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本研究针对工业大麻品种光周期敏感性差异导致的种植适应性与产量瓶颈，提出基于表型数据、多环境试验和文献整合的四级分类系统（PSPs、IPAs、STHs、BMax），实现了基因型-环境-管理（G×E×M）精准匹配。该框架优化育种目标与资源利用效率，为可持续农业提供理论支撑，推动大麻在纤维、籽粒及次生代谢物生产中的气候韧性应用。
论文解读
研究背景：解锁大麻潜力的关键挑战
工业大麻（Cannabis sativa L.）作为纤维、籽粒和药用化合物的多用途作物，在全球农业中迅猛复兴。然而，其核心农艺性状——开花行为高度依赖光周期敏感性，导致品种在跨纬度种植时出现严重适应障碍：高纬度地区传统品种因短日照过早开花，生物量积累不足；而低纬度地区长日照延迟生殖转化，降低种子产量。现有分类体系未能系统解析光周期响应的连续谱，制约了精准农业实践和靶向育种进程。
研究机构与核心发现
由意大利研究团队领衔的国际合作，通过整合表型组学、多环境试验和基因组学数据，首次建立工业大麻光周期响应四级分类系统：
- 光周期敏感先锋型（PSPs）：严格短日照触发开花，适应高纬度但低纬度生物量锐减
- 中间光周期适应型（IPAs）：光周期与发育信号协同调控，中纬度均衡性突出
- 夏至触发杂合型（STHs）：开花由夏至日长与积温（AHUs）共同决定
- 生物量最大化型（BMax）：弱光周期敏感，以持续营养生长实现超高纤维产量
该成果发表于农林科学TOP期刊《Industrial Crops and Products》，为全球大麻产业提供首个表型-基因型-环境互作（G×E×M）决策框架。
关键技术方法
研究通过：
- 跨纬度表型组分析（欧洲、北美、澳洲试验点），量化开花时间、生物量与光周期关联性；
- 关键基因功能验证（如开花整合因子FT1、光周期传感器CO），结合GWAS定位数量性状位点（QTL）；
- 环境互作建模，解析温度、海拔对FT-CO通路的调控效应；
- 农艺参数优化，测试四类品种在差异水肥下的水分利用效率（WUE）与热耐受阈值。
研究结果与结论
4.1 PSPs：高纬度专用种质
- 结论：COL-FT模块介导严格光周期响应，在>45°纬度区实现籽粒高产，但赤道区生物量下降40%（De Prato et al., 2022a）
- 意义：为高纬度育种提供核心亲本，需改良FT等位基因拓展种植边界
4.2 IPAs：广适性黄金带品种
- 结论：BRC1-IEL基因调控分枝结构，在30–45°纬度带实现生物量/籽粒平衡，WUE达2.5 g/L（Hall et al., 2014a）
- 意义：支撑中纬度多熟制种植，抗旱基因AQP是改良重点
4.3 STHs：光温协同进化型
- 结论：夏至日长激活FT1表达，积温（>800 AHUs）驱动爆发式开花，生物量较PSPs提高25%（Amaducci et al., 2012）
- 意义：C. ruderalis渐渗系（Petit et al., 2020）助力温带气候育种
4.4 BMax：生物工程理想材料
- 结论：BR信号增强与GAI/RGA抑制（Dill & Sun, 2001）驱动无限营养生长，纤维产量达22 t/ha
- 局限：高水肥需求，需结合ARF/CRR改良资源利用效率
变革性意义：从分类学到农业实践
该四级系统破解了三大产业瓶颈：
- 育种革命：精准选择亲本（如PSPs×BMax杂交）创制兼抗性品种；
- 农艺优化：按类定制播种期（IPAs弹性窗口）、密植策略（BMax低密度）；
- 碳中和贡献：BMax类年固碳量达15 t CO2/ha，显著优于林木（Prade et al., 2011）
未来需结合CRISPR编辑FT-CO通路、表观遗传调控（Naim-Feil et al., 2021）及LCA生命周期评估，推动大麻成为气候智慧型农业支柱作物。
