Construção e operação de uma câmara de crescimento elevado de dióxido de carbono de baixo custo para avaliar a fisiologia de microverdes sob níveis de_CO2 relevantes para voos espaciais

Estamos interessados em como níveis extremos de dióxido de carbono, 3000 partes por milhão, afetam o crescimento e a nutrição das plantas. Queríamos desenvolver uma câmara de CO2 extremo e de baixo custo. Porque atualmente, poucas câmaras de crescimento conseguem manter níveis extremos de CO2.

Para começar, instale e ligue os equipamentos necessários para o procedimento. Limpe todas as superfícies não eletrônicas da câmara, incluindo paredes, teto e porta, com desinfetante SA-20 preparado a 7,8 mililitros por litro de água. Deixe a porta da câmara aberta e deixe a câmara secar ao ar durante a noite.

Prepare 0,25x de meio de sal basal MS sem trafuso dissolvendo 4,3 gramas de sais MS e um grama de ácido 2-etanossulfônico em um litro de água desionizada. Use um molar de hidróxido de potássio para ajustar o pH do meio para 5,7. Dilua a solução em um volume final de quatro litros e dispense alíquotas de 700 mililitros em frascos de um litro.

Depois, encha frascos autoclaváveis com água destilada ou deionizada para esterilização e enxágue das sementes. Autoclave do meio MS e a água preparada usando um ciclo líquido por 30 minutos. Envolva as caixas, ferramentas e recipientes hidropônicos em papel alumínio.

Autoclave: os materiais envolvidos em um ciclo de secagem com um tempo de secagem de 30 minutos. E realize os próximos passos em um exaustor de fluxo laminar. Dentro da capuz, adicione sementes de rabanete a uma solução de água sanitária a 2%, contendo 0,05% de Triton X-100, e agite a suspensão de sementes suavemente por cinco minutos em temperatura ambiente.

Decante a solução de água sanitária das sementes e enxágue as sementes três vezes com água estéril. Após o enxágue, deixe as sementes de molho durante a noite em água estéril para promover uma germinação uniforme. Em seguida, encha cada caixa hidropônica com meio MS estéril 0,25x, até que a superfície do feltro seja coberta por aproximadamente um a dois milímetros de líquido.

Verifique se não há espaço de ar entre o feltro e o líquido. Usando pinças estéreis, coloque até 30 sementes de rabanete sobre o feltro em cada caixa hidropônica. Pressione as sementes suavemente contra o feltro com a pinça e certifique-se de que as sementes fiquem centralizadas acima dos orifícios das pontas do inserto.

Cubra cada caixa hidropônica plantada com filme plástico ou tampas estéreis para manter a umidade durante a germinação. Ajuste o regulador primário de dióxido de carbono para aproximadamente 10 libras por polegada quadrada. Agora, abra lentamente a válvula principal do tanque de dióxido de carbono.

Ajuste o regulador secundário de redução entre uma e três libras por polegada quadrada. Ligue as câmaras da incubadora de bancada e ajuste a temperatura interna para 23 graus Celsius. Verifique se o ventilador interno está funcionando e certifique-se de que ele está livre para manter a circulação adequada do ar.

Em seguida, abra a Control_chamber_JoVE. código py em Thonny. Confirme o dióxido de carbono nas configurações de luz.

Execute o programa. Depois, verifique se os solenóides, sensores e luzes respondem corretamente. Quando o ambiente estiver estável, coloque as caixas hidropônicas cobertas dentro de cada câmara.

Feche a porta da câmara. E confirme que a concentração de dióxido de carbono retorna ao ponto de ajuste em três a cinco minutos. Cubra os painéis da porta da câmara com papel alumínio ou película blackout para evitar interferência da luz.

Abra a capa para verificar as plantas diariamente e leia a capa com fita adesiva após a inspeção. Monitore as leituras da câmara de uma a três vezes ao dia usando o RealVNC, ou localmente por meio de uma interface multimídia em alta definição. Deixe as sementes germinarem com as coberturas de umidade no lugar por três a quatro dias, até que o chumbo da cama na emergência seja visível.

Remova as coberturas de umidade, assim que a maioria das raízes das mudas tiver penetrado no substrato de feltro. Responda prontamente a quaisquer alertas por e-mail gerados pelo sistema e registre quaisquer anomalias ou intervenções manuais. Continue a incubação até que o crescimento da planta atinja o estágio desejado.

Ao final do ciclo de crescimento, abra a porta da câmara e retire as plantas da câmara. O processamento das plantas é necessário para os objetivos experimentais, como biomassa, clorofila ou análise de nutrientes. Pare o script de Controle e desligue a incubadora de bancada e as luzes.

Renomeie o arquivo de dados ambientais Chamber_data_csv e copie o arquivo renomeado para um pen drive. Remova o condensado do interior da câmara e limpe as superfícies internas não eletrônicas com etanol a 70%. Deixe a porta da câmara aberta e acione a bomba de ar até que a câmara e o tubo fiquem secos.

Por fim, desligue as réguas de energia e feche a válvula do tanque de dióxido de carbono para evitar vazamentos e economizar gás. Os microverdes de rabanete atingem o desenvolvimento típico 10 dias após o plantio. O sistema de regulação do dióxido de carbono manteve as concentrações-alvo para as condições ambientes e extremas de dióxido de carbono.

As concentrações médias de dióxido de carbono durante experimentos com rabanetes foram de 618 partes por milhão para o tratamento ambiente e 3061 partes por milhão para o tratamento de condições extremas. Os níveis de dióxido de carbono nas câmaras de rabanete tornaram-se mais variáveis durante o dia, à medida que a massa vegetal aumentava, exigindo injeções frequentes para manter as concentrações. A respiração noturna das plantas aumentou as concentrações de dióxido de carbono na câmara ambiente do rabanete até picos acima de 1.200 partes por milhão.

Os níveis de dióxido de carbono caíram para cerca de 400 partes por milhão logo após o início do período de luz na câmara ambiente, indicando uma rápida absorção durante o dia. As temperaturas na câmara permaneceram próximas a 25 graus Celsius durante o dia e próximas ao ponto de ajuste de 23 graus Celsius durante a noite, em ambas as condições. A umidade relativa aumentou gradualmente ao longo do experimento com rabanetes à medida que a transpiração das plantas aumentava.

A pressão do ar permaneceu constante e quase idêntica entre os tratamentos com dióxido de carbono ambiente e extremo durante todo o experimento. Nosso método poderia ser usado por pesquisadores interessados em biologia espacial, fisiologia de microverdes ou resposta das plantas ao aumento do dióxido de carbono. A atenção à esterilidade e à higienização é fundamental ao realizar esse protocolo para prevenir doenças.

As câmaras devem ser verificadas regularmente para garantir o funcionamento adequado. Essas câmaras poderiam ser usadas para investigar como uma variedade de concentrações de dióxido de carbono afeta a fisiologia de outras plantas pequenas.