개념 한 쪽
방사성 동위원소는 화학적 성질은 같으나 방사선을 방출하여 눈에 보이지 않는 물질의 이동을 감지할 수 있는 특징을 가진다. 농업과 식물생리 연구에서는 특정 원소의 이동이나 과정 추적을 위해 적합한 동위원소를 선택하여 이용한다. 일부 동위원소는 물과 잘 섞이고 감마선을 방출하여 누수 탐지 등 현장 응용에 쓰이며, 다른 동위원소는 광합성·영양 이동·생리 연구의 추적자로 주로 쓰인다.
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출제기준 단원 「추적자로서의 이용」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 방사선의 농업적 주요 영향 | 1 | 방사선의 이온화작용과 농업적 이용을 연결하여 묻기 |
| 농업용 동위원소 식별 | 1 | 농업상 실제로 이용되는 동위원소를 골라 구분하기 |
| 육종용 방사선 구분 | 1 | 돌연변이 유발에 이용되는 방사선과 비이용 방사선을 구분하기 |
방사성 동위원소를 추적자로 이용할 때의 기본 원리는 연구 대상 원소와 동일한 원소의 방사성 동위원소를 사용하여 그 원소의 이동 경로와 대사 산물을 따라가는 것이다. 화학적 성질이 같으므로 생체 내 거동이 동일하고, 방출되는 방사선을 감지하여 위치나 양을 파악할 수 있다.
광합성 연구에서는 탄소의 이동을 추적해야 하므로 탄소의 방사성 동위원소인 14C가 대표적으로 이용된다. 14C는 식물이 CO2를 흡수하여 당으로 합성하는 전체 경로를 초기 단계부터 최종 생성물까지 추적할 수 있게 해 준다.
영양생리 연구에는 다량 원소로서의 인(P)을 추적하는 32P가 주로 쓰이며, 칼슘 이동 연구에는 45Ca, 나트륨이나 물의 이동·누수 탐지에는 24Na가 각각 적합하다. 각 동위원소는 방사선의 종류(베타·감마 등), 반감기, 물리화학적 거동에 따라 응용 분야가 달라진다.
추적자로서의 이용과 방사선원으로서의 이용을 구분해야 한다. 예컨대 60Co는 강한 감마선을 내어 식품 살균·저장용 조사원으로 널리 쓰이나, 추적자 목적의 이동 경로 연구에는 적합하지 않다. 반감기가 너무 길거나 방사선 종류가 적절치 않으면 추적자로서 부적합하다.
방사선 육종에서 돌연변이를 유발하기 위해서는 높은 투과력과 충분한 에너지를 가진 방사선을 사용한다. 감마선은 투과력이 강해 종자 내부까지 침투하여 유전체에 손상을 주어 돌연변이 육성에 효과적이고, 적외선과 같이 에너지가 낮아 주로 열효과만 주는 방사선은 돌연변이 유발에 사용되지 않는다.
광합성 경로를 추적하는 문제에서는 '광합성=탄소 고정' 연결고리를 떠올려 14C를 선택해야 한다. 누수 탐지 문제에서는 감마선 검출 용이성, 물과의 혼합성, 적정 반감기 조건을 고려하여 24Na를 선택해야 한다. 인위적 돌연변이 유발을 묻는 문항에서는 투과력이 큰 감마선이 효과적임을 고르면 정답에 도달한다. 반면 60Co를 추적자로 사용하는 보기나 적외선을 돌연변이원으로 포함한 보기는 용도·물리적 성질 관점에서 오답 함정이 된다.
방사선 동위원소의 농업적 이용에 있어 방사선의 어떤 면을 가장 많이 이용하는가?
정답 ① · 문항은 방사선 동위원소를 농업적으로 이용할 때 어떤 방사선 특성을 주로 이용하는지를 묻고 있다. 방사선의 이온화작용은 물질과 상호작용하여 이온을 생성하고 DNA 손상이나 미생물 사멸을 유도하는 등 농업적 변이 유도·살균 등에 직접 이용되므로 가장 많이 활용된다.
방사선 동위원소의 농업적 이용은 주로 이온화작용을 통해 유전자 변이나 살균 등을 유도하는 데 활용된다.
농업상 이용되고 있는 방사선 동위원소가 아닌 것은?
정답 ① · 농업 및 생물학 분야에서 이용되는 대표적인 방사성 동위원소로는 14C(탄소), 45Ca(칼슘), 24Na(나트륨), 32P(인) 등이 있습니다. 반면 보기 1번에 제시된 '15Mg'는 마그네슘의 방사성 동위원소가 아닐 뿐더러 농업상 추적자 등으로 실용적으로 널리 이용되는 동위원소가 아닙니다.
14C, 45Ca, 24Na는 농업 연구에서 널리 쓰이는 방사성 동위원소이나, 15Mg는 실용적인 추적자로 사용되지 않는다.
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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