Artykuł metodologiczny

Budowa i eksploatacja taniej komory wzrostu podwyższonego dwutlenku węgla do oceny fizjologii mikrozieleni przy poziomachCO2 istotnych dla lotów kosmicznych

572 wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/70050

⸱

17 kwietnia 2026

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Plant and Microbial Biology, North Carolina State University, 2Department of Molecular and Structural Biochemistry, North Carolina State University, 3NCSU Phytotron, North Carolina State University

W tym artykule

Podsumowanie

Protokół ten opisuje, jak zbudować i obsługiwać małą, niskokosztową komorę wzrostową zdolną do utrzymania ekstremalnych poziomów dwutlenku węgla (exCO2) podczas eksperymentów roślinnych. Komora umożliwia powtarzalne badania fizjologii mikrozieleni w warunkach atmosferycznych odpowiednich dla lotów kosmicznych, wykorzystując jednopłytowy komputerowy system monitorowania i sterowania oraz pasywny system hydroponiczny odprowadzania knotów.

Streszczenie

Poziomy dwutlenku węgla (CO2) na załogowych statkach rutynowo przekraczają 3 000 ppm, co jest znacznie wyższe niż stężenia atmosferyczne na Ziemi. Długotrwałe narażenie na ekstremalne stężenieCO2 (exCO2) powyżej 3000 ppm może zmieniać wzrost roślin, jego fizjologię i skład odżywczy. Jednak niewiele systemów laboratoryjnych jest w stanie wiarygodnie odtworzyć te stężenia exCO2 . Protokół ten opisuje dostępną i niskokosztową metodę budowy komory wzrostu na stole, zdolnej do utrzymania stabilnego poziomuCO2 powyżej 3000 ppm podczas eksperymentów roślinnych.

Komora została stworzona poprzez modyfikację inkubatora stołowego, który zawiera szczelne przewody i połączenia gazowe, zautomatyzowany system dostarczania i odpowietrzaniaCO2 oraz zintegrowane czujniki temperatury, wilgotności i ciśnienia. System jest sterowany przez niedrogi komputer jednopłytkowy, wykorzystujący otwarty kod Pythona do utrzymania docelowego stężeniaCO2 poprzez regulację elektromagnesów, które wstrzykują CO2 lub odpowietrzają komorę w odpowiedzi na odczyty systemu. Niestandardowa pasywna skrzynka z odprowadzaniem wiotu utrzymuje wzrost roślin bez konieczności aktywnego podlewania, zmniejszając potrzebę otwierania komory i minimalizując wahania poziomuCO2 .

Korzystając z tego systemu, z powodzeniem uprawialiśmy dwa gatunki mikrozieleni: rzodkiewkę (Raphanus sativus, roślina C3) i amaranta (Amaranthus cruentus, roślina C4), w warunkach "otoczeniaCO 2" (minimum 400 ppm) i "ISS-podobnych exCO2" (minimum 3 000 ppm). Komory utrzymywały stabilny poziomCO2 , temperaturę i wilgotność przez cały cykl wzrostu trwający 10–14 dni. Ten powtarzalny, istotny dla lotów kosmicznych systemCO2 stanowi dostępne narzędzie do badania odpowiedzi roślin na ekstremalne środowiska atmosferyczne oraz do przygotowywania eksperymentów do lotów kosmicznych.

Wprowadzenie

Rośliny odegrają kluczową rolę w podtrzymywaniu życia ludzkiego podczas długotrwałych misji kosmicznych, przyczyniając się do produkcji żywności, zaspokajając potrzeby żywieniowe i promując dobrostan psychiczny1. Jednak skład atmosfery załogowego statku kosmicznego lub przewidywanych przyszłych siedlisk znacznie różni się od atmosfery na Ziemi. Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS) rutynowo doświadcza poziomówCO2 powyżej 3 000 części na milion (ppm), czyli niemal rzędu wielkości wyższych niż stężenia w otoczeniu Ziemi2. Poziomy na ISS sięgnęły nawet 6 500 ppm. Te ekstremalne poziomyCO2 (exCO2) mogą wpływać na fizjologię, morfologię i skład składników odżywczych roślin. Jednak te poziomy exCO2 wykraczają poza zakres większości eksperymentów z podwyższonym CO2 , które koncentrują się na CO2 w zakresie od 700 ppm do 1500 ppm, a wręcz poza zakresem większości komór roślin na ziemi. W konsekwencji skutki takich ekstremalnych warunków pozostają słabo scharakteryzowane. Zrozumienie reakcji roślin na poziomy exCO2 istotne dla lotów kosmicznych jest zatem kluczowe dla zapewnienia sukcesu rolnictwa kosmicznego oraz bioregeneracyjnych systemów podtrzymywania życia.

Mikrozielone rośliny niedawno stały się obiecującymi kandydatami do żywienia astronautów ze względu na szybki wzrost, niewielki zasięg i wysoką gęstość składników odżywczych 3,4. Te krótkocyklowe uprawy mogą dostarczać świeżych witamin i przeciwutleniaczy, które z czasem ulegają rozkładowi w magazynowanych racjach lotów kosmicznych. Obecnie formułowane posiłki astronautów wykazują znaczną utratę składników odżywczych podczas długotrwałego przechowywania. Po pomiarze po trzech latach przechowywania w temperaturze pokojowej witamina C i witaminaB1 spadają poniżej zalecanych poziomów, a witaminy A i B6 również wykazują umiarkowane spadki5. Dostęp do świeżych, bogatych w składniki odżywcze mikrozielenin może więc pomóc utrzymać zdrowie załogi podczas misji trwających kilka lat. Poprzednie badania przy umiarkowanie podwyższonym poziomieCO2 (800-1000 ppm) wykazały, że rośliny mają tendencję do gromadzenia większej ilości związków bogatych w węgiel, w tym węglowodanów, flawonoidów i witaminy C, jednocześnie ograniczając ilość związków bogatych w azot, takich jak białka 6,7. Inne badania zaobserwowały zmniejszone zawiązywanie nasion, zmiany w ekspresji enzymów fotosyntetycznych oraz zmiany w składzie pierwiastkowym, szczególnie redukcje żelaza, cynku i magnezu8. Te zmiany składu sugerują, że dostępność węgla (jakoCO2) zmienia równowagę między węglem a azotem, a co za tym idzie, metabolizm pierwotny i wtórny. W związku z tym podwyższony poziomCO2 może mieć znaczenie dla wartości odżywczej upraw, co jest kluczową potrzebą dla zdrowia astronautów podczas długotrwałych misji kosmicznych.

Znacznie mniej wiadomo o tym, jak rośliny reagują na poziomy exCO2 występujące w środowiskach statków kosmicznych, które mogą przekraczać 3000 ppm na ISS. Badania analogowe lotów kosmicznych i naziemnych wykazały nieprawidłowości wzrostu w tych warunkach, w tym zmniejszone rozszerzanie liści, chlorozę oraz zmienione tempo wzrostu 2,9,10. Na przykład Brassica rapa uprawiana na ISS wykazywała żółte liście o zmniejszonym rozmiarze, które przypisywano poziomom exCO2, a nie efektom mikrograwitacji9. Obserwacje te podkreślają, że reakcje roślin na poziomy exCO2 nie są jedynie ekstrapolacją skutków umiarkowanie podwyższonego CO2, lecz raczej sugerują wyraźne zaburzenia fizjologiczne i metaboliczne. Jednak niewiele systemów wzrostu na Ziemi jest w stanie utrzymać stabilne poziomy exCO2, co utrudnia konsekwentne odwzorowanie warunków statków kosmicznych lub testowanie wariacji genotypowej roślin w tak ekstremalnych atmosferach.

Aby rozwiązać to ograniczenie, opracowaliśmy małą, niskokosztową komorę zdolną do utrzymania stałych, programowalnych poziomów exCO2 , które symulują atmosfery statków kosmicznych (Rysunek 1). System ten jest konstruowany poprzez modyfikację inkubatora stołowego oraz integrację czujników i zaworów elektromagnetycznych, które są sterowane przez niedrogi komputer jednopłytowy (SBC) z programowalnymi pinami. Projekt umożliwia automatyczną regulacjęCO2 oraz ciągłe monitorowanie parametrów środowiskowych, w tym temperatury, wilgotności i ciśnienia. Aby zapobiec szybkiemu wyczerpaniuCO2 spowodowanemu częstym otwieraniem drzwi, wprowadziliśmy pasywny system hydroponiczny, który wspiera wzrost mikrozieleni do 14 dni bez dodatkowego podlewania. To zamknięte rozwiązanie minimalizuje zakłócenia, jednocześnie zapewniając spójną atmosferę.

Tutaj opisujemy szczegółowy, powtarzalny protokół budowy i eksploatacji komory wzrostu exCO2 oraz uprawy mikrozielenin w kontrolowanych, istotnych dla lotów kosmicznych warunkach atmosferycznych. Protokół obejmuje etapy instalacji szczelnych przewodów kablowych i gazowych, systemu wtrysku i wentylacjiCO2 , podłączania czujników do SBC, programowania kodu sterującego exCO2 oraz montażu pasywnego hydroponicznego systemu odprowadzania knotów. Korzystając z tego układu, demonstrujemy skuteczny wzrost mikrozielenin rzodkiewki (Raphanus sativus, roślina C3) i amarantusa (Amaranthus cruentus, roślina C4) zarówno w warunkach otoczenia, jak i podobnych do ISS exCO2 . Platforma oferuje przystępne cenowo i skalowalne podejście do badania reakcji roślin na ekstremalne środowiska atmosferyczne oraz do przygotowywania eksperymentów do lotów kosmicznych.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

1. Instalacja kabli i czujników przez tył inkubatora stołowego oraz uszczelnienie silikonowym uszczelniaczem (Rysunek 2)

  1. Zidentyfikuj dwa miejsca z tyłu komory, wolne od okablowania, układów elektrycznych lub elementów wentylatora (zobacz przykład położenie włazów kablowych na Rysunku 1B ). Wywierć dwa otwory w tych miejscach nieco większe niż zewnętrzna średnica włazienek kablowych.
  2. Używając odlewek kablowych o średnicy około 10 mm (3/8 cala), owiń gwinty każdego odlewu taśmą hydrauliczną. Przykręć jeden dławek do złączki ze stali nierdzewnej o średnicy 20 mm (OD) i długości 2,5 cm (żeńska 3/8 cala z gwintem National Pipe Thread (NPT)). Włóż przez wywiercony otwór od zewnętrznej ściany komory i przymocuj kolejny odchłan od strony wewnętrznej (Rysunek 3).
    UWAGA: Ta konfiguracja umożliwia szczelne przejście przez grubą izolację komory.
  3. Upewnij się, że gumowe podkładki gruczołów są mocno zabezpieczone po obu stronach ściany, a następnie nałóż silikonowy uszczelniacz wokół punktów styku ze ścianami komory każdego przewodu kablowego, aby uszczelnić wszelkie szczeliny powietrzne.
    UWAGA: Wszystkie otwory komor muszą być szczelne, aby zmniejszyć wyciekCO2 .
  4. Przeciągnij czterowłóknowy kabel danych przez każdy przepust, zostawiając wystarczająco długości, by podłączyć SBC do czujników.
  5. Dokręć wewnętrzną uszczelkę przewodu kablowego, aby zapewnić szczelność powietrzną. Poluzuj i reguluj kabel w razie potrzeby, aby zapewnić większy luz przy ustawianiu czujnika.
    UWAGA: Oznacz każdą nitkę przewodu, aby upewnić się, że są prawidłowe połączenia czujników. Chociaż lutowanie przewodów do czujników wystarcza, wtyczki zworkowe, zaciski śrubowe lub inne opcje szybkiego podłączenia ułatwiają wymianę przewodów i podłączenie do pinów SBC.
  6. Podłącz czujniki temperatury, wilgotności i ciśnienia powietrza (Rysunek 2).
    1. Podłącz przewody z jednego czterowłóknowego kabla danych do czujnika temperatury/wilgotności, a następnie podłącz czujnik ciśnienia powietrza do czujnika temperatury za pomocą złączek 4-pinowych.
    2. Podłącz drugi koniec kabla danych do SBC w następujący sposób: PWR do pinu zasilania 3,3 V, GND do pinu masowego, SDA do GPIO 2 (I2C_SDA1) i SCL do GPIO 3 (I2C_SCL1).
    3. Zamontuj oba czujniki na ścianie górnej komory za pomocą zazębiających się taśm klejących, które ułatwiają ich usunięcie w celu kalibracji lub czyszczenia (Rysunek 4).
  7. Podłącz i ustawij czujnikCO2 .
    1. Podłącz czujnikCO2 do drugiego czterowłóknowego kabla danych.
    2. Podłącz drugi koniec do SBC następująco: PWR do pinu zasilania 5V, GND do pinu masowego, RxD do GPIO 14 (UART_TxD), TxD do GPIO 15 (UART_RxD).
    3. Zamontuj czujnik CO2 na górnej tylnej ścianie lub bezpiecznie umieść na półce lampy, używając pasków Dual Lock.
  8. (Opcjonalne, ale zalecane) Podłącz zasilacz SBC do stale ładowanej baterii zapasowej, aby zapobiec restartom i zapewnić ciągłe rejestrowanie danych z czujników.

2. Budowa systemu obsługiCO2 (Rysunek 5)

UWAGA: System obsługiCO2 reguluje stężenie gazu wewnątrz komory. Gdy poziomCO2 spada poniżej wartości nastawionej, SBC uruchamia zawór elektromagnetyczny, aby uwolnić krótkie strumienie CO2 do komory. Gdy poziomCO2 przekracza ustawiony poziom, elektromagnesy wentylacyjne otwierają się na krótko, aby wypompować powietrze z komory. Pompa membranowa o wydajności 2,75 L/min cyrkuluje powietrze przez układ.

  1. Zamontuj mocowania grodzi.
    1. Wywiercić dwa dodatkowe otwory w ścianie tylnej komory (około 14 mm) dla przewodów wejścia i wylotu powietrzaCO2 , nieco większe niż najszersza część złączki użyta w kroku 2.1.3.
    2. Zmodyfikuj złączkę grodzi, odcinając kolc węża po stronie gwintowanej (rysunek 6). Przymocuj metalową i gumową podkładkę i owiń gwinty taśmą hydrauliczną.
    3. Przykręć złączkę rurową gwintowaną o średnicy 3 cm i średnicy 8 mm do końca zmodyfikowanego uchwytu grodziowego, aby przeniknąć przez ścianę komory i izolację (Rysunek 6).
    4. Uszczelnij zmodyfikowane złączki grodzi z podkładkami po obu stronach i nałóż dodatkową warstwę silikonowego uszczelniacza. Mocno przykręć, aby uzyskać szczelne uszczelnienie.
  2. Połącz rurki, elektromagnesy, filtr i pompę powietrza za pomocą elastycznych, akwarystycznej rurki (średnica 4,8 mm, średnica średnicy 6,35 mm) (Rysunek 7).
    1. Dla linii wejściaCO2 połącz elementy z rurą następująco: Przepływomierz -> zawór elektromagnesowyCO2 -> Ośp T-> Złącze T -> zewnętrzna strona grodzi wejściaCO2 . Podłącz pierwszy złącz T do wyjścia pompy. Podłącz drugi łącznik T do elektromagnesa wentylacyjnego (rysunek 5).
    2. Podłącz zewnętrzną stronę obudowy wylotu powietrza następująco: wylot powietrza -> włączenie T-> filtr powietrza w linii -> wejście pompy powietrza. Podłącz kolejny elektrozamagnes wentylacyjny do tego złącza T (rysunek 5).
    3. Wewnątrz komory należy przymocować rurkę o długości ~15 cm do strony wejściaCO2 oraz rurę o długości ~30 cm do strony wylotu powietrza.
    4. Uszczelnij połączenia silikonowym uszczelniaczem.
  3. Zamontuj złącza luer-lock. (Rysunek 7)
    1. Przymocuj złączki leur-lock z kolcami na stykach rur kluczowych, aby ułatwić regulację i wymianę komponentów.
    2. Uszczelnij każde połączenie węża z kolcem silikonem, aby zmniejszyć przecieki.
      UWAGA: Elektrozawory zazwyczaj zużywają się po kilku miesiącach. Złączki luer-lock umożliwiają łatwą wymianę i eliminują konieczność skracania rurek podczas wymiany. Dlatego zdecydowanie zaleca się montaż tych złączek na złączach elektromagnesów.
  4. Podłącz zasilanieCO2 i regulatory.
    UWAGA: Użyj rurki polietylenowej o średnicy 6,4 mm (1/4 cala) pomiędzy regulatorami zbiornika a przepływomierzem.
    1. Za pomocą klucza podłącz główny regulator do zbiornikaCO2 (ustaw regulator na 10 psi), następnie podłącz następująco: regulator główny -> gwintowane złącze push-to-fit -> rurka polietylenowa -> (opcjonalnie) złącze T z dopasowaniem (dla wielu komor) -> rurki polietylenowe -> gwintowane złącze push-to-fit -> regulator obniżający (regulator ustawiony na 1–3 psi) -> gwintowane złącze push-to-fit -> rurki polietylenowe -> przepływomierz (Rysunek 8).
      UWAGA: Wiele komór może być zasilanych z jednego zbiornikaCO2 o masie 22 kg (50 lb), korzystając z opcjonalnych złączy typu T z dołączaniem między regulatorami obniżającymi poziom (Rysunek 8).
  5. Podłącz elektromagnesy do przekaźników sterowanych przez SBC.
    1. Podłącz elektromagnes wejściowy CO2 (+) do dodatniego zacisku zasilacza 5V, a elektromagnes (-) do zacisku 3 przekaźnika CO2 . Podłącz zacisk 4 przekaźnika CO2 do przewodu uziemienia zasilacza. Podłącz zaciski przekaźnikowe CO2 1 i 2 odpowiednio do GPIO 12 oraz masę na SBC.
    2. Połącz oba elektromagnesy wentylacyjne w podobny sposób: każdy elektromagnes (+) prowadzi do zasilania 5 V (+) oraz każdy (-) przewód do zacisku 3 na przekaźniku wentylacyjnym. Podłącz zacisk 4 tego przekaźnika do uziemienia zasilania, a zaciski przekaźnika wentylacyjnego 1 i 2 do GPIO 17 oraz masę na SBC.
    3. Oznacz każdy przekaźnik (np. "CO2 input", "Vent"), aby ułatwić rozwiązywanie problemów.
      UWAGA: Solenoidy mogą dzielić jedno zasilanie 5 V, jeśli są podłączone równolegle. Dostosuj kod sterujący, jeśli używasz różnych pinów GPIO.

3. Budowa lampek do uprawy

  1. Wybierz kompaktowe paski diodowe LED chronione powłoką silikonową, oferujące widmo światła odpowiednie do wzrostu roślin i niskiego wydzielania ciepła.
    UWAGA: Niestandardowe lampy do uprawy, których używaliśmy, dostarczają do 550 μmol·m-2·s-1 fotosyntetycznie aktywnego promieniowania (PAR) na wysokości powierzchni hydroponicznych skrzynek do uprawy (najniższa wysokość osiągana przez kiełkujące siewki). Światła składają się z taśm LED cob 24 V Z NAPRZEMIENNYMI DIODAMI 2700K i 6500K.
  2. Przygotuj paski LED.
    1. Wytnij sześć pasków diod LED (około 25 cm) na złączach wskazanych przez producenta.
    2. Użyj żyletki, aby usunąć silikonową powłokę z miedzianych podkładów na obu końcach każdego paska (rysunek 9).
      UWAGA: Zachowaj ostrożność, aby uniknąć obrażeń lub uszkodzenia paska LED. Pracuj na desce do krojenia.
    3. Nałóż niewielką ilość lutu na każdą miedzianą podkładkę, łącząc paski świetlne szeregowo, używając 3,5 cm kawałków przewodu 22-G z włóknami rdzeniowymi (+ do + i uziemienie do masy) (Rysunek 9).
    4. Przylutuj dwa kawałki przewodu o długości 20–30 cm na jednym końcu matrycy przy każdej miedzianej kłódce, aby podłączyć je do źródła zasilania.
      UWAGA: Stosuj odpowiednią ochronę oczu i lutuj pod okapem spalinowym lub w dobrze wentylowanym miejscu. Pracuj na macie odpornej na ciepło.
  3. Zamontuj światła.
    1. Umieść matrycę LED pod górną półką wewnątrz komory, aby równomiernie oświetlić obszar wzrostu (rysunek 10).
    2. Zdejmij podkład z lampek i mocno dociśnij paski na miejsce (rysunek 10).
    3. Pokryte są odsłonięte podkładki i przewody silikonem o jakości elektrycznej, aby zapobiec korozji i porażeniu prądem.
    4. Gdy silikon wyschnie, umieść półkę na najwyższym wbudowanym uchwytie komory.
  4. Podłącz paski LED do systemów zasilania i sterowania (Rysunek 2).
    1. Przeprowadź dwa dodatkowe przewody 22-G przez jeden z przepustek kablowych. Przetnij je na tyle długo, żeby podłączyć światła do zasilania i przekaźnika. Podłącz je do długich przewodów na jednej z taśm LED za pomocą gniazda beczkowego lub elektrycznego szybkiego połączenia.
    2. Podłącz matrycę LED (+) do dodatniego zacisku zasilacza 24 V, diodę LED (-) do zacisku 2 przekaźnika światła, a zacisk 1 przekaźnika światła do ujemnego zacisku zasilacza (rysunek 2).
    3. Połącz zacisk 3 przekaźnika świetlnego z GPIO 21 SBC, a zacisk 4 przekaźnika do pinu GND na SBC (Rysunek 11).
  5. Przymocuj długie przewody świetlne za pomocą kleisek do ściany komory, aby zapobiec naprężeniom lutowanych łączeń.
  6. Sprawdź, czy natężenie światła na powierzchni rośliny jest zgodne z oczekiwaniami, używając miernika PAR. Mierz w 4–5 miejscach na wysokości boksów hydroponicznych systemu uprawy.

4. Instalacja oprogramowania do sterowania komorą i systemu alarmowego na SBC

  1. Pobierz kod sterujący komorą (Control_chamber_JoVE.py, Plik Uzupełniający 1) i zapisz go w wyznaczonym folderze na SBC (np. /home/pi/chamber/). Zobacz https://www.raspberrypi.org/ szczegóły dotyczące początkowej konfiguracji SBC oraz sposobu nawigacji po jego systemie operacyjnym.
  2. Zainstaluj wymagane biblioteki wymienione na górze skryptu Control_chamber_JoVE.py (szeregowe, datetime, csv, płyta itp.) oraz biblioteki dla każdego sensora. Zobacz https://projects.raspberrypi.org/en/projects/generic-python-installing-with-pip szczegóły dotyczące instalacji bibliotek na SBC.
  3. Otwórz Control_Chamber.py w Thonny (lub podobnym IDE Pythona), aby skonfigurować parametry czujnika i przekaźnika. Zaktualizuj przydziały pinów w górnej części skryptu Control_chamber_JoVE.py, aby pasowały do okablowania połączeń przekaźników temperatury/wilgotności, ciśnienia iCO2 ustanowionych w sekcjach 1 i 2 (jeśli jest podłączone zgodnie z sugestią, nie są potrzebne zmiany). Zobacz https://thonny.org/ szczegóły dotyczące korzystania z Thonny.
  4. Zdefiniuj minimalny poziom nastawionyCO2 oraz ustaw parametry fotoperiodu, temperatury i progów alarmowych w bloku konfiguracyjnym na górze Control_chamber_JoVE.py skryptu. Zapisz plik.
    UWAGA: Wszystkie wartości ustawione można modyfikować poprzez edycję bloku konfiguracji bez konieczności ponownej instalacji oprogramowania.
  5. Ustaw system alarmowy oparty na poczcie elektronicznej.
    1. Stwórz dedykowane konto e-mail (np. MyPiAlarm@gmail.com) do automatycznych alertów.
    2. Wprowadź dane logowania i adresy odbiorców w sekcjach "Alarm CO2" i "Alarm temperatury" w Control_Chamber.py skrypcie i zapisz.
      UWAGA: Nie używaj prywatnych ani służbowych adresów e-mail do wysyłania wiadomości. Użyj dedykowanego konta do ochrony danych uwierzytelniających i używaj hasła specyficznego dla aplikacji.
  6. Praca w komorze testowej.
    1. Kliknij ikonę Run w Thonny, aby wykonać kod.
    2. Potwierdź, że czujniki zgłaszają poprawne odczyty, a przekaźniki poprawnie się przełączają, gdy zmienia się poziomCO2 .
    3. Symuluj warunki niskiego i wysokiegoCO2 oraz temperatury, zmieniając przepływ i ustawienia komory. Upewnij się, że automatyczne wstrzykiwanie i wentylacja są uruchamiane oraz alarmy e-mailowe.
    4. Jeśli odczytyCO2 się wahają, sprawdź nieszczelności wokół przepustek kablowych lub opraw grodzi i w razie potrzeby ponownie uszczelnij silikonem.
  7. Włącz zdalny monitoring
    UWAGA: Chociaż SBC może działać "bez głowy", podłączenie monitora przez HDMI upraszcza diagnostykę.
    1. Zainstaluj RealVNC Viewer lub podobną aplikację zdalnego pulpitu na urządzeniu podłączonym do tej samej sieci co SBC. Zobacz https://www.realvnc.com/en/connect/download/viewer/raspberrypi/ instrukcje instalacji RealVNC.
    2. Włącz serwer VNC na SBC i potwierdź łączność. Zobacz https://help.realvnc.com/hc/en-us/articles/360002249917-RealVNC-Connect-and-Raspberry-Pi#setting-up-your-raspberry-pi-0-0 instrukcje dotyczące włączania VNC Server.
    3. Użyj interfejsu zdalnego do monitorowania statusu, zmiany ustawień lub ponownego uruchomienia programu.

5. Budowa pasywnego hydroponicznego systemu zacieśniania (Rysunek 12)

UWAGA: Każdy pasywny system hydroponiczny wykorzystuje sterylną skrzynkę pipetową o pojemności 1 000 μl z wyjmowaną wkładką wyposażoną w knot filcowy z frędzlami, która pobiera roztwór odżywczy z dolnego zbiornika do nasion.

  1. Przygotuj obudowę pudełka.
    1. Wybierz pustą puszkę na pipetę o pojemności 1 000 μl z wyjmowaną wkładką.
    2. Używając narzędzia Dremel, piły obrotowej lub wiertarki i piły do wycięcia prostokątnego otworu ~ 11 cm na 7 cm w górnej pokrywie.
  2. Przetnij i przygotuj knot z filcu.
    1. Pociąłem filc bambusowy na paski o szerokości 34 cm 7,5 cm. Trzy wkładki uchwytu na groty mogą służyć jako szablon.
    2. Wytnij osiem równomiernie rozmieszczonych frędzli o długości 14 cm wzdłuż każdej długiej krawędzi filcowego paska.
    3. Przełóż każdą prążkę przez rząd otworów na krótkich końcach wkładki uchwytu na końcówkę, używając kleszczy, aby frędzle zwisały w dół, a nieprzycięty środek pozostał płaski na górze.
    4. Upewnij się, że prążki sięgają dolnego zbiornika, gdy wkładka jest w pudełku. Przechowuj pudełka suche do użycia.

6. Przygotowanie materiałów do eksperymentu mikrozieleni

  1. Dezynfekuj komorę, wytrzywując wszystkie powierzchnie nieelektroniczne (ściany, sufit, drzwi itp.) środkiem dezynfekującym SA-20 (7,8 mL/L wody). Pozwól komorze wyschnąć na powietrzu przez noc z otwartymi drzwiami.
    UWAGA: Ten krok jest kluczowy, aby zmniejszyć ryzyko patogenów rosnących w wilgotnych warunkach.
  2. Przygotuj 0,25x bazalnego medium soli Murashige i Skoog (MS) bez agaru. Rozpuścić 4,3 g soli MS i 1 g 2-(N-morfolino)kwasu etynosulfonowego (MES) w 1 L wody dejonizowanej (DI), a pH ustawić do 5,7 za pomocą 1M roztworu KOH. Rozcieńczyć do 4 L. Podawać 700 ml aliquotów (wystarczające na jedno pudełko hydroponiczne) do butelek 1-L.
  3. Napełnij butelki z autoklawem wodą destylowaną lub dejonizowaną do sterylizacji i płukania nasion.
  4. Autoklawuj zarówno medium MS, jak i wodę, stosując cykl cieczy przez 30 minut.
  5. Owiń pudełka, narzędzia i pojemniki hydroponiczne folią aluminiową. Autoklaw w cyklu suchym z 30-minutowym okresem schnięcia i trzymaj materiały owinięte aż do umieszczenia w laminarnym okapu.
    UWAGA: Kroki 6.6–6.8 muszą być wykonane w laminarnym okapie, aby zapobiec zanieczyszczeniu.
  6. Wysterylizuj nasiona
    UWAGA: Protokół ten będzie musiał być dostosowany do gatunku rośliny. Poniżej opisano protokół, który sprawdza się w przypadku nasion rzodkiewki i amarantusa.
    UWAGA: Używaj rękawiczek, ochrony oczu i fartucha laboratoryjnego podczas pracy z roztworem wybielacza.
    1. W laminarnym kapturze dodaj nasiona do roztworu wybielacza 2% zawierającego 0,05% Triton X-100.
    2. Delikatnie potrząsaj przez 5 minut w temperaturze pokojowej.
    3. Przelej roztwór wybielacza i przepłucz trzy razy sterylną wodą.
    4. Po płukaniu namocz nasiona przez noc w sterylnej wodzie, aby wspomóc równomierne kiełkowanie.
      UWAGA: W tym badaniu wystarczyło 8 ml wybielacza 7,5%, 22 mL DIH2Ooraz 15 μL Triton X-100 surfaktantu w rurce wirówki o pojemności 50 mL do sterylizacji czterech pudełek mikrozielonek rzodkiewki lub amarantusów.
  7. Napełnij pudełka hydroponiczne i zasadź nasiona w laminarnym okapu.
    1. Wypełnij każde pudełko hydroponiczne sterylnym medium o pojemności 0,25 MS, aż powierzchnia filcu zostanie pokryta milimetrem lub dwoma płynu (~650 mL). Sprawdź, czy nie ma szczeliny powietrznej między filcem a cieczą; Przerwy w sadzeniu ograniczą rozwój siewek.
    2. Używając sterylnych kleszczy, posadź do 60 nasion amarantu lub 30 nasion rzodkiewki na pudełko. Delikatnie wciśnij nasiona do filcu kleszczemi, upewniając się, że są wyśrodkowane nad otworami na końcówce wkładu.
    3. Przykryj każdą sadzonkę folią spożywczą lub sterylnymi pokrywkami, aby utrzymać wilgotność podczas kiełkowania. Po przykryciu pudełka można zdjąć ze sterylnego kaptura.

7. Przeprowadzenie eksperymentu mikrozieleni

UWAGA: Operować co najmniej dwie komory jednocześnie, jedną pod exCO2 , a drugą w warunkach otoczenia jako kontrolę. Alternatywne leczenie między komorami w różnych replikacjach, aby zminimalizować błędy komorowe. Losowo przypisz (za pomocą rzutu monetą lub generatora liczb losowych) zabieg do każdej komory. W kolejnym eksperymencie zamień zabiegi na różne komory.

  1. Ustaw główny regulatorCO2 na około 10 psi, a wtórny regulator(y) "step-down" na 1–3 psi. Powoli otwieraj główny zawór w zbiornikuCO2 .
    UWAGA: Ciśnienie powietrza powyżej 5 psi uszkodzi elektromagnesy. Nie reguluj regulatora "step down" powyżej 4 psi.
  2. Uruchom komorę i sprawdź funkcjonalność.
    1. Włącz komory inkubatora stołowego i ustaw temperaturę wewnętrzną na 23 °C lub pożądaną temperaturę.
    2. Sprawdź, czy wewnętrzny wentylator działa i nie jest zakłócony, aby zapewnić cyrkulację powietrza. Upewnij się, że każda jednostka komory jest wyrównana do temperatury ustawionej z dokładnością do 2 °C przed sadzeniem.
  3. Otwórz Control_chamber_JoVE.py kod w Thonny, potwierdź ustawienia CO2 i światła (sekcja 4.7), a następnie uruchom program. Sprawdź, czy elektromagnesy, czujniki i światła reagują prawidłowo. Zapisz plik i uruchom program sterujący, naciskając ikonę Uruchom.
  4. Załaduj i kiełkuj roślinne skrzynki.
    1. Gdy środowisko jest stabilne, umieść zakryte skrzynki hydroponiczne wewnątrz każdej komory. Zamknij drzwi i popewnij, że stężeniaCO2 wracają do zadanych punktów w ciągu 3–5 minut.
    2. Pozostawić nasiona kiełkować z pokrywami wilgotnościowymi przez 3–4 dni, aż pojawi się widoczne wyklęcie liścieni, a następnie usuń osłony wilgotności, gdy większość korzeni siewek przeniknie filcowy podłoże.
      UWAGA: Jeśli używasz innych gatunków niż rzodkiew czy amarant, dostosuj czas kiełkowania w razie potrzeby, aby zapewnić spójne penetrowanie korzenia w powierzchnię filcu przed odkryciem.
  5. Utrzymuj i monitoruj stan komory.
    1. Należy trzymać komory zamknięte przez cały eksperyment, aby utrzymać stabilny poziomCO2 .
    2. Okryj panele drzwiowe folią aluminiową lub folią zaciemniającą, aby zapobiec zakłóceniom światła. Codziennie otwieraj folię, aby sprawdzić stan rośliny i ponownie przyklej okładkę taśmą.
    3. Odczyty monitora od jednego do trzech razy dziennie za pomocą RealVNC lub lokalnie przez wyświetlacz HDMI.
    4. Odpowiadaj szybko na wszelkie powiadomienia e-mailowe i zapisuj nieprawidłowości lub ręczne interwencje.
      UWAGA: Temperatura otoczenia poniżej wartości nastawionej komory może powodować kondensację w rurze. Jeśli pojawi się kondensacja, wysusz i ponownie uszczelnij przewody oraz złączki przed ponownym uruchomieniem, aby zapobiec przeszkodom w przepływie powietrza. Zamknij zawór zbiornikaCO2 przed otwarciem przewodów.
  6. Zbieraj rośliny i zbieraj dane.
    1. Na końcu cyklu wzrostu otwórz komorę i usuń oraz przetworz rośliny w razie potrzeby eksperymentalnej (np. analiza biomasy, chlorofilu lub składników odżywczych).
    2. Zatrzymaj skrypt sterowania i wyłącz inkubator i światła na stole.
    3. Przemianuj chamber_data.csv, plik danych środowiskowych (np. Date_Species_3000vs400ppm.csv) i skopiuj go na pendrive.
      UWAGA: Program co minutę rejestruje dane do pliku chamber_data.csv w katalogu głównym. Zawsze zmieniaj nazwę tego pliku podczas zapisywania, aby uniknąć zmiany wcześniejszych zbiorów danych.
    4. Dokumentuj wszelkie odchylenia lub awarie sprzętu podczas przejazdu.
  7. Czyszczenie po eksperymencie.
    1. Usuń kondensat i przetrzyj powierzchnie wewnętrzne nieelektroniczne etanolem w 70%.
    2. Zostaw otwarte drzwi komory i włącz pompę powietrza, aż komora i rurka wyschną.
    3. Wyłącz listwy zasilające i zamknij zawór zbiornikaCO2 , aby zapobiec wycieku i oszczędzać gaz.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Dwa inkubatory laboratoryjne zostały pomyślnie zmodyfikowane, aby utrzymać programowalne stężenia CO2 odpowiednie do eksperymentów wzrostu mikrozieleni. Dla każdego eksperymentu jedna komora była programowana tak, aby utrzymywać warunki "exCO2" podobne do ISS (minimum 3000 ppm), a druga na warunki "wewnętrznego CO2" (minimum 400 ppm). Przez 10 i 14 dni uprawialiśmy mikrozielone rzodkiewki i amarantusy (Rysunek 13). Każde leczenie było powtarzane sześć razy, n...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Protokół ten zapewnia powtarzalną i opłacalną metodę uprawy roślin przy ekstremalnych stężeniachCO2 (exCO2) około 3 000 ppm, porównywalnych z tymi na Międzynarodowej StacjiKosmicznej 2. System modyfikuje inkubator laboratoryjny, łącząc kontrolę środowiska opartą na SBC z pasywnym systemem hydroponicznego, aby wspierać wzrost roślin do dwóch tygodni bez konieczności ręcznego podlewania lub otwierania komory. Podejście to niweluje krytyczną lukę w zasobach umożliwiających naśla...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Żaden z autorów nie ma konfliktu interesów związanych z opisaną powyżej pracą.

Podziękowania

Chcielibyśmy podziękować asystentom badawczym na poziomie licencjackim: Makayli Destafino, Emily Dettmer i Ellie Saltier za pomoc w przygotowaniu podłoża, sterylizacji nasion i mierzeniu roślin. Dziękujemy personelowi technicznemu NCSU Phytotron za narzędzia, materiały i porady. Badania te zostały sfinansowane z grantu NASA numer (80NSSC23K0344) oraz stypendium NC Space Grant przyznane Samanthie Rueckeis.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Rurki polietylenowe o średnicy 1/4 calaLoweshttps://www.lowes.com/pd/EZ-
FLO-1-4-in-Inner-Diameter-x-25
-ft-Polietylen-Rury/1000180497		Użyj do podłączenia regulatora CO2 aby obniżyć regulatory.
2-(N-morfolino)kwas etynosulfonowy (MES)Fisher ScientificBP300-100Środek buforujący w roztworze nawozowym.
Zasilacz 24 V do oświetlenia i nbsp;IntencjaLPV-35-24Używaj zasilacza do oświetlenia, w zależności od specyfikacji światła.
Cylinder z podziałem 25 mLCole ParmerUX-34502-70Do mierzenia płynów do roztworu sterylizującego nasiona.
250 mL szklany cylindr z podziałem – autoklaw do sterylizacjiFisher Scientifichttps://www.fishersci.com/shop/
produkty/cylindry pyrex-single
-white-enamel-metric-graduatio
ns-18/085524D		Do pomiaru materiału MS podczas ładowania pudełek hydroponicznych. Marka nie ma znaczenia.    
388 Silikonowy uszczelniacz o jakości elektrycznejAmerican Sealants, Inchttps://meridianadhesives.
com/products/asi-388/		Używano do izolacji świateł i uszczelniania komory. Inne marki są w porządku, ale upewnij się, że jest to jakość elektryczna, jeśli używasz go do lamp. Nieelektryczna jakość nadaje się do użycia na pozostałej części komory.
70% etanoluAvantor71002-508Używany do dezynfekcji okapu i komory wzrostu.
Pompa diaframowa 8K – wersja 110 V/60 HzBokser8KSłuży do cyrkulacji powietrza między komorą, wejściem CO2 oraz systemem wentylacji. 120 dolarów przy zakupie.
Kabel AC do  pompaGE https://www.homedepot.com
/p/GE-8-ft-Wymiana kabla
-Zestaw z polaryzacyjnym-plug-on-
1-End-Black-54435/203735885		Marka i firma nie mają znaczenia
Adafruit LPS35HW wodoodporny czujnik ciśnieniaAdafruitProdukt #:4258Używa się do pomiaru ciśnienia powietrza.
Precyzyjny czujnik temperatury i wilgotności Adafruit Sensirion SHT40AdafruitProdukt #:4885Używa się do pomiaru temperatury i wilgotności.
Klucze regulowaneAce Hardwarehttps://www.acehardware.com
/działy/narzędzia/narzędzia ręczne/
2299329		Używane do mocowania regulatorów
Folia aluminiowaCostcohttps://www.costco.com/p/-/
kirkland-signature-reynolds-
foodservice-foil-12-in-x-100
0-ft/100116721?langId=-1		Do zakrywania pojemników podczas autoklawowania.
Rurka akwariowa - średnica 1/4", średnica 3/16"Amazonhttps://www.amazon.com/dp/B0DLNH81LJ/Używane do transportu CO2 do komory
Różne złącza rur akwariowych – polipropylenAmazonhttps://www.amazon.com/AQU
ANEAT-Aquarium-Airline-Conn
ector-Plastic/dp/B08LMZ86QC/		Używany do rozdzielania i łączenia rur akwariowych
Różne śruby maszynoweAmazonhttps://www.amazon.com/AETTL-
Assortment-Stalowa-Różnorodny-
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		Używany do mocowania elementów do płyty kołkowej.
Bateria zapasowa z wyjściem USBSystemy woltaiczneV25Używał do zasilania pi, aby utrzymać zasilanie podczas krótkich przerw w dostawie prądu. Każda bateria USB umożliwiająca ładowanie przepuszczające będzie odpowiednia.
Mikrozielone rośliny z filcu bambusowego uprawiają rolkę matową (10" x 100 stóp)VegBedhttps://www.vegbed.com/products
/warzywa--mikrozieleni-rolka-10in-x-100ft		Używany do knota w skrzynce do uprawy.
Złącza barrel jack - pakiet 10Amazonhttps://www.amazon.com/dp/B079RBL339/Używany do łączenia komponentów elektrycznych z zasilaniem.  Dokładna marka nie ma znaczenia.
Beaker - 2 LFisherCLS10002LWykorzystywane do produkcji mediów. Będziesz potrzebować dwóch, żeby uzyskać łącznie 4 litry.
Benchmark Scientific H2200-HC MyTemp Mini InkubatorBenchmark ScientificH2200-HCKomora zmodyfikowana do tego protokołu. Upewnij się, że masz wersję z regulacją ogrzewania i chłodzenia. 850 dolarów przy zakupie.
Wybielacz - 7,5% Chloroksykhttps://www.clorox.com/
produkty/clorox-performance
-wybielacz z cloromax/		Używany do sterylizacji nasion. Marka nie ma znaczenia, ale sprawdź bez perfum czy środków do nalewania.
Złączka grodzi - 3/16 calaANPTGHThttps://www.amazon.com/AN
PTGHT-Thru-Bulk-Bulkhead-F
ittings-Aquarium/dp/B08SCDC28R/		Używany do przepuszczania rur przez komorę
Taca stołówkiAmazonhttps://www.amazon.com/Carlisl
e-CT121605-Caf%C3%A9-Stan
dard-Cafeteria/dp/B008BLINFE/		Pod każdą komorą umieszczono tacę, aby zatrzymać kondensację wyciekającą po otwarciu. Dokładna marka nie ma znaczenia. Musi być większy niż powierzchnia komory, ale nie zasłoniać drzwi.
Rurka wirówkowa - 50 mL, sterylnaFisher Scientific339653Używane do przechowywania nasion podczas i po sterylizacji.
Alarm CO2 (opcjonalnie)Amazonhttps://www.amazon.com/
DP/B09MRX4F12/		Opcjonalne, ale zalecane do wykrywania zewnętrznych wycieków w systemie CO2. Zapobiega niebezpiecznym poziomom CO2 w pokoju komorowym.
CO2 Regulator  - niskie ciśnienieAmazonhttps://www.amazon.com/gp/
aw/d/B01BPQDG62		Dokładna marka nie ma znaczenia. Ale powinno być w stanie obniżyć ciśnienie gdzieś między 1 a 4 psi.  
CO2 zbiornik - 50 lbAirGashttps://www.airgas.com/product/
Gazy/dwutlenek węgla/p/CD%2050S		Prawdopodobnie można by użyć mniejszego zbiornika niż ten. Po prostu trzeba by ją częściej wymieniać.
Krem i rymonik;Grainger806FA9Do mocowania złączek zaciskowych do przewodów
Cyfrowy manometr ciśnienia (opcjonalnie)Amazonhttps://www.amazon.com/Pressure
-Złącze-Ochrona-Uharbour-0-
200psi/dp/B0783PYQ27		Aby odczytać ustawienie ciśnienia w niskociśnieniowym regulatorze obniżającym ciśnienie. Wymaga baterii AAA. Alternatywnie możesz użyć analogowego miernika bez zasilania.
Kleszcze do rozcinania – autoklaw do sterylizacjiFisher Scientific13-812-39Manipulować sterylnymi nasienami. Marka nie ma znaczenia.
Taśmy klejące z podwójnym zamkiem3MSJ3560Używa się do mocowania czujników z boku komory.
Pusty 1000 & mikro; Skrzydła z pipetami LGenesee24-160RUżyj dremela, aby usunąć większość górnego prostokąta pokrywki. Marka nie ma znaczenia, ale niektóre mogą mieć więcej płynu niż inne.   Nowsze pudełka Genesee mieścią mniej płynów niż starsze.  
Złącza zaciskowe Fork Terminal - 22-16 AWGAmazonhttps://www.amazon.com/Baomain
-Izolowany zacisk-22-18-gauge/
dp/B01B17DL0G/		Używany do łączenia przewodów z przekaźnikami.  Dokładna marka nie ma znaczenia.
Butelka szklana - 1 LMillipore SigmaCLS13951L-1EAUżywany do zawierania aliquotów sterylnych mediów 0,25x MS.
Regulator butli CO2 Harris Grainger5KZ48Ustawione na 10 psi.  Należy zauważyć, że ten regulator jest oddzielny od drugiego regulatora "obniżającego stopnie".  
Kabel HDMI do kabla micro HDMI (opcjonalnie)Amazonhttps://www.amazon.com/KELink-
Kamcorde kompatybilny z aluminium
r-Raspberry/dp/B0C3LR54C3/		(Opcjonalnie) Aby podłączyć pi-pi-monitor do monitora HDMI, aby zobaczyć odczyty czujnika
OpalarkaAmazonhttps://www.amazon.com/MAXXH
EAT-Ręczne-tłoczenie-owinięcie
-MF300L/dp/B09P66LLMW/		Do topienia termokurcz na miejscu, aby izolować przewody. Marka nie ma znaczenia.
Termokurcz termicznyAmazonhttps://www.amazon.com/560PCS-< > Rurki termokurczliwe-eventronic/dp/
B072PCQ2LW/ref=sr_1_4?crid=21
4VBYLN60TGD& słowa kluczowe=ciepło+
kurczenie się+rurki& qid=1685586705& s
prefiks=heat+sh%2Caps%2C143& sr=8-4		Musiałem zaizolować przewody. Dokładna marka nie ma znaczenia. Zalecamy zakup zestawu o różnych średnicach.
Filtr liniowy chroniący pompęGrainger794F21Zamontuj pompę diaframową przed zanieczyszczeniami i kondensacją
Przewody rozłączająceAmazonhttps://www.amazon.com/Elegoo-
EL-CP-004-Multicolored-Breadbo
ard-arduino/dp/B01EV70C78/ref=
sr_1_1?keywords=raspberry+pi+j
umper+wires& qid=1685586340& sr=8-1		Trzeba połączyć elementy z pi.  Dokładna marka nie ma znaczenia.
Czujnik CO2 K30 FR COsubSensair030-8-0010Używany do wykrywania poziomów CO2 w komorze. 60 dolarów przy zakupie.
Taśma laboratoryjnaMillipore SigmaBAF134620300Do etykietowania pojemników i przyklejania folii do drzwi komory
Taśma LED - COB, 24 VSuper jasne diody LEDhttps://www.superbrightleds.com
/LED-strips-and-bars/cob-series-l
ed-strip-and-tape-lights/5m-tuna
ble-white-cob-LED-strip-light-cob
-seria-LED-taśma-light-2700k-6500
k-ip20-24v		Zastosowanie do niestandardowego światła do uprawy. Inne rodzaje białych pasków LED prawdopodobnie sprawdziłyby się dobrze, ale użyj miernika PAR do regulacji gęstości pasków i uzyskania pożądanej intensywności światła.
Złączka Luer lock do złączek węża 3/16 – polipropylen – żeńskaAmazonhttps://www.amazon.com/Femal
e-Luer-Lock-4-8mm-Wąż/dp/B08GQDBY46/		Używał do mocowania często wymienianych części do rur.
Luer lock do złączek żołdowych 3/16 - polipropylen - mężczyzna & nbsp;Amazonhttps://www.amazon.com
/Adapter strzykawki-Male-Lue
r-Inch-Luer-Connector-Kit/d
p/B0C1FV8NGL/		Używał do mocowania często wymienianych części do rur.
Magnetyczny pręt mieszający (opcjonalnie)Millipore SigmaZ282456Używa się z mieszanką do mieszania mediów MS. Alternatywnie można użyć łyżki.
Magnetyczna płyta mieszająca (opcjonalnie)FisherS194615Używany do rozpuszczania soli w mediach. Możesz też użyć łyżki.
MS SaltsKaissonMSP01Stosowany jako roztwór hydroponiczny. Rozcieńczyć do 0,25 x   
Igły z nosem igłyGrainger2078216Używany do trzymania przewodów podczas lutowania
Rękawice nitryloweGeneseehttps://www.geneseesci.com/
produkt/X-gen-Nitrile-Gloves-
bez pudru/		Aby chronić ręce podczas pracy z wybielaczem i sterylną techniką. Marka nie ma znaczenia.
Przepływomierz O2JIAWANSHUNhttps://www.amazon.com/JIAW
ANSHUN-0-1-1-5LPM-Przepływomierz
-Złącze-Złącze/DP/B01N0UWZ2T		Służył do kontroli przepływu CO2 do komory.
Pipettor - 20 & mikro; L i wskazówkiMillipore SigmaEP3124000040-1EADo pomiaru TritonX do sterylizacji nasion. Marka nie ma znaczenia.
Folia spożywcza z folii spożywczejCostcohttps://www.costco.com/p/-/kirkl
I-podpis-rozciąganie-tite-plasti
C-Wrap-Food-12-in-x-3000-ft/100300513		Używa się do przykrywania skrzynek podczas kiełkowania nasion, aby zwiększyć wilgotność i poprawić utrwalenie roślin.
Plastikowa deska typu peg (19"D x 5"W x 12"H)Amazonhttps://www.amazon.com/SWAN
LAKE-Plastik-Pegboard-Panels
-Garaż/dp/B0BGS3C41N/		Komponenty, przewody i rury były przymocowane do tablicy pegboardowej, aby ułatwić ruch i organizację.  Dokładna marka nie ma znaczenia.
Zasilacz z gniazdem barrel jack - 5V 2AAmazonhttps://www.amazon.com/Acloro
l-100-240V-Uniwersalny Przetwornik
-Transformator/dp/B099RBBTWY
/ref=sr_1_4?crid=XKSME1C2
86OE& słowa kluczowe=5v%2Bpower
%2Bsupply& qid=1683217539&
s=hi& sprefix=5v%2Bpower%2
Bsupply%2Ctools%2C93& sr=
1-4& th=1		Używane do zasilania elektromagnesów. Dokładna marka nie ma znaczenia.
Precyzyjna skala cyfrowaFisherFB30786159Używany do pomiaru soli MS i MES.
Push-to-connect NPT o średnicy 1/4 cala do 1/4 calaAmazonhttps://www.amazon.com/CE
KER-Connect-Fittings-Pneu
matic-Connectors/dp/B07XBHYP3B/		Używany do podłączenia rury o średnicy 1/4 cala do regulatora zbiornika
Kolano z przyciskiem do podłączenia do 3/8 cala NPTAmazonhttps://www.amazon.com/Q
olekog-Pneumatic-Connec
t-PL-3-8-N2/dp/B0B59JXMRW/		Używa się do podłączenia rurki o średnicy 1/4 cala do regulatora stepdown (alternatywnie można użyć prostego złącza, w zależności od konfiguracji konfiguracji).
Złącze T z możliwością podłączenia - 1/4 calaAmazonhttps://www.amazon.com
/dp/B07TV3JS9Q/		(opcjonalnie) używanie, jeśli rozdzielasz linię 1/4 cala z CO2 zbiornika między dwie komory.
Szybkie złącza do dużych przewodówXHFB086J49D1JOpcjonalne, ale przydatne do tymczasowego łączenia przewodów.
Raspberry Pi 4 2 GB Starter Kit - 32 GBCanakitPI4-2GB-STR32F-C4-BLKSteruje czujnikami i przekaźnikami. 110 dolarów przy zakupie na sprzęt.
Raspberry Pi OSFundacja Raspberry Pihttps://www.raspberrypi.
com/software/		System operacyjny dla pi.
RealVNC ViewerRealVNChttps://www.realvnc.com/en/
łącz/pobieraj/viewer/raspberrypi/		Służy do zdalnego monitorowania odczytów pi.
Nasiona amarantu czerwonego granatuNasiona dziedzictwa Maryhttps://www.marysheirloomseeds
.com/produkty/czerwony-granat-amarant		Upewnij się, że nasiona pochodzą z niedawnej partii nasiennej.
Nasiona rzodkiewki Red King F1Johnny's Seedshttps://www.johnnyseeds.com/
warzywa/rzodkiewki/daikon-ko
rean-rzodkiewki/czerwony król-2-f1-ra
dish-seed-4173.html		Upewnij się, że nasiona pochodzą z niedawnej partii nasiennej.
Relays UXCELLASH-10 DDSteruje elektromagnesami i zasilaczem światła.
Środek dezynfekujący SA-20Rolnictwo południowe#10501Środek czyszczący fungicydowy do komory wzrostowej. Unikaj spryskiwania części elektronicznych.
Okulary ochronneFisher Scientific19-130-2089Zalecane dla ochrony oczu. Marka nie ma znaczenia.
Śrubokręt – kilka bitówGrainger6XW12Używał do rozbierania komory i skręcania elementów podczas budowy.
Mata silikonowaAmazonhttps://www.amazon.com/K
aisi-Izolacja-Lutowanie-Ma
intenance-Elektronika/dp/B073RFB6BX/		(Opcjonalne, ale zalecane) Aby chronić powierzchnie robocze przed ciepłem podczas lutowania
Mały monitor z podłączeniem HDMI (opcjonalnie)Amazonhttps://www.amazon.com/LON
CEVON-7-Raspberry-1024X6
00-Głośniki-Słuchawki/dp/B06XQJVXHL/		Opcjonalne, ale czasem pomocne przy konfigurowaniu lub monitorowaniu pi. Zalecamy użycie istniejącego monitora HDMI, który już posiadasz, ale podaj link do niedrogiej opcji, jeśli potrzebujesz.
Mały zestaw śrubokrętówAmazonhttps://www.amazon.com/Screw
driver-FIXITOK-Screwdrivers-Pe
ntalobe-Different/dp/B093372MGD/		Używany do rozładowywania małych śrub bez załogi
Gniazdka gniazdowe dla Raspberry Pi PicoAdafruitProdukt #:5583Opcjonalnie można użyć zamiast kabli zworkowych.
Lut – bezołowiowy, rdzeń z kalafoniiAmazonhttps://www.amazon.com/Dia0
-032in-0-11lb-Precision-Electr
onics-lutowanie/dp/B07Q167J
98/ref=sr_1_5?crid=17RNDW
GBX6X5O& Keywords=lead+f
ree+solder& qid=1692729157
& sprefix=lead+free+solder%
2Caps%2C160& sr=8-5		Trzeba było podłączyć przewody do świateł. Każda lutowina z rdzeniem kalafonii bez ołowiu się do tego nadaje.
LutownicaAmazonhttps://www.amazon.com/Wel
ler-120V-lutowanie-żelazo-halo/
dp/B0962SX47X/ref=sr_1_4?c
rid=NE9BVDKLETUL& Keyw
ords=weller+lutowanie+iron& qi
d=1692727772& s=industrial& s
prefiks=Weller+żołnierze+żelazo%
2Cindustrial%2C190& sr=1-4		Trzeba podłączyć kabel do świateł.
Złączka rur ze stali nierdzewnej - średnica średnicy 20 mm, średnica średnicy 16 mm, długość 2,5 cm (3/8 cala x 3/8 cala gwint żeński NPT)Amazonhttps://www.amazon.com/
GP/AW/D/B08SCL8VRS		Używany do wydłużania przepustek kablowych przez izolację skrzynek
Złączka rur ze stali nierdzewnej - średnica średnicy 8 mm / średnica średnicy 12 mm, długość 3 cm (gwint M8 z obu stron)Amazonhttps://www.amazon.com/
GP/AW/D/B09ZS17WYB		Używany do przedłużania omoczenia grodzi przez izolację skrzynkową
STEMMA QT / Qwiic JST SH 4-pinowy kabel - 50mm długościAdafruitProdukt #: 4399Używane do łączenia czujników ze sobą.
STEMMA QT / Qwiic JST SH kabel 4-pinowy do Premium Male Headers - 150 mm długościAdafruitProdukt #: 4209Używa się do podłączania czujników do pi.
Sterylna woda DIProdukowano na miejscuProdukowano na miejscuWoda DI w autoklawie w cyklu L30.
Listwa przeciwprzepięciowa/listwa zasilającaAmazonhttps://www.amazon.com/GE-
Wtyczka-Obramowa-Przedłużanie-
14092/dp/B00DOMYL24/		Używaj do ochrony elementów komory przed przepięciami mocy.
Taśma teflonowaAmazonhttps://www.amazon.com/
Inches-Hydraulicy-Hydraulika-
Hydraulik - Uszczelnianie/DP/B091913Z7F/		Do uszczelniania gwintów złączy
Thonny (Python IDE) - powinien być fabrycznie zainstalowany na pi.Thonnyhttps://thonny.org/Używana do edycji i uruchamiania oprogramowania do sterowania komorą.
Powierzchniowo czynny TritonXFisher Scientifichttps://www.fishersci.com/
Shop/Products/Triton-X-100
-Thermo-Scientific/AAA16046AE		Aby poprawić pokrywanie nasion wodą wybielaczą podczas sterylizacji powierzchniowej.  
Miniaturowy zawór elektrozaworowy uxcell dwudrożny, normalnie zamknięty DC5V 0.22A zawór elektromagnesowy woda-powietrzeUXCELLa19051000UX0811Trzy potrzebne do komory i zalecamy mieć kilka zapasowych pod ręką.
Wodoodporny pakiet kablowy z przejściem przez kabel  MAKERELE‎ NPT(38)Box4A-BSłuży do stworzenia szczelnego przejścia przewodów do komory. Używałem właszczyk kablowych o średnicy 3/8 cala.
Przewód – przewodzony, izolowany silikonem, 22 GAmazonhttps://www.amazon.com/Fermerry
-Stranded-Electric-Cynnd-Copper/
dp/B089CQHRDT/ref=sr_1_1?
crid=PEFEI7BQBPNB& słowa kluczowe
=22%2Bgauge%2Bwire& qid=168
5586908& sprefiks=22%2Bguage%
2Bwire%2Caps%2C144& sr=8-1& th=1		Trzeba połączyć elementy z pi.  Dokładna marka nie ma znaczenia.
Zmywacz drutówAmazonhttps://www.amazon.com/Southwire
-Sprzęt-S1626STR-Zdzieranie na linii/dp/B00LQMRS7O/		Używany do cięcia i odcinania izolacji przewodów do świateł i innych połączeń elektrycznych
Opaski zaciskoweAmazonhttps://www.amazon.com/HAVE
-ME-TD-Linki-Okładki/dp/B08TVLYB3Q/		Służył do organizowania przewodów i mocowania rur do elektrozaworów. Dokładna marka nie ma znaczenia, ale potrzebne są różne małe rozmiary.

Bibliografia

  1. 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).
  2. Georgescu, M. R., Meslem, A., Nastase, I. Accumulation and spatial distribution of CO2 in the astronaut's crew quarters on the International Space Station. Build Environ. 185, 107278(2020).
  3. Boles, H. O., et al. build and testing of hardware to safely harvest microgreens in microgravity. Gravitat Space Res. 11 (1), 1-14 (2023).
  4. Poulet, L., et al. Large-Scale crop production for the Moon and Mars: Current gaps and future perspectives. Front Astron Space Sci. 8, 733944(2022).
  5. Cooper, M., Perchonok, M., Douglas, G. L. Initial assessment of the nutritional quality of the space food system over three years of ambient storage. Npj Microgravity. 3, 17(2017).
  6. Poorter, H., Navas, M. L. Plant growth and competition at elevated CO2: On winners, losers and functional groups. New Phytol. 157 (2), 177-198 (2003).
  7. Prior, S. A., et al. A review of elevated atmospheric CO2 effects on plant growth and water relations: Implications for horticulture. Hortscience. 46 (2), 15-162 (2011).
  8. Dong, J., et al. Effects of elevated CO2 on nutritional quality of vegetables: A review. Front Plant Sci. 9, 924(2018).
  9. Burgner, S. E., et al. Growth and photosynthetic responses of Chinese cabbage (Brassica rapa L. cv. Tokyo Bekana) to continuously elevated carbon dioxide in a simulated Space Station "Veggie" crop-production environment. Life Sci Space Res. 27, 83-88 (2020).
  10. Levine, L. H., et al. Physiologic and metabolic responses of wheat seedlings to elevated and super-elevated carbon dioxide. Adv Space Res. 42 (12), 1917-1928 (2008).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Poziomy CO2 w lotach kosmicznychinkubator laboratoryjnyhydroponiczne mikizieloneregulacja CO2odpowied wzrostowa ro linmikizielone z rzodkiewkimikizielone z amarantusa

Powiązane artykuły