개념 한 쪽
방사선을 이용한 육종과 방사성 동위원소의 연구적 이용은 서로 다른 목적을 가진다. 방사선 육종은 돌연변이를 유도하여 품종을 개량하는 기법이고, 방사성 동위원소는 물질의 이동이나 생리 과정을 추적하는 데 사용한다.
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출제기준 단원 「육종적 이용」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 전자기파 에너지 비교 | 1 | 파장과 에너지 관계를 바탕으로 방사선 종류를 판별하기 |
| 배수체 육종과 염색체 변화 | 1 | 씨없는 수박 등 배수체 육종에서 방사선의 역할을 설명하는 근거 찾기 |
| 방사능 추적자와 이용 구분 | 1 | 추적자 용도와 방사선원 산업적 용도를 구분하여 동위원소 선택하기 |
방사선 육종은 고에너지 방사선을 이용하여 유전물질에 손상을 유도함으로써 인위적 돌연변이를 발생시키는 방법이다. 이때 투과력이 큰 감마선(r선)이 종자나 조직 내부 깊숙이 도달하여 DNA에 광범위한 손상을 주므로 돌연변이 유발 효과가 가장 크다. 알파선과 베타선은 투과력이 약하여 표면이나 얕은 조직에만 영향을 미치는 반면, 적외선은 에너지가 낮아 주로 열적 효과만 일으켜 돌연변이 유발에는 적합하지 않다.
방사성 동위원소는 연구에서 추적자(tracer)로 사용되어 물질의 이동 경로나 생리적 흐름을 밝히는 데 유용하다. 예를 들어 탄소-14(14C)는 광합성에서 탄소의 이동 경로를 추적하는 데 사용되고, 칼슘-45(45Ca)는 양분 흡수 연구에, 나트륨-24(24Na)는 수분 이동이나 누수 탐지에 쓰인다. 동위원소를 추적자로 사용할 때는 방사선 종류(감마선·베타선 등), 반감기, 화학적 거동을 고려하여 연구 목적에 맞는 동위원소를 선택해야 한다.
누수 탐지와 같은 현장 응용에서는 감마선을 방출하고 물과 잘 섞이며 적절한 반감기를 가진 동위원소가 적절하다. 24Na는 강한 감마선을 방출하고 나트륨 이온 형태로 물에 잘 용해되어 이동성이 우수하며 반감기가 수십 시간 수준으로 작업 후 방사능이 빠르게 감소하므로 제방 누수 탐지에 적합하다.
방사선 처리는 염색체 구조 변화를 유도할 수 있으며, 배수체 육종에서 불임성을 안정화하는 데 활용한다. 예컨대 씨없는 수박의 경우 3배체로 인해 감수분열에서 염색체 짝짓기가 제대로 이루어지지 않아 불임성이 발생하는데, 방사선 처리는 염색체 간 상호 전좌를 유도하여 이 불임성을 더욱 안정화시킨다.
방사선 육종 관련 문항은 방사선의 종류와 투과력, 에너지 관계를 묻는 경우가 많다. 전자기파의 경우 파장이 짧을수록 에너지가 크므로 감마선이 X선보다 에너지가 크다는 점을 바탕으로 정답을 고른다. 동위원소 활용 문제는 추적자 용도와 방사선원(예: 식품 저장용 60Co) 용도를 구분해야 한다. 추적자는 물질 이동 연구를 위한 것으로 14C, 42K, 24Na 등이 대표적이고, 60Co는 추적자가 아니라 감마선원으로 살균·조사에 쓰이는 점을 근거로 배제한다. 누수 탐지에서는 감마선 방출 여부, 물과의 혼합성, 반감기의 적정성(너무 짧거나 너무 길지 않음)을 종합하여 24Na를 선택하는 방식으로 접근한다.
다음 중 파장이 가장 짧고 에너지를 가장 많이 가지고 있는 것은?
정답 ④ · 전자기파의 파장과 에너지는 반비례 관계에 있어, 파장이 짧을수록 에너지는 높아집니다. 보기 중 X선은 파장이 짧고 에너지가 높지만, α선, β선, γ선 중에서는 γ선이 파장이 가장 짧고 투과력이 가장 강하며 에너지가 가장 큽니다.
전자기파는 파장이 짧을수록 에너지가 크므로, X선보다 파장이 더 짧은 감마선이 에너지를 가장 많이 가진다.
씨없는 수박을 만들 때 종자에 방사선 처리를 하는데 무엇을 유기하기 위한 것인가?
정답 ④ · 씨없는 수박은 4배체 식물에 2배체 화분을 받아들여 만든 3배체 식물을 이용합니다. 이때 염색체가 감수 분열 과정에서 쌍을 이루지 못해 불임이 되는데, 상동 염색체의 교차를 유도하여 배수체를 만드는 원리를 이용합니다.
씨없는 수박은 3배체로, 감수분열 시 염색체 쌍 pairing 실패로 불임이 되며 방사선은 염색체 전좌를 유도하여 이 현상을 안정화한다.
인위적 돌연변이를 유발하기 위하여 방사선 육종에 이용하는 방사선이 아닌 것은 다음 중 어느 것인가?
정답 ② · 문항은 방사선 육종에서 돌연변이 유발에 사용되지 않는 방사선을 묻고 있다. 돌연변이 유발에는 DNA 손상을 일으킬 수 있는 고에너지 방사선들이 사용되며 자외선, X선, 중성자 등은 이러한 목적으로 이용된다.
방사선 육종에는 DNA 손상을 유발하는 자외선, 중성자, X선이 쓰이며 적외선은 쓰이지 않는다.
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