• Journal of Applied Biological Chemistry
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• 제51권6호
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• pp.262-271
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• 2008

Natural abundances of stable isotopes of nitrogen and carbon (${\delta}^{15}N$ and ${\delta}^{13}C$) are being widely used to study N and C cycle processes in plant and soil systems. Variations in ${\delta}^{15}N$ of the soil and the plant reflect the potentially variable isotope signature of the external N sources and the isotope fractionation during the N cycle process. $N_2$ fixation and N fertilizer supply the nitrogen, whose ${\delta}^{15}N$ is close to 0%o, whereas the compost as. an organic input generally provides the nitrogen enriched in $^{15}N$ compared to the atmospheric $N_2$. The isotope fractionation during the N cycle process decreases the ${\delta}^{15}N$ of the substrate and increases the ${\delta}^{15}N$ of the product. N transformations such as N mineralization, nitrification, denitrification, assimilation, and the $NH_3$ volatilization have a specific isotope fractionation factor (${\alpha}$) for each N process. Variation in the ${\delta}^{13}C$ of plants reflects the photosynthetic type of plant, which affects the isotope fractionation during photosynthesis. The ${\delta}^{13}C$ of C3 plant is significantly lower than, whereas the ${\delta}^{13}C$ of C4 plant is similar to that of the atmospheric $CO_2$. Variation in the isotope fractionation of carbon and nitrogen can be observed under different environmental conditions. The effect of environmental factors on the stomatal conductance and the carboxylation rate affects the carbon isotope fractionation during photosynthesis. Changes in the environmental factors such as temperature and salt concentration affect the nitrogen isotope fractionation during the N cycle processes; however, the mechanism of variation in the nitrogen isotope fractionation has not been studied as much as that in the carbon isotope fractionation. Isotope fractionation factors of carbon and nitrogen could be the integrated factors for interpreting the effects of the environmental factors on plants and soils.

• 한국산림과학회지
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• 제99권3호
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• pp.353-358
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• 2010

잣나무 목질부의 전질소 함량, 질소 및 탄소 동위원소비와 생장량과의 관계를 구명하고자 목편을 채취, 목질부의 질소 함량, 질소 및 탄소 동위원소비를 측정하여 목편의 연륜 폭과의 관계를 분석하였다. 목편의 연륜 폭과 ${\delta}^{13}C$ 및 전질소 함량과는 각각 p=0.003, p=0.024로 유의적 정의 상관관계가 있었고, 전질소 함량과 ${\delta}^{13}C$값과도 정의 상관관계(p=0.038)가 있어 목질부의 $^{13}C$량이 높고 또한 전질소 함량이 높을수록 잣나무 생장량도 증가하는 것으로 나타났다. 반면 목질부의 ${\delta}^{15}N$값과 C/N율이 낮을수록 연륜 폭이 증가하는 것으로 나타났다. 잣나무 가계간의 비교에서 생장이 우수한 가계일수록 그 목질부의 ${\delta}^{13}C$값이 큰 것으로 나타나 잣나무의 ${\delta}^{13}C$값이 상대적으로 높으면 생장도 우수한 것으로 추정된다. 이러한 결과로 잣나무 목질부내의 ${\delta}^{13}C$값 및 전질소 함량은 생장량과 밀접한 관계가 있는 인자로 추정된다.

• 대한지리학회지
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• 제45권5호
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• pp.541-552
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• 2010

후기 플라이스토신 및 홀로신 시기 동아시아 여름 몬순의 변화를 밝히기 위해 지화학적 분석 방법(탄소동원원소(${\delta}^{13}C$), 탄질율(C/N), 대자율, 입도 분석 등)을 활용하여 서해안 염하구 습지 퇴적물을 분석하였다. 연구 결과에 따르면 한반도에서 여름 몬순은 7,700-7,800년 전에 정점이었고 7,400년 전 경부터 약화되기 시작한다. 그리고 마지막 빙하 최성기 중 24,000-24,500년 전 경에는 몬순이 상대적으로 약했고 18,500-19,500년 전 경에는 상대적으로 강했다. 염하구 습지 퇴적물의 지화학적 분석 자료는 과거 여름 몬순의 변동을 밝힐 수 있는 새로운 고환경 자료로서 가치를 갖는다. 특히 고환경 자료가 부족한 한국 학계에 큰 도움이 될 것으로 사료된다.

• 한국토양비료학회지
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• 제34권4호
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• pp.284-291
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• 2001

유기질비료와 화학비료 시용에 따른 작물체의 질소동위원소비 (${\delta}^{15}N$) 차이 유무를 조사하기 위해 포트 조건에서 돈분 퇴비 (+13.9‰) 와 요소(-2.3‰) 를 시용하여 70일간 재배한 옥수수의 뿌리, 줄기, 잎, 알곡에 대한 ${\delta}^{15}N$ 값을 분석하였고, 동위원소 질량수지 방정식을 이용하여 옥수수 전부위에 대한 ${\delta}^{15}N$ 값을 계산하였다. 옥수수의 ${\delta}^{15}N$값은 토양 질소의 영향과 질소의 형태변환과정에 수반되는 동위원소분할효과에 의해 시용한 퇴비와 요소의 ${\delta}^{15}N$ 값과 차이를 보였다. 옥수수 전부위, 뿌리 및 줄기의 ${\delta}^{15}N$ 값은 요소와 퇴비 시용에 따른 유의성 있는 차이 (p<0.05)를 나타내지 않았지만, 잎과 알곡의 ${\delta}^{15}N$ 값은 각각 퇴비 처리구(+14.3‰, +16.2‰) > 무처리구(+13.2‰, +13.9‰) > 요소-퇴비 혼합처리구(+10.1‰, +12.6‰) 요소 처리구 (+10.1‰, +12.4‰)의 순서로 유의성 있는 차이가 나타났다. 따라서, 본 연구는 시용 질소원의 종류(퇴비 또는 화학비료)를 확인하는데 있어서 작물의 잎 또는 알곡의 ${\delta}^{15}N$ 값 활용 가능성을 제시해주는 것으로 판단되었다. 하지만, 보다 일반적인 결론을 얻기 위해서는 다양한 종류의 토양과 작물에 대한 연구가 요구된다.

• Ocean and Polar Research
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• 제41권2호
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• pp.89-97
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• 2019

Long chain plant waxes (n-alkanes, n-alkanoic acids, and n-alcohols) and their carbon isotopic compositions (${\delta}^{13}C$) in geologic archives are valuable tools for paleovegetation reconstruction. However, the sensitivity of different plant wax constituents to vegetation shift is not well understood. This study explores controls on the variation in ${\delta}^{13}C$ values of long-chain n-alkanes ($C_{27}$ to $C_{33}$) and n-alkanoic acids ($C_{26}-C_{30}$) in the Gulf of Mexico core sediments (ODP 625B) near the Mississippi River delta. n-Alkanoic acids' ${\delta}^{13}C$ values were higher than those of n-alkanes by 1-2‰ on average and such a pattern is the opposite from their isotope fractionation observed in living plants: 1-2‰ smaller in n-alkanes than n-alkanoic acids. We attribute this offset to contributions from aquatic plants or microbes that produce high concentrations of $^{13}C-enriched$ long-chain n-alkanoic acids. The sensitivity of n-alkanes and n-alkanoic acids to vegetation and climate varied among chain lengths. The $n-C_{33}$ alkanes were most sensitive to $C_4$ grassland expansion among n-alkane homologues, while no specific trend was observed in n-alkanoic acids. This is due to the similarity in n-alkanoic acid concentrations between $C_3$ and $C_4$ plants by homologues and low terrestrial plant-derived n-alkanoic acid contributions to the sediments. The results of this study suggest that long chain n-alkanoic acids' ${\delta}^{13}C$ values in sediments may be influenced by contributions from different sources such as aquatic plants or microbial inputs and therefore interpretations regarding this matter should be cautiously formulated. We suggest that there is a need for further studies on characterizing long-chain n-alkanoic acids ($C_{26}-C_{34}$) in aquatic plants and microbes from various climates and environments in order to investigate their production and integration into sedimentary archives.

• Journal of Ginseng Research
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• 제41권2호
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• pp.195-200
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• 2017

Background: The natural ratios of carbon (C), nitrogen (N), and sulfur (S) stable isotopes can be varied in some specific living organisms owing to various isotopic fractionation processes in nature. Therefore, the analysis of C, N, and S stable isotope ratios in ginseng can provide a feasible method for determining ginseng authenticity depending on the cultivation land and type of fertilizer. Methods: C, N, and S stable isotope composition in 6-yr-old ginseng roots (Jagyeongjong variety) was measured by isotope ratio mass spectrometry. Results: The type of cultivation land and organic fertilizers affected the C, N, and S stable isotope ratio in ginseng (p < 0.05). The ${\delta}^{15}N_{AIR}$ and ${\delta}^{34}S_{VCDT}$ values in ginseng roots more significantly discriminated the cultivation land and type of organic fertilizers in ginseng cultivation than the ${\delta}^{13}C_{VPDB}$ value. The combination of ${\delta}^{13}C_{VPDB}$, ${\delta}^{15}N_{AIR}$, or ${\delta}^{34}S_{VCDT}$ in ginseng, except the combination ${\delta}^{13}C_{VPDB}-^{34}S_{VCDT}$, showed a better discrimination depending on soil type or fertilizer type. Conclusion: This case study provides preliminary results about the variation of C, N, and S isotope composition in ginseng according to the cultivation soil type and organic fertilizer type. Hence, our findings are potentially applicable to evaluate ginseng authenticity depending on cultivation conditions.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제13권1호
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• pp.53-59
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• 2010

일본 나나키다 하구 갯벌에 있어서 탄소 질소 안정동위원소를 이용해 먹이 연쇄의 공간적 가변성에 대해 조사했다. 서로 다른 특징을 갖고 있는 갯벌에서 잠재적인 유기물(육상식물, 해양 입자성 유기물, 저서 부착 미세조류 및 하구 입자성 유기물), 퇴적유기물 및 저서 무척추 동물(Nuttallia olivacea and Nereidae)에 대한 샘플링을 행했다. 본 연구의 목적은 좁은 공간적 가변성에 따른 Nuttallia olivacea와 Nereidae의 먹이원을 결정하는 것이다. 육상식물(${\delta}^{13}C=-26.6{\pm}0.76$, ${\delta}^{15}N=2.7{\pm}0.31$) 과 하구 입자성 유기물(${\delta}^{13}C=-25.5{\pm}0.13$, ${\delta}^{15}N=5.2{\pm}0.46$)은 저서 부착 미소조류${\delta}^{13}C=-16.3$, ${\delta}^{15}N=6.2$)와 해양 입자성 유기물(${\delta}^{13}C=-19.6{\pm}0.08$, ${\delta}^{15}N=8.9{\pm}1.70$)의 탄소 질소 안정동위원소비 보다 낮았다. 퇴적물의 탄소 안정동위원소 비는 -27.4~-22.8‰ 나타냈으며, 하구에서 하천 방향으로 갈수록 낮은 탄소 안정동위 원소비를 나타냈다. 저서 무척추 동물의 탄소 질소 안정동위원소비는 각각 -22.8~-18.4‰, 8.1~11.9‰ 범위를 나타냈다. 이러한 결과와 더불어 혼합 모델을 이용해 저서 무척추 동물의 먹이원의 기여율을 추정한 결과 해양 입자성유기물과 저서 부착 미세조류의 기여율은 높았지만, 육상식물과 하구 입자성 유기물의 기여율은 비교적 낮았다. 이러한 저서 무척추 동물의 먹이 기여는 각 장소마다 계절 및 물리적 환경 요소의 영향을 받는다고 사료된다.

• 대한환경공학회지
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• 제33권2호
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• pp.132-136
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• 2011

본 논문에서는 퇴적유기물에 있어서, 퇴적유기물의 조성 및 세균 먹이원 이용에 대한 변화를 알아보기 위하여, 안정동위원소와 지방산의 농도를 이용 하였다. 이를 위해 실험에 이용된 퇴적물은 가모 석호(Gamo Lagoon)에서, 잠재적 유기물(육상 식물, 해양 입자성 유기물, 저서 부착 미소조류, 하천 입자성 유기물)은 나나키타 하구(Nanakita estuary)에서 시료를 채취하였다. 채취된 시료인 퇴적물, 잠재적 유기물 그리고 세균에 대해서 안정동위원소 및 지방산의 변화를 조사하였다. 이러한 조사 결과, 각각의 잠재적 유기물에 있어서 ${\delta}^{13}C$와 ${\delta}^{15}N$은 육상 식물(-26.6‰과 3.6‰), 하천 입자성 유기물(-25.5‰와 8.9‰), 저서 부착 미소조류(-16.3‰과 6.2‰), 해양 입자성 유기물(-20.3‰과 10.3‰)으로 나타났으며, 퇴적 유기물의 안정동위원소비는 -20.7에서 -19.3‰를 나타났다. 또한 세균의 탄소 질소 안정동위원소비는 각각 -20.8에서 -18.6‰로, 6.5에서 8.6‰로의 변화를 나타냈다. 결국 퇴적유기물에 있어서 세균은 다양한 유기물이 혼합된 상태에서 우선적으로 분해하기 쉬운 저서 부착 미소조류와 해양 입자성 유기물을 탄소원으로 이용하고, 순차적으로 분해하기 어려운 육상 식물 유래의 유기물을 탄소원으로 이용하는 것으로 나타났다.

• ALGAE
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• 제32권4호
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• pp.349-357
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• 2017

Korean mariculture Undaria pinnatifida was collected during the months of January, February, March, and December of 2010, as well as from January of 2011 to investigate the changes in the carbon and nitrogen stable isotope ratios (${\delta}^{13}C$ and ${\delta}^{15}N$) and heavy metal with respect to it growth and to identify the factors that influence such changes. The blades of U. pinnatifida showed ${\delta}^{13}C$ and ${\delta}^{15}N$ in the range (mean) of -13.11 to -19.42‰ (-16.93‰) and 2.99 to 7.57‰ (4.71‰), respectively. Among samples with the same grow-out period, those that weighed more tended to have higher ${\delta}^{13}C$ suggesting a close association between the carbon isotope ratio and growth rate of U. pinnatifida. Indeed, we found a very high positive linear correlation between the monthly average ${\delta}^{13}C$ and the absolute growth rate in weight ($r^2=0.89$). Nitrogen isotope ratio tended to be relatively lower when nitrogen content in the blade was higher, probably due to the strengthening of isotope fractionation stemming from plenty of nitrogen in the surrounding environment. In fact, a negative linear correlation was observed with the nitrate concentration in the nearby seawaters ($r^2=0.83$). Concentrations of Cu, Cd, Pb, Cr, Hg, and Fe in the blades showed a rapid decrease in their concentration per unit weight in the more mature U. pinnatifida. Specifically, compared to adult samples, Cu, Hg, and Pb were concentrated by 30, 55, and 73 folds, respectively, in the young blades. Therefore, U. pinnatifida tissue ${\delta}^{13}C$ is as an indirect indicator of its growth rate, while ${\delta}^{15}N$ values and heavy metal concentrations serve as tracers that reflect the environmental characteristics.

• 환경생물
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• 제27권3호
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• pp.279-284
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• 2009

In order to understand food sources-metabolism for the pacific oyster (Crassostrea gigas), the stable isotope ratios of carbon (${\delta}^{13}C$) and nitrogen (${\delta}^{15}N$) of its gut, gill, and muscle as well as potential food sources (particulate organic matter, sedimentary organic matter, benthic microalgae, seagrass detritus) were determined in Dongdae Bay. Average ${\delta}^{13}C$ and ${\delta}^{15}N$ values reflect that oysters primarily fed on sedimentary organic matter as opposed to suspended organic matter during summer and winter seasons. However, the relatively enriched $^{15}N$ values of particulate organic matter (>$250{\mu}m$) and sedimentary organic matter in the summer may be due to the photosynthetic incorporation of $^{15}N$-enriched nitrogen (DIN) or the spawning events of bivalves. Specific oyster tissues (gut, gill, and muscle) revealed different metabolic pathways, which were determined through analysis of ${\delta}^{13}C$ and ${\delta}^{15}N$ in each organ. The present results suggest the determination of carbon and nitrogen stable isotopes to be a useful approach in ecological research related to the food sources- metabolism of Crassostrea gigas.