Lejos

Antes de que la Ley Agrícola de 2018 legalizara el cáñamo y abriera las puertas a una amplia investigación universitaria con concesión de tierras sobre Cannabis sativa, aunque utilizando cultivares con niveles de THC que no excedieran el 0,3%, los estudios científicos sobre la planta eran limitados. Debido a la ilegalidad federal, los programas de investigación universitarios que dependen de fondos federales para sobrevivir rehuyeron la planta. La investigación recayó en los productores quienes, por necesidad y elección, en gran medida guardaron sus hallazgos para sí mismos.

Cuando eso cambió en 2018, el conocimiento obtenido de décadas de estudios prácticos por parte de cultivadores tradicionales proporcionó un trampolín para la investigación científica, pero todavía existía un muro cultural entre los cultivadores y los investigadores de cannabis.

En los últimos años se ha visto un crecimiento espectacular en los programas universitarios centrados en la investigación rigurosa del cannabis, desde los estudios de nutrición del cannabis de la Universidad Estatal de Carolina del Norte hasta las investigaciones de la Universidad Estatal de Utah que arrojaron una nueva definición de radiación fotosintéticamente activa (PAR) que Bruce Bugbee, Ph.D., llama la El hallazgo más significativo de su carrera hasta la fecha.

Pero ese no es el único cambio. Los productores, desde empresas heredadas hasta nuevas entradas en el mercado legal, están dando la bienvenida a la investigación universitaria que puede generar una ventaja competitiva.

A medida que comienza un nuevo año, investigadores y productores están encontrando puntos en común para hacer avanzar la industria del cannabis en beneficio de todos. Con ese espíritu, Cannabis Business Times consultó con cuatro programas de investigación universitarios líderes de EE. UU. para conocer lo último en investigación sobre Cannabis sativa.

Con el profesor Bruce Bugbee a la cabeza, el Laboratorio de Fisiología de Cultivos de la Universidad Estatal de Utah (USU) a menudo se asocia con el perfeccionamiento de las relaciones entre las plantas y la luz. Pero si bien la luz es el foco de atención, la investigación del laboratorio abarca un amplio espectro.

"Debido a que el cannabis es un cultivo nuevo [para los investigadores] y un cultivo único en su forma de crecer y florecer, hay muchas cosas que hemos aprendido en los últimos años", dice Bugbee.

Pero el enfoque del laboratorio de la USU respecto del cannabis difiere del de muchos. En lugar de decir que no saben nada sobre la planta, los investigadores adoptan el enfoque opuesto, dice Bugbee. “Decimos que sabemos todo sobre esta planta. Suponemos que es igual que todas las demás plantas de días cortos que hemos estado estudiando durante muchas décadas. Ahora busquemos las excepciones a la regla”.

PAR extendido: Las noticias más innovadoras del laboratorio de Bugbee tienen que ver con los fotones del rojo lejano y la fotosíntesis. Durante el último medio siglo, la definición aceptada de radiación fotosintéticamente activa (PAR), conocida como curva de McCree, ha sido el rango de 400 a 700 nanómetros.

Pero la investigación de Bugbee y su equipo, publicada en Cannabis Business Times en 2019 y publicada más recientemente por New Phytologist en 2022, sugiere una nueva definición de PAR, conocida como ePAR o PAR extendida. Ya aceptado por algunos investigadores, ePAR extiende el rango superior de fotones involucrados en la fotosíntesis a 750 nanómetros, incluidos los fotones del rojo lejano en el borde de la luz visible.

El descubrimiento de que los fotones del rojo lejano, que ya se sabe que afectan la forma de las plantas, también causan la fotosíntesis se aplica a toda la vida vegetal y tiene implicaciones para todos los entornos de cultivo, incluido el exterior. Pero Bugbee advierte que los productores en entornos controlados aplican los fotones del rojo lejano con cuidado.

La buena noticia es que los fotones del rojo lejano aumentan la expansión de las hojas, por lo que la luz se captura más rápidamente. Pero simultáneamente aumentan el alargamiento del tallo, lo cual es una mala noticia cuando el objetivo son plantas compactas.

En entornos controlados, Bugbee sugiere aplicar fotones de color rojo lejano al principio del ciclo de vida para ayudar a cerrar el dosel y capturar todos los fotones disponibles, y luego minimizar el rojo lejano durante el alargamiento del tallo al principio de la floración para mantener las plantas bajas. Una vez terminada esa fase, dice Bugbee, las últimas cuatro semanas antes de la cosecha abren la puerta para aplicar nuevamente fotones del rojo lejano.

Intensidad de luz: Bugbee dice que el cannabis es notable por su capacidad de beneficiarse de un flujo de fotones extremadamente alto, también conocido como intensidad de luz. En comparación, las verduras de hoja verde saturan alrededor de 500 micromoles por metro cuadrado por segundo (μmol/m2/s). Los tomates se saturan alrededor de 1.000 µmol/m2/s. Pero el cannabis no se satura hasta niveles mucho más altos.

"En nuestros estudios, llega hasta 2.000 µmol/m2/s, lo que equivale a plena luz solar al mediodía en verano", afirma. La investigación del laboratorio ha confirmado una relación lineal entre el aumento de la intensidad de la luz y el aumento de los rendimientos de cannabis hasta ese límite de 2.000 PPFD, significativamente más alto que el que tradicionalmente han utilizado los cultivadores en entornos controlados.

Pero Bugbee enfatiza que el cannabis sólo se beneficia de la iluminación de alta intensidad si nada más es limitante en el entorno de cultivo, destacando el riego, la fertilización, el enriquecimiento de CO2 y más: “Debes tener todo lo demás optimizado para poder aprovechar la luz intensa. "

Añade, sin embargo, que aumentar la intensidad de la luz no siempre es rentable. Las facturas de electricidad aumentan junto con los rendimientos, por lo que todo cultivador debe considerar los óptimos tanto fisiológicos como económicos para su cultivo.

Fertilización: Varias líneas de investigación de la USU involucran nutrientes. Bugbee dice que muchos cultivadores de cannabis utilizan niveles "extraordinariamente altos" de fósforo, hasta 100 partes por millón (ppm) o más. Las investigaciones confirman que el cannabis se beneficia de una mayor cantidad de fósforo que los cultivos típicos para la producción de flores, pero Bugbee sitúa los niveles óptimos en alrededor de 30 ppm. Tasas más altas desperdician fertilizantes y dinero e introducen riesgos ambientales.

Un estudio fascinante, que Bugbee caracteriza como “el tipo de cosas que te sacan de la cama todas las mañanas”, se centra en el micronutriente cobre y el papel que las fertilizaciones con niveles elevados de cobre pueden desempeñar en el control de enfermedades. Aunque sólo se necesita en pequeñas cantidades para la nutrición de las plantas, el cobre se utiliza ampliamente como un potente fungicida.

“Estamos buscando elevar el cobre para inhibir enfermedades fúngicas, como Pythium y Fusarium en la zona de la raíz. Estamos descubriendo que el cannabis puede tolerar estos altos niveles de cobre sin reducir el crecimiento o el rendimiento. Y, por lo tanto, anticipamos que un mayor nivel de cobre reducirá las enfermedades. Esta es una investigación inicial, pero hasta ahora parece muy prometedora”, explica Bugbee.

Dirección de cultivos: Los investigadores pueden llamarlo “control ambiental fásico”, pero la mayoría de los productores lo llaman dirección del cultivo o guía del crecimiento de las plantas con iluminación, nutrientes, humedad y otros parámetros específicos. En el manejo de cultivos, existe un interés particular en la manipulación de la zona de las raíces para optimizar el crecimiento y el rendimiento. El laboratorio de Bugbee estudia áreas como el estrés hídrico de precisión y la restricción de nutrientes durante la floración temprana, refinando la delgada línea entre mantener las plantas cortas y los rendimientos altos.

Mitch Westmoreland, Ph.D. Candidato e investigador asociado en el laboratorio de Bugbee, se centra en optimizar la temperatura en diferentes etapas del ciclo de vida.

"Es una herramienta poderosa y está muy subestimada porque es difícil de estudiar", dice Bugbee. “… Como principio general, recomendamos comenzar en caliente y luego reducir la temperatura al final del ciclo de vida”.

Como científico principal de un proyecto financiado por el USDA, el profesor asociado de la Universidad de West Virginia (WVU), Michael Gutensohn, estudia los factores que causan un aumento de los metabolitos secundarios, incluidos el CBD, el THC y los terpenos. Basándose en su experiencia como bioquímico y genetista, su investigación de laboratorio se centra en la bioquímica de estos metabolitos especializados.

Picos de THC: Para los productores que cultivan cáñamo, mantenerse por debajo del límite federal de THC del 0,3% es fundamental para llevar los cultivos al mercado. El equipo de Gutensohn estudia los factores que desencadenan picos de THC, desde insectos hasta condiciones ambientales, para ayudar a los productores a evitar el cáñamo "caliente".

Sugiere que las plantas han desarrollado estrategias para producir metabolitos especializados (químicos) en respuesta a las amenazas. “En pocas palabras, se puede decir que los productos químicos son una guerra química. Suena un poco drástico, pero en esencia es lo que es”, explica.

El laboratorio de Gutensohn estudia cómo estos metabolitos especializados pueden acumularse en respuesta a factores ambientales y condiciones de estrés en ambientes altamente controlados.

"Una de las cosas que ya encontramos es que ciertos tipos de [problemas de plagas] definitivamente causan niveles elevados de cannabinoides", dice, señalando que el manejo de plagas es fundamental. "No sólo porque pueda limitar el rendimiento o la calidad de su producto, sino que también podría provocar picos en los niveles de THC".

Su laboratorio también está estudiando cómo las interacciones entre los hongos micorrízicos y las raíces de las plantas afectan la producción o acumulación de cannabinoides.

"Tenemos algunos indicios de que esta interacción afecta la acumulación de cannabinoides", dice Gutensohn, señalando que el uso o uso excesivo de fertilizantes también puede desencadenar el cáñamo caliente. Espera poder ofrecer a los productores recomendaciones específicas en uno o dos años.

Usos ampliados del cáñamo: Los intereses de Gutensohn se extienden más allá de los usos tradicionales del cáñamo, hasta áreas como los terpenos como aditivo para biocombustibles. "Se puede volar un avión con terpenos", dice. Espera que la investigación de WVU ayude a los mejoradores a producir cultivares para propósitos completamente nuevos que son inalcanzables mediante el mejoramiento clásico.

Un objetivo a medio plazo es comprender la genética subyacente del proceso mediante el cual se produce la formación de compuestos como cannabinoides y terpenos en el cáñamo. Pero un objetivo a largo plazo es entender cómo encender o apagar los “interruptores de la luz”. “Estamos tratando de averiguar, ¿cuál es la regulación de todo esto? Porque si comprendes eso, entonces puedes modificarlo”, dice Gutensohn.

El profesor Sadanand Dhekney y su equipo de la Universidad de Maryland Eastern Shore (UMES) trabajan con cultivares que cumplen los requisitos legales para el cáñamo industrial. Pero expresa su opinión sobre aplicaciones más amplias de sus hallazgos.

“Botánicamente, el cáñamo y la marihuana son la misma especie. A mi modo de ver, son diferentes variedades o diferentes cultivares del género Cannabis”, dice. "Cualquier investigación que hagamos con el cáñamo es directamente aplicable al cannabis por ese motivo".

Genética para la producción de cannabinoides: Identificar la genética del cáñamo que pueda producir todo su potencial de cannabinoides y mantenerse dentro de los límites federales de THC en el momento de la cosecha es una prioridad para los investigadores de concesiones de tierras y los productores a los que sirven. Una prueba de campo de la UMES con 50 variedades de cáñamo arrojó sólo cuatro que podían cumplir ambos criterios.

“Si nos fijamos en el cáñamo, veremos mucha diversidad genética. Pero lo que faltan son variedades de cáñamo que tengan un nivel total de THC inferior al 0,3%”, afirma Dhekney. El acto de equilibrio para los agricultores es cosechar temprano, cuando los niveles de CBD no son óptimos, o arriesgarse a obtener cáñamo caliente en plena madurez.

El equipo de investigación de WVU identificará padres para desarrollar nuevas variedades que restrinjan el THC pero expresen plenamente el potencial del CBD en un proceso que lleva de seis a siete años en exterior, o la mitad en interior.

Enfermedades del cannabis: Dhekney dice que los patógenos virales (virus y viroides) son actualmente el mayor problema de enfermedades en el cannabis. Sin estrategias de control disponibles, la única opción del productor es destruir las plantas infectadas.

Para complicar las cosas, los patógenos virales pueden estar latentes durante generaciones. Síntomas como el retraso del crecimiento, el enrollamiento de las hojas y la baja producción de tricomas se diagnostican erróneamente fácilmente. Además, los insectos vectores como trips y pulgones contribuyen a la propagación de patógenos.

Dado que muchos productores se centran en la enfermedad del viroide latente del lúpulo (HpLVD), Dhekney enfatiza que más de 15 patógenos virales diferentes ya están infectando el cannabis y causando problemas; los productores simplemente no están realizando pruebas para detectarlos todavía.

El equipo de la UMES se centra en técnicas de cultivo de tejidos para limpiar el virus de las plantas durante la micropropagación y producir material vegetal sano y libre de enfermedades para los productores.

Feminización de semillas optimizada: Dhekney explica que la feminización de las semillas de cannabis, una planta que naturalmente tiene flores masculinas y femeninas en plantas separadas, implica inducir químicamente flores masculinas junto con flores femeninas en la misma planta. Eso conduce a la autopolinización y, a su vez, a la semilla feminizada.

Pero cuando las concentraciones químicas son demasiado bajas, la feminización puede ser incompleta. Por el contrario, si es demasiado alta, la semilla no es viable. De cualquier manera, los productores pierden.

El laboratorio de Dhekney está identificando parámetros óptimos para el tratamiento químico para lograr semillas feminizadas confiables y económicas. Espera tener recomendaciones sobre el momento, la duración y la concentración de las pulverizaciones dentro de dos años.

Con el genetista y obtentor de plantas Larry Smart como líder, el equipo de investigación de cáñamo de Cornell se centra en identificar genes que controlan rasgos clave importantes para la producción, la rentabilidad y los rendimientos del cáñamo, y en generar nuevos cultivares para la industria.

Cronogramas de producción de cannabinoides:La investigación de Cornell sobre los plazos de producción de CBD y THC se ha centrado en identificar los momentos óptimos para que los productores realicen pruebas regulatorias en relación con la producción máxima de CBD y el impacto del estrés ambiental durante la floración.

Cannabinoides y estructura de la planta: Otra área de estudio es cómo se relaciona la producción de cannabinoides con la forma general de la planta, su arquitectura y la estructura del dosel. Las pruebas de campo muestran que la asignación de cannabinoides, de arriba a abajo de una planta, varía según su arquitectura.

Algunas variedades producen un gradiente de concentración de CBD, lo que significa que es más alto en la parte superior de la planta y más bajo en la parte inferior, pero otras variedades no. "Eso definitivamente varía según el cultivo y está relacionado con la arquitectura general de la planta", dice Smart.

Época de floración y resistencia a enfermedades:El equipo de Cornell ha podido mapear un único gen recesivo responsable de la autofloración.

"Ahora contamos con marcadores moleculares que podemos utilizar para identificar ese gen en la planta", dice Smart. "De hecho, ahora podemos usarlo en nuestro programa de mejoramiento para seleccionar intencionalmente plantas que sean autoflorecientes". Esto abre la puerta a nuevas variedades adaptadas a diferentes latitudes.

Como todos los investigadores en este resumen de investigaciones, Smart está entusiasmado por trabajar con Cannabis sativa y escuchar a los productores que se benefician de su trabajo.

"Si podemos ayudar a brindar herramientas a la industria que aceleren el desarrollo de nuevos cultivares y mejoren la rentabilidad general en toda la industria, creo que eso es lo más gratificante y emocionante que podemos hacer", dice.

Jolene Hansen es una escritora independiente especializada en las industrias de la horticultura, la agricultura especializada y el cannabis. Comuníquese con ella en [email protected].

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