Bau und Betrieb einer kostengünstigen erhöhten Kohlendioxidwachstumskammer zur Bewertung der mikrogrünen Physiologie unter raumfahrtrelevanten_CO2-Werten

Wir interessieren uns dafür, wie extreme Kohlendioxidwerte von 3000 Teilen pro Million das Pflanzenwachstum und die Ernährung beeinflussen. Wir wollten eine kostengünstige, extreme CO2-Kammer entwickeln. Denn derzeit können nur wenige Wachstumskammern extreme CO2-Werte aufrechterhalten.

Um zu beginnen, installieren und aktivieren Sie die für den Eingriff benötigte Geräte. Wischen Sie alle nicht-elektronischen Oberflächen der Kammer, einschließlich Wände, Decke und Tür, mit einem SA-20-Desinfektionsmittel mit 7,8 Millilitern pro Liter Wasser ab. Lassen Sie die Kammertür offen und lassen Sie sie über Nacht an der Luft trocknen.

Bereiten Sie 0,25x MS Basalsalzmedium ohne Schnecke vor, indem Sie 4,3 Gramm MS-Salze und ein Gramm 2-Ethanesulfonsäure in einem Liter deionisiertes Wasser auflösen. Verwenden Sie ein molares Kaliumhydroxid, um den pH-Wert des Mediums auf 5,7 anzupassen. Verdünnen Sie die Lösung auf ein Endvolumen von vier Litern und geben Sie 700 Milliliter Aliquot in Ein-Liter-Flaschen aus.

Dann füllen Sie autoklavable Flaschen mit destilliertem oder deionisiertem Wasser zur Sterilisation und Spülung der Samen. Autoklavieren Sie das MS-Medium und das vorbereitete Wasser mit einem Flüssigkeitszyklus für 30 Minuten. Wickle die Hydroponikboxen, Werkzeuge und Behälter in Alufolie ein.

Autoklavieren Sie die umwickelten Materialien in einem Trockenzyklus mit einer 30-minütigen Trocknungszeit. Und führe die nächsten Schritte in einer laminaren Flow-Haube aus. Im Inneren der Haube geben Sie Rettichssamen zu einer 2%igen Bleichlösung, die 0,05% Triton X-100 enthält, und schütteln Sie die Samensuspension vorsichtig fünf Minuten lang bei Zimmertemperatur.

Geben Sie die Bleichlösung aus den Samen ab und spülen Sie die Samen dreimal mit sterilem Wasser ab. Nach dem Abspülen werden die Samen über Nacht in sterilem Wasser eingeweicht, um die gleichmäßige Keimung zu fördern. Füllen Sie anschließend jede hydroponische Box mit sterilem 0,25x MS-Medium, bis die Filzoberfläche mit etwa ein bis zwei Millimetern Flüssigkeit bedeckt ist.

Überprüfen Sie, dass kein Luftspalt zwischen Filz und Flüssigkeit besteht. Mit steriler Pinzette legen Sie bis zu 30 Rettichssamen in jede hydroponische Box auf das Filz. Drücken Sie die Samen vorsichtig mit der Pinzette in den Filz und stellen Sie sicher, dass die Samen über den Spitzenlöchern des Einsatzes zentriert sind.

Decken Sie jede bepflanzte Hydrokulturbox mit Frischhaltefolie oder sterilen Deckeln ab, um die Luftfeuchtigkeit während der Keimung aufrechtzuerhalten. Stellen Sie den primären Kohlendioxidregler auf etwa 10 Pfund pro Quadratzoll ein. Öffnen Sie nun langsam das Hauptventil am Kohlendioxidtank.

Stellen Sie den sekundären Step-down-Regler zwischen ein und drei Pfund pro Quadratzoll ein. Schalten Sie die Inkubatorkammern auf der Arbeitsplatte ein und stellen Sie die Innentemperatur auf 23 Grad Celsius ein. Überprüfen Sie, ob der interne Ventilator funktioniert und dass er ungehindert ist, um eine ordnungsgemäße Luftzirkulation zu gewährleisten.

Als Nächstes öffnen Sie die Control_chamber_JoVE. Py-Code in Thonny. Überprüfen Sie den Kohlendioxid in den Lichteinstellungen.

Führe das Programm aus. Dann überprüfen Sie, ob die Magnetventile, Sensoren und Lichter richtig reagieren. Sobald die Umgebung stabil ist, platziere die abgedeckten Hydroponikboxen in jede Kammer.

Schließt die Kammertür. Und bestätigen Sie, dass die Kohlendioxidkonzentration innerhalb von drei bis fünf Minuten den Sollwert erreicht. Decken Sie die Kammertürplatten mit Alufolie oder Verdunkelungsfolie ab, um Lichtstörungen zu vermeiden.

Klappen Sie den Deckel auf, um die Pflanzen täglich zu überprüfen, und lesen Sie den Umschlag nach der Inspektion mit Klebeband durch. Überwachen Sie die Kammermessungen ein- bis dreimal täglich mit RealVNC oder lokal über ein hochauflösendes Multimedia-Interface-Display. Lassen Sie die Samen drei bis vier Tage mit den feuchten Abdeckungen keimen, bis das Blei im Kotflügel sichtbar ist.

Entfernen Sie die Feuchtigkeitsabdeckungen, sobald die meisten Setzlingswurzeln das Filzsubstrat durchdrungen sind. Reagieren Sie umgehend auf alle vom System generierten E-Mail-Benachrichtigungen und dokumentieren Sie Anomalien oder manuelle Eingriffe. Setzen Sie die Brutzeit fort, bis das Pflanzenwachstum das gewünschte Stadium erreicht.

Am Ende des Wachstumszyklus öffnen Sie die Kammertür und entfernen Sie die Pflanzen aus der Kammer. Die Verarbeitung der Pflanzen ist für experimentelle Ziele wie Biomasse-, Chlorophyll- oder Nährstoffanalysen erforderlich. Stoppe das Control-Skript und schalte den Inkubator und die Lichter auf der Werkbank aus.

Benenne die Chamber_data_csv Umweltdatendatei um und kopiere die umbenannte Datei auf einen USB-Stick. Entferne Kondensat aus dem Innenraum der Kammer und wische die nicht-elektronischen Innenflächen mit 70%-Ethanol ab. Lassen Sie die Kammertür offen und lassen Sie die Luftpumpe laufen, bis Kammer und Schlauch trocken sind.

Schließen Sie schließlich die Steckdosenleisten ab und schließen Sie das Ventil des Kohlendioxidtanks, um Leckagen zu verhindern und Gas zu sparen. Radiesch-Mikrogrün erreicht eine typische Entwicklung 10 Tage nach dem Pflanzen. Das Kohlendioxidregulierungssystem hielt die Zielkonzentrationen für die Umgebungs- und Extremkohlendioxidbedingungen aufrecht.

Die mittleren Kohlendioxidkonzentrationen während der Radieschenexperimente betrugen 618 Teile pro Million für die Umgebungsbehandlung und 3061 Teile pro Million für die Behandlung mit extremen Bedingungen. Die Kohlendioxidwerte in den Radieschenkammern wurden tagsüber variabler, da die Pflanzenmasse zunahm, was häufige Injektionen erforderte, um die Konzentration zu halten. Nächtliche Pflanzenatmung, erhöhte Kohlendioxidkonzentrationen in der Umgebungs-Radieschenkammer bis über 1.200 Teile pro Million.

Der Kohlendioxidgehalt sank kurz nach Beginn der Lichtperiode in der Umgebungskammer auf fast 400 Teile pro Million, was auf eine schnelle Tagesaufnahme hinweist. Die Kammertemperaturen blieben tagsüber bei etwa 25 Grad Celsius und nachts unter beiden Bedingungen nahe dem Sollwert von 23 Grad Celsius. Die relative Luftfeuchtigkeit stieg im Verlauf des Rettichexperiments allmählich an, da die Pflanzentranspiration zunahm.

Der Luftdruck blieb während des gesamten Experiments konstant und nahezu identisch zwischen der Umgebungs- und der extremen Kohlendioxidbehandlung. Unsere Methode könnte von Forschern genutzt werden, die sich für Weltraumbiologie, Mikrogrünphysiologie oder Pflanzenreaktion auf erhöhtes Kohlendioxid interessieren. Die Aufmerksamkeit für Sterilität und Hygiene ist entscheidend, während dieses Protokoll zur Krankheitsvorbeugung durchgeführt wird.

Die Kammern sollten regelmäßig überprüft werden, um eine ordnungsgemäße Funktion sicherzustellen. Diese Kammern könnten verwendet werden, um zu untersuchen, wie verschiedene Kohlendioxidkonzentrationen die Physiologie anderer kleiner Pflanzen beeinflussen.