The effect of ultraviolet-B (UV-B) radiation on photosynthesis was studied by the simultaneous measurements of $O_2$ evolution and chlorophyll (Chl) fluorescence in tobacco leaves. When the tobacco leaves were teated with UV-B (1 $W{\cdot}m^{-2}$), the maximal photosynthetic $O_2$, evolution (Pmax; 4.60 ${\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$) at 200 ${\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$) was decreased with increasing time of UV-B treatment showing 80% decline after 4 h treatment. Chl fluorescence parameters were also affected by ultraviolet-B. Fo was increased while both Fm and Fv were decreased, resulted in the decreased of photochemical efficiency of PSII (Fv/Fm). Non-radiative dissipation of absorbed light as heat as estimated as NPQ (Fm/Fm' - 1) was also decreased with increasing time of UV-B treatment while the extent of photochemical quenching (qP) was not changed. Thus, the ratio of (1-qP)/NPQ parameter was also increased with increasing time of UV-B treatment indicating PSII is under the threat of photoinhibition. The result indicate that UV-B primarily decreases the capacity to dissipate excitation energy by trans-thylakoid pH, which in turn inhibits PSII activity.
Effects of artificial and solar W-B radiation on five rhodophytes (Curdiea racovitzae, Gigaytina skottsbergii, Mazzaella obovata, Myriogramme manginii, Palmaria decipiens) from Antarctica have been investigated using PAM fluorescence in laboratory and in the field. Laboratory studies showed that there were significant differences in the UV sensitivity between different species, and that the differences appeared to be correlated with the depth of collection of the specimens. It was apparent from the observations that the samples such as M. manginii and P. decipiens collected from 20-30 m depths were move sensitive to W-B radiation compared with those collected from shallower depths, The present study confirmed that an acclimation to the surrounding light regime could be an important factor to determine the UV-sensitivity of a species or individuals and that PAM measurements are rapid and non-destructive methods to evaluate UV influences. From field studies on M. manginii and P. decipiens it was observed that both plants exhibited changes in the effective quantum yield, with the minimum values nt noon followed by n recovery in the evening. Photoinhibition occurred in these species could therefore be accounted for by so- called dynamic photoinhibition. It seems likely that this protective mechanism may contribute to survival of the species in shallow water where they may encounter intense solar radiation. The presence or absence of the W- B component under solar radiation differently affected the photosynthetic recovery process, and the rate of recovery was much stoney in UV- present than in W- absent conditions. Functional role of W- B appears to delay the recovery of photosynthesis in the studied macroalgae. Differential sensitivity to UV-B recognised between M. manginii and P. decipiens seemed to correspond well with the amount of UV-absorbing substances (UVAS) contained in the respective species. Higher tolerance to solar radiation by the latter species may be due to the higher amount of UVAS. There were variations of UVAS concentrations in algal thalli depending on the season and depth of collection.
Gourd seeds were irradiated with the doses of 0-20 Gy to investigate the effect of the low dose $\gamma$-radiation on the early growth and physiological activity. The stimulating effects of the low dose y- radiation on the early growth were not noticeably high, but were increased generally at 4-16 Gy irradiation group. The catalase and peroxidase activity of cotyledon from seeds irradiated with $\gamma$- radiation were increased at 8 Gy irradiation group. The photochemical activity of leaf was noticeably high at 4 Gy irradiation group. The photochemical yield of PSII, estimated as Fv/Fm, decreased with increasing illumination time by 50% after 4 hrs in the control and 8 Gy irradiation group, while Fo slightly increased. However, Fv/Em in the 4 Gy irradiation group decreased by 40% of inhibition, indicating that photoinhibition decreased by the low dose $\gamma$- radiation. Changes in the effective quantum yield of PSII, $\varphi_{PSII}$ and 1/Fo- l/Fm, a measure of the rate constant of excitation trapping by the PSII reaction center, showed similar pattern to Fv/Em. NPQ decreased by 70% after photoinhibitory treatment with showing similar pattern between the control and the irradiation group. These results showed the positive effect of low dose $\gamma$- radiation on the seedling growth and the reduction of photoinhibition in the 4 Gy irradiation group.
Rhie, Yong Ha;Lee, Seung Youn;Jung, Hyun Hwan;Kim, Ki Sun
Horticultural Science & Technology
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v.32
no.5
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pp.584-589
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2014
Jeffersonia dubia is a spring-flowering perennial found in rich forests in Korea and Northern China and has potential as an ornamental or medicinal plant. However, illegal picking and land use change have decreased the number of populations and overall population size of this plant in its natural habitat. Although J. dubia has been reported to be a shade-preferring plant, no study has determined the optimum light intensity for its growth. The objectives of this work were to observe the effects of various shading levels on the physiological responses of J. dubia and to determine the proper shading level for cultivation. Treatments consisted of four shading levels (0%, 50%, 75%, and 95% shade) imposed using black mesh cloth. The number of leaves and dry weight increased with decreased shading. The shoot-to-root ratio increased with increased shading, mainly due to decreased root dry weight under shading. Plants showed low net $CO_2$ assimilation rates and $F_v/F_m$ values combined with low dry matter levels when grown under 0% shade (full sunlight). These results indicate that J. dubia plants experience excessive irradiance without shading, resulting in damage to the photosynthetic apparatus. By contrast, the net photosynthesis rate increased as the shading level increased. $F_v/F_m$, the potential efficiency of PSII, was 0.8 under 95% shade, indicating that J. dubia is well-adapted under heavy shading. However, the low dry matter of plants in the 95% shade treatment indicated that the low light intensity under 95% shade led to a decline in plant growth. Thus, moderate light (50% shading) is recommended for cultivating J. dubia without physiological defects.
Lee, Ok Ran;Nguyen, Ngoc Quy;Lee, Kwang Ho;Kim, Young Chang;Seo, Jiho
Journal of Ginseng Research
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v.41
no.4
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pp.463-468
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2017
Background: Both Panax ginseng Meyer and Panax quinquefolius are obligate shade-loving plants whose natural habitats are broadleaved forests of Eastern Asia and North America. Panax species are easily damaged by photoinhibition when they are exposed to high temperatures or insufficient shade. In this study, a cytohistological study of the leaf structures of two of the most well-known Panax species was performed to better understand the physiological processes that limit photosynthesis. Methods: Leaves of ginseng plants grown in soil and hydroponic culture were sectioned for analysis. Leaf structures of both Panax species were observed using a light microscope, scanning electron microscope, and transmission electron microscope. Results: The mesostructure of both P. ginseng and P. quinquefolius frequently had one layer of non-cylindrical palisade cells and three or four layers of spongy parenchymal cells. P. quinquefolius contained a similar number of stomata in the abaxial leaf surface but more tightly appressed enlarged grana stacks than P. ginseng contained. The adaxial surface of the epidermis in P. quinquefolius showed cuticle ridges with a pattern similar to that of P. ginseng. Conclusion: The anatomical leaf structure of both P. ginseng and P. quinquefolius shows that they are typical shade-loving sciophytes. Slight differences in chloroplast structure suggests that the two different species can be authenticated using transmission electron microscopy images, and light-resistant cultivar breeding can be performed via controlling photosynthesis efficiency.
Background: Ecophysiological characteristics of Rosa rugosa were analyzed under different environmental factors from May to October 2022. Photosynthesis, chlorophyll fluorescence, chlorophyll content, leaf water content (LWC), osmolality, carbohydrate content, and total ion content were measured to compare the physiological characteristics of R. rugosa at two study sites (i.e., in large pots and in the Goraebul coastal sand dune area). Results: When R. rugosa was exposed to high temperatures, photosynthetic parameters including net photosynthetic rate (PN) and stomatal conductance (gs) in both experiment areas declined. In addition, severe photoinhibition occurs when R. rugosa is continuously exposed to high photosynthetically active radiation (PAR), and because of this, relatively low Y(II) (i.e., the quantum yield of photochemical energy conversion in photosystem II [PSII]) and high Y(NO) (i.e., the quantum yield of non-regulated, non-photochemical energy loss in PSII) in the R. rugosa of the pot were observed. As the high Y(NPQ) (i.e., the quantum yield of regulated non-photochemical energy loss in PSII) of R. rugosa in the coastal sand dune, they dissipated the excessed photon energy through the non-photochemical quenching (NPQ) mechanism when they were exposed to relatively low PAR and low temperature. Rosa rugosa in the coastal sand dune has higher chlorophyll a and carotenoid content. The high chlorophyll a + b and low chlorophyll a/b ratios seemed to optimize light absorption in response to low PAR. High carotenoid content played an important role in NPQ. As a part of the osmotic regulation in response to low LWCs, R. rugosa exposed to high temperatures and continuously high PAR used soluble carbohydrates and ions to maintain high osmolality. Conclusions: We found that Fv/Fm was lower in the potted plants than in the coastal sand dune plants, indicating the vulnerability of R. rugosa to high temperatures and PAR levels. We expect that the suitable habitat range for R. rugosa will shrink and move to north under climate change conditions.
Photosynthetic inhibition to temperature were conducted with ginseng(4 year old) and tobacco(var. Bulgaria). The plants were kept under various temperature conditions from 1$0^{\circ}C$ to 4$0^{\circ}C$ and 440$\mu$E/$m^2$/sec for 3 and 6hrs, and net $CO_2$ uptake were measured after 2hrs at $25^{\circ}C$. Photosynthetic optimal leaf temperature of ginseng was 21$^{\circ}C$ and tobacco was $25^{\circ}C$. Stomatal resistance and mesophyll resistance increased at high temperature. Especially, stomatal resistance seemed to have a significant role in determining the temperature responses of photosynthesis. In tobacco photosynthetic capacity was not changed by temperature treatment for 3hrs. However, 6hrs exposure reduced 8% of net photosynthesis at 4$0^{\circ}C$ and 12% at 1$0^{\circ}C$. Ginseng plants exposed for 6hrs at 4$0^{\circ}C$ lost photosynthetic capacity by 83%. Temperature responses of ginseng were very sensitive at above-optimum temperature resulting greater thermal inhibition other than photoinhibition.
Primary productivity of phytoplankton was measured by $^{14}C$ method from January to October of 1996 in Seonakdong River. This river was a highly productive freshwater showing the euphotic depth of 1.4 m in August and 2.1 m in the remaining season. Chlorophyll-a concentrations of phytoplankton ranged from 67 ${\mu}g\;L^{-1}$ to 894 ${\mu}g\;L^{-1}$ and showed the great increase in August. Maximum specific productivity was 2.1 ${\sim}$4.3 mg C mg $chl-a{-1}\;hr^{-1}$ and occurred above 0.4m depth. In photosynthesis-irradiance relation, photoinhibition or photosynthetic suppression of phytoplankton occurred clearly in the cold seasons, while phytoplankton (mainly Microcystis aeruginosa and its relatives) in August did not show any symptom of the photosynthetic inhibition against the high irradiance. The specific productivity of phytoplankton was eventually dependant upon incident irradiance to show the linear correlation with received irradiance infield, and the areal productivity of phytoplankton upon chlorophyll-a standing crops. In the downstream of the Nakdong River, phytoplankton productions have linearly increased since the estuarine barrage construction to reflect the gradual eutrophication in the estuarine area. Average chlorophyll-a increase of 10 ${\mu}g\;chl-a\;L{-1}$ absolutely corresponded to the primary production acceleration of 30 mg C $m^{-2}\;day^{-1}$ on the annual basis.
The characteristics of $CO_2$ fixation by Chlorella HA-1 cultured in bubble columns were studied to achieve high photosynthetic rates per basal area. The influence of experimental conditions such as the diameter of a bubble column and gas flow rate, on photosynthesis of Chlorella HA-1 was investigated. The maximum productivity and the overall $CO_2$ fixation rate obtained in a 0.15 L bubble column was 1.09 g dry biomassa-day and 1048 g CO$_2/\m^2$-day, respectively. Light limitation has been observed in the bubble columns having a diameter larger than 3.5 cm.. As the reactor volume increased, the decrease of the $CO_2$ fixation rate was remarkable. High gas flow rate was helpful to mitigate the light limitation problem.
Illicium anisatum was bred under four different light intensity. Those condition were full sunlight(PPFD $1600{\mu} mol\;m^{-2}s^{-1}$), 30% treatment(PPFD $400{\mu} mol\;m^{-2}s^{-1}$), 50% treatment(PPFD $250{\mu} mol\;m^{-2}s^{-1}$) and 70% treatment(PPFD $100{\mu} mol\;m^{-2}s^{-1}$), respectively. Chlorophyll a and b were increased according to decrease of light intensity. Thirty percent and 50% treatment had not significant different in chlorophyll a and b. Thirty percent treatment was shown the best photosynthetic activity through invested photosynthetic rate, intercellular $CO_2$ concentration and water use efficiency. Photosynthetic activity trend of 50% treatment was similar to 30% treatment. Seventy percent treatment was shown the best photosynthetic activity at low light intensity but that was decreased to lower value than 30% and 50% treatment under high intensity. Control, bred full sunlight, was shown the worst photosynthetic activity at measured all light intensity. That result could imply that was caused by photo-inhibition because of long term exposed of shade tolerant plant at high light intensity. Leaf characteristics had not significant different in leaf length, width and area but leaf dry weight had similar trend to photosynthetic activity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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