Numerous studies have presented evidence that global atmospheric carbon dioxide ($CO_{2}$ ) concentration and temperature is increasing every year. Both of the $CO_{2}$ and temperature are important components for photosynthesis activity of plants and thusgrowth and yield. However, little information is available in terms of the reaction of vegetable plants to increased $CO_{2}$ concentration and temperature, and also the reaction to a complex condition of both increased $CO_{2}$ concentration and temperature. The aim of this research was therefore to investigate changes in growth, photosynthetic activity and ultra-cellular structure of leaf tissue of Chinese cabbage. Plants were grown under either of elevated $CO_{2}$ concentration (elevated $CO_{2}$, 2-fold higher than atmospheric $CO_{2}$ ) or elevated temperature (elevated temp, 4$^{\circ}C$ higher than atmospheric temperature), under both of elevated $CO_{2}$ concentration and elevated temperature (elevated temp+$CO_{2}$), and under atmospheric $CO_{2}$ concentration and temperature (control). The treatment of 'elevated temp' negatively affected leaf area, fresh weight, chlorophyll and starch content. However, when the treatment of 'elevated temp' was applied coincidently with the treatment of 'elevated $CO_{2}$', growth and photosynthetic performance of plants were as good as those in the treatment of 'elevated $CO_{2}$', Microscopic study resulted that the highest starch content and density of cells were observed in the leaf tissue grown at the treatment of 'elevated $CO_{2}$', whereas the lowest ones were observed in the leaf tissue grown at the treatment of 'elevated temp'. These results suggest that when Chinese cabbage grows under a high-temperature condition, supplement of $CO_{2}$ would improve the growth and yield. In our knowledge, it is the first time to determine the effect of a complex relationship between the increased $CO_{2}$ concentration and temperature on the growth of Chinese cabbage.
Kim, Young-Guk;Cho, Young-Son;Seo, Jong-Ho;Kim, Sok-Dong;Shin, Jin-Chul;Park, Ho-Ki
KOREAN JOURNAL OF CROP SCIENCE
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v.53
no.1
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pp.93-101
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2008
The effects of $CO_2$ enrichment on growth of maize (Zea mays L.) were examined. Parameters analyzed include growth characteristics, yields, photosynthetic rates, evaporation rates and photosynthesis-related characteristics under elevated $CO_2$. The plants were grown in growth chambers with a 12-h photoperiod and a day/night temperature of $28/21^{\circ}C$ at the seedling stage and $30/23^{\circ}C$ from the silking stage. The plants were exposed to two elevated $CO_2$ of 500, 700ppm and ambient levels (350 ppm). Chalok 1 and GCB 70 germinated three days after seeding, and germination rates were faster in the elevated $CO_2$ than the control. Germination rates displayed significant differences among the $CO_2$ treatments. At the seedling stage, leaf area, top dry weight, and photosynthetic rates, and plant height indicated positive relationship with elevated $CO_2$ concentrations. At the $5{\sim}6$ leaf stage, $CO_2$ concentration also indicated positive relationship with plant height, leaf area, top dry weight, and photosynthetic rates. At the silking stage, increased plant height of Chalok 1 was noted in the $CO_2$ treatments compared to the control. No significant differences were noted for GCB 70, in which leaf area decreased but photosynthetic rates increased progressively with $CO_2$ concentration. Stomatal aperture was a little bigger in the elevated $CO_2$ than the control. $CO_2$ concentration was negatively related to stomatal conductance and transpiration rates, resulting in high water use efficiency.
Seo, Tae-Cheol;Jang, Yoon-Ah;Nam, Chun-Woo;Oh, Sang-Seok;Um, Yeong-Cheol;Han, Jeom-Hwa
Journal of Bio-Environment Control
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v.21
no.1
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pp.20-27
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2012
This experiment was conducted to evaluate the long-term effect of the elevated temperature and $CO_2$ concentration on the plant biomass, C/N ratio, and proximate composition of radish. Elevated temperature by 2~2.5 higher than ambient temperature decreased plant biomass by 39% in the spring and 26% in the autumn, respectively. Elevated $CO_2$ concentration by $220{\sim}230{\mu}mol\;mol^{-1}$ higher than ambient $CO_2$ concentration increased plant biomass especially in root. The elevated $CO_2$ concentration, however, could not compensate for the negative effect of elevated temperature on the plant biomass entirely. Elevated temperature increased T/R ratio by 86% in the spring and 60% in the autumn, respectively. Elevated temperature lowered C/N ratio and raised crude protein, crude fat, and ash content in radish root. On the contrary, elevated $CO_2$ concentration raised C/N ratio and lowered the crude protein, crude fiber, and ash contents. These results indicate that climate change affect the biomass yield and internal materials of radish depending on the extent of temperature and $CO_2$ concentration rise in the future.
Effects of elevated CO2 and temperature on nitrogen (N) uptake , leaf N concentration, N partitioning , N use efficiency (NUE) and grain yield of pot and field grown rice (Oryza sativa. L.cv. Chukwangbyeo) under canopy-like conditions were studied over three years. Rice plants were grown in pots and in the field in temperature gradient chambers containing either ambient(350ppm) or elevated CO2 concentrations (690 or 650ppm) in conbination with either four or seven temperature regimes ranging form ambient temperature(AT) to AT plus 3$^{\circ}C$. There were three N supplies 94g or 6g m-2 to 20g or 48g m-2.Elevated CO2 increased N uptake in field-grown rice ; the magnitude of this effect was thelargest (+15%) at the highest N level. However, in pot-grown rice, N uptake was suppressed with the effect was the largest at high N levels. Leaf N concentration declined at elevated CO2 mainly due to a decrease in N partitiioning to the leaf blades. Air temperature had little effect on the N parameters mentioned previously, wherease NUE for spikelet production declined rapidly with increased temperature irrespective of CO2 concentration. The response of the biomass to elevated CO2 varied with N level, with the greatest response at 20g N m-2 (+30%) . At AT, where high temperature-induced sterility was generally not observed, elevated CO2 increased yield. However, the magnitude of this effect varied greatly (2-39%) with N level, and was mainly dependent on the magnitude of the increase in spikelet number.
The effects of elevated temperature and $CO_2$ concentration on vine growth and characteristics of fruits of three-year-old 'Campbell Early' grapevine were investigated. The treatment groups consisted of a control group (ambient temperature and $390{\mu}L{\cdot}L^{-1}\;CO_2$), an elevated temperature group (ambient temperature + $4.0^{\circ}C$ and $390{\mu}L{\cdot}L^{-1}\;CO_2$), an elevated $CO_2$ group (ambient temperature and $700{\mu}L{\cdot}L^{-1}\;CO_2$), and an elevated $CO_2$/temperature group (ambient temperature + $4.0^{\circ}C$ and $700{\mu}L{\cdot}L^{-1}\;CO_2$). The average shoot length was 312.6 cm in the elevated $CO_2$/temperature group, which was higher than the other groups; with 206.2 cm in the control group and 255.6 cm and 224.8 cm in the elevated temperature group and elevated $CO_2$ group respectively. However, the shoot diameter showed a tendency of decreasing in the elevated temperature and elevated $CO_2$/temperature groups. The equatorial diameter of berries was increased in the higher carbon dioxide concentration, and the soluble solid content was the highest in the elevated $CO_2$ group, with $14.6^{\circ}Brix$ among all treatment groups and the lowest in the elevated temperature group ($13.9^{\circ}Brix$). The harvest date was approximately 11 d earlier in the elevated $CO_2$/temperature group and 4 to 2 days earlier in the elevated $CO_2$ group and elevated temperature group, respectively. Regarding the rate of photosynthesis and transpiration during the growth period, higher photosynthetic rates were observed in the elevated $CO_2$ group and the elevated $CO_2$/temperature group during the early stage of growth; however the photosynthetic rate was reduced dramatically in summer, which was contrary to transpiration.
This experiment was carried out to figure out the $CO_2$ biomass and the growth response of Chinese cabbage and radish grown under the condition of high temperature and high $CO_2$ concentration to provide the information for the coming climatic change. Chinese cabbage and radish were cultivated in spring and autumn seasons under 4 treatments, 'ambient temp.+ambient $CO_2$ conc.', 'ambient temp.+elevated $CO_2$ conc.', 'elevated temp.+ ambient $CO_2$ conc.', and 'elevated temp. +elevated $CO_2$ conc.'. The 'elevated temp,' plot was maintained at 5 higher than 'ambient temp. (outside temperature)'and the 'elevated $CO_2$ cone.' plot was done in 650 ppm $CO_2$. The growth of spring-sown Chinese cabbage was worse than autumn-sown one, and was affected more by high temperature than high $CO_2$. concentration. The $CO_2$ biomass of Chinese cabbage was lower as 25.1-39.1 g/plant in spring-sown one than 54.8-63.4 g/plant of autumn-sown one. Daily $CO_2$2 fixation ability was not significantly different between spring- and autumn-sown Chinese cabbage as 1.9-2.9, 2.7-3.1 kg/10a/day, respectively. The $CO_2$ biomass of radish were 87.4-104.6 /plant in spring-sown one and 51.3$\sim$76.4 g/plant in autumn-sown one. Daily $CO_2$ fixation ability of radish were 6.2-10.1 kg/10a/day in spring-sown one and 4.6-6.9 kg/10a/day in autumn-sown one.
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 $CO_2$.
Song, Eun Young;Moon, Kyung Hwan;Son, In Chang;Wi, Seung Hwan;Kim, Chun Hwan;Lim, Chan Kyu;Oh, Soonja
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.18
no.4
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pp.179-187
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2016
This study was conducted to determine the impact of elevated temperature and $CO_2$ concentration based on climate change scenario on growth and fruit quality of pepper (Capsicum annuum L. cv. Muhanjilju) with SPAR (Soil Plant Atmosphere Research) chamber. The intraday temperatures of climate normal years fixed by $20.8^{\circ}C$ during the growing season (May 1~October 30) of climatic normal years (1971~2000) in Andong region. There were treated with 4 groups such like a control group (ambient temperature and 400ppm $CO_2$), an elevated $CO_2$ group (ambient temperature and 800ppm $CO_2$), an elevated temperature group (ambient temperature+$6^{\circ}C$ and 400ppm $CO_2$) and an elevated temperature/$CO_2$ group (ambient temperature+$6^{\circ}C$ and 800ppm $CO_2$). Compared with the control, plant height, branch number and leaf number increased under the elevated temperature and elevated temperature/$CO_2$ group. However, leaf area and chlorophyll content showed a tendency of decreasing in the elevated temperature group and elevated temperature/$CO_2$ group. The number of flower and bud were decreased in the elevated temperature and elevated temperature/$CO_2$ group (mean temperature at $26.8^{\circ}C$) during the growth period. The total number and the weight of fruits were decreased in the elevated temperature group and elevated temperature/$CO_2$ group more than the control group. While the weight, length and diameter of fruit decreased more than those of control as the temperature and $CO_2$ concentration increased gradually. This result suggests that the fruit yield could be decreased under the elevated temperature/$CO_2$ ($6^{\circ}C$ higher than atmospheric temperature/2-fold higher than atmospheric $CO_2$ concentration), whereas the percentage of ripen fruits after 100 days of planting was increased, and showed earlier harvest time than the control.
In the study, the effects of elevated $CO_2$ and temperature on the photosynthetic characteristics, chlorophyll content, nitrogen content, carbon content, and C/N ratio of Phytolacca insularis and Phytolacca americana were examined under control (ambient $CO_2+$ ambient temperature) and treatment (elevated $CO_2+$ elevated temperature) for 2 years (2008 and 2009). The photosynthetic rate, transpiration rate and water use efficiency of two plant species were higher under the treatment than the under the control. The stomatal conductance of P. insularis was higher under the control, but that of P. americana was not significantly affected by $CO_2$ and temperature under the treatment. The chlorophyll contents of two species were decreased about 72.5% and 20%, respectively, by elevated $CO_2$ and temperature. The nitrogen contents of two species were not significantly altered by increase in $CO_2$ and temperature. The carbon contents of the two species were higher under the treatment than under the control. The C/N ratio of P. insularis was higher under the treatment but that of P. americana was not significantly affected by $CO_2$ and temperature. These results demonstrated that the physiological responses of P. insularis native plants might be more sensitively influenced by a $CO_2$-mediated global warming situation than those of the P. americana invasive plants.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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