光照和赤霉素如何塑造大麻花序：一项关于大麻生殖发育的新研究

大麻（Cannabis sativa）在全球范围内广泛种植，其用途多样，从纤维和籽油到富含大麻素和萜烯的医用和娱乐用花序。开花的结构和时间直接决定了产量、产品质量和繁殖策略。对于汉麻而言，开花起始影响纤维质量；对于种子作物而言，花序结构影响种子数量；而对于药用大麻而言，花序本身是主要产品。尽管其重要性不言而喻，但光周期信号和激素调节在大麻生殖发育中的联系机制仍不清楚。由于对这些机制的理解存在差距，因此有必要研究光照模式和植物激素如何共同调节大麻花序的形成。

2024年9月3日发表在《园艺研究》（Horticulture Research）上的一项研究（DOI: 10.1093/hr/uhae245）中，以色列农业研究组织沃尔卡尼研究所（Agricultural Research Organization, The Volcani Institute）的研究人员提供了迄今为止最详细的关于光照和激素如何共同指导大麻开花的解释。他们发现，持续的短日照暴露是启动和维持浓缩花序所必需的，而赤霉素（Gibberellin, GA）水平决定了花簇是保持紧凑还是伸展开来。这些发现为环境和激素在大麻发育中的微妙平衡提供了新的见解。

研究小组在受控的长日照（Long-day, LD，18小时光照/6小时黑暗）和短日照（Short-day, SD，12小时光照/12小时黑暗）条件下种植大麻植株。在长日照下，植株产生孤立的花朵，而不形成花序。相比之下，短日照在七天内引发花序起始，并在大约两周后形成浓缩的花簇。至少需要连续三天的短日照才能发出花序起始信号，但持续的短日照对于维持发育是必要的。将植株切换回长日照会导致花序通过重新开始的节间伸长分解成孤立的花朵。激素分析显示，短日照显著降低了芽顶中生长素和赤霉素（GA4）的水平，这与节间缩短和花序紧凑相关。相反，将植株恢复到长日照会恢复激素水平，从而逆转花序发育。外源赤霉素的应用甚至在短日照下也能模拟长日照的反应，延迟或破坏花序形成，并降低四氢大麻酚酸（Tetrahydrocannabinolic acid, THCA）和大麻二酚（Cannabidiol, CBD）等大麻素的水平。相比之下，合成生长素的处理几乎没有影响。这些发现强调，赤霉素是大麻花序组织中光周期信号的关键介质，将环境线索与植物结构和代谢物积累联系起来。

“我们的结果表明，持续的短日照条件对于稳定的大麻花序发育是不可或缺的，”主要作者Ben Spitzer-Rimon博士说。“通过揭示赤霉素水平如何控制紧凑和伸长植物结构之间的平衡，我们为环境光线线索和生殖形态之间提供了机械联系。重要的是，我们还表明，赤霉素对大麻素的积累有负面影响，突出了它们在塑造结构和产品质量方面的双重作用。这些见解可以为工业汉麻、种子生产和药用大麻领域的育种和栽培策略提供信息。”

这项研究提高了对大麻生殖生物学的理解，对农业和生物技术具有实际意义。通过控制光照模式和赤霉素信号传导，种植者可以更好地控制开花时间表，优化花序结构，并提高产量一致性。对于汉麻生产商而言，确定花序起始时间可以最大限度地提高纤维质量；对于籽油栽培而言，花序结构直接影响种子产量；而对于药用大麻而言，保持浓缩的花序对于富含大麻素的收获至关重要。未来探索品种变异和整合激素调节剂的研究可能会进一步改进栽培实践，为提高大麻产业的生产力和质量提供可持续的、有针对性的方法。

（背景延伸：赤霉素是一类重要的植物激素，参与调节植物的生长发育过程，包括种子萌发、茎伸长、开花和果实发育。它们通过影响基因表达和蛋白质活性来发挥作用。《植物生理学》杂志2023年发表的一篇综述指出，赤霉素信号通路与光信号通路存在复杂的交互作用，共同调控植物的生长和适应性反应。）

（背景延伸：大麻素是存在于大麻植物中的一类化学物质，包括四氢大麻酚（THC）和大麻二酚（CBD）等。四氢大麻酚具有精神活性，是大麻产生致幻作用的主要成分，而大麻二酚则被认为具有多种药用价值，如抗炎、镇痛和抗焦虑等。《药理学评论》2024年的一篇文章指出，不同的大麻素在人体内通过与内源性大麻素系统相互作用来发挥作用，该系统参与调节多种生理过程，包括疼痛、情绪和免疫功能。）

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（背景延伸：光周期是指生物对昼夜长短变化的反应。植物利用光周期来调节开花时间，以确保在最适宜的环境条件下进行繁殖。不同的大麻品种对光周期的敏感性不同，有些品种在短日照条件下开花，而另一些品种则在长日照条件下开花。了解大麻的光周期反应对于优化栽培管理至关重要。《农业科学前沿》2023年的一项研究表明，通过控制光周期可以显著影响大麻的产量和质量。）

该研究由以色列农业和农村发展部首席科学家资助，项目编号为20-01-0177。植物材料（生根插条）由以色列一家获得认证的商业种植生产商Canndoc Ltd.提供。研究人员对Canndoc Ltd.的创始人兼总裁Neri Barak的合作和建议表示感谢。

《园艺研究》（Horticulture Research）是南京农业大学的开放获取期刊，在科睿唯安（Clarivate）2023年的《期刊引证报告》（Journal Citation Reports™）中，该期刊在园艺类别中排名第一。该期刊致力于发表与所有主要园艺植物和学科相关的原创研究文章、综述、观点、评论、通信文章和致编辑的信件，包括生物技术、育种、细胞和分子生物学、进化、遗传学、物种间相互作用、生理学以及作物的起源和驯化。

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