Construcción y operación de una cámara de crecimiento elevado de dióxido de carbono de bajo coste para evaluar la fisiología de microgreens bajo niveles de_CO2 relevantes para vuelos espaciales

Nos interesa cómo los niveles extremos de dióxido de carbono, de 3000 partes por millón, afectan al crecimiento y la nutrición de las plantas. Queríamos desarrollar una cámara de CO2 extrema y de bajo coste. Porque actualmente, pocas cámaras de crecimiento pueden mantener niveles extremos de CO2.

Para empezar, instala y enciende el equipo necesario para el procedimiento. Limpia todas las superficies no electrónicas de la cámara, incluidas las paredes, el techo y la puerta, con desinfectante SA-20 preparado a 7,8 mililitros por litro de agua. Deja la puerta de la cámara abierta y deja que la cámara se seque al aire durante la noche.

Preparar 0,25x medios de sal basal MS sin barrena disolviendo 4,3 gramos de sales MS y un gramo de ácido 2-etanosulfónico en un litro de agua desionizada. Utiliza un molar de hidróxido potásico para ajustar el pH del medio a 5,7. Diluye la solución a un volumen final de cuatro litros y dispensa alicotas de 700 mililitros en botellas de un litro.

Luego llena botellas autoclavables con agua destilada o desionizada para la esterilización y enjuague de semillas. Autoclave del medio MS y el agua preparada usando un ciclo líquido durante 30 minutos. Envuelva las cajas, herramientas y recipientes hidropónicos en papel de aluminio.

Autoclave: los materiales envueltos en un ciclo de secado con un tiempo de secado de 30 minutos. Y realiza los siguientes pasos en una campana de flujo laminar. Dentro de la campana, añade semillas de rábano a una solución de lejía al 2% que contenga un 0,05% de Triton X-100 y agita suavemente la suspensión de semillas durante cinco minutos a temperatura ambiente.

Decanta la solución de lejía de las semillas y enjuaga las semillas tres veces con agua estéril. Después de enjuagar, remojas las semillas durante la noche en agua estéril para favorecer una germinación uniforme. A continuación, llena cada caja hidropónica con medio estéril 0,25x MS, hasta que la superficie del fieltro quede cubierta con aproximadamente uno a dos milímetros de líquido.

Verifica que no haya espacio de aire entre el fieltro y el líquido. Usando pinzas estériles, coloca hasta 30 semillas de rábano sobre el fieltro de cada caja hidropónica. Presiona suavemente las semillas contra el fieltro con las pinzas y asegúrate de que las semillas queden centradas por encima de los orificios de la punta del inserto.

Cubre cada caja hidropónica plantada con film transparente o tapas estériles para mantener la humedad durante la germinación. Ajusta el regulador primario de dióxido de carbono a aproximadamente 10 libras por pulgada cuadrada. Ahora, abre lentamente la válvula principal del depósito de dióxido de carbono.

Ajusta el regulador secundario de bajada entre una y tres libras por pulgada cuadrada. Enciende las cámaras incubadoras de la mesa y ajusta la temperatura interna a 23 grados Celsius. Verifica que el ventilador interno funcione y que no esté obstruido para mantener una buena circulación del aire.

Después, abre la Control_chamber_JoVE. código py en Thonny. Confirma el dióxido de carbono en la luz configurada.

Ejecuta el programa. Luego verifica que los solenoides, sensores y luces respondan correctamente. Una vez que el entorno sea estable, coloca las cajas hidropónicas cubiertas dentro de cada cámara.

Cierra la puerta de la cámara. Y confirmar que la concentración de dióxido de carbono vuelve al punto establecido en un plazo de tres a cinco minutos. Cubre los paneles de las puertas de la cámara con papel de aluminio o película opaca para evitar interferencias con la luz.

Abre la tapa para revisar las plantas a diario y lee la cubierta con cinta después de la inspección. Monitoriza las lecturas de la cámara una a tres veces al día usando RealVNC, o localmente mediante una pantalla multimedia de alta definición. Deja que las semillas germinen con las cubiertas de humedad en su lugar durante tres o cuatro días, hasta que el plomo de catre en la emergencia sea visible.

Retira las cubiertas de humedad una vez que la mayoría de las raíces de las plántulas hayan penetrado en el sustrato de fieltro. Responde rápidamente a cualquier alerta por correo electrónico generada por el sistema y registra cualquier anomalía o intervención manual. Continúa la incubación hasta que el crecimiento de la planta alcance la etapa deseada.

Al final del ciclo de crecimiento, abre la puerta de la cámara y retira las plantas de la cámara. El proceso de las plantas es necesario para los objetivos experimentales como el análisis de biomasa, clorofila o nutrientes. Detiene el script Control y apaga la incubadora de mesa y las luces.

Renombra el archivo de datos ambientales Chamber_data_csv y copia el archivo renombrado a una memoria USB. Elimina el condensado del interior de la cámara y limpia las superficies interiores no electrónicas con etanol al 70%. Deja la puerta de la cámara abierta y usa la bomba de aire hasta que la cámara y la tubería estén secas.

Por último, apaga las regleta y cierra la válvula del depósito de dióxido de carbono para evitar fugas y ahorrar gas. Los microbrotes de rábano alcanzan su desarrollo típico 10 días después de la plantación. El sistema de regulación del dióxido de carbono mantuvo las concentraciones objetivo para las condiciones ambientales y extremas de dióxido de carbono.

Las concentraciones medias de dióxido de carbono durante los experimentos con rábanos fueron de 618 partes por millón para el tratamiento ambiental y 3061 partes por millón para el tratamiento de condiciones extremas. Los niveles de dióxido de carbono en las cámaras de rábano se volvieron más variables durante el día a medida que aumentaba la masa vegetal, requiriendo inyecciones frecuentes para mantener las concentraciones. La respiración nocturna de las plantas aumentó las concentraciones de dióxido de carbono en la cámara ambiental del rábano hasta alcanzar picos superiores a 1.200 partes por millón.

Los niveles de dióxido de carbono disminuyeron hasta cerca de 400 partes por millón poco después de que comenzara el periodo de luz en la cámara ambiente, lo que indica una rápida absorción durante el día. Las temperaturas en la cámara se mantuvieron cerca de los 25 grados Celsius durante el día y cerca del punto de ajuste de 23 grados Celsius durante la noche en ambas condiciones. La humedad relativa aumentó gradualmente a lo largo del experimento con rábanos a medida que aumentaba la transpiración de las plantas.

La presión del aire se mantuvo constante y casi idéntica entre los tratamientos con dióxido de carbono ambiental y extremo durante todo el experimento. Nuestro método podría ser utilizado por investigadores interesados en biología espacial, fisiología de microgreens o la respuesta de las plantas a un aumento elevado de dióxido de carbono. Es fundamental prestar atención a la esterilidad y la sanidad al realizar este protocolo para prevenir enfermedades.

Las cámaras deben revisarse regularmente para asegurar su correcto funcionamiento. Estas cámaras podrían utilizarse para investigar cómo una variedad de concentraciones de dióxido de carbono afecta a la fisiología de otras plantas pequeñas.