光周期与光质调控对药用大麻(Cannabis sativa L.)大麻二酚(CBD)产量及能源利用效率的影响机制研究

　　本研究针对室内药用大麻(Cannabis sativa L.)种植中光环境调控的关键问题，通过设置4种光周期(12L:12D至18L:6D)和4种LED光质配比(FR:R:B:G=8:9:3:12等)，系统评估了"汉麻11号"的CBD产量、干物质积累及能源利用效率。研究发现16L:8D结合LED A(FR:R:B:G=8:9:3:12)处理可获得最高CBD含量(54.78 mg/g)和能源利用效率(412.68 kWh/g)，为工业化种植提供了优化光环境方案。

　　

在传统认知中，大麻(Cannabis sativa L.)常被视为具有争议性的植物，但其非精神活性成分大麻二酚(CBD)在治疗癫痫、阿尔茨海默病等疾病方面展现出巨大医疗价值。随着中国部分省份获准开展药用大麻种植，如何通过精准调控光环境实现高效低碳生产成为产业瓶颈——当前室内种植中照明能耗占总成本20%，LED光源虽节能40%但仍占电耗70-80%。更棘手的是，不当的光环境设计会导致CBD产量下降与能源浪费，这直接制约着药用大麻产业的工业化进程。

针对这一关键问题，黑龙江省科学院大庆分院的研究团队在《Industrial Crops and Products》发表重要成果。研究选取高CBD含量品种"汉麻11号"(THC<0.3%)，采用四因素控制实验：光周期(12L:12D/14L:10D/16L:8D/18L:6D)与LED光质配比(LED A:FR:R:B:G=8:9:3:12；LED B:2:4:6:5；LED C:1:8:2:3；LED D:1:10:10:1)。通过HPLC检测花叶中CBGA、CBDA等成分，结合干物质分配、能源消耗(CPE_light
)等指标，系统评估了光环境对CBD合成的影响机制。

2. Materials and methods
研究在恒温26.2°C、湿度32.6%的密闭培养室进行，采用随机区组设计。关键技术包括：1) 动态调节LED灯高度模拟自然生长；2) 超声提取结合固相萃取净化样本；3) HPLC测定时采用Inertsil ODS-3色谱柱，以甲醇-水(78:22)为流动相；4) 通过CBD产量/能耗比(CPE_light
=P_light
×运行时间/CBD产量)评估能源效率；5) 采用Duncan检验进行差异显著性分析。

3. Results
3.1. Morphological characteristics
16L:8D+LED B处理下植株表现最优：株高176.17 cm、茎粗12.68 mm、分枝数45个，而12L:12D处理因过早开花导致株高仅16.25 cm。这表明延长光照时间可促进营养生长。

3.2. Biomass
16L:8D+LED C处理的茎生物量达109.24 g，而16L:8D+LED A的花叶总重62.94 g显著高于其他组。证实光质配比中绿光(G)与远红光(FR)对花叶发育具有特异性促进作用。

3.3. CBGA, CBN, CBDA and total CBD content
16L:8D+LED A组的CBDA(61.44 mg/g)和总CBD(54.78 mg/g)含量最高，且12L:12D组检出CBN(大麻酚)而长光照组未检出，提示短光照可能诱导降解产物积累。

3.4. Theoretical CBD yield per plant
最优组合16L:8D+LED A的单株CBD产量达3.45 g，较LED D组(1.14 g)提高202%，凸显光质配比的关键作用。

3.5. Light-associated CBD、dry biomass production efficiency
16L:8D+LED A的CPE_light
仅412.68 kWh/g，能源效率较14L:10D+LED D(5774409 kWh/g)提升近14000倍，证实该方案兼具高产与低碳特性。

4. Discussion
研究揭示了光信号通过生物钟基因(如CCA1/LHY)调控CBD合成的分子机制：16L:8D光周期可能通过激活CONSTANS-FT开花通路，同步促进腺毛(GTs)发育与次级代谢。特别发现FR:G光比例与花叶生物量呈强正相关(r>0.82*)，其机制可能是绿光穿透叶片促进下层光合作用，而远红光通过phytochrome信号增强同化物分配。

该研究首次建立"光周期-光质-能源效率"三维优化模型，16L:8D+LED A方案使CBD生产效率提升22.36 kWh/g，较传统方案节水31%。这一成果为药用大麻工厂化种植提供了可量化的光环境参数，其动态调光策略更可推广至其他高价值药用植物栽培领域。未来研究可结合转录组学进一步解析G/FR光调控GTs发育的关键通路，为精准光谱配方设计提供理论依据。