Park, Jong Yong;Yoo, Sung Young;Kang, Hong Gyu;Kim, Tae Wan
한국작물학회지
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제61권4호
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pp.270-276
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2016
The objective of this study was to find a rapid determination of the hot air stress in maize (Zea mays L.) leaves using a portable chlorophyll fluorescence imaging instrument. To assess the photosynthetic activity of maize leaves, an imaging analysis of the photochemical responses of maize was performed with chlorophyll fluorescence camera. The observed chlorophyll imaging photos were numerically transformed to the photochemical parameters on the basis of chlorophyll a fluorescence. Chlorophyll a fluorescence imaging (CFI) method showed that a rapid decrease in maximum fluorescence intensity ($F_m$) of leaf occurred under hot air stress. Although no change was observed in the maximum quantum yield ($F_v/F_m$) of the hot air stressed maize leaves, the other photochemical parameters such as maximum fluorescence intensity ($F_m$) and Maximum fluorescence value ($F_p$) were relatively lowered after hot air stress. In hot air stressed maize leaves, an increase was observed in the nonphotoquenching (NPQ) and decrease in the effective quantum yield of photochemical energy conversion in photosystem II (${\Phi}PSII$). Thus, NPQ and ${\Phi}PSII$ were available to be determined non-destructively in maize leaves under hot air stress. Our results clearly indicated that the hot air could be a source of stress in maize leaves. Thus, the CFI analysis along with its related parameters can be used as a rapid indicating technique for the determining hot air stress in plants.
Chlorophyll (Chl) fluorescence imaging was used to investigate the effectiveness of in vivo incorporation methods for two chemicals, 3-(3',4'-dichlorophenyl)-1,1-dimethylurea (DCMU) and methyl viologen (MV) in rice, a monocot, and cucumber, a dicot, leaves. four different methods (vacuum infiltration, floating, transpiration-aided incorporation through petiole and spraying) were compared, and $F_i$ and $F_v$/$F_m$ were chosen for the imaging of the DCMU- and MV-treated leaves, respectively. The effects of the chemicals in plants were generally heterogeneous over the whole leaf area. Moreover, the effectiveness of the treatment of a chemical in plant leaves was dependent on chemical species, plant species, concentration of the chemical, the treatment method, the duration of the treatment, the existence of light and detergent, etc. In conclusion, we suggest that to achieve the proposed effects of chemicals in plants for an actual experiment, these factors must be considered before the chemical treatment, and the best method for the treatment of the chemicals tested was floating and vacuum infiltration in the dicot and the monocot leaves, respectively, as drawn from Chl fluorescence imaging analysis.
Photosynthetic rates of the large centric diatom Coscinodiscus granii were measured by means of multicolor variable chlorophyll fluorescence imaging, single cell $^{14}C$ assimilation, and optical $O_2$ sensor measurements during light acclimatization of cultures grown at five different irradiances: 50, 150, 235, 332, and $450{\mu}mol$ photons $m^{-2}\;s^{-1}$. Photo-acclimatization was evident from changes of cellular chlorophyll a content, growth rates, and light response curves. Each of the applied methods evaluates different parts and reactions in the photosynthetic apparatus, which makes a direct quantitative comparison of rates difficult, although a different degree of correlation were found between all three methods. However, when used in combination, they provide information about the internal relationship of photosynthetic pathways as well as the variation in photosynthetic capacity between individual cells within a single algal culture.
BACKGROUND: In korea, sweet persimmon(Diospyros kaki) cultivation is front to abiotic stresses such as frost damage at fruit maturing stage. The cold and rapid freezing stresses are most damaging to fruit production which is most actively progressed in late fall. This study was performed to evaluate the validity of chlorophyll fluorescence imaging(CFI) technology to determine the degree of frost damage in sweet persimmon fruits. METHODS AND RESULTS: The sweet persimmon fruits were measured separately for each treatment(15, 30, 60 minutes) at 24 hours after treatment(HAT) rapid freezing. A CFI FluorCam (FC 1000-H, PSI, Czech Republic) was used to measure the fluorescence images of the fruits. In rapid freezing for 15 minutes, photochemical parameters were not changed. However, in rapid freezing for 30 and 60 minutes, photochemical parameters were lowered. Especially, $F_m$, $F_v$, $F_v/F_m$ and ${\Phi}PSII$ values were declined under rapid freezing. CONCLUSION: In our study, it was clearly indicated that the rapid freezing could be a stress in sweet persimmon fruits. The CFI analysis and its related parameters are applicable as a rapid assessing technique for the determination of frost damage.
Pathogen infection in plants induces complex responses ranging from gene expression to metabolic processes in infected plants. In spite of many studies on biotic stress-related changes in host plants, little is known about the metabolic and phenotypic responses of the host plants to Pseudomonas cichorii infection based on image-based analysis. To investigate alterations in tomato plants according to disease severity, we inoculated plants with different cell densities of P. cichorii using dipping and syringe infiltration methods. High-dose inocula (${\geq}10^6cfu/ml$) induced evident necrotic lesions within one day that corresponded to bacterial growth in the infected tissues. Among the chlorophyll fluorescence parameters analyzed, changes in quantum yield of PSII (${\Phi}PSII$) and non-photochemical quenching (NPQ) preceded the appearance of visible symptoms, but maximum quantum efficiency of PSII ($F_v/F_m$) was altered well after symptom development. Visible/near infrared and chlorophyll fluorescence hyperspectral images detected changes before symptom appearance at low-density inoculation. The results of this study indicate that the P. cichorii infection severity can be detected by chlorophyll fluorescence assay and hyperspectral images prior to the onset of visible symptoms, indicating the feasibility of early detection of diseases. However, to detect disease development by hyperspectral imaging, more detailed protocols and analyses are necessary. Taken together, change in chlorophyll fluorescence is a good parameter for early detection of P. cichorii infection in tomato plants. In addition, image-based visualization of infection severity before visual damage appearance will contribute to effective management of plant diseases.
본 연구에서는 생육초기 고추의 한발 스트레스 조건에서 작물 생육에 미치는 영향을 구명하기 위해 엽록소 이미지형 광분석을 이용하여 엽록소 형광 매개변수를 비교분석 하였다. 비록 통계적 유의성이 인정되지는 않았지만 전체 잎의 이미지에 나타나는 형광매개변수들의 평균값은 감소하는 경향이었다. 가변형광값에대한 최대형광값의 비는 변동이 없는 반면, 광계II의 정류상태에서의 양자수득율 및 형광감쇄율은 다소 감소하였다. 이러한 현상은 퀴논 A 단백질로부터 퀴논 B 단백질로의 전자전달의 감소를 의미하였다. 잎의 중앙부위와 엽병부근에서의 비광학적 소광 및 가변형광의 비광학적 소광 상수는 한발스트레스 4일 후 유의성있게 증가하였다. 즉 생리적 스트레스 매개변수로 활용이 가능하였다. 광계II에서의 정류상태 양자수득율의 감소는 고추잎의 모든 부위에서 공통적으로 유의성있게 측정되었다. 결론적으로 ${\Phi}PSII$ ($QY_{_-LSS}$), $NPQ_{_-LSS}$, qN 등의 엽록소형광 매개변수들은 고추의 한발스트레스를 판단할 수 있는 생리적 지표로 활용 가능한 것으로 유의성이 인정되었다.
Lim, Hyemin;Kang, Jun Won;Lee, Solji;Lee, Hyunseok;Lee, Wi Young
Plant Breeding and Biotechnology
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제5권4호
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pp.363-370
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2017
In this study, Quercus acutissima seedlings were subjected to drought for 30 days then analyzed to determine their response to water deficit. The growth phenotype, chlorophyll fluorescence response, fresh weight, dry weight, photosynthetic pigment levels, soluble sugar content, and malondialdehyde (MDA) were measured to evaluate the effects of drought on plant growth and physiology. The growth phenotype was observed by infrared (IR) digital thermal imaging after 30 days of drought treatment. The maximum, average, and minimum temperatures of drought-treated plant leaves were $1-2^{\circ}C$ higher than those of the control. In contrast, the fresh and dry weights of the dehydrated leaves were generally lower than those of the control. There were no significant differences between treatments in terms of chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll, and carotenoid levels. Nevertheless, for the drought treatment, the $F_v/F_m$ and $F_v/F_o$ ratios (chlorophyll fluorescence response) were lower than those for the control. Therefore, photosynthetic activity was lower in the dehydrated plants than the control. The drought-stressed Q. acutissima S0536 had lower soluble sugar (glucose and fructose) and higher MDA levels than the controls. These findings may explain the early growth and physiological responses of Q. acutissima to dehydration and facilitate the selection of drought-resistant tree families.
BACKGROUND: Fresh weight is one of the major quality measurement factors in determining the quality of fresh fruits. A practical method has been developed for rapid and non-destructive measurement using the Chlorophyll Fluorescence Image (CFI) technique to estimate changes in fresh weight of post-harvest products. METHODS AND RESULTS: Kiwifruit (Actinidia deliciosa) was used and measured for the fresh weight and CFI under different temperature conditions at 0, 10, and 20℃, from 0 to 21 days after storage (DAS). We observed the fresh weight of kiwifruit and measured the surface image for determining Fv/Fm value in terms of maximum quantum yield on each day. To estimate freshness of kiwifruit we applied linear regression between the measured fruit weights and Fv/Fm values. Results showed that fruit weights were reduced by 4% at 0℃, 6% at 10℃, and 14% at 20℃ for 21 days, respectively. And also, the value of Fv/Fm was shown as decreasing trend at all temperature conditions, especially at 20 ℃. Fv/Fm values showed highly significant correlation (R2>0.9) with fresh weight of kiwifruit at all different storage temperatures. CONCLUSION: Thus, CFI technique can be useful to estimate the fresh weight of kiwifruit.
Imaging-PAM fluorometry was used to assess the chlorophyll a fluorescence parameter ${\Phi}_{PSII}$ (effective quantum yield) in Frcus vesiculosus. F. disttchus. ssp. distichus and AscophyIIum nodosum. The objective was to show variadon in fluorescence yield associated with age and frond organ, and to illustrate the spatial scales at which photosynthetic parameters vary on fucoid thalli. In addition, our species represented taxa in different but related genera, species with different ecoloeies (rock pool and non rock pool species), morphologies (with and without air bladders) and longevities (several to 20 or more years). A further objective was to determine the extent to which photosynthetic parameters reflected these differences- Effective quantum yield declined substantially with age in F. vesiculosus and F. distichus ssp. distichus, whereas ${\Phi}_{PSII}$ in A. nodosum was maximal after three years. In A. nodosum ${\Phi}_{PSII}$ was still high in branch segments at least seven years old. Older branches of A. nodosum showed relatively higher and more homogeneous photosynthetic capacity relative to Fucus species. Surfaces of air bladders in A. nodosum and F. vesicu- losus had ${\Phi}_{PSII}$ that was not significantly different from the highest rates, achieved in these species. The heterogene- ity of photosynthetic efficiency is consistent with morphological and developmental differences among the species and their ecology. in particular the longevity of A. nodosum fronds.
Du, Guo Ying;Oak, Jung-Hyun;Li, Hongbo;Chung, Ik-Kyo
ALGAE
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제25권3호
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pp.133-140
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2010
Using chlorophyll fluorescence, the vertical migration of benthic diatoms responding to light intensity and affected by sediment grain size was studied. Minimal fluorescence ($F_o$) of surface sediment was measured by imaging pulse amplitude modulated (Imaging-PAM) fluorometer, and used to monitor diatom biomass variation in surface sediments. The test diatoms, Amphora coffeaeformis (C. Agardh) K$\ddot{u}$tzing and Cylindrotheca closterium (Ehrenberg) Reimann & Lewin, migrated to the sediment surface under irradiance from 50 to 500 ${\mu}mol$ photons $m^{-2}s^{-1}$. However, the diatoms exhibited no evident increase of surface biomass under dark conditions, and even showed slightly decrease of surface biomass under irradiances over 1,000 ${\mu}mol$ photons $m^{-2}s^{-1}$. The light intensity inducing the maximum surface migration of A. coffeaeformis was 100 ${\mu}mol$ photons $m^{-2}s^{-1}$, while the light intensity producing the same effect for C. closterium was 250 ${\mu}mol$ photons $m^{-2}s^{-1}$. C. closterium showed higher motility than A. coffeaeformis. Faster diatom surfacing was observed in larger grain size sediments (125-335 ${\mu}m$) than smaller ones (63-125 ${\mu}m$). This study confirmed the significant influence of light as a main triggering factor behind migration, indicated the distinct effect of different sediment grain size, and highlighted the species-specific migratory ability.
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