Overusing chemical fertilizers involves potassium accumulation in the soil, which can become a toxicity problem in agriculture. This study was conducted to investigate the effect of potassium (K) treatment on growth, physiological characteristics, and morphological changes using Chinese cabbage (Brassica rapa L. ssp. campestris). With high (600 mM) K treatment, the plant growth traits of leaf length, leaf area, and fresh and dry weight of shoots and roots decreased, whereas chlorophyll content increased. As the concentration of K increasing, total N, P, and K increased in leaves, but concentrations of Ca, Mg, and Na decreased. However, Mn, Fe and Zn contents were highest in 100 mM K treatment. Chlorophyll a, b, and carotenoids increased with increasing K concentration. Maximum photochemical efficiency ($F_v/F_m$) was not significant in the all treatments, whereas $CO_2$ assimilation decreased with increasing K level due to stomatal degradation. Total free amino acids increased with the 10 and 100 mM K but decreased at 600 mM K treatments. Therefore, the growth and physiological characteristics of Chinese cabbage ascertained that tolerance up to 100 mM K when grown with nutrient solution in pot culture.
This study was conducted to evaluate the drought tolerance of Japonica and Indica rice cultivars during germinating and seedling stages by using the polyethylene glycol (PEG) solution. Each 5 cultivars of Japonica and Indica were cultured from 14 days after seeding(DAS) to 21 DAS using the PEG solution in a moderate water potential (-0.63 MPa). The lengths of radicle and plumule during the germinating stage were inhibitied by the PEG treatment to about 50% and 85%, respectively. The application of PEG to the seedling of two rice types caused to inhibit the plant height and leaf age about 23 % and 10%, respectively. Shoot and root dry weights by PEG treatment were inhibited more severely in Japonica than those in Indica. The difference on delaying of leaf area expansion between both rice types was not found with treatment of PEG, while the leaf color was increased in both Japonica and Indica by 19.9% and 9.2%, respectively. The average photosynthetic ability was inhibited more in Japonica to 36.0% than did Indica to 27.9%. The stomatal conductance was severely affected by PEG treatment, and the degree was varied in both rice types, ranged with 80-85% in Japonica and 29.3-81.6% in Indica. These results indicate there is little relationship between seed germination and seedling growth under the stress of low water potential.
The object of this study was to determine the difference of the time course changes of transpiration, diffusion resistance and photosynthetic rate of rice at several different growth stages subjected to soil moisture stress (SMS) and recovery by irrigation. A japonica rice cultivar 'Dongjinbyeo', was grown under flooded condition in a plastic container filled with silty loam soil. At 5 main growth stages, the container was treated by SMS until initial wilting point (IWP) and then reirrigated. The duration of SMS until IWP were the longest, 13 days for tillering stage, and the shortest, 7 days for panicle initiation and meiosis stage. The transpiration rate rapidly decreased during SMS and the transpiration rate at IWP of the stressed plant showed 10∼20% compared with control, and the transpiration rate of stressed plant at most growth stages also recovered rapidly after irrigation and then reached 100% of control within a week. The shoot photosynthetic rate in all growth stages rapidly decreased by SMS, and the rates at IWP of stressed plants were de-creased nearly to 0%, beside the treatment at tillering stage. The recovery degree of photosynthetic rate by irrigation ranged from 20 to 90%, showed higher at early growth stages of SMS treatment than that of later stages. At all growth stages the leaf diffusion resistance of stressed plants was over 3 times that of the control resulting from a rapid increase at 3 to 5 days after draining for SMS, and showed quick recovery by irrigation within 3 days after drainage. The above physiological parameters changed in close relation with the decrease of the soil matric potential after SMS. These results indicate that at all main growth stages of rice plants the transpiration and photosynthesis reduction by stomatal closure reponded sensitively to the first stage of SMS closely related with decrease of soil water potential, while those recovery pattern and recovered degree by irrigation are little different by growth stage of rice.
Leaf anatomical study of Pinus thunbergii collected from 12 different coastal regions of Korea was conducted to understand the adaptive variation on leaf traits. Basic anatomical features are typical pine needle type with fibrous epidermis, 2-3 layered hypodermis, sunken stomata, monomorphic mesophyll, and well-represented bundle sheath. The bundle sheath surrounds a couple of vascular bundle separated by parenchyma bands. On the basis of their position, the resin ducts are of three types; external, medial and internal of the bundle sheath. The total number of resin ducts in all samples varies from 4 to 12. The stomata were found on stomatal bands throughout the leaf surface. Important dissimilarities observed on P. thunburgii leaf are the number and position of resin ducts and the number of stomata rows in leaf surface.
Kim, Sang Tae;Yoo, Sung-Je;Song, Jaekyeong;Weon, Hang-Yeon;Sang, Mee Kyung
Research in Plant Disease
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v.25
no.3
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pp.136-142
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2019
Drought stress is considered as one of major abiotic stresses; it leads to reduce plant growth and crop productivity. In this study, we selected bacterial strains for alleviating drought stress in chili pepper plants. As drought-tolerant bacteria, 28 among 447 strains were pre-selected by in vitro assays including growth in drought condition with polyethylene glycol and plant growth-promoting traits including production of 1-aminocyclopropane-1-carboxylate deaminase, indole-3-acetic acid and exopolysaccharide. Sequentially, 7 among pre-selected 28 strains were screened based on relative water content (RWC); GLC02 and KJ40, among seven strains were finally selected by RWC and malondialdehyde (MDA) in planta trials under an artificial drought condition by polyethylene glycol solution. Two strains GLC02 and KJ40 reduced drought stress in a natural drought condition as well as an artificial condition. Strains GLC02 or KJ40 increased shoot fresh weight, chlorophyll and stomatal conductance while they decreased MDA in chili pepper plants under a natural drought condition. However, two strains did not show biocontrol activity against diseases caused by Phytophthora capsici and Xanthomonas campestris pv. vesicatoria in chili pepper plants. Taken together, strains GLC02 or KJ40 can be used as bio-fertilizer for alleviation of drought stress in chili pepper plants.
To prevent freezing of the road by fallen snow, Calcium chloride($CaCl_2$) as a deicer is used to very often and it can be harmful to roadside trees. This study was conducted to investigate the effects of Calcium chloride($CaCl_2$) as a deicer on growth and physiological traits of Acer triflorum according to different concentration of $CaCl_2$. We measured growth, chlorophyll contents, gas exchangement characteristics, chlorophyll fluorescence and mineral nutrition concentration in plant and soil. The experimental group was composed of four treatments including 0mM(control), 9mM(0.5 %), 18mM(1.0 %), 54mM(3.0 %). Before germinating new shoot, the dissolution of $CaCl_2$ was irrigated twice interval of a week. At 30 days after treatment, all treatments decreased total cholorophyll content, photosynthetic rate, transpiration rate, stomatal conductance and photochemical efficiency($F_v/F_m$) with increasing concentration of $CaCl_2$ and especially, they significantly reduced in 3.0 % treatment. In contrast, chlorophyll a/b ratio increased with an increase of $CaCl_2$ concentration and water use efficiency increased in 1.0 % and 3.0 % treatments. At 50 days after treatment, all treatments were decreased in chl a, chl b, total chlorophyll content, carotenoid content, photosynthetic capacity, photochemical efficiency($F_v/F_m$) and quantum yield of photosystem II(${\Phi}_{PSII}$) compared with control and 3.0 % treatments were withered. $Ca^{2+}$ and $Cl^-$ were accumulated in leaves and soil, which inhibited water absorption and electron transport and it caused the reduction of height growth rate more than 50 %. Although there was a little difference according to time and $CaCl_2$ concentration, all treatments decreased in growth rate and physiological activity slowed down. As time passed, these results got worse. Therefore we need to take a measure earlier in order to minimize damage of trees.
Song, Ki Eun;Choi, Jae Eun;Jung, Jae Gyeong;Ko, Jong Han;Lee, Kyung Do;Shim, Sang-In
KOREAN JOURNAL OF CROP SCIENCE
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v.66
no.4
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pp.307-317
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2021
In recent years, global warming has led to frequent climate change-related problems, and elevated temperatures, among adverse climatic factors, represent a critical problem negatively affecting crop growth and yield. In this context, the present study examined the physiological traits of wheat plants grown under high temperatures. Specifically, the effects of elevated temperatures on seed development after heading were evaluated, and the vegetation indices of different organs were assessed using hyperspectral analysis. Among physiological traits, leaf greenness and OJIP parameters were higher in the high-temperature treatment than in the control treatment. Similarly, the leaf photosynthetic rate during seed development was higher in the high-temperature treatment than in the control treatment. Moreover, temperature by organ was higher in the high-temperature treatment than in the control treatment; consequently, the leaf transpiration rate and stomatal conductance were higher in the control treatment than in the high-temperature treatment. On all measuring dates, the weight of spikes and seeds corresponding to the sink organs was greater in the high-temperature treatment than in the control treatment. Additionally, the seed growth rate was higher in the high-temperature treatment than in the control treatment 14 days after heading, which may be attributed to the higher redistribution of photosynthates at the early stage of seed development in the former. In hyperspectral analysis, the vegetation indices related to leaf chlorophyll content and nitrogen state were higher in the high-temperature treatment than in the control treatment after heading. Our results suggest that elevated temperatures after the booting stage positively affect wheat growth and yield.
The biopolymer (BP) used in this study is mainly composed of xanthan gum and ${\beta}$-glucan derived from microorganism and has been introduced as a novel material for soil stabilization. However, the broad applicability of BP has been suggested in the field of geotechnical engineering while little information is available about the effects of BP on the vegetation. The goal of this study is to find the BP effects on the growth of Camelina sativa L. (Camelina) under drought condition. For more thorough evaluation of BP effects on the plant growth, we examined not only morphological but also physiological traits and gene expression patterns. After 25 days of drought treatment from germination in the soil amended with 0, 0.25, 0.5, and 1% BP, we observed that the BP concentration was strongly correlated the growth of Camelina. When plants were grown under drought stress, Camelina in 0.5% BP mixture showed better physiological parameters of the leaf stomatal conductance, electrolyte leakage and relative water content compared to those in control soil without BP. Plant recovery rate after re-watering was higher and the development of lateral root was lower in BP amended soil. RNA expression of Camelina leaf treated with/without drought for 7 and 10 days showed that aquaporin genes transporting solutes at bio-membrane, CsPIP1;4, 2;1, 2;6 and TIP1;2, 2;1, were induced more in the plants with BP amendment and drought treatment. These results suggest that the soil amended with BP has a positive effect on the transport of nutrients and waters into Camelina by improving water retention in soil under drought condition.
With increasing anthropogenic emission sources, air pollutants are emerging as a severe environmental problem worldwide. Accordingly, the importance of landscape trees is emerging as a potential solution to reduce air pollutants, especially in urban areas. This study quantified and compared NO2 and SO2 reduction abilities of ten major landscape tree species and analyzed the relationship between reduction ability and physiological and morphological characteristics. The results showed NO2 reduction per leaf area was greatest in Cornus officinalis (19.81 ± 3.84 ng cm-2 hr-1) and lowest in Pinus strobus (1.51 ± 0.81 ng cm-2 hr-1). In addition, NO2 reduction by broadleaf species (14.72 ± 1.32 ng cm-2 hr-1) was 3.1-times greater than needleleaf species (4.68 ± 1.26 ng cm-2hr-1; P < 0.001). Further, SO2 reduction per leaf area was greatest in Zelkova serrata (70.04 ± 7.74 ng cm-2 hr-1) and lowest in Pinus strobus (4.79 ± 1.02 ng cm-2 hr-1). Similarly, SO2 reduction by broadleaf species (44.21 ± 5.01 ng cm-2 hr-1) was 3.9-times greater than needleleaf species (11.47 ± 3.03 ng cm-2 hr-1; P < 0.001). Correlation analysis revealed differences in NO2 reduction was best explained by chlorophyll b content (R2 = 0.671, P = 0.003) and SO2 reduction was best described by SLA and length of margin per leaf area (R2 = 0.456, P = 0.032 and R2 = 0.437, P = 0.001, R2 = 0.872, P < 0.001, respectively). In summary, the ability of trees to reduce air pollutants was related to photosynthesis, evapotranspiration, stomatal conductance, and leaf thickness. These findings highlight effective reduction of air pollutants by landscaping trees requires comprehensively analyzing physiological and morphological species characteristics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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