Name: employing aeroponic systems for the clonal propagation of cannabis
Uploaded: 2021-12-01T13:00:00
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Esta investigación fue apoyada por el Instituto de Investigación de Cannabis de la Universidad Estatal de Colorado-Pueblo y el Ministerio de Ciencia y TIC (2021-DD-UP-0379), y la ciudad de Chuncheon (Hemp R&D and industrialization, 2020-2021), Los autores también desean agradecer a Justin Henderson en Summit CBD por la generosa donación de semillas "Cherry Wine".

1. Generación de una planta madre para la propagación clonal
<ol><li>Seleccione una planta madre hembra sana que exhiba características morfológicas y químicas deseables específicas para su uso previsto.</li>
	<li>Permita que la planta madre alcance el tamaño apropiado (aproximadamente 25 brotes maduros) para la propagación clonal (es decir, esquejes).</li>
	<li>Permita que las plantas madre permanezcan en la etapa de crecimiento vegetativo (luz: oscura = 18 h: 6 h) para promover el crecimiento...

<ol>
	<li>ElSohly, M. A., Radwan, M. M., Gul, W., Chandra, S., Galal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phytochemistry+of+Cannabis+sativa+L.">Phytochemistry of Cannabis sativa L.</a> Progress in the Chemistry of Organic Natural Products. 103, 1-36 (2017).</li><li>Cunetti, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chronic+pain+treatment+with+cannabidiol+in+kidney+transplant+patients+in+Uruguay.">Chronic pain treatment with cannabidiol in kidney transplant patients in Uruguay.</a> Transplantation Proceedings. 50 (2), 461-464 (2018).</li><li>Hausman-Kedem, M., Menascu, S., Kramer, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficacy+of+CBD-enriched+medical+cannabis+for+treatment+of+refractory+epilepsy+in+children+and+adolescents+-+An+observational,+longitudinal+study.">Efficacy of CBD-enriched medical cannabis for treatment of refractory epilepsy in children and adolescents - An observational, longitudinal study.</a> Brain &amp; Development. 40 (7), 544-551 (2018).</li><li>Linge, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cannabidiol+induces+rapid-acting+antidepressant-like+effects+and+enhances+cortical+5-HT/glutamate+neurotransmission:+role+of+5-HT1A+receptors.">Cannabidiol induces rapid-acting antidepressant-like effects and enhances cortical 5-HT/glutamate neurotransmission: role of 5-HT1A receptors.</a> Neuropharmacology. 103, 16-26 (2016).</li><li>Lehmann, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+cannabidiol+treatment+reduces+early+pancreatic+inflammation+in+type+1+diabetes.">Experimental cannabidiol treatment reduces early pancreatic inflammation in type 1 diabetes.</a> Clinical Hemorheology and Microcirculation. 64 (4), 655-662 (2016).</li><li>Shannon, S., Lewis, N., Lee, H., Hughes, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cannabidiol+in+anxiety+and+sleep:+A+large+case+series.">Cannabidiol in anxiety and sleep: A large case series.</a> The Permanente Journal. 23, 18-41 (2019).</li><li>Russo, E. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=History+of+cannabis+and+its+preparations+in+saga,+science,+and+sobriquet.">History of cannabis and its preparations in saga, science, and sobriquet.</a> Chemistry &amp; Biodiversity. 4 (8), 1614-1648 (2007).</li><li>Vera, C. L., Hanks, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hemp+production+in+Western+Canada.">Hemp production in Western Canada.</a> Journal of Industrial Hemp. 9 (2), 79-86 (2004).</li><li>. Hot hemp: How high THC levels can ruin a legal hemp harvest Available from: <a target="_blank" href="https://www.westword.com/marijuana/hot-hemp-how-high-thc-levels-can-ruin-a-legal-hemp-harvest-9963683">https://www.westword.com/marijuana/hot-hemp-how-high-thc-levels-can-ruin-a-legal-hemp-harvest-9963683</a> (2018)</li><li>Lata, H., Chandra, S., Techen, N., Khan, I. A., ElSohly, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessment+of+the+genetic+stability+of+micropropagated+plants+of+Cannabis+sativa+by+ISSR+markers.">Assessment of the genetic stability of micropropagated plants of Cannabis sativa by ISSR markers.</a> Planta Medica. 76 (1), 97-100 (2010).</li><li>Caplan, D., Dixon, M., Zheng, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimal+rate+of+organic+fertilizer+during+the+flowering+stage+for+Cannabis+grown+in+two+coir-based+substrates.">Optimal rate of organic fertilizer during the flowering stage for Cannabis grown in two coir-based substrates.</a> HortScience. 52 (12), 1796 (2017).</li><li>Monthony, A. S., Page, S. R., Hesami, M., Jones, A. M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+past,+present+and+future+of+Cannabis+sativa+tissue+culture.">The past, present and future of Cannabis sativa tissue culture.</a> Plants (Basel). 10 (1), 185 (2021).</li><li>Clarke, R. C., Merlin, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cannabis+domestication,+breeding+history,+present-day+genetic+diversity,+and+future+prospects.">Cannabis domestication, breeding history, present-day genetic diversity, and future prospects.</a> Critical Reviews in Plant Sciences. 35 (5-6), 293-327 (2016).</li></ol>

Con la creciente demanda de plantas de cannabis con un contenido constante de cannabinoides, se han explotado varios métodos de propagación clonal en la industria del cannabis . La propagación asexual muestra varias ventajas sobre los métodos sexuales para una producción consistente a gran escala. Un sistema de propagación aeropónica es una versión modificada de un sistema hidropónico que utiliza una niebla de agua aireada rica en nutrientes para proporcionar un rápido desarrollo de las raíce...

Cannabis sativa L. es una planta anual, dioica, con flores clasificada en la familia Cannabaceae. Los cannabinoides, producidos predominantemente dentro de tricomas glandulares ubicados en la capa epidérmica externa de los tejidos de las brácteas en las inflorescencias femeninas1, se están convirtiendo en un tema de investigación cada vez más popular, principalmente debido a sus propiedades medicinales progresivamente reconocidas. El cannabidiol (CBD) es el segundo cannabinoide más prominente que se encuentra en el cannabis después del Δ9-tetrahidrocannabinol (THC) y se atribuye a una serie de beneficios medicinales, incluidas las propiedades analgésicas2, las propiedades anticonvulsivas3, las propiedades antidepresivas4, la reducción del riesgo de diabetes5 y el tratamiento de diversos trastornos del sueño6. Debido a la multitud de beneficios para la salud asociados con los metabolitos de la planta de Cannabis, existe una creciente demanda de su producción a escala comercial7. Para satisfacer esta demanda, los métodos de cultivo se mejoran y reinventan constantemente para suministrar continuamente material vegetal consistente y de alta calidad a la emergente industria del cannabis.
La propagación del Cannabis se puede facilitar de dos maneras: reproducción sexual o asexual. Un ejemplo de reproducción sexual es la polinización de un óvulo femenino con polen del estambre de un macho, lo que resulta en una semilla que puede germinar. La germinación de semillas es un método de cultivo confiable que se ha utilizado con fines de mejoramiento y cultivo donde se seleccionan rasgos fenotípicos deseables en las líneas parentales para mejorar la calidad de las plantas de cannabis de descendencia, incluidos rasgos como la tolerancia a la sequía, la resistencia a los insectos, el aumento del rendimiento y el aumento de la potencia8 . Sin embargo, la polinización cruzada no intencionada es un riesgo inherente al realizar la reproducción sexual, causando descendencia indeseable, lo que conduce a la pérdida potencial de rasgos deseables o a la introducción de rasgos no deseados. Un ejemplo de esta polinización no intencionada se destaca en los cultivadores de cáñamo que reciben semillas de cáñamo polinizadas con polen productor de THC, lo que resulta en una pérdida económica significativa debido a las plantas no conformes (>0,3% de THC total p/p)9. Además, para generar un cultivo que consiste solo en hembras, se debe sembrar una semilla feminizada en lugar de una semilla no feminizada, lo que puede conducir al hermafroditismo y otros rasgos indeseables que conducen a la pérdida económica. Para superar la limitación de la reproducción sexual del Cannabis, la reproducción asexual se ha practicado ampliamente en los modelos de producción comercial de la industria del Cannabis10.
La reproducción asexual del cannabis requiere una sola planta, lo que permite la multiplicación de un solo genotipo que permite la producción comercial de plantas que llevan rasgos agronómicos y farmacéuticos deseables. Una forma común de reproducción asexual del cannabis es cortar e insertar pequeñas porciones de una planta hembra en un sustrato sin suelo11 que está cubierto por una cúpula de humedad para inducir la formación de raíces. Aunque este método ha demostrado ser exitoso, un inconveniente común es la acumulación de un alto nivel de humedad (generalmente 80% o más) dentro de la cúpula, proporcionando un ambiente de crecimiento ideal para los patógenos fúngicos, que pueden ser perjudiciales para los esquejes nuevos y sensibles. Otra forma de propagación asexual es la micropropagación mediante cultivo de tejidos, donde las técnicas estériles permiten la propagación de insectos, microbios y material vegetal de cannabis libre de virus en un espacio limitado12. Este proceso, sin embargo, es costoso, requiere mucho tiempo y requiere técnicos de laboratorio capacitados que generalmente son inaccesibles para las instalaciones de cannabis a gran escala.
Existen muy pocos informes de investigación publicados sobre la propagación clonal del cannabis. Con el fin de proporcionar una base para la comprensión de la reproducción asexual del cannabis con fines de investigación y producción industrial, este estudio tuvo como objetivo demostrar la facilidad y accesibilidad del empleo de sistemas aeropónicos para la propagación clonal del cannabis. Los sistemas aeropónicos son ideales para la propagación asexual del cannabis, suministrando constantemente agua rica en nutrientes a los esquejes, induciendo la formación temprana de raíces de manera oportuna y permitiendo que una planta se mantenga indefinidamente si es necesario.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1-part Fox Farm</td>
			<td>Fox Farm</td>
			<td></td>
			<td>Soil Mix</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1-part Promix</td>
			<td>Promix</td>
			<td></td>
			<td>Soil Mix</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1-part Roots Organic Original</td>
			<td>Auora Innovations</td>
			<td></td>
			<td>Soil Mix</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1-part Wiggle Worm Earth Worm Castings</td>
			<td>UNCO Industries</td>
			<td></td>
			<td>Soil Mix</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Algae and Bacterial Cleaning Solution (Clear Rez)</td>
			<td>EZ Clone</td>
			<td>SKU#: 225</td>
			<td>8 fl. Oz.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Artificial Lighting</td>
			<td>AgroBrite</td>
			<td>SKU#: 1399</td>
			<td>T5 324W 4&#39; 6-Tube Fixture with Lamps</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cannabis Mother plant 1 (Cherry Wine)</td>
			<td>Summit CBD</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Donated material</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cannabis Mother Plant 2 (Red Wine)</td>
			<td>Trilogene</td>
			<td>SKU: 0101RR</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corresponding Plastic Lid</td>
			<td>Office Depot</td>
			<td>N/A</td>
			<td>38.1 cm x 25.4 cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drill Bit 1</td>
			<td>Dewalt</td>
			<td>DW1586</td>
			<td>38.1 mm spade drill bit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drill Bit 2</td>
			<td>Dewalt</td>
			<td>DW1308</td>
			<td>3.175 mm drill bit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flora/Bloom (Nutrient Solution)-5 mL</td>
			<td>General Hydroponics</td>
			<td>SKU#: 726</td>
			<td>946 mL (1 Quart) 2.43 lbs. (1.1 kg) (Available Phosphate 5.0%, Soluble Potash 4.0%, Magnesium 1.5%, Sulfur 1.0%)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FloraGrow (Nutrient Solution)- 5 mL</td>
			<td>General Hydroponics</td>
			<td>SKU#: 724</td>
			<td>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%))</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FloraMicro (Nutrient Solution)- 5 mL</td>
			<td>General Hydroponics</td>
			<td>SKU#: 759</td>
			<td>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%))</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Horticultural Scissors</td>
			<td>Shear Perfection</td>
			<td>SKU#: 12620</td>
			<td>Platinum Stainless Steel Bonsai Scissors (2.4&#34;)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropyl Alcohol</td>
			<td>Equate</td>
			<td>Walmart # 574133562</td>
			<td>70% concentration</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nutrient Mist Solution (Clonex Mist)</td>
			<td>Growth Technology</td>
			<td>SKU#: 4889</td>
			<td>10.14 fl. Oz (300 ml) (Total Nitrogen: 5.9 &#215; 10-4 %, Available Phosphate: 4.0 &#215; 10-4 %, Soluble Potash: 5.0 &#215; 10-4 %)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pH Down</td>
			<td>General Hydroponics</td>
			<td>SKU#: 733</td>
			<td>946 ml (1 Quart) 2.43 lbs. (1.1 kg)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pH Up</td>
			<td>General Hydroponics</td>
			<td>SKU#: 730</td>
			<td>946 ml (1 Quart) 2.43 lbs. (1.1 kg)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic Container</td>
			<td>Office Depot</td>
			<td>N/A</td>
			<td>38.1 cm x 25.4 cm x 30.48 cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power Drill</td>
			<td>Dewalt</td>
			<td>DCD709B</td>
			<td>20-Volt Max &#189;&#8221; Drill</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rockwool Cubes</td>
			<td>Grodan</td>
			<td>SKU#: 830</td>
			<td>38.1 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rooting Solution (Clonex Rooting Gel)</td>
			<td>Growth Technology</td>
			<td>SKU#: 939</td>
			<td>3.4 fl. Oz. (100 ml) (Indolebutyric Acid - 0.31%)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Statistic Software (Prism)</td>
			<td>GraphPad Inc.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Submersible Water Pump</td>
			<td>ActiveAQUA</td>
			<td>SKU: AAPW250</td>
			<td>Model: AAPW250, Voltage 120V, Power 16W</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

employing aeroponic systems for the clonal propagation of cannabis

Este protocolo describe la estandarización de una técnica eficiente de propagación clonal del cáñamo mediante la utilización de sistemas aeropónicos. Los esquejes de brotes primarios se extirparon de dos variedades de cáñamo, llamadas "Cherry Wine" y "Red Robin" (17-20% p / p CBD), que sirvieron como "planta madre". Se aplicó un precursor de auxina (ácido indol-3-butírico) para estimular el desarrollo de la raíz en la porción basal de los esquejes extirpados antes de su colocación en el sistema. Los esquejes se nebulizaron ligeramente con la solución de niebla nutritiva cada tres días para proporcionar apoyo nutricional, ya que la solución contiene los macronutrientes esenciales, incluidos el nitrógeno, el fósforo y el potasio. El depósito de agua del sistema aeropónico mantuvo un rango de pH entre 5.0-6.0 y una temperatura del agua entre 20-22 ° C. Se utilizó una bomba de agua sumergible para suministrar agua a los esquejes. Los esquejes de punta de brote se proporcionaron con 24 horas de luz por día durante 10 días hasta que se produjo el desarrollo de la raíz, sobre el cual los esquejes de raíz se trasplantaron con fines de investigación. Estos sistemas aeropónicos han demostrado generar resultados deseables para la propagación del cannabis . El método descrito aquí alivia las posibles limitaciones de tiempo que surgen de los métodos tradicionales para permitir un medio más eficiente para la propagación asexual del cannabis.

Para validar la eficiencia del sistema aeropónico descrito, se extirparon un total de 10 y 12 brotes sanos de 14 cm de largo de las plantas madre, 'Cherry Wine' y 'Red Robin', respectivamente (Figura 1A, B). Después de sumergirse en los medios de inducción de enraizamiento, los clones se colocaron en el sistema (Figura 2A). La construcción y operación de un sistema aeropónico se muestra como un diagrama esquemático en <strong class="xfig"...

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Employing Aeroponic Systems for the Clonal Propagation of Cannabis

Este protocolo está diseñado para proporcionar información instructiva para la propagación clonal de Cannabis sativa L. mediante la implementación de sistemas aeropónicos. El método descrito aquí incluye todos los suministros y protocolos necesarios para reproducir con éxito las propiedades morfológicas y químicas deseables en el género Cannabis.

Empleo de sistemas aeropónicos para la propagación clonal del cannabis

This protocol describes the standardization of an efficient clonal propagation technique of hemp by utilizing aeroponic systems. Primary shoot cuttings ...

Este protocolo puede ayudar a tomar una decisión informada sobre cómo proceder con la regeneración de la genética de cannabis deseada en entornos de investigación o producción comercial. La principal ventaja de esta técnica es inducir la formación temprana de raíces en los esquejes de cannabis al tiempo que limita su susceptibilidad a posibles patógenos. Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia la mejora de los desafíos observados en la propagación del cannabis mediante la inducción de la formación temprana de raíces en los esquejes, que se pueden aplicar en entornos de investigación o producción.Con un bisturí o tijera esterilizada, corte los brotes con varios nodos de aproximadamente 10 centímetros de longitud cerca del meristemo apical en un ángulo de 45 grados. Retire todo el follaje excepto el presente en los tres nodos superiores. Sumerja el corte recién extirpado a aproximadamente dos a cinco centímetros de la base del tallo en la solución de enraizamiento que contiene ácido indol-3-butírico durante aproximadamente cinco segundos.Inserte el corte en el centro de un cubo de lana de roca hasta la profundidad de aproximadamente dos centímetros por encima de la base del cubo, colocado en el sistema aeropónico. Rocíe los esquejes sin raíz con una solución de niebla nutritiva cada tres días. Cultive esquejes durante aproximadamente 18 a 24 horas en luz por día con una densidad de flujo de fotones fotosintético de 100 micromoles por segundo por metro cuadrado.Cada dos a cinco días, reponga el sistema con agua a un pH entre cinco y seis. Rocíe ligeramente los esquejes con solución de niebla nutritiva cada tres días y vierta cinco mililitros de solución nutritiva en el reservorio cada tres a cinco días. Agregue 15 mililitros de la solución limpiadora de algas y bacterias, que contiene 0.028% de ácido hipocloroso cada cinco días.Seleccione los esquejes con raíces fibrosas largas y blancas. Desaloje cuidadosamente el cubo de lana de roca del sistema y desenrede las raíces. Trasplanta los propágulos de cannabis a una maceta de vivero de cuatro litros llena de una mezcla de suelo nutritivo.La figura muestra clones que desarrollaron raíces en tres a siete días y raíces completamente desarrolladas de 37 centímetros de longitud después de 10 a 14 días en el sistema, plantadas en una maceta llena de tierra. La longitud promedio de los brotes y las raíces fue de aproximadamente 24,8 centímetros y 37,8 centímetros para el vino de cereza y aproximadamente 21,4 centímetros y 39,7 centímetros aproximadamente para el petirrojo rojo, respectivamente. Las diferencias entre las dos variedades se analizaron mediante ANOVA bidireccional seguido de la prueba de compasión múltiple de Tukey, que no mostró diferencias significativas en las longitudes de brotes y raíces entre las dos variedades.La selección de esquejes sanos que exhiben un nuevo crecimiento vigoroso es ideal para la propagación. Mantener el nivel de agua, la temperatura, el pH y los aspectos nutricionales del depósito del sistema son clave para obtener resultados rápidos y efectivos.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Biomolecular Detection employing the Interferometric Reflectance Imaging Sensor (IRIS)

Biomolecular Detection employing the Interferometric Reflectance Imaging Sensor IRIS

Biomoleculares de detección utilizando el sensor de reflectancia de imágenes interferométricas (IRIS)

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Investigación

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