مقالة منهجية

بناء وتشغيل غرفة نمو ثاني أكسيد الكربون مرتفعة منخفضة التكلفة لتقييم فسيولوجيا الميكروخضرة تحت مستويات ثاني أكسيد الكربون ذات الصلة بالرحلات الفضائية

572 مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/70050

⸱

أبريل 17, 2026

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Plant and Microbial Biology, North Carolina State University, 2Department of Molecular and Structural Biochemistry, North Carolina State University, 3NCSU Phytotron, North Carolina State University

في هذه المقالة

ملخص

يصف هذا البروتوكول كيفية بناء وتشغيل غرفة نمو صغيرة منخفضة التكلفة قادرة على الحفاظ على مستويات شديدة من ثاني أكسيد الكربون (exCO2) لتجارب النباتات. تتيح الغرفة دراسات قابلة للتكرار لعلم وظائف الأعضاء الدقيقة الخضراء في ظل ظروف جوية مرتبطة برحلات الفضاء، باستخدام نظام مراقبة وتحكم قائم على لوحة حاسوبية واحدة ونظام فتيل مائي سلبي.

الملخص

تتجاوز مستويات ثاني أكسيد الكربون (CO 2) على متن المركبات المأهولة بشكل روتيني 3,000 جزء في المليون، وهو أعلى بكثير من تركيزات الغلاف الجوي على الأرض. التعرض المستمر لثاني أكسيد الكربون الشديد( exCO2) بمستويات تزيد عن 3000 جزء في المليون يمكن أن يغير نمو النبات ووظائف ضوئيه وتركيبه الغذائي. ومع ذلك، قليل من الأنظمة المخبرية يمكنها إعادة إنتاج هذه التركيزات من exCO2 بشكل موثوق. يصف هذا البروتوكول طريقة سهلة الوصول ومنخفضة التكلفة لبناء غرفة نمو على سطح الطاولة قادرة على الحفاظ على مستوياتCO2 مستقرة فوق 3,000 جزء في المليون لتجارب النباتات.

يتم إنشاء الغرفة عن طريق تعديل حاضنة على سطح الطاولة لتشمل كابلات محكمة الإغلاق وتركيبات غاز، ونظامتوصيل وتهوية ثاني أكسيد الكربون الآلي، وحساسات مدمجة لدرجة الحرارة والرطوبة والضغط. يتم التحكم في النظام بواسطة حاسوب أحادي اللوحة رخيص السعر، يستخدم كود بايثون مفتوح المصدر للحفاظعلى تركيز ثاني أكسيد الكربون المستهدف من خلال تنظيم الملفات اللولبية التي تحقن ثاني أكسيد الكربون2 أو تهوية الحجرة استجابة لقراءات النظام. صندوق الفتيل السلبي المخصص يحافظ على نمو النبات دون الحاجة إلى ري نشط، مما يقلل الحاجة لفتح الحجرة ويقلل من تقلباتمستويات ثاني أكسيد الكربون.

باستخدام هذا النظام، نجحنا في زراعة نوعين من الخضرة الدقيقة، الفجل (Raphanus sativus، نبات C3) والأمارانث (Amaranthus cruentus، نبات C4)، تحت ظروف "CO2 المحيط المحيط" (الحد الأدنى 400 جزء في المليون) و"exCO2 الشبيه بمحطة الفضاء الدولية" (الحد الأدنى 3000 جزء في المليون). حافظت الغرفعلى مستويات مستقرة من ثاني أكسيد الكربون، ودرجة الحرارة، والرطوبة طوال دورات النمو التي تستمر 10–14 يوما. يوفرهذا النظام القابل للتكرار والمرتبط برحلات الفضاء لثاني أكسيد الكربون أداة سهلة الوصول لدراسة استجابات النباتات للبيئات الجوية القاسية وتحضير التجارب للرحلات الفضائية.

المقدمة

ستلعب النباتات دورا أساسيا في الحفاظ على حياة الإنسان خلال المهمات الفضائية طويلة الأمد من خلال المساهمة في إنتاج الغذاء، وتلبية الاحتياجات الغذائية، وتعزيزالصحة النفسية. ومع ذلك، فإن تركيبة الغلاف الجوي للمركبة المأهولة أو المواطن المستقبلية المتوقعة تختلف بشكل كبير عن تلك الموجودة على الأرض. تشهد محطة الفضاء الدولية (ISS) بشكل روتيني مستويات ثاني أكسيد الكربون 2 فوق 3,000 جزء في المليون (ppm)، وهو ما يقارب برتبة كبيرة من تركيزات الأرض المحيطة2. وصلت المستويات في محطة الفضاء الدولية إلى 6,500 جزء في المليون. هذه المستويات القصوى من ثاني أكسيد الكربون2 ( باستثناء ثاني أكسيد الكربون2) يمكن أن تؤثر على فسيولوجيا النبات وشكلها وتركيب العناصر الغذائية. ومع ذلك، فإن مستويات exCO2 هذه خارج نطاق معظم تجاربCO2 المرتفعة، التي تركز على نطاقاتCO2 بين 700 جزء في المليون و1500 جزء في المليون، بل وخارج نطاق ما يمكن لمعظم غرف نمو النباتات البرية الحفاظ عليه. وبالتالي، تبقى آثار هذه الظروف القاسية غير موصوفة بشكل جيد. لذلك، فإن فهم استجابات النباتات لمستويات exCO2 ذات الصلة بالرحلات الفضائية أمر بالغ الأهمية لضمان نجاح الزراعة الفضائية وأنظمة دعم الحياة المتجددة حيويا.

ظهرت الخضروات الصغيرة مؤخرا كمحاصيل مرشحة واعدة لتغذية رواد الفضاء بسبب نموها السريع، وبصمتها الصغيرة، وكثافة المغذيات العالية 3,4. هذه المحاصيل قصيرة الدورة يمكن أن توفر فيتامينات ومضادات أكسدة طازجة تتحلل مع مرور الوقت في حصص الرحلات الفضائية المخزنة. تظهر وجبات رواد الفضاء المصممة حاليا فقدانا كبيرا للعناصر الغذائية أثناء التخزين طويل الأمد. عند قياس التخزين بعد ثلاث سنوات من التخزين في درجة حرارة الغرفة، ينخفض فيتامين C وفيتامينB 1 إلى أقل من المستويات الموصى بها، كما يظهر فيتامينات A و B6 انخفاضات معتدلة5. لذا فإن الوصول إلى الخضروات الدقيقة الطازجة والغنية بالعناصر الغذائية يمكن أن يساعد في الحفاظ على صحة الطاقم في المهمات التي تستمر لعدة سنوات. أظهرت الدراسات السابقة التي ارتفعتمستويات ثاني أكسيد الكربون 2 بشكل معتدل (800-1000 جزء في المليون) أن النباتات تميل إلى تراكم المزيد من المركبات الغنية بالكربون، بما في ذلك الكربوهيدرات والفلافونويدات وفيتامين C، بينما تقلل المركبات الغنية بالنيتروجين مثل البروتيناتبنسبة 6. لاحظت دراسات أخرى انخفاضا في تكوين البذور، وتحولات في تعبير إنزيمات التمثيل الضوئي، وتغيرات في تركيب العناصر، لا سيما انخفاضات في الحديد والزنك والمغنيسيوم8. تشير هذه التحولات التركيبية إلى أن توفر الكربون (كثاني أكسيد الكربون2) يغير التوازن بين الكربون والنيتروجين، وبالتالي يغير الأيض الأولي والثانوي. لذا، قد يكونارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون له آثار على القيمة الغذائية للمحصول، وهو حاجة ملحة لصحة رواد الفضاء في المهمات الفضائية طويلة الأمد.

لا يعرف الكثير عن كيفية استجابة النباتات لمستويات exCO2 التي تواجهها في بيئات المركبات الفضائية، والتي يمكن أن تتجاوز 3,000 جزء في المليون في محطة الفضاء الدولية. أفادت الدراسات التناظرية في الفضاء والأرض عن اضطرابات في النمو تحت هذه الظروف، بما في ذلك انخفاض تمدد الأوراق، والصنفرة، ومعدلات النمو المتغيرة 2,9,10. على سبيل المثال، ظهرت نباتات البراسيكا رابا التي نمت على متن محطة الفضاء الدولية أوراقا صفراء ذات حجم أقل، والتي نسبت إلى مستويات exCO2 بدلا من تأثيرات انعدام الجاذبية9. تؤكد هذه الملاحظات أن استجابات النباتات لمستويات exCO2 ليست مجرد استنتاج لتأثيرات ثاني أكسيد الكربون المرتفع بشكلمتوسط، بل تشير إلى اضطرابات فسيولوجية وأيضية مميزة. ومع ذلك، فإن القليل من أنظمة النمو الأرضي يمكنها الحفاظ على مستويات مستقرة من exCO2، مما يجعل من الصعب تكرار ظروف المركبات الفضائية باستمرار أو اختبار التنوع الجيني النباتي تحت مثل هذه الأجواء القصوى.

لمعالجة هذا القيد، طورنا غرفة صغيرة منخفضة التكلفة قادرة على الحفاظعلى مستويات exCO 2 متسقة وقابلة للبرمجة تحاكي غلاف المركبات الجوية (الشكل 1). يتم بناء هذا النظام عن طريق تعديل حاضنة على سطح الطاولة ودمج الحساسات وصمامات اللولب، التي يتم التحكم بها بواسطة حاسوب أحادي اللوحة (SBC) منخفض التكلفة مع دبابيس قابلة للبرمجة. يتيح التصميم تنظيم ثاني أكسيد الكربون الآلي والمراقبة المستمرة للمعايير البيئية، بما في ذلك درجة الحرارة والرطوبة والضغط. لمنع الاستنزاف السريعلثاني أكسيد الكربون 2 الناتج عن فتح الأبواب المتكرر، قمنا بدمج نظام امتصاص مائي سلبي يدعم نمو الميكروغرين لمدة تصل إلى 14 يوما دون ري إضافي. هذا الإعداد المغلق يقلل من الاضطرابات مع توفير غلاف جوي متسق.

هنا، نصف بروتوكولا مفصلا وقابلا للتكرار لبناء وتشغيل غرفة نمو exCO2 ولزراعة الميكروخضروات تحت ظروف جوية محكمة وذات صلة برحلات الفضاء. يتضمن البروتوكول خطوات لتركيب كابلات محكمة الإغلاق وتمريرات غاز، ونظامحقن وتهوية ثاني أكسيد الكربون 2، وربط الحساسات بجهاز SBC، وبرمجة رمز التحكم exCO2 ، وتجميع نظام الفتيل المائي السلبي. باستخدام هذا الترتيب، نظهر النمو الناجح للخضروات الصغيرة الفجل (Raphanus sativus، وهي نبات C3) والأمارانث (Amaranthus cruentus، نبات C4) تحت كل من الظروف المحيطة والحالة الشبيهة ب ISS exCO2 . تقدم المنصة نهجا ميسور التكلفة وقابلا للتوسع لدراسة استجابات النباتات للبيئات الجوية القاسية ولتحضير تجارب للرحلات الفضائية.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

1. تركيب الكابلات والحساسات في الجزء الخلفي من الحاضنة على الطاولة والختم بمادة سيليكون (الشكل 2)

  1. حدد موقعين في الجزء الخلفي من الغرفة خاليين من الأسلاك أو الدوائر الكهربائية أو مكونات المروحة (انظر مواقع غدد الكابلات في الشكل 1B كمثال). احفر ثقبين في هذه المواقع أكبر قليلا من القطر الخارجي لغدد الكابل.
  2. باستخدام غدد كابل قطرها حوالي 10 مم (3/8 بوصة)، لف خيوط كل غدة بشريط سباكة. ثبت غدة واحدة على وصلة أنبوب فولاذي مقاوم للصدأ بقطر 20 مم (OD) بطول 2.5 سم (أنثى من نوع National Pipe Thread (NPT)). أدخله من خلال الثقب المثقوب من الجدار الخارجي للغرفة وربط غدة أخرى من الجانب الداخلي (الشكل 3).
    ملاحظة: يتيح هذا التكوين مرورا محكم الإغلاق عبر عزل الحجرة السميكة.
  3. تأكد من تثبيت غسالات الغدد المطاطية بإحكام على جانبي الجدار، ثم ضع مادة سيليكون حول نقاط التلامس مع جدران غرفة كل غدة كابل لسد أي فجوات هوائية.
    ملاحظة: يجب أن تكون جميع فتحات الغرف محكمة الإغلاق لتقليل تسرب ثاني أكسيد الكربون2 .
  4. مرر كابل بيانات رباعي السلاسل عبر كل غدة كابل، مع ترك طول كاف لتوصيل SBC بالحساسات.
  5. شد حشية غدة الكابل الداخلية لضمان إغلاق محكم الهواء. قم بفك وضبط الكابل حسب الحاجة لتوفير مزيد من التراخي لوضع الحساس.
    ملاحظة: ضع علامة على كل خيط سلكي لضمان توصيلات المستشعر الصحيحة. على الرغم من أن لحام الأسلاك إلى الحساسات كاف، إلا أن سدادات القفز أو أطراف البراغي أو خيارات التوصيل السريع الأخرى تسهل استبدال الأسلاك وربطها بدبابيس SBC.
  6. قم بتوصيل حساسات درجة الحرارة والرطوبة وضغط الهواء (الشكل 2).
    1. قم بتوصيل الأسلاك من كابل بيانات رباعي السلاسل بحساس درجة الحرارة/الرطوبة، ثم توصيل حساس ضغط الهواء بحساس درجة الحرارة باستخدام موصلات بأربعة دبابيس.
    2. وصل الطرف الآخر من كابل البيانات إلى SBC كما يلي: PWR إلى دبوس طاقة 3.3 فولت، GND بدبوس أرضي، SDA إلى GPIO 2 (I2C_SDA1)، وSCL إلى GPIO 3 (I2C_SCL1).
    3. قم بتركيب كلا الحساسين على جدار الحجرة العلوية باستخدام شرائط لاصقة متداخلة للسماح بإزالتها بسهولة للمعايرة أو التنظيف (الشكل 4).
  7. وصل ووضعحساس ثاني أكسيد الكربون 2.
    1. وصلحساس ثاني أكسيد الكربون بكابل البيانات الثاني ذو الأربعة سلاوط.
    2. وصل الطرف الآخر إلى SBC كما يلي: PWR إلى دبوس طاقة 5V، GND إلى دبوس أرضي، RxD إلى GPIO 14 (UART_TxD)، TxD إلى GPIO 15 (UART_RxD).
    3. ثبتحساس ثاني أكسيد الكربون على الجدار الخلفي العلوي أو وضعه بإحكام فوق رف الضوء باستخدام شرائط Dual Lock.
  8. (اختياري، لكنه موصى به) قم بتوصيل مزود طاقة SBC ببطارية احتياطية تشحن باستمرار لمنع إعادة التشغيل وضمان تسجيل بيانات المستشعر بشكل مستمر.

2. بناء نظام مناولة ثاني أكسيد الكربون 2 (الشكل 5)

ملاحظة: ينظمنظام مناولة ثاني أكسيد الكربون ثاني أكسيد الكربون تركيز الغاز داخل الحجرة. عندما تنخفضمستويات ثاني أكسيد الكربون 2 إلى ما دون نقطة الضبط، يقوم جهاز SBC بتفعيل صمام ملف لولبي لإطلاق دفعات قصيرة من ثاني أكسيد الكربون2 إلى الحجرة. عندما تتجاوزمستويات ثاني أكسيد الكربون 2 نقطة الضبط، تفتح لولبات التهوية لفترة وجيزة لتفريغ الهواء من الحجرة. مضخة هواء غجاة بقدرة 2.75 لتر/دقيقة تدور الهواء عبر النظام.

  1. تركيب وصلات الحواجز.
    1. احفر ثقبين إضافيين في جدار الحجرة الخلفية (حوالي 14 مم)لخطوط إدخال ومخرج الهواء لثاني أكسيد الكربون، أكبر قليلا من أعرض جزء من الوصلة المستخدمة في الخطوة 2.1.3.
    2. عدل وصلة الحاجز عن طريق قطع شوكة الخربطين من الجانب الملولب (الشكل 6). قم بتركيب غسالة معدنية ومطاطية ولف الخيوط بشريط لاصق السباك.
    3. ثبت أنبوب ملولب بقطر 8 مم بقطر 3 سم في نهاية الحاجز المعدل ليمتد عبر جدار الحجرة والعزل (الشكل 6).
    4. قم بإغلاق وصلات الحاجز المعدلة في مكانها باستخدام غسالات على كل جانب ووضع طبقة إضافية من مادة العزل السيليكونية. قم بإحكام التثبيت لتكوين ختم محكم الهواء.
  2. ربط الأنابيب، واللولبات اللولبية، والفلتر، ومضخة الهواء باستخدام أنابيب مرنة من درجة الأحواض (قطر 4.8 مم، 6.35 مم قطر خارجي) (الشكل 7).
    1. بالنسبة لخط إدخال ثاني أكسيد الكربون2 ، قم بتوصيل المكونات بالأنابيب كما يلي: مقياس التدفق ->صمام الملف اللولبي ثاني أكسيد الكربون 2 -> موصل T -> موصل T -> الجانب الخارجي من حاجز مدخل ثاني أكسيد الكربون2 . قم بتوصيل أول موصل T بمخرج المضخة. قم بتوصيل موصل T الثاني بملف تهوية (الشكل 5).
    2. وصل الجانب الخارجي من حاجز مخرج الهواء كما يلي: مخرج هواء -> موصل T -> فلتر هواء متخطي -> مدخل مضخة هواء. قم بتوصيل ملف تهوية آخر بهذا الموصل T (الشكل 5).
    3. داخل الحجرة، قم بتوصيل أنبوب بطول ~15 سم إلىجانب مدخل ثاني أكسيد الكربون 2، وطول أنبوب ~30 سم إلى جانب مخرج الهواء.
    4. أغلق الوصلات باستخدام مادة سلب سيليكون.
  3. ركب وصلات Luer-lock. (الشكل 7)
    1. قم بتثبيت وصلات ليور-لوك الشائكة عند وصلات الأنابيب الرئيسية لتسهيل التعديل واستبدال المكونات.
    2. قم بإغلاق كل وصلة شوكة خرطوم بالسيليكون لتقليل التسربات.
      ملاحظة: عادة ما تتآكل اللولبات بعد عدة أشهر. تسمح وصلات لوير لوك بسهولة بالاستبدال وتلغي الحاجة لتقصير الأنابيب أثناء الاستبدال. لذلك، ينصح بشدة بإضافة هذه الوصلات عند وصلات الملف اللولبي.
  4. قم بتوصيلإمداد ثاني أكسيد الكربون والمنظمات.
    ملاحظة: استخدم أنابيب البولي إيثيلين بقطر 6.4 مم (1/4 بوصة) بين منظمات الخزان ومقياس التدفق.
    1. باستخدام مفتاح ربط، قم بتوصيل المنظم الأساسيبخزان ثاني أكسيد الكربون 2 (منظم ضبط على 10 رطل لكل بوصة مربعة)، ثم وصل كما يلي: منظم أولي - > موصل ملولب بالدفع للتركيب - > أنابيب البولي إيثيلين - > (اختياري) موصل T للتركيب (لعدة غرف) - > أنابيب البولي إيثيلين - > موصل ملولب للتركيب - منظم > منخفض (منظم الضبط عند 1–3 رطل لكل بوصة مربعة) - > موصل ملولب - > أنابيب البولي إيثيلين - مقياس تدفق > (الشكل 8).
      ملاحظة: يمكن تشغيل عدة غرفمن خزان ثاني أكسيد الكربون 2 بوزن 22 كجم (50 رطل) باستخدام موصلات T اختيارية بين منظمات خفض القدم لكل غرفة (الشكل 8).
  5. توصيل الملفات اللولبية بالمرحلات التي تتحكم بها SBC.
    1. قم بتوصيل ملف الملف الكهرومغناطيسيلإدخال ثاني أكسيد الكربون (+) بالطرف الموجب لمزود طاقة 5 فولت، ويؤدي الملف اللولبي (-) إلى الطرف 3 من مرحل ثاني أكسيد الكربون. قم بتوصيل الطرف 4من مرحل ثاني أكسيد الكربون 2 بالكابل الأرضي لمزود الطاقة. قم بتوصيل طرفي مرحل ثاني أكسيد الكربون 1 و2 ب GPIO 12 وأرضية على جهاز SBC على التوالي.
    2. اربط كلا اللولبتين اللولبيتين بنفس الطريقة: كل ملف لولبي (+) يؤدي إلى مزود الطاقة 5 فولت (+) وكل (-) يؤدي إلى الطرف 3 في مرحل التهوية. وصل الطرف 4 من ذلك المرحل بأرضية مصدر الطاقة، ومحطات التهوية 1 و2 إلى GPIO 17 والأرضي على SBC.
    3. ضع علامة على كل مرحل (مثلا:"مدخل ثاني أكسيد الكربون 2"، "تنفيس") للمساعدة في حل المشكلة.
      ملاحظة: يمكن لللولب أن يشارك مزود طاقة واحد بجهد 5 فولت إذا تم توصيله بالتوازي. قم بتعديل رمز التحكم إذا كنت تستخدم دبابيس GPIO مختلفة.

3. بناء أضواء النمو

  1. اختر شرائط الديودات المضغوطة الباعثة للضوء (LED) محمية بطبقة سيليكونية، مما يوفر طيف ضوء مناسب لنمو النباتات وانخفاض إنتاج الحرارة.
    ملاحظة: أضواء النمو المخصصة التي استخدمناها توصل حتى 550 ميكرومول·م-2.ثانية من الإشعاع النشط ضوئيا (PAR) على ارتفاع سطح صناديق النمو المائية (وهو أدنى ارتفاع تصل إليه الشتلات النامية). تتكون الأضواء من شرائط LED COB بجهد 24 فولت مع دايودات متناوبة 2700K و6500K.
  2. جهز شرائط LED.
    1. اقطع ستة شرائط من مصابيح LED (حوالي 25 سم) عند التقاطعات التي أشار إليها المصنع.
    2. استخدم شفرة حلاقة لإزالة طبقة السيليكون من الوسادات النحاسية في كل طرف من كل شريط (الشكل 9).
      تحذير: استخدم الحذر لتجنب الإصابة الشخصية أو تلف شريط LED. اعمل على لوح تقطيع.
    3. قم بتطبيق كمية صغيرة من اللحام على كل وسادة نحاسية، وربط شرائط الضوء على التوالي باستخدام قطع 3.5 سم من سلك 22 جيجابايت من النواة المخططة (+ إلى + والأرضي إلى الأرضي) (الشكل 9).
    4. لحام قطعتين من الأسلاك بطول 20–30 سم في أحد طرفي المصفوفة عند كل وسادة نحاسية لتوصيلها بمصدر الطاقة.
      تحذير: استخدم حماية العين المناسبة ولحامها تحت غطاء أبخرة أو في مكان جيد التهوية. اعمل على حصيرة مقاومة للحرارة.
  3. اركب الأضواء.
    1. ضع مصفوفة LED في الجانب السفلي من الرف العلوي داخل الحجرة لإضاءة متساوية عبر منطقة النمو (الشكل 10).
    2. قم بإزالة الجزء اللاصق من الإضاءة واضغط الشرائط بإحكام في مكانها (الشكل 10).
    3. غط الوسادات والأسلاك المكشوفة بالسيليكون الكهربائي لمنع التآكل والصدمات الكهربائية.
    4. بمجرد جفاف السيليكون، ضع الرف الخفيف على أعلى حامل رف مدمج في الحجرة.
  4. قم بتوصيل شرائط LED بأنظمة الطاقة والتحكم (الشكل 2).
    1. قم بتوجيه سلكين إضافيين من 22-G عبر أحد غدد الكابل. اقطع هذه القطع لفترة كافية لتوصيل الأضواء بمزود الطاقة والمرحل. قم بتوصيلها بالأسلاك الطويلة في أحد شرائط LED باستخدام منفذ برميل أو توصيل كهربائي سريع.
    2. قم بتوصيل مصفوفة LED (+) إلى طرف مزود الطاقة الموجب بجهد 24 فولت، وLED (-) إلى الطرف 2 من مرحل الضوء، وطرف 1 من مرحل الضوء بالطرف السالب لمزود الطاقة (الشكل 2).
    3. وصل الطرف 3 من مرحل الضوء إلى SBC GPIO 21 والطرف 4 من المرحل إلى دبوس GND على SBC (الشكل 11).
  5. ثبت أسلاك الضوء الطويلة بمشابك لاصقة على جدار الحجرة لمنع الضغط على الوصلات الملحومة.
  6. تحقق من أن شدة الضوء كما هو مرغوب عند سطح النبات باستخدام مقياس PAR. قم بالقياس في 4-5 مواقع عند ارتفاع صناديق نظام النمو المائي.

4. تثبيت برنامج التحكم في الحجرة ونظام الإنذار على جهاز SBC

  1. قم بتحميل رمز التحكم في الحجرة (Control_chamber_JoVE.py، الملف التكميلي 1) واحفظه في مجلد مخصص على جهاز SBC (مثل /home/pi/chamber/ ). انظر https://www.raspberrypi.org/ لمزيد من التفاصيل حول التكوين الأولي ل SBC وكيفية التنقل في نظام التشغيل الخاص به.
  2. تثبيت المكتبات المطلوبة المدرجة في أعلى سكريبت Control_chamber_JoVE.py (التسلسل، التاريخ، csv، اللوحة، إلخ) والمكتبات لكل مستشعر. راجع https://projects.raspberrypi.org/en/projects/generic-python-installing-with-pip لمزيد من التفاصيل حول تثبيت المكتبات على SBC.
  3. افتح Control_Chamber.py في Thonny (أو بيئة تطوير مشابهة لبايثون) لتكوين معلمات المستشعر والمرحل. قم بتحديث تعيينات الدبابيس في القسم العلوي من سكريبت Control_chamber_JoVE.py لتتناسب مع توصيلات درجة الحرارة/الرطوبة، الضغط، ووصلات مرحلات ثاني أكسيد الكربون 2 التي تم إنشاؤها في القسمين 1 و2 (إذا تم توصيلها كما هو مقترح، فلا حاجة لأي تغيير). راجع https://thonny.org/ لمزيد من التفاصيل حول استخدام Thonny.
  4. حدد الحد الأدنى لنقطة الضبط على مستوى ثاني أكسيد الكربون2 وتعيين معلمات لفترة الضوء، ودرجة الحرارة، وعتبات الإنذار داخل كتلة التكوين في أعلى سكريبت Control_chamber_JoVE.py. احفظ الملف.
    ملاحظة: يمكن تعديل جميع نقاط التعيين عن طريق تعديل كتلة التكوين دون الحاجة لإعادة تثبيت البرنامج.
  5. قم بإعداد نظام الإنذار المعتمد على البريد الإلكتروني.
    1. أنشئ حساب بريد إلكتروني مخصص (مثل MyPiAlarm@gmail.com) للتنبيهات الآلية.
    2. أدخل بيانات الاعتماد وعناوين المستلم في قسمي "إنذار ثاني أكسيد الكربون" و"إنذار درجة الحرارة" في سكريبت Control_Chamber.py واحفظ.
      تحذير: لا تستخدم البريد الإلكتروني الشخصي أو المهني لإرسال الرسائل. استخدم حسابا مخصصا لحماية بيانات الاعتماد الأمنية واستخدم كلمة مرور خاصة بالتطبيق.
  6. تشغيل غرفة الاختبار.
    1. انقر على أيقونة Run في Thonny لتنفيذ الكود.
    2. تأكد من أن الحساسات تبلغ عن قراءات صحيحة وتبديل المرحلات بشكل صحيح عندتغير مستويات ثاني أكسيد الكربون 2.
    3. محاكاة انخفاض وارتفاع ثاني أكسيد الكربونودرجة الحرارة عن طريق تغيير إعدادات التدفق والحجرة. تأكد من حدوث حقن وتفريغ تلقائي وأن تنبيهات البريد الإلكتروني تفعل.
    4. إذا تغيرتقراءات ثاني أكسيد الكربون 2، تحقق من وجود تسربات حول غدد الكابلات أو وصلات الحواجز وأعد إغلاقه باستخدام مادة سيليكون عند الحاجة.
  7. تمكين المراقبة عن بعد
    ملاحظة: بينما يمكن لجهاز SBC العمل "بدون رأس"، فإن توصيل الشاشة عبر HDMI يسهل عملية استكشاف الأخطاء.
    1. قم بتثبيت عارض RealVNC أو تطبيق سطح مكتب عن بعد مشابه على جهاز متصل بنفس شبكة SBC. راجع https://www.realvnc.com/en/connect/download/viewer/raspberrypi/ للحصول على تعليمات حول كيفية تثبيت RealVNC.
    2. قم بتفعيل خادم VNC على SBC وتأكد من الاتصال. انظر https://help.realvnc.com/hc/en-us/articles/360002249917-RealVNC-Connect-and-Raspberry-Pi#setting-up-your-raspberry-pi-0-0 للحصول على تعليمات حول تفعيل خادم VNC.
    3. استخدم واجهة التحكم عن بعد لمراقبة الحالة، أو تعديل الإعدادات، أو إعادة تشغيل البرنامج.

5. بناء نظام فتيل مائي سلبي (الشكل 12)

ملاحظة: كل نظام فتيل مائي سلبي يستخدم صندوق رأس ماصة معقم بسعة 1,000 ميكرولتر مع إدخال قابل للإزالة مزود بفتيل لباد مشدود بشراشب، يسحب محلول المغذيات من الخزان السفلي إلى البذور.

  1. جهز غلاف الصندوق.
    1. اختر صندوق ماصة فارغ بسعة 1000 ميكرولتر مع إدخال قابل للإزالة.
    2. باستخدام أداة دريمل، أو منشار دوار، أو منشار مثقاب ومنشار تحمل، اقطع فتحة مستطيلة ~ 11 سم × 7 سم في الغطاء العلوي.
  2. اقطع وجهز الفتيل اللبادي.
    1. قطع اللباد الخيزران إلى شرائط بقطر 34 سم 7.5 سم. يمكن أن تكون ثلاث إدخالات لحاملات الطرف قالبا.
    2. اقطع ثمانية حواف متساوية بطول 14 سم على طول كل حافة طويلة من شريط اللباد.
    3. قم بخيط كل حافة عبر صف الثقوب عند الأطراف القصيرة لإدخال حامل الرأس باستخدام ملقط بحيث تتدلى الحواف للأسفل ويبقى المركز غير المقطوع مستويا من الأعلى.
    4. تأكد من وصول الحواف إلى الخزان السفلي عندما يكون الإدخال في الصندوق. تجف الصناديق حتى يتم استخدامها.

6. تحضير المواد لتجربة ميكروجرين

  1. قم بتعقيم الغرفة بمسح جميع الأسطح غير الإلكترونية (الجدران، السقف، الأبواب، إلخ) بمطهر SA-20 (7.8 مل/لتر ماء). اترك الحجرة تجف في الهواء طوال الليل مع فتح الباب.
    ملاحظة: هذه الخطوة ضرورية لتقليل خطر نمو مسببات الأمراض في البيئات الرطبة.
  2. حضر 0.25x من وسط الملح القاعدي موراشيغي وسكوغ (MS) بدون أجار. قم بإذابة 4.3 جرام من أملاح التصلب العضلي و1 جرام من حمض الإيثانيسلفونيك 2 (N-مورفولينو)إيثانيسلفونيك (MES) في 1 لتر من الماء منزوع الأيونات (DI)، واضبط الرقم الهيدروجيني إلى 5.7 مع محلول 1M KOH. قم بتخفيفه إلى 4 لتر. وزع 700 مل من الأليكوت (يكفي لصندوق ماء واحد) في زجاجات 1 لتر.
  3. املأ الزجاجات القابلة للإوتوكلاف بالماء المقطر أو منزوع الأيونات لتعقيم البذور وشطفها.
  4. استخدم جهاز المعقم الوسيط والماء باستخدام دورة سائلة لمدة 30 دقيقة.
  5. لف صناديق الزراعة المائية وأدواتها وحاوياتها بورق ألمنيوم. استخدم المعقم على دورة جافة بوقت جفاف 30 دقيقة، واحتفظ بالمواد ملفوفة حتى توضع في غطاء تدفق طبقي.
    ملاحظة: يجب تنفيذ الخطوات 6.6–6.8 في غطاء تدفق طبقي لمنع التلوث.
  6. تعقيم البذور
    ملاحظة: يجب تكييف هذا البروتوكول حسب نوع النبات. فيما يلي يصف بروتوكولا يعمل مع بذور الفجل والأمارانث.
    تحذير: استخدم قفازات، واقي للعين، ومعطف مختبر أثناء العمل بمحلول المبيض.
    1. في غطاء تدفق طبقي، أضف البذور إلى محلول مبيض بنسبة 2٪ يحتوي على 0.05٪ ترايتون X-100.
    2. اهزه بلطف لمدة 5 دقائق على درجة حرارة الغرفة.
    3. قم بصب محلول المبيض واشطفه ثلاث مرات بماء معقم.
    4. بعد الشطف، انقع البذور طوال الليل في ماء معقم لتعزيز الإنبات المتساوية.
      ملاحظة: لهذه الدراسة، كانت 8 مل من مبيض 7.5٪، و22 مل من مادة DIH2O، و15 ميكرولتر من مادة ترايتون X-100 الخافضة للتوتر السطحي في أنبوب طرد مركزي بسعة 50 مل كافية لتعقيم أربع علب من الخضروات الدقيقة الفجل أو الأمارانث.
  7. املأ صناديق الزراعة المائية وازرع البذور في غطاء تدفق طبقي.
    1. املأ كل صندوق مائي بوسط معقم بقوة 0.25 مللي ثانية حتى يغطي سطح اللباد بكمية أو مليمترين من السائل (~650 مل). تحقق من عدم وجود فجوة هوائية بين اللباد والسائل؛ الفجوات ستقلل من استقرار الشتلات.
    2. باستخدام الملقط المعقم، ازرع حتى 60 حبة أمارانث أو 30 بذرة فجل في كل علبة. اضغط البذور برفق في اللباد باستخدام الملقط، لضمان تمركزها فوق فتحات الأطراف في الإدخال.
    3. غط كل صندوق مزروع بلفافة ملتصقة أو أغطية معقمة للحفاظ على الرطوبة أثناء الإنبات. بمجرد تغطيتها، يمكن إزالة الصناديق من غطاء الغطاء المعقم.

7. تشغيل تجربة الميكروجرين

ملاحظة: شغل على الأقل غرفتين في نفس الوقت، واحدة تحت exCO2 والأخرى تحت ظروف محيطة كضابط. المعالجات المتناوبة بين الغرف عبر النسخ لتقليل انحياز الغرفة. قم بتعيين معالجة عشوائية (باستخدام رمية العملة أو مولد الأرقام العشوائية) لكل غرفة. في التجربة التالية، قم بتبديل المعالجات إلى غرف مختلفة.

  1. اضبطمنظم ثاني أكسيد الكربون الأساسي 2 إلى حوالي 10 رطل لكل بوصة مربعة، ومنظم "الانخفاض التدريجي" الثانوي إلى 1–3 رطل لكل بوصة مربعة. افتح الصمام الرئيسيفي خزان ثاني أكسيد الكربون ببطء.
    تحذير: ضغط الهواء فوق 5 psi قد يضر الملفات اللولبية. لا تقم بضبط منظم "النزول المنخفض" فوق 4 رطل لكل بوصة مربعة.
  2. شغل الحجرة وتحقق من الوظيفة.
    1. شغل غرف الحاضنة على الطاولة واضبط درجة الحرارة الداخلية على 23 درجة مئوية أو درجة الحرارة المطلوبة.
    2. تحقق من أن المروحة الداخلية تعمل وغير معوقة لضمان دوران الهواء. تأكد من أن كل وحدة غرفة متوازنة إلى درجة حرارة محددة ضمن 2 درجة مئوية قبل الزراعة.
  3. افتح Control_chamber_JoVE.py الكود في Thonny، وتأكد من إعدادات CO2 والإضاءة (القسم 4.7)، ثم شغل البرنامج. تحقق من استجابة الملفات اللولبية والحساسات والأضواء بشكل صحيح. احفظ الملف ونفذ برنامج التحكم بالضغط على أيقونة Run .
  4. حمل وإنبات صناديق مزروعة.
    1. بمجرد استقرار البيئة، ضع صناديق الزراعة المائية المغطاة داخل كل غرفة. أغلق الباب وتأكد منعودة تركيزات ثاني أكسيد الكربون إلى نقاط التعيين خلال 3–5 دقائق.
    2. دع البذور تنبت مع أغطية الرطوبة في مكانها لمدة 3–4 أيام حتى يظهر ظهور القفة، ثم أزل أغطية الرطوبة بمجرد أن تخترق معظم جذور الشتلات الركيزة اللبادة.
      ملاحظة: إذا كنت تستخدم أنواعا غير الفجل أو الأمارانث، قم بضبط مدة الإنبات حسب الحاجة لضمان اختراق الجذور بشكل منتظم في سطح اللباد قبل الكشف عن السطح.
  5. حافظ على حالة الغرفة وراقبها.
    1. حافظ على إغلاق الغرف طوال فترة التجربة للحفاظ على مستوياتCO2 مستقرة.
    2. غط ألواح الأبواب بورق ألمنيوم أو فيلم تعتيم لمنع التداخل الضوئي. افتح ورق الألمنيوم يوميا لفحص حالة النبات وأعد لصقه بشريط لاصق.
    3. أراقب قراءات المراقبة مرة إلى ثلاث مرات يوميا باستخدام RealVNC أو محليا عبر شاشة HDMI.
    4. استجب بسرعة لأي تنبيهات بريد إلكتروني وسجل الشذوذات أو التدخلات اليدوية.
      تحذير: قد تسبب درجات الحرارة المحيطة تحت نقطة ضبط الغرفة تكثفا في الأنبوب. إذا حدث تكثف، جفف وأعد إغلاق الخطوط والتركيبات قبل إعادة التشغيل لمنع انسدادات تدفق الهواء. أغلق صمامخزان ثاني أكسيد الكربون 2 قبل فتح الخطوط.
  6. احصد النباتات وجمع البيانات.
    1. في نهاية دورة النمو، افتح الحجرة وأزيل ومعالج النباتات حسب الحاجة لأغراض تجريبية (مثل تحليل الكتلة الحيوية، الكلوروفيل، أو المغذيات).
    2. أوقف سكريبت التحكم وأطفئ الحاضنة على الطاولة والأضواء.
    3. إعادة تسمية chamber_data.csv، ملف البيانات البيئية (مثل Date_Species_3000vs400ppm.csv)، وانسخها إلى فلاش ميدر.
      تحذير: يقوم البرنامج بتسجيل البيانات إلى ملف chamber_data.csv في المجلد الرئيسي كل دقيقة. دائما قم بإعادة تسمية هذا الملف عند الحفظ لتجنب تعديل مجموعات البيانات السابقة.
    4. وثق أي انحرافات أو أعطال في المعدات أثناء التشغيل.
  7. تنظيف ما بعد التجربة.
    1. قم بإزالة المكثفات وامسح الأسطح الداخلية غير الإلكترونية بنسبة 70٪ إيثانول.
    2. اترك باب الحجرة مفتوحا وشغل مضخة الهواء حتى تجف الحجرة والأنابيب.
    3. أغلق منافذ الطاقة وأغلق صمامخزان ثاني أكسيد الكربون لمنع التسرب وتوفير الغاز.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

تم تعديل حاضنتين على سطح الطاولة بنجاح للحفاظعلى تركيزات ثاني أكسيد الكربون القابلة للبرمجة المناسبة لتجارب النمو الميكروغرين. لكل تجربة تجريبية، تم برمجة غرفة واحدة للحفاظ على ظروف "exCO 2 شبيهة بمحطة الفضاءالدولية" (الحد الأدنى 3000 جزء في المليون)، والأخرى لحالة "محيط ثاني أكسيد الكربون2" (الحد الأدنى 400 جزء في المليون كحد أدنى). زرعنا الفجل والأمارانث الخضروات الصغيرة لمدة 10 و14 يوما على التوالي (الشكل 13). تم تكرار كل ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

يوفر هذا البروتوكول طريقة قابلة للتكرار وفعالة من حيث التكلفة لزراعة النباتات تحت تركيزات شديدة من ثاني أكسيد الكربون2 ( exCO2) تبلغ حوالي 3,000 جزء في المليون، وهي مماثلة لتلك الموجودة في محطة الفضاءالدولية 2. يقوم النظام بتعديل حاضنة على الطاولة، تجمع بين التحكم البيئي القائم على SBC ونظام نمو مائي سلبي لدعم نمو النبات لمدة تصل إلى أسبوعين دون ري يدوي أو فتح الحجرة. يجسر هذا النهج فجوة حاسمة في الموارد لمحاكاة الظروف القاسية التي تواجهها ال...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

لا يوجد أي من المؤلفين تضارب مصالح مرتبط بالعمل الموصوف أعلاه.

شكر وتقدير

نود أن نشكر مساعدات البحث الجامعيات ماكيلا ديستافينو، إميلي ديتمر، وإيلي سالتيير على مساعدتهن في إعداد الوسائط وتعقيم البذور وقياس النباتات. شكرا للفريق الفني في جامعة نورث كارولينا في جامعة ولاية كارولينا فيتوترون على الأدوات والإمدادات والنصائح. تم تمويل هذا البحث من خلال منحة ناسا رقم (80NSSC23K0344) وزمالة منحة الفضاء من NC الجامعية منحت لسامانثا روكيس.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
أنابيب بولي إيثيلين بطول ربع بوصةلووزhttps://www.lowes.com/pd/EZ-
FLO-1-4-بوصة-قطر-داخل-x-25
-قدم-أنابيب بوليثيلين/1000180497		استخدم لتركيب منظم خزان CO2 لمنظمات الخزان المنخفضة.
حمض 2-(N-مورفولينو)إيثانيسلفونيك (MES)فيشر ساينتيفكBP300-100عامل التخزين في محلول الأسمدة.
مزود طاقة 24 فولت للأضواء  النوايا الطيبةLPV-35-24استخدم مصدر الطاقة للأضواء حسب مواصفات الإضاءة.
أسطوانة مدرجة بسعة 25 ملكول بارمرUX-34502-70لقياس السوائل لمحلول تعقيم البذور.
أسطوانة زجاجية متدرجة بسعة 250 مل - معقم للتعقيمفيشر ساينتيفكhttps://www.fishersci.com/shop/
المنتجات/أسطوانات بايركس-أحادية
-وايت-إيناميل-متريك-graduatio
NS-18/085524D		لقياس وسائط MS عند تحميل صناديق الزراعة المائية. العلامة التجارية لا تهم.  
مادة العزل الكهربائية 388شركة أمريكان سيلانتس، إنكhttps://meridianadhesives.
com/products/asi-388/		يستخدم لعزل الأضواء وإغلاق الحجرة. العلامات التجارية الأخرى جيدة، لكن تأكد من أنها بدرجة كهربائية إذا استخدمت على الأضواء. الدرجة غير الكهربائية مناسبة للاستخدام على بقية الحجرة.
70٪ إيثانولأفانتور71002-508يستخدم لتعقيم غطاء المحرك وغرفة النمو.
مضخة غشاء 8K - نسخة 110 فولت/60 هرتزبوكسر8Kيستخدم لتدوير الهواء بين الحجرة، ومدخل CO2 ونظام التهوية. 120 دولار عند الشراء.
سلك التكييف من أجل  المضخةGE https://www.homedepot.com
/p/GE-8-ft-Replace-Cord
-Set-with-Polarized-Plug-on-
1-End-Black-54435/203735885		العلامة التجارية والشركة لا تهم.
أدافروت LPS35HW حساس الضغط المقاوم للماءأدافروتالمنتج #:4258يستخدم لقياس ضغط الهواء.
مستشعر درجة الحرارة والرطوبة الدقيق Adafruit Sensirion SHT40أدافروتالمنتج #:4885يستخدم لقياس درجة الحرارة والرطوبة.
مفاتيح قابلة للتعديلمعدات آيسhttps://www.acehardware.com
/departments/tools/hand-tools/
مفاتيح ربط/2299329		يستخدم لتثبيت المنظمات
رقائق الألمنيومكوستكوhttps://www.costco.com/p/-/
كيركلاند-سيغنيتشر-رينولدز-
فودسيرفيس-فويل-12-إن-x-100
0-قدم/100116721?langId=-1		لتغطية الحاويات أثناء التعقيم الداخلي.
أنابيب الحوض - 1/4" OD، 3/16" IDأمازونhttps://www.amazon.com/dp/B0DLNH81LJ/يستخدم لنقل ثاني أكسيد الكربون2 إلى الحجرة
موصلات أنابيب الأحواض المتنوعة - البولي بروبيلينأمازونhttps://www.amazon.com/AQU
ANEAT-Aquarium-Airline-Conn
Ector-Plastic/dp/B08LMZ86QC/		كان يستخدم لتقسيم وتوصيل أنابيب الحوض
براغي الماكينات المتنوعةأمازونhttps://www.amazon.com/AETTL-
Assortment-Stainless-Assorted-
Phillips/dp/B0B428NP2L/ref=sr_
1_2_sspa?crid=FQ8XLSW2WZE6
& الكلمات المفتاحية = assorted٪2Bmetric٪
2Bbolts٪2Band٪2Bnuts& QID=16
92727621& س=صناعي sprefix=
assorted٪2Bmetri٪2Cindustria
l٪2C159& SR=1-2-spons& sp_cs
d=d2lkZ2V0TmFtZT1zcF9hdGY& th=1		يستخدم لتركيب المكونات على لوحة الأوتاد.
بطارية احتياطية مع مخرج USBأنظمة فولتايكV25كان يستخدم لتشغيل أجهزة الباي للحفاظ على الطاقة أثناء انقطاعات التيار الكهربائي القصيرة. أي بطارية USB تسمح بالشحن التمريري ستعمل.
لفة نمو حصيرة الخضروات الدقيقة من اللباد الخيزران (10" × 100 قدم)VegBedhttps://www.vegbed.com/products
/نباتي-خيزران-مايكروخضرينز-رول-10 إنش-×-100 قدم		يستخدم لزراعة صندوق الفتيل.
موصلات برميل جاك - عبوة 10أمازونhttps://www.amazon.com/dp/B079RBL339/يستخدم لتوصيل المكونات الكهربائية بالطاقة. العلامة التجارية الدقيقة لا تهم.
بيكر - 2 لترفيشرCLS10002Lيستخدم لصناعة الإعلام.  ستحتاج إلى اثنين لتصل إلى 4 لترات إجمالا.
Benchmark Scientific H2200-HC MyTemp Mini Incubatorمعيار العلومH2200-HCتم تعديل الحجرة لهذا البروتوكول. تأكد من الحصول على النسخة التي تحتوي على تحكم في الحرارة والتبريد معا. 850 دولار عند الشراء.
المبيض - 7.5٪  كلوروكسhttps://www.clorox.com/
المنتجات/كلوروكس-بيرفورمانس
-بليتش-ب-كلوروماكس/		يستخدم لتعقيم البذور. العلامة التجارية لا تهم، لكن احصل على نسخة بدون عطور أو مواد صب المستخدم.
تركيب الحاجز - 3/16 بوصةوخلاصةhttps://www.amazon.com/AN
PTGHT-Thru-Bulk-Bulkhead-F
ittings-Aquarium/dp/B08SCDC28R/		يستخدم لتمرير الأنابيب عبر غرفة الأنابيب
صينية الكافتيرياأمازونhttps://www.amazon.com/Carlisl
e-CT121605-Caf٪C3٪A9-Stan
dard-Cafeteria/dp/B008BLINFE/		وضعت صينية تحت كل غرفة لالتقاط التكثف الذي يتسرب عند فتحه. العلامة التجارية الدقيقة لا تهم. فقط يجب أن يكون أكبر من مساحة الحجرة، لكن لا يحجب الباب.
أنبوب الطرد المركزي - 50 مل، معقمفيشر ساينتيفك339653كان يحتوي على بذور أثناء وبعد التعقيم.
إنذار CO2 (اختياري)أمازونhttps://www.amazon.com/
DP/B09MRX4F12/		اختياري، لكنه موصى به لاكتشاف التسريبات الخارجية في نظام CO2. يمنع مستويات غير آمنة من ثاني أكسيد الكربون2 في غرفة الغرفة.
CO2 Regulator  - ضغط منخفضأمازونhttps://www.amazon.com/gp/
AW/D/B01BPQDG62		العلامة التجارية الدقيقة لا تهم. لكن يجب أن يكون قادرا على تقليل الضغط بين 1 و4 psi.  
خزان CO2 - 50 رطلإير غازhttps://www.airgas.com/product/
الغازات/ثاني أكسيد الكربون/p/CD٪2050S		ربما يمكن استخدام خزان أصغر من هذا. فقط سيحتاج إلى استبدال أكثر تكرارا.
Crimper غراينجر806FA9لتثبيت موصلات التجعيد على الأسلاك
مقياس الضغط الرقمي (اختياري)أمازونhttps://www.amazon.com/Pressure
-موصل-حامي-Uharbour-0-
200psi/dp/B0783PYQ27		لقراءة إعداد الضغط لمنظم خفض الضغط منخفض الوضع. يتطلب بطارية AAA. بدلا من ذلك، يمكنك استخدام مقياس تناظري غير مزود بالطاقة.
تشريح الملقط - التعقيم باستخدام المعقمفيشر ساينتيفك13-812-39للتلاعب بالبذور المعقمة. العلامة التجارية لا تهم.
شرائط لاصقة مزدوجة القفل3MSJ3560يستخدم لتثبيت حساسات على جانب الحجرة.
Empty 1000 وميكرو؛ صناديق النصيحة Lجينيسي24-160Rاستخدم دريميل لإزالة معظم المستطيل العلوي للغطاء.   العلامة التجارية ليست مهمة، لكن بعضها قد يحتوي على سائل أكثر من غيره. صناديق Genesee الأحدث تحتوي على سائل أقل من القديمة.   
موصلات تجعيد طرفية التفرع - 22-16 AWGأمازونhttps://www.amazon.com/Baomain
-الطرف المعزول 22-18-مقياس/
dp/B01B17DL0G/		يستخدم لتوصيل الأسلاك إلى المرحلات   العلامة التجارية الدقيقة لا تهم.
زجاجة زجاجية - 1 لترميليبور سيغماCLS13951L-1EAكان يستخدم ليحتوي على أليكوات من وسائط MS معقمة بحجم 0.25x.
منظم خزان ثاني أكسيد الكربون هاريس غراينجر5KZ48ضبطت عند 10 psi.  لاحظ أن هذا المنظم منفصل عن المنظم الثاني "النزول".   
كابل HDMI إلى كابل micro HDMI (اختياري)أمازونhttps://www.amazon.com/KELink-
كامكورد متوافقة مع الألمنيوم
r-Raspberry/dp/B0C3LR54C3/		(اختياري) لتوصيل pi بشاشة HDMI لعرض قراءات ال Senor
مسدس الحرارةأمازونhttps://www.amazon.com/MAXXH
EAT-محمول-بروز-لف
-MF300L/dp/B09P66LLMW/		لإذابة الحرارة، قم بالتقلص في مكانه لعزل الأسلاك. العلامة التجارية لا تهم.
الانكماش الحراريأمازونhttps://www.amazon.com/560PCS-
انكماش الحرارة-الأنابيب-الحدث الديناميكي/dp/
B072PCQ2LW/ref=sr_1_4?crid=21
4VBYLN60TGD& الكلمات المفتاحية = الحرارة + < ال BR / > التصغير + الأنابيب qid=1685586705& s
بادئة = حرارت+sh٪2Caps٪2C143& SR=8-4		كان علي عزل الأسلاك. العلامة التجارية الدقيقة لا تهم. نوصي بالحصول على مجموعة متنوعة بأقطار مختلفة.
فلتر خطي لحماية المضخةغراينجر794F21ركبوا أعلى مضخة الحجاب الحاجز لحمايتها من الحطام والتكثف
أسلاك القفزأمازونhttps://www.amazon.com/Elegoo-
EL-CP-004-Multicolored-Breadbo
ard-arduino/dp/B01EV70C78/ref=
sr_1_1?keywords=raspberry+pi+j
umper+wires& qid=1685586340& sr=8-1		كان مطلوبا لربط العناصر ب pi.  العلامة التجارية الدقيقة لا تهم.
حساس CO2 K30 FRسينساير030-8-0010يستخدم للكشف عن مستويات CO2 في الحجرة. 60 دولارا عند الشراء.
شريط المختبرميليبور سيغماBAF134620300لوضع علامات على الحاويات ولصق ورق الألمنيوم على باب الحجرة
شريط LED - COB، 24 فولتمصابيح LED فائقة السطوعhttps://www.superbrightleds.com
/LED-strips-and-bars/COB-series-l
ed-strip-and-tape-lights/5m-tuna
Ble-white-cob-d-strip-light-cob
-series-led-tape-light-2700K-6500
K-IP20-24V		الاستخدام لإضاءة النمو المخصصة. أنواع أخرى من شرائط LED البيضاء ستعمل بشكل جيد، لكن استخدم مقياس PAR لضبط كثافة الشرائط للحصول على شدة الضوء المطلوبة.
Luer Lock إلى وصلات شوكة خرطوم 3/16 - بولي بروبيلين - أنثىأمازونhttps://www.amazon.com/Femal
إي-لوير-لوك-4-8مم-خرطوم/DP/B08GQDBY46/		يستخدم لتركيب أجزاء يتم استبدالها كثيرا بالأنابيب.
Luer Lock إلى وصلات شوكة خراطيم 3/16 - بولي بروبيلين - ذكر  أمازونhttps://www.amazon.com
/Syringe-Adapter-Male-Lue
r-Inch-Luer-Connector-Kit/d
p/B0C1FV8NGL/		يستخدم لتركيب أجزاء يتم استبدالها كثيرا بالأنابيب.
قضيب تحريك مغناطيسي (اختياري)ميليبور سيغماZ282456يستخدم مع صفيحة التحريك لخلط MS media. يمكنك استخدام ملعقة بدلا من ذلك.
لوحة تحريك مغناطيسية (اختياري)فيشرS194615يستخدم لإذابة الأملاح في الوسط. يمكنك أيضا استخدام الملعقة.
MS SaltsكيسونMSP01يستخدم كمحلول للزراعة المائية. تخفيفه إلى 0.25 x.   
الألواح ذات الأنف الإبريغراينجر2078216يستخدم لتثبيت الأسلاك أثناء اللحام
قفازات النيتريلجينيسيhttps://www.geneseesci.com/
منتج/X-Gen-Nitrile-gloves-
خالي من البودرة/		لحماية اليدين عند العمل بالمبيض وللتقنية المعقمة. العلامة التجارية لا تهم.
مقياس تدفق الأكسجينجياوانشونhttps://www.amazon.com/JIAW
ANSHUN-0-1-1-5LPM-Flowmeter
-موصل-موصل/dp/B01N0UWZ2T		يستخدم للتحكم في تدفق ثاني أكسيد الكربون2 إلى الغرفة.
الماصة - 20 وميكرو؛ L والنصائحميليبور سيغماEP3124000040-1EAلقياس TritonX لتعقيم البذور. العلامة التجارية لا تهم.
غلاف بلاستيكيكوستكوhttps://www.costco.com/p/-/kirkl
و-توقيع-تمديد-تايت-بلاستي<براز/> C-food-wrap-12-in-x-3000-ft/100300513		يستخدم لتغطية الصناديق أثناء إنبات البذور لزيادة الرطوبة وتحسين استقرار النباتات.
لوح أوتاد بلاستيك (19"D × 5"W × 12"H)أمازونhttps://www.amazon.com/SWAN
بحيرة-بلاستيك-لوح أوساخ
-مرآب/DP/B0BGS3C41N/		تم تثبيت المكونات والأسلاك والأنابيب على لوحة التثبيت لتسهيل النقل والتنظيم. العلامة التجارية الدقيقة لا تهم.
مزود الطاقة مع موصل منفذ البرميل - 5V 2Aأمازونhttps://www.amazon.com/Acloro
l-100-240V-Universal-Converter
-محول/dp/B099RBBTWY
/ref=sr_1_4?crid=XKSME1C2
86OE& الكلمات المفتاحية = 5v٪2Bpower
٪2Bsupply & qid=1683217539&
s=hi& sprefix=5v٪2Bpower٪2
Bsupply٪2Ctools٪2C93& sr=
1-4& th=1		تستخدم لتشغيل الملفات اللولبية. العلامة التجارية الدقيقة لا تهم.
المقياس الرقمي الدقيقفيشرFB30786159يستخدم لقياس أملاح التصلب المتعدد وMES.
الدفع للتوصيل من 1/4 بوصة إلى 1/4 بوصة NPTأمازونhttps://www.amazon.com/CE
KER-Connect-Fitttings-Pneu
-Matic-Connectors/dp/B07XBHYP3B/		يستخدم لتوصيل أنبوب بحجم 1/4 بوصة بمنظم الخزان
كوع الضغط للاتصال إلى NPT بقطر 3/8 بوصةأمازونhttps://www.amazon.com/Q
أوليكوج-هوائي-كونيك<بر/> t-PL-3-8-N2/dp/B0B59JXMRW/		استخدمت لتوصيل أنبوب 1/4 بوصة إلى منظم خفض (يمكنك استخدام موصل مستقيم بدلا من ذلك، حسب تكوين الإعداد)
موصل T بالضغط للتوصيل - 1/4 بوصةأمازونhttps://www.amazon.com
/dp/B07TV3JS9Q/		(اختياري) يستخدم عند تقسيم خط ربع بوصة من خزان CO2 بين غرفتين.
موصلات سريعة للأسلاك الكبيرةXHFB086J49D1Jاختياري، لكنه مفيد لتوصيل الأسلاك مؤقتا.
مجموعة بداية Raspberry Pi 4 بسعة 2 جيجابايت - 32 جيجابايتكاناكيتPI4-2GB-STR32F-C4-BLKيتحكم في أجهزة الاستشعار والمرحلات.  110 دولار عند شراء المجموعة.
نظام تشغيل Raspberry Piمؤسسة راسبيري بايhttps://www.raspberrypi.
com/software/		نظام التشغيل ل pi.
عارض RealVNCريال VNChttps://www.realvnc.com/en/
اتصال/تنزيل/عارض/raspberrypi/		يستخدم لمراقبة قراءات pi عن بعد.
بذور الأمارانت الأحمربذور إرث ماريhttps://www.marysheirloomseeds
.com/products/red-garnet-amaranth		تأكد من أن البذور من مجموعة بذور حديثة.
بذور الفجل ريد كينغ F1بذور جونيhttps://www.johnnyseeds.com/
خضروات/فجل/دايكون-كو<بر/> فجل ريان/ريد-كينغ-2-إف1-را<بر/> dish-seed-4173.html		تأكد من أن البذور من مجموعة بذور حديثة.
Relays uxcellASH-10 DDيتحكم في الملفات اللولبية ومصدر طاقة الضوء.
مطهر SA-20ساوثرن زراعة#10501منظف مبيد فطري لغرفة النمو. تجنب رش القطع الإلكترونية.
نظارات الأمانفيشر ساينتيفك19-130-2089يوصى به لحماية العين. العلامة التجارية لا تهم.
مفك البراغي - عدة رؤوسغراينجر6XW12كان يستخدم لفك الحجرة وربط العناصر معا أثناء البناء.
حصيرة السيليكونأمازونhttps://www.amazon.com/K
aisi-Isolation-Soldering-Ma
intenance-Electronics/dp/B073RFB6BX/		(اختياري، لكنه موصى به) لحماية أسطح العمل من الحرارة عند اللحام
شاشة صغيرة مع توصيل HDMI (اختياري)أمازونhttps://www.amazon.com/LON
CEVON-7-Raspberry-1024X6
00-سماعات سماعات-سماعة أذن/dp/B06XQJVXHL/		اختياري، لكنه مفيد أحيانا عند إعداد أو مراقبة جهاز Pi. ننصح باستخدام شاشة كمبيوتر HDMI موجودة قد تكون لديك بالفعل، ولكن قدم رابطا لخيار رخيص إذا كنت بحاجة إليه.
مجموعة مفكات صغيرةأمازونhttps://www.amazon.com/Screw
السائق-FIXITOK-مفكات-PE
ntalobe-مختلف/dp/B093372MGD/		يستخدم لإزالة الطاقم من البراغي الصغيرة
رؤوس المقبس لجهاز Raspberry Pi Picoأدافروتالمنتج #:5583اختياري للاستخدام بدلا من حبال القفز.
اللحام - خالي من الرصاص، قلب الراتنجأمازونhttps://www.amazon.com/Dia0
-032in-0-11lb-Precision-Electr
onics-Soldering/dp/B07Q167J
98/ref=sr_1_5?crid=17RNDW
GBX6X5O& الكلمات المفتاحية = lead+f
ree+لحام qid=1692729157
& sprefix=lead+free+لحام٪
2Caps٪2C160& sr=8-5		كان علي توصيل الأسلاك للأضواء. أي لحام نوى روزين خال من الرصاص يعمل في هذا المجال.
مكواة اللحامأمازونhttps://www.amazon.com/Wel
ler-120V-Soldering-Iron-Halo/
dp/B0962SX47X/ref=sr_1_4?c
rid=NE9BVDKLETUL& keyw
ords = ويلر+لحام + مكواة& qi
d=1692727772& س=صناعي s
بادئة = ويلر+سولديرينج+حديد٪
2Cindustrial٪2C190& sr=1-4		كنت بحاجة لتوصيل سلك على الأضواء.
تركيب أنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ - قطر القطر الخارجي 20 مم، قطر القطر 16 مم، طول 2.5 سم (خيط NPT أنثى بعرض 3/8 بوصة × 3/8 بوصة)أمازونhttps://www.amazon.com/
GP/AW/D/B08SCL8VRS		يستخدم لتمديد غدد الكابلات عبر عزل الصندوق
تركيب أنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ - قطر 8 مم / 12 مم فوق السطح، طول 3 سم (M8 أنثى ملولبة على الجانبين)أمازونhttps://www.amazon.com/
GP/AW/D/B09ZS17WYB		يستخدم لتمديد تركيب الحاجز عبر عزل الصندوق
كابل STEMMA QT / Qwiic JST SH بأربعة دبابيس - بطول 50 ممأدافروتالمنتج #: 4399يستخدم لربط الحساسات ببعضها البعض.
كابل STEMMA QT / Qwiic JST SH من 4 دبابيس إلى كابل رأوس ذكر فاخر - طوله 150 ممأدافروتالمنتج #: 4209يستخدم لتوصيل الحساسات ب Pi.
مياه DI المعقمةتم إنتاجه في الموقعتم إنتاجه في الموقعماء DI باستخدام الأوتوكلاف عند دورة L30.
واقي التيار / شريط الطاقةأمازونhttps://www.amazon.com/GE-
Outlet-Protector-Extension-
14092/dp/B00DOMYL24/		يستخدم لحماية مكونات الحجرة من ارتفاعات الطاقة.
شريط السباكة التفلونأمازونhttps://www.amazon.com/
إنشز-سباكون-سباكة-
سباك-ختم/dp/B091913Z7F/		لإغلاق خيوط الموصلات
Thonny (بيئة تطوير بايثون) - يجب أن يكون مثبتا مسبقا على بايثونيhttps://thonny.org/يستخدم لتحرير وتشغيل برامج التحكم في الحجرة.
مادة ترايتون إكس الخافضة السطحيةفيشر ساينتيفكhttps://www.fishersci.com/
متجر/منتجات/Triton-X-100
-Thermo-Scientific/AAA16046AE		لتحسين تغطية البذور بماء المبيض أثناء تعقيم السطح.  
صمام الملف اللولبي المصغر uxcell بطريقتين ومغلق عادة DC5V 0.22A صمام لولب هواء مائيuxcellA19051000UX0811ثلاثة نحتاج للغرفة ونوصي بوجود بعض القطع الاحتياطية.
حزمة تمرير كابل مقاومة للماء ماكريلي‎ NPT(38)صندوق 4A-Bيستخدم لإنشاء ممر محكم للإغلاق للأسلاك إلى الحجرة. استخدمت غدد كابل بحجم 3/8 بوصة.
السلك - مخطط، معزول بالسيليكون، 22 جيجابايتأمازونhttps://www.amazon.com/Fermerry
-نحاس/
dp/B089CQHRDT/ref=sr_1_1?
crid=PEFEI7BQBPNB& الكلمات المفتاحية
=22٪2Bgauge٪2Bwire& QID=168
5586908& sprefix=22٪2Bguage٪
2Bwire٪2Caps٪2C144& sr=8-1& th=1		كان مطلوبا لربط العناصر ب pi.  العلامة التجارية الدقيقة لا تهم.
مجرد الأسلاكأمازونhttps://www.amazon.com/Southwire
-معدات S1626STR-تجريد متقطع/تجريد/B00LQMRS7O/		يستخدم لقطع وإزالة عزل الأسلاك الخاصة بالأضواء والتوصيلات الكهربائية الأخرى
زيبتيزأمازونhttps://www.amazon.com/HAVE
-ME-TD-Cable-Ties/dp/B08TVLYB3Q/		يستخدم لتنظيم الأسلاك وربط الأنابيب بالملف اللولبي. العلامة التجارية الدقيقة لا تهم، لكنها تحتاج إلى مجموعة متنوعة من الأحجام الصغيرة.

المراجع

  1. De Micco, V., et al. Plant and microbial science and technology as cornerstones to Bioregenerative Life Support Systems in space. Npj Microgravity. 9, 69(2023).
  2. Georgescu, M. R., Meslem, A., Nastase, I. Accumulation and spatial distribution of CO2 in the astronaut's crew quarters on the International Space Station. Build Environ. 185, 107278(2020).
  3. Boles, H. O., et al. build and testing of hardware to safely harvest microgreens in microgravity. Gravitat Space Res. 11 (1), 1-14 (2023).
  4. Poulet, L., et al. Large-Scale crop production for the Moon and Mars: Current gaps and future perspectives. Front Astron Space Sci. 8, 733944(2022).
  5. Cooper, M., Perchonok, M., Douglas, G. L. Initial assessment of the nutritional quality of the space food system over three years of ambient storage. Npj Microgravity. 3, 17(2017).
  6. Poorter, H., Navas, M. L. Plant growth and competition at elevated CO2: On winners, losers and functional groups. New Phytol. 157 (2), 177-198 (2003).
  7. Prior, S. A., et al. A review of elevated atmospheric CO2 effects on plant growth and water relations: Implications for horticulture. Hortscience. 46 (2), 15-162 (2011).
  8. Dong, J., et al. Effects of elevated CO2 on nutritional quality of vegetables: A review. Front Plant Sci. 9, 924(2018).
  9. Burgner, S. E., et al. Growth and photosynthetic responses of Chinese cabbage (Brassica rapa L. cv. Tokyo Bekana) to continuously elevated carbon dioxide in a simulated Space Station "Veggie" crop-production environment. Life Sci Space Res. 27, 83-88 (2020).
  10. Levine, L. H., et al. Physiologic and metabolic responses of wheat seedlings to elevated and super-elevated carbon dioxide. Adv Space Res. 42 (12), 1917-1928 (2008).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

مقالات ذات صلة