The role of inorganic nitrogen assimilation in the production of amino acids, organic acids and soluble sugars is one of the most important biochemical processes in plants, and, in order to achieve normally, nitrate uptake and assimilation is essential. For this reason, the characterization of nitrate assimilation and metabolite composition from leaves, roots and xylem sap of tomato (Solanum lycopersicum) was investigated under different nitrate levels in media. Tomato plants were grown hydroponically in liquid culture under five different nitrate regimes: deficient (0.25 and 0.75 mM $NO_3{^-}$), normal (2.5 mM $NO_3{^-}$) and excessive (5.0 and 10.0 mM $NO_3{^-}$). All samples, leaves, roots and xylem sap, were collected after 7 and 14 days after treatment. The levels of amino acids, soluble sugars and organic acids were significantly decreased by N-deficiency whereas, interestingly, they remained higher in xylem sap as compared with N-normal and -surplus. The N-excessive condition did not exert any significant changes in metabolites composition, and thus their levels were similar with N-normal. The gene expression and enzyme activity of nitrate reductase (NR), nitrite reductase (NIR) and glutamine synthetase (GS) were greatly influenced by nitrate. The data presented here suggest that metabolites, as a signal messenger, existed in xylem sap seem to play a crucial role to acquire nitrate, and, in addition, an increase in ${\alpha}$-ketoglutarate pathway-derived amino acids under N-deficiency may help to better understand plant C/N metabolism.
B시 S하수처리장에서 화학침전 공정에서 MLE 공정으로 공법을 변경하였으며, 생물학적으로 탈질시 부족한 탄소원을 보충하기 위해 외부탄소원이 요구되었다. 본 연구에서는 약 4.7%의 아세트산을 포함하는 TPA(Terephthalic Acid) 생산부산물의 대체탄소원으로 적용 가능성을 평가하기 위해 NUR(Nitrate Uptake Rate) 및 OUR(Oxygen Uptake Rate) 실험과 현장 적용실험을 수행하였다. 실험 결과 TPA 생산 부산물은 일반 상용 외부탄소원으로 널리 쓰이는 메탄올보다 빠른 순응특성을 나타내었고 비탈질율이 $8.24mg{NO_3}^--N/gVSS/hr$, 단위 질산성 질소 제거당 COD 소모비는 $3.70COD_{Cr}/g\;NO_3$, RBDCOD 함량 99.4%로 나타났다. S하수처리장에 대한 TPA 생산부산물 현장 적용 실험을 통해 안정적인 영양염류 제거효율을 나타내었으며 방류수 T-N 농도가 8.2 mg/L로 생물학적 탈질에 요구되는 탄소원을 보충할 수 있는 대체탄소원으로 적합하다고 판단되었다.
The purpose of the experiment was to determine the effect of nitrogen sources (urea, ammonium sulphate, ammonium nitrate) and potassium sources (potassium chloride, potassium sulphate) on the growth and quality of Zoysia japonica Steud. This experiment was conducted at Seoul City University turf field from 1988 to 1989. The results of this experiment were summarized as follows; 1. Urea and Ammonium sulphate resulted in superior clipping yield compared to ammonium nitrate. The growth of rhizome and stolon increased significantly with urea forms, but ammonium sulphate treated plots exhibited the highest the growth rate of root. 2. Ammonium sulphate showed best turf color rating while ammonium nitrate resulted in the poorest. Prolongation of the green period showed longer in ammonium sulphate and urea treated plots than ammoium nitrate. 3. Urea and ammonium sulphate exhibited superior visible quality and shoot density compared to ammonium nitrate. 4. The uptake of mineral nutrient showed the highest concentration with urea plots. Surface soil pH was allowed to become slightly acid with the ammonium sulphate and potassium sulphate treatments, while the application of N and K sources did not cause significant differences in mineral element content in soil.
Seawater samples were collected at discrete depths from five stations across the polar front in the Drake Passage (Antarctic Ocean) by the $20^{th}$ Korea Antarctic Research Program in December, 2006. Nitrate concentrations of seawater increase with depth within the photic zone above the depth of Upper Circumpolar Deep Water (UCDW). In contrast, ${\delta}^{15}N$ values of seawater nitrate decrease with depth, showing a mirror image to the nitrate variation. Such a distinct vertical variation is mainly attributed to the degree of nitrate assimilation by phytoplankton as well as organic matter degradation of sinking particles within the surface layer. The preferential $^{14}{NO_3}^-$ assimilation by the phytoplankton causes $^{15}{NO_3}^-$ concentration to become high in a closedsystem surface-water environment during the primary production, whereas more $^{14}{NO_3}^-$ is added to the seawater during the degradation of sinking organic particles. The water-mass mixing seems to play an important role in the alteration of ${\delta}^{15}N$ values in the deep layer below the UCDW. Across the polar front, nitrate concentrations of surface seawater decrease and corresponding ${\delta}^{15}N$ values increase northward, which is likely due to the degree of nitrate utilization during the primary production. Based on the Rayleigh model, the calculated ${\varepsilon}$ (isotope effect of nitrate uptake) values between 4.0%o and 5.8%o were validated by the previously reported data, although the preformed ${\delta}^{15}{{NO_3}^-}_{initial}$ value of UCDW is important in the calculation of ${\varepsilon}$ values.
The excretion of ammonia and glutamine synthetase activities were measured in aposymbiotic Paramecium and symbiotic Paramecium. The uptake of nitrate and ammonia, and specific enzyme activities of nitrate reductase, glutamate dehydrogenase and glutamine synthetase were investigated in symbiotic Chlorella from Paramecium bursaria and Chlorella ellipsoidea. The ammonia concentration in the culture media of aposymbiotic Paramecium was increased according to the growth of the Paramecium but it was not changed in symbiotic Paramecium. Nitrate, the major nitrogen source, was taken up at a rate of 0.635 nmol/ 106 Chlorella/hr in Chlorella ellipsoidea. Most of ammonia was assimilated to glutamine by glutamine synthetase, of which acitivty was 1,467 $\mu$mol/mg protein/min in Chlorella elliposidea. Contrary to Chlorella ellipsoidea, ammonia and glutamine transported from the Paramecium were the nitrogen source of symbiotic Chlorella and ammonia was taken up at a rate of 3.854 nmo./106 Chlorella/hr into synmbiotic Chlorella. Most of ammonia were assimilated to glutamate by glutamate dehydrogenase in symbiotic Chlorella. The glutamate dehydrogenase (GDH/NADH) activity was 0.851 $\mu$mol/mg protein/min.
The biodegradability of organics has become essential for the design and modeling of a biological nutrient removal process. Respirometry for the batch test just with wastewater has been conducted to estimate active biomass and readily biodegradable organics in municipal wastewater simultaneously. Municipal wastewater contains significant active biomass, which is estimated about 17% of COD. Compared to the batch test seeded with sludge, the batch test just with wastewater represents a little higher readily biodegradable organics. This might be due to the different environment of the logarithmic growth of active biomass. The nitrate uptake rate test has been also performed for the estimation of the readily biodegradable organics. The nitrate uptake rate test results in a little higher readily biodegradable organics compared to the batch test seeded with sludge and similar organics compared to the batch test just with wastewater. This might be caused by the different sludge of a sequencing batch reactor process. Taking the result of the previous research into account, the readily biodegradable, slowly biodegradable, active biomass, soluble inert, and particulate inert organics are estimated about 11%, 49%, 17%, 11%, and 12% of COD, respectively.
Kyoung Rok Geem ;Jaewook Kim ;Wonsil Bae ;Moo-Geun Jee ;Jin Yu ;Inbae Jang;Dong-Yun Lee ;Chang Pyo Hong ;Donghwan Shim;Hojin Ryu
Journal of Ginseng Research
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제47권3호
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pp.469-478
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2023
Background: Nitrogen (N) is an essential macronutrient for plant growth and development. To support agricultural production and enhance crop yield, two major N sources, nitrate and ammonium, are applied as fertilizers to the soil. Although many studies have been conducted on N uptake and signal transduction, the molecular genetic mechanisms of N-mediated physiological roles, such as the secondary growth of storage roots, remain largely unknown. Methods: One-year-old P. ginseng seedlings treated with KNO3 were analyzed for the secondary growth of storage roots. The histological paraffin sections were subjected to bright and polarized light microscopic analysis. Genome-wide RNA-seq and network analysis were carried out to dissect the molecular mechanism of nitrate-mediated promotion of ginseng storage root thickening. Results: Here, we report the positive effects of nitrate on storage root secondary growth in Panax ginseng. Exogenous nitrate supply to ginseng seedlings significantly increased the root secondary growth. Histological analysis indicated that the enhancement of root secondary growth could be attributed to the increase in cambium stem cell activity and the subsequent differentiation of cambium-derived storage parenchymal cells. RNA-seq and gene set enrichment analysis (GSEA) revealed that the formation of a transcriptional network comprising auxin, brassinosteroid (BR)-, ethylene-, and jasmonic acid (JA)-related genes mainly contributed to the secondary growth of ginseng storage roots. In addition, increased proliferation of cambium stem cells by a N-rich source inhibited the accumulation of starch granules in storage parenchymal cells. Conclusion: Thus, through the integration of bioinformatic and histological tissue analyses, we demonstrate that nitrate assimilation and signaling pathways are integrated into key biological processes that promote the secondary growth of P. ginseng storage roots.
본 연구에서는 수중 질산성 질소($NO{_3}^-$) 제거용 음이온교환막 제조를 위하여 poly(vinylimidazole-co-trifluoroethylmethacrylate-co-divinylbenzene)(PVTD) 공중합체를 제조하고, quaternization 반응을 통하여 관능기를 도입하기 위한 최적화 반응온도, 반응시간, 관능화농도 조건을 규명하였다. 제조한 음이온교환막의 구조 확인과 분자량 측정을 위하여 FTIR, $^1H$ NMR, 스펙트럼 분석과 GPC 분석을 하였다. 또한 제조한 음이온교환막의 함수율, 팽윤율, 전기저항, 이온교환용량과 같은 기본물성을 측정하였다. 또한 수중 질산염 제거율과 선택성을 확인하기 위하여 막의 음이온 투과성을 측정하여 질산성 질소의 선택성을 확인하였다. 최적 함수율, 전기저항, 이온교환용량은 각각 51.2%, $5.4{\Omega}{\cdot}cm^2$, 1.04 meq/g으로 측정되었다.
Nitrate reductase (NR) is activated by nitrogen sources (${NO_3}^-$ and ${NH_4}^+$) and irradiance. This study investigated the effects of these factors on the NR activity of Ulva pertusa (Chlorophyta) and Ecklonia cava (Phaeophyta). In addition, the ammonium (${NH_4}^+$) and nitrate (${NO_3}^-$) uptake rates of the two species were examined. U. pertusa took up most of the ${NO_3}^-$ and ${NH_4}^+$ in the medium during a 3hour incubation, while E. cava had a relatively high uptake rate after 3 hours. The NR activities of the two species were affected by the nitrogen source and irradiance and were highest when they were exposed to ${NO_3}^-$-rich medium and high irradiance. However, the patterns of NR activity differed between the two species. In ${NO_3}^-$-rich medium and high irradiance, U. pertusa achieved the highest NR activity ($2.01{\pm}0.07\;{\mu}mol$${NO_2}^-$$g^{-1}$ DW $h^{-1}$) within the first 3 hours and then this activity decreased drastically. By contrast, the NR activity of E. cava ($0.36{\pm}0.04\;{\mu}mol$${NO_2}^-$$g^{-1}$ DW $h^{-1}$) was constant for 12 hours. When exposed to darkness, the NR activity of U. pertusa decreased dramatically, while that of E. cava increased gradually for 12 hours. Therefore, E. cava is able to maintain NR activity during the dark because of its adequate carbohydrate reserves and substrate.
Recent studies have indicated that the observed nitric acid ($HNO_3$) uptake rates ($R_{HNO_3}$) onto dust particles are much slower than $R_{HNO_3}$ used in the previous modeling studies. Three factors that possibly affect $R_{HNO_3}$ onto dust particles are discussed in this study: (1) the magnitude of reaction probability of $HNO_3$ (${\gamma}_{HNO_3}$), (2) aerosol surface areas, and (3) gas-phase $HNO_3$ mixing ratio. Through the discussion presented here, it is shown that the use of accurate ${\gamma}_{HNO_3}$ is of primary importance. We suggest that the use of ${\gamma}_{HNO_3}$ values between $\sim10^{-3}$ and $\sim10^{-5}$ produces more realistic results than the use of ${\gamma}_{HNO_3}$ values between $\sim10^{-1}$ and $\sim10^{-2}$ does, more accurately modeling the nitrate formation characteristics on/in dust particles. We also discuss two different types of aerosol surface area, active and geometric, since the use of different aerosol surface areas often leads to an erroneous result in $R_{HNO_3}$. In addition, the levels of the gas-phase $HNO_3$ are investigated with the example cases of TRACE-P DC-8 flights in East Asia. The $HNO_3$ levels were found to be relatively high, indicating that they can not limit nitrate formation in dust particles.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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