The measurements of rubisco parameters are important in photosynthetic studies. In this experiment, we used photometric assay method to detect these major parameters, such as activity, carbamylation and amount of rubisco. The main advantages of this method are very simple and as sensitive as conventional methods which usually produce radioactive waste. In this study, with kidney bean (Phaseolus vulgatis L.) leaves grown at normal $CO_2$ (350ppm) and high $CO_2$ (650 ppm), we investigated the effect of $CO_2$ concentration on activation and carbamylation of rubisco by measuring the rubisco activity, carbamylation rate and amount of rubisco using a dual beam (334nm and 405nm) spectrophotometer, and analyzed the polypeptide profiles of rubisco by SDS-PAGE. When $CO_2$ concentration was raised from 350ppm to 650ppm, all parameters of rubisco were decreased : $41.2{\mu}M/m^2/s and 52.2{\mu}M/m^2/s$ to $27.4{\mu}M/m^2/s and 46.1{\mu}M/m^2/s$ for initial and total rubisco activity, respectively ; from 79% to 58.9% for carbamylation rate ; from $1.94 {\mu}M/m^2$ to 1.58{\mu}M/m^2$ for amount of rubisco. These results suggests that the decrease in rubisco activity at high $CO_2$ was caused by carbamylation. The analysis of the preparation by SDS-PAGE showed two major polypeptides at 50 and 14.5 kD which were identified as the large and the small subunits of rubisco. There were no differences in the intensity compared high $CO_2$ to normal $CO_2$ in both 50 kD and 14.5 kD bands. We also found that these inhibitory effects of $CO_2$ were reversible. When high $CO_2$ was switched to normal $CO_2$, the parameters of rubisco changed were almost the same as normal rubisco parameters. These data provide an evidence that activity of rubisco was recovered by $CO_2$ concentration of 350 ppm.
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.18
no.4
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pp.357-365
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2016
The effects of elevated atmospheric $CO_2$ on photosynthesis and growth of Chinese cabbage (Brassica campestris subsp. napus var. pekinensis) were investigated to predict productivity in highland cropping in an environment where $CO_2$ levels are increasing. Vegetative growth, based on fresh weight of the aerial part, and leaf characteristics (number, area, length, and width) of Chinese cabbage grown for 5 weeks, increased significantly under elevated $CO_2$ ($800{\mu}mol{\cdot}mol^{-1}$) compared to ambient $CO_2$ ($400{\mu}mol{\cdot}mol^{-1}$). The photosynthetic rate (A), stomatal conductance ($g_s$), and water use efficiency (WUE) increased, although the transpiration rate (E) decreased, under elevated atmospheric $CO_2$. The photosynthetic light-response parameters, the maximum photosynthetic rate ($A_{max}$) and apparent quantum yield (${\varphi}$), were higher at elevated $CO_2$ than at ambient $CO_2$, while the light compensation point ($Q_{comp}$) was lower at elevated $CO_2$. In particular, the maximum photosynthetic rate ($A_{max}$) was higher at elevated $CO_2$ by 2.2-fold than at ambient $CO_2$. However, the photosynthetic $CO_2$-response parameters such as light respiration rate ($R_p$), maximum Rubisco carboxylation efficiency ($V_{cmax}$), and $CO_2$ compensation point (CCP) were less responsive to elevated $CO_2$ relative to the light-response parameters. The photochemical efficiency parameters ($F_v/F_m$, $F_v/F_o$) of PSII were not significantly affected by elevated $CO_2$, suggesting that elevated atmospheric $CO_2$ will not reduce the photosynthetic efficiency of Chinese cabbage in highland cropping. The optimal temperature for photosynthesis shifted significantly by about $2^{\circ}C$ under elevated $CO_2$. Above the optimal temperature, the photosynthetic rate (A) decreased and the dark respiration rate ($R_d$) increased as the temperature increased. These findings indicate that future increases in $CO_2$ will favor the growth of Chinese cabbage on highland cropping, and its productivity will increase due to the increase in photosynthetic affinity for light rather than $CO_2$.
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.14
no.3
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pp.108-118
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2012
To investigate the responses of yellow poplar (Liriodendron tulipifera L.) seedlings to the interactive effects of the elevated atmospheric $CO_2$ level and nitrogen addition, we measured biomass, photosynthetic pigments, photosynthesis, and the contents of nitrogen (N) and carbon (C) from the seedlings after 16 weeks of the treatments. Yellow poplar seedlings were grown under the ambient ($400{\mu}mol\;mol^{-1}$) and the elevated (560 and $720{\mu}mol\;mol^{-1}$) CO2 concentratoins with three different N addition levels (1.2, 2.4, and $3.6g\;kg^{-1}$) in the Open Top Chambers (OTC). The dry weight of the seedlings enhanced with the increased N levels under the elevated $CO_2$ concentrations and the increment of the dry weight differed among the different N levels. Photosynthetic pigment content of the yellow poplar leaves also increased with the increase of the $CO_2$ concentration levels. The effects of the N levels on the photosynthetic pigment content, however, were significantly different among the $CO_2$ levels. Photosynthetic rates were affected by the levels of $CO_2$ and N concentrations. Stomatal conductance and transpiration rates increased with increasing $CO_2$ concentration. The carboxylation efficiency of the seedlings without N addition increased under the higher $CO_2$ concentrations whereas that with N addition decreased under the elevated $CO_2$ concentrations. Nitrogen and carbon uptake in leaf, stem, and root increased with the elevated $CO_2$ concentration level and N addition. In conclusion, under the elevated $CO_2$ concentrations, physiological characteristics and carbon uptake of the yellow poplar seedling were improved and increased with N addition.
Proceedings of the Korean Society for Bio-Environment Control Conference
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2000.10b
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pp.75-79
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2000
대부분의 채소작물류는 대기중의 $CO_2$ 농도보다 높은 농도조건에서 $CO_2$ 포화점이 형성되기 때문에 $CO_2$ 농도를 높임으로서 광합성량을 증가시키고 작물의 생육을 촉진시킬 수 있다. 저온기에 밀폐된 시설내에서 작물을 재배할 경우 주간의 $CO_2$ 농도는 거의 기아상태까지 낮아지고 환기를 하더라도 대기농도보다 30-50ppm 정도 떨어지는 것이 일반적이기 때문에 시설내 $CO_2$ 시비효과는 매우 큰 것으로 평가되고 있다. $CO_2$ 시비효과는 엽근채류에 있어서 40%, 과채류에서는 20% 정도의 수량증대가 인정되어 작물간에 큰 차이를나타내고 있다. (중략)
Park, Jong-Seok;Shin, Jong-Wha;Ahn, Tae-In;Son, Jung-Eek
Journal of Bio-Environment Control
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v.19
no.4
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pp.177-183
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2010
Bum-type $CO_2$ generators are widely used in greenhouses for the purpose of $CO_2$ supply for photosynthesis and greenhouse heating. However harmful gases included in the air might give severe effects on the plant growth. For investigating the possible emission of harmful gases from commercial bum-type $CO_2$ generators, we carried out the analysis of the harmful by-products (NO, NOx, $NO_2$, CO, and VOCs) and $CO_2$ caused by using a bum-type $CO_2$ generator in greenhouses. And the harmful by-products from different type of fuels such as kerosene, LPG, and LNG were quantified. In order to minimize the uncertainties from a $CO_2$ generator, 4 different $CO_2$ generators were utilized in four plastic greenhouses and a glasshouse located at different places during the experimental works. The results showed that the concentration of NOx is proportional to $CO_2$ concentration. Levels of harmful gases in the most of greenhouses, where the new bum-type $CO_2$ generators were installed, were lower than 1.0 ppm when $CO_2$ concentration was set at 1,000 ppm. In case of LNG combustion, the concentration of CO reached out up to 300 ppm and pre-treatment for CO reduction, such as the adsorption process, would be inevitable to abate the adverse effects on plant growth.
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.15
no.4
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pp.245-263
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2013
This study was conducted to find out the influence of elevated atmospheric $CO_2$ concentrations and air temperature on photosynthesis and fruit quality of 'Fuji'/M.9 apple trees and to investigate these to the effects of climate change during the last four years (2009-2012). The treatments employed were: 'Ambient' (ambient temperature + ambient $CO_2$ concentration); 'High $CO_2$' (ambient temperature + elevated $CO_2$ concentration); 'High Temp'. (elevated temperature + ambient $CO_2$ concentration); and 'High $CO_2$ + High Temp'. (elevated temperature + elevated $CO_2$ concentration). The elevated temperature plots were maintained at $4^{\circ}C$ higher than ambient air temperature, while the elevated $CO_2$ plots were maintained at 700 ${\mu}mol{\cdot}mol^{-1}$. Annual treatment period was applied from end of April to beginning of November for four years. Results showed that elevated $CO_2$ decreased stomatal conductance and leaf SPAD value, but increased photosynthetic rate, intercellular $CO_2$ concentration (Ci), and starch content of mesophyll tissue. In the vegetative growth, elevated temperature increased total number of shoot and total shoot growth per tree, but elevated $CO_2$ decreased average shoot length. In the fruit quality, elevated $CO_2$ increased soluble solid content, fruit red color, and ethylene production. In conclusion, elevated $CO_2$ increased photosynthetic rate of apples during the early growth, but effect of increased photosynthetic rate due to elevated $CO_2$ was decreased during latter growth stage. Elevated temperature, on the other hand, tended to decrease photosynthetic rate of apples during the early growth, but that tended to increase during latter growth stage. Both elevated $CO_2$ and temperature tended to decrease the degree of decreased photosynthetic rate due to each factor.
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.13
no.3
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pp.115-122
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2011
The impacts of elevated temperature and $CO_2$ were studied on the seedlings of Maackia amurensis and Viburnum opulus var. calvescens. The seedlings were grown in controlled-environment growth chambers with four combinations of temperature and $CO_2$ treatments: $25^{\circ}C$ + ambient $CO_2$ (400 ppm), $25^{\circ}C$ + elevated $CO_2$ (800 ppm), $30^{\circ}C$ + ambient $CO_2$ (400 ppm), and $30^{\circ}C$ + elevated $CO_2$ (800 ppm). Under elevated temperature and $CO_2$ concentration, the dry weight decreased in seedlings of M. amurensis, but increased in seedlings of V. opulus var. calvescens. In addition, the shoot to root (S/R) ratio in M. amurensis reduced but that of V. opulus var. calvescens increased under elevated $CO_2$ concentration. The S/R ratios of two tree species increased under higher temperature. M. amurensis represented lower carboxylation efficiency under higher temperature and $CO_2$ concentration and that of V. opulus var. calvescens showed lower values under the only higher temperature. Photosynthetic pigment content of in the leaves of M. amurensis was lower under higher $CO_2$ concentration and higher under the increase of temperature, but that of V. V. opulus var. calvescens decreased according to the increase of temperature. Chlorophyll a/b ratios of M. amurensis and V. V. opulus var. calvescens decreased obviously with the increase of $CO_2$ concentration and temperature, respectively. In conclusion, the growth and physiological responses under the environmental changes such as temperature and $CO_2$ concentration depend on the tree species. Therefore, more studies are needed to predict the response of each tree species against the climate changes.
Green peppers (Capsicum annuum L. cv, Soonjung) were grown under different combinations of $CO_2$ concentration and temperature levels and examined on the effect of elevated $CO_2$ and temeprature on plant growth, carbon and nitrogen concentrations. Plant height was stimulated by elevated $CO_2$ levels at 20.3 and 22.6$^{\circ}C$. Leaf area and fresh weight were remarkedly increased by high $CO_2$ concentration at 22.6$^{\circ}C$. Dry weights of leaf, stem, root, and whole plant were increased as temperature increased at 611 ppm $CO_2$, but those values decreased at 22.6$^{\circ}C$ in 397 ppm $CO_2$ concentration. Elevated $CO_2$ increased plant growth by 1.5 times at 20.5$^{\circ}C$ and 22.6$^{\circ}C$. C/N ratio increased with increasing temperature under elevated $CO_2$ levels.
This study was conducted to investigate the effects of $CO_2$ concentration(310 or 950$\mu$ mol.mol$^{-1}$ ) and air current speed(0.3, 0.5, 0.7 or 0.9m.s$^{-1}$ ) on the growth and development of eggp1ant Plug seedlings (Solanum melongena L.) under artificial 1ighting. For the treatment of $CO_2$ enrichment, stem length and diameter, the ratio of stem length to stem diameter, plant height, leaf area, net photosynthetic rate, top dried weight were significantly different at 1% level. Stem length of plug seedlings decreased at the condition under enriched $CO_2$ and high air current speed above plug stand. Stem diameter of plug seedlings increased and plant height decreased with the increasing $CO_2$ concentration. Plug seedlings had maximum net photosynthetic rate at the air current speed of 0.7m.s$^{-1}$ . Net photosynthetic rate at $CO_2$ concentration of 950$\mu$mol.mol$^{-1}$ increased by 46% than those at 310$\mu$mol.mol$^{-1}$ . Thus $CO_2$ enrichment would be effective for the production of plug seedlings with high quality.
Kimchi, made from seasonal baechu (Chinese cabbage), was sealed in PP trays with a Nylon/CPP lid film and stored at various temperatures (0, 10, $20^{\circ}C$) to investigate the feasibility of detecting its fermentation degree by measuring gas composition inside the packages. The gas composition inside the kimchi package continuously changed due to $CO_2$ evolution during fermentation. Regardless of temperature, the fermentative gas accumulation in the package caused $CO_2$ concentration to increase by two-stepwise pattern, but $O_2$ concentration to decrease exponentially. As $CO_2$ concentration increased secondarily, the pH values of kimchi decreased proportionally (r>0.968). The production of $CO_2$ during kimchi fermentation was stimulated at higher temperatures and affected by seasonal factor. Kimchi made from winter baechu produced more fermentative gas than that from summer baechu. It was suggested that the changes in $CO_2$ concentration could be used as a characteristic index for indicating the fermentation course of packaged kimchi products.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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