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 로메인 상추(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.

본 연구는 칼륨의 독성에 따른 배추의 생육과 생리적 특성 그리고 형태적 변화를 관찰하기 위하여 수행하였다. 100mM의 칼륨 농도 처리구까지 전체적인 생육이 증가한 반면, 600mM 처리구에서 생육이 가장 저조하였다. 칼륨 처리 농도가 높을수록 N, P, K, 함량은 증가하였지만 Ca, Mg, Na 함량은 감소하는 경향을 보였으며 미량원소, Fe, Mn, Zn의 경우 100mM의 처리구에서 가장 높은 함량을 나타내었다. 생체중당 Chl a, b와 carotenoid 함량은 600mM에서 가장 많이 증가하였으나 증가한 엽록소 함량에 비해 광합성효율(Fv/Fm)은 처리구간에 차이가 없었고 CO2 동화율은 오히려 감소하였다. 이는 칼륨 과다에 의한 삼투스트레스의 결과로 기공의 퇴화와 CO2 동화능력과 밀접한 관계가 있는 것을 형태학적 관찰로 확인되었다. Total free amino acid의 경우 100mM 처리구까지 칼륨 처리 농도가 증가함에 따라 증가한 반면 600mM에서 급격히 감소하였다. 따라서 본 실험에서의 배추는100mM의 칼륨 농도까지는 긍정적인 효과가 있는 것으로 판단되었다.

본 연구에서는 폐쇄형 식물 생산시스템 내에서 생체정보에 의한 최적 환경제어와 식물의 환경스트레스 판단을 위하여 엽록소형광 분석법으로 광합성효율 모델을 만들었으며, 광합성효율 모델에 유전알고리즘을 적용하여 재배환경 최적화 프로그램의 응용성을 평가하였다. 6가지 미기상 요인 중 5가지는 고정하고 1가지씩만 변화시켜 가며 측정한 Fv'/Fm'이 최대가 되는 환경조건은 기온 21℃, CO2농도 1,200~1,400ppm, 상대습도 68%, 기류속도 1.4m·s-1, 배양액온도 20℃이었으며 PPF가 140μmol·m-2·s-1 보다 증가할수록 광합성 효율은 감소하였다. 광합성효율모델의 오차는 평균 2.5%였다. 재배환경 최적화 프로그램으로부터 계산된 밀폐형식물 생산시스템내에서 상추의 최적재배환경조건은 기온 22℃, 배양액온도 19℃, CO2농도 1,400ppm, 기류속도 1.0m·s-1, PPF 430μmol·m-2·s-1, 상대습도 65%이다. 이상의 연구 결과로부터 광합성 효율 모델을 이용하여 식물 생산시설의 환경모니터링 시스템과 식물 생체정보에 의한 최적제어시스템의 개발이 가능함을 확인하였다.

The change of chlorophyll fluorescence parameters, O-J-I-P transients and psbA gene expression were investigated in the leaves of Crinum asiaticum var. japonicum on the natural condition in winter, in order to elucidate physiological responses of photosystem Ⅱ (PSⅡ) activity to winter stresses. The photochemical efficiencies of PSⅡ, Fv/Fm, were significantly low in winter, contrary to its high value in summer. The values of 1-qN and 1-qP were lower in midday than at dawn or night both in summer and winter, although their decrease in midday was less in winter than in summer. In the O-J-I-P transients, the fluorescence intensity of J, I, P-step decreased remarkably depending on temperature drop in winter. And the D1 reaction center protein of PSⅡ decreased in late winter more than in early winter, concomitantly with relatively high content of description products of psbA gene in midday. These results indicate that low temperature in winter causes irreversible damage to PSⅡ and subsequently leads to cell death.