构建和运行低成本高浓度二氧化碳培养箱以评估微绿植在太空飞行相关CO₂水平下的生理特性

我们关注3000 ppm的极端二氧化碳浓度如何影响植物生长与营养。我们希望开发一种低成本的极端CO2培养舱，因为目前很少有生长舱能够维持如此高的CO2浓度。

首先，安装并启动实验所需设备。使用按每升水加入 7.8 毫升配制的 SA-20 消毒剂，擦拭培养室的所有非电子表面，包括墙壁、天花板和门。保持培养室门敞开，过夜自然风干。

配制不含琼脂的0.25倍MS基础盐培养基：将4.3克MS盐和1克2-乙磺酸溶解于1升去离子水中。用1摩尔氢氧化钾调节培养基pH至5.7。将溶液稀释至终体积4升，并分装成每瓶700毫升的等份至1升瓶中。

然后用蒸馏水或去离子水填充可高压灭菌的瓶子，用于种子消毒和冲洗。使用液体循环对MS培养基和准备好的水进行高压灭菌，持续30分钟。用铝箔包裹水培盒、工具和容器。

将包裹好的材料在干燥循环中高压灭菌，干燥时间为30分钟。随后在超净工作台内进行以下步骤。在超净工作台内，将萝卜种子加入含有0.05%吐温X-100的2%次氯酸钠溶液中，在室温下轻轻摇动种子悬浮液5分钟。

将种子从次氯酸钠溶液中倾析出来，并用无菌水冲洗种子三次。冲洗后，将种子在无菌水中浸泡过夜，以促进萌发整齐一致。接下来，向每个水培盒中加入无菌的0.25x MS培养基，直至毛毡表面被约一至两毫米深的液体覆盖。

使用无菌镊子将最多30粒萝卜种子放置在每个水培盒的毛毡上，确保毛毡与液体之间无气隙。用镊子轻轻将种子压入毛毡中，并确保种子位于插件尖端孔的正上方。

用保鲜膜或无菌盖子覆盖每个已播种的水培盒，以保持发芽期间的湿度。将主二氧化碳调节器设置为约10磅每平方英寸。然后，缓慢打开二氧化碳气罐的主阀门。

将二级减压调节器调整至每平方英寸一到三磅。打开台式培养箱腔室，并将内部温度设为23摄氏度。确认内部风扇正常工作，并确保风扇无遮挡，以维持适当的空气循环。

接下来，在 Thonny 中打开 Control_chamber_JoVE.py 代码。确认光照条件下的二氧化碳设置。

运行程序，然后验证电磁阀、传感器和指示灯是否正常响应。待环境稳定后，将带盖的水培箱放入每个培养室中。

关闭培养舱门，并确认二氧化碳浓度在三到五分钟内恢复至设定值。用铝箔或遮光膜覆盖培养舱门板，以防止光线干扰。

每天打开盖子检查植物，并在检查后用胶带重新封好盖子。使用 RealVNC 或通过高清多媒体接口显示器每日监测腔室读数一至三次。保持湿度盖覆盖状态，使种子萌发三至四天，直至可见子叶出土。

当大部分幼苗根系已穿透毛毡基质后，移除湿度盖。系统发出的任何电子邮件警报均需及时响应，并记录所有异常情况或人工干预操作。继续培养，直至植物生长达到预期阶段。

生长周期结束后，打开培养室门并从室内取出植物。根据实验目标对植物进行后续处理，例如生物量、叶绿素或营养成分分析。停止控制脚本，并关闭台式培养箱和光源的电源。

重命名 Chamber_data_csv 环境数据文件，并将重命名后的文件复制到U盘中。清除舱内冷凝水，用70%乙醇擦拭非电子部件的内部表面。打开舱门，运行气泵，直至舱体和管路完全干燥。

最后，关闭电源插座，并关闭二氧化碳气瓶阀门，以防止泄漏并节约气体。萝卜苗在播种后10天达到典型生长状态。二氧化碳调控系统维持了环境二氧化碳和极端二氧化碳条件下的目标浓度。

萝卜实验期间的平均二氧化碳浓度在环境处理组中为618 ppm，在极端条件处理组中为3061 ppm。随着萝卜培养箱中植物生物量增加，白天二氧化碳浓度波动更大，需要频繁注入二氧化碳以维持设定浓度。夜间植物呼吸作用使环境组萝卜培养箱中的二氧化碳浓度上升，峰值超过1,200 ppm。

在环境对照组中，随着光照期开始，二氧化碳水平迅速下降至接近400 ppm，表明植物在白天快速吸收二氧化碳。在两种条件下，白天的舱内温度均保持在约25摄氏度，夜间则接近设定的23摄氏度。随着萝卜实验的进行，由于植物蒸腾作用增强，相对湿度逐渐上升。

实验期间，常压与极端二氧化碳处理组的气压保持恒定且几乎相同。本方法可为对空间生物学、微绿植生理学或植物对高浓度二氧化碳响应感兴趣的研究人员所用。在执行本方案时，必须高度重视无菌操作与卫生，以防止病害发生。

应定期检查这些培养舱，以确保其正常运行。这些培养舱可用于研究不同浓度的二氧化碳对其他小型植物生理特性的影响。