品种筛选对半干旱山地花用工业大麻产量及大麻素合成的影响机制

本文通过三年田间试验（2020–2022，犹他州洛根）系统评估了15个花用工业大麻品种在半干旱山地环境中的农艺表现。研究发现：光周期响应差异显著影响生物量分配，早花品种（15小时光周期诱导）比叶生物量高17%，且CBD浓度提升（如Suver Haze达7.8%），但10-17%品种Δ9-THC超过法定阈值0.3%；关键合规品种Berry Blossom、Dutch Delight和Trump在THC合规前提下CBD产量最优，而移植死亡率揭示Royal North等品种适应性缺陷。研究强调精准收获窗口对THC合规的关键作用，为区域化品种选育提供数据支撑。

　　

引言

工业大麻（Cannabis sativaL.）作为Δ9-THC<0.3%的经济作物，其花用品种主要提取大麻二酚（CBD）等非精神活性成分。2018年《美国农业法案》颁布后，犹他州于2019年批准商业化种植，但半干旱山地环境下的品种适应性数据匮乏。本研究聚焦三个核心问题：品种光周期响应特性、生物量分配规律、及大麻素动态积累与THC合规性的关系。

方法与材料

试验设计

在洛根（41°39′46.29″N）的Greensom壤土（pH 7.4，盐度0.58 dS·m^-1）进行三年随机区组试验。每年测试不同品种（2020年11个、2021年15个、2022年6个），行距1.5米，采用玉米需水量模型的喷灌系统（年均灌水量368 mm）。每品种3重复，每区9株，中心株为采样株（图1）。

关键参数

• 光周期分组：按温室报告分为早花（14.0–15.0小时）与晚花（13.5–13.75小时）组

• 采样分析：开花后每周采集花叶混合样，通过UPLC检测10种大麻素，按公式计算总量：

  总CBD = CBD + 0.877 × CBDA

  总Δ9-THC = Δ9THC + 0.877 × THCA

• 收获指标：茎秆与花叶生物量分离，计算收获指数（HI=花叶生物量/总生物量）

结果与讨论

1. 移植存活率

品种间存活率差异显著（p<0.05）：

• Tokyo Plus三年平均损失率15%（2021年硬化处理后仍达22%）

• Royal North在2022年损失率37%，表明其弱适应性

• 硬化处理未显著提升存活率，提示环境胁迫是主因

2. 时间性大麻素动态

Δ9-THC与CBD呈同步积累趋势，但拐点时间因光周期而异（表4）：

• 早花品种：开花98天后Δ9-THC逼近0.3%阈值（Abacus达0.29%）

• 晚花品种：Dutch Domination在132天时CBD仅3.86%，但Δ9-THC维持0.14%低位

• 关键发现：Suver Haze的CBD峰值（7.8%）与Δ9-THC峰值（0.44%）重叠，需精确采收时机

3. 生物量分配规律

收获指数（HI）揭示光周期对物质分配的影响：

• 早花品种HI提升：Royal North（2021年HI 0.78）比晚花组高31%

• 晚花品种茎生物量占比高：Tokyo Plus（2021年茎产量9.26 Mg·ha^-1）

4. 产量与合规性平衡

4.1 CBD生产潜力

合规品种中（Δ9-THC<0.3%）：

• Berry Blossom：CBD 4.42% + 花叶生物量3.06 Mg·ha^-1

• Dutch Delight：CBD产量227 kg·ha^-1（2021年）

• Trump：三年平均CBD 4.03%

4.2 高风险品种

Tokyo Plus的Δ9-THC达0.39%（2020年），超出法定阈值30%

5. 环境互作效应

• 温度胁迫：2020年生长季降水量仅109 mm（低于均值47%），导致BaOx CBD降至1.9%

• 降水效应：2021年8月79 mm降水使晚花组生物量提升24%

结论

1. 光周期主导生物量分配：早花品种（光周期≥15小时）花叶生物量占比比晚花组高17%，CBD浓度提升40%

2. THC合规临界点：10-17%品种Δ9-THC超标，Berry Blossom等需在开花105天内采收

3. 区域适配品种：Dutch Delight（CBD 4.47%）、Trump（生物量5.51 Mg·ha^-1）及The Wife（CBD 5.37%）为山地最优选

4. 跨年变异警示：Royal North的CBG浓度从2021年0.23%骤升至2022年3.95%，提示需多年多点测试

该研究首次建立半干旱山地工业大麻的产量-品质预测模型，为规避THC超标风险提供精准农艺策略。