Plant biomass, photosystem II (PSII) photochemical activity, photosynthetic function, and zinc (Zn) accumulation were investigated in a sorghum-sudangrass hybrid (Sorghum bicolor ${\times}$ S. sudanense) exposed to various Zn concentrations to determine the elimination capacity of Zn from soils. Plant growth and biomass of the sorghum-sudangrass hybrid decreased with increasing Zn concentration. Symptoms of Zn toxicity, i.e., withering and discoloration of old leaves, were found at Zn concentrations over 800 ppm. PSII photochemical activity, as indicated by the values of $F_v/F_m$ and $F_v/F_o$, decreased significantly three days after exposure to Zn concentrations of 800 ppm or more. Photosynthetic $CO_2$ fixation rate (A) was high between Zn concentrations of 100-200 ppm ($22.5{\mu}mol$$CO_2{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$), but it declined as Zn concentration increased. At Zn concentrations of 800 and 1600 ppm, A was 14.1 and $1.8{\mu}mol$$CO_2{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$, respectively. The patterns of stomatal conductance ($g_s$), transpiration rate (E), and water use efficiency (WUE) were all similar to that of photosynthetic $CO_2$ fixation rate, except for dark respiration ($R_d$), which showed an opposite pattern. Zn was accumulated in both above- and below-ground parts of plants, but was more in the below-ground parts. Magnesium (Mg) and iron (Fe) concentrations were significantly low in the leaves of plants, and symptoms of Mg or Fe deficiency, such as a decrease in the SPAD value, were found when plants were treated with Zn concentrations above 800 ppm. These results suggest that the sorghum-sudangrass hybrid is able to accumulate Zn to high level in plant body and eliminate it with its rapid growth and high biomass yield.
O. glaberrima 10계통과 O. sativa 10품종을 공시하여 출수후 1, 3, 5주에 주간의 SPAD치(엽록소함량)와 광합성속도를 측정하였다. O. glaberrima 계통은 출수후 1주에서 3주, 5주까지 SPAD치 및 광합성속도가 급격히 저하하는 경향을 나타내었다. O. sativa 품종은 O. glaberrima 계통보다 저하속도가 적고 특히 출수후 1주에서 출수후 3주까지의 저하가 적었다. O. glaberrima 계통과 O. sativa 품종의 평균치를 비교하면 엽록소함량, 광합성속도 모두 출수후 1주에는 양종간에 유의차가 없었으나 출수후 3주이후 O. glaberrima의 계통이 유의적으로 적었다. SPAD치와 광합성속도의 관계는 O. glaberrima 계통은 출수후 1주와 출수후 3주에, O.sativa 품종은 출수후 1주와 출수후 5주에 유의한 정의 상관관계가 있었다. SPAD치 감소속도와 광합성 감소속도의 관계는 출수후 1주에서 출수후 3주의 기간에는 양종 모두 유의한 정의 상관관계가 있었다. 출수후 3주에서 출수후 3주까지는 O. glaberrima 계통은 유의한 정의 상관이 있었으나 O. sativa 품종은 유의차가 없었다. 이상이 결과 O. glaberrima 계통에서는 엽록소함량의 급격한 저하가 광합성속도 감소에 관여하고 있는 것으로 확인되었으나 O. sativa 품종은 엽록소함량의 저하가 반드시 광합성속도의 저하요인이 아님이 밝혀졌다.
본 연구는 고추냉이 수경재배시 유리온실내 무차광, 10, 30, 70% 차광률이 고추냉이 생육 및 광합성 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 광도가 증가할수록 엽록소 형광특성 ETR은 함께 증가하였으며, 무차광, 10%, 30%차광간의 차이가 없었으나, 70%차광 처리구는 다른 처리구에 비해 현저히 낮게 나타났다. Yield와 qP는 광도 증가와 함께 감소하였으며, 70% 차광 처리구에서 감소폭이 컸다. 광합성과 기공전도도는 10%차광에서 가장 높았으며, 증산율은 무차광 처리구에서 가장 낮게 나타났다. 고추냉이 엽면적과 생장량은 10%차광에서 가장 높았으며, 엽수는 무차광에서 가장 많고 차광률이 증가할수록 감소하였다. 엽장, 엽폭은 무차광, 10-30% 차광간에 유의적인 차이가 없었으나, 엽병장은 무차광에서 유의적으로 감소하였다. 뿌리의 생장은 70% 차광을 제외하고 처리간에 큰 차이가 없었다. 70% 차광에서 고추냉이 잎과 뿌리의 생장이 현저히 감소하였다 고추냉이를 11월에 정식하여 순환식 담액수경 방식으로 5개월간 재배한 결과 시설내의 차광률은 엽중, 엽병중, 엽면적과 광합성 특성 등을 고려할 때 10% 차광($700{\mu}molm^{-2}s^{-1}$)이 잎 생산에 적합하였다.
내음성정도가 서로 다른 두 수종 먼나무와 붓순나무를 대상으로 높은 광도조건인 자연상태와 낮은 광도 조건인 비음 처리구로 나누어, 두 수종간의 적응 반응을 비교하였다. 두 수종의 묘목을 처리구에서 각각 1년간 비음처리하였을 때, 엽록소함량과 광합성계, 엽육세포내 $CO_2$농도, 수분이용효율의 특성을 조사하였다. 엽록소 함량은 두 수종모두 자연조건(full sunlight)일 때, 비음처리구에 비하여 낮은 엽록소 함량들(Chl a, Chl b, Chl a+b)을 나타냈으며, 붓순나무에서 특히 자연조건과 비음 처리구간의 엽록소 함량의 차이가 크게 나타났다. 한편, 중용수인 먼나무는 PPFD $1000\;{\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$ 이상 일 때, 자연조건(full sunlight)에서 높은 광합성율과 높은 수분이용효율을 보였지만, PPFD $1000\;{\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$ 이하에서는 비음처리구에서 자연조건에 비해 더 높은 광합성율과, 수분이용효율을 나타냈다. 이에 반해 붓순나무는 모든 광도에서 비음처리를 하지 않은 묘목이 비음처리를 한 묘목에 비해 낮은 광합성율과 수분이용효율을 나타냈다. 먼나무가 탄력적으로 광도변화에 따라 유동성 있는 반응을 보이는 것에 비해 내음성이 강한 붓순나무는 광환경 변화에 따른 민감성이 낮게 나타나는 것을 알 수 있었다.
Kim, Nag-Jong;Suh, In-Soo;Hur, Byung-Ki;Lee, Choul-Gyun
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제12권6호
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pp.962-971
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2002
The current study proposes a simple monodimensional model to estimate the linear growth rate of photosynthetic microorganisms in flat-plate photobioreactors (FPPBRs) during batch cultivation. As a model microorganism, Chlorella kessleri was cultivated photoautotrophically in FPPBRs using light-emitting diodes (LEDs) as the light sources to provide unidirectional irradiation in the photobioreactors. Various conditions were simulated by adjusting both the intensity of the light and the height of the culture. The validity of the proposed model was examined by comparing the linear growth rates measured with the predicted ones obtained from the proposed model. Accordingly, the value of $\frac{K\cdot\mu m}{\alpha\cdot L}log(I_0\cdot{I_s}^{\varepsilon 1)\cdot {I_c}^{-\varepsilon})$ was proposed as an approximate index for strategies to obtain the maximal lightn yield under light-limiting conditions for high-density algal cultures and as a control parameter to improve the photosynthetic productivity and efficiency.
Leaf water and osmotic potential, chlorophyll content, photosynthetic rate, and electrolyte leakage were measured to evaluate tolerance to water stress in wild-type (WT) and transgenic tobacco plants (TR) expressing copper/zink superoxide dismutase (CuZnSOD) and ascorbate peroxidase (APX) in chloroplasts. Leaf water potential of both WT and TR plants decreased similarly under water stress condition. However, leaf osmotic potential of TR plants more negatively decreased in the process of dehydration, compared with WT plants, suggesting osmotic adjustment. Stomatal conductance (Gs) in WT plants markedly decreased from the Day 4 after withholding water, while that in TR plants retained relatively high values. Relatively low chlorophyll content and photosynthetic rate under water stress were shown in WT plants since $4^{th}$ day after treatment. In particular, damage indicated by electrolyte leakage during water stress was higher in WT plants than in TR plants. On the other hand, SOD and APX activity was remarkably higher in TR plants. These results indicate that transgenic tobacco plants expressing copper/zink superoxide dismutase (CuZnSOD) and ascorbate peroxidase (APX) in chloroplasts improve tolerance to water stress.
We studied the effects of elevated ozone ([$O_3$]) and $CO_2$ concentrations ([$CO_2$]) on the growth and photosynthesis of the hybrid larch $F_1(F_1)$ and on its parents (the Dahurian larch and Japanese larch). $F_1$ is a promising species for timber production in northeast Asia. Seedlings of the three species were grown in 16 open top chambers and were exposed to two levels of $O_3$ (<10 ppb and 60 ppb for 7 h per day) in combination with two levels of $CO_2$ (ambient and 600 ppm for daytime) over an entire growing season. Ozone reduced the growth as measured by height and diameter, and reduced the needle dry mass and net photosynthetic rate of $F_1$, but had almost no effect on the Dahurian larch or Japanese larch. There was a significant increase in whole-plant dry mass induced by elevated [$CO_2$] in $F_1$ but not in the other two species. Photosynthetic acclimation to elevated [$CO_2$] was observed in all species. The net photosynthetic rate measured at the growing [$CO_2$] (i.e. 380 ppm for ambient treatment and 600 ppm for elevated $CO_2$ treatment) was nevertheless greater in the seedlings of all species grown at elevated [$CO_2$]. The high [$CO_2$] partly compensated for the reduction of stem diameter growth of $F_1$ at high [$O_3$]; no similar trend was found in the other growth and photosynthetic parameters, or in the other species.
Kim, Young-Guk;Cho, Young-Son;Seo, Jong-Ho;Kim, Sok-Dong;Shin, Jin-Chul;Park, Ho-Ki
한국작물학회지
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제53권1호
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pp.93-101
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2008
The effects of $CO_2$ enrichment on growth of maize (Zea mays L.) were examined. Parameters analyzed include growth characteristics, yields, photosynthetic rates, evaporation rates and photosynthesis-related characteristics under elevated $CO_2$. The plants were grown in growth chambers with a 12-h photoperiod and a day/night temperature of $28/21^{\circ}C$ at the seedling stage and $30/23^{\circ}C$ from the silking stage. The plants were exposed to two elevated $CO_2$ of 500, 700ppm and ambient levels (350 ppm). Chalok 1 and GCB 70 germinated three days after seeding, and germination rates were faster in the elevated $CO_2$ than the control. Germination rates displayed significant differences among the $CO_2$ treatments. At the seedling stage, leaf area, top dry weight, and photosynthetic rates, and plant height indicated positive relationship with elevated $CO_2$ concentrations. At the $5{\sim}6$ leaf stage, $CO_2$ concentration also indicated positive relationship with plant height, leaf area, top dry weight, and photosynthetic rates. At the silking stage, increased plant height of Chalok 1 was noted in the $CO_2$ treatments compared to the control. No significant differences were noted for GCB 70, in which leaf area decreased but photosynthetic rates increased progressively with $CO_2$ concentration. Stomatal aperture was a little bigger in the elevated $CO_2$ than the control. $CO_2$ concentration was negatively related to stomatal conductance and transpiration rates, resulting in high water use efficiency.
The photosynthetic activities in relation to oxygen evolution rates, quantum yield, CO2 uptake rates and room temperature chlorophyll fluorescence were investigated in cotyledons of cucumber seedlings exposed to low temperature (at 4$^{\circ}C$) for 24 h. Light-chilling caused more inhibition on light-saturated maximum oxygen evolution rates, quantum yield, and CO2 uptake rates than dark-chilling did in the cucumber plant. Light-chilling induced more marked increase in Fo and decrease in (Fv)m/Fm than dark-chilling did in the room temperature chlorophyll induction kinetics. The above results affected by chilling in the light are considered to be associated with the partial damage of the reaction center of PS II and the decreased photosynthetic activities. There occurred a large decrease in qQ with little change in qNP in the light-chilling plant. When light- and dark-chilled plants were recovered at room temperature for 24 h and their chlorophyll fluorescences were induced with light doubling technique, light-chilled plants showed more smaller magnitude and rate of fluorescence relaxation than dark-chilled plants. These suggest that light-chilling might cause some alterations in transthylakoid pH formation, and that photosynthetic apparatus of cucumber cotyledons is more susceptible to light-chilling. In the fast fluorescence induction kinetics, FR was decreased by 60% in the light-chilled plants with reference to $25^{\circ}C$ light-grown plants, while the dark-chilled plants showed a decreased rate of only 20% with reference to $25^{\circ}C$ dark-treated plants for 24 h, indicating that cucumber seedling is very sensitive to chilling stress. So, it is certain that chilling injury to the photosynthetic apparatus is strongly dependent on the presence of light in cucumber seedlings.
한국특산식물 벌개미취의 재배환경에 따른 생리적 반응과 최적 재배조건의 설정을 통해 생산성을 향상하기 위하여 연구를 수행하여 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다. 생육시기별 광합성률은 정식 후부터 급격히 증가하였다가 7월 이후 감소하였으며 정식 2년차에서는 생육 후기로 갈수록 저하되는 경향이었고 광보상점은 생육 초기에 높았다가 후기에 감소하였다. 세포내 CO2 농도가 증가할수록 광합성률은 증가하였으나 일정 수준 이상에서는 정체 혹은 감소하는 경향이었고 생육시기별 CO2 보상점은 5월에 가장 낮았다. 차광처리에서 엽록소 함량은 무처리에 비해 높았으며 잎 형태의 유의한 변화가 관찰되었다. 무차광 또는 50% 차광수준에서 광합성률이 높았다. 토양수분 조건에 따라서 잎의 형태적 변화는 거의 없었으나 엽충실도가 변화하였고 −25 kPa 이상의 토양수분조건에서는 광합성률, 순양자 수율은 증가하였으며 이에 따라 암호흡속도도 증가하였고 수분 이용효율은 감소하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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