利用气雾栽培系统进行大麻的克隆繁殖

摘要

本方案旨在通过采用气雾栽培系统，为大麻（Cannabis sativa L.）的克隆繁殖提供指导性信息。此处所述方法包含了成功复制大麻属（Cannabis）植物理想形态和化学特性的全部必要材料与操作步骤。

摘要

本方案描述了利用气雾栽培系统对工业大麻进行高效克隆繁殖技术的标准化操作。从两个工业大麻品种中分别切取初生茎段作为插条， "樱桃酒" 和 "红罗宾" （含17-20% w/w CBD），作为“母本植株”。在将插条放入系统前，对其基部施用生长素前体（吲哚-3-丁酸）以促进生根。每隔三天用营养雾溶液对插条进行轻微喷雾，以提供营养支持，该溶液含有氮、磷、钾等必需大量营养元素。气雾栽培系统的水箱维持pH值在5.0–6.0之间，水温保持在20–22 °C。使用潜水泵将水分输送至插条。茎尖插条每日接受24小时光照，持续10天，直至根系发育；随后将已生根的插条移栽用于研究。这些气雾栽培系统已被证实可产生理想的结果 大麻 扩繁。本文所述方法缓解了传统方法可能带来的时间限制，从而为无性扩繁提供了一种更高效的途径 大麻.

引言

Cannabis sativa L. 是一种一年生雌雄异株的开花植物，属于大麻科（Cannabaceae）。大麻素主要在雌花花序苞片组织外层表皮上的腺毛中产生。¹，正逐渐成为热门的研究课题，主要因其日益被认可的药用特性。大麻二酚（CBD）是大麻中含量第二高的 cannabinoids 大麻 之后 Δ⁹四氢大麻酚（THC）具有多种药用益处，包括镇痛作用²抗惊厥特性³，抗抑郁特性⁴，降低糖尿病风险⁵，以及治疗各种睡眠障碍⁶. 由于与代谢物相关的多种健康益处 大麻 植物，对其商业化规模生产的需求日益增长⁷为了满足这一需求，种植方法正不断得到改进和革新，以持续为新兴领域提供稳定且高质量的植物材料 大麻 产业。

扩增 大麻 可以通过两种方式实现：有性繁殖和无性繁殖。有性繁殖的一个例子是用雄蕊的花粉为雌性胚珠授粉，从而产生可萌发的种子。种子萌发是一种可靠的栽培方法，已被广泛用于育种和栽培，通过在亲本系中选择理想的表型性状以提高后代品质。 大麻 植物，包括耐旱性、抗虫性、产量提高和活性增强等性状⁸然而，在进行有性繁殖时，意外的异花授粉是一种固有的风险，会导致产生不良后代，进而可能丧失理想性状或引入不希望出现的性状。一个典型的意外授粉案例是，大麻种植者收到的 hemp 种子被含有 THC 的花粉授粉，导致植株不符合法规要求，造成严重的经济损失。>0.3% 总THC（w/w）⁹此外，为了培育出全雌性作物，必须播种经雌性化处理的种子，而非未经雌性化处理的种子，因为后者可能导致雌雄同体及其他不良性状，从而造成经济损失。为克服有性繁殖的局限性 大麻，无性繁殖已在商业生产模式中被广泛应用 大麻 工业¹⁰.

无性繁殖 大麻 仅需一株植物即可，这使得单一基因型得以扩增，从而实现具有优良农艺性状和药用价值性状植物的商业化生产。一种常见的无性繁殖方式 大麻 繁殖方法是将雌性植株的小段切下并插入无土基质中¹¹ 用湿度罩覆盖以诱导生根。尽管该方法已被证实有效，但常见的缺点是罩内会积聚较高湿度（通常为80%或更高），为真菌病原体提供了理想的生长环境，可能对新生的敏感插条造成不利影响。另一种无性繁殖方式是利用组织培养进行微繁殖，该方法通过无菌操作技术实现无昆虫、微生物和病毒的繁殖 大麻 在有限空间内的植物材料¹²然而，该过程成本高昂、耗时较长，且需要经过专业培训的实验室技术人员，因此在大规模应用中通常难以实现 大麻 设施。

关于无性系繁殖的研究报道极少 大麻为理解无性繁殖提供基础 大麻 出于科研和工业生产的目的，本研究旨在展示利用气雾栽培系统进行克隆繁殖的简便性与可行性 大麻气雾栽培系统非常适合无性繁殖 大麻持续为插条提供富含养分的水分，及时促进早期生根，并在需要时可无限期地维持植株生长。

方案

1. 克隆繁殖母本植株的制备

1. 选择一株健康、具有理想形态和化学特性的雌性母本植株，这些特性应与其预期用途密切相关。
2. 让母本植株生长至适宜的大小（约25个成熟枝条），以进行无性繁殖（即扦插）。
3. 使母本植株保持在营养生长期（光照：黑暗 = 18小时：6小时），以促进枝条生长，为后续繁殖做准备。

2. 气雾培养系统的构建与准备

1. 首先将盖子放置在容器（38.1 cm x 25.4 cm x 30.48 cm）顶部，在盖子上钻出所需数量的孔，各孔之间应留出足够的间距（建议为 3 cm）。
2. 将水泵（材料表）置于容器中央。
3. 向容器中倒入 7–8 L 蒸馏水，使水泵喷嘴距离水面约 2.5 cm。
   注：这可确保潜水式水泵（材料表）能够以足够的压力将水推送至容器盖表面。建议使用蒸馏水，但普通自来水也可使用。
4. 在每个孔位中放入适量的岩棉块（3.81 cm）（材料表）或其他选定的培养基块。开启水泵并使其连续运行 24 小时。
   ​注：推荐使用岩棉块，因其对新生根插条具有良好的"固定"能力，有助于移栽后保持植株直立。

3. 选择并切取合适的茎段

1. 使用已灭菌的解剖刀或剪刀采集靠近顶端分生组织的茎段。插条长度约为 10 cm，最好带有数个节位。
   注意：将茎以 45° 角斜切。45° 斜切可增加插条基部的表面积，从而为根系发育提供更多空间。可选择在 45° 切口中央再切一个 1–2 cm 的小切口，以进一步增大表面积。
2. 除顶部三个节位的叶片外，其余叶片全部去除。
3. 将新切下的插条基部向上浸入含有吲哚-3-丁酸（IBA）的生根溶液（材料表）中约 2–5 cm，持续约 5 秒。
4. 将插条插入气雾栽培系统中岩棉块的中心位置。
   注意：插条插入深度应距离岩棉块底部约 1–2 cm。
5. 每隔 3 天用营养雾溶液（材料表）喷洒未生根的插条一次。
6. 在每日 18–24 小时光照、光合光子通量密度（PPFD）为 100 µmol/m²/s、温度 24–29 °C、相对湿度 40–60% 的条件下培养插条。

4. 气雾栽培系统的维护与繁殖体健康

1. 每隔 2 至 5 天，用 pH 值在 5.0–6.0 之间的水补充系统。
2. 每隔 3 天，用营养雾化溶液（材料表）对插条进行轻微喷雾（每根插条喷一次）。
3. 每隔 3 至 5 天，向储液器中添加 5 mL 每种营养液（材料表）。
   注意：添加营养液会导致水体变褐且浑浊。
4. 每 5 天，按每 10 L 水添加 15 mL 含次氯酸（0.028%）的藻类和细菌清洁溶液（材料表）。

5. 移植繁殖体

1. 选择具有长而白色、纤维状根系的插条。
   注意：避免使用根系呈褐色、黏滑且短小的插条，这通常是根腐病存在的迹象，此类插条通常需要更长时间才能适应新的生长基质，并可能引入不必要的病害。
2. 小心地将岩棉块从系统中取出，并将根系轻轻解开。
3. 将Cannabis繁殖体移植到装有营养土混合物的4 L育苗盆中（材料表）。
   ​注意：建议立即浇水，以防止根系干燥。

6. 气雾栽培系统的清洁与储存

1. 当系统不再使用时，用水冲洗，并用70%乙醇或其他消毒剂清洁。
2. 从水泵上取下滤膜，用水冲洗以去除残留物。
3. 用纸巾或抹布擦拭系统表面，使其干燥。
4. 将水泵放入容器中，盖上盖子，存放至下次使用。

结果

为了验证所描述的气雾栽培系统的效率，分别从母株“Cherry Wine”和“Red Robin”上切取了10株和12株健康的14 cm长枝条（图1A、B）。将插条浸入生根诱导培养基后，置于该系统中（图2A）。气雾栽培系统的构建与运行流程以示意图形式展示于图2A中。

经过2天的适应期后，所有克隆植株均在3-7天内开始生根，并在系统中培养10-14天后形成全长达37 cm的完整根系，足以移栽至装有土壤的花盆中（图2B，D）。 图3 展示了各品种茎和根的平均长度。在移栽至土壤前，测量了茎和根的长度。‘Cherry Wine’的茎和根平均长度分别为24.8 cm ± 2.4 cm和37.8 cm...

讨论

随着需求的不断增长 大麻 大麻素含量稳定的植物，已采用多种克隆繁殖方法 大麻 产业中，无性繁殖相较于有性繁殖在大规模、一致性生产方面具有多项优势。气雾繁殖系统是水培系统的一种改良形式，通过使用充氧的营养液雾化环境，促进根系快速发育。所述气雾繁殖系统包含三个关键步骤：1）获得健康的雌性植株 大麻 以“母本”植株作为目标理化性状的遗传来源，2）切取茎段（顶端分生组织）并用含有生长素前体IBA的生根诱导培养基处理，3）将繁殖体移至目标育苗盆中进行驯化。

气雾繁殖系统能够高效地生产工业大麻克隆植株，相较于其他繁殖方法具有明显优势。其优点包括：1）节省时间和成本——仅需5天即可形成健康、成熟的根系，且所需人工较少；2）遗传一致性——可生产遗传上完全相同的克隆植株，避免任何遗传变异，满足可重复的Cannabis科研及产业应用需求；3）在大规模操作中具有高度均一性；4）较低的微生物病原体易感性——植物上部冠层的湿度相对较低，低于根系发育所处容器内部积聚的湿度水平。

尽管...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
1份 Fox Farm	Fox Farm		土壤混合物
1份 Promix	Promix		土壤混合物
1份 Roots Organic Original	Auora Innovations		土壤混合物
1份 Wiggle Worm 蚯蚓粪	UNCO Industries		土壤混合物
藻类和细菌清洁液（Clear Rez）	EZ Clone	SKU#: 225	8 fl. Oz.
人工照明	AgroBrite	SKU#: 1399	T5 324W 4' 6灯管支架及灯管
大麻母本植株1（Cherry Wine）	Summit CBD	N/A	捐赠材料
大麻母本植株2（Red Wine）	Trilogene	SKU: 0101RR
配套塑料盖	Office Depot	N/A	38.1 cm x 25.4 cm
钻头1	Dewalt	DW1586	38.1 mm 平口钻头
钻头2	Dewalt	DW1308	3.175 mm 钻头
Flora/Bloom（营养液）-5 mL	General Hydroponics	SKU#: 726	946 mL (1 夸脱) 2.43 磅 (1.1 kg)（有效磷酸盐 5.0%，可溶性钾 4.0%，镁 1.5%，硫 1.0%）
FloraGrow（营养液）- 5 mL	General Hydroponics	SKU#: 724	946 mL (1 夸脱) 2.43 磅 (1.1 kg)（总氮 2.0%（0.25% 氨态氮，1.75% 硝态氮），有效磷酸盐 1.0%，可溶性钾 6.0%，镁 0.5%）
FloraMicro（营养液）- 5 mL	General Hydroponics	SKU#: 759	946 mL (1 夸脱) 2.43 磅 (1.1 kg)（总氮 5.0%（0.3% 氨态氮，4.7% 硝态氮），可溶性钾 1.0%，钙 5.0%，硼 0.01%，钴 0.0005%，铜 0.01%，铁 0.1%，锰 0.05%，钼 0.0008%，锌 0.015%）
园艺剪刀	Shear Perfection	SKU#: 12620	铂金不锈钢盆景剪（2.4"）
异丙醇	Equate	Walmart # 574133562	70% 浓度
营养喷雾液（Clonex Mist）	Growth Technology	SKU#: 4889	10.14 fl. Oz (300 ml)（总氮：5.9 × 10-4 %，有效磷酸盐：4.0 × 10-4 %，可溶性钾：5.0 × 10-4 %）
pH 下调剂	General Hydroponics	SKU#: 733	946 ml (1 夸脱) 2.43 磅 (1.1 kg)
pH 上调剂	General Hydroponics	SKU#: 730	946 ml (1 夸脱) 2.43 磅 (1.1 kg)
塑料容器	Office Depot	N/A	38.1 cm x 25.4 cm x 30.48 cm
电钻	Dewalt	DCD709B	20伏最大 ½” 钻机
岩棉块	Grodan	SKU#: 830	38.1 mm
生根液（Clonex 生根凝胶）	Growth Technology	SKU#: 939	3.4 fl. Oz. (100 ml)（吲哚丁酸 - 0.31%）
统计软件（Prism）	GraphPad Inc.
潜水泵	ActiveAQUA	SKU: AAPW250	型号：AAPW250，电压 120V，功率 16W