From Staminate Flower Induction to Seed Harvest: Feminised Seed Production in Cannabis sativa

在植物育种的世界里，目标通常是创造出携带父母双方最优秀性状的后代，将一方的强壮与另一方的风味结合在一起。对于大多数作物而言，这是一个直接的过程：将雄性植物的花粉采集并放置在选定的雌性伴侣的花朵上。然而，大麻植物呈现出了一个独特的生物学难题。它是雌雄异株的，这意味着个体具有明显的雄性和雌性之分，而商业化产品——即花朵——仅存在于雌性植株上。在商业环境下，哪怕只有一个雄性植株的存在都是一场灾难，因为它的花粉会使雌性植株受精，导致它们产生种子，而不是收获那些用于采收的、致密且无籽的花朵。这种严格的分离使得传统的育种变得困难，因为科学家无法在不引入雄性遗传基因或面临产生多余种子的风险的情况下，轻松地将两株优秀的雌性植物进行杂交，以创造出一种新的、改良的品种。

为了解决这个问题，研究人员长期以来一直在寻求一种能够暂时改变雌性植物性别的方法，即在不改变其遗传密码的前提下，说服其产生花粉。这一过程依赖于一种化学处理手段，通过阻断一种被称为乙烯的激素来中断植物自然的激素信号，这种激素对于雌性花朵的发育至关重要。当这种信号在正确的时间被静默时，植物的生殖系统就会切换模式，开始生长雄性花朵而非雌性花朵。虽然这个概念已被认知了一段时间，但实际应用一直不够稳定，许多尝试要么无法产生足够的有效花粉，要么导致植株因压力过大而无法正常运作。挑战在于，如何将一种实验室里的技巧转化为一种可靠的、工业规模的方法，用以生产“雌性化”种子——即那些遗传上属于雌性，但诞生于两株雌性亲本之间的种子。

农业维多利亚州（Agriculture Victoria）的一个研究团队现在通过开发出一套完整的、循序渐进的生产这些种子的系统，填补了这一空白。他们的工作超越了简单的化学应用，而是创建了一个完整的流程，从最初的植株生长到最终的种子收获。该过程始于从单株高质量的雌性植物上进行扦插繁殖，并在受控环境中进行培育。研究人员仔细管理这些植物的形态，通过修剪来鼓励形成特定的分枝结构，以确保化学喷雾可以触及冠层的每一个部分。这种准备工作至关重要，因为植株必须足够强健，既能承受处理过程，又能保持可操作性，以便进行后续精细的工作。

一旦植株准备就绪，团队就会施用硫代硫酸银溶液，这是一种触发性别转变的化学混合物。这并非一次性的事件，而是一场持续的行动。在花朵开始发育时，植株每周会被喷洒三次，持续数周。时机至关重要；喷洒必须在黑暗或微光下进行，因为这种化学物质在强光照射下会迅速分解。随着周数的推移，受处理植株上的雌性花朵会发生肉眼可见的变化。它们不再发育出用于捕捉花粉的黏性毛状结构，而是开始膨胀并形成含有花粉的小圆囊。这些看起来与天然雄性植物上的囊状物不同的囊，最终会变黄并破裂，释放出一团有效的花粉。

研究人员发现，为了获得足以支持成功育种计划的花粉量，他们需要在三到四周内反复喷洒植株。他们通过轻轻摘取囊状物并将其通过精细筛网进行振动，从而将花粉颗粒与植物组织分离。随后，这些花粉被存放在冷冻库中，以保持其活性直到需要使用。接下来的阶段涉及将这些储存的花粉颗粒手动刷涂到其他未经过处理的雌性植物的柱头上。这些受粉植株是平行种植的，其时间安排经过精确计算，确保在供体植株产生花粉的同时，它们的雌蕊也正好处于接收状态。通过使用精细的毛刷直接涂抹花粉，团队确保了授粉的精准性，并防止了任何不必要的污染。

研究结果非常显著。仅通过使用该技术授粉的三株受粉植株，团队就收获了约3,000颗种子。这一产量证明，该方法不仅在科学上是成立的，而且在生产大规模育种计划所需的种子方面具有实用性。所产出的种子全部为雌性，证实了其遗传物质完全来自于两株雌性亲本。研究人员指出，虽然受处理的供体植株表现出了压力迹象（如叶片发黄），但这属于过程中的正常现象，且并未阻碍花粉的成功形成。事实上，这种压力反应正是化学处理有效地抑制了雌性生殖器官，并将植物能量转向创造雄性结构的体现。

这项研究通过提供一个可靠的框架来创造优质杂交品种，标志着大麻产业迈出了重要一步。在此项工作之前，育种者常因性别逆转的不可预测性或缺乏标准化的大规模种子生产方法而苦恼。新方案提供了一条生成遗传一致性种子的清晰路径，这些种子可以长期储存，并用于种植与亲本完全相同的植株。相比于目前行业标准的克隆扦插技术（该技术劳动强度大且疾病风险较高），这是一个巨大的优势。通过实现利用两株选定的雌性植物进行种子繁殖，该方法允许育种者固定优良性状，并以更高的精度创造新的杂交种。这项工作表明，借助这一工具，大麻的科学育种潜力终于得以释放，使该作物从人工繁育状态转向更先进的、基于种子的农业系统。