• Journal of Plant Biotechnology
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• 제37권2호
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• pp.205-211
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• 2010

Yield productivity of staple crops must be increased at least 50% by 2050, in order to feed the world population which is expected to reach 90 billions. Photosynthetic carbon assimilation and carbohydrate metabolism leading to the production of starch would be the final frontier to quest for new sources of technology enabling such a drastic increase of crop productivity. In this review, attempts to genetically engineer plant photosynthetic carbon reduction cycle and metabolic pathways to increase starch production are introduced.

• 생태와환경
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• 제42권1호
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• pp.48-57
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• 2009

Primary production of epiphytic and planktonic algae in a shallow reed zone of a lagoon Nishinoko was investigated. Concentrations of nutrients varied widely horizontally and locally in the lagoon. It seems that the reed zone has a heterogeneous environment. The photosynthetic rates of epiphytic and planktonic algae were 7 to 14 mg C surface stem $m^{-2}hr^{-1}$ and 12 to $46mg\;Cm^{-3}hr^{-1}$, respectively. The areal primary production of epiphytic algae was estimated as 4 to $13mg\;Cm^{-2}hr^{-1}$ from the stem density of Phragmites and the water depth at each station. The production of phytoplankton, on the other hand, was 5 to $56mg\;Cm^{-2}hr^{-1}$. The contribution of epiphytic algae to total primary production averaged 53%, although the assimilation number was much lower than that of phytoplankton. The present results indicate that the epiphytic algae are one of the significant primary producers in the reed zone.

• 한국작물학회:학술대회논문집
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• 한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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• pp.239-239
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• 2017

The enhancement of leaf photosynthetic capacity can have the potential to improve the seed yield of soybean. Key targets for the increase of leaf photosynthetic capacity remains unclear in soybean. Peking, Chinese local variety, has been the useful material for soybean breeding since it shows various resistances against biotic and abiotic stress. Sakoda et al., 2017 reported that Peking had the higher capacity of leaf photosynthesis than Enrei, Japanese elite cultivar. They identified the genetic factors related to high photosynthetic capacity of Peking. The objective of this study is to elucidate the physiological basis underlying high photosynthetic capacity of Peking. Peking and Enrei were cultivated at the experimental field of the Graduate School of Agriculture, Kyoto University, Kyoto, Japan. The sowing date was July 4, 2016. Gas exchange parameters were evaluated at the uppermost fully expanded leaves on 43, 49, and 59 days after planting (DAP) with a portable gas exchange system, LI-6400. The leaf hydraulic conductance, $K_{leaf}$, was determined based on the water potential and transpiration rate of the uppermost fully expanded leaves on 60 DAP. The morphological traits related to leaf photosynthesis were analyzed at the same leaves with the gas exchange measurements. The light-saturated $CO_2$ assimilation rate ($A_{sat}$) of Peking was significantly higher than that of Enrei at 43 and 59 DAP while the stomatal conductance ($g_s$) of Peking was significantly higher at all the measurements (p < 0.05). It suggested that high $A_{sat}$ was mainly attributed to high $g_s$ in Peking. $g_s$ is reported to be affected by the morphological traits and water status inside the leaf, represented by $K_{leaf}$, in crop plants. The tendency of the variation of the stomatal density between two cultivars was not consistent throughout the measurements. On the other hand, $K_{leaf}$ of Peking was 59.0% higher than that of Enrei on 60 DAP. These results imply that high $g_s$ might be attributed to high $K_{leaf}$ in Peking. Further research is needed to reveal the mechanism to archive high $g_s$ on the basis of water physiology in Peking. The knowledge combining the genetic and physiological basis underlying high photosynthetic capacity of Peking can be useful to improve the biomass productivity of soybean.

• 한국연초학회지
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• 제23권2호
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• pp.109-114
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• 2001

A CAB cDNA vector(pKGCAB), encoding the light harvesting chlorophyll a/b binding protein in Korean ginseng (Panax ginseng C. A. Meyer), was constructed with the CaMV35S promoter of plant expression vector. The chimeric vector was transformed into tobacco(Nicotiana tabacum cv. NC 82) using Agrobacterium tumefaciens LBA 4404 strain, and the transgenic tobacco plant CAB-TP2 was selected. Photosynthetic rates of the CAB-TP2 plant at before-flowering stage were increased about 20% under low irradiance conditions of quantum 100 and 500 $\mu$mol.m$^{-2}$ s$^{-1}$ , however, the rates were similar to those of NC 82 under quantum 1000 and 2000 $\mu$mol.m$^{-2}$ s$^{-1}$ conditions. The plants were germinating under low- or normal irradiance condition and the quantum yield of photosystem III were measured. The differences of the Fv/Em values between conditions were 0.07 and 0.01 in NC 82 and CAB-TP2, respectively. The mature leaves in the position 8-10 of the CAB-TP2 at before-flowering stage revealed l0% higher Fv/Fm values in range of 0.759 to 0.781 and 40% more chlorophyll contents of 70-93mg/$m\ell$ than those of normal NC 82. These data suggest the possibility that the increase in photosynthetic activity of leaves under low light intensity in the canopy of CAB-TP2 transgenic tobacco might lead to increase the quality of lower tobacco leaves.

• 생물환경조절학회지
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• 제30권4호
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• pp.401-409
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• 2021

본 연구는 반밀폐형 토마토 재배 온실에서 광합성율 극대화를 위한 적정 탄산가스 시비 농도를 구명하고자 광합성 모델을 이용하여 잎의 최대 카복실화율(V_cmax), 최대 전자전달속도(J_max), 열파괴, 잎 호흡 등을 계산하고 실제 측정값과 비교하였다. 다양한 광도(PAR 200µmol·m^-2·s^-1 to 1500µmol·m^-2·s^-1)와 온도(20℃ to 35℃) 조건에서 CO₂ 농도에 대한 A-C_i curve는 광합성 측정 기기를 사용하여 측정하였고, 모델링 방정식으로 아레니우스 함수값(Arrhenius function), 순광합성율(net CO₂ assimilation, A_n), 열파괴(thermal breakdown), R_d(주간의 잎호흡)를 계산하였다. 엽온이 30℃ 이상으로 상승하였을 때 J_max, An 및 thermal breakdown 예측치가 모두 감소하였고, 예측 J_max의 가장 최고점은 엽온 30℃였으며 그 이상의 온도에서는 감소하였다. 생장점 아래 5번째 잎의 광합성율은 PAR 200-400µmol·m^-2·s^-1 수준에서는 CO₂ 600ppm, PAR 600-800µmol·m^-2·s^-1 수준에서는 CO₂ 800ppm, PAR 1000µmol·m^-2·s^-1 수준에서는 CO₂ 1000ppm, PAR 1200-1500µmol·m^-2·s^-1 수준에서는 CO₂ 1500ppm을 공급했을 때 포화점에 도달하였다. 앞으로 광합성 모델식을 활용하여 과채류 온실 재배 시 광합성을 높일 수 있는 탄산시비 농도를 추정할 수 있을 것으로 판단된다.

• Journal of Photoscience
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• 제9권2호
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• pp.373-375
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• 2002

Lhcb genes encoding light-harvesting chlorophyll-a/b binding (LHC) proteins of photosystem (PS) II were comprehensively characterized using the expressed sequence tag (EST) databases in the green alga, Chlamydomonas reinhardtii. The gene family was composed of eight Lhcb genes including four new genes, which were isolated and sequenced. The effects of light intensity on the levels of mRNAs accumulation of multiple Lhcb genes were studied under various conditions. The results indicate that Lhcb genes are coordinately regulated in response to light conditions, and repressed when the input light energy exceeded the requirement for $CO_2$ assimilation. The effects of high light on the expression of the Lhcb genes observed in the presence of an electron transport inhibitor, DCMU, and in mutants deficient in photosynthetic reaction centers suggest the presence of two alternative mechanisms for regulating the genes expression under high-light conditions.

• 한국작물학회지
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• 제48권3호
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• pp.243-247
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• 2003

콩의 입중에 따른 이상초형(ideal type)의 개발을 위해 광합성호율이 높은 안전 다수성 콩 품종육성의 엽형 모델을 찾고자 엽형 및 입중에 따른 잎기능에 관련된 몇 가지 주요특성 및 $\textrm{CO}_2$ 이용효율과의 관계를 조사했는데, 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 대두 단엽의 $\textrm{CO}_2$ 동화량은 소립품종에서 장엽형 잎을 가진 품종이 19.66 $\mu\textrm{molm}^{-2}\textrm{s}^{-1}$로서 환엽형 잎을 가진 품종(18.29 $\mu\textrm{molm}^{-2}\textrm{s}^{-1}$)보다 높은 경향이었으며, 대립품종에서는 환엽형 잎을 가진 품종이 19.17 $\mu\textrm{molm}^{-2}\textrm{s}^{-1}$로서 장엽형품종(17.45 $\mu\textrm{molm}^{-2}\textrm{s}^{-1}$)보다 높았다. 2. 기공전도도가 0.12-0.13범위에서는 주로 대립, 장엽형 품종이 분포하고 있었으며 $\textrm{CO}_2$ 동화량은 17-18 $\mu\textrm{molm}^{-2}\textrm{s}^{-1}$정도로 낮았고, 0.14-0.15범위에서는 소립, 장엽형 품종들이 분포하였는데 $\textrm{CO}_2$ 동화량은 19-20 $\mu\textrm{molm}^{-2}\textrm{s}^{-1}$로서 높았다. 3. $\textrm{CO}_2$ 동화량에 영향을 미치는 전자생성량은 대립, 환엽형 잎을 가진 품종들이 0.82-0.83으로 가장 적었으나 $\textrm{CO}_2$ 동화량은 18-20 $\mu\textrm{molm}^{-2}\textrm{s}^{-1}$로서 높았다. 4. 주당 $\textrm{CO}_2$ 흡수량은 나물콩에서는 장엽형 품종이 68.5ppm으로 환엽형(46.5 ppm)보다 크게 높았으며 장류콩에서는 환엽형이 70.1 ppm으로서 장엽형(63.1 ppm) 보다 약간 높았다.

• 한국산림과학회지
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• 제86권1호
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• pp.80-86
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• 1997

잡종(雜種)포플러가 어떻게 오존 stress에서 피해(被害)를 최소화하는가를 알아보기 위해서 생장(生長), 광합성율(光合成率), 그리고 초기(初期) Rubisco의 활성(活性)을 조사(調査)하였다. 이 연구(硏究)에서는 Populus trichocarpa${\times}$P. deltoides 삽목묘(揷木苗)를 재료(材料)로 사용(使用)하였다. 오존처리농도(處理濃度)는 90-115 ppb으로, 하루에 6-9시간씩, 126일 동안 처리하였다. 이 연구에서는, 오존에 저항성(抵抗性)을 가지는 포플러는 광합성율(光合成率)과 Rubisco의 활성(活性)을 증가(增加)시켜서 그 물질(物質) 생산량을 유지(維持)하여 stress를 보상(補償)한다는 가설(假說)을 검정(檢定)하였다. 생장(生長), 물질생산량(物質生産量), 광합성율(光合成率), 그리고 초기(初期) Rubisco 활성(活性)이 일반적으로 오존에 의해서 감소(減少)하였다. 뿌리의 생장량은 지상부(地上部)의 피해(被害)를 보상하기 위한 탄소(炭素)의 불균등(不均等)한 분배(分配)때문에, 가장 피해가 심한 부위(部位)였다. 저항성을 가지는 포플러는 오존에 대해서 수체내(樹體內)의 광합성율(光合成率)과 초기 Rubisco 활성을 높여 생산량(生産量)을 유지(維持)하는 생물적(生物的)인 보상(補償)을 하는 것으로 밝혀졌다.

• 한국산림과학회지
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• 제88권2호
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• pp.249-254
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• 1999

여러 가지 Al농도가 소나무 묘목의 생장, 영양상태 및 광합성속도에 미치는 영향을 수경재배법에 의하여 조사하였다. 배양액의 Al농도는 0(대조구), 10, 30 및 60ppm의 4처리구로서 1/5000a 포트에 배양액의 pH를 4.0으로 조절한 후, 소나무(Pinus densiflora Sieb. et Zucc.) 2년생 묘목을 배양액에 이식하여 1996년 5월 8일부터 8월 6일까지 90일 동안 온실에서 생육시켰다. 소나무 묘목은 10ppm 이상의 처리구에서 건물생장의 감소를 초래하였다. 소나무 묘목의 상대생장율(RGR) 및 순동화율(NAR)은 배양액의 Al농도가 증가함에 따라서 낮아지는 것으로 나타났다. 또한 Al농도가 증가함에 따라서 순광합성속도도 저하되었다. 이는 Al처리에 의한 소나무 묘목의 RGR 및 NAR저하는 광합성저해가 원인이라고 생각된다. 또한, 60ppm 처리구에서 잎의 Ca 및 Mg농도는 대조구 및 10ppm 처리구에 비하여 감소하였으며 식물체 각 기관의 Al농도는 10ppm 이상의 처리구에서 대조구에 비하여 증가하였다. 이것은 지하부에 축적된 Al에 의해서 뿌리의 생리기능이 저하되어, 양분흡수 능력이 떨어져 결과적으로 지상부의 Ca 및 Mg와 같은 식물생육 필수원소의 농도가 감소되었음을 시사하고 있다.

• 한국자원식물학회지
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• 제37권2호
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• pp.203-213
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• 2024

본 연구에서는 북방계 식물 제비붓꽃의 현지외 보전에 필요한 생육 적정 광조건을 제시하기 위하여 차광처리에 따른 제비붓꽃의 생장과 생리적 반응을 조사하였다. 전천광을 수광하는 대조구와 서로 다른 차광처리구(50%, 75%, 95%)를 설치하고 엽면적당 건중량, 엽록소 함량과 형광 반응, 광합성 특성을 조사하였다. 제비붓꽃은 차광수준이 강해질수록 낮은 광도에 적응하기 위하여 광합성 효율이 높아진 잎이 형성되었다. 차광수준이 높아질수록 엽록소 함량이 증가하였고, 엽면적이 증가하면서 엽면적당 건중량은 감소하였다. 차광처리에 의해 엽록소 형광 반응 Fv/Fm과 NPQ는 변화하지 않았고, 탄소고정계의 활성 또한 처리 간에 차이가 없었다. 제비붓꽃은 양지식물에 해당하는 광포화점을 나타냈고, 75% 차광수준까지 광합성 능력을 대조구와 비슷한 수준으로 유지하였다. 제비붓꽃의 순양자수율은 95% 차광처리에서 현저히 감소하여 낮은 광조건에 적응한 상태를 보였다. 제비붓꽃은 전천광 대비 95% 차광수준에서 생육할 시 광합성 능력이 저하하는 것으로 보이며, 차광 상태를 지속하여 광을 제한할수록 생육이 불리할 것으로 판단된다.