Utilisation de systèmes aéroponiques pour la propagation clonale du cannabis

Résumé

Ce protocole est conçu pour fournir des informations pédagogiques pour la propagation clonale de Cannabis sativa L. en mettant en œuvre des systèmes aéroponiques. La méthode décrite ici comprend toutes les fournitures et tous les protocoles nécessaires pour reproduire avec succès les propriétés morphologiques et chimiques souhaitables dans le genre Cannabis.

Résumé

Ce protocole décrit la normalisation d’une technique de propagation clonale efficace du chanvre en utilisant des systèmes aéroponiques. Les boutures de pousses primaires ont été excisées de deux variétés de chanvre, nommées « Cherry Wine » et « Red Robin » (17-20% p / p CBD), qui servaient de « plante mère ». Un précurseur de l’auxine (acide indole-3-butyrique) a été appliqué pour stimuler le développement des racines dans la partie basale des boutures excisées avant leur placement dans le système. Les boutures ont été légèrement brumisées avec la solution de brouillard nutritif tous les trois jours pour fournir un soutien nutritionnel car la solution contient les macronutriments essentiels, y compris l’azote, le phosphore et le potassium. Le réservoir d’eau du système aéroponique maintenait une plage de pH comprise entre 5,0 et 6,0 et une température de l’eau comprise entre 20 et 22 °C. Une pompe à eau submersible a été utilisée pour fournir de l’eau aux boutures. Les boutures de la pointe des pousses ont été alimentées avec 24 heures de lumière par jour pendant 10 jours jusqu’à ce que le développement des racines se produise, sur lequel les boutures enracinées ont été transplantées à des fins de recherche. Ces systèmes aéroponiques se sont avérés générer des résultats souhaitables pour la propagation du cannabis . La méthode décrite ici allège les contraintes de temps potentielles qui découlent des méthodes traditionnelles pour permettre un moyen plus efficace de propagation asexuée du cannabis.

Introduction

Cannabis sativa L. est une plante annuelle à fleurs dioïque classée dans la famille des Cannabaceae. Les cannabinoïdes, produits principalement dans les trichomes glandulaires situés sur la couche épidermique externe des tissus bractétiques sur les inflorescences ^féminines1, deviennent un sujet de recherche de plus en plus populaire, principalement en raison de leurs propriétés médicinales progressivement reconnues. Le cannabidiol (CBD) est le deuxième cannabinoïde le plus important trouvé dans le cannabis après le Δ9-tétrahydrocannabinol (THC) et est attribué à une foule d’avantages médicinaux, y compris les propriétés ^{analgésiques2}, les propriétés antiépileptiques3, les propriétés antidépressives4, la réduction du risque de ^diabète5 et le traitement de divers troubles du ^sommeil6. En raison de la multitude d’avantages pour la santé associés aux métabolites de la plante de cannabis, il existe une demande croissante pour sa production à l’échelle ^commerciale7. Pour répondre à cette demande, les méthodes de culture sont constamment améliorées et réinventées pour fournir en permanence du matériel végétal cohérent et de haute qualité à l’industrie émergente du cannabis.

La propagation du cannabis peut être facilitée de deux façons : la reproduction sexuée ou asexuée. Un exemple de reproduction sexuée est la pollinisation d’un ovule femelle avec le pollen de l’étamine d’un mâle, ce qui donne une graine qui peut germer. La germination des graines est une méthode de culture fiable qui a été utilisée à des fins de sélection et de culture où des traits phénotypiques souhaitables sont sélectionnés dans les lignées parentales pour améliorer la qualité de la progéniture Des plantes de cannabis , y compris des caractéristiques telles que la tolérance à la sécheresse, la résistance aux insectes, l’augmentation du rendement et l’augmentation de la ^puissance8 . Cependant, la pollinisation croisée involontaire est un risque inhérent lors de la reproduction sexuée, provoquant une progéniture indésirable, ce qui entraîne la perte potentielle de traits souhaitables ou l’introduction de traits indésirables. Un exemple de cette pollinisation involontaire est mis en évidence par les producteurs de chanvre recevant des graines de chanvre pollinisées avec du pollen producteur de THC, ce qui entraîne une perte économique importante en raison des plantes non conformes (>0,3% de THC total p / p) ⁹. De plus, pour générer une culture composée uniquement de femelles, une graine féminisée doit être semée au lieu d’une graine non féminisée, ce qui peut entraîner un hermaphrodisme et d’autres traits indésirables entraînant une perte économique. Pour surmonter la limitation de la reproduction sexuée du cannabis, la reproduction asexuée a été largement pratiquée dans les modèles de production commerciale de l’industrie du ^cannabis10.

La reproduction asexuée du cannabis ne nécessite qu’une seule plante, ce qui permet la multiplication d’un seul génotype qui permet la production commerciale de plantes portant des caractères agronomiques et pharmaceutiques souhaitables. Une forme courante de reproduction asexuée du cannabis consiste à couper et à insérer de petites portions d’une plante femelle dans un substrat sans ^sol11 qui est recouvert d’un dôme d’humidité pour induire la formation de racines. Bien que cette méthode se soit avérée efficace, un inconvénient commun est l’accumulation d’un niveau élevé d’humidité (généralement 80% ou plus) à l’intérieur du dôme, offrant un environnement de croissance idéal pour les agents pathogènes fongiques, ce qui peut nuire aux nouvelles boutures sensibles. Une autre forme de propagation asexuée est la micropropagation par culture tissulaire, où des techniques stériles permettent la propagation de matériel végétal de cannabis exempt d’insectes, de microbes et de virus dans un espace ^limité12. Ce processus, cependant, est coûteux, prend beaucoup de temps et nécessite des techniciens de laboratoire formés qui sont généralement inaccessibles pour les installations de cannabis à grande échelle.

Il existe très peu de rapports de recherche publiés sur la propagation clonale du cannabis. Afin de fournir une base pour la compréhension de la reproduction asexuée du cannabis à des fins de recherche et de production industrielle, cette étude visait à démontrer la facilité et l’accessibilité de l’utilisation de systèmes aéroponiques pour la propagation clonale du cannabis. Les systèmes aéroponiques sont idéaux pour la propagation asexuée du cannabis, fournissant constamment de l’eau riche en nutriments aux boutures, induisant la formation précoce de racines en temps opportun et permettant à une plante d’être maintenue indéfiniment si nécessaire.

Protocole

1. Génération d’une plante mère pour la multiplication clonale

1. Choisissez une plante mère femelle en bonne santé qui présente des caractéristiques morphologiques et chimiques souhaitables spécifiques à son utilisation prévue.
2. Permettre à la plante mère d’atteindre la taille appropriée (environ 25 pousses matures) pour la propagation clonale (c.-à-d. boutures).
3. Laissez les plantes mères rester au stade de croissance végétative (clair: sombre = 18 h: 6 h) pour favoriser la croissance des pousses pour la propagation future.

2. Construction et préparation du système aéroponique

1. Commencez par positionner le couvercle sur le dessus du récipient (38,1 cm x 25,4 cm x 30,48 cm). Percez le nombre de trous souhaité dans le couvercle tout en offrant un espace suffisant (de préférence 3 cm) entre chacun.
2. Placez la pompe à eau (Table des matériaux) au centre du récipient.
3. Versez 7 à 8 L d’eau distillée dans le récipient afin que la buse de la pompe reste à environ 2,5 cm au-dessus de la ligne de flottaison.
   REMARQUE: Cela garantit que la pompe à eau submersible (table des matériaux) est capable de pousser l’eau avec suffisamment de force pour se propager sur le couvercle du conteneur. L’eau distillée est recommandée; cependant, l’eau du robinet régulière peut également être utilisée.
4. Situez la quantité appropriée de cubes de laine de roche (3,81 cm) (table des matériaux) ou de cubes de média de votre choix dans chaque fente. Allumez la pompe et laissez-la fonctionner pendant 24 h.
   REMARQUE: Les cubes de laine de roche sont préférés en raison de leur capacité d’ancrage sur les boutures nouvellement enracinées qui aident à garder les plantes debout après la transplantation.

3. Sélection et excision des pousses appropriées

1. Recueillir les pousses près du méristème apical à l’aide d’un scalpel ou d’un ciseau stérilisé. Les boutures mesurent environ 10 cm de long, idéalement avec plusieurs nœuds.
   REMARQUE: Coupez la tige à un angle de 45 °. La coupe à un angle de 45° augmente la surface de la partie basale de la coupe, ce qui permet plus d’espace pour le développement des racines. Il est facultatif de faire une petite fente (1-2 cm) au milieu de la coupe à 45 ° pour augmenter encore la surface.
2. Enlevez tout le feuillage à l’exception du feuillage présent sur les trois nœuds supérieurs.
3. Trempez la bouture nouvellement excisée dans la solution d’enracinement contenant de l’acide indole-3-butyrique (IBA) (Table des matériaux) ~ 2-5 cm de la base de la tige pendant ~ 5 s.
4. Insérez la découpe au centre d’un cube Rockwool positionné dans le système aéroponique.
   REMARQUE: La profondeur d’insertion de coupe doit rester à environ 1-2 cm du fond du cube Rockwool.
5. Vaporiser les boutures non enracinées avec la solution de brouillard nutritif (Table des matériaux) tous les 3 jours.
6. Cultivez les boutures avec 18-24 h de lumière par jour avec une densité de flux de photons photosynthétiques (PPFD) de 100 μmol/^m2/s à 24-29 °C et 40-60% d’humidité relative.

4. Maintenance du système aéroponique et santé des propagules

1. Reconstituez le système avec de l’eau à un pH compris entre 5,0 et 6,0 tous les 2 à 5 jours.
2. Vaporisez légèrement les boutures (un brouillard par coupe) avec la solution de brouillard nutritif (Table des matières) tous les 3 jours.
3. Ajouter 5 mL de chaque solution nutritive (table des matières) au réservoir tous les 3 à 5 jours.
   REMARQUE: L’ajout de nutriments rend l’eau brune et trouble.
4. Ajouter 15 mL de la solution nettoyante pour algues et bactéries contenant de l’acide hypochloreux (0,028 %) par 10 L d’eau tous les 5 jours (Tableau des matières).

5. Transplantation de propagules

1. Sélectionnez les boutures avec de longues racines blanches et fibreuses.
   REMARQUE: Évitez les boutures avec des systèmes racinaires bruns, visqueux et courts, car il s’agit d’un indicateur de la présence de pourriture des racines et prendra généralement plus de temps à s’acclimater au nouveau milieu de culture et peut entraîner des maladies indésirables.
2. Délogez soigneusement le cube Rockwool du système et démêlez les racines.
3. Transplantez les propagules de cannabis dans un pot de pépinière de 4 L rempli d’un mélange de sol nutritif (table des matériaux).
   REMARQUE: Il est recommandé d’arroser immédiatement pour éviter que les racines ne se dessèchent.

6. Nettoyage et stockage du système aéroponique

1. Lorsque le système n’est plus utilisé, laver à l’eau et nettoyer avec de l’éthanol à 70% ou un autre désinfectant.
2. Retirez le filtre de la pompe à eau et rincez à l’eau pour éliminer les débris.
3. Séchez le système en l’essuyant avec des serviettes en papier ou un gant de toilette.
4. Placez la pompe à l’intérieur de la baignoire avec le couvercle et rangez-la jusqu’à ce qu’elle soit nécessaire.

Résultats

Pour valider l’efficacité du système aéroponique décrit, un total de 10 et 12 pousses saines de 14 cm de long ont été excisées des plantes mères, « Cherry Wine » et « Red Robin », respectivement (Figure 1A, B). Après avoir plongé dans un milieu d’induction d’enracinement, les clones ont été placés dans le système (Figure 2A). La construction et le fonctionnement d’un système aéroponique sont représentés sous la ...

Discussion

Avec la demande croissante de plantes de cannabis avec une teneur constante en cannabinoïdes, diverses méthodes de propagation clonale ont été exploitées dans l’industrie du cannabis . La propagation asexuée montre plusieurs avantages par rapport aux méthodes sexuelles pour une production à grande échelle et cohérente. Un système de propagation aéroponique est une version modifiée d’un système hydroponique qui utilise un brouillard d’eau aéré riche en nutriments pour assurer un dé...

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
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