A thermostable $\alpha$-L-arabinofuranosidases ($\alpha$-L-AFase) is an industrially important enzyme for recovery of L-arabinose from hemicellulose. The recombinant $\alpha$-L-AFase from Thermotoga maritima was expressed in Escherichia coli by using a constitutive pHCE or an inducible pRSET vectors. In batch fermentation, the constitutive expression system resulted in slightly faster growth rate (0.78 vs. 0.74/hr) but lower enzyme activity (2,553 vs. 3,723 units/L) than those of the induction system. When fed-batch fermentation was performed, biomass and enzyme activity reached the highest levels of 36 g/L and 9,152 units/L, respectively. The fed batch cultures performed superior results than batch culture in terms of biomass yield (4.62-5.42 folds) and enzyme synthesis (3.39-4.00 folds). In addition, the fed-batch induction strategy at high cell density resulted in the best productivity in cell growth as well as enzyme activity rather than the induction method at low cell density or the constitutive expression.
Fazenda, Mariana L.;Harvey, Linda M.;McNeil, Brian
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.20
no.4
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pp.844-851
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2010
Controlling the dissolved oxygen (DO) in the fed-batch culture of the medicinal mushroom Ganoderma lucidum led to a 2-fold increase of the maximum biomass productivity compared with uncontrolled DO conditions. By contrast, extracellular polysaccharide (EPS) production was two times higher under oxygen limitation (uncontrolled DO) than under increased oxygen availability (controlled DO). Morphologically, dispersed mycelium was predominant under controlled DO conditions, with highly branched hyphae, consistent with the enhanced culture growth noted under these conditions, whereas in the uncontrolled DO process mycelial clumps were the most common morphology throughout the culture. However, in both cultures, clamp connections were found. This is an exciting new finding, which widens the applicability of this basidiomycete in submerged fermentation. In rheological terms, broths demonstrated shear-thinning behavior with a yield stress under both DO conditions. The flow curves were best described by the Herschel-Bulkley model: flow index down to 0.6 and consistency coefficient up to 0.2 and 0.6 Pa $s^n$ in uncontrolled and controlled cultures DO, respectively. The pseudoplastic behavior was entirely due to the fungal biomass, and not to the presence of EPS (rheological analysis of the filtered broth showed Newtonian behavior). It is clear from this study that dissolved oxygen tension is a critical process parameter that distinctly influences G. lucidum morphology and rheology, affecting the overall performance of the process. This study contributes to an improved understanding of the process physiology of submerged fermentation of G. lucidum.
Bicarbonate has been considered as a better approach for supplying CO2 to microalgae cells microenvironments than gas bubbling owing to cost-effectiveness and easy operation. However, the β-carotene production was too low in Dunaliella salina cultivated with bicarbonate in previous studies. Also, the difference in photosynthetic efficiency between these two carbon sources (bicarbonate and CO2) has seldom been discussed. In this study, the culture conditions, including NaHCO3, Ca2+, Mg2+ and microelement concentrations, were optimized when bicarbonate was used as carbon source. Under optimized condition, a maximum biomass concentration of 0.71 g/l and corresponding β-carotene content of 4.76% were obtained, with β-carotene yield of 32.0 mg/l, much higher than previous studies with NaHCO3. Finally, these optimized conditions with bicarbonate were compared with CO2 bubbling by online monitoring. There was a notable difference in Fv/Fm value between cultivations with bicarbonate and CO2, but there was no difference in the Fv/Fm periodic changing patterns. This indicates that the high concentration of NaHCO3 used in this study served as a stress factor for β-carotene accumulation, although high productivity of biomass was still obtained.
To understand the effects of physicochemical factors on nitrite transformation by microalgae, a lipid-rich Chlorella with high nitrite tolerance was cultured with 8 mmol/l sodium nitrite as sole nitrogen source under different conditions. The results showed that nitrite transformation was mainly dependent on the metabolic activities of algal cells rather than oxidation of nitrite by dissolved oxygen. Light intensity, temperature, pH, NaHCO3 concentrations, and initial cell densities had significant effects on the rate of nitrite transformation. Single-factor experiments revealed that the optimum conditions for nitrite transformation were light intensity: 300 μmol/m2/s; temperature: 30℃ pH: 7-8; NaHCO3 concentration: 2.0 g/l; and initial cell density: 0.15 g/l; and the highest nitrite transformation rate of 1.36 mmol/l/d was achieved. There was a positive correlation between nitrite transformation rate and the growth of Chlorella. The relationship between nitrite transformation rate (mg/l/d) and biomass productivity (g/l/d) could be described by the regression equation y = 61.3x (R2 = 0.9665), meaning that 61.3 mg N element was assimilated by 1.0 g dry biomass on average, which indicated that the nitrite transformation is a process of consuming nitrite as nitrogen source by Chlorella. The results demonstrated that the Chlorella suspension was able to assimilate nitrite efficiently, which implied the feasibility of using flue gas for mass production of Chlorella without preliminary removal of NOX.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2017.06a
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pp.209-209
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2017
The application of liquid swine manure to soil has been commonly reported to increase crop productivity by improving plant nutrient availability. This study was conducted to investigate the effect of liquid swine manure (LSM) application on yield of green manure crops in paddy. Three different application rates of LSM equivalent to 25%, 50%, and 75% of standard fertilization rate of P were applied to the paddy field after rice harvest, and two cover crops, hairy vetch (Vicia villosa Roth) and barley (Hordeum vulgare L.), were subsequently mix-seeded and cultivated. Plant height of barley was 7% higher in LSM P25% and LSM P50% compared to control treatment (no LSM application), while no significant difference was observed between LSM P75% and control. However, there were no significant differences in plant height of hairy vetch among treatments. Dry matter (DM) yield of green manure increased with LSM application rate, reaching a maximum at LSM P50% (38 and 17% yield increase over control for hairy vetch and barley, respectively), but it decreased at LSM P75% rate. Nitrogen production by green manure crops was the highest in LSM P50% treatment, where the amount of produced N was 57% higher than the optimum N fertilization level for rice ($90kg\;N\;ha^{-1}$). Excess green manure biomass above an optimum level can be removed and utilized either for incorporation into nearby cropland or for sale as fresh forage. Therefore, it is concluded that the application rate of LSM P50% is recommendable for the maximum biomass and nitrogen production from green manure crops in paddy.
Research and technological advances in the field of remote sensing have greatly enhanced the ability to detect and quantify physical and biological stresses that affect the productivity of agricultural crops. Reflectance in specific visible and near-infrared regions of the electromagnetic spectrum have proved useful in detection of nutrient deficiencies. Especially crop canopy sensors as a ground remote sensing measure the amount of light reflected from nearby surfaces such as leaf tissue or soil and is in contrast to aircraft or satellite platforms that generate photographs or various types of digital images. Multi-spectral vegetation indices derived from crop canopy reflectance in relatively wide wave band can be used to monitor the growth response of plants in relation to environmental factors. The normalized difference vegetation index (NDVI), where NDVI = (NIR-Red)/(NIR+Red), was originally proposed as a means of estimating green biomass. The basis of this relationship is the strong absorption (low reflectance) of red light by chlorophyll and low absorption (high reflectance and transmittance) in the near infrared (NIR) by green leaves. Thereafter many researchers have proposed the other indices for assessing crop vegetation due to confounding soil background effects in the measurement. The green normalized difference vegetation index (GNDVI), where the green band is substituted for the red band in the NDVI equation, was proved to be more useful for assessing canopy variation in green crop biomass related to nitrogen fertility in soils. Consequently ground remote sensing as a non destructive real-time assessment of nitrogen status in plant was thought to be useful tool for site specific crop nitrogen management providing both spatial and temporal information.
Cassava (Manihot esculenta, Crantz), an annual tropical tuber crop, was nutritionally evaluated as a foliage for ruminants, especially dairy cattle. Cultivation of cassava biomass to produce hay is based on a first harvest of the foliage at three months after planting, followed every two months thereafter until one year. Inter-cropping of leguminous fodder as food-feed between rows of cassava, such as Leucaena leucocephala or cowpea (Vigna unculata), enriches soil fertility and provides additional fodder. Cassava hay contained 20 to 25% crude protein in the dry matter with good profile of amino acids. Feeding trials with cattle revealed high levels of DM intake (3.2% of BW) and high DM digestibility (71%). The hay contains tannin-protein complexes which could act as rumen by - pass protein for digestion in the small intestine. As cassava hay contains condensed tannins, it could have subsequent impact on changing rumen ecology particularly changing rumen microbes population. Therefore, supplementation with cassava hay at 1-2 kg/hd/d to dairy cattle could markedly reduce concentrate requirements, and increase milk yield and composition. Moreover, cassava hay supplementation in dairy cattle could increase milk thiocyanate which could possibly enhance milk quality and milk storage, especially in small holder-dairy farming. Condensed tannins contained in cassava hay have also been shown to potentially reduce gastrointestinal nematodes in ruminants and therefore could act as an anthelmintic agent. Cassava hay is therefore an excellent multi-nutrient source for animals, especially for dairy cattle during the long dry season, and has the potential to increase the productivity and profitability of sustainable livestock production systems in the tropics.
Methylobacillus sp. SK1, an obligate methylotroph, was cultivated in a fed-batch culture using DO as a methanol feeding indicator with a micro computer-aided control system. While 2.07g/l of cell density was obtained after 13 hr in the batch culture (initial methanol concentration: 1.0%(v/v)),45.3g/l of cell density was obtained after 17 hr by feeding methanol and metal ions in the fed-batch culture with oxygen supply. The high-density biomass was obtained in short cultuivation time by fed-batch culture with feedback control, and consequently the biomass productivity was significantly increased. It was mainly due to extension of logarithmic growth period by methanol feeding without methanol inhibition and intensive aeration without DO limitation with microcomputer-aided control system.
BACKGROUND: Since the number of crops cultivated in reclaimed land is huge, it is very difficult to quantify the total crop production. Therefore, a non-destructive method for predicting crop production is needed. Salt tolerant root vegetables such as red beets and sugar beet are suitable for cultivation in reclaimed land. If their underground biomass can be predicted, it helps to estimate crop productivity. Objectives of this study are to investigate maximum leaf length and weight of red beet, sugar beet, and turnips grown in reclaimed land, and to determine optimal model with regression analysis for linear and allometric growth models. METHODS AND RESULTS: Maximum leaf length, width, and root fresh weight of red beets, sugar beets, and turnips were measured. Ten linear models and six allometric growth models were selected for estimation of root fresh weight and non-linear regression analysis was conducted. The allometric growth model, which have a variable multiplied by square of maximum leaf length and maximum leaf width, showed highest R2 values of 0.67, 0.70, and 0.49 for red beets, sugar beets, and turnips, respectively. Validation results of the models for red beets and sugar beets showed the R2 values of 0.63 and 0.65, respectively. However, the model for turnips showed the R2 value of 0.48. The allometric growth model was suitable for estimating the root fresh weight of red beets and sugar beets, but the accuracy for turnips was relatively low. CONCLUSION: The regression models established in this study may be useful to estimate the total production of root vegetables cultivated in reclaimed land, and it will be used as a non-destructive method for prediction of crop information.
This study was to investigate the productivity of 30-year-old Quercus mongolica forest in the Experimental Forest of Seoul National University located in Mt. Taehwa, Kyonggi-do, Korea. Eight sample trees were selected and cut off. Stem, branches and leaves were weighed respectively with the stratified clipping method, and analyzed for productive struts lure. The allometric regression equations between dry weight of each component(stem, branches, and needles) and D$^2$H were obtained. The results obtained are summarized as follows; (1) Photosynthetic layer of Quercus mongolica was shown at about 4m in height, and maximum needle amount of crown at 10m in height. (2) The total biomass of aboveground was 67.886ton/ha(75.5% from stem, 19.4% from branches and 5.1% from needles). (3) Annual net production of aboveground was 12.76ton/ha/yr, and the ratios of stem, branches and needles to that of aboveground, 44.1%, 28.7% and 27.2%, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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