Park, Bong-Soo;Kim, Sung-Il;Song, Jong-Tae;Seo, Hak-Soo
BMB Reports
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v.45
no.6
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pp.342-347
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2012
Plant mitochondria possess alternative respiratory pathways mediated by the type II NAD(P)H dehydrogenases and alternative oxidases. Here, E3 SUMO ligase was shown to regulate alternative respiratory pathways and to participate in the maintenance of carbon and nitrogen balance in Arabidopsis. The transcript abundance of the type II NAD(P)H dehydrogenases NDA2 and NDB2 and alternative oxidases AOX1a and AOX1d genes was low in siz1-2 mutants compared to that in wild-type. The addition of nitrate or ammonium resulted in a decrease or an increase in the expression of the same gene families, respectively, in both wild-type and siz1-2 mutants. The amount of free sugar (glucose, fructose and sucrose) was lower in siz1-2 mutants than that in wild-type. These results indicate that low nitrate reductase activity due to the AtSIZ1 mutation is correlated with an overall decrease in alternative respiration and with a low carbohydrate content to maintain the carbon to nitrogen ratio in siz1-2 mutants.
Changes in land-use can affect soil organic matter content and fertility. We compared total soil carbon and nitrogen concentrations, soil respiration, and nitrogen availability under three land-use types in central Korea; conversion of old rice field to natural willow-maple (Salix-Acer) forest, conversion of old field to artificial Korean pine (Pines koraiensis) forest, and indigenous oak (Quercus spp.) forest. After 20 years of fallow the area of rice field conversion to forest had higher soil carbon and nitrogen concentrations in the soil depth of 0-10cm and 10-20cm than the areas of field conversion to Korean pine forest and indigenous forest. In general, soil carbon and nitrogen concentrations decreased with soil depth. Organic matter accumulation as a balance of input and decomposition seemed to be higher in the soil of previous rice field, and carbon and nitrogen accumulation was largely confined to the topsoil. Soil respiration rates were greatest at the area of rice field conversion to forest, and appeared to be related to soil carbon and soil moisture. Soil nitrogen availability measured by the ion exchange resin bag method differed significantly among land-use types; soil inorganic nitrogen ($NH_4{^+}+NO_3{^-}$) and ammonium availability were highest in the soil under indigenous oak forest followed by conversion of old field to artificial Korean pine forest and conversion of old field to natural willow-maple forest.
Various ecosystem carry out fundamental function of material circulation and energy flow through interrelationship with many environmental factors. Therefore, it is crucial to scientifically understand the value of nature to deduce correlation between environmental factor and change of ecosystem function. In this study, we determined the accumulated ecosystem carbon and characteristics of soil respiration on grassland vegetation in Namahangang basin in Namhangang Basin. It was found that the rate of soil respiration was highly correlated with the soil temperature in all communities. The measured soil respiration rates were $1,539mgCO_2\;m^{-2}h^{-1}$, $1,200mgCO_2\;m^{-2}h^{-1}$, $1,215mgCO_2\;m^{-2}h^{-1}$ in Miscanthus sacchariflorus, Phragmites japonica, Salix koreensis communities, respectively. Also, carbon quantities accumulated in litter and soil layers were $40.6tCha^{-1}$ (1.9+38.7), $46.9tCha^{-1}$ (43.0+3.9), $31.2tCha^{-1}$ (28.9+2.3) in M. sacchariflorus, P. japonica, S. koreensis communities, respectively.
Real-time monitoring for environmental factors (temperature, salinity, chlorophyll-a, etc.) and fugacity of carbon dioxide ($fCO_2$) was conducted at an oyster Crassostrea gigas farm in Goseong Bay, south coast of Korea during 2-4th of November, 2011. Surface temperature and salinity were ranged from $17.9-18.7^{\circ}C$ and 32.7-33.8, respectively, with daily and inter-daily variations due to tidal currents. Surface $fCO_2$ showed a range of $390-510{\mu}atm$ and was higher than air $CO_2$ during the study period. Surface temperature, salinity and $fCO_2$ are showed significant correlations with chl.-a and nutrients, respectively. It means when chl.-a value is high in surface water of the oyster farm, active biological production consume $CO_2$ and nutrients from environments and produce oxygen, suggesting a tight feedback between biological processes and environmental reaction. Thus, factors affecting the surface $fCO_2$ were evaluated using a simple mass balance. Temperature and biological productions by phytoplankton are the main factors for $CO_2$ drawdown from afternoon to early night, while biological respiration increases seawater $CO_2$ at night. Air-sea exchange fraction acts as a $CO_2$ decreasing gear during the study period and is much effective when the wind speed is higher than $2-3m\;s^{-1}$. Future studies about organic carbon and biological production/respiration are required for evaluating the roles of oyster farms on carbon sink and coastal carbon cycle.
The growth rate of yeast population (Saccharomyces uvarum) cultivated in the Knopp's modified medium (plus various carbon sources) appeared the highest value when the Knopp's minimal medium was treated to 1.5% with disaccharide such as maltose and sucrose. Also the treatment of lactose and raffinose resulted in polulation growth as to the population size in case of maltose and sucrose. However, the gorwth of yeast was not occurred at all when a polysaccharide, such as inulin, was added as carbon source. The growth from of yeast population in Knopp's modified medium are characterized by the fact that log phase continued 100hrs after inoculation and that stationary state phase appeared in general 250hrs after inoculation. Applying the various carbon sources to respiration substrate for yeast cell, the respiration rate of yeast showed the highest value in treatment of maltose and followed in order of raffinose, lactose, glucose, and sucrose. Determined the amount of poly-phosphate and turn over pathway of poly-phosphate according to culture phase of yeast, it is revealed that the yeast synthesized 3 types of poly phosphate (poly-P A,B, and C) and postulated that turn over pathway of poly-phosphate as follows ; Inorganic phosphate is converted into each kind of polyphosphates, and then one part of poly-P-C is converted into poly-P-B, the rest poly-p-C and poly-P-B are converted into poly-P-A. The synthesized poly-phosphate is considered to have a role as energy pool utilizing to synthesis of cellular organic materials. Of the 13 carbon sources used in this experiment, the useful carbon sources for biosynthesis of poly-phosphate and cellular organic materials are confirmed as disaccharide (maltose and sucrose) as well as glucose. Protein synthesis in yeast cell showed the two peaks on 6th and 8th day after inoculation ; nucleic acid on 2nd day (48hrs), carbohydrates on 2nd day (48hrs), and phospholipid on 2nd and 8th day after inoculation, respectively.
Fasting heat production (FHP) of growing buffalo calves (Bubalus bubalis) in the body weight range of 76 to 236 kg was determined using open circuit respiration chamber. The details of the chambers, calibration of gas analysers and operation of the systems are described. Animals were fasted for 96 hrs during which only water was provided. FHP was determined during next 24 hrs. The mean oxygen consumed, carbon dioxide and methane produced and urinary N excretion per 24 h was $17.03{\ell}$, $11.70{\ell}$, and $0.12{\ell}$ and 0.35 g respectively. The mean respiratory quotient ranged from 0.68 to 0.71, which indicated that post absorptive stage is reached after 96 hrs in growing buffalo calves previously fed ammoniated straw-based ration. Mean FHP of calves was $331.4kJ/kg\;W^{0.75}$. FHP of calves with range of mean body weights of 167 to 235 kg, although nonsignificant but, was almost 12% higher than of calves having mean body weight of 101 kg. Suitable exponent to body weight to describe FHP of buffalo calves was 0.87.
Kim, Sung-Jin;Chung, Se-Woong;Park, Hyungseok;Oh, Jungkuk;Park, Daeyeon
Journal of Korean Society on Water Environment
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v.34
no.6
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pp.579-590
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2018
The lakes' metabolism bears important information for the assessment of the carbon budget due to the accumulation or loss of carbon in the lake as well as the dynamics of the food webs through primary production. A lake-scale metabolism is evaluated by Gross Primary Production (GPP), Ecosystem Respiration (R), and Net Ecosystem Production (NEP), which is the difference between the first two values. Methods for estimating GPP and R are based on the levels carbon and oxygen. Estimation of carbon is expensive because of the use of radioactive materials which requires a high degree of proficiency. The purpose of this study was to estimate Lake Daecheong ecosystem metabolism using high frequency water temperature data and DO measurement sensor, widely utilized in the field of water quality monitoring, and to evaluate the possibility of using the application method. High frequency data was collected at intervals of 10 minutes from September to December 2017 by installing a thermistor chain and a DO sensor in downstream of Daechung Dam. The data was then used to estimate GPP, R and NEP using the R public program LakeMetabolizer, and other metabolism models (mle, ols, kalman, bookkeep). Calculations of gas exchange coefficient methods (cole, crusius, heiskanen, macIntyre, read, soloviev, vachon) were compared. According to the result, Lake Daecheong has some deviation based on the application method, but it was generally estimated that the NEP value is negative and acts as a source of atmospheric carbon in a heterotrophic system. Although the high frequency sensor data used in this study had negative and positive GPP and R values during the physical mixing process, they can be used to monitor real-time metabolic changes in the ecosystem if these problems are solved.
Journal of The Korean Association For Science Education
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v.29
no.6
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pp.712-729
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2009
This study aims to research high school students' misconception of botanic photosynthesis and respiration, and as the measure of rectifying the misconception, to develop the teaching program based on Driver's conceptual change model, applying it to classes and observing the effect. Selected as the research subject was sixty-six students in 1st year of a highschool located in Busan who had chosen Biology Learning as discretionary subject, with their conceptual level on botanic photosynthesis and respiration researched through tests in drawing and descriptive writing. As a consequence of applying drawing as a way of classifying the levels of students' misconception on photosynthesis and respiration, many students' drawings included their misconception caused by textbooks or scientists, but after application of Driver's conceptual change model, they drew scientific drawings including the fundamental factors of botanic photosynthesis and respiration such as light, carbon dioxide, water, glucose, oxygen, leaf, chloroplast, mitochondria, stoma, and energy. Likewise, as a result of the descriptive writing test implemented for researching the students' conception on the various aspects of botanic photosynthesis and respiration, many students in the pretest showed misconception on the point of time and location at which botanic photosynthesis and respiration occur, botanic nutrient, the role of a leaf in photosynthesis, and the relation between botanic photosynthesis and respiration, but after teaching based on Driver's conceptual change model, their misconceptions on photosynthesis and respiration were rectified to a high degree.
Background: This study was conducted from March 2011 to February 2013 in order to evaluate the ecosystem value by examining the organic carbon distribution and cycling in the Quercus glauca forest, evergreen oak community at Seonheul-Gotjawal, Jeju Island. Results: The amount of organic carbon distribution was $124.5ton\;C\;ha^{-1}$ in 2011 and $132.63ton\;C\;ha^{-1}$ in 2012 for aboveground biomass. And it was $31.13ton\;C\;ha^{-1}$ in 2011 and $33.16ton\;C\;ha^{-1}$ in 2012 for belowground biomass. In total, the amount of organic carbon distribution in plants was 155.63 and $165.79ton\;C\;ha^{-1}$ in 2011 and 2012, respectively. In 2011 and 2012 respectively, the amount of organic carbon distribution was 3.61 and $6.39ton\;C\;ha^{-1}$ in the forest floor and it was 78.89 and $100.71ton\;C\;ha^{-1}$ in the soil. As shown, most carbon was distributed in plants. Overall, the amount of organic carbon distribution of the Q. glauca forest was $238.13ton\;C\;ha^{-1}$ in 2011 and $272.89ton\;C\;ha^{-1}$ in 2012. In 2011, the amount of organic carbon fixed in plants through photosynthesis (NPP) was $14.22ton\;C\;ha^{-1}\;year^{-1}$ and the amount of carbon emission of soil respiration was $16.77ton\;C\;ha^{-1}\;year^{-1}$. The net ecosystem production (NEP) absorbed by the Q. glauca forest from the atmosphere was $5ton\;C\;ha^{-1}\;year^{-1}$. Conclusions: The carbon storage value based on such organic carbon distribution was estimated about $23.81mil\;won\;ha^{-1}$ in 2011 and $27.29mil\;won\;ha^{-1}$ in 2012, showing an annual increment of carbon storage value by $3.48mil\;won\;ha^{-1}$. The carbon absorption value based on such NEP was estimated about $500,000won\;ha^{-1}\;year^{-1}$.
RQ(Respiratory Quotient) value is obtained from the ratio of the consumed oxygen and the produced carbon dioxide during the patient's respiration. To investigate the efficacy of insulin and diagnosis the metabolic disorder in short time, the RQ value can be used as important parameter. The measurement of oxygen and carbon dioxide amounts is needed large chamber and complex sensors. But If the atmospheric oxygen and carbon dioxide concentrations do not change, the expiratory oxygen and carbon dioxide can be used to obtain RQ value. A convenient RQ measuring device has been developed by using two sensors for O2 and CO2. The estimation of RQ devices confirms that the RQ device can obtain accurate data by eliminating uncertain factor such as delay time and remaining gases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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