¿Verdad que ya has oído hablar de los triploides y cómo van a revolucionar el sector de la marihuana? En el post de hoy vamos a revisar, traducir y resumir un estudio publicado en la revista Agronomy Journal sobre la utilización de cultivares triploides de cáñamo para mejorar la producción de flores “sinsemilla” en presencia de polen. ¿Te interesa saber más? ¡Te lo explicamos!

Título original: Characterization of agronomic performance and sterility in triploid and diploid cannabinoid hemp

Autores: David H. Suchoff, Shannon Henriquez, George M Stack, Alexander J. Wares 

Fecha de publicación: 19 Mayo 2024

Ideas clave

Como en todos los estudios que reviso, es importante destacar las ideas principales que se pueden sacar del citado estudio. En este caso son tres:

  1. Las variedades de cáñamo triploide producen significativamente menos semillas que las variedades diploides, en presencia de polen.
  2. La producción de semillas reduce la biomasa y la concentración de cannabinoides
  3. Apenas se observan diferencias de cosecha entre el cáñamo diploide y triploide en ausencia de polen.

Conclusiones

Siempre me gusta poner las conclusiones del estudio al principio del post, pues ya se que todos no sois tan frikis como yo…y no hace falta que os leáis el texto al completo. Veamos pues, cuales son las conclusiones de los investigadores:

A medida que el panorama de la producción de cáñamo se vuelve cada vez más diverso, es probable que aumente la presencia de polen en el ambiente. Los agricultores que buscan producir cáñamo cannabinoide a cielo abierto o C. sativa con alto contenido de THC tienen pocos medios para minimizar la polinización errática. 

En este estudio, demostramos que el cáñamo triploide produce significativamente menos semillas, pero no es completamente infértil cuando se cultiva en presencia de una fuente local de polen.

 Cabe destacar que las condiciones que empleamos representan una situación extrema en la que la ubicación de nuestra fuente de polen estaba mucho más cerca de lo que un agricultor podría experimentar. Sin embargo, el uso de variedades de cáñamo triploide puede ayudar a reducir, pero no eliminar, la producción de semillas y, en consecuencia, mejorar la biomasa floral y el rendimiento de cannabinoides.

Extracto

El cáñamo es un cultivo dioico donde las plantas pistiladas se cultivan selectivamente para maximizar los rendimientos de cannabinoides. La polinización errática puede reducir el rendimiento de flores pistiladas, las concentraciones de cannabinoides y dar lugar a flores no comercializables debido a la presencia de semillas no deseadas. 

Comparamos la sensibilidad al polen y el rendimiento agronómico del cáñamo cannabinoide diploide (2n = 2x = 20 cromosomas) y triploide (2n = 3x = 30 cromosomas) en condiciones de campo abierto.  Se evaluaron la variedad Lifter con alto contenido de CBD y la variedad White CBG con alto contenido de CBG, en sus contrapartes diploides y triploides, en campos con y sin polen. 

Los ensayos se realizaron durante las temporadas de campo de 2021 y 2022 en Kentucky, Nueva York y Carolina del Norte (n = 6 años sitio). 

Los triploides produjeron plantas más altas y anchas que los diploides; sin embargo, esto no se tradujo en diferencias de rendimiento en el ambiente libre de polen. En presencia de polen, los triploides Lifter y White CBG produjeron un 87% y un 77% menos de semillas que sus contrapartes diploides, respectivamente. 

El aumento de la producción de semillas en diploides también resultó en una reducción significativa de la biomasa sin semillas y las concentraciones de cannabinoides en comparación con los triploides. 

En ausencia de polen, no encontramos diferencias apreciables en la biomasa sin semillas o las concentraciones de cannabinoides entre triploides y diploides. Aunque no es completamente insensible al polen, la triploidía es un medio eficaz para reducir la producción de semillas y mejorar el rendimiento y la calidad del cáñamo cannabinoide en presencia de polen.

rendimiento y esterilidad del canamo triploide
Cáñamo de fibra y grano como fuente de polen, plantado alrededor del cáñamo cannabinoide en la parcela experimental de Goldsboro (Carolina del Norte)

Materiales y métodos

Veamos a continuación cuál fue el diseño experimental y en qué condiciones de campo se desarrolló el estudio.

El experimento se organizó en un diseño de bloque completo aleatorio dividido. Se investigaron tres factores: polen, variedad y ploidía. La unidad experimental para el tratamiento con polen (parcela principal) fue la ubicada dentro del estado.

Las ubicaciones sin polen se sembraron en áreas sin fuentes de cáñamo de grano, fibra u otras productoras de polen. La fuente potencial de polen más cercana a estas ubicaciones sin polen varió entre 3 y 5 km. Para proporcionar una fuente de polen para las ubicaciones con desafío de polen en Reino Unido y GBS, se plantó un borde de variedades mixtas de fibra y grano en el perímetro del campo (Figura 1). La ubicación del desafío de polen en NY se sembró a menos de 15 m de los ensayos de variedades de cáñamo de grano y fibra de Cornell.

Variedades utilizadas

En todos los años del sitio se utilizaron las variedades de cáñamo con alto contenido de cannabinoides:

  • White CBG (quimiotipo IV, predominantemente CBG; Garfinkel et al., 2021) 
  • Lifter (quimiotipo III, predominantemente CBD; de Meijer et al., 2003) (Oregon CBD). 

Se obtuvieron semillas diploides (2n = 2x = 20 cromosomas) y triploides (2n = 3x = 30 cromosomas) “feminizadas” (todas pistiladas) para cada variedad, lo que resultó en cuatro combinaciones únicas de variedad × ploidía (subparcela).

Las variedades triploides se comercializaron como “Sin semillas” (por ejemplo, White CBG Seedless y Lifter Seedless). Las semillas se comenzaron en invernaderos durante la primera semana de mayo de cada año utilizando un medio sin suelo a base de turba y se trasplantaron durante la primera semana de junio en Carolina del Norte y Kentucky y la segunda semana de junio en Nueva York. Las semillas tuvieron que ser replantadas en Nueva York debido al exceso de lluvia que retrasó la preparación del campo en 2022 y las plantas se trasplantaron el 19 de julio.

Parcelas de cultivo

Cada combinación única de variedad × ploidía se asignó aleatoriamente a parcelas de 10 plantas en Carolina del Norte, 12 plantas en Kentucky y cinco plantas en Nueva York dentro de un bloque, y cada ubicación contenía cuatro bloques. 

Las dimensiones de la parcela en Carolina del Norte fueron 1.5 m × 15.2 m (1.5 m entre plantas), 2.29 m × 6.1 m (1.22 m entre plantas) en Nueva York y 2.1 m × 5.6 m (0.96 m entre plantas) para Kentucky. Carolina del Norte y Nueva York utilizaron sistemas de cultivo plástico hortícola común (mantillo de polietileno blanco en Carolina del Norte y mantillo de polietileno negro en Nueva York y riego por goteo). Kentucky no utilizó plástico y, en cambio, se plantó en suelo desnudo (similar al tabaco burley [Nicotiana tabacum]) e incluyó riego por goteo. 

Fertilización

Las aplicaciones de fertilizantes difirieron entre los sitios, según los resultados del análisis de suelo, pero todas las ubicaciones apuntaron a totales de temporada de 150 kg N/ha, 100 kg K/h y 1 kg B/ha (boro aplicado solo en Carolina del Norte).

Resultados

Esta es la parte más interesante de nuestro post, vamos a ver cuales son los resultados obtenidos por los investigadores

Los triploides son más grandes

Debido al espacio más reducido entre filas en Kentucky, las plantas se tocaban y competían por espacio, lo que probablemente causaba diferencias en la arquitectura de las plantas. En consecuencia, eliminamos los datos de altura y ancho de KY para evitar los posibles efectos de confusión de la competencia entre filas.

La altura de la planta en la cosecha se vio afectada por la interacción polen × variedad (p = 0.0012) y ploidía × variedad (p = 0.0015; Tabla 1). Los triploides Lifter y White CBG eran más altos que sus contrapartes diploides (Tabla 2). No se observó una tendencia clara al comparar variedades en cada tratamiento con polen. Lifter en el ambiente sin polen era más alto que White CBG en el mismo ambiente (Tabla 2). Las alturas de ambas variedades en el ambiente con presión de polen fueron intermedias y no diferentes de las del ambiente sin polen.

El ancho de la planta se vio fuertemente afectado por el efecto principal de la ploidía (p < 0.0001). Los triploides (143 cm) eran un 20% más anchos que los diploides (119 cm; Tabla 3). El diámetro del tallo siguió la misma tendencia; la ploidía afectó significativamente (p < 0.0001) el diámetro del tallo, que fue un 16% más alto en los triploides (34,7 mm) que en los diploides (29,8 mm; Tabla 3).

Estos resultados concuerdan con Crawford et al. (2021), quienes observaron que Stem Cell CBG triploide parecía más alto y ancho con hojas, brotes y ramas más grandes en comparación con los diploides de la misma variedad, aunque no se informaron mediciones.

Fernandes et al. (2023) evaluaron los efectos de la poliploidía (estados diploide, triploide y tetraploide) en tres variedades de quimiotipo I (A, B y C) y una variedad de quimiotipo III (D)

Los autores observaron un aumento en la altura de las plantas a medida que aumentaba la ploidía; los tetraploides eran aproximadamente un 16% más altos que los diploides, y los triploides intermedios entre los dos. Por otro lado, Parsons et al. (2019) no encontraron diferencias en la altura de la planta al comparar versiones tetraploides y diploides de una variedad de Cannabis sativa quimiotipo II (cepa 2)

Los triploides producen más biomasa sin semilla 

El índice de cosecha se vio afectado por la interacción entre la variedad de la planta y la presencia o ausencia de polen (p=0.0112) y por la interacción entre la ploidía de la planta y la presencia o ausencia de polen (p<0.0001).

En general, las plantas que no estuvieron expuestas al polen tuvieron un índice de cosecha más alto. En ambientes con polen, los triploides tuvieron un índice de cosecha mayor que los diploides.

Los resultados también indican que hubo un efecto de la exposición al polen en los diploides pero no en los triploides. Específicamente, los diploides en el ambiente sin polen tuvieron un índice de cosecha más alto que los diploides en el ambiente con polen.

Estos resultados sugieren que la exposición al polen puede afectar el índice de cosecha de manera diferente según la ploidía de la planta de cannabis.

Variety pollen A and ploidy pollen B effects on cannabinoid hemp harvest
Figura 2: Efectos de la variedad × polen (A) y la ploidía × polen (B) sobre el índice de cosecha de cáñamo cannabinoide. El índice de cosecha se calculó dividiendo la biomasa floral desgranada por el peso seco de toda la planta. El círculo sólido y la línea vertical representan la media y el error estándar de la media.

Los triploides producen algunas semillas en presencia de polen

No se encontraron semillas en las plantas del ambiente libre de polen, por lo tanto, solo se analizaron los datos de las semillas del ambiente con desafío de presencia de polen.

El peso de las semillas por planta se vio afectado por el efecto principal de la ploidía (p < 0.0001; Tabla 1). Los diploides produjeron 141 gramos de semillas por planta en comparación con los 28,6 g/planta de los triploides. Esto es, casi 5 veces más!

El análisis del número de semillas mostró una interacción significativa entre ploidía y variedad (p = 0.0253; Tabla 1). Al analizar por variedad, los resultados siguieron la misma tendencia que el peso de la semilla: los diploides produjeron más semillas que los triploides (Figura 5B). El triploide Lifter produjo un 87% menos de semillas que el diploide Lifter, y el triploide White CBG produjo un 77% menos de semillas que el diploide White CBG.

Variety ploidy pollen effects on seed free cannabinoid hemp biomass Solid circle and
Figura 4. Efectos de la variedad × ploidía × polen sobre la biomasa de cáñamo cannabinoide libre de semillas. El círculo sólido y la línea vertical representan la media y el error estándar de la media. La interacción se analizó por separado para cada variedad

Las plantas triploides tuvieron una proporción mucho menor de semillas en su biomasa que las diploides. Las semillas representaron solo el 2.8% y 5.3% de la biomasa de las variedades Lifter y White CBG respectivamente, mientras que en las diploides llegaron a ser un 34.8% y 34.6% 

Los investigadores usaron plantas femeninas tratadas con tiosulfato de plata como fuente de polen (producen polen XX). Estas plantas se colocaron cerca de las plantas triploides y diploides también femeninas. Los resultados mostraron una drástica reducción en la producción de semillas en las plantas triploides en comparación con las diploides (casi un 97.6% menos) [2, 3, 5, 6]. En el estudio de Kurtz et al. (2024) se polinizaron manualmente plantas triploides y diploides de cáñamo Wife CBD en invernadero, y se observó que las triploides produjeron muchas menos semillas que las diploides.

El recuento de semillas triploides fue aproximadamente un 99,5% menor que el de los diploides. Los autores también evaluaron la sensibilidad del polen de cinco variedades triploides y cuatro diploides de CBD en el campo. Los diploides produjeron 1803 semillas/planta en comparación con las 27 semillas/planta de los triploides. Además, las semillas representaban entre el 52,6% y el 57,1% de la biomasa floral, en comparación con el 6,7% – 18,0% de los triploides. 

Curiosamente, los autores encontraron diferencias varietales dentro de los triploides al comparar el porcentaje de biomasa floral compuesta por semillas; sin embargo, no se observaron diferencias en los diploides evaluados. Descubrimos que la producción de semillas en los triploides se reducía significativamente, aunque dependía de la variedad (Figura 5B). Nuestros resultados y los de Crawford et al. (2021) concuerdan con la observación general de que la fertilidad en los triploides se reduce notablemente, pero no desaparece por completo.

El menor peso medio de las semillas (TSW) que observamos en los triploides se debió probablemente a la mayor cantidad de semillas vacías o anormales. Crawford et al. (2021) también encontraron que una mayor proporción de semillas producidas por un padre triploide era anormal en comparación con un padre diploide o tetraploide. Los autores no recolectaron suficientes semillas de los padres triploides para calcular el TSW.

La ploidia y la cantidad de semillas afecta a a concentración de cannabinoides

Siempre se ha dicho que una planta “follada” tiene menos resina que una planta “sinsemilla”. Por lo visto, podemos estar de acuerdo con eso, pues el estudio corrobora esta afirmación!

La concentración total de THC en la cosecha (5 semanas después de la floración) se vio afectada por la interacción entre ploidía × polen × variedad (p = 0.0233; Tabla 4). Al analizar por variedad, no se observaron diferencias entre las combinaciones de ploidía × polen dentro de White CBG (Tabla 5).

En Lifter, las concentraciones totales de THC fueron mayores en el lugar sin polen. La presencia de polen redujo la concentración total de THC tanto en diploides como en triploides; sin embargo, los diploides mostraron una reducción más fuerte en la concentración total de THC, a 0.24%, que fue significativamente menor que los triploides, que promediaron 0.30% en el mismo ambiente con polen.

La concentración total de CBD en Lifter se vio afectada por la interacción ploidía × polen (p = 0.0218; Tabla 4). De manera similar al THC total, las concentraciones totales de CBD fueron numéricamente más altas en el ambiente sin polen y no se observaron diferencias entre los niveles de ploidía (Tabla 5). 

Debido al poder estadístico reducido que se mencionó anteriormente, no se pudieron detectar diferencias entre los efectos simples entre los ambientes con polen. Sin embargo, dentro del lugar con exposición al polen, los triploides produjeron una concentración significativamente mayor de CBD total (7,52%) que los diploides (5,57%).

Además, la proporción de THC:CBD en Lifter fue mayor en triploides (23,8) que en diploides (21,1; Tabla 5). El CBG total en White CBG también se vio afectado por la interacción ploidía × polen; sin embargo, la separación de medias post hoc de la prueba de Tukey no detectó diferencias entre las combinaciones de ploidía × polen, que oscilaron entre 4,51% y 7,78% (Tabla 5).

Manel Asenjo

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