A proper level of UV-A light treatment in terms of intensity, spectrum, and exposure duration is known to have a positive impact on plant growth, photosynthesis, and the biosynthesis of secondary metabolites. However, there are few studies investigating the physiological responses of spinach (Spinacia oleracea L.) to UV radiation. Hence, this study aimed to assess the effects of short-term UV-A radiation on the growth and bioactive compounds of spinach. Spinach seedlings were cultivated in a vertical farm module under the following environmental conditions: photosynthetic photon flux density 200 µmol·m-2·s-1, white LED, 12 h on/off, 20℃ air temperature, 70% relative humidity, and 500 µmol·mol-1 CO2 concentration. After 5 weeks of sowing, the seedlings were subjected to continuous UV-A (peak wavelength; 385 nm) irradiation at two different energy levels: 20 W·m-2 and 40 W·m-2 for 7 days. As a result, the UV-A20W treatment increased the shoot fresh and dry weights of spinach. However, there were no significant differences observed in photosynthetic parameters between the UV-A treatments and the control. The maximum quantum efficiency of photosystem II (Fv/Fm) consistently decreased across all UV-A treatments for 7 days in UV-A treatments. Additionally, the total phenolic content and antioxidant capacity increased in the UV-A20W treatment at 7 days of treatment as well as the total flavonoid content significantly increased at 5 and 7 days of treatment. These findings suggest that supplemental UV-A LED radiation can enhance the growth and quality of spinach cultivated in closed type plant production systems such as vertical farms.
To prevent freezing of the road by fallen snow, Calcium chloride($CaCl_2$) as a deicer is used to very often and it can be harmful to roadside trees. This study was conducted to investigate the effects of Calcium chloride($CaCl_2$) as a deicer on growth and physiological traits of Acer triflorum according to different concentration of $CaCl_2$. We measured growth, chlorophyll contents, gas exchangement characteristics, chlorophyll fluorescence and mineral nutrition concentration in plant and soil. The experimental group was composed of four treatments including 0mM(control), 9mM(0.5 %), 18mM(1.0 %), 54mM(3.0 %). Before germinating new shoot, the dissolution of $CaCl_2$ was irrigated twice interval of a week. At 30 days after treatment, all treatments decreased total cholorophyll content, photosynthetic rate, transpiration rate, stomatal conductance and photochemical efficiency($F_v/F_m$) with increasing concentration of $CaCl_2$ and especially, they significantly reduced in 3.0 % treatment. In contrast, chlorophyll a/b ratio increased with an increase of $CaCl_2$ concentration and water use efficiency increased in 1.0 % and 3.0 % treatments. At 50 days after treatment, all treatments were decreased in chl a, chl b, total chlorophyll content, carotenoid content, photosynthetic capacity, photochemical efficiency($F_v/F_m$) and quantum yield of photosystem II(${\Phi}_{PSII}$) compared with control and 3.0 % treatments were withered. $Ca^{2+}$ and $Cl^-$ were accumulated in leaves and soil, which inhibited water absorption and electron transport and it caused the reduction of height growth rate more than 50 %. Although there was a little difference according to time and $CaCl_2$ concentration, all treatments decreased in growth rate and physiological activity slowed down. As time passed, these results got worse. Therefore we need to take a measure earlier in order to minimize damage of trees.
Rapeseed meal, which is a byproduct of rapeseed oil extraction, improves crop productivity by supplying nutrients to the soil. The present study aimed to manufacture fermented rapeseed meal compost using two effective microbial agents and evaluate their efficiency as fertilizer. To types of fermented rapeseed meal, manufactured using either a bio-carrier or microbial agent, showed no differences in pH, electrical conductivity (EC), and total nitrogen content. However, the contents of $NH_4-N$ and $NO_3-N$ as inorganic nitrogen were increased by 5.6 times and 1.5 times, respectively, after 5 d of fermentation. Rapeseed meal fermented for 5 d was applied to tomato a basal fertilizer and after eight weeks, the plant height increased in all fermented rapeseed treatments compared to that in the chemical fertilizer treatment, and also the quantum yield of photosystem II (PS II) showed the same trend. The total nitrogen content of tomato leaves treated with a microbial fermented rapeseed meal was twice as high as that of that treated with a chemical fertilizer. It was confirmed that the increase in the tomato height was an effect of the rapeseed meal containing inorganic nitrogen, which can easily be absorbed by plants. From these results, it is considered that fermented rapeseed meal manufactured with an effective microbial agent for 5 d showed the highest inorganic nutrient content and greatest growth enhancement in tomato.
Park, Won;Chung, Mi Nam;Nam, Sang-Sik;Kim, Tae Hwa;Lee, Hyeong-Un;Goh, San;Lee, Im Been;Shin, Woon-Cheol
KOREAN JOURNAL OF CROP SCIENCE
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v.66
no.2
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pp.146-154
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2021
This study was conducted to determine the degree of reduction in the yield of sweetpotato subjected to different shading treatments according to the growing season of the typical viscous sweetpotato 'Hogammi' and the powdery sweetpotato 'Jinyulmi'. Shading was provided using commercially available shading nets (55% and 75% shading level), and the treatments were applied at the following stages of storage root growth: SFS: the storage root formation stage (planting-50th day), SSS: the storage root swelling stage (50-90th day), and SAS: the storage root actively swelling Stage (90-120th day). The growth characteristics according to shading treatments during each growth period, the number of tubers obtained at harvest, and sugar contents were investigated. For both assessed cultivars, there was no significant difference between the control group and the 55% shading treated group with respect to the maximum quantum yield (Fv/Fm) of photosystem II under different shading treatments, whereas the 75% shading group showed slightly higher values than the control group. In both cultivars, the contents of chlorophyll a and b tended to increase in plants subjected to shading treatments compared with the control plants, particularly that of chlorophyll b. Compared with the control group, the chlorophyll b content of 'Hogammi' subjected to 55% and 75% shading increased by 47% and 41%, respectively, whereas that of 'Jinyulmi' increased by 39% and 34%, respectively. We also detected reductions in the dry weights of the above- and belowground parts of the two varieties in response to shading compared with the control, with the reduction in the dry weight of belowground parts being significant. Furthermore, in both varieties, the T/R rate tended to increase in response to shading treatment. Owing to the lack of sunlight, both cultivars tended to suppress the formation and enlargement of tuber roots. Consequently, post-harvest yield analysis revealed that under shading treatments, both cultivars were characterized by poor tuber root growth according to growing season, with the yield of 'Hogammi' showing a greater reduction compared with that of 'Jinyulmi'. In addition, we found that the higher shading level also significantly reduced yields. Compared with the storage root formation and storage root actively swelling stages, shading treatments during the storage root swelling stage significantly affected yield reduction in both varieties.
This study was conducted to find out the influence of drought stress on physiological responses of Synurus deltoides. Drought stress was induced by withholding water for 25 days. Leaf water potentials were decreased of both predawn (${\Psi}_{pd}$) and mid-day (${\Psi}_{mid}$) with increasing drought stress, but water saturation dificit (WSD) was 7 times increased. ${\Psi}_{pd}-{\Psi}_{mid}$ showed the significant difference of 0.22~0.18 MPa in stressed before 10 days, and nonsignificant as treatment time became longer. A strong reduction of stomatal conductance ($gH_2O$) and stomatal transpiration rate (E) were observed after 15 days of drought stress Significant reductions of net apparent quantum yield (${\Phi}$) and maximum photosynthesis rate ($Pn_{max}$) were observed after 20 days of drought stress; However, water use efficiency (WUE) was shown the opposite trend. This implies that decrease of photosynthesis rate may be due to an inability to regulate water and $CO_2$ exchanged through the stomata. From JIP analysis, flux ratios (${\Psi}_O$ and ${\Phi}_{EO}$) and performance index on absorption basis ($PI_{ABS}$) were dramatically decreased withholding water after 15 days, which reflects the relative reduction of photosystem II activity. The leaf of S. deltoides showed osmotic adjustment of -0.35 MPa at full turgor and -0.40 MPa at zero turgor, and also cell-wall elastic adjustment of 9.4 MPa, indicating that S. deltoides tolerate drought stress through osmotic adjustment and cell-wall elastic adjustment. The degree of change in water relations parameters such as Vo/DW, Vt/DW decreased with increasing drought stress. This result showed that S. deltoides was exhibited a strong reduction of photosynthetic activity to approximately -0.93 MPa of predawn leaf water potential, and both of osmotic adjustment and cell-wall elastic adjustment in drought stress condition appears to be an important adaptation for restoration in this species.
Plastichouse cultivation for crops and vegetables in the winter has been widely popularized in Korea. In the vinylhouse Ultraviolet B penetration is lower than in the field, and so some problems, as plant overgrowth and outbreak of disease, occurred frequently. The effect of artificial supplement ultraviolet B $(UV-B:280{\sim}320nm)$ radiation on the physiological responses and yield of perilla (perilla frutescens) was investigated UV-B ray was radiated on perilla with the 10th leaf stage at the distance of 90, 120 and 150 cm from the plant canopy for 30 days after planting in the vinylhouse. The production of fresh perilla leaves was high in the order of plastic house, ambient+50% of supplemental UV-B, ambient ambient+100% of supplemental UV-B. Enhanced UV-B radiation affected the intensity of thirty-three proteins in 2-dimensional electrophoretic analysis of proteins and ten proteins out of them seemed to be responsive to UV-B : a protein was, ATP synthase CF1 alpha chain, down regulated and nine proteins (Chlorophyll a/b bindng protein type I, Chlorophyll a/b binding protein type II precursor, Photosystem I P700 chlorophyll a apoprotein A2, DNA recombination and repair protein recF, Galactinol synthase, S-adenosyl-L-methionine, Heat shock protein 21, Calcium-dependent protein kinase(CDPK)-like, Catalase) were up-regulated.
Jee, Moo Geun;Hong, Young Ki;Kim, Sun Ick;Park, Yong Chan;Lee, Ka Soon;Jang, Won Suk;Kwon, A Reum;Seong, Bong Jae;Kim, Me-Sun;Cho, Yong-Gu
Journal of Plant Biotechnology
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v.49
no.3
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pp.240-249
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2022
Measuring chlorophyll fluorescence (CF) is a useful tool for assessing a plant's ability to tolerate abiotic stresses such as drought, waterlogging and high temperature. Korean ginseng is highly sensitive to water stress in paddy fields. To evaluate the possibility of non-destructively diagnosing waterlogging stress using chlorophyll fluorescence (CF) imaging techniques, we screened 57 ginseng accessions for waterlogging tolerance. To evaluate waterlogging tolerance among the 2-year-old Korean ginseng accessions, we treated ginseng plants with water stress for 25 days. The physiological disorder rate was characterized through visual assessment (an assigned score of 0-5). The physiological disorder rates of Geumjin, Geumsun and GS00-58 were lower than that of other accessions. In contrast, lines GS97-62, GS97-69 and GS98-1-5 were deemed susceptible. Root traits, chlorophyll content and the reduction rates decreased in most ginseng accessions. Further, these metrics were significantly lower in susceptible genotypes compared to resistant ones. All CF parameters showed a positive or negative response to waterlogging stress, and this response continuously increased over the treatment time among the genotypes. The CF parameter Fv/Fm was used to screen the 57 accessions, and the results showed clear differences in Fv/Fm between the susceptible and resistant genotypes. Susceptible genotypes had an especially low Fv/Fm value of less than 0.8, reflecting damage to the reaction center of photosystem II. It is concluded that Fv/Fm can be used as a CF parameter index for screening waterlogging stress tolerance in ginseng genotypes.
Ultra-violet (UV) light is one of abiotic stress factors and causes oxidative stress in plants, but a suitable level of UV radiation can be used to enhance the phytochemical content of plants. The accumulation of antioxidant phenolic compounds in UV-exposed plants may vary depending on the conditions of plant (species, cultivar, age, etc.) and UV (wavelength, energy, irradiation period, etc.). To date, however, little research has been conducted on how leaf thickness affects the pattern of phytochemical accumulation. In this study, we conducted an experiment to find out how the antioxidant phenolic content of kale (Brassica oleracea var. acephala) leaves with different thicknesses react to UV-A light. Kale seedlings were grown in a controlled growth chamber for four weeks under the following conditions: 20℃ temperature, 60% relative humidity, 12-hour photoperiod, light source (fluorescent lamp), and photosynthetic photon flux density of 121±10 µmol m-2 s-1. The kale plants were then transferred to two chambers with different CO2 concentrations (382±3.2 and 1,027±11.7 µmol mol-1), and grown for 10 days. After then, each group of kale plants were subjected to UV-A LED (275+285 nm at peak wavelength) light of 25.4 W m-2 for 5 days. As a result, when kale plants with thickened leaves from treatment with high CO2 were exposed to UV-A, they had lower UV sensitivity than thinner leaves. The Fv/Fm (maximum quantum yield on photosystem II) in the leaves of kale exposed to UV-A in a low-concentration CO2 environment decreased abruptly and significantly immediately after UV treatment, but not in kale leaves exposed to UV-A in a high-concentration CO2 environment. The accumulation pattern of total phenolic content, antioxidant capacity and individual phenolic compounds varied according to leaf thickness. In conclusion, this experiment suggests that the UV intensity should vary based on the leaf thickness (age etc.) during UV treatment for phytochemical enhancement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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