성이 큰 오존, 산화질소들 중에서 급성 피해를 낼 수 있

는 오염물질이 오존이기 때문에 폭로할 오염물질을 이산화황과 오존으로 하

였다.

폭로시설은 (10×2.4×1.8m)크기의 비닐하우스에 자동계기가 부착된 이산화황

봄베통(200mL)을 장치하였으며, 폭로농도는 0.4, 0.7, 1.5ppm으로 하였다. 온도

는 주간 20℃, 야간 15℃로 조절하였고, 습도는 70% 내외가 되도록 하였다.

오염물질의 폭로는 패랭이, 나팔꽃, 과꽃, 페튜니아, 봉선화, 국화(2K), 바아베

나, 들깨, 베고니아, 라난큐러스, 프리뮬라, 데이지, 튜울립, 시네라리아, 수국

등은 92.5.1일부터 92.5.5일까지 각각 5일간에 걸쳐 매일 오전 10시부터 오후

6시까지 8시간 폭로시켰다.

- 3 -

(4) 식물의 반응관찰 및 가시피해도 평가

오염물질이 식물체에 폭로되었을 때 일어나는 식물의 반응과 가시피해도의

평가는 다음과 같은 점검표를 이용하여 매일 오염물질 폭로 시작전과 종료

후에 실시하였다.

가시피해도의 평가등급은 0,1,2,3,4,5의 6개 등급으로 나누어 채점하였다.

현미경관찰은 폭로가 끝나는 날 식물잎을 채취하여 프레파라트를 만들고 현

미경(600배율)으로 관찰하면서 사진을 촬영하였다.

피해 점검표

시료번호

종 조 사 일 시 년 월 일 시 일차

품

종이산화황 ppm

병

반

색흑갈, 갈, 적갈, 연두, 연록, 상아,

황, 황갈, 연회, 담갈 폭

로

기

체

색

번

호

크기 대 중 소

오존 ppm

하위 중위 상위

엽

위

엽맥간 (상,중,하) 엽면(상,중,하)

상 면 (상,중,하) 이면(상,중,하)

유엽 성엽 노엽시

료

식

물

초장

가지수

생중량

건중량

변화색

엽수

꽃수

봉오리수

피해꽃수

근원경

장해

점수0 1 2 3 4 5

종합

현상

병반의 발생

전반적 고사

비고 변화형태반검, 탈색

시듦, 고사

- 4 -

나. 실험 결과

A. 육안 관찰

(1) 패랭이 : 유엽의 엽맥간에 상아색 반점이 이산화황

1.5ppm에서는 2시간만에 0.7ppm에서는 24시간만에 0.4ppm

에서는 80시간만에 처리 개체 중 일부가 피해를 나타내기

시작하였고, 폭로가 진행됨에 따라서 성엽과 노엽으로 피해

가 전개되어 가며 피해색도 연회색으로 변하면서 반점도

커졌다.

(2) 나팔꽃 : 원래의 잎 색깔이 여러 색으로 되어 있어 피

해를 관찰하는데 어려움이 있었다. 피해는 0.4와 0.7ppm에

서는 나타나지 않고 1.5ppm에서만 보였다. 황갈색 반점은

성엽의 엽맥간에 나타난 후에 담갈색으로 변하였다.

(3) 과꽃 : 이산화황 0.7과 1.5ppm의 폭로시에만 황갈색의

반점이 성엽의 엽맥간에 나타났고, 폭로가 계속됨에 따라서

노엽과 유엽의 피해가 확산되었으며, 피해색도 담갈색에서

갈색으로 변화되었다.

(4) 페튜니아 : 0.7과 1.5ppm에서 성엽과 엽맥간에 연한색

반점으로 초기 피해를 보이다가 노엽과 유엽에도 피해가

나타났다. 피해색은 연회색에서 담갈색으로 변하였다.

(5) 봉선화 : 1.5ppm에서만 가시피해를 보였으며, 피해는

성엽과 엽맥간에 황갈색 반점으로 시작하여 폭로시간이 경

과함에 따라 황갈색 또는 흑갈색으로 변하였다.

(6) 국화(2K) : 1.5ppm에서만 피해가 나타났으며 육안으로

는 쉽게 알아볼 수 없을 정도의 작은 엽맥간에 나타났다.

피해색은 모두 갈색에서 흑갈색으로 변하였다.

(7) 바아베나 : 0.7과 1.5ppm에서 가시피해를 보였으며, 성

엽에서 피해를 받기 시작하여 엽록이 피해를 받는 점이 특

이하였다. 피해형태는 연회색 반점이었다가 폭로가 진행됨

에 따라 노엽과 유엽도 피해를 받았고, 반점의 색깔은 담갈

색으로 변했다.

- 5 -

(8) 들깨 : 들깨는 가장 많은 피해를 보였으며 0.4와 0.7 그

리고 1.5ppm에서 모두 가시피해를 나타냈다. 초기에는 흑

갈색 반점이 엽맥간에 나타났다가 반점이 커지며 엽맥 전

체로 퍼지고 나중엔 잎 자체가 고사되였다. 흑갈색이던 반

점은 폭로가 계속됨에 따라 갈색으로 변하였고, 성엽에서

노엽과 유엽으로 피해가 진행되었다.

(9) 사루비아 : 사루비아도 피해를 많이 받은 종의 하나로

0.4와 0.7 그리고 1.5ppm에서 모두 피해를 나타냈다. 성엽

의 엽맥간에 흑갈색 반점이 생기고 폭로실험이 계속되면서

갈색으로 변화되었다.

(10) 베고니아 : 초기에 성엽의 엽맥간에 녹색이 서서히 엷

어지며 갈색으로 변하여 반점을 형성시키고, 폭로가 계속되

면서 반점의 색이 담갈색으로 변하면서 탈색되었다. 0.7과

1.5ppm에서만 피해를 나타냈으며 처음엔 성엽이 피해를 받

다가 유엽과 노엽까지 피해를 나타냈다.

(11) 라난큐러스 : 1.5ppm에서만 피해가 나타났으며, 초기

에는 성엽의 엽맥간에 담갈색 반점이 나타났고 피해가 진

행되면서 연회색으로 변하였다. 피해엽은 성엽에서 노엽,

유엽까지 확대되었다.

(12) 프로뮬라 : 1.5ppm에서만 피해를 보였으며, 처음에는

잎의 표면이 광택이 났다가 엽맥간에 담갈색의 반점이 나

타나고, 피해가 진행되면서 성엽에서 시작한 피해가 노엽에

서도 일어났다. 반점의 색은 황갈색을 거쳐 황색으로 되었

다.

(13) 데이지 :1.5ppm에서만 피해를 보였으며, 성엽의 엽맥

간에 연두색 또는 담갈색의 반점이 나타났고, 피해가 진행

되면서 모두 담갈색으로 되었다. 노엽, 유엽은 피해가 없었

다.

- 6 -

(14) 시네라리아 : 0.4와 0.7 그리고 1.5ppm에서 모두 피해

를 나타냈으며, 초기에 흑갈색 반점이 성엽의 엽맥간에 나

타났고, 폭로가 진행되면서 피해엽은 성엽에서 전체엽으로

늘어났다. 1.5ppm에서 실험 2일차 오후에 완전히 괴사된

잎도 발생했다.

(15) 수국 : 0.4와 0.7 그리고 1.5ppm에서 모두 피해를 나타

냈으며, 초기에 엽맥간에 연두색 반점으로 피해가 서서히

시작되어 담갈색으로 변하며 피해면적도 늘어났다. 피해가

더욱 진행되면서 갈색으로 변하여 잎이 괴사하였고 낙엽이

있었다. 피해는 먼저 성엽에서 일어나 유엽 및 노엽까지 확

산되었고 1.5ppm에서는 5일간의 폭로후 잎이 모두 피해를

입었다.

(16) 튜울립 : 0.4와 0.7과 1.5ppm에서 모두 피해를 나타냈

으며, 피해가 나타날 무렵에 먼저 잎의 중간 부분의 평행맥

사이 사이가 물에 젖은 듯 하다가 조직이 물러진 후 그 주

위의 색이 바래며 담갈색으로 되었다. 폭로가 진행되며 피

해색은 황갈색, 연회색을 거쳐 백색으로 변하였다.

- 7 -

식물명 파괴된모양 사진 식물명 파괴된모양 사진

패랭이담색

벌집모양사루비아

회색

해바라기씨

모양

나팔꽃호박색

물집모양베고니아

검은

원반모양의

입자

과꽃회색

보리밥모양라난큐러스

검은반점 및

굵은실모양

페튜니아담회색

굵은실모양프리뮬라

회색

육각형모양

봉선화

회색

진흙땅이

벌어진 모양

데이지검은

그물모양

국화

2K

흑색

세립질모양튜울립

회백색

육각형모양

바아베나검은

반점모양시네라리아

검은

반점모양

들깨검은

좁쌀모양수국

흑회색

그물모양

B. 현미경 관찰

세포의 파괴되는 모습을 자세히 관찰해 보기 위하여 현미경으로 관찰한 결과는

표 <1>과 같다.

표 <1> 현미경 관찰

- 8 -

- 9 -

다. 알아낸 점

(1) 대부분의 식물이 가시적인 피해를 나타내고 있으며 그 중에서도 들깨가 가장

많은 피해를 입는다는 사실을 발견하였다.

(2) 이산화황에 가장 예민한 식물은 들깨 > 패랭이 > 사루비아 > 과꽃 > 바아베

나 > 베고니아 > 수국 > 시네라리아 > 국화 > 페튜니아 > 튜울립 > 프리뮬

라 > 데이지 > 라난큐러스 > 나팔꽃 > 봉선화 순이었다.

탐구문제 1-2. 이산화황 기체에 폭로된 들깨는 금속이온과

어떻게 반응할까?

가. 실험방법

(1) 오염된 들깻잎과 오염되지 않은 들깻잎을 각각 20g씩 채취하여 2㎝ 크기로

자른 다음 막자사발에 넣고 10mL의 물을 넣어 막자로 으깬다.

(2) 엷은 천으로 짜서 시험관에 넣어 두고 금속이온이 든 샤알레에 스포이트로 2

내지 3방울씩 떨어뜨리면서 관찰하였다.

나. 실험결과

위와 같은 방법으로 실험한 결과는 표 <3>과 같다.

다. 알아낸 점

오염되지 않은 들깻잎은 구리, 칼슘, 마그네슘, 수은, 철, 은, 주석, 납 그리고 망

간이온들과 쉽게 반응하지만, 오염된 들깻잎은 금속이온과 느리게 반응하는 것으

로 보아 이산화황기체에 엽록소가 쉽게 파괴되었음을 알았다.

- 10 -

구분

금속

이온

오염되지 않은 들깨잎

사진

오염된 들깨잎

사진색소

2-3방울

색소

7-8방울

알카리

처리

색소

2-3방울

색소

7-8방울

알카리

처리

구리이온 연두색 연두색 청색 연두색 연두색 청색

칼슘이온 핑크색 핑크색 노랑색 핑크색 핑크색 노랑색

마그네슘

이온살색 살색 노랑색 연귤색 연귤색 노랑색

수은이온 노랑색 노랑색 노랑색 노랑색 노랑색 노랑색

철이온올리

브색

올리

브색

진한

갈색쑥색 쑥색 갈색

은이온 흑색 흑색 회색 흑색 흑색 회색

주석이온연보

라색

연보

라색노랑색 보라색 보라색 노랑색

납이온 연회색 연회색 노랑색 회색 회색 노랑색

망간이온연노

랑색

연노

랑색적갈색 노랑색 노랑색 갈색

표 <3> 오염된 들깻잎과 오염되지 않은 들깻잎의 금속이온 반응

- 11 -

탐구문제 2. 대기오염 측정에 들깨가 지표식물로 적당할까?

그러면 들깨가 대기오염을 측정하는 지표식물로 적합한지 알아보기 위하여 광목

간 국도변과 목포시내 중심 도로변 8개소의 옥상에 들깨 화분을 두었다가 30일

후에 그 잎을 채취하여 다음과 같은 방법으로 황의 함유량을 측정하는 실험을 하

였다.

가. 실험방법

(1) 조건통제

① 들깨 화분 16개를 각 지점에 설치한 후 영양공급 월 2회, 물 공급 매주 3회

실시하고 매일 점검.

② 비가 올때도 비닐로 덮음.

③ 설치기간 : 92.7.21 - 92.8.19(1회)

93.5.12 - 93.6.10(2회)

93.6.16 - 93.7.15(3회)

(2) 실험과정

30일을 기준으로 채취한 들깨 잎 50g을 약 2㎝씩 자르고, 킬달플라스크에 넣어

진한질산(HNO3) 20mL를 첨가한 다음 4시간동안 가열하여 완전히 투명하게

되면 산화 분해된 것으로 알고 분해액을 유리휠타에 흡입 여과한 후 증발접시

에 옮겨 진한염산(HCL) 10mL을 첨가하여 물위에서 증발시키면서 진한질산을

완전히 없앤다. 여기에 염화바륨을 첨가해서 황산바륨(BaSO4)을 침전시켜 정

량한 후 황의 함유량을 ppm 단위로 계산하였다.

※ 실험순서

- 12 -

※ ppm 계산법

황산바륨 : S = 0.0375 : X (Ba=137.33, 0=16, S=32)

X=S

BaSO 4

×0.0375=32

233.33×0.0375= 0.051429

0.00514 × 2 × 106 = 10285.8

10285.8 ÷ 100 = 102.858 ppm

나. 실험결과

8개 지역에 배치된 들깻잎에서 산출한 황의 함유량은 표<4>와 같다.

다. 알아낸 점

(1) 목포대학교 도로변 30m 이내에 설치한 들깨의 새 잎에서 86.32ppm, 묵은 들

깨 잎에서 105.62ppm이었다.

(2) 목포버스터미널 옥상에 설치한 들깻잎의 황 함유량은 새 들깻잎 167.15ppm,

묵은 들깻잎 267.11ppm이었다.

(3) 동명동 삼학도입구 도로변에 설치한 들깻잎 속의 황 함유량은 새 들깻잎이

126.12ppm, 묵은 들깻잎이 162.30ppm이었다.

(4) 8개지역에서의 황 함유량은 차량이 많이 왕래하고, 공장이 많은 목포버스터

미널 도로변이 가장 높았고, 2호광장, 1호광장, 3호광장 순으로 나타났다.

(5) 들깨식물이 황 산화물의 흡수력이 크므로 축적량이 크다는 것을 이용하여 차

량의 배기가스에 의해 들깻잎이 시들어 가는 실험관찰로부터 대기오염 측정

의 지표식물로 이용할 수 있음을 알았다.

- 13 -

구분

측정

지점

횟 수

도가니 +

황산바륨

도가니 +

화분(g)황산바륨만

의 질량(g)

w1 - w2

황함유량

ppm

순

위현미경 관찰

A - 1 B - 1 A - 2 B - 2

1호광장

역전옥상

1

2

3

0.0469

0.0464

0.0379

0.0833

0.0396

0.0525

0.0094

0.0072

0.0054

0.0038

0.0047

0.0055

0.0375

0.0795

0.0392

0.0349

0.0325

0.0470

103.04

218.44

107.71

95.89

89.30

129.14

3

평균새 잎 100.01

묵은잎 121.73

3호광장

우체국

옥상

1

2

0.0714

0.0745

0.0745

0.0888

0.0081

0.0060

0.0034

0.0089

0.0633

0.0711

0.0685

0.0799

173.93

195.36

188.22

219.544

평균새 잎 181.08

묵은잎 207.45

2호광장

명수당

한의원

옥상

1

2

0.0954

0.0875

0.0840

0.1000

0.0059

0.0047

0.0073

0.0069

0.0895

0.0777

0.0768

0.0931

245.92

213.49

211.02

255.812

평균새 잎 228.47

묵은잎 234.65

목포버스

터미널

옥상

1

2

3

0.0557

0.0780

0.0602

0.1378

0.1000

0.0832

0.0029

0.0049

0.0036

0.0113

0.0102

0.0085

0.0528

0.1265

0.0731

0.0898

0.0566

0.0757

145.09

347.58

200.85

245.72

155.52

208.00

1

평균새 잎 167.15

묵은잎 267.16

목포동교

옥상

1

2

0.0528

0.0621

0.0671

0.0788

0.0081

0.0076

0.0073

0.0059

0.0266

0.0613

0.0585

0.0729

128.04

163.43

160.75

200.315

평균새 잎144.39

묵은잎186.37

목포기계

공고1호동

옥상

1

2

0.1170

0.0170

0.1133

0.0633

0.0599

0.0599

0.0440

0.0084

0.0571

0.0693

0.0311

0.0554

156.89

192.42

85.45

152.226

평균새 잎 121.17

묵은잎 172.32

표 <4> 들깻잎의 황 함유량 측정 결과

- 14 -

구분

측정

지점

횟 수

도가니 +

황산바륨

도가니 +

화분(g)황산바륨만

의 질량(g)

w1 - w2

황함유량

ppm

순

위현미경 관찰

A - 1 B - 1 A - 2 B - 2

동명동

삼학도

진입로

옥상

1

2

3

0.0329

0.0493

0.0586

0.0722

0.0593

0.0624

0.0031

0.0052

0.0048

0.0068

0.0042

0.0059

0.0398

0.0654

0.0441

0.0551

0.0538

0.0567

109.36

179.70

121.17

151.40

147.83

155.79

7

평균새 잎 126.12

묵은잎 162.30

목포

대학교

교문옥상

1

2

3

0.0309

0.0273

0.0353

0.0339

0.0430

0.0526

0.0034

0.0028

0.0031

0.0047

0.0067

0.0038

0.0375

0.0302

0.0245

0.0363

0.0323

0.0488

103.04

82.98

67.32

99.79

88.75

134.09

8

평균새 잎 86.32

묵은잎 105.62

- 15 -

탐구문제 3. 식물잎은 오존에 의해서 어떻게 파괴될까?

특별 제작한 오존 발생장치로 오존에 의해 식물잎이 어떻게 파괴되는지 알아보고,

오존이 함유된 대기에서의 요오드 환원물질의 변화를 조사하였다.

가. 실험방법

(1) 시약 및 기구

① 시약 : 산소, 요오드화칼륨 수용액, 6N 묽은 황산, 진한 황산

0.01N 지오황산나트륨(Na2S2O3)

② 기구 : 오존 발생장치, 유도코일, 폴리에칠렌 주머니, 가스메타

그림 <1> 오존 발생장치

(2) 실험 과정

일정 농도의 오존이 들어있는 공기(산소)를 만들고 이것을 유리관으로 나뭇잎

과 연결한다. 일정한 농도의 오존이 들어 있는 공기를 일정한 시간 흘려보내고

농도를 변화시켜 그 잎의 상태를 관찰한다.

즉 오존 농도를 증가시키면 잎 속의 요오드 환원물질은 어떻게 되는지를 조사

한다. <단 실험때는 대기중의 오존 농도보다 큰 농도로 한다.> 오존 농도는

단계적으로 실험 조사하여 몇 ppm에서 요오드 환원 물질이 감소되는지의 여

부와 나뭇잎이 떨어지는 생리현상을 조사하였다.

- 16 -

(3) 오존 기체의 농도정량

나뭇잎을 오존이 들어있는 공기에 접촉하기 전에 오존 함량의 정확한 농도를

결정한다. 5% 요오드화칼륨 수용액 50mL에 일정량의 오존을 함유한 공기를

흐르게 한다. 공기량은 가스메타에 의해서 확인하여 정확한 체적을 알아둔다.

오존에 의해서 요오드가 유리될 때까지 유리 요오드를 0.01N의 지오황산나트

륨(Na2S2O3)로 적정하여 구한다.

지오황산나트륨(Na2S2O3)

O3 + 2KI + H2O → 2KOH + O2 + I2

2S2O32- + I2 = S403

2- + 2I-

S2O32- = I O3 = 2I = 2S2O3

2-

0.01N 2S2O32- / mL = 0.01 I2/mL =

11.200100×100

= 0.112mLO3

(예) 요오드화칼륨 수용액을 흘려 보낸 공기량이 50mL이고 그때의 적정값이

A mL 라면

오존 농도 = A ×100050

× 0.112 = 0.672 ppm

A=0.3일 때 0.67 ppm으로 계산하였다.

그림 <2> 오존 농도 정량 장치

(4) 현미경 관찰은 오존 6ppm 3.4ppm을 폭로시킨 후 프레파라트를 만들어 현미

경(600배율)으로 파괴된 모습을 관찰하면서 사진촬영을 하였다.

- 17 -

나. 실험결과

오존에 접촉했던 식물의 잎에는 흑갈색으로 되는 것과 희게 되는 것이 있다. 벚

나무잎, 팔손이잎은 검게 되었으며, 소나무 잎은 청색과 황색으로 얼룩져 있었

고, 동백나무잎, 무궁화잎 등은 10ppm의 오존농도에서 짧은 시간에는 변화가

없었다. 야채류는 오존에 의해서 최초로 시들었으나, 다음날 잎이 흰반점이 생

기거나 구멍이 뚫렸다. 오존의 농도를 여러 가지로 변화시켜 목본류 14종과 야

채류 8종에 대해서 실험한 결과는 표<5>와 같다.

(1) 소나무 잎 : 1ppm이하에서는 4시간이 경과되어도 아무런 변화가 없었으나,

0.3ppm으로 2시간씩 1주간을 되풀이하면 청색과 갈색으로 얼

룩이 되었으며 3ppm에서는 1회 2시간 접촉시키면 청색과 갈색

의 얼룩으로 변화되었다.

(2) 벚나무 잎 : 0.7ppm으로 4시간 접촉시키면 검게 변하였고, 3ppm으로 2시간

접촉시켰더니 흑갈색으로 변하였으며, 24시간 후에는 양쪽 끝

에서 중심으로 향하여 잎이 말라 버렸으며 3일째는 모두 낙엽

이 졌다.

(3) 포 플 러 : 3ppm에서 4시간 접촉시키면 당일에는 약간 시들고 3일째 접어들

자 부분적으로 갈색으로 되었다. 1주일이 되면 낙엽이 졌다.

(4) 감나무 잎 : 1ppm에서 4시간 접촉시켜도 변화가 없었으며 3.4ppm으로 접촉

시켰더니 앞뒷면이 다소 갈색으로 변하였다. 감 자체는 탄닌이

많으나 탄닌 특유의 검은색이 나타나지 않았다.

(5) 동백나무, 은행나무, 칡, 무궁화잎 : 6ppm으로 2시간 접촉시켜도 변화가 없

었고 오존에 대해서 매우 강하였다.

(6) 고 구 마 : 3ppm으로 2시간 접촉하면 잎이 어두운 녹색으로 되고 2일후에는

백색, 5일후에는 갈색으로 되었다.

(7) 시금치, 팥, 옥수수, 파 : 0.5ppm으로 4시간 접촉시켰더니, 어두운 녹색으로

되고 다음날에는 백색의 반점으로 변하였다.

(8) 무, 완두콩 : 1ppm으로 2시간 접촉시켰더니, 변화가 없었고 4시간 접촉시켰

더니 다음날 백색의 반점이 생겼다.

- 18 -

농도

식물종

농 도현미경 관찰

6 ppm

현미경 관찰

3.4 ppm6 ppm 3.4 ppm 0.7 ppm

초

본

무우잎

당일에

시들고, 다음

날 흰반점

당일에 시들

고 2～3일후

흰반점

변화없음

완두콩

당일에

시들고, 다음

날 흰반점

〃 〃

콩 〃 〃 〃

고구마잎

어두운 녹색

으로 되고

시든다.

어두운 녹색

으로 되고

시든다

당일에 시들

고 다음날

희게 된다.

시금치

당일에 시들

고 다음날

흰반점

당일에 시들

고 다음날

흰반점

다음날

흰반점

팥 〃 〃 〃

옥수수 〃 〃 〃

파 〃 〃 〃

목

본

포플러다음날

갈색의 반점

2～3일후

약간 갈색변화없음

칡약간 검거

된다변화없음 〃

표 <5> 오존의 농도에 따른 식물잎의 변화

- 19 -

농도

식물종

농 도현미경 관찰

6 ppm

현미경 관찰

3.4 ppm

6 ppm 3.4 ppm 0.7 ppm

목

본

소나무청색과 갈색

의 얼룩

청색과 갈색

의 얼룩변화없음

동백나무 변화없음 변화없음 〃

치자나무 다음날 갈색 〃 〃

버들나무 시든다. 〃 〃

무궁화 변화없음 〃 〃

향나무

2～3일후

갈색으로

된다.

〃 〃

은행나무

잎이 시들고

1주일후

노랑색

〃 〃

벽오동 변화없음 〃 〃

벚나무

검게 되고

2～3일후

낙엽

검게된다. 〃

진달래 갈색부분적으로

갈색〃

- 20 -

다. 알아낸 점

(1) 식물잎이 검게 되는 벚나무, 팔손이잎은 탄닌의 함유량이 많아 탄닌이 산화

되어 탄닌산제2철이 되기 때문에 실제 현미경으로 관찰하면 기공의 주위가

검게 되는 것을 알 수 있다.

(2) 야채류는 보통 희게 되나 이것은 비타민 C가 많고 탄닌 함유량이 적기 때문

에 산화되어 검게 되는 성분이 없기 때문이라고 생각된다. 그리고 야채류는

요오드 환원성물질이 100% 파괴되어도 엽록소는 파괴되지 않기 때문에 오

존이 침투되어 희게 될 때까지 1-2일 늦어진다. 이것은 비타민 C가 파괴되

어 생체의 대사가 정지되기 때문으로 생각된다.

(3) 소나무 잎은 청색과 황색이 얼룩지게 되는데, 그 이유는 소나무잎의 표피가

단단하기 때문에 기체가 침투되기 어려우나 한번 속으로 침투되면 내부에

공간이 많기 때문에 기체가 확산되어 잎의 내부로 침투되어서 얼룩지는 것

이라 생각된다.

(4) 갈색으로 되는 식물들인 진달래, 치자나무는 잎에 탄닌 함유량이 적기 때문

에 현미경으로 관찰하면 산화되어 있는 갈색 성분과 파괴되지 않은 엽록소

가 섞여 있어 전체로 보일 때는 갈색으로 보였다.

- 21 -

탐구문제 4. 인삼에 기생하는 선충구제에 들깨를 이용할 수

없을까?

대기오염에 민감한 반응을 보이는 들깨식물을 우리 일상생활에 이용할 수 없을까

궁리하던 중 “외갓집에서 인삼재배를 하는데 인삼뿌리혹선충의 피해가 심해 들깨를

잘게 썰은 것과 수확한 후 남은 껍질을 인삼밭에 깔아 주는 것”을 보고, 들깨식물의

성분과 농약의 공해로부터 인삼의 오염을 예방하는 방법을 탐구하게 되었다.

탐구문제 4-1. 작물별 토양선충의 밀도조사

가. 조사방법

(1) 조사지역은 인삼재배 포장이 많은 완도, 진도, 압해도 지역에서 1992년 4월부

터 10월 사이에 인삼, 들깨, 고구마 포장에서 조사하였다.

(2) 선충 분류는 베어만의 방법을 사용하였다.

① 토양은 300평당 10개 지점에서 100mL씩 1000mL를 채집하여 골고루 섞은

후 300mL를 분리 시료로 사용한다.

② 300mL시료를 물 3L에 넣고 토양 입자가 부서지도록 강하게 저어서 선충이

분리되어 물속에 뜨게 한다.

③ 1분 뒤 현탁액을 20,200,325매시체를 연결한 3중체에 통과시킨다. 3회 반복

실시한다.

④ 325매시체에 걸린 것만 세척하여 비커에 모은 후 천으로 싸서 철망을 장

치한 깔때기에 올려놓고, 물에 잠기도록 하면 선충은 깔때기 밑부분에 모

이게 된다.

⑤ 분리된 선충은 10-20배율의 쌍안현미경으로 출현한 개체수를 조사하였다.

(3) 제한점 : 선충의 종류는 인삼포장에서 검출되는 9종의 선충 중에서 인삼에

극심한 피해를 주는 고구마뿌리혹선충, 감자썩이선충, 사과뿌리썩이선충으로

제한하였다.

나. 조사결과

기생선충의 서식 밀도를 알아보기 위하여 조사한 결과는 다음 표<6>과 같다.

- 22 -

표<6> 작물별 선충 밀도

인삼 들깨 고구마

조사 포장수

검출 포장수

50

48

50

2

50

44

고구마 뿌리 혹선충

사과뿌리썩이 선충

감자썩이 선충

57

26

11

∘

3

∘

23

19

5

합 계 94 3 47

다. 알아낸 점

모든 포장에서 선충의 밀도가 높았으나 들깨 식물에서만 토양 선충이 거의

분리되지 않는다는 점에서 들깨 식물이 선충의 증식을 억제하는 작용이 있음

을 알게 되었다.

탐구문제 4-2. 들깨가 자라는 곳에는 왜 뿌리혹선충이 없을까?

가. 실험방법

◦100mm 샤알레에 물이 흠뿍 배인 여과지를 깔고 채취한 기생선충 20마리를

넣은 곳에,

① 들깻잎, 뿌리를 잘게 썰어 10g을 물 500mL에 넣고 10분 동안 압력 밥솥에

끓인 다음 거즈로 짜서 얻은 즙

② 들깻잎, 뿌리를 잘게 썰어 10g을 물 500mL에 넣고 2시간 동안 수용액이 나

오게 한 후 거즈로 짜서 얻은 즙

③ 들깻잎 30g을 잘게 썰어 막자 사발에 넣고 물 10mL를 넣은 다음 으깨어 얻

은 즙

④ 들깨 뿌리 30g을 잘게 썰어 막자 사발에 넣고 물 10mL를 넣은 다음 으깨어

얻은 즙들을 스포이트로 5mL씩 샤알레의 우측에서 넣는다.

- 23 -

나. 실험결과

선충이 들깨 성분에 의해 죽는지 아니면 선충이 기피현상을 나타내는지 실험

한 결과는 그림 <3>과 같다.

그림 <3> 들깨 성분의 살충 효과

다. 알아낸 점

(1) 위 그림에서 보는바와 같이 들깨는 선충을 죽이는 성분이 있다.

(2) 상온에서 얻은 들깨 잎, 뿌리의 수용액으로도 기생선충이 죽는 것으로 보아

들깨가 빗물에 씻겨져 작물포장에 스며들면 기생선충에 대한 살충효과가 나

타나기 때문에 뿌리혹선충이 없는 것으로 생각된다.

탐구문제 4-3. 들깨식물의 껍질은 인삼 기생선충에 어떤 영향을

미칠까?

가. 실험방법

① 겨울 인삼포장을 관리할 때 포장에 볏짚, 마른풀 등을 깔아 주고 있는데, 우

리 실험에서는 5개의 포장을 선정하여 볏짚, 마른풀 대신에 들깨 수확 후 남

는 껍질을 덮어주고 그 껍질이 인삼 기생선충에 미치는 영향을 조사하였다.

- 24 -

② 실험기간은 1992년 11월말에 2년근 인삼포장 상면에 5cm두께로 들깨껍질을

깔고 93년 3월 중순경에 걷어낸 후 5월부터 7월까지 기생선충의 변화를 조

사하였다.

나. 실험결과

조사 결과는 다음 표 <7>, 그림 <4>와 같다.

표<7> 들깨식물의 껍질이 인삼의 기생선충에 미치는 영향

구분 대조구 포장1 포장2 포장3 포장4 포장5

선충밀도(마리)

인삼개체당무게(g)

359

10.1

34

18.5

53

16.0

70

16.3

55

18.7

44

19.1

그림 <4> 들깨식물의 껍질이 인삼의 기생선충에 미치는 영향

다. 알아낸 점

들깨껍질을 깔아준 포장에서 선충밀도가 현저히 줄어들고, 인삼개체당 무게도

대조구보다 평균 7g이나 무거운 것으로 보아 인삼생육에 월등한 효과가 있었

다.

- 25 -

탐구문제 4-4. 들깨와 농약성분이 인삼생육에 미치는 영향 비교

가. 실험방법

한 포장에서 1평씩을 선정하여 토양 50g을 채취한 후 베어만 방법으로 분리

한 선충을 쌍안해부현미경(10-20배율)으로 출현하는 개체수를 조사하였다.

나. 실험결과

들깨의 생물학적 성분과 농약의 화학적 성분이 인삼재배에 미치는 영향을 비

교해 본 결과는 표<8>, 그림<5>와 같다.

표 <8> 들깨와 농약이 인삼의 생육에 미치는 영향

구 분 대조구농약을

살포했을 때

들깨껍질을 깔아

월동하였을 때

들깨를

혼작하였을 때

깻묵 2000g을

시비하였을때

선충밀도

(마리)

인삼개체당

무게(g)

359

10.1

8

18.1

34

18.5

101

18.1

64

20.5

그림 <5> 들깨와 농약이 인삼의 생육에 미치는 영향

다. 알아낸 점

(1) 농약이 선충구제에는 획기적인 효과가 있었으나, 인삼생육에는 지장이 있었

다.

(2) 들깨를 이용하면 농약의 피해도 없고 인삼개체당 무게도 농약에 비하면 평

균 0.9g, 대조구에 비하면 약 8g나 증가하는 것으로 보아 인삼재배에 매우

효과적임을 알 수 있었다.

- 26 -

Ⅴ. 알아낸 점 (결론)

1. 이산화황 기체에 의해 식물체에 나타나는 가시피해는 엽맥간에 반점형태로 나

타나고, 식물 종류마다 피해정도의 차이가 있으며, 각 식물에 따라 독특한 피

해 현상을 보이고 있었다.

2. 이산화황(SO2)에 대한 반응의 예민성은 들깨, 패랭이, 사루비아, 과꽃, 바아배

나, 베고니아, 수국 시네라리아, 국화, 페튜니아, 튜울립, 프리뮬라, 데이지, 라

난큐러스, 나팔꽃, 봉선화 순이었다.

3. 오염물질의 폭로농도가 높아지거나, 시간이 길어질수록 들깨식물의 엽록소 함

량은 감소하므로 오염(SO2)피해의 지표식물로 이용할 수 있었다.

4. 들깨식물이 황의 산화물에 흡수력이 예민하여 축적량이 크므로 대기오염 측정

의 지표식물로 개발하게 되었다. (8개지역에서의 황 함유량은 차량이 많이 왕

래하고, 공장이 많은 목포버스터미널 도로변이 가장 높았고, 2호광장, 1호광장,

3호광장 순으로 나타났다.)

5. 일정 농도의 오존을 식물잎에 접촉시켜 식물공해의 지표성과 산화제에 의한 식

물 잎의 변화를 알아보는 실험을 통해 초본류에서는 고구마가 목본류에서는

벚나무가 가장 많은 피해를 입는 것으로 나타났다.

6. 오존에 의해서 식물잎의 색이 변하는 이유는 다음과 같다.

(1) 탄닌 함유량이 많으면 검게 되고, 적으면 희거나 갈색으로 나타난다.

(2) 소나무 잎과 같이 표피가 단단한 식물은 침투되기 어려우나, 한번 침투되면

내부 공간에 확산되므로 청색과 황색이 얼룩지어 보이게 된다.

7. 실험장치 개발 활용

(1) 자동기체발생장치 : 기존 실험장치는 독극물을 사용하기가 불편하였는데 우

리가 개발한 실험장치는 정밀하고 안전하며, 제작비가 저렴하여 누구나 쉽

게 사용할 수 있다. (제작비 8500원)

(2) 오존발생장치 : 실험용 오존발생장치가 없어서 실험하기가 곤란하였는데 오

존발생장치를 개발함으로써 편리하고 안전하게 실험을 할 수 있었다.

(제작비 7000원)

- 27 -

8. 환경오염 학습자료 제작 활용

각종 식물의 오염도 현상을 시각적으로 관찰하여 환경오염의 심각성을 일깨울

수 있는 반영구적인 VTR 및 사진학습자료를 개발하여 활용하였다.

(사진자료 36점, VTR자료 10점)

9. 들깨식물에는 선충의 증식을 억제하는 작용이 있으며, 특히 상온에서 얻은 들

깻잎과 뿌리의 수용액이 인삼기생선충에 살충효과가 큼을 알았다.

10. 들깻잎과 뿌리를 압력 밥솥에 넣고 끓여서 얻어진 즙이 기생선충을 죽이는 것

으로 보아 들깨식물에는 다소 열에 안정한 살충효과가 있었다.

11. 들깨식물을 이용하면 농약이 인삼에 오염되는 것을 예방하고, 수확량을 크게

높일 수 있는 새로운 방법을 개발하였다.

(들깻묵>들깨껍질 월동>인삼과 들깨 혼작)

Ⅵ. 전망 및 더 알고싶은 점

1. 들깨식물을 대기 오염의 지표식물로 이용하면 측정이 간편하고 많은 예산을 절

약할 수 있을 것이다.

2 들깨식물을 이용한 인삼재배 방법으로 인삼의 상품성이 높아지고, 들깨도 생산

할 수 있어 농가 소득을 증대할 수 있을 것이다.

3. 선충을 죽이는 들깨의 성분과 오존에 민감한 지표식물에 대하여 더 탐구해 보

고 싶다.