Kim, Dae-Hyun;Denny, Widhiyanuriyawan;Min, Seung-Hwan;Lee, Dong-In;Yoon, Hong-Joo
Korean Journal of Remote Sensing
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v.25
no.6
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pp.475-486
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2009
Harmful algal blooms (HAB) caused by the dominant species Cochlodinium polykrikoides (C. polykrikoides) appear in the South Sea of Korea and are particularly present in summer and fall seasons. Environmental factors such as water temperature, weather conditions (air temperature, cloud cover, sunshine, precipitation and wind) influence on the initiation and subsequent development of HAB. The purpose of this research was to study spatial and temporal variations of HAB in the Yeosu area using environmental (oceanic and meteorological) and satellite data. Chlorophyll-a concentrations were calculated using Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS) images by an Ocean Chlorophyll 4 (OC4) algorithm, and HAB were estimated using the Red tide index Chlorophyll Algorithm (RCA). We also used the surface velocity of sequential satellite images applying the Maximum Cross Correlation method to detect chlorophyll-a movement. The results showed that the water temperature during HAB occurrences in August 2002-2008 was $19.4-30.2^{\circ}C$. In terms of the frequency of the mean of cell density of C. polykrikoides, the cell density of the HAB found at low (<300 cells/ml), medium (300-1000 cells/ml), and high (>1000 cells/ml) levels were 27.01%, 37.44%, and 35.55%, respectively. Meteorological data for 2002-2008 showed that the mean air temperature, precipitation, wind speed and direction, and sunshine duration were $22.39^{\circ}C$, 6.54 mm/day, 3.98 m/s (southwesterly), and 1-11.7 h, respectively. Our results suggest that HAB events in the Yeosu area can be triggered and extended by heavy precipitation and massive movement of HAB from the East China Sea. Satellite images data from July to October 2002-2006 showed that the OC4 algorithm generally estimated high chlorophyll-a concentration ($2-20\;mg/m^3$) throughout the coastal area, whereas the RCA estimated concentrations at $2-10\;mg/m^3$. The surface velocity of chlorophyll-a movement from sequential satellite images revealed the same patterns in the direction of the Tsushima Warm Current.
In phtosynthetic light harvesting complexes, the electronic transition energies of chlorophylls are influenced by the Coulombic interaction with nearby molecules. Variation of the interactions caused by structural inhomogeneity in biological environment results in a distribution of disordered electronic transition energies of chlorophylls. In order to provide a practical guide to predict qualitative tendency of such distribution, we model four porphyrin derivatives including chlorophyll a molecule interacting with an external positive charge and calculate their transition energies using the time dependent density functional method. It is found that ${\pi}-{\pi}^*$ transition energies of the molecules are generally blue-shifted by the charge because this stabilizes occupied molecular orbitals to a greater extent than unoccupied ones. Furthermore, new transitions in the visible region emerge as a result of the red-shift in energy of an unoccupied Mg orbital and it is suggested that light-induced electron transfer may occur from the tetrapyrrole ring to the central magnesium when the molecules are interacting with a positive charge.
A study was carried out on the distribution of chlorophyll a and water quality in the dry season in Yosuhae bay and adjoining sea, Southern Korea, in July of 1994. Concentration of salinity and phosphate were lower in the outer bay than in the inner bay. While nitrate and silicate were higher in the former than in the latter. We were identified with coastal waters of origin from China with the lower salinity in outer bay. The China coastal water was characteristic of high nutrients and phytoplankton biomass, such as chlorophyll a. The principal component analysis-(PCA) on the analytical data proved that high density of phytoplankton biomass , occurred under the condition of low salinity and high concentration of nissoived Inorganic nutrients. It is thought that the thermoharine structure and biological produtions of Yosuhae bay were controlled by the China coastal water in the outer bay.
Chlorophyll ${\alpha}$ concentration and cyanobacterial cell density are regularly employed as dual criteria for determinations of the alert level for cyanobacterial bloom. However, chlorophyll ${\alpha}$ is not confined only to the cyanobacteria, but is found universally in eukaryotic algae. Furthermore, the determination of cyanobacterial cell counts is notoriously difficult, and is unduly dependent on individual variation and trained skill. A cyanobacteria-specific parameter other than the cell count or chlorophyll ${\alpha}$ concentration is, accordingly, required in order to improve the present cyanobacterial bloom alert system. Phycocyanin has been shown to exhibit a strong correlation with a variety of bloom-related factors. This may allow for the current alert system criteria to be replaced by a three-stage alert system based on phycocyanin concentrations of 0.1, 30, and $700\;{\mu}g/L$. This would also be advantageous in that it would become far more simple to conduct measurements without the need for expensive equipment, thereby enabling the monitoring of entire lakes more precisely and frequently. Thus, an alert system with superior predictive ability based on highthroughput phycocyanin measurements appears feasible.
Low efficiency in microalgal biomass production was largely attributed to the low density of algal cell cultures. Though mutations that reduced the level of chlorophyll or pigment content increased efficiency of photon usage and thus the cell-culture density under high-illumination growth conditions (e.g., >$500{\mu}mol\;photon\;m^{-2}\;s^{-1}$), it was unclear whether algae could increase cell-culture density under low-illumination conditions (e.g., ${\sim}50{\mu}mol\;photon\;m^{-2}\;s^{-1}$). To address this question, we performed forward genetic screening in Chlamydomonas reinhardtii. A pool of >1,000 insertional mutants was constructed and subjected to continuous subcultures in shaking flasks under low-illumination conditions. Complexity of restriction fragment length polymorphism (RFLP) pattern in cultures indicated the degree of heterogeneity of mutant populations. We showed that the levels of RFLP complexity decreased when cycles of subculture increased, suggesting that cultures were gradually populated by high cell-culture density (HCD) strains. Analysis of the 3 isolated HCD mutants after 30 cycles of subcultures confirmed that their maximal biomass production was 50-100% higher than that of wild type under low-illumination. Furthermore, levels of chlorophyll content in HCD mutant strains were similar to that of wild type. Inverse polymerase chain reaction analysis identified the locus of insertion in two of three HCD strains. Molecular and transcriptomic analyses suggested that two HCD mutants were a result of the gain-of-function phenotype, both linking to the abnormality of mitochondrial functions. Taken together, our results demonstrate that HCD strains can be obtained through continuous subcultures under low illumination conditions.
The pigment composition and concentration of phytoplankton assemblages using HPLC in the adjacent waters of four nuclear power plants (Yonggwang, Kori, Wolsong and Ulchin) were investigated during the spring blooming in 2004. The mean concentration of chlorophyll a ranged from 563.8 to 2,949.0ng $l^{-1}$, with the lowest concentration at Kori and the highest concentration at Wolsong. Among the carotenoids, the amounts of fucoxanthin and chlorophyll $C_2$ were relatively higher than those of other pigments in the study site. As minor pigments, zeaxanthin, chlorophyll b, 19'-butanoyloxyfucoxanthin, diadinoxanthin, 19'-hexanoyloxyfucoxanthin, chlorophyll $C_3$ and peridinin were detected. The results of pigment composition and concentration showed that diatoms had an important proportion of phytoplankton community when a spring bloom occurred. Cyanobacteria was present relatively low density at the Wolsong and the green alga such as chlorophytes and prasinophytes were abundant at the Yonggwang and Kori, while dinoflagellates characterized by peridinin were common at Ulchin and Kori. The pigment composition and concentration of phytoplankton after passing through the cooling-water system of nuclear power plant were highly variable. No distinct trend of the change of each pigment composition and amount was detected but the variation of fucoxanthin and chlorophyll $C_2$ highly coupled with that of chlorophyll a. We pointed out that the diatom controlled the overall variation of phytoplankton biomass during the spring season.
Fabrea salina living at salt pond is an interesting ciliate in the research of photobiology and live food for aquaculture. This study was carried out to understand the natural habitat of F. salina at salt pond, which would be a basic biological knowledge for the indoor mass culture of this ciliate. In this research, the water quality as temperature, salinity, dissolved oxygen, and chlorophyll-a was examined with the population density of the ciliate at salt pond. The highest population density of F. salina occurred at 109 ppt and $31^{\circ}C$with 2,390 inds./L in August, and the distribution of the ciliate was positively correlated with salinity, temperature, and chlorophylla. Even though F. salina is a very euryharine ciliate, it did not occur at the salinity below 47 ppt in this study. Its reason is able to be explained with the occurrence of many predators as small fish and food competitors as zooplankton living at low salinity of salt pont. While F. salina occurred with Anemia at the same habitat using the same food source, the optimum salinity for the ciliate was a little higher than that of Anemia, and the optimum temperature for the former was a little lower than that of the later. This should be a reason for that these two species have different ecological nich at the same habitat using the same food source.
KIM Mu Chan;YU Hong Sik;OK Mi Sun;KIM Chang Hoon;CHANG Dong Suk
Korean Journal of Fisheries and Aquatic Sciences
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v.32
no.3
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pp.359-367
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1999
For investigating the activities of algicidal bacteria, the variations of algicidal bacterial population and chlorophyll-a were checked weekly in Chindong Bay, Korea from May to July, 1998. For identifying their killing characteristics, three strains were selected from the isolated algicidal bacteria. The density of algicidal bacteria kept changing in the range of $6.0\times10^1$ to $6.4\times10^5$ cell $\ell^{-1}$. The density flux of algicidal bacteria coincided with that of chlorophyll-a by a week of lag time. Three algicidal bacteria isolated from field strains, H519S5-4, H605S5-15 and H605S5-22, were investigated in nine microalgal species, Heterosigma akashiwo, Chattonella sp. (Raphidlphyceae), Gymnodinium catenatum, Gyrodinium impudicum, Cochlodinium polyklikoides (Dinophyceae), Chaetoceros sp., Coscinodiscus granii, Ditylum brightwellii, Thalassiosira rotula (Bacillariophyceae). Strain H605S5-22 showed a wide algicidal activities over nine microlgae, strain H605S5-15 over H. akashiwo, G. catenatum, T. rotula, Chattonella sp. and strain H519S5-4 over H. akashiwo, Chattonella sp., Chaetoceros sp., G. catenatum. The activities of the three strains were detected by the secretion of algicidal substances. Therefore, it is suggested that the activities of algicidal bacteria have a significant influence over the population dynamics of phytoplankton and get involved with the sharp decrease in red tides in the coastal area.
A indigenous freshwater bivalve Unio douglasiae was introduced to compare the differences in the efficacy of algal bloom control and the appearances of mussel-mediated adverse effects between two different reservoirs such as mesotrophic (Shingu r.) and hypertrophic (Seokmun r.). We constructed the study mesocosm in the shore of each reservoir, stocked the mussel at density of $30indiv./m^3$ for 7 days, and measured daily the phytoplankton density and water quality. In mesotrophic reservoir, even though approximately 38% of suspended solids and chlorophyll-a was reduced by stocked bivalves for the first 3 days, algal density, ammonia and soluble reactive phosphorus gradually increased with increasing mussel death. In hypertrophic reservoir, mussels strongly inhibited suspended solids and chlorophyll-a by the termination of study with no increase of mussel death and nutrient, especially ammonia concentration. In both reservoirs, a strong selectivity showed mussels preferred to diatom rather than cyanobacteria and green algae without algal density and nutrient level. Our results indicate that an introduction of freshwater bivalve U. douglasiae is more strategic to improve water quality of hypertrophic than mesotrophic reservoir, but many preliminary studies on the treatment method and the selection of target water system are required.
This study was conducted to determine the extent of drought resistance based on physiological responses of Calystegia soldanella under water deficit. In order to investigate the changes of plant growth, stomatal density, photosynthesis, chlorophyll fluorescence, the contents of chlorophyll and carotenoid, osmolality, total ion contents, the contents of carbohydrate and proline, C. soldanella was grown under well watered and drought stressed conditions for 12 days. In this study, water-deficit resulted in remarkable growth inhibition of C. soldanella. The effect of water-deficit on plant growth was associated with low osmotic potential of soil. On day 12 after drought treatment, dry weight, relative water contents, number and area of leaves and stem length were lower than those of control. The stomatal conductance and net photosynthetic rate were significantly reduced in water stressed plant to regulate inner water contents and $CO_2$ exchange through the stomatal pore. Chlorophyll fluorescence and chlorophyll contents were not different in comparison with the control, indicating that the efficiency of photosystem II was not affected by drought stress. This results could be explained that water-deficit in C. soldanella limits the photosynthetic rate and reduces the plant's ability to convert energy to biomass. A significant increase in total ion contents and osmolality was observed on day 7 and day 12. Accumulation of proline in leaves is associated with the osmotic adjustment in C. soldanella to soil water-deficit. Consequently, this increase in osmolality in water stressed plant can be a result in the increase of ion contents and proline.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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