본 연구는 광환경 변화에 따른 병풍쌈의 엽록소 함량, 광합성 특성, 엽록소형광반응 그리고 생장 특성을 조사하기 위해 실시하였으며, 실험을 위해 병풍쌈을 무처리구(full sunlight)와 3개의 서로 다른 피음조건(88~93%, 65~75% and 45%~55% of full sunlight)에서 생육시켰다. 병풍쌈은 피음수준이 증가할수록 총 엽록소 함량, 광화학반응효율, T/R율, SLA, LAR, LWR은 증가하고 암호흡은 감소하여, 낮은 광조건에서 빛의 흡수량과 광합성에 대한 이용효율을 높이는 반응을 나타냈다. 5월의 중피음처리구에서 가장 높은 최대광합성속도와 순양자수율을 나타냈으며, 피음처리구보다 전광처리구에서 가장 낮은 최대광합성속도, 광화학반응효율, 엽록소 함량을 나타냈다. 위의 결과에 따라 병풍쌈은 음지식물로 강한 광에 대한 민감성이 매우 높고, 광을 제한하여도 강피음 상태를 지속하게 되면 광합성 능력이 크게 감소될 수 있으며, 건전한 생육을 위해서는 노천광의 65~75%를 차단시킨 광환경 조건이 적합하다고 생각된다.
본 연구는 4년생 고려인삼의 재식위치에 따르는 잎의 형태적 특성과 광합성능력 및 암호흡의 계절적 변이를 구명하기 위하여 수행하였던 바 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 엽장, 엽폭, 엽중 및 엽면적지수는 후열에 비해 전열에서 현저한 증가를 보였고 또한 6월에 비해 9월에 증가된 경향이었으며 특히 후열엽의 충실도는 6월에 비해 9월에 뚜렷한 증가를 나타내었다. 2. 기공의 수 및 크기는 6월에 비해 9월에 현저한 증가를 보였다. 엽록소a는 6월에 비해 9월에 현저히 감소되었으나 엽록소b는 계절간의 차이가 없었으며 또한 엽록소a, b 모두 6월에는 전열에 비해 후열에서 현저히 많았으나 9월에는 전후열간 차이가 인정되지 않았다. 3. 광합성 최적광도의 추정치는 9월에 비해 6월에 높았고 또한 후열에 비해 전열 재식인삼이 높았으며 15~2$0^{\circ}C$에 비해 $25^{\circ}C$이상의 온도에서 현저히 낮았다. 광보상점은 온도가 높을수록 현저히 높아졌고 6월에 비해 9월에 현저히 높았다. 4. 최대광합성량은 6월에는 후열에 비해 전열에서 현저히 많았으나 9월에는 후열 재식인삼에서 오히려 현저한 증가를 보였고 6월에는 20~$25^{\circ}C$에서 그리고 9月에는 15~2$0^{\circ}C$에서 최대광합함량을 나타내었으며 그 이상의 온도에서는 현저한 광합성량의 감소를 나타내었다. 5. 광합성 최적온도는 6월은 21~$25^{\circ}C$였고 9월은 14~21$^{\circ}C$였으며 모두 전열에 비해 후열에서 현저히 높았다. 계절 및 재식위치에 관계없이 인삼엽의 암호흡은 온도상승에 따라 현저한 직선적인 증가를 보였고 Q$_{10}$은 6월의 전열에서는 1.7~2.1이었고 6월 후열 및 9월 전후열 잎은 1.3~l.8의 범위였다.
인삼을 $15^{\circ}C$에서 $30^{\circ}C$까지 $5^{\circ}C$ 차이로 구분하여 일중 온도변이를 두어 19일간 암하에서 길러 지상부 재생장효율을 조사하였으며 생육적온 $15^{\circ}C$를 제한 온도를 적산한 6개 열장해지수와 5개의 생장효율과의 직선상관을 조사하였다. 총생산효율(지상부건중/근중감소량)은 최적온인 $15^{\circ}C$ / $15^{\circ}C$에서 37.5%이고 최고온인 30/$30^{\circ}C$에서 12.3%였다. 유지호흡을 보정한 순생산효율{(지상부중+지상부유지호흡량)/(근중감량-유지호흡량)}은 각기 39.6%와 16.7%였다. 모든 열장해지수는 모든 생장효율과 부상관(p=0.001)을 보였으며 온도차가 없는 경우와 너무 큰 경우를 보정한 열장해지수가 가장 큰 상관계수를 보였다. 열장해지수는 근중감소량과 유의 부상관, 유지호흡량과는 유의 정상관을 보였다. 지상부 생장량은 생장효율 및 근중감소량과 유의 정상관, 열장해지수와는 부상관을 보였다. 이상의 결과에서 열장해는 호흡소모가 아니고 재생장에 필요한 기질공급의 저해이며 그로 인해 생장효율이 저하되는 것으로 보인다. 생육적온에서도 재생장효율은 심히 적었으며 생육부진의 원인으로 보인다.
Characteristics of photosynthesis-light and photosynthesis-temperature relationships were seasonally compared among 4 species, two temperate Sargassurn (S. ringgoldianum and S. spathulophyllum) and two temperate kelp (Ecklonia cava and Eisenia bicyclis), growing in the same habitat in Oura Bay, Shimoda, central Japan. The photosynthesis-irradiance (P-I) curve of each species at the in situ temperature and the photosynthesis-temperature (P-T) curve at near saturation irradiance (400μmol·m^(-2)·s^(-1)) were determined by using differential gas-volumeters. Maximum photosynthetic rates (Prnax) for P-I curves of the two Sargassurn species were higher from summer to autumn than from winter to spring, while those of the two kelp species showed little difference among seasons. Net photosynthetic rates (Pn) at 100-400μmol·m^(-2)·s^(-1) of the Sargassurn species were higher than those of the kelp species in autumn, spring and summer, while in winter the rates were about the same between the Sargassurn and kelp species. Among seasons, the light saturation index (1k) values, dark respiration rates and light compensation points of Sargassurn species differed more than those of kelp species. Optimum temperature for P-T curves of Sargassurn species was 29℃ and that of kelp species was 27℃ in summer, while in winter the former was 27℃ and the latter was 25℃. Pn at 400 μmol·m^(-2)·s^(-1) at 10-33℃ of Sargassurn species were considerably higher than those of kelp species from spring to summer, while from autumn to winter the rates at 5-27℃ were about the same between the two. At supra-optimum temperatures, Pn of kelp species decreased more sharply than those of Sargassurn species in each season. These facts indicate that the two temperate Sargassurn species have a higher potential photosynthetic performance under warmer conditions than the two temperate kelp species even though they grow in the same habitat.
Plant biomass, photosystem II (PSII) photochemical activity, photosynthetic function, and zinc (Zn) accumulation were investigated in a sorghum-sudangrass hybrid (Sorghum bicolor ${\times}$ S. sudanense) exposed to various Zn concentrations to determine the elimination capacity of Zn from soils. Plant growth and biomass of the sorghum-sudangrass hybrid decreased with increasing Zn concentration. Symptoms of Zn toxicity, i.e., withering and discoloration of old leaves, were found at Zn concentrations over 800 ppm. PSII photochemical activity, as indicated by the values of $F_v/F_m$ and $F_v/F_o$, decreased significantly three days after exposure to Zn concentrations of 800 ppm or more. Photosynthetic $CO_2$ fixation rate (A) was high between Zn concentrations of 100-200 ppm ($22.5{\mu}mol$$CO_2{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$), but it declined as Zn concentration increased. At Zn concentrations of 800 and 1600 ppm, A was 14.1 and $1.8{\mu}mol$$CO_2{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$, respectively. The patterns of stomatal conductance ($g_s$), transpiration rate (E), and water use efficiency (WUE) were all similar to that of photosynthetic $CO_2$ fixation rate, except for dark respiration ($R_d$), which showed an opposite pattern. Zn was accumulated in both above- and below-ground parts of plants, but was more in the below-ground parts. Magnesium (Mg) and iron (Fe) concentrations were significantly low in the leaves of plants, and symptoms of Mg or Fe deficiency, such as a decrease in the SPAD value, were found when plants were treated with Zn concentrations above 800 ppm. These results suggest that the sorghum-sudangrass hybrid is able to accumulate Zn to high level in plant body and eliminate it with its rapid growth and high biomass yield.
Ulva pertusa, a common bloom-forming green alga, was used as a model system to examine the effects of elevated carbon dioxide (CO2) and temperature on growth and photosynthetic performance. To do this, U. pertusa was grown under four temperature and CO2 conditions; ambient CO2 (400 μatm) and temperature (16℃) (i.e., present), elevated temperature only (19℃) (ET; i.e., warming), elevated CO2 only (1,000 μatm) (EC; i.e., acidification), and elevated temperature and CO2 (ET and EC; i.e., greenhouse), and its steady state photosynthetic performance evaluated. Maximum gross photosynthetic rates (GPmax) were highest under EC conditions and lowest under ET conditions. Further, ET conditions resulted in decreased rate of dark respiration (Rd), but growth of U. pertusa was higher under ET conditions than under ambient temperature conditions. In order to evaluate external carbonic anhydrase (eCA) activity, photosynthesis was measured at 70 μmol photons m−2 s−1 in the presence or absence of the eCA inhibitor acetazolamide (AZ), which inhibited photosynthetic rates in all treatments, indicating eCA activity. However, while AZ reduced U. pertusa photosynthesis in all treatments, this reduction was lower under ambient CO2 conditions (both present and warming) compared to EC conditions (both acidification and greenhouse). Moreover, Chlorophyll a and glucose contents in U. pertusa tissues declined under ET conditions (both warming and greenhouse) in conjunction with reduced GPmax and Rd. Overall, our results indicate that the interaction of EC and ET would offset each other’s impacts on photosynthesis and biochemical composition as related to carbon balance of U. pertusa.
Proctor, John T.A.;Palmer, John W.;Follett, John M.
Journal of Ginseng Research
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제34권3호
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pp.175-182
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2010
North American ginseng seedlings (Panax quinquefolius L.) were grown in pots in heated greenhouses, in a cool greenhouse, or in the field, in 11 experiments at various times over 16 years. Crop establishment, dry matter partitioning, photosynthesis, radiation use efficiency and carbon budget were measured and/or calculated in some years. Once the seedling canopy, of about $20\;cm^2$ per seedling, and a leaf area index of 0.37, was established, about 40 days after germination, full canopy display lasted about 87 days. Only 16.6% of the incoming solar radiation was intercepted by the crop, the remainder falling on the mulched soil surface. Total and root dry matter accumulations in the cool greenhouse and in the field were about double that in the heated greenhouses. Partitioning of dry matter to roots (economic yield or harvest index) in the cool greenhouse and in the field was 73% whereas it was 62.5% in the heated greenhouses. The relationship between root dry matter and radiation interception during the full canopy period was linear with growth efficiencies of $2.92\;mg\;MJ^{-1}$ at 4.8% of incoming radiation and $0.30\;mg\;MJ^{-1}$ at 68% of incoming radiation. A photosynthetic rate of $0.39\;g\;m^{-2}\;h^{-1}$ was attained at light saturation of about $150\;{\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$ (7.5% of full sunlight); dark respiration was $0.03\;g\;m^{-2}\;h^{-1}$, about 8.5% of maximum assimilation rate. Estimates of dry matter accumulation by growth analysis and by $CO_2$ uptake were similar, 6.21 vs. 7.62 mg $CO_2$, despite several assumptions in $CO_2$ uptake calculations.
식물의 생리적 과정과 환경 요인 간 상호작용에 바탕을 둔 프로세스 모형은 작물 생육 및 생산성 예측을 위한 좋은 도구이다. 탄소 획득과 바이오매스 증가는 프로세스 모형 개발의 주요 구성요소로서, 작물모형 내에서 광합성 과정의 이해 및 통합에 중요한 역할을 한다. 본 연구는 1980년 Farquhar 등에 의해 제안된 C3 식물 잎의 광합성 모델인 FvCB 모형의 양파에 대한 적용 가능성 평가 및 적합한 모수 추정을 목표로 수행되었다. 이를 위해 온도구배하우스에서 재배된 조생종 양파 품종인 '싱싱볼'과 '썬더볼'의 광합성 측정 결과를 바탕으로 Vcmax, Jmax, TPU 및 Rd 값을 추정하였다. 본 연구에서 개발된 양파의 기체교환 모형은 다양한 환경 조건에서 양파의 광합성 반응 예측 및 설명에 유용하게 활용될 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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