Использование аэропонных систем для клонального распространения каннабиса
Summary
Этот протокол предназначен для предоставления инструктивной информации для клонального распространения Cannabis sativa L. путем реализации аэропонных систем. Способ, описанный здесь, включает в себя все необходимые материалы и протоколы для успешного воспроизведения желаемых морфологических и химических свойств в роде Cannabis.
Abstract
Этот протокол описывает стандартизацию эффективного метода клонального распространения конопли с использованием аэропонных систем. Первичные побеги черенков были вырезаны из двух сортов конопли, названных «Вишневое вино» и «Красный робин» (17-20% мас./мас. КБД), которые служили «материнским растением». Предшественник ауксина (индол-3-масляная кислота) применяли для стимуляции развития корней в базальной части иссеченных черенков перед помещением в систему. Черенки слегка запотевали раствором питательного тумана каждые три дня, чтобы обеспечить питательную поддержку, поскольку раствор содержит необходимые макроэлементы, включая азот, фосфор и калий. Резервуар для воды аэропонной системы поддерживал диапазон рН между 5,0-6,0 и температурой воды между 20-22 °C. Погружной водяной насос использовался для подачи воды к черенкам. Черенка кончика побега обеспечивали 24 ч света в сутки в течение 10 дней до тех пор, пока не произошло развитие корней, на что корневые черенки пересаживали в исследовательских целях. Эти аэропонные системы доказали, что дают желаемые результаты для распространения каннабиса . Метод, описанный здесь, смягчает потенциальные временные ограничения, возникающие в результате традиционных методов, чтобы обеспечить более эффективные средства для бесполого распространения каннабиса.
Introduction
Каннабис сатива L. является однолетним, двудомным, цветущим растением, классифицированным в семействе Cannabaceae. Каннабиноиды, продуцируемые преимущественно в железистых трихомах, расположенных на наружном эпидермальном слое прицветных тканей на женских соцветиях1, становятся все более популярной темой исследований, прежде всего благодаря их прогрессивно признанным лекарственным свойствам. Каннабидиол (КБД) является вторым наиболее заметным каннабиноидом, обнаруженным в каннабисе после Δ9-тетрагидроканнабинола (ТГК), и приписывается множеству лекарственных преимуществ, включая обезболивающие свойства2, противосудорожные свойства3, антидепрессивные свойства4, снижение риска развития диабета5 и лечение различных расстройств сна6. Из-за множества преимуществ для здоровья, связанных с метаболитами растения каннабис, существует растущий спрос на его коммерческое производство7. Чтобы удовлетворить этот спрос, методы выращивания постоянно совершенствуются и изобретаются заново, чтобы постоянно поставлять последовательный, высококачественный растительный материал для развивающейся индустрии каннабиса.
Размножение каннабиса может быть облегчено двумя способами: половым или бесполым размножением. Примером полового размножения является опыление женской яйцеклетки пыльцой из тычинки самца, в результате чего получается семя, которое может прорастать. Прорастание семян является надежным методом выращивания, который использовался для целей селекции и культивирования, где желательные фенотипические признаки выбираются в родительских линиях для улучшения качества потомства растений каннабиса, включая такие черты, как засухоустойчивость, устойчивость к насекомым, повышение урожайности и повышение потенции8 . Однако непреднамеренное перекрестное опыление является неотъемлемым риском при выполнении полового размножения, вызывая нежелательное потомство, что приводит к потенциальной потере желательных признаков или введению нежелательных признаков. Примером этого непреднамеренного опыления являются производители конопли, получающие семена конопли, опыляемые пыльцой, производящей ТГК, что приводит к значительным экономическим потерям из-за несоответствующих растений (>0,3% общего содержания ТГК по весу)9. Кроме того, чтобы создать культуру, состоящую только из самок, необходимо посеять феминизированное семя вместо нефеминизированного семени, что может привести к гермафродитизму и другим нежелательным признакам, приводящим к экономическим потерям. Чтобы преодолеть ограничение полового размножения каннабиса, бесполое размножение широко практикуется в коммерческих моделях производства индустрии каннабиса10.
Бесполое размножение каннабиса требует только одного растения, что позволяет размножаться на один генотип, что позволяет производить коммерческие растения, несущие желаемые агрономические и фармацевтические признаки. Распространенной формой бесполого размножения каннабиса является вырезание и вставка небольших частей женского растения в беспочвенный субстрат11 , который покрыт куполом влажности, чтобы вызвать образование корней. Хотя этот метод оказался успешным, общим недостатком является накопление высокого уровня влажности (обычно 80% или выше) внутри купола, обеспечивая идеальную среду роста для грибковых патогенов, которые могут быть вредными для новых, чувствительных черенков. Другой формой бесполого размножения является микроразмножение с использованием культуры тканей, где стерильные методы позволяют размножать растительный материал каннабиса без насекомых, микробов и вирусов в ограниченном пространстве12. Этот процесс, однако, является дорогостоящим, трудоемким и требует подготовки лаборантов, которые, как правило, недоступны для крупномасштабных объектов каннабиса .
Существует очень мало опубликованных отчетов об исследованиях по клональному размножению каннабиса. Чтобы обеспечить основу для понимания бесполого размножения каннабиса в исследовательских целях и промышленном производстве, это исследование было направлено на демонстрацию простоты и доступности использования аэропонных систем для клонального распространения каннабиса. Аэропонные системы идеально подходят для бесполого размножения каннабиса, последовательно поставляя богатую питательными веществами воду черенкам, своевременно вызывая раннее корнеобразование и позволяя поддерживать растение бесконечно, если это необходимо.
Protocol
Representative Results
Discussion
С ростом спроса на растения каннабиса с постоянным содержанием каннабиноидов, различные методы клонального размножения были использованы в индустрии каннабиса . Бесполое размножение показывает несколько преимуществ перед сексуальными методами для крупномасштабного, посл?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было поддержано Институтом исследований каннабиса при Университете штата Колорадо-Пуэбло и Министерством науки и ИКТ (2021-DD-UP-0379) и городом Чхунчхон (Hemp R & D и индустриализация, 2020-2021).
Materials
| 1-part Fox Farm | Fox Farm | Soil Mix | |
| 1-part Promix | Promix | Soil Mix | |
| 1-part Roots Organic Original | Auora Innovations | Soil Mix | |
| 1-part Wiggle Worm Earth Worm Castings | UNCO Industries | Soil Mix | |
| Algae and Bacterial Cleaning Solution (Clear Rez) | EZ Clone | SKU#: 225 | 8 fl. Oz. |
| Artificial Lighting | AgroBrite | SKU#: 1399 | T5 324W 4' 6-Tube Fixture with Lamps |
| Cannabis Mother plant 1 (Cherry Wine) | Summit CBD | N/A | Donated material |
| Cannabis Mother Plant 2 (Red Wine) | Trilogene | SKU: 0101RR | |
| Corresponding Plastic Lid | Office Depot | N/A | 38.1 cm x 25.4 cm |
| Drill Bit 1 | Dewalt | DW1586 | 38.1 mm spade drill bit |
| Drill Bit 2 | Dewalt | DW1308 | 3.175 mm drill bit |
| Flora/Bloom (Nutrient Solution)-5 mL | General Hydroponics | SKU#: 726 | 946 mL (1 Quart) 2.43 lbs. (1.1 kg) (Available Phosphate 5.0%, Soluble Potash 4.0%, Magnesium 1.5%, Sulfur 1.0%) |
| FloraGrow (Nutrient Solution)- 5 mL | General Hydroponics | SKU#: 724 | 946 mL (1 Quart) 2.43 lbs. (1.1 kg) ((Total Nitrogen 2.0% (0.25% Ammoniacal Nitrogen, 1.75% Nitrate Nitrogen), Available Phosphate 1.0%, Soluble Potash 6.0%, Magnesium 0.5%)) |
| FloraMicro (Nutrient Solution)- 5 mL | General Hydroponics | SKU#: 759 | 946 mL (1 Quart) 2.43 lbs. (1.1 kg) ((Total Nitrogen 5.0% (0.3% Ammoniacal Nitrogen, 4.7% Nitrate Nitrogen), Soluble Potash 1.0%, Calcium 5.0%, Boron 0.01%, Cobalt 0.0005%, Copper 0.01%, Iron 0.1%, Manganese 0.05%, Molybdenum 0.0008%, Zinc 0.015%)) |
| Horticultural Scissors | Shear Perfection | SKU#: 12620 | Platinum Stainless Steel Bonsai Scissors (2.4") |
| Isopropyl Alcohol | Equate | Walmart # 574133562 | 70% concentration |
| Nutrient Mist Solution (Clonex Mist) | Growth Technology | SKU#: 4889 | 10.14 fl. Oz (300 ml) (Total Nitrogen: 5.9 × 10-4 %, Available Phosphate: 4.0 × 10-4 %, Soluble Potash: 5.0 × 10-4 %) |
| pH Down | General Hydroponics | SKU#: 733 | 946 ml (1 Quart) 2.43 lbs. (1.1 kg) |
| pH Up | General Hydroponics | SKU#: 730 | 946 ml (1 Quart) 2.43 lbs. (1.1 kg) |
| Plastic Container | Office Depot | N/A | 38.1 cm x 25.4 cm x 30.48 cm |
| Power Drill | Dewalt | DCD709B | 20-Volt Max ½” Drill |
| Rockwool Cubes | Grodan | SKU#: 830 | 38.1 mm |
| Rooting Solution (Clonex Rooting Gel) | Growth Technology | SKU#: 939 | 3.4 fl. Oz. (100 ml) (Indolebutyric Acid – 0.31%) |
| Statistic Software (Prism) | GraphPad Inc. | ||
| Submersible Water Pump | ActiveAQUA | SKU: AAPW250 | Model: AAPW250, Voltage 120V, Power 16W |
References
- ElSohly, M. A., Radwan, M. M., Gul, W., Chandra, S., Galal, A. Phytochemistry of Cannabis sativa L. Progress in the Chemistry of Organic Natural Products. 103, 1-36 (2017).
- Cunetti, L., et al. Chronic pain treatment with cannabidiol in kidney transplant patients in Uruguay. Transplantation Proceedings. 50 (2), 461-464 (2018).
- Hausman-Kedem, M., Menascu, S., Kramer, U. Efficacy of CBD-enriched medical cannabis for treatment of refractory epilepsy in children and adolescents – An observational, longitudinal study. Brain & Development. 40 (7), 544-551 (2018).
- Linge, R., et al. Cannabidiol induces rapid-acting antidepressant-like effects and enhances cortical 5-HT/glutamate neurotransmission: role of 5-HT1A receptors. Neuropharmacology. 103, 16-26 (2016).
- Lehmann, C., et al. Experimental cannabidiol treatment reduces early pancreatic inflammation in type 1 diabetes. Clinical Hemorheology and Microcirculation. 64 (4), 655-662 (2016).
- Shannon, S., Lewis, N., Lee, H., Hughes, S. Cannabidiol in anxiety and sleep: A large case series. The Permanente Journal. 23, 18-41 (2019).
- Russo, E. B. History of cannabis and its preparations in saga, science, and sobriquet. Chemistry & Biodiversity. 4 (8), 1614-1648 (2007).
- Vera, C. L., Hanks, A. Hemp production in Western Canada. Journal of Industrial Hemp. 9 (2), 79-86 (2004).
- . Hot hemp: How high THC levels can ruin a legal hemp harvest Available from: https://www.westword.com/marijuana/hot-hemp-how-high-thc-levels-can-ruin-a-legal-hemp-harvest-9963683 (2018)
- Lata, H., Chandra, S., Techen, N., Khan, I. A., ElSohly, M. A. Assessment of the genetic stability of micropropagated plants of Cannabis sativa by ISSR markers. Planta Medica. 76 (1), 97-100 (2010).
- Caplan, D., Dixon, M., Zheng, Y. Optimal rate of organic fertilizer during the flowering stage for Cannabis grown in two coir-based substrates. HortScience. 52 (12), 1796 (2017).
- Monthony, A. S., Page, S. R., Hesami, M., Jones, A. M. P. The past, present and future of Cannabis sativa tissue culture. Plants (Basel). 10 (1), 185 (2021).
- Clarke, R. C., Merlin, M. D. Cannabis domestication, breeding history, present-day genetic diversity, and future prospects. Critical Reviews in Plant Sciences. 35 (5-6), 293-327 (2016).
