Improving the light utilization efficiency of photosynthetic cells in photobioreactors (PBRs) is a major topic in algal biotechnology. Accordingly, in the current study we investigated the effect and suitability of photosynthetic pigment reduction for improving light utilization efficiency. The light-harvesting complex II (LH-II) genes of Rhodobacter sphaeroides were removed to construct a mutant strain with less pigment content. The mutant strain exhibited a slower growth rate than the wild-type under a low light intensity, while the mutant grew faster under a high light intensity. In addition, the specific absorption coefficient was lower in the mutant due to its reduced pigment content, thus it seemed that light penetrated deeper into its culture broth. However, the distance (light penetration depth) from the surface of the PBR to the compensation point did not increase, due to an increase in the compensation irradiance of the mutant strain. Experimental data showed that a reduced photosynthetic pigment content, which lessened the photoinhibition under high-intensity light, helped the volumetric productivity of photosynthetic microorganisms.
The objective of this study was to investigate the effect of high content of light-absorbing pigments on overall photosynthetic efficiency in high density microalgal cultures. The light harvesting complex II (LHC II) regulating gene of Rhodobacter sphaeroides, photosynthetic purple bacterium, was removed to construct a mutant strain that had less pigment content. The mutant and wild type strains were cultured under various light intensity by adjusting the distance from the light source. The productivity of the mutant strain was higher at high light intensity (over 118 ${\mu}E/m^2/s$) compared with one of the wild type , and was lower at low light intensity (34 ${\mu}E/m^2/s$). Especially, the concentration of LHC II mutant strain was 56% higher at 118 ${\mu}E/m^2/s$. The reduction of per cell pigment contents in the mutant strain lessened the degree of the mutual shading and thus enhanced the overall photosynthetic efficiency.
A comparison between the productivity of the evergreen needle pine(Pinus densiflora) and of the deciduous broad leaved oak(Quercus mongolica) stands, which is located near Choon-Chun city, Kangwon dist. have been established. The pine stand had a stand density of 938 trees per ha and oak stand had of 638 trees per ha. The diameter at breast height (D) and the height of tree (H) of each tree were measured in sample plot of 800$m^2$. Twelve standard sample trees chose from the sample area felled down, and then weighed the stem, branches and leaves separately, according to both the stratified clip technique and the stem analysis. The vertical distribution of photosynthetic system was arranged effectively for high productivity in the productive structure of both trees. The allometric relation between D2H and dry weight of stem (Ws), branches (Wb) and leaves (Wl) of pine were approximated by log Ws=0.6212 log D2H-0.5383 log Wb=0.4681 log D2H-0.7236 log Wl=0.2582 log D2H-5.1567 and those of oak were approximated by log Ws=0.5125 log D2H+0.0231 log Wb=0.5125 log D2H-0.3755 log Wl=0.8721 log D2H-2.9710 From the above, the standing crops of pine and oak in the sample area were estimated to be as much as 38.83ton and 48.11 ton of dry matter, above ground, per ha, respectively. Annual net production as the sum of the biomass newly formed during one year was appraised at 12.66ton/ha.yr in pine stand and at 8.74 ton/ha.yr in oak. The reason of high productivity of pine stand compared with oak might be resulted from much more about 4 times of the amount of the photosynthetic system, but less non-photosynthetic one of pine than those of oak. To increase the productivity of the forest stands investigated it was necessary to make densly a stand density, to be abundant in the inorganic nutrients and to preserve much water in soil to conserve the litters.
Min, Jun oh;Ha, Sun Yong;Hur, Jin;Shin, Kyung Hoon
Korean Journal of Ecology and Environment
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v.52
no.3
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pp.202-209
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2019
The primary productivity and production rate of photosynthetic pigment of periphyton and phytoplankton were estimated using a $^{13}C$ stable labeling technique in May 2011, in the waterfront of Lake Paldang. Primary productivity of periphyton ($28.15mgC\;m^{-2}\;d^{-1}$) was higher than phytoplankton production ($0.14mgC\;m^{-2}\;d^{-1}$). The net production rates of photosynthetic pigments(Chl a and Fucoxanthin) of periphyton were $2.53ngC\;m^{-2}\;d^{-1}$ and $0.12ngC\;m^{-2}\;d^{-1}$, respectively. On the other hand, the net production rate of pigments on phytoplankton (Chl a : $0.023ngC\;m^{-2}\;d^{-1}$, Fucoxanthin: $0.002ngC\;m^{-2}\;d^{-1}$) was lower than that of periphyton. Specific production rates of individual pigments of phytoplankton to the total primary productivity indicate the predominance of diatom (Fucoxanthin) species in phytoplankton assemblage in Lake Paldang. The net individual production rate of pigments by $^{13}C$ tracer was a useful tool to estimate the contribution of each phytoplankton class for total primary productivity, and it is possible to calculate the seasonal contribution of each phytoplankton class to the total primary productivity in the aquatic ecosystems. This study is the first report on photosynthetic pigment production rates of periphyton and phytoplankton.
The effects of elevated atmospheric $CO_2$ on growth and photosynthesis of soybean (Glycine max Merr.) were investigated to predict its productivity under elevated $CO_2$ levels in the future. Soybean grown for 6 weeks showed significant increase in vegetative growth, based on plant height, leaf characteristics (area, length, and width), and the SPAD-502 chlorophyll meter value (SPAD value) under elevated $CO_2$ conditions ($800{\mu}mol/mol$) compared to ambient $CO_2$ conditions ($400{\mu}mol/mol$). Under elevated $CO_2$ conditions, the photosynthetic rate (A) increased although photosystem II (PS II) photochemical activity ($F_v/F_m$) decreased. The maximum photosynthetic rate ($A_{max}$) was higher under elevated $CO_2$ conditions than under ambient $CO_2$ conditions, whereas the maximum electron transport rate ($J_{max}$) was lower under elevated $CO_2$ conditions compared to ambient $CO_2$ conditions. The optimal temperature for photosynthesis shifted significantly by approximately $3^{\circ}C$ under the elevated $CO_2$ conditions. With the increase in temperature, the photosynthetic rate increased below the optimal temperature (approximately $30^{\circ}C$) and decreased above the optimal temperature, whereas the dark respiration rate ($R_d$) increased continuously regardless of the optimal temperature. The difference in photosynthetic rate between ambient and elevated $CO_2$ conditions was greatest near the optimal temperature. These results indicate that future increases in $CO_2$ will increase productivity by increasing the photosynthetic rate, although it may cause damage to the PS II reaction center as suggested by decreases in $F_v/F_m$, in soybean.
The dynamic model was developed to simulate the photosynthetic rate of Phragmites communis stands in coastal ecosystem. The model was composed of the compartments of both climatic and biological variables. The former were photosynthetic photon flux density(PPFD), daily maximum- and minimum-temperature. The latter were combinations of the specific physiological responses of plant organs with the biomass of each organs. The PPFD and air temperature were calculated and using those values, gas exchange rate of each plant organ was calculated at every hour. The carbon budget was constructed using the modelled predictions. Analysis of annual productivity and fluxes showed that yearly gross population productivity, yearly population respiration and yearly net population productivity were 33.4, 21.3 and 12.1 $CO_2ton{\cdot}ha^{-2}{\cdot}yr^{-1}$, respectively. The final result was tested over two stands, produced promising predictions with regards to the levels of production attained. The model can be used to determine production potential under given climatic conditions and could even be applied to plant canopies with analogous biological characteristics.
To test the feasibility of using chlorophyll ${\alpha}$ fluorescence to assess the establishment success of seagrass transplants, photosynthetic characteristics of eelgrass Zostera marina transplants were measured using a Diving-pulsed amplitude modulation fluorometer in Jindong Bay on the southern coast of Korea. Maximum quantum yield ($F_v/F_m$), photosynthetic efficiency ($\alpha$), saturating irradiance ($E_k$) and maximum electron transport rate ($ETR_{max}$) of transplants and reference plants in a nearby transplant site were measured using the fluorometer for 5 months. Additionally, shoot morphology, individual shoot weight and productivity of transplants and reference plants were also monitored. Shoot height, leaf weight and productivity of transplants were significantly reduced during the first two or three months after transplantation compared to those of reference plants, and then increased to the levels of reference plants Characteristics of chlorophyll a fluorescence, including $F_v/F_m$, $\alpha$, $E_k$ and $ETR_{max}$ of transplants were also significantly reduced in the initial period, but recovered slightly sooner than shoot morphology or leaf productivity. These results indicated that after transplantation, Z. marina transplant photosynthesis recovered faster than shoot morphology, biomass or productivity. Thus, chlorophyll a fluorescence can be used as an indicator for early assessment of the status of eelgrass transplants without destructive sampling.
This research was conducted to compare the dry matter production and the yield productivity among nine soybean cultivars by measuring the photosynthetic ability of the middle and lower leaves at the flowering and the seed development stages. The leaf greenness(SPAD value) were ranged as 32-42 at the flowering stage. Also, They were ranged as 25-40 and 38-51 at the fifth leaf and the seventh leaf, respectively. The photosynthetic ability at the flowering and the seed development stage showed significant differences among soybean cultivars, and the photosynthetic ability at the seed development stage showed higher difference among cultivars than the flowering stage. The variation of the photosynthetic ability at the flowering and the seed development stage also was significant among cultivars. The light saturation point at the flowering stage was about 1500 $\mu$mol $m^{-2}$$s^{-1}$ PAR, and the seed development stage was about 1000 $\mu$mol $m^{-2}$$s^{-1}$ PAR. The photosynthesis showed the high negative correlation with the leaf area and the positive correlation with the leaf area ratio. Also, photosynthesis at seed development stage showed positive correlation with grain yields but there was not significant between photosynthesis and yields at flowering stage..
This study is on the investigation of hydrogen production and substrate removal by photosynthetic bacteria. After using of Rhodospillum rubrum KS-301 and IFO 3986, which are photosynthetic bacteria as strains, R. rubrum KS-301 was turned out a better strain. And result of experiment in which glucose and sodium lactate, components of wastewater, were used limiting substrates, showed that the productivity of hydrogen was indifferent with the kind of substrates. In batch experiments using free cells and immobilized whole cells, the decrease in hydrogen productivity was observed in the latter case. From the results of these experiments, specific growth rate of cells, specific utilization rate of glucose, and specific production rate of hydrogen were calculated. And each rate was expressed in the form of Monod equation of which parameters were estimated. Also the optimum condition of hydrogen production for free cells was $30^{\circ}C$, pH 7, and 12,000 Lux, and the optimum immobilized condition was as follows: initial immobilized cell concentration 1.0g/L, sodium alginate concentration 2% and light intensity 12,000 Lux.
Kim, Dong-Hern;Lee, Si-Myung;Park, Jong-Suk;Kim, Soo-Jin;Kim, Beom-Ki;Yun, In-Sun;Kim, Dul-I;Byun, Myung-Ok
Journal of Plant Biotechnology
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v.37
no.2
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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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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