작물의 일중 광합성량을 정확하게 추정하기 위해서는 일중 태양의 위치 변화에 따른 작물의 정확한 수광량 변화를 정확하게 예측해야 한다. 그러나, 이는 많은 시간, 비용, 노력이 소요되며, 측정의 어려움이 수반된다. 현재까지 다양한 모델링 기법이 적용되었으나 기존 방식으로는 정확한 수광 예측이 어려웠다. 본 연구의 목적은 파프리카의 3차원 스캔 모델과 광학 시뮬레이션을 이용하여 일중 시간 별 캐노피 수광 분포와 광합성 속도의 변화를 예측하는 것이다. 휴대용 3차원 스캐너를 이용하여 온실에서 재배되는 파프리카의 구조 모델을 구축하였다. 주변 개체의 유무에 따른 캐노피 수광 분포의 변화를 보기 위하여 작물 모델 별 간격을 60cm로 $1{\times}1$, $9{\times}9$ 정방형 배치하여 광학 시뮬레이션을 수행하였다. 광합성 속도는 직각쌍곡선 모델을 이용하여 계산하였다. 3차원 파프리카 모델 표면의 수광 분포는 오전 9시, 정오, 오후 3시의 태양 각도에 따라 서로 다른 양상을 보였다. 캐노피 총 수광량은 $9{\times}9$ 배치로 주변 개체 수가 늘어남에 따라 감소하였고, 태양 고도가 가장 높은 정오에서의 감소율이 가장 적었다. 캐노피 광합성 속도와 $CO_2$ 소모량 역시 수광량과 비슷한 양상을 보였으나 작물 상단부 엽의 광합성 속도 포화로 인해 수광량 변화에 비해 적은 감소율을 보였다. 본 연구에서는 파프리카의 3차원 스캔 모델과 광학 시뮬레이션을 이용하여 가상 환경 조건에서의 캐노피 수광과 광합성 분포를 분석할 수 있었으며, 이는 추후 다양한 재배 조건에서 작물 수광량과 광합성 속도를 예측하는 데에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
Macroalgae has been strongly touted as an alternative biomass for biofuel production due to its higher photosynthetic efficiency, carbon fixation rate, and growth rate compared to conventional cellulosic plants. However, its unique carbohydrate composition and structure limits the utilization efficiency by conventional microorganisms, resulting in reduced growth rates and lower productivity. Nevertheless, recent studies have shown that it is possible to enable microorganisms to utilize various sugars from seaweeds and to produce some energy chemicals such as methane, ethanol, etc. This paper introduces the basic information on macroalgae and the overall conversion process from harvest to production of biofuels. Especially, we will review the successful efforts on microbial engineering through metabolic engineering and synthetic biology to utilize carbon sources from red and brown seaweed.
Delayed luminescence of plant leaves was imaged by a 2-D cooled charge-coupled device. We report the delayed luminescence imaging of normal/injured leaves picked ami the leaves intact. The luminescent intensity was lower in leaf veins, scars and edge cut. The intensity of delayed luminescence from intact leaves was higher than that of picked leaves. These results indirectly support the argument that the delayed luminescence of a photosynthetic system is closely related to the electron transfer process of PSII in the thylakoid membrane.
Exposure of algae or plants to irradiance from above the light saturation point of photosynthesis is known as high light stress. This high light stress induces various responses including photoinhibition of the photosynthetic apparatus. The degree of photoinhibition could be clearly determined by measuring the parameters such as absorption and fluorescence of chromoproteins. In cyanobacteria and red algae, most of the photosystem (PS) II associated light harvesting is performed by a membrane attached complex called the phycobilisome (PBS). The effects of high intensity light (1000-4000 ${\mu}mol$ photons $m^{-2}s^{-1}$) on excitation energy transfer from PBSs to PS II in a cyanobacterium Spirulina platensis were studied by measuring room temperature PC fluorescence emission spectra. High light (3000 ${\mu}mol$ photons $m^{-2}s^{-1}$) stress had a significant effect on PC fluorescence emission spectra. On the other hand, light stress induced an increase in the ratio of PC fluorescence intensity of PBS indicating that light stress inhibits excitation energy transfer from PBS to PS II. The high light treatment to 3000 ${\mu}mol$ photons $m^{-2}s^{-1}$ caused disappearance of 31.5 kDa linker polypeptide which is known to link PC discs together. In addition we observed the similar decrease in the other polypeptide contents. Our data concludes that the Spirulina cells upon light treatment causes alterations in the phycobiliproteins (PBPs) and affects the energy transfer process within the PBSs.
Each year, vast amount of agricultural crop residues are produced (about 60 percent of the total crop production), which have not been effectively utilized because they are bulky and lignocellulosic, thus having little fuel energy per unit volume. Using treated plant residues as animal feeds could result in an ultimate saving of fossil fuel energy and a more effective utilizat ion of products created by the photosynthetic process. Feeding the residues to animals would decrease the pollution potential, but these residues are difficult for even a ruminant animal to digest. If cellulosic wastes produced from cereal grain straw and wood could be digested, land now used for producing forage add grain cnuld be shifted to food crops for humans. During the past decade, considerable efforts were made to utilize crop residues. These utilization methods can be broadly grouped into for categories: (1) direct uses, (2) mechanical conversions, (3) chemical conversions and (4) biological conversions. Agricultural crop residues consist mainly of cellulose, hemicellulose, lignin, pectin, andother plant carbohydrates. The nature of the constituents of these residues can be best utilized as one of the five FS: Fuel, Fiber, Fertilizer, Feed and Food. Many processes have teen proposed and some are in industrial production stage. However, economics of the process depend on the location where availability of other competitive products are different.
Microalgae are aquatic microorganisms capable of photosynthetic growth using water, carbon dioxide and sunlight, and can replace petroleum for transportation. It is receiving great attention as a potential next-generation biological resource. The microalgae biodiesel production process is largely based on the development of highly efficient strains and mass production. It consists of cultivation, harvesting, oil extraction, fuel conversion and by-product utilization. Currently, microalgae diesel is 3-5 times more expensive than petroleum diesel. However, with the optimization of each element technology and the development of integrated systems, not only biofuels, but also industrial materials, wastewater treatment, and greenhouse gases As application expands to various fields such as abatement, the timing of commercialization may be brought forward. Oil prices have recently fallen due to the influence of sail gas. Although there has been a significant drop, global warming is an urgent challenge for current and future generations. In particular, Korea, which does not have oil resources, We must always prepare for political environmental changes, high oil prices, and energy crises. In this paper, the need for eco-friendly biofuel for carbon dioxide conversion. In addition to research trends, domestic and international research trends, and economic prospects, the concept of microalgae and the element technologies of the biodiesel production process are briefly discussed introduced.
Natural abundances of stable isotopes of nitrogen and carbon (${\delta}^{15}N$ and ${\delta}^{13}C$) are being widely used to study N and C cycle processes in plant and soil systems. Variations in ${\delta}^{15}N$ of the soil and the plant reflect the potentially variable isotope signature of the external N sources and the isotope fractionation during the N cycle process. $N_2$ fixation and N fertilizer supply the nitrogen, whose ${\delta}^{15}N$ is close to 0%o, whereas the compost as. an organic input generally provides the nitrogen enriched in $^{15}N$ compared to the atmospheric $N_2$. The isotope fractionation during the N cycle process decreases the ${\delta}^{15}N$ of the substrate and increases the ${\delta}^{15}N$ of the product. N transformations such as N mineralization, nitrification, denitrification, assimilation, and the $NH_3$ volatilization have a specific isotope fractionation factor (${\alpha}$) for each N process. Variation in the ${\delta}^{13}C$ of plants reflects the photosynthetic type of plant, which affects the isotope fractionation during photosynthesis. The ${\delta}^{13}C$ of C3 plant is significantly lower than, whereas the ${\delta}^{13}C$ of C4 plant is similar to that of the atmospheric $CO_2$. Variation in the isotope fractionation of carbon and nitrogen can be observed under different environmental conditions. The effect of environmental factors on the stomatal conductance and the carboxylation rate affects the carbon isotope fractionation during photosynthesis. Changes in the environmental factors such as temperature and salt concentration affect the nitrogen isotope fractionation during the N cycle processes; however, the mechanism of variation in the nitrogen isotope fractionation has not been studied as much as that in the carbon isotope fractionation. Isotope fractionation factors of carbon and nitrogen could be the integrated factors for interpreting the effects of the environmental factors on plants and soils.
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.
Kim, Soyeon;Park, Eunsuk;Lee, Tack-Kyun;Lee, Sukchan
한국식물병리학회:학술대회논문집
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한국식물병리학회 2003년도 정기총회 및 추계학술발표회
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pp.74.2-74
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2003
Arabidopsis infected with beet curly top virus (BCTV) has the systemic symptoms like stunting of Plant growth, curling of leaves and shoot tips, and callus induction. The regulation of sucrose metabolism by BCTV infection is essential for obtaining the energy source in the process of virus replication and symptom development. Sucrose metabolism-associated gene expression and biochemical enzyme activity were analyzed with the rossette leaves and inflorescencestems of BCTV infected Arabidopsis by the time course of 1, 7, 14, 21 day postinoculation. The expression of invertase and sucrose synthase genes ( encoding sucrose-cleaving enzymes )was increased and reversely the level of Atkin10a ( sucrose non-fermenting gene ) was decreased, resulting by semi-quantitative reverse transcription polymerase chain reaction. The biochemical analysis of invertase and sucrose synthase activity was performed. The activity of neutral invertase in the inflorescence stems was elevated remarkably. The photosynthetic response in the source of sucrose metabolism was consistent with the down-regulation of ribulose 1,5 bisphosphate carboxylase gene, and lower activity than mock-inoculated plants. The levels of genes pertaining to the cell cycle, hormone, and biotic stress-related pathway showed an increase or a decrease dependent on viral symptoms. Therefore, sucrose sensing by BCTV infection can regulate the expression of sucrose metabolism-related key enzymes such as invertase and Atkin10a, and these gene products might influence to symptom development.
대한원격탐사학회 2006년도 Proceedings of ISRS 2006 PORSEC Volume I
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pp.475-478
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2006
Total primary production resulting from the photosynthetic process can be defined as the amount of organic matter produced in a given period of time. It is proportional to the chlorophyll-a (chl-a) values in the surface layer of the ocean. The MODIS board on Aqua satellite measures visible and infrared radiation in 36 wavebands, providing simultaneous images of chl-a concentration and sea surface temperature (SST) in the upper layer of the sea. The seasonal distribution of chl-a concentration during one year from April 2005 to March 2006 was examined. Light has a role of starting the seasonal cycle. The Kuroshio Current in this area induces many oceanographical features affecting to the change of seasonal control. The chl-a concentration is also seasonal, which is low in summer and high in winter. In summer, the meandering of Kuroshio Current induces strong eddies and increases the chl-a concentration. In autumn, the delayed small autumn bloom occurred until last December due to the Kuroshio Current. When the Kuroshio axis moves far from the coast, the coastal water dominates and increases the concentration even in the winter. The spring bloom starts early at the beginning of March and decreases during the spring.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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