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

نحن مهتمون بكيفية تأثير مستويات ثاني أكسيد الكربون الشديدة عند 3000 جزء في المليون على نمو النبات وتغذيتها. أردنا تطوير غرفة CO2 منخفضة التكلفة وشديدة التكلفة. لأن عدد قليل من غرف النمو حاليا يمكنها الحفاظ على مستويات شديدة من ثاني أكسيد الكربون.

للبدء، قم بتركيب وتشغيل المعدات اللازمة للإجراء. امسح جميع الأسطح غير الإلكترونية للغرفة، بما في ذلك الجدران والسقف والباب بمطهر SA-20 معد بمعدل 7.8 ملليلتر لكل لتر ماء. اترك باب الحجرة مفتوحا ودعها تجف في الهواء طوال الليل.

حضر وسط ملح قاعدي بحجم 0.25x من MS بدون مثقاب عن طريق إذابة 4.3 جرام من أملاح MS وجرام واحد من حمض 2-إيثانيسلفونيك في لتر واحد من الماء منزوع الأيون. استخدم هيدروكسيد البوتاسيوم الضرس الواحد لضبط درجة حموضة الوسط إلى 5.7. قم بتخفيف المحلول إلى حجم نهائي من أربعة لترات ووزع 700 ملليلتر أليكوت في زجاجات سعة لتر واحد.

ثم املأ الزجاجات القابلة للعمل بالماء المقطر أو منزوع الأيونات لتعقيم البذور وشطفها. قم بتعقيم وسائط MS والماء المحضر باستخدام دورة سائلة لمدة 30 دقيقة. لف صناديق الزراعة المائية وأدواتها وحاوياتها بورق الألمنيوم.

قم بتعقيم المواد المغلفة على دورة جافة مع جفاف مدته 30 دقيقة. وقم بتنفيذ الخطوات التالية في غطاء تدفق طبقي. داخل الغطاء، أضف بذور الفجل إلى محلول مبيض بنسبة 2٪، يحتوي على 0.05٪ ترايتون X-100 وهز تعليق البذور بلطف لمدة خمس دقائق في درجة حرارة الغرفة.

قم بصب محلول المبيض من البذور وشطف البذور ثلاث مرات بماء معقم. بعد الشطف، انقع البذور طوال الليل في ماء معقم لتعزيز الإنبات المتساوية. بعد ذلك، املأ كل صندوق مائي بوسط معقم بقوة 0.25x MS، حتى يغطي سطح اللباد تقريبا من سائل واحد إلى اثنين مليمتر.

تحقق من عدم وجود فجوة هوائية بين اللباد والسائل. باستخدام ملقط معقم، ضع حتى 30 بذرة فجل على اللباد في كل صندوق زراعة مائية. اضغط البذور بلطف في اللباد باستخدام الملقط وتأكد من أن البذور في المنتصف فوق فتحات الأطراف في الإدخال.

غط كل صندوق زراعة مائية بغلاف أو أغطية معقمة للحفاظ على الرطوبة أثناء الإنبات. اضبط منظم ثاني أكسيد الكربون الأساسي على حوالي 10 أرطال لكل بوصة مربعة. الآن، افتح الصمام الرئيسي في خزان ثاني أكسيد الكربون ببطء.

اضبط منظم التخفيض الثانوي بين واحد وثلاثة أرطال لكل بوصة مربعة. شغل غرف الحاضنة على الطاولة واضبط درجة الحرارة الداخلية على 23 درجة مئوية. تحقق من أن المروحة الداخلية تعمل وتأكد من أن المروحة غير معزولة للحفاظ على دوران الهواء بشكل صحيح.

بعد ذلك، افتح Control_chamber_JoVE. رمز py في توني. تأكد من ثاني أكسيد الكربون في إعدادات الإضاءة.

شغل البرنامج. ثم تحقق من أن الملفات اللولبية والحساسات والأضواء تستجيب بشكل صحيح. بمجرد استقرار البيئة، ضع صناديق الزراعة المائية المغطاة داخل كل غرفة.

أغلق باب الحجرة. وتأكد من أن تركيز ثاني أكسيد الكربون يعود إلى نقطة الضبط خلال ثلاث إلى خمس دقائق. غط ألواح باب الحجرة بورق ألمنيوم أو فيلم تعتيم لمنع التداخل الضوئي.

افتح الغطاء لفحص النباتات يوميا واقرأ الغلاف بشريط لاصق بعد الفحص. راقب قراءات الحجرة مرة إلى ثلاث مرات يوميا باستخدام RealVNC، أو محليا من خلال شاشة واجهة وسائط متعددة عالية الدقة. اترك البذور تنبت مع وجود أغطية الرطوبة في مكانها لمدة ثلاثة إلى أربعة أيام، حتى يظهر رصاص الحوض عند الظهور.

أزل أغطية الرطوبة بمجرد أن تخترق معظم جذور الشتلات الركيزة اللبادية. استجب بسرعة لأي تنبيهات بريد إلكتروني يولدها النظام وسجل أي شذوذات أو تدخلات يدوية. استمر في الحضانة حتى يصل نمو النبات إلى المرحلة المطلوبة.

في نهاية دورة النمو، افتح باب الحجرة وأخرج النباتات من الحجرة. معالجة النباتات مطلوبة لتحقيق أهداف تجريبية مثل تحليل الكتلة الحيوية أو الكلوروفيل أو المغذيات. أوقف سكريبت التحكم وأطفئ الحاضنة على الطاولة والأضواء.

أعد تسمية ملف البيانات البيئية Chamber_data_csv وانسخ الملف المعاد تسميته إلى وحدة تخزين فلاش. قم بإزالة المكثفات من داخل الغرفة وامسح الأسطح الداخلية غير الإلكترونية بنسبة 70٪ إيثانول. اترك باب الحجرة مفتوحا وشغل مضخة الهواء حتى تجف الحجرة والأنابيب.

وأخيرا، أغلق منافذ الطاقة وأغلق صمام خزان ثاني أكسيد الكربون لمنع التسرب وتوفير الغاز. تصل خضروات الفجل الصغيرة إلى النمو الطبيعي بعد 10 أيام من الزراعة. حافظ نظام تنظيم ثاني أكسيد الكربون على التركيزات المستهدفة للظروف المحيطة وشديدة لثاني أكسيد الكربون.

كان متوسط تركيزات ثاني أكسيد الكربون أثناء تجارب الفجل 618 جزء في المليون للمعالجة المحيطة و3061 جزء في المليون للمعالجة في الحالات القصوى. أصبحت مستويات ثاني أكسيد الكربون في غرف الفجل أكثر تغيرا خلال النهار مع زيادة كتلة النبات، مما تطلب حقنا متكررا للحفاظ على التركيزات. تنفس النبات ليلا يزيد تركيزات ثاني أكسيد الكربون في غرفة الفجل المحيطة إلى أعلى من 1,200 جزء في المليون.

انخفضت مستويات ثاني أكسيد الكربون إلى ما يقارب 400 جزء في مليون بعد فترة وجيزة من بدء فترة الضوء في الغرفة المحيطة، مما يشير إلى امتصاص سريع خلال النهار. ظلت درجات حرارة الغرف قريبة من 25 درجة مئوية خلال النهار وقريبة من نقطة الضبط 23 درجة مئوية خلال الليل في كلا الحالتين. ارتفعت الرطوبة النسبية تدريجيا خلال تجربة الفجل مع زيادة النتح النباتي.

ظل ضغط الهواء ثابتا ومتطابقا تقريبا بين معالجات ثاني أكسيد الكربون المحيطة والشديدة طوال التجربة. يمكن استخدام طريقتنا من قبل الباحثين المهتمين بعلم الأحياء الفضائي، أو فسيولوجيا الخضرة الدقيقة، أو استجابة النباتات لارتفاع ثاني أكسيد الكربون. الانتباه إلى التعقيم والصرف الصحي أمر بالغ الأهمية، أثناء تنفيذ هذا البروتوكول للوقاية من الأمراض.

يجب فحص الغرف بانتظام لضمان عملها السليم. يمكن استخدام هذه الغرف لدراسة كيفية تأثير مجموعة من تركيزات ثاني أكسيد الكربون على فسيولوجيا النباتات الصغيرة الأخرى.