Imaging-PAM fluorometry was used to assess the chlorophyll a fluorescence parameter ${\Phi}_{PSII}$ (effective quantum yield) in Frcus vesiculosus. F. disttchus. ssp. distichus and AscophyIIum nodosum. The objective was to show variadon in fluorescence yield associated with age and frond organ, and to illustrate the spatial scales at which photosynthetic parameters vary on fucoid thalli. In addition, our species represented taxa in different but related genera, species with different ecoloeies (rock pool and non rock pool species), morphologies (with and without air bladders) and longevities (several to 20 or more years). A further objective was to determine the extent to which photosynthetic parameters reflected these differences- Effective quantum yield declined substantially with age in F. vesiculosus and F. distichus ssp. distichus, whereas ${\Phi}_{PSII}$ in A. nodosum was maximal after three years. In A. nodosum ${\Phi}_{PSII}$ was still high in branch segments at least seven years old. Older branches of A. nodosum showed relatively higher and more homogeneous photosynthetic capacity relative to Fucus species. Surfaces of air bladders in A. nodosum and F. vesicu- losus had ${\Phi}_{PSII}$ that was not significantly different from the highest rates, achieved in these species. The heterogene- ity of photosynthetic efficiency is consistent with morphological and developmental differences among the species and their ecology. in particular the longevity of A. nodosum fronds.
팔당호 수변지역 내 부유조류와 부착조류의 일차생산력은 부착조류의 일차생산력이 더 높게 나타났다. 따라서 수변 지역이나 하천에서는 부착조류에 의한 유기물 생성이 주요한 수생태계 에너지 공급원이 될 것으로 판단된다. 본 연구를 통해 국내에서 처음으로 지표색소의 생산속도 분석결과가 제시되었는데 향후 일차생산력을 측정하는 데 있어서 조류의 총 일차생산력으로 국한된 측정 방법을 좀 더 세분화하여 특정 조류의 기여도 및 개별 생산력을 판단하는 데 유용하게 사용될 것으로 사료된다.
Smart farm is a high-tech type of plant factory that artificially makes environmental conditions suitable for the growth of plants and manages them to automatically produce the desired plants regardless of seasons or space. This study was conducted by identifying the effects of Hertz and Duty ratio on the photosynthetic rate of ginseng, a medicinal crop, to find the optimal conditions for photosynthetic responses in smart farms. The light sources consisted of a total of 10 chambers using LED system, with 4 R+B(red+blue) mixed lights and 6 R+B+W (red+blue+white) mixed lights. In addition, the Hertz of the R+B mixed light was treated at 20, 60, 180, 540, 1620 and 4860 hz respectively. The R+B+W mixed light was treated with 60, 180, 540, and 1620 hz. Afterwards, experiments were conducted with the duty ratio of 30, 50, and 70%. As a result, the photosynthetic rate of ginseng according to duty ratio and Hertz was the highest at 60 hz when duty ratio was set to 50%. On the other hand, that was the lowest when the duty ratio was 30% at the same 60 hz. In addition, the photosynthetic rates were highest in the R+B mixed light and R+B+W mixed light at 60 hz. Therefore, the condition with the highest photosynthetic rate of ginseng in smart farms is 60 hz when the duty ratio in R+B mixed light is 50%.
Environmental Sciences Bulletin of The Korean Environmental Sciences Society
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제1권1호
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pp.51-59
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1997
Two comparative poplar clones (I-214: Populus euramericana, Peace: P koreana x P. trichocarpa) were exposed to two $CO_2$ concentrations (350 or 2,000 ${\mu}L\;L^{-1}\;CO_2)$ for 21 days. When both poplar clones were compared at growth conditions, the net photosynthetic rate $(P_N)$ in $CO_2-enriched$ (2,000 ${\mu}L\;L^{-1}\;CO_2=C_{2,000})$ plants become about $50-60\%$ higher than that of 350 ${\mu}L\;L^{-1}\;CO_2(=C_{350})$ plants on 7 days treatment. But the enhancement of $P_N$ by high $CO_2$ was not maintained throughout all the experimental period. At 21 days, there was no difference of photosynthetic rates between $C_{350}\;and\;C_{2,000}$ plants. In contrast with photosynthesis, the response of leaf conductance to the elevated $CO_2$ concentration was very different between I-214 and Peace. During all experimental period, leaf conductance $(g_s)$ of $C_{2,000}$ plants is $50\%$ lower than that of the $C_{350}$ plants for I-214, while there is no difference of $g_s$ between the plants of $C_{350}\;and\;C_{2,000}$ on for Peace. The results of gs in Peace indicate that decreased photosynthetic rate after 21 days in $C_{2,000}$ on plants for two poplar clones is possibly due to non-stomatal factors. To investigate the non-stomatal factors, starch accumulation and ribulose-1,6-bisphosphate carboxylase (RuBPCase) were measured. We found significant accumulation of starch in two poplar clones exposed to high $CO_2,$ especially starch of I-214 in $C_{2,000}$ become 3.5 times higher than in $C_{350}$ plants at 21 days. This suggests that high proportion of photosynthates was directed into starch. After 21 days, the activity of ribulose-1, 6-bisphosphate carboxylase of $C_{2,000}$ plants become decreased in $40-50\%$ compared with that of the $C_{350}$ plants. Two poplar clones show the same trend to RuBPCase declines under high $CO_2$ concentration, although the decline is more significant for I-214. The results reported here suggest that starch accumulation and decreased RuBPCase activity in $C_{2,000}$ plants can be partly ascribed to the loss of photosynthetic efficiency of high $CO_2-grown$ poplar plants.
Two comparative poplar clones (I-214: Populus euramerinm, Peace: P koreana x p. trihocarpa) were exposed to two $CO_2$ concentrations (350 or 2, 000 ${\mu}L L^{-1} CO_2$) for 21 days. When both poplar clones were compared at growth conditions, the net photosynthetic rate ($P_N$) in $CO_2$-enriched ($2, 000{\mu}L L^{-1} CO_2 = C_{2, 000}$) plants become about 50-60% higher than that of 350 ${\mu}L L^{-1} CO_2 (=C_{350}$ Plants on 7 days treatment. But the enhancement of PN by high $CO_2$ was not maintained throughout all the experimental period. At 21 days, there was no difference of photosynthetic rates between $C_{350}$ and $C_{2000}$ plants. In contrast with photosynthesis, the response of leaf conductance to the elevated $CO_2$ concentration was very different between I-214 and Peace. During all experimental period, leaf conductance ($g_{s}$) of $C_{2000}$ plants is 50% lower than that of the $C_{350}$ plants for I-214, while there is no difference of gs between the plants of $C_{350}$ and $C_{2, 000}$ for Peace. The results of gs in Peace indicate that decreased photosynthetic rate after 21 days in $C_{2, 000}$ Plants for two poplar clones is possibly due to non-stomatal factors. To investigate the non-stomatal factors, starch accumulation and ribulose-1, 6-bisphosphate carboxylase (RuBPCase) were measured. We found significant accumulation of starch in two poplar clones exposed to high $CO_2$, especially starch of I-214 in $C_{2, 000}$ become 3.5 times higher than in $C_{350}$ plants at 21 days. This suggests that high proportion of photosynthates was directed into starch. After 21 days, the activity of ribulose-1, 6-bisphosphate carboxylase of $C_{2, 000}$ plants become decreased in 40-50% compared with that of the $C_{350}$ plants. Two poplar clones show the same trend to RuBPCase declines under high $CO_2$ concentration, although the decline is more significant for I-214. The results reported here suggest that starch accumulation and decreased RuBPCase activity in $C_{2, 000}$ plants can be partly ascribed to the loss of photosynthetic efficiency of high $CO_2$-grown poplar plants.
우리나라 동해와 남해 연안에 주로 분포하는 게바다말의 수온 상승에 따른 탄소수지 변화를 예측하기 위하여 5℃에서 30℃까지의 수온에서 5℃ 간격으로 광합성과 호흡률을 측정하였다. 광합성 매개변수 중 광합성 효율(α)을 제외한 최대광합성률(Pmax)과 보상광도(Ic), 포화광도(Ik)가 수온이 상승함에 따라 증가하였으며, 호흡률(R) 또한 수온 상승에 따라 증가하였다. 가장 높은 수온(30℃)에서 Pmax와 Ik는 급격히 감소하였으나, 반면에 Ic와 호흡률은 지속적으로 증가하였다. Pmax :R ratio는 가장 높은 수온(30℃)에서 최소값을, 가장 낮은 수온(5℃)에서 최대값을 보였다. 이러한 결과를 토대로 게바다말이 양의 탄소수지를 유지하기 위해 필요한 일일 포화광도 시간(Hsat)을 계산한 결과, 5℃에서는 2.50시간 이상, 30℃에서는 10.61시간 이상이 요구되어, 수온이 상승할수록 더 많은 시간의 포화광도(Hsat)가 요구되는 것으로 나타났다. 따라서 수온이 꾸준히 상승되어 여름철 고수온이 장기간 지속되면 우리 연안 게바다말 생육지의 분포에 부정적인 영향을 미칠 것으로 판단되었다.
광도와 온도 같은 환경 요인에 의해 광합성 속도가 변화하기도 하며, 생육 시기에 따른 광합성 효율의 변화가 수반되기도 한다. 본 연구에서는 흑로메인 상추(Lactuca sativa L., Asia Heuk romaine)를 이용하여 광도와 온도, 생육 시기에 따른 군락 광합성 속도를 표현하는 두 모델을 구축하고 비교하는 것을 목표로 하였다. 군락 광합성은 정식 후 4, 7, 14, 21, 28 일차 상추를 아크릴 챔버($1.0{\times}0.8{\times}0.5m$)에 넣어 측정하였으며, 이 때 챔버 내부의 온도는 $19^{\circ}C$에서 $28^{\circ}C$까지 변화시켰고 광원은 LED를 이용하여 50에서 $500{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$까지 변화시키며 실험하였다. 챔버 내부의 초기 이산화탄소 농도는 $2,000{\mu}mol{\cdot}mol^{-1}$로 설정하였으며, 시간에 따른 이산화탄소 농도의 변화율을 이용하여 군락 광합성 속도를 계산하였다. 각 환경요인을 표현하는 3개 식을 곱하여 만든 단순곱 모델을 구성하였다. 이와 동시에 온도와 생육 시기에 따라 변화하는 광화학 이용효율과 카르복실화 컨덕턴스, 호흡에 의한 이산화탄소 발생 속도를 포함하는 수정된 직각쌍곡선 모델을 구성하여 단순곱 모델과 비교하였다. 검증 결과 단순곱 모델은 0.849의 $R^2$ 값을 나타내었으며, 수정된 직각쌍곡선 모델은 0.861의 $R^2$ 값을 나타내었다. 수정된 직각쌍곡선 모델이 단순곱 모델에 비해 환경 요인(광도, 온도), 생육 요인(생육 시기)에 따른 군락 광합성 속도를 표현하는 데 더욱 적합한 모델인 것으로 판단하였다.
We compared absorption and adsorption rates of air pollutants by plants to eveluate the difference of absorption capacity of plant species and kinds of air pollutants, when foilage plants were exposed to $O_3$ and $SO_2$ singly and combiningly. Absorption and adsorption rates of three foliage plants exposed to $O_3$ and $SO_2$ singly and in combination varied a little according to plant species and kinds of air pollutants. But total absorption rate of Spathiphyllum patinii and Ficus benjamina was higher, and it was lower in Pachira aquatica. When exposed to $O_3$ and $SO_2$ at the same concentration, Pachira aquatica absorbed more $O_3$ than $SO_2$, in contrast to Ficus benjamina absorbing more $SO_2$. On the other hand, Spathiphyllum patinii absorbed as much $O_3$ as $SO_2$. Physiological activities were measured since absorption rates were affected by physiological characteristics of plants. Spathiphyllum patinii and Ficus benjamina showed higher photosynthetic and transpiration rates, and Pachira aquatica showed lower values. And diffusive and stomatal resistences of Pachira aquatica were higher than those of two other species. These results showed that absorption capacity was affected by the differences of physiological characteristics. Absorption capacity of air pollutants increased in plants, such as Spathiphyllum patinii and Ficus benjamina, which had high $SO_2$ absorption rate. We found that plants showing high $CO_2$ absorption rates absorb a lot of air pollutnats.
군락 광합성 모델의 도출을 위하여 생육 챔버가 필요하며, 이를 위한 광합성의 효율적인 측정 방법이 필요하다. 본 연구의 목적은 내부 환경 제어가 가능한 생육 챔버를 이용하여 광도 및 이산화탄소 농도 변수를 갖는 로메인상추(Lactuca sativa L.)의 군락 광합성 곡선을 도출하는 방법을 확립하는 것이다. 실험에 사용한 상추는 식물공장 모듈에서 재배되었으며, 군락 광합성을 측정하기 위하여 아크릴로 제작된 생육 챔버(1.0x0.8x0.5m)를 이용하였다. 첫 번째로, 다음의 두 방법을 적용하여 측정된 군락 광합성 속도를 통해 각 방법의 시정수를 계산하여 비교하였다. 즉, 1) CO2 농도를 고정(1,000μmol·mol-1) 하고 광도를 변화(340, 270, 200, and 130μmol·m-2·s-1) 시키거나, 2) 광도를 고정(200μmol·m-2·s-1)하고 CO2 농도를 변화(600, 1,000, 1,400, and 1,800μmol·mol-1) 시켰다. 두 번째로, 1)과 2)의 방식을 적용하여 군락 광합성을 측정했을 때, 특정 광도(200μmol·m-2·s-1)와 특정 CO2 농도(1,000μmol·mol-1)에서 측정된 군락 광합성 속도 값을 비교하였다. 실험 결과 CO2 농도를 변화시키는 방식의 시정수는 광도를 변화시키는 방식에 비해 3.2배 큰 값을 나타내었다. 광도를 변화시키며 측정할 때 군락 광합성 속도는 1분 이내에 안정되었고, CO2 농도를 변화시킬 경우에는 6분 이상의 시간이 소요되었다. 따라서 광도를 변화시키는 측정 방식이 생육 챔버를 이용하여 작물의 군락 광합성 속도를 측정할 때 적합한 방식임을 확인하였다.
상수리나무 묘목의 생장과 광합성 활성에 미치는 토양산성화의 영향을 조사하였다. 토양내 $H^+$ 부하량이 증가할수록 상수리나무 묘목의 건중량은 감소하였으며, RGR 및 NAR도 저하하였다. 또한 토양 내 $H^+$ 부하량이 증가함에 따라 상수리나무 묘목의 순광합성속도, 증산속도 및 암호흡속도가 감소하였다. 이는 토양산성화의 직접적인 영향으로 뿌리의 생장이 억제되어, 이로 인해 영양분의 흡수가 원활히 이루어지지 않아 잎의 광합성량이 감소된 것으로 판단된다. 엽내 N농도 및 chlorophyll함량과 $CO_2$고정효율과의 사이에 매우 높은 정의 상관관계(p<0.01)가 인정되었다. 토양으로의 $H^+$ 부하량의 증가에 따른 N함량 및 chlorophyll함량의 저하가 상수리나무 묘목의 $CO_2$고정계의 활성을 감소시켰다고 판단된다. 이러한 광합성 활성의 감소가 토양산성화 조건하에서 생육시킨 상수리나무 묘목의 생장저하 원인이라 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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