Protocole de croissance d'AstroPlant

Préparation

Choix de l'expérience et de l'espèce

L'objectif scientifique des expériences AstroPlant est de fournir des données sur la croissance et le développement des plantes dans diverses conditions environnementales. Ces données sont utilisées pour développer et calibrer un modèle général de croissance des plantes afin d'éclairer les décisions agricoles dans l'espace et sur Terre. Ce n'est qu'en cultivant de la même manière les plantes de la même espèce dans tous les kits AstroPlant que nous pourrons les comparer et déterminer l'influence de leur environnement.

Comme les espèces réagissent souvent différemment à l'environnement, le modèle contiendra des variables spécifiques aux espèces. Il est donc nécessaire de mener des expériences avec un grand nombre d'espèces dans une myriade de conditions différentes. Certaines des cultures agricoles les plus importantes sont également au centre du programme MELiSSA de l'ESA, qui vise à développer un système écologique fermé de maintien de la vie (CELSS) intégrant des plantes supérieures. Par conséquent, le blé (Triticum aestivum L.) et le soja (Glycine max L.) ont été sélectionnés comme cultures d'intérêt pour les expériences AstroPlant.

Afin de permettre des expériences de plus courte durée tout en fournissant des données sur un type de culture différent, le basilic (Ocimum basilicum L.) a également été sélectionné. En outre, les expériences sur le basilic permettent une validation plus rapide du protocole et de la conception du kit. En effet, le basilic est une culture qui peut croître rapidement dans les bonnes conditions, mais qui se flétrit (c'est-à-dire que ses feuilles pendent et se dessèchent) rapidement si quelque chose ne va pas.

Si vous choisissez de mener une expérience avec des paramètres différents de ceux du protocole, vous devez l'indiquer en détail lorsque vous rapportez les mesures manuelles. C'est essentiel pour l'interprétation correcte de vos résultats !‎

Choix de l'emplacement optimal du kit

Lorsque vous placez le kit AstroPlant, il est important de :

• Le placer à l'intérieur de façon à ce que la température nocturne ne descende pas (régulièrement) en dessous de 10 °C
• Le placer sur une surface plane et surélevée
• Le placer dans une pièce sans changements de température irrégulier
• Ne pas le placer dans un endroit où il y a très peu ou beaucoup de mouvement d'air
• Ne pas le placer dans des conditions très sèches (RH <40%) ou très humides (RH >90%)
• Ne pas le placer directement dans la lumière du soleil
• Tenir compte du bruit produit par la pompe
• Placer le kit dans une pièce avec une connexion wi-fi

Mise en route du système hydroponique

Un système hydroponique à godets néerlandais, "WaterFarm" de General Hydroponics Europe (GHE), a été choisi pour alimenter les racines en eau et en nutriments. Des galets d'argile appelés "Lightweight Expanded Clay Aggregate" (LECA) seront utilisés comme substrat (fig.1). Chaque fois avant de commencer une nouvelle expérience, le LECA doit être rincé plusieurs fois pour s'assurer qu'il ne reste pas de nutriments de l'expérience précédente.

• 7 litres de petits cailloux d'argile LECA suffisent pour remplir le compartiment des racines
• 18 litres de solution nutritive (diluée) sont nécessaires par expérience.

1. Assemblez le système hydroponique en suivant les instructions en six étapes de GHE.
2. Rincez les galets d'argile avec de l'eau du robinet jusqu'à ce qu'ils soient dépoussiérés (au moins 3 fois).
3. Remplissez le compartiment des racines avec les galets d'argile.
4. Remplissez le réservoir de solution nutritive avec 6 litres de solution d'engrais NPK 7-4-10.
5. Placez le système hydroponique dans le kit AstroPlant.
6. Remplacez la solution nutritive du kit toutes les deux semaines.

Démarrage des LED

Le basilic pousse bien avec une photopériode de 16 heures (c'est-à-dire 16 heures de lumière, 8 heures d'obscurité chaque jour). Par conséquent, l'heure d'allumage de toutes les lumières LED doit être réglée sur 06:00 - 22:00 (6h - 22h). L'intensité des lumières LED doit être réglée sur : 10% pour le rouge, 4% pour le bleu et 2,5% pour le rouge lointain. Vous pouvez vérifier cela dans le menu de configuration.

Plantation

Selection et stérilisation des semences

Les semences fournies par AstroPlant proviennent d'une entreprise horticole et sont destinées à être utilisées dans l'agro-industrie. Elles ont un taux de germination très élevé (80 à 99 %, selon l'espèce). Il n'est donc pas nécessaire de sélectionner au préalable les "meilleures" semences, et on peut s'attendre à ce que chaque graine plantée se développe normalement.

Si les semences que vous envisagez d'utiliser ne sont pas fournies par une entreprise horticole à des fins agro-industrielles, vous pouvez faciliter votre expérience en sélectionnant les "meilleures" semences avant de les planter. Les caractéristiques des semences diffèrent beaucoup d'une espèce à l'autre, mais il existe certains traits communs qui peuvent être vérifiés :

• Les graines qui diffèrent de la morphologie de la majorité des graines contenues dans l'emballage sont généralement moins viables.
• Les graines plus grosses sont généralement plus fortes et ont un taux de germination plus élevé.
• Les graines doivent avoir un tégument intact afin de permettre une bonne imbibition et une défense contre les agents pathogènes.

Si vous utilisez une espèce ou un cultivar auto-sélectionné, vérifiez si l'espèce que vous souhaitez cultiver nécessite une période de vernalisation (stockage au froid). Cela est généralement indiqué sur les emballages fournis par l'industrie, car cela a un impact important sur le taux et le temps de germination.

Avant de commencer l'expérience, il est crucial de stériliser les graines. En effet, les graines provenant de sources non industrielles contiennent souvent des spores d'agents pathogènes qui contaminent l'expérience dès le début.

Si vous utilisez une espèce ou un cultivar auto-sélectionné, vérifiez si l'espèce que vous souhaitez cultiver nécessite une période de vernalisation (stockage au froid). Cela est généralement indiqué sur les emballages fournis par l'industrie, car cela a un impact important sur le taux et le temps de germination.

Avant de commencer l'expérience, il est crucial de stériliser les graines. En effet, les graines provenant de sources non industrielles contiennent souvent des spores d'agents pathogènes qui contaminent l'expérience dès le début.

1. Plongez les graines dans de l'éthanol à 70 % pendant 2 minutes.
2. Préparez une solution d'eau de Javel commerciale à 20 % avec une goutte de détergent courant.
3. Placez les graines dans 10 ml de cette solution pendant 15 minutes, en les remuant doucement de temps en temps (ou utilisez un barreau magnétique dans le bécher).
4. Rincez les graines quatre fois avec de l'eau distillée et stérilisée.

Semis ou transplantation

En raison de la matrice rugueuse des galets d'argile, les graines de basilic doivent être germées en dehors du kit. Il est préférable de préparer 2 semis par kit si les graines ont été envoyées par AstroPlant (car elles ont un taux de germination de 85%). Si vous avez acquis vos propres graines de basilic, il est préférable de préparer 5 plantules par kit, car elles auront un taux de germination plus faible. De cette façon, vous aurez certainement un semis viable pour commencer l'expérience. Placez les graines avec du papier filtre humide dans une boîte de Pétri ou un petit tube. Après 8 à 12 jours dans l'obscurité, elles auront germé.

Assurez-vous que les graines restent suffisamment humides pendant ces 8 à 12 jours.

1. Vérifiez quotidiennement si les graines ont germé et si la radicule (première partie de la racine) et l'hypocotyle (première partie de la tige) sont visibles. Si c'est le cas, vous pouvez commencer à planter.
2. Sortez le compartiment à racines du kit AstroPlant pour avoir un meilleur accès.
3. Sélectionnez le meilleur semis et ne plantez que celui-ci. Il ne faut pas utiliser les semis dont les tiges sont anormalement longues et les feuilles ternes, ni ceux dont les racines sont brunâtres ou recroquevillées. Retirez quelques cailloux d'argile du compartiment des racines et placez le semis à l'intérieur, à 1-2 cm de l'anneau d'irrigation. Il n'est pas crucial que la radicule et l'hypocotyle soient précisément dans la bonne direction ; les plantes sont très adaptables et se réorienteront au cours de leur croissance. Ce qui est important, c'est que la graine reste près de la surface et à la lumière.
4. Recouvrez les racines avec les galets d'argile retirés précédemment.
5. Replacez le compartiment à racines dans le kit.

Si vos graines germées tombent à travers les cailloux ou ne poussent pas correctement, vous pouvez faire pousser votre plant sur le papier filtre jusqu'à ce que les deux premières vraies feuilles mesurent 0,5 cm ou plus (voir 4B ; figure 5). Après cela, la plante devrait être suffisamment robuste pour prendre pied parmi les galets d'argile du kit AstroPlant. Comme les racines seront plus grosses, vous devez manipuler les plantules avec beaucoup de précautions !

Si vous continuez à faire pousser les plantules sur le papier filtre plus longtemps que juste après l'émergence de la radicule et de l'hypocotyle, n'oubliez pas de le mentionner dans votre fichier de mesures manuelles (avec le nombre de jours).

Croissance

Figure 1 : Croissance du basilic sous une lumière LED blanche.

Progression de la croissance et période de récolte attendues

Le basilic est une herbe touffue à croissance rapide. C'est pourquoi il n'existe pas d'échelle de développement et que la récolte du basilic se fait souvent en plusieurs fois. Il n'y a généralement que trois stades de croissance indiqués : pré-floraison, pleine floraison et post-floraison. Comme le basilic n'est pas cultivé pour la récolte de ses graines ou de ses fruits, il est plus utile d'indiquer la croissance du basilic en surface foliaire et en masse fraîche. La récolte est généralement possible par cycles à partir de 40 jours après le semis.

Dans des conditions meilleures qu'en plein champ, la germination est attendue entre 8 et 12 jours après le semis [1]. Les résultats de la croissance du basilic présentés ci-dessous sur la figure 1 ont été obtenus sous une lumière LED blanche, mais dans un sol plutôt que dans un système hydroponique. [2]

Habituellement, le basilic est récolté par cycles, en ne prélevant qu'une partie des feuilles à chaque fois. Cela permet à la même plante de faire repousser de nouvelles feuilles, ce qui est plus productif que de récolter la plante entière une seule fois. Cependant, les expériences d'AstroPlant sont axées sur la croissance des plantes, et non sur la stratégie de production optimale. Pour obtenir les meilleures informations sur la façon dont les plants de basilic poussent dans un environnement, ils doivent pousser pendant six semaines après la germination. Ce n'est que si les plants de basilic de tous les kits AstroPlant sont cultivés de la même manière, que nous pourrons les comparer et déterminer l'influence de leur environnement.

Après six semaines de croissance dans de bonnes conditions, votre plant de basilic commencera à fleurir. Comme le basilic est cultivé pour ses feuilles, il faut enlever les fleurs. Ce processus est appelé "taille" et empêche la plante de diriger ses ressources vers le développement des fleurs et des graines. Au lieu de cela, après la taille, la plante utilisera ces ressources pour développer des feuilles plus nombreuses et plus grandes.

Lorsque vous effectuez les mesures manuelles habituelles, vérifiez si de petites fleurs blanches commencent à pousser au sommet de votre plante de basilic. Si vous les repérez, regardez de haut en bas le long de la tige principale pour trouver le nœud avec de (petites) feuilles le plus proche de la fleur. Un nœud est le point où une feuille ou une branche est attachée à la tige principale. Ensuite, utilisez des ciseaux pour couper la tige principale à 0,5 cm au-dessus de ce nœud.

Références

[1] Pushpangadan, P., & George, V. (2012). Basil. In Handbook of Herbs and Spices (Second Edition), Volume 1 (pp. 55-72).

[2] Frąszczak, B., Golcz, A., Zawirska-Wojtasiak, R., & Janowska, B. (2014). Growth rate of sweet basil and lemon balm plants grown under fluorescent lamps and LED modules. Acta Sci. Pol. Hortorum Cultus, 13(2), 3-13.