《Molecules》：From Wild-Growing Plants to Promising Candidates for Hemp Variety Development: Morphological and Phytochemical Characterization of Macedonian Cannabis sativa L.
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背景：野生大麻（Cannabis sativa L.）是工业大麻型植物材料尚未充分开发的资源，但其对未来选育的价值取决于标准化的形态与植物化学表征。本研究评估了源自野生的栽培北马其顿大麻（CsW），并与选定的商业栽培品种及文献报道的欧洲工业大麻品种进行比较，基
背景：野生大麻（Cannabis sativa L.）是工业大麻型植物材料尚未充分开发的资源，但其对未来选育的价值取决于标准化的形态与植物化学表征。本研究评估了源自野生的栽培北马其顿大麻（CsW），并与选定的商业栽培品种及文献报道的欧洲工业大麻品种进行比较，基于表型分化和大麻素多样性的评估。方法：来自北马其顿两个地区——科查尼（Ko?ani）（W1、W2、W6）和斯特鲁米察（Strumica）（W3和W4）——五个野生植株群体的种子，连同四种具有不同大麻素组成的商业栽培品种一起在室外种植。使用选定的UPOV描述符和多变量分析评估形态性状。采用高效液相色谱-二极管阵列检测法（HPLC-DAD）测定大麻素。结果：基于UPOV的主成分分析（PCA）清晰地将CsW与商业栽培品种区分开（R2X = 0.92，Q2 = 0.86），而扩展的比较性UPOV分析表明，CsW与已注册的工业大麻型材料（特别是Kompolti）存在表型相似性，支持其作为未来DUS导向评估中潜在表型参考的相关性。在栽培的野生起源群体中，来自科查尼地区的W1显示出最高的雌株比例（10:1），代表了有利于花导向生产的农艺特性。所有CsW均为CBD占主导的化学型III类，总CBD含量为5.14–7.61%，而总Δ9-THC未超过0.20%。这种CBD/THC平衡将CsW定位在欧洲工业大麻品种报道的较高CBD范围内，同时保持了有利的低THC特征。结论：CsW代表形态独特、富含CBD且低THC的植物材料，展现出与工业大麻型特征一致的特性。综合UPOV和大麻素数据支持其作为进一步农艺评价、植物化学筛选和未来注册导向工业大麻研究的有前景资源的关联性。
一、研究背景与目的
大麻（Cannabis sativa L.）是一种多用途植物，在工业、医药和制药领域日益重要。其形态和植物化学多样性受遗传背景、环境条件、地理起源和栽培实践的影响。在欧洲，对低四氢大麻酚（THC）大麻的研究主要集中在官方列出的工业大麻栽培品种上，如Futura 75、Fedora 17、Felina 32、Finola、Santhica 27、USO 31、Kompolti、Carmagnola、Bialobrzeskie和KC Dóra。这些品种因具有已知来源、认证种子材料、记录良好的农艺或化学性状、改良的一致性和可预测的性能而被广泛使用。
相比之下，关于药用和商业大麻的研究常包括市场衍生的化学变种、杂交种或育种者报告的品系名称，这些不一定与正式品种注册或统一描述符相关联。官方品种登记册与商业数据库在目的和标准化程度上存在差异：前者支持合法品种注册、保护和标准化测试，而后者主要记录市售杂交种、育种者报告的名称、遗传谱系以及某些情况下的化学变种特征。因此，使用官方注册品种促进了更大程度的标准化，便于比较农艺表现、大麻素组成和环境适应性。这一区别在表征非正式材料（包括野生大麻）时尤为重要。
在此背景下，基于国际植物新品种保护联盟（UPOV）的描述符为表征注册品种和非注册植物提供了标准化框架。尽管巴尔干部分地区历史上曾种植大麻，但北马其顿境内已发现野生大麻植株，其起源和生物学状态尚不明确，缺乏足够证据将其归类为本地种、驯化种或先前驯化种群的残留种。这些植物可能保留了与当地环境适应、抗逆性和适合户外种植相关的性状。然而，迄今为止，尚未在共同户外栽培条件下，利用整合的UPOV形态学和植物化学方法对北马其顿野生起源大麻进行全面表征。因此，本研究的目的是通过UPOV形态学评估和植物化学分析，结合与选定商业品种及文献报道的注册工业大麻品种数据的比较，来表征栽培的北马其顿野生起源大麻（CsW）植株，以评估其作为进一步大麻选育和开发材料的潜力。
二、主要技术方法
- 1.
形态学表征：依据UPOV指南TG/276/1对大麻的描述符，评估了18项定性和定量指标，涵盖植株结构、叶片形态、花序形态和物候期。此外，将实验获得的UPOV数据集与公开文献中注册大麻品种的描述符数据进行了整合多变量分析。
- 2.
大麻素分析：采用高效液相色谱-二极管阵列检测法（HPLC-DAD），参照德国药典（DAB）中大麻花（Cannabis flos）专论的方法，对干燥雌花花序中的大麻二酚酸（CBDA）、大麻二酚（CBD）、大麻酚（CBN）、Δ9-四氢大麻酚（Δ9-THC）和Δ9-四氢大麻酚酸（Δ9-THCA）进行定量，并通过相应酸型和中性型计算总CBD和总Δ9-THC。
- 3.
化学计量学分析：运用主成分分析（PCA）、层次聚类分析（HCA）和偏最小二乘判别分析（PLS-DA）处理形态学和大麻素数据。模型性能通过R2X、R2Y和Q2参数评估，并通过50次置换检验和交叉验证方差分析（CV-ANOVA）进行内部验证。
三、研究结果
3.1 基于UPOV的形态学表征
研究人员依据选定的UPOV描述符对CsW与商业栽培品种进行了形态学比较。在定量性状方面，CsW的平均株高普遍高于商业品种。W1和W2的花序产量在所有供试组中名列前茅。W1表现出最显著的雌性偏向比例（雌雄比10:1），这可能是花导向栽培的一个有利特征。无监督PCA模型显示强解释力和预测力（R2X = 0.92，Q2 = 0.86），得分图清晰地分离了野生起源植株与商业品种，表明CsW具有独特的形态特征。Ward层次聚类分析和后续的有监督PLS-DA模型进一步证实了这一分离模式。
在扩展的比较分析中，将实验UPOV数据与已注册品种的公开描述符数据合并。结果显示，大多数CsW（W2、W3、W4、W6）与匈牙利工业大麻品种Kompolti聚类在同一主要组群中，尤其是W2、W4和W6与Kompolti关系密切。这表明CsW与已建立的工业大麻型材料存在表型亲和性，Kompolti可作为未来DUS导向评估的潜在表型参考。但研究人员也指出，CsW在某些单个UPOV描述符上与Kompolti存在差异，如小叶数量较少、植株更高、茎色为黄色。
3.2 大麻素谱
通过HPLC-DAD对所有供试组的干燥雌花进行大麻素定量分析。所有CsW中，CBDA是主要大麻素，Δ9-THCA和Δ9-THC含量极低，因此全部被归类为化学型III类（CBD占主导）。CsW的总CBD平均含量范围为5.14%至7.61%，总Δ9-THC均低于0.2%。商业品种中，Charlotte‘s Angel呈CBD主导型，但总Δ9-THC超过了低THC阈值（0.60 ± 0.53%）；Bubba Kush × OG Kush和NYC Diesel为Δ9-THC主导型（化学型I）；Great White Shark为中间型（化学型II）。
无监督PCA模型（R2X = 0.97，Q2 = 0.73）和HCA将样品分为三个主要簇。PLS-DA模型证实CsW形成了一个独立的CBDA/CBD主导簇，总Δ9-THC不超过0.20%。通过与文献报道的欧洲工业大麻品种花序数据比较，CsW的总CBD浓度位于已报道范围的较高端，W6-2达到7.61%。更重要的是，CsW将较高的CBD积累与持续极低的THC含量相结合，这一植物化学平衡尤为突出。与其他地理起源的野生大麻相比，CsW的大麻素谱相对均一，均为CBD丰富/化学型III。
3.3 萜烯谱
研究人员将之前报道的CsW萜烯谱与已发表注册工业大麻品种的数据进行了对比。总体而言，CsW的萜烯模式与欧洲工业大麻的化学多样性一致，其主要成分为月桂烯和α-蒎烯。在与Kompolti和Tisza的比较中观察到特别接近的定性一致性，月桂烯为其主要成分。这表明CsW处于欧洲工业大麻品种更广泛的萜烯多样性范围内，而组间特异性差异进一步证明了所研究材料的植物化学独特性。
四、讨论与结论
研究表明，北马其顿野生起源的大麻植株在共同户外栽培条件下，保留了独特且结构化的形态和植物化学特征。基于UPOV的多变量分析将CsW与商业品种清晰区分，并揭示了与地理起源相关的额外分化。多数CsW在形态上与Kompolti相近，表明其与已建立的工业大麻型品种存在表型相似性，提示Kompolti可作为未来DUS导向评估的潜在比较品种。
所有CsW均为CBD占主导，总CBD为5.14–7.61%，总Δ9-THC等于或低于0.20%。形态特征、良好农艺表现、相对较高的CBD积累和持续低THC的结合，凸显了这些植物作为未来大麻选育和开发宝贵资源的潜力。本研究结果为最有希望的野生起源植株群体的进一步评估提供了坚实基础，但更广泛的多环境评估将进一步确定其有利特性的稳定性和对不同生长条件的适应性。补充的遗传学表征可以进一步支持观察到的形态和植物化学分化。
进一步的筛选、稳定性评估和多环境评价对于确定其在育种和未来品种开发中的潜力是必要的。总之，形态学、农艺学和大麻素特征的整合，将北马其顿野生大麻确定为一种有价值且仍未充分探索的大麻改良资源。所鉴定的富含CBD和低THC的群体为定向选择提供了有前景的起始材料，在大麻品种开发和未来的DUS导向评估及育种计划中具有潜在应用价值。
