• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 춘계학술대회
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• pp.478-481
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• 2006

Energy is vital to global prosperity, yet dependence on fossil fuels as our primary energy source contributes to global climate change environmental degradation, and health problems. Hydrogen $(H_2)$ offers tremendous potential as a clean renewable energy currency. Hydrogen has the highest gravimetric energy density of any known fuel and is compatible with electrochemical and combustion processes for energy conversion without producing carbon-based emission that contribute to environmental pollution and climate change. Numerous methodologies have been developed for effective hydrogen production. Among them, the biological hydrogen production has gained attention, because hydrogen can be produced by cellular metabolismunder the presence of water and sunlight. The green alga Chlamydomonas reinhardtii is capable of sustained $H_2$ photoproduction when grown under sulfur deprived condition. Under sulfur deprived conditions, PSII and photosynthetic $O_2$ evolution are inactivated, resulting in shift from aerobic to anaerobic condition in the culture. After anaerobiosis, sulfur deprived algal cells induce a reversible hydrogenase and start to evolve $H_2$ gas in the light. According to above principle, we investigated the effect of induction parameters such as cell age, cell density. light intensity, and sulfate concentration under sulfur deprived condition We also developed continuous hydrogen production system by sulfate re-addition under sulfur deprived condition.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제17권3호
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• pp.286-292
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• 2006

Chlamydomonas reinhardtii is a green algae that can use light energy and water to produce hydrogen under anaerobic condition. This work reports the effect of limiting factors on hydrogen production in sulfur deprived anaerobic C. reinhardtii culture. In order to confirm the relationship between hydrogen production and limiting factors such as residual PSII activity and endogenic substrate degradation, the increase in chlorophyll concentration and the decrease in starch concentration was investigated during sulfur deprivation. The overall hydrogen production increased depending on cell density in range of $0.4{\sim}0.96\;g$ DCW/l. At this time, the increase in chlorophyll concentration during 24 h after sulfur deprivation increased in proportion to hydrogen production, however, the decrease in starch concentration was not proportional to that. Therefore, hydrogen production under sulfur deprivation using green alga was closely associated with the residual PSII activity than the endogenic substrate degradation.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제15권1호
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• pp.131-135
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• 2005

Under sulfur deprived conditions, PS II and photosynthetic $O_2$ evolution by Chlamydomonas reinhardtii UTEX 90 are inactivated, resulting in shift from aerobic to anaerobic condition. This is followed by hydrogen production catalyzed by hydrogenase. We hypothesized that the photosynthetic capacity and the accumulation of endogenous substrates such as starch for hydrogen production might be different according to cell age. Accordingly, we investigated (a) the relationships between hydrogen production, induction time of sulfur deprivation, increase of chlorophyll after sulfur deprivation, and residual PS II activity, and (b) the effect of initial cell density upon sulfur deprivation. The maximum production volume of hydrogen was 151 ml $H_2$/l with 0.91 g/l of cell density in the late-exponential phase. We suggest that the effects of induction time and initial cell density at sulfur deprivation on hydrogen production, up to an optimal concentration, are due to an increase of chlorophyll under sulfur deprivation.

• 한국초지조사료학회지
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• 제29권2호
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• pp.103-110
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• 2009

유채(Brassica napus L.)에서 황 결핍이 $NO_3^-$ 흡수와 동화에 대한 영향을 알아보고자 $SO_4^{2-}$ 농도를 세가지 수준(1 mM $SO_4^{2-}$, 대조구; 0.1mM $SO_4^{2-}$, 결핍; 0 mM $SO_4^{2-}$, 무공급)으로 25시간 처리한 후 $NO_3^-$ 흡수량, 식물조직내의 nitrate reductase (NR) 및 glutamine syntheetase (GS) 활성을 분석하였다. 25시간 처리과정에서 황결핍 조건하에서의 $NO_3^-$의 흡수는 대조구와 큰 차이를 나타내지 않은 반면, 황 무공급구에서는 $NO_3^-$의 흡수는 유의적으로 감소하였다. NR 활성은 잎과 뿌리 조직에서 공히 $SO_4^{2-}$ 농도가 감소됨에 따라 감소하였다. 특히 어린잎과 중간 잎의 황 결핍 처리구에서 각각 35% 및 황 무공급구에서 70%의 뚜렸한 감소를 보였다. 뿌리에서는 오직 황 무공급구에서 유의적인 감소 (-29%)를 보였다. $SO_4^{2-}$ 농도에 따른 잎 조직에서 GS 활성은 잎의 성숙 정도에 따라 차이를 보였으며, 전반적으로 황 결핍과 황 무공급구에서 감소하는 경향을 보였다. 뿌리조직에서 GS 활성은 황 무공급구에서만 유의적인 감소를 보였다. 이러한 결과들은 황 공급이 제한을 받는 조건에서 질산염의 흡수가 감소되며, 식물조직체내의 질산염환원과 아미노산 합성관련 효소의 활성이 제한을 받았다는 것을 보여준다.

• KSBB Journal
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• 제20권6호
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• pp.453-457
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• 2005

우리는 황결핍 환경에서 C. reinhardtii에 의한 수소생산성을 증진시키기 위해 황성분의 농도가 수소생산에 미치는 영향을 조사하였고, 그 결과를 이용하여 황 재첨가에 의한 연속적인 수소생산을 수행하였다. $MgSO_4$ 용액을 농도별(0, 15, 30, 60, 120 ${\mu}M$)로 희석하여 황결핍 초기에 첨가하였을 때, 최적 황농도는 $30{\mu}M$로서 236 mL $H_2/L$ culture를 생산하였다. 황결핍 시 황성분의 첨가는 PSII 활성화에 기여하여 hydrogenase가 수소합성에 이용할 수 있는 전자를 다량 발생시키기 때문이다. 그러나 초기에 첨가해 준 황농도가 너무 높으면, 황결핍 시간이 지연($MgSO_4\;60{\mu}M$의 경우) 되거나 황결핍이 일어나지 않기($MgSO_4\;120{\mu}M$의 경우) 때문에 hydrogenase가 유도되지 않는다. 따라서 수소생산량이 다른 농도에 비해 감소하거나 수소가 전혀 생산되지 않았다. 연속적인 수소생산을 위한 황성분 재첨가는 총 4회 수행되었고, 발생된 총 수소생산량은 625 m/L $H_2/L$ culture였다. 그러나 황성분을 재첨가해 줄 때마다 수소생산량은 점차 감소되었다. 이것은 황결핍 조건에서 단일항 산소에 의한 chlorophyll 파괴 및 세포 수의 감소, 또한 배양액 내의 pH의 증가 때문에 수소생산이 감소된 것으로 사료된다. 따라서 황결핍 조건에서 조류를 이용한 연속적인 수소생산 공정을 개발하기 위해서 황성분 첨가시기를 조절하여 세포의 사멸을 방지하고, 배양액내 pH 조절을 위한 다양한 buffer 첨가 실험 등 수소생산성을 지속적으로 유지할 수 있는 다양한 연구가 필요하다.

• 한국초지조사료학회지
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• 제29권2호
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• pp.95-102
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• 2009

유채(Brassica napus L.)에서 외생적 황 공급이 $SO_4^{2-}$ 흡수와 동화에 대한 영향을 알아보고자 $SO_4^{2-}$ 농도를 세가지 수준(1 mM $SO_4^{2-}$, 대조구; 0.1mM $SO_4^{2-}$, 결핍; 0 mM $SO_4^{2-}$, 무공급)으로 25시간 처리한 후 식물조직내에서의 $SO_4^{2-}$ 농도, ATP sulfurylase와 APS reductase 활성을 측정하였다. $SO_4^{2-}$의 흡수와 식물조직내에서의 $SO_4^{2-}$의 농도는 결핍과 무공급 조건하에서 현저하게 감소하였다. ATP sulfurylase 활성은 외부 황 공급의 감소에 따라 증가한 반면 APS reductase 활성은 감소하였다. 황 무공급에 따른 이 두 효소 활력의 유의적인 차이는 어린잎과 중간잎에서만 고찰되었다. 이러한 결과는 한정된 황 조건하에서 특히 어린잎에서 $SO_4^{2-}$ 동화는 더욱 민감하게 반응한다는 것을 제시한다.