Dit protocol beschrijft hoe een kleine, goedkope groeikamer gebouwd en bediend kan worden die in staat is extreme kooldioxideniveaus (exCO2) te handhaven voor plantenexperimenten. De kamer maakt reproduceerbare studies van microgroene fysiologie mogelijk onder atmosferische omstandigheden die relevant zijn voor ruimtevluchten, met behulp van een computergebaseerd monitorings- en controlesysteem op één bord en een passief hydroponisch wickingsysteem.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Het bouwen en exploiteren van een goedkope verhoogde kooldioxidegroeikamer om microgroene fysiologie te evalueren onder ruimtevlucht-relevanteCO2-niveaus
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
De kooldioxideniveaus (CO2) aan boord van bemande ruimtevaartuigen overschrijden routinematig 3.000 ppm, aanzienlijk hoger dan de atmosferische concentraties op aarde. Langdurige blootstelling aan extreme CO2 (exCO2) bij niveaus boven 3.000 ppm kan de plantengroei, fysiologie en voedingssamenstelling veranderen. Toch kunnen weinig laboratoriumsystemen deze exCO 2-concentraties betrouwbaar reproduceren. Dit protocol beschrijft een toegankelijke en goedkope methode voor het bouwen van een groeikamer op het werkbank die stabieleCO-2-niveaus boven de 3.000 ppm kan handhaven voor plantenexperimenten.
De kamer wordt gemaakt door een benchtop-incubator aan te passen, zodat deze luchtdichte kabel- en gasfittingen, een geautomatiseerdCO2-toevoer - en ventilatiesysteem, en geïntegreerde temperatuur-, vochtigheids- en druksensoren bevat. Het systeem wordt aangestuurd door een goedkope single-board computer, die open-source Python-code gebruikt om een beoogdeCO-2-concentratie te behouden door solenoïden te reguleren die CO2 injecteren of de kamer ventileren als reactie op systeemmetingen. Een op maat gemaakte passieve wickingbox ondersteunt de plantengroei zonder actief water te hoeven geven, waardoor het openen van de kamer minder nodig is en schommelingen inCO2-niveaus worden geminimaliseerd.
Met dit systeem hebben we met succes twee microgroene soorten gekweekt: radijs (Raphanus sativus, een C3-plant) en amarant (Amaranthus cruentus, een C4-plant), onder "omgevings-CO2" (minimaal 400 ppm) en "ISS-achtige exCO2" (minimaal 3.000 ppm) omstandigheden. De kamers handhaafden stabieleCO-2-niveaus, temperatuur en vochtigheid gedurende de groeicycli van 10–14 dagen. Dit reproduceerbare, ruimtevlucht-relevanteCO2-systeem biedt een toegankelijk hulpmiddel voor het bestuderen van de reacties van planten op extreme atmosferische omgevingen en voor het voorbereiden van experimenten voor ruimtevlucht.
Inleiding
Planten zullen een essentiële rol spelen bij het in stand houden van menselijk leven tijdens langdurige ruimtemissies door bij te dragen aan voedselproductie, voedingsbehoeften te vervullen en het psychologisch welzijn te bevorderen1. De atmosferische samenstelling van een bemand ruimtevaartuig of verwachte toekomstige habitats verschilt echter aanzienlijk van die op aarde. Het Internationaal Ruimtestation (ISS) ervaart routinematigCO-2-niveaus boven de 3.000 delen per miljoen (ppm), bijna een orde van grootte hoger dan de omgevingsconcentraties van aardse2. De niveaus op het ....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
1. Kabels en sensoren installeren aan de achterkant van de benchtop-incubator en afdichten met siliconenkit (Figuur 2)
- Identificeer twee locaties aan de achterkant van de kamer die vrij zijn van bedrading, elektrische schakelingen of ventilatorcomponenten (zie de locaties van kabelverwarring in Figuur 1B voor een voorbeeld). Boor op deze plekken twee gaten die iets groter zijn dan de buitendiameter van de kabelmoeren.
- Gebruik kabelwartels van ongeveer 10 mm (3/8 inch) diameter en wikkel de schroefdraad van elke klus in m....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Twee benchtop-incubators werden met succes aangepast om programmeerbareCO-2-concentraties te behouden die geschikt zijn voor microgreen-groeiexperimenten. Voor elke experimentele run werd één kamer geprogrammeerd om "ISS-achtige exCO2"-omstandigheden te hanteren (minimaal 3000 ppm), en de andere om "indoor ambient CO2" condities (minimaal 400 ppm). We hebben radijs en amarant microgroenten 10 en 14 dagen geteeld (Figuur 13). .......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Dit protocol biedt een reproduceerbare en kosteneffectieve methode om planten te laten groeien onder extremeCO2 (exCO2) concentraties van ongeveer 3.000 ppm, vergelijkbaar met die op het International Space Station2. Het systeem past een benchtop-incubator aan, waarbij SBC-gebaseerde milieucontrole wordt gecombineerd met een passief hydroponisch groeisysteem om de plantengroei tot twee weken te ondersteunen zonder handmatig water geven of de .......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
Geen van de auteurs heeft belangenconflicten met betrekking tot het hierboven beschreven werk.
Dankbetuigingen
We willen de undergraduate onderzoeksassistenten Makayla Destafino, Emily Dettmer en Ellie Saltier bedanken voor hun hulp bij het voorbereiden van media, het steriliseren van zaden en het meten van planten. Dank aan het technische personeel van NCSU Phytotron voor gereedschap, benodigdheden en advies. Dit onderzoek werd gefinancierd door NASA-subsidienummer (80NSSC23K0344) en een undergraduate NC Space Grant-beurs toegekend aan Samantha Rueckeis.
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
```html
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 1/4 inch polyethylene tubing | Lowes | https://www.lowes.com/pd/EZ- FLO-1-4-in-Inner-Diameter-x-25 -ft-Polyethylene-Tubing/1000180497 | Gebruikt om CO2 tankregelaar aan te sluiten op verlaagde regelaars. |
| 2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid (MES) | Fisher Scientific | BP300-100 | Buffermiddel in meststofoplossing. |
| 24 V Voeding voor verlichting | Mean Well | LPV-35-24 | Gebruik voeding voor verlichting afhankelijk van de lichtspecificaties. |
| 25 mL gradueel cilinder | Cole Parmer | UX-34502-70 | Om vloeistoffen voor zaadsterilisatieoplossing te meten. |
| 250 mL glazen gradueel cilinder - autoclave om te steriliseren | Fisher Scientific | https://www.fishersci.com/shop/ products/pyrex-cylinders-single -white-enamel-metric-graduatio ns-18/085524D | Voor het meten van MS-media bij het laden van hydrocultuurbakken. Merk doet er niet toe. |
| 388 Elektrisch siliconenkit | American Sealants, Inc | https://meridianadhesives. com/products/asi-388/ | Gebruikt om verlichting te isoleren en de kamer af te sluiten. Andere merken zijn prima, maar zorg ervoor dat het van elektrische kwaliteit is als het op verlichting wordt gebruikt. Niet-elektrische kwaliteit is prima om op de rest van de kamer te gebruiken. |
| 70% Ethanol | Avantor | 71002-508 | Gebruikt voor het ontsmetten van de kap en de groeikamer. |
| 8K diafragmapomp - 110 V/60 Hz versie | Boxer | 8K | Gebruikt om lucht tussen de kamer, CO2 invoer en het ventilatiesysteem te circuleren. $120 op het moment van aankoop. |
| AC snoer voor pomp | GE | https://www.homedepot.com /p/GE-8-ft-Replacement-Cord -Set-with-Polarized-Plug-on- 1-End-Black-54435/203735885 | Merk en bedrijf doen er niet toe |
| Adafruit LPS35HW Waterbestendige druksensor | Adafruit | Product #:4258 | Gebruikt om luchtdruk te meten. |
| Adafruit Sensirion SHT40 Precisie temperatuur- en vochtigheidssensor | Adafruit | Product #:4885 | Gebruikt om temperatuur en vochtigheid te meten. |
| Verstelbare sleutels | Ace Hardware | https://www.acehardware.com /departments/tools/hand-tools/ wrenches/2299329 | Gebruikt om regelaars aan te sluiten |
| Aluminiumfolie | Costco | https://www.costco.com/p/-/ kirkland-signature-reynolds- foodservice-foil-12-in-x-100 0-ft/100116721?langId=-1 | Voor het afdekken van containers tijdens het autoclaven. |
| Aquariumslang - 1/4" OD, 3/16" ID | Amazon | https://www.amazon.com/dp/B0DLNH81LJ/ | Gebruikt om CO2 in de kamer te brengen |
| Gesorteerd aquariumslangverbindingen - polypropyleen | Amazon | https://www.amazon.com/AQU ANEAT-Aquarium-Airline-Conn ector-Plastic/dp/B08LMZ86QC/ | Gebruikt om aquariumslangen te splitsen en aan te sluiten |
| Gesorteerd machine schroeven | Amazon | https://www.amazon.com/AETTL- Assortment-Stainless-Assorted- Phillips/dp/B0B428NP2L/ref=sr_ 1_2_sspa?crid=FQ8XLSW2WZE6 &keywords=assorted%2Bmetric% 2Bbolts%2Band%2Bnuts&qid=16 92727621&s=industrial&sprefix= assorted%2Bmetri%2Cindustria l%2C159&sr=1-2-spons&sp_cs d=d2lkZ2V0TmFtZT1zcF9hdGY&th=1 | Gebruikt om componenten aan het pegboard te bevestigen. |
| Back-upbatterij met USB-uitgang | Voltaic Systems | V25 | Gebruikt om pi's van stroom te voorzien om de stroom tijdens korte stroomstoringen te behouden. Elke USB-batterij die pass-through-opladen mogelijk maakt, zal werken. |
| Bamboe vilt microgroente groeimatrasrol (10" x 100 ft) | VegBed | https://www.vegbed.com/products /vegbed-bamboo-microgreens-roll-10in-x-100ft | Gebruikt voor groeikastwiek. |
| Barrel Jack verbindingen - 10-pack | Amazon | https://www.amazon.com/dp/B079RBL339/ | Gebruikt om elektrische componenten op stroom aan te sluiten. Exact merk doet er niet toe. |
| Beker - 2 L | Fisher | CLS10002L | Gebruikt voor het maken van media. Je hebt er twee nodig om in totaal 4 L te maken. |
| Benchmark Scientific H2200-HC MyTemp Mini Incubator | Benchmark Scientific | H2200-HC | Kamer aangepast voor dit protocol. Zorg ervoor dat je de versie met zowel warmte- als koelregeling krijgt. $850 op het moment van aankoop. |
| Bleach - 7.5% | Chlorox | https://www.clorox.com/ products/clorox-performance -bleach-with-cloromax/ | Gebruikt om zaden te steriliseren. Merk doet er niet toe, maar kies een versie zonder parfums of hulpstoffen. |
| Bulkhead fitting - 3/16 inch | ANPTGHT | https://www.amazon.com/AN PTGHT-Thru-Bulk-Bulkhead-F ittings-Aquarium/dp/B08SCDC28R/ | Gebruikt om slangen door de kamer te leiden |
Referenties
- 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).
- Georgescu, M. R., Meslem, A., Nastase, I.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
