Maeda, Isamu;Sakurai, Hirokazu;Yoshida, Kazuyuki;Siddiki, Mohammad Shohel Rana;Shimizu, Tokuo;Fukami, Motohiro;Ueda, Shunsaku
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.21
no.12
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pp.1306-1311
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2011
Recombinant Rhodopseudomonas palustris, harboring the carotenoid-metabolizing gene crtI (CrtIBS), and whose color changes from greenish yellow to red in response to inorganic As(III), was cultured in transparent microplate wells illuminated with a light emitting diode (LED) array. The cells were seen to grow better under near-infrared light, when compared with cells illuminated with blue or green LEDs. The absorbance ratio of 525 to 425 nm after cultivation for 24 h, which reflects red carotenoid accumulation, increased with an increase in As(III) concentrations. The detection limit of cultures illuminated with near-infrared LED was 5 ${\mu}g$/l, which was equivalent to that of cultures in test tubes illuminated with an incandescent lamp. A near-infrared LED array, in combination with a microplate, enabled the simultaneous handling of multiple cultures, including CrtIBS and a control strain, for normalization by the illumination of those with equal photon flux densities. Thus, the introduction of a near-infrared LED array to the assay is advantageous for the monitoring of arsenic in natural water samples that may contain a number of unknown factors and, therefore, need normalization of the reporter event.
This study was performed to investigate the seed morphological characteristics and dormancy type of Adenophora triphylla var. japonica Hara that high valued medicinal crop and to select the disinfectants and light quality for germination rate improvement. The seed disinfection was carried out using distilled water (control), NaClO 4%, $H_2O_2$ 4%, and benomyl $500mg{\cdot}L^{-1}$. The light quality treatments were set to dark condition (control I), fluorescent lamp (control II), LEDs [red, blue, green, and combined RB LEDs (red:blue = 8:2, 6:4, 4:6, 2:8)] with a photoperiod of 12/12 (light/dark) and light intensity $150{\pm}10{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ photosynthetic photon flux density. Although the Adenophora triphylla var. japonica Hara seed was an underdeveloped embryo (E) and seed (S) with an embryo (E):seed (S) ratio of 0.4, it is germinated within 30 days, and seed moisture saturation was reached within 6 hours after immersion. After seed disinfection, the mold incidence rate was significantly inhibited, and the final germination rate was the highest at 87% in the benomyl seed disinfection. The final germination rate was the highest at 92% in the red light, and the mean daily germination was the lowest in the R2B8. Therefore, there is almost no dormancy in the Adenophora triphylla var. japonica Hara seed, and benomyl seed disinfectant and red light were effective in the improvement of germination rate. So it is considered to the high value of use for medicinal crop Adenophora triphylla var. japonica Hara cultivation.
Plant factory has drawn attention in many countries in the world due to capability of environmental control not only for better yield and quality, but also for increase in functional and medicinal components of the products. In this paper, an experimental plant factory was constructed for various tests under different environmental conditions, and the operations were evaluated. A production room was constructed with adiabatic materials with dimensions of $6,900{\times}3,000{\times}2,500$ mm ($L{\times}W{\times}H$). Four sets of $2,890{\times}600{\times}2,320$ mm ($L{\times}W{\times}H$) production frame unit, each with 9 light-installed beds and an aeroponic fertigation system, resulting in 36 beds, were prepared. Accuracy and response were evaluated for each environmental control component with and without crops. Air temperature, humidity, $CO_2$ concentration, light intensity, frequency, and duty ratio, fertigation rate and scheduling were controllable from a main control computer through wireless communication devices. When the plant factory was operated without crop condition, the response times were 8 minutes for change in temperature from 20 to $15^{\circ}C$ and 20 minutes from 15 to $20^{\circ}C$; 7 minutes for change in humidity from 40 to 65%; and 4 minutes for change in $CO_2$ concentration from 450 to 1000 ppm. When operated for 24 hours with crop cultivation; average, maximum, and minimum values of temperatures were 20.06, 20.8, and $18.8^{\circ}C$; humidity were 66.72, 69.37, and 63.73%; $CO_2$ concentrations were 1017, 1168, and 911 ppm, respectively. Photosynthetic Photon Flux Density was increased as the distance from the light source decreased, but variability was greater at shorter distances. Results of the study would provide useful information for efficient application of the plant factory and to investigate the optimum environment for crop growth through various experiments.
We present a design and optical simulation of a cost-effective hybrid daylighting/LED system composed of mixing sunlight and light-emitting diode (LED) illumination powered by renewable solar energy for indoor lighting. In this approach, the sunlight collected by the concentrator is split into visible and non-visible rays by a beam splitter. The proposed sunlight collector consists of a Fresnel lens array. The non-visible rays are absorbed by the solar photovoltaic devices to provide electrical power for the LEDs. The visible rays passing through the beam splitters are coupled to a stepped thickness waveguide (STW) by tilted mirrors and confined by total internal reflection (TIR). LEDs are integrated at the end of the STW to improve the lighting quality. LEDs’ light and sunlight are mixed in the waveguide and they are coupled into an optical fiber bundle for indoor illumination. An optical sensor and lighting control system are used to control the LED light flow to ensure that the total output flux for indoor lighting is a fixed value when the sunlight is inadequate. The daylighting capacity was modeled and simulated with a commercial ray tracing software (LighttoolsTM). Results show that the system can achieve 63.8% optical efficiency at geometrical concentration ratio of 630. A required accuracy of sun tracking system achieved more than ±0.5o . Therefore, our results provide an important breakthrough for the commercialization of large scale optical fiber daylighting systems that are faced with challenges related to high costs.
To produce uniform seedlings of tomato and cucumber with inexpensive way, their seedling quality by different light sources was investigated. The raising of seedling was performed by red LED (light emitting diodes), blue LED, red-blue mixed LED or fluorescent light with a fixed PPF(photosynthetic proton flux) level, about $40{\sim}60{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}sec^{-1}$. In the both tomato and cucumber, the rapid extension of hypocotyledonary axis was observed in Blue LED than fluorescent light, but opposite result was found in Red and mixed LED. During the nursery period of tomato and cucumber, the fresh weight was the highest in Red LED as 74% increasement in tomato and 74% in cucumber. In the case of seedling quality after the tomato nursery, there was no difference in the positions of 1st flower cluster and the number of bearing-flower per flower cluster by each light source. In case of cucumber, until 20th node, the setting ratio of female flower was higher in LED than fluorescent treatment, and also more healthy fruit setting was found in LED. Therefore, we assume that the Red or mixed (Red 2 + Blue 1) LED is more favorable to produce high quality tomato and cucumber seedlings in closed nursery facility.
Chlorophyll fluorescence, chlorophyll content, graft-taking and growth of grafted cucumber seedlings as affected by photosynthetic photon flux (PPF) of LED lamps were analyzed in this study. Four PPF levels, namely 25, 50, 100, $150{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ were provided to investigate the effect of light intensity on the chlorophyll fluorescence, chlorophyll content, graft-taking and growth of grafted cucumber seedlings. Air temperature, relative humidity, and photoperiod for graft-taking were maintained at $25^{\circ}C$, 90%, $16h{\cdot}d^{-1}$, respectively. Maximum quantum yield (Fv/Fm) of rootstock as affected by PPF was found to be 0.84-0.85 and there was no significant change in Fv/Fm. Even though Fv/Fm of scion measured at 2 days after grafting was lowered to 0.81-0.82, after then it gradually increased with increasing PPF. At 4 days after grafting, the chlorophyll content extracted from scion increased with increasing PPF. Graft-taking ratio of grafted cucumber seedlings was 90-95% as PPF was ranged from $25{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ to $100{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$. However, the graft-taking ratio of grafted seedlings healed under PPF of $150{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ was decreased to 80%. Maximum PPF measured required for smooth joining of rootstock and scion was assumed to be $100{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$. At healing stage of grafted cucumber seedlings, Fv/Fm of scion decreased and at least two days after grafting were required for rooting of grafted seedlings. Chlorophyll fluorescence response of rootstock and scion was linked to light irradiation. Therefore, it was concluded that physical environment including light and humidity during healing process of grafted seedlings should be controlled more precisely to facilitate root formation and to prevent scion from lowering Fv/Fm. Further studies are required to investigate the effects of root development and joining of vascular bundles of grafted seedlings on the chlorophyll content of scion.
Kim, Youn-J.;Choi, Yoon-S.;Choi, In-S.;Han, Jeon-G.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2010.08a
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pp.306-306
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2010
A high density (> $10^{11}\;cm^{-3}$) and low electron temperature (< 2 eV) plasma is produced by using a conventional HF (13.56 MHz) plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) with an additional ultra high frequency (UHF, 314 MHz) plasma source utilizing two parallel antenna assembly. It is applied for the high rate synthesis of high quality nanocrystalline silicon (nc-Si) films. A high deposition rate of 1.8 nm/s is achieved with a high crystallinity (< 70%), a low spin density (< $3{\times}10^{16}\;cm^{-3}$) and a high light soaking stability (< 1.5). Optical emission spectroscopy measurements reveal emission intensity of $Si^*$ and $SiH^*$, intensity ratio of $H{\alpha}/Si^*$ and $H{\alpha}/SiH^*$ which are closely related to film deposition rate and film crystallinity, respectively. A high flux of precursor and atomic hydrogen which are produced by an additional high excitation frequency is effective for the fast deposition of highly crystallized nc-Si films without additional defects.
KSLV-I KM plume including alumina particle has been studied using the continuum solver. Alumina particles are assumed to have 7 different diameters, and the specific ratio of the plume gas is assumed to be 1.2, with which the internal nozzle flow characteristics are similar to those of the chemically equilibrium analysis results. The results showed that the expansion angle of the particles is smaller than that of the gas phase, and that the big sized alumina particles are gathered in the plume core and the expansion angles of the big sized particles are smaller than those of the light particles. When the emissivity of the particles are assumed to be 0.1, the radiative heat flux is equivalent to those measured during the flight test of KSLV-I.
Based on the observation that ignoring the angle dependency of multigroup resonance cross sections within a fuel pellet would result in nontrivial underestimation of the spatial self-shielding of flux, a parametrized spectral superhomogenization (SPH) factor library (PSSL) method is developed as a practical means of resolving the problem. Region-wise spectral SPH factors are calculated by the normal and transport corrected SPH iterations after ultrafine group slowing down calculations over various light water reactor pin-cell configurations. The parametrization is done with fuel temperature, U-238 number density, fuel radius, moderator source represented by ${\Sigma}_{mod}V_{mod}$, and the number density ratio of resonance nuclides to that of U-238 in a form of resonance interference correction factors. The parametrization is successful in that the root mean square errors of the interpolated SPH factors over the fuel regions of various pin-cells are within 0.1%. The improvement in reactivity error of the PSSL method is shown to be superior to that by the original SPH method in that the reactivity bias of -200 pcm to -300 pcm vanishes almost completely. It is demonstrated that the environment effect takes only about 4% in the reactivity improvement so that the pin-cell based PSSL method is effective in the assembly problems.
The object of this study was to develop the control technology of daily integral photosynthetic photon flux (PPF) by the artificial lighting and shading screen in greenhouse. The shading time needed to get the target PPF by using two types of shading screens having shading ratio of 55% and 85% was analyzed. The results showed the shading ratio of screen to be installed in greenhouse should be different depending on the amount of target PPF to be controlled. The PPF control experiment by using the 55% shading screen in July and August showed that the maximum difference between measured and calculated value was about 5 mol$.$$m^{-2}$$.$$d^{-1}$ in no shading condition. This difference is satisfactory result because the daily integral PPF is quite different depending on the weather condition. The simulation result about PPF distribution pattern shortened the time needed to find the proper arrangement of artificial lightings in greenhouse. But the further study was required to find the supplemental lighting arrangement to be able to provide the exactly uniform distribution of target light intensity. The supplemental irradiation time needed to acquire the target daily integral PPF for different supplemental light intensities, weather conditions, and months was analyzed. The result showed that the supplemental light intensity should be decided depending on the amount of target PPF to be controlled. The result of PPF control experiment conducted by using 55% shading screen and 300 $\mu$mol$.$$m^{-2}$$.$$s^{-1}$ supplemental light intensity from the end of May to the beginning of June showed that the maximum difference between target and measured value was about 3 mol$.$$d^{-1}$$.$$m^{-2}$ . If we consider that the difference of the daily integral PPF depending on weather condition was the maximum 30 mol$.$$m^{-2}$$.$$d^{-l}$, the control effect was acceptable. Although the result of this study was the PPF control technology to grow lettuce, the data and control method obtained could be employed for other crop production.n.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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