大麻组织培养与微繁殖:清除啤酒花潜伏类病毒、家庭实验室、储存与热带条件(下篇)

本篇讲大麻种植者使用组织培养的主要原因:培育不带啤酒花潜伏类病毒(HLVd)的植株。本篇还讲小型实验室的搭建、大麻特有的问题、没有母株时如何保存栽培品种(cultivar)、认证生产,以及在泰国高温下运行培养室。这里的组织培养,是指把很小的植物组织块放在无菌容器里的营养凝胶上培养,繁殖出大量完全相同的植株。

本文参考了八项已发表的研究,列在“参考文献”中,方括号里的数字就是对应的文献编号。章节从第5节开始,因为上篇已包含第1–4节:什么是组织培养、它与扦插相比如何、控制培养过程的激素,以及四个操作阶段和配方。

本文为下篇。上篇:https://asiannabis.com/t/1228

5. 清除啤酒花潜伏类病毒:使用组织培养的主要原因

什么是类病毒

HLVd是一小段环状的致病RNA。它没有蛋白质外壳,也没有自己的基因,会感染整株植物。它最早在啤酒花(给啤酒调味的植物)中被发现。2019年,美国加利福尼亚州首次报告了大麻中的HLVd,论文发表在期刊 Plant Disease 上[3]。

2023年期刊 Viruses 上的一篇综述指出,加州约90%的大麻种植设施检测呈阳性。该综述估计,行业损失每年最高可达40亿美元[1]。

症状及出现时间

“潜伏”(latent)就是隐藏的意思。许多受感染的植株在开花前看起来一切正常,到开花时损害才显现出来:

  • 植株矮化,花簇发育较差,植株变小[2]
  • 有柄腺毛(即大的树脂头)减少,小而发育不良的腺毛增多[2]
  • 有报告称THC含量损失50–70%,大麻素和萜烯产量最多减少50%[1]
  • 茎秆变脆,有时叶片畸形

症状出现得晚,所以一株母株可能多年看起来都很健康,而从她身上剪下的每一根插条都带着类病毒。

怎么做: 如果你保留多年的某个栽培品种现在长得更矮、树脂变少,先送检,再考虑调整施肥或灯光。

传播途径:比大多数种植者以为的更多

2025年,Punja及其同事研究了北美大麻中的HLVd,确认了四条传播途径[2]:

  1. 插条。 受感染母株的每一根插条都带毒。
  2. 根与根接触,发生在营养液循环使用的水培系统中。
  3. 茎上的伤口,来自被污染的刀片、支撑网和打叶操作。
  4. 种子和花粉,可导致最高100%的幼苗受感染。

同一项研究发现,在室温下,类病毒在压碎的叶片汁液中可检出7天,在干燥的叶片或根中可检出4周[2]。所以,从种子开始种并不能自动保证安全;留在房间里的植物残渣也会让类病毒一直存在。

译者注:许多泰国农场互相分享插条,又使用循环系统,等于同时占了途径1和途径2。研究中的“室温”并不是30–35 °C的泰国种植房。不要以为高温会让残渣里的类病毒更快消失,要把残渣清走。在拿到实验室检测结果之前,把每一根买来的插条都当作未经检测。

怎么做: 每剪完一株就给剪枝工具消毒,而不是换房间时才消毒。每次收获后,把叶、根、茎全部清出房间。哪些消毒剂对工具有效,见上文链接的HLVd主题。

为什么插条解决不了问题

HLVd存在于维管组织中,也就是植物体内输送水分和汁液的通道。所以受感染母株的每一根插条都带毒。没有任何化学处理能治好受感染的植株。可靠的方法有:

  1. 茎尖分生组织培养。 分生组织是枝条顶端的生长点。你切下的外植体要非常小(0.4 mm,带两个或更少的叶原基,即将来长成叶子的小突起),小到维管组织还没长到那里。Punja等人报告,这样得到的植株平均约41%检测为HLVd阴性。在八个基因型(基因型指一个栽培品种的遗传组成)之间,这一比例从0%到100%不等[2]。
  2. 分生组织培养结合热处理或冷处理。 把植株放在36 °C下14天,能迅速降低类病毒滴度(组织中类病毒的含量)。冷处理(2–4 °C、黑暗条件下8–21个月)结合小分生组织培养,效果比单用任何一种方法都好[1]。

结果取决于基因型,所以没有一个适用于所有栽培品种的统一成功率。正因如此,每一株分生组织培养出来的小苗都必须做RT-qPCR检测(一种检测类病毒遗传物质的实验室检测),之后才能说它无毒。只有阴性苗才能进入增殖阶段。证明植株无毒的是检测结果,而不是所用的技术。

逐步清除一个品系:分生组织培养结合热处理或冷处理

综合已发表的结果,一次清毒流程如下:

  1. 确认问题。 用RT-qPCR检测母株,确认她已受感染。
  2. 可选的热处理或冷处理。 把植株在36 °C下保持14天以降低滴度,或采用上文的冷处理[1]。
  3. 切取尽可能小的茎尖。 在放大条件下,切取小于0.5 mm、带两个或更少叶原基的分生组织茎尖[1][2]。
  4. 多启动一些茎尖。 每个希望保留的无毒品系,启动10–20个茎尖(见上篇第1阶段)。
  5. 检测每一株小苗,等它长出足够取样的组织时再测。保留阴性苗,丢弃阳性苗。
  6. 只增殖阴性苗。 在记录中给每个无毒品系一个独立编号。工具、根系或花粉都可能把类病毒重新带进来,所以要定期复检无毒母株品系。

译者注:36 °C接近泰国热季的气温,但热房间不等于热处理。该综述报告了在36 °C下保持14天的做法,但没有说明光照和湿度条件,还指出植株在田间种了六个月后滴度又回升了[1]。温室温度每天忽高忽低,做不到受控的恒温保持。综述中的冷处理是在2–4 °C、黑暗中持续8–21个月[1];本文引用的研究都没有测试过用家用冰箱做这件事。没有经过确认的HLVd检测,分生组织培养得到的品系应标为“未检测”,而不是“无毒”。

怎么做: 挑一个高价值的栽培品种做第一次清毒。切第一个茎尖之前,先找好检测实验室。

6. 在家搭建小型组织培养实验室

你不需要大学那样的实验室。设备清单很短:

物品 用途
超净工作台或静气箱 提供一个干净的空间,打开容器时不被污染
额定压力15 PSI的高压锅 用加压蒸汽给培养基灭菌
玻璃或聚碳酸酯容器 盛放培养物
精度0.01 g的秤 称量盐类、糖和琼脂
pH计 把培养基调到pH 5.7–5.8
手术刀和镊子 切割和转移组织
MS预混粉、琼脂和蔗糖 培养基本身
激素:TDZ或BAP,以及IBA(BAP配方还需要NAA) 引导组织长芽或长根
70%乙醇和漂白剂 清洁台面和外植体
低强度LED灯 给培养架照明

PSI即磅每平方英寸,15 PSI大约比正常气压高1巴。各国价格和进口关税差别太大,这里无法报价。做预算前,请按本地价格把清单核算一遍。

译者注:在泰国,MS预混粉、琼脂和植物激素作为实验室化学品出售。可以询问泰国实验室用品或植物组织培养用品的正规经销商,也可以在论坛“组织培养”版块问问会员们在哪里买。向卖家索取每种产品的数据表,上面会写明如何溶解和储存。

无菌操作:静气箱或超净工作台

每次打开容器,空气中的孢子和细菌都可能落到培养基上。培养基里的糖会养活它们,它们长得比植物组织还快。无菌技术的作用就是把它们挡在外面。

超净工作台是一种柜子,它向台面持续吹出一股经过过滤的气流,把孢子从打开的容器旁吹走。

静气箱是省钱的选择:把一个大的透明塑料收纳箱侧放,开两个伸手用的孔。每次使用前,在箱内喷70%乙醇。它的污染比超净工作台多,所以每个想保留的培养物都要多启动一些外植体。

译者注:以下通用习惯在两种设备中都能减少污染:

  • 箱子、工具和每个容器的外壁,放进去之前都用70%乙醇擦拭。
  • 洗净双手和前臂,戴上手套,并在手套上喷乙醇。
  • 在静气箱里动作要慢,快速动作会搅动空气。
  • 只在箱内或工作台内打开容器,手绝不要从打开的容器上方经过。
  • 每切完一个外植体,就给手术刀消毒一次。
  • 乙醇要远离明火和电热板,它很容易着火。

怎么做: 在切任何大麻组织之前,先做10个装普通培养基的容器,在箱内像真正操作那样打开再盖上。一周后,数一数有多少个变浑浊了,这就是你的初始污染率。

配制培养基

  1. 按厂家说明称取MS预混粉:全强度通常为4.4 g/L,半强度为2.2 g/L。加入30 g/L蔗糖,用蒸馏水溶解。
  2. 用激素母液(1 mg/mL,冷冻保存)加入激素。
  3. 把pH调到5.7–5.8:用1 M氢氧化钠(NaOH)调高,用1 M盐酸(HCl)调低。“1 M”是这两种试剂常见的出售浓度。
  4. 加入7 g/L琼脂,加热并搅拌至溶解。每个容器倒入25–30 mL。
  5. 在121 °C / 15 PSI下灭菌15–20分钟,可用高压灭菌器或15 PSI的高压锅。
  6. 在超净工作台或静气箱内放凉、凝固。

激素母液。 1 mg/mL的母液每毫升含1 mg激素,例如把100 mg激素溶解后定容到100 mL。按各激素数据表上的说明溶解。每升培养基加入1 mL这种母液,浓度就是1 mg/L。

培养基 激素 每升所需母液(1 mg/mL母液)
启动 0.5 mg/L BAP + 0.1 mg/L NAA 0.5 mL BAP + 0.1 mL NAA
增殖(BAP) 1.0–2.0 mg/L BAP + 0.1 mg/L NAA 1–2 mL BAP + 0.1 mL NAA
增殖(TDZ) 0.5 µM TDZ(约0.11 mg/L) 0.11 mL,或1.1 mL 0.1 mg/mL的母液
生根(半强度MS,500 mg/L活性炭,不加细胞分裂素) 2.5 µM IBA(约0.5 mg/L) 0.5 mL IBA

保质期。 倒好的培养基在室温下可放几周,密封冷藏能放更久。使用前已变浑浊的容器一律丢弃。

译者注:很多厨房用高压锅达不到15 PSI,要查看厂家标注的额定压力。压力低于15 PSI时,蒸汽温度达不到121 °C,培养基可能灭菌不彻底。泰国的房间比温带地区的实验室更热,所以存放的培养基要更勤检查。

怎么做: 在每个培养基容器上写明日期、配方和批次号。这样培养失败时,就能追溯到是哪一批次的问题。

7. 大麻特有的问题

褐变

大麻组织切开后会释放酚类化合物,这是一类天然的植物化学物质,遇到空气会发生反应而变褐。褐变会减缓生长,甚至让外植体死亡。减少褐变的四种方法:

  • 在启动培养基中加入活性炭(1–2 g/L)。活性炭也会吸附一部分激素,所以可能需要调整激素用量。
  • 在最初24–48小时内把外植体转到新鲜培养基上。
  • 使用抗氧化剂,如抗坏血酸(维生素C)或柠檬酸。本文依据的研究没有给出用量,所以请从已发表的组织培养配方入手,先在少量外植体上试。
  • 下刀要快,让伤口暴露的时间尽量短。

怎么做: 如果很多外植体褐变,下一批做两处改变:加活性炭,并在24–48小时内转接。然后和上一批的结果对比。

玻璃化的芽(过度水化)

茎尖变得透明、肿胀、像玻璃一样,这也叫玻璃化(vitrification)。这是大麻培养衰退的一种有文献记载的形式。Monthony等人2021年的综述指出,这一现象特别出现在含0.5 µM TDZ的MS培养基上[4],而这正是增殖效果好的剂量。所以每次用TDZ都要密切观察。

原因:细胞分裂素(促进长芽的激素)过多,密封容器内湿气积聚,盐浓度过高。

解决方法:

  • 降低细胞分裂素用量。
  • 改用透气盖或带小通气孔的容器。
  • 把琼脂提高到8–9 g/L,让培养基表面更干。
  • 用BAP代替TDZ培养一个周期。

译者注:在潮湿的热带房间里,要选覆有过滤膜的通气孔,不要用敞开的缝隙,以免孢子进入。

怎么做: 每次只改一个因素,这样你才知道是哪项改动解决了问题。

遗传稳定性:为什么要避免愈伤组织

新芽可以直接从已有的芽上长出来(“芽生芽”,即直接器官发生)。这种方式通常突变很少,长出的植株与母株一致[4]。经过愈伤组织(一团未分化的细胞)再生就不一样了,而且在大麻上也不可靠。在综述涉及的研究中,愈伤组织的再生率低至1.35%,最好的处理也只有14%[4]。

所以,愈伤组织既有遗传风险,又极难成功。两个原因得出的是同样的规则:

  • 采用直接器官发生,不要经由愈伤组织再生。
  • 细胞分裂素用到仍然有效的最低剂量即可。
  • 定期核对品种身份,可以比较肉眼可见的性状(表型),或使用DNA标记。

Lata等人用DNA分析证实了这种核对:从储存的包埋材料再生的植株与原株一致[8]。所以这种核对是有文献依据的做法,并非过度谨慎。

译者注:我们没有找到公开提供大麻栽培品种身份DNA标记检测的泰国实验室。在找到之前,可以比较性状:在相同条件下,把一株来自培养品系的植株和一株来自原母株的植株并排种植。记录株高、开花时间和气味,并拍照。两株都做一份检测报告(COA),还能再加上化学成分的对比。

怎么做: 每隔几个周期,从每个培养品系中挑一株,与一株参照植株并排种出来对比。

8. 包埋种子与慢生长储存

组织培养最有用的用途之一,是在没有活母株的情况下保存栽培品种。

包埋(“人工”)种子

把一段茎或一个茎尖封进一颗海藻酸钠珠子里,海藻酸钠是一种含营养的海藻凝胶。美国密西西比大学的Lata团队在2012年测试了这种方法[7]。他们把包埋的大麻茎段在15 °C下储存最长24周,最高再生和存活率为60%。

再生植株在驯化(炼苗)阶段的存活率为90%,大麻素谱与供体植株一致[7]。另一项2011年的研究用DNA分析证实,从储存后的包埋种子长出的植株,遗传上与原株一致[8]。

请如实看待这些数字:是24周,不是几年;存活率是60%。没有母株房时,包埋是把一个栽培品种保存一季的实用方法。它不能替代种质库,也就是长期保存植物遗传资源的设施。

慢生长储存

培养物也可以不包埋,放在较凉的环境中让它们长得慢一些,从而减少继代培养的次数。在同一项研究中,部分未包埋的培养物加入了渗透剂(甘露醇或山梨醇)。这类物质加入培养基后会限制吸水,从而减缓生长[7]。其中,在测试的最低剂量2%下,再生和存活效果最好[7]。

怎么做: 即使在实验室里,储存的珠子也有约40%死亡。所以每个栽培品种储存的珠子或容器要比所需多出好几倍,不可替代的栽培品种还要保留一份活体备份。保持15 °C所需的设备见第10节。

9. 认证医用级生产中的组织培养

有些农场瞄准医药市场,例如欧盟GMP标准(EU-GMP)的买家,或通过泰国FDA(泰国食品药品管理局)出口。对这些农场来说,组织培养能提供用插条很难得到的记录,用于支持GACP(良好农业与采集规范)和GMP审核:

  • 明确的起始材料: 每个批次都能追溯到一个已知的、做过病原检测的母本培养物。
  • 批次均一,质量控制更简单。
  • 有记录的病原清除: 分生组织培养之后,再用RT-qPCR检测确认。
  • 审核追溯记录: 每一次继代培养都记下日期、培养基成分和操作人员。

译者注:在泰国,根据泰国卫生部《管控草药(大麻)公告》佛历2568年,大麻花属于管控草药,该公告自2025年6月26日起生效。自2026年4月30日起,《管控草药部级条例(第2号)》佛历2569年收紧了大麻花的许可标准。《大麻管制法》草案尚未成为法律:内阁于2026年9月22日批准该草案,并已提交众议院。本文不讨论生产或转让大麻组培苗是否需要单独的许可证。向其他农场出售或赠送组培苗之前,请以书面形式询问给你签发许可证的主管部门。

怎么做: 现在就建立记录表,小实验室也一样。列出以下各栏:日期、栽培品种、母株编号、培养基批次、激素用量、操作人员、转入和转出的芽数、污染情况、检测结果。

10. 在热带气候下运行培养室

大多数已发表的方法来自气候较凉的实验室。在泰国和整个东南亚,有三项调整很重要。

  • 先控制室温。 培养物要保持在24–26 °C,而室外气温通常更高。所以培养室需要一台独立的空调持续运行,还要有停电应对方案。一个在25 °C下能撑过24小时的培养物,在34 °C下可能撑不过24小时。停电时空调停转,室温向室外温度攀升,培养物就会过热。
  • 空气中的霉菌孢子会更多。 在干燥、凉爽的房间里效果尚可的静气箱,到了潮湿的房间里污染会更多。在你最干净、最少使用的房间里操作,两次操作之间保持箱子关闭,并且比国外配方建议的多启动一些外植体。
  • 15 °C储存需要专门设备。 家用冰箱的温度在4 °C左右;要稳定保持15 °C,需要酒柜或温控柜。在按24周储存来做计划之前,先把这笔钱算进预算。

译者注:如果你所在的地方经常停电,可以考虑配一台能带动空调的发电机或电池备用电源。用一支能记录最高温度的温度计,就能知道停电期间房间最高热到多少度。雨季湿度最高,所以这几个月要多启动一些外植体。

怎么做: 开始培养之前,连续两周每天记录两次培养室温度,看看你的制冷能否把温度保持在24–26 °C。

11. 什么时候不值得做组织培养

  • 小规模家庭种植(每个周期1–10株): 扦插更快、更便宜,也不需要设备。组织培养的优势随规模增大而增加。
  • 自动开花品种: 它们不能作为母株保留。可以拿来培养,但用于日常繁殖并不现实。
  • 用种子种一次就结束: 如果你不打算保留这份遗传,组织培养只会增加工作量,没有好处。
  • 预算紧张: 只有当你每个周期需要大量克隆苗,或者确实需要无病原材料时,设备成本和学习时间才划算。

译者注:对泰国大多数家庭种植者来说,一个更便宜的方案就能覆盖大部分同样的风险。从你核实过的卖家那里买种子。种子也可能携带HLVd,有条件就送检。保留一株检测过的母株,每剪完一株就给工具消毒,买来的插条要先隔离。

怎么做: 统计你每个周期取多少克隆苗,以及因疑似类病毒或其他病害损失了多少株。如果两个数字都很小,就继续用扦插。

12. 入门:实用计划

第1–2个月。 先用便宜、容易成功的植物练习无菌技术,如绿萝或非洲紫罗兰。自己做或买一个静气箱。配制MS培养基,并练习灭菌。目的是在拿大麻组织冒险之前,先学会控制污染。

第2–3个月。 从一株健康、检测过的母株上取茎段,开始你的第一批大麻培养。启动的数量要远多于所需,并做好大量损耗的准备。学会分辨正常生长和污染。

第3–6个月。 对存活下来的培养物做继代培养。针对你的栽培品种调整细胞分裂素用量,这一步任何已发表的配方都替你做不了。开始做生根和驯化试验。

第6个月起。 用茎尖分生组织培养清除类病毒,并用RT-qPCR确认每个品系。连续几个周期,按栽培品种记录增殖率和衰退率。然后根据你自己的数据编写标准操作规程(逐步写明的操作方法)。

译者注:绿萝是泰国和东南亚常见的室内植物,练习材料很容易找到。

组织培养比扦插要花更长时间才能学会。作为回报,规模化种植者能得到无类病毒的品系,能大规模繁殖,还能在没有母株房的情况下把品种保存几个月。

怎么做: 现在就把第1–2个月的任务写进日历,只购买这一阶段需要的设备。


如果你试过用组织培养繁殖大麻,欢迎在本主题下方留言:说说你遇到的最大问题(污染、驯化还是其他),以及你的栽培品种、培养基配方和数量统计。也欢迎提问。

参考文献

  1. Adkar-Purushothama, C.R., Sano, T., & Perreault, J.-P. (2023). Hop latent viroid: A hidden threat to the cannabis industry. Viruses, 15(3), 681.
  2. Punja, Z.K., Scott, C., Tso, H.H., Munz, J., & Buirs, L. (2025). Transmission, spread, longevity and management of hop latent viroid, a widespread and destructive pathogen affecting cannabis (Cannabis sativa L.) plants in North America. Plants, 14(5), 830.
  3. Bektaş, A., Hardwick, K.M., Waterman, K., & Kristof, J. (2019). Occurrence of hop latent viroid in Cannabis sativa with symptoms of cannabis stunting disease in California. Plant Disease, 103(10), 2699.
  4. Monthony, A.S., Page, S.R., Hesami, M., & Jones, A.M.P. (2021). The past, present and future of Cannabis sativa tissue culture. Plants, 10(1), 185.
  5. Murashige, T., & Skoog, F. (1962). A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum, 15(3), 473–497.
  6. Lata, H., Chandra, S., Khan, I.A., & ElSohly, M.A. (2009). Thidiazuron-induced high-frequency direct shoot organogenesis of Cannabis sativa L. In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant, 45(1), 12–19.
  7. Lata, H., Chandra, S., Mehmedic, Z., Khan, I.A., & ElSohly, M.A. (2012). In vitro germplasm conservation of high Δ9-tetrahydrocannabinol yielding elite clones of Cannabis sativa L. under slow growth conditions. Acta Physiologiae Plantarum, 34(2), 743–750. https://doi.org/10.1007/s11738-011-0874-x
  8. Lata, H., Chandra, S., Techen, N., Khan, I.A., & ElSohly, M.A. (2011). Molecular analysis of genetic fidelity in Cannabis sativa L. plants grown from synthetic (encapsulated) seeds following in vitro storage. Biotechnology Letters, 33(12), 2503–2508.

本文是Asiannabis社区教育系列的一部分,仅供在允许种植大麻的地区用于合法的教育目的。