韦秀叶，赵信林#，郭媛，邱财生，龙松华，王玉富

（中国农业科学院麻类研究所，湖南 长沙 410205）

工业大麻（CannabissativaL.）是大麻科（Cannabinaceae）大麻属（Cannabis）的一年生草本植物，又称“汉麻”“火麻”或“线麻”等，是中国最古老的纤维作物之一，在中国已有6000多年的栽培历史［1-3］，随着对工业大麻功能的不断开发，工业大麻的用途已经不再局限于纤维，其在工、农、医、食品等行业都显示出了巨大的应用价值。因此，高效、高产、优质的大麻生产技术已经成为工业大麻产业发展的热点。

水培是一种将水和养分结合起来栽培植物的方法［4］，可缓解土壤种植所产生的有关问题，如减少病虫害发生、避免连作障碍，从而实现农业生产现代化。近年来，水培研究越来越普遍［5-7］。传统的土培使工业大麻更易发生病虫害，如红蜘蛛、螨虫、霜霉病、白斑病等，每年可造成工业大麻减产11%［8］。因此，利用水培技术实现工业大麻工厂化生产显得尤为重要，而水培生产的成功与否，在很大程度上取决于营养液配方组成和浓度是否合适。目前，水培技术已成功运用于蔬菜瓜果和观赏植物上，汤辉［9］等研究自设营养液与其他3种营养液对水培芹菜的影响，发现自设营养液在形态指标上显著高于其他3种营养液。吕炯璋等［10］探讨不同营养液配方及浓度对番茄幼苗生长的影响，发现标准浓度营养液在植株株高、茎粗、鲜重、干重和叶面积增长方面效果最好，其次是1/2倍浓度，最后是1/4倍浓度的。周雅倩等［11］研究发现，观赏甘薯在浓度为1/2倍的循环水生菜营养液中生长达到最佳。迄今为止，专用于工业大麻水培的营养液配方尚不清楚，因此本研究拟通过研究不同配方营养液及浓度对工业大麻幼苗生长的影响，筛选出适合工业大麻生长的营养液配方及最佳浓度，以期获得优良的水培工业大麻植株，为实现工业大麻水培工厂化生产提供理论参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验材料为工业大麻“新麻1号”，该材料由中国农业科学院麻类研究所栽培研究室提供。

1.2 试验方法

试验起始于2020年5月1日，选择2种营养液配方：标准霍格兰营养液（记作H）以及根据工业大麻需肥规律自主设计的营养液配方（记作Z）（见表1）。本试验以标准霍格兰营养液配方（1H）为对照，将自主设计的营养液配方设置4个浓度梯度，分别为1倍（1Z）、1/2倍（1/2Z）、1/4倍（1/4Z）和1/8倍（1/8Z）浓度营养液，共5个处理，每个处理5株苗，试验重复3次。本试验分两个阶段进行，第1阶段为5月1日～5月15日（播种到分苗），以营养土（东北草炭、珍珠岩、蛭石等比例）为基质，在规格为52 cm×26.5 cm×5.0 cm的72孔育苗盘中进行播种育苗，每穴播种5粒种子，每隔2 d用蒸馏水浇灌；第2阶段为5月16日～6月20日，将长至2～3片真叶且长势均匀的幼苗从育苗盘中移出，洗净根部，移至装有不同配方营养液的250 mL锥形瓶中，每个锥形瓶放1株苗，在人工气候箱中培养，设定光照强度2000 lx，温度24℃，湿度70%，光照时长16 h/8 h。每天用蒸馏水喷洒幼苗叶面，每隔7 d换一次营养液，所用营养液的酸碱度用10%NaOH和1 mol/L HCl进行调节，使其pH保持在5.8～6.2。从5月26日起每隔10 d用直尺测定植株株高（从茎基部到生长点）和根长，游标卡尺读取茎粗（地上茎基部1 cm处），并记录新生根数。6月20日采用Yaxin-1241叶面积仪测定叶面积（第二对功能叶），迅速用电子天平（精确度为0.001 g）称量植株全株重、茎叶鲜重和根部鲜重。生长速率相关计算公式如下：

表1 供试营养液营养元素配方Table 1 The element composition of the supplied nutrient solution

株高（cm/d）=（第30 d的株高-第10 d的株高）/20 d

茎粗（mm/d）=（第30 d的茎粗-第10 d的茎粗）/20 d

根长（cm/d）=（第30 d的根长-第10 d的根长）/20 d

生根数（条/天）=（第30 d的生根数-第10 d的生根数）/20 d

1.3 数据处理

数据采用Excel进行处理，采用SPSS 26.0进行显著性检验，并采用Duncan法在p＜0.05显著水平上对各项测定指标的平均值进行多重比较，采用Graphpad Prism 7.0作图。

2 结果与分析

2.1 不同营养液配方及浓度对工业大麻幼苗形态指标的影响

2.1.1 不同营养液对工业大麻幼苗株高的影响

如图1（a），与标准霍格兰营养液（1H）相比，自主设计营养液配方（Z）的4个浓度均促进工业大麻株高的增长。在第10、20、30 d时，株高最大的是1/8Z，与1H相比呈显著性差异；在第10、20 d时，株高最小的是1/4Z；在第30 d时，株高最小的是1/2Z，与1H相比均无显著性差异。由图2（a）株高生长速率最大的是1/4Z，最小的是1/2Z，与1H相比，均呈显著性差异。

2.1.2 不同营养液对工业大麻幼苗茎粗的影响

茎是植物的营养器官之一，通过木质部和韧皮部将根部吸收到的水分和矿物质运输到各营养器官，以供各组织器官的生命周期生长发育。茎越发达，越有利于营养物质的运输［12］。由图1（b）可知，茎粗在第10、20 d时最大的是1/2Z，在第30 d最大的是1/4Z，与1H相比，在第10 d时茎粗呈显著性差异，在第20、30 d时均无显著性差异；在第10 d时，茎粗最小的是1/4Z，在第20、30 d时，茎粗最小的是1/8Z，与1H相比，在第10 d时呈显著性差异，在第20、30 d时均无显著性差异。表明该营养液配方对茎粗的增强作用并不明显。由图2（b）茎粗生长速率最大的是1/4Z，最小的是1/8Z，与1H相比，前者无显著性差异，后者呈显著性差异。

2.1.3 不同营养液对工业大麻幼苗根长的影响

植物根系吸收水分及矿物元素等营养物质以供给植物生长，部分植物的根还具有繁殖或者储存营养的作用［13］。由图1（c）可知，第10 d时根长最大的是1Z，在第20、30 d时最大的是1/8Z，与1H相比，均呈显著性差异。1/4Z处理的根长在第20、30 d时仅次于1/8Z，与1H相比均呈显著性差异。由图2（c）根长生长速率最大的是1/8Z，最小的是1Z，与1H相比，均呈显著性差异。

2.1.4 不同营养液对工业大麻幼苗生根数的影响

根系越发达，越有利于植物地上部营养物质的供给。由图1（d）可知，在第10、20、30 d时生根数最大的是1/8Z，其次为1/4Z，在第20、30 d时，生根数最小的是1Z，与1H相比，均呈显著性差异。由图2（d）生根数生长速率最大的是1/8Z，其次是1/4Z，最小的是1Z，与1H相比，均呈显著性差异。这表明1/8Z处理可以促进根系生长，缩短幼苗苗龄，提前发育成大苗，可能更适用于工业大麻幼苗水培。

图1 不同营养液处理条件下工业大麻的植株生长特点Fig.1 Characteristics of industrial hemp under different nutrient solution treatment conditions

图2 不同营养液处理条件下工业大麻的生长速率Fig.2 Growth rates of industrial hemp under different nutrient solution treatment conditions

2.2 不同营养液对工业大麻幼苗产量和叶面积的影响

从表2可以看出，相对于标准霍格兰营养液（1H），自主设计的不同浓度营养液配方处理下叶面积均大于1H处理的，在4个处理中，叶面积最大的为1/4Z，达到1350.67 mm2，与其他4个处理差异均显著，其次为1/2Z，为790.70 mm2，虽然与1/8Z差异不显著，但显著高于1H和1Z。除1Z外，其余3个配方的工业大麻幼苗全株重、鲜重均高于1H，且在几个处理中，全株重、茎叶鲜重、根部鲜重最大的是1/4Z，分别为1.99、1.47、0.52 g，与1H及1Z差异显著，而与1/2Z、1/8Z仅在茎叶鲜重和根部鲜重差异显著，在全株重、根部鲜重上无显著性差异。综合产量及叶面积，1/4Z和1/8Z可能更适合于工业大麻水培生产。

表2 不同营养液配方及浓度对工业大麻生物量和叶面积的影响Table 2 Effects of different nutrient solution formulations and concentrations on biomass and leaf area of industrial hemp

3 结论与讨论

通过工业大麻幼苗生长的形态指标（株高、茎粗、根长、生根数、叶面积）、生长速率和生物量（全株重、茎叶鲜重、根部鲜重）等可以初步筛选出适合工业大麻幼苗生长的营养液配方。其中株高、茎粗、根系长度等是反映作物营养生长状况的重要指标［14］。研究表明，植株在合适的营养液浓度下，植株生长较高，叶片较大［15］，表明该植物生长更旺盛，吸收无机物的能力更强，因此更有利于植物体内养分的合成和积累［16］。本研究结果表明：在标准霍格兰营养液（1H）和根据大麻需肥规律自主设计的不同浓度梯度营养液配方1Z、1/2Z、1/4Z和1/8Z处理下，就生物量、叶面积、株高、茎粗、根长、生根数和生长速率指标而言，自制水培营养液配方总体优于标准霍格兰营养液。其中就形态指标株高、茎粗、根长、生根数而言，自主设计1/8Z营养液配方为最佳处理；就全株重、茎叶鲜重、根部鲜重及叶面积而言，自主设计1/4Z营养液配方总体优于其他3个处理，这与薛国萍［17］、何锐［18］等研究生菜生长所需最佳剂量浓度一般为1/4倍标准浓度营养液一致。

由于物种的特殊性，适用于不同作物的营养液配方和浓度并不相同。营养液的浓度过高，植物无法吸收，浓度过低则无法满足植物对各种营养元素的需求，只有选择最佳的水培营养液比例才能使水培生产效果达到最佳［19］。目前水培技术在叶菜类、花卉等方面运用较成功，然而在工业大麻上由于专用的营养液配方及浓度比例尚不明确，使得工业大麻水培体系不稳定，本研究明确了适合于工业大麻幼苗水培生产的营养液浓度为1/4Z和1/8Z，为工业大麻水培营养液探究提供了参考，但对于工业大麻水培专用营养液配方及最佳浓度比例尚需进行全面系统的试验。