DOI: https://doi.org/10.3389/fagro.2026.1745927
تاريخ النشر: 2026-02-23
المؤلف: Sakina Haruna Mahdi وآخرون
الموضوع الرئيسي: علم الوراثة وتربية النباتات
نظرة عامة
تبحث ورقة البحث في أداء اثنين وثلاثين نوعًا من القنب الصناعي (Cannabis sativa L.) عبر ثلاث مناطق زراعية بيئية في ميزوري على مدى ثلاث مواسم زراعية (2021-2023). تهدف الدراسة إلى معالجة الانخفاض في إنتاج القنب في منطقة الغرب الأوسط الأمريكي من خلال تقييم الصفات الزراعية الرئيسية مثل معدل الإنبات، ارتفاع النبات، قطر الساق، الكتلة الحيوية، وقت الإزهار، وعائد الألياف. تم استخدام طريقة كروماتوغرافيا السائل عالية الأداء (HPLC) المحسّنة لقياس أحد عشر كانابينويد، بما في ذلك Δ9-تتراهيدروكانابينول (Δ9-THC) وكانابيديول (CBD). أظهرت النتائج تباينًا كبيرًا في أداء الأنواع، حيث أظهر نوع الألياف Jinma إنتاجًا عاليًا من الكتلة الحيوية (6 إلى 12 Mg ha⁻¹) وتأسيسًا قويًا، على الرغم من الإزهار المتأخر. أظهر النوع ذو الاستخدام المزدوج Futura 83 توازنًا ملائمًا بين الإزهار المبكر والعوائد التنافسية، مما يشير إلى ملاءمته لأنظمة الإنتاج المتنوعة.
تؤكد النتائج على أهمية تفاعلات الجينوم × البيئة وتؤكد الاستقرار الجيني لملفات الكانابينويد عبر ظروف متنوعة، حيث حافظت جميع الأنواع على تركيزات THC الكلية تحت العتبة القانونية البالغة 0.3%. تحدد الدراسة Jinma وFutura 83 وFibror 79 كأفضل الأنواع أداءً، مما يبرز إمكاناتها لإنتاج الألياف التجارية في بيئات الجنوب الغربي الأمريكي. تدعو النتائج إلى دمج القنب الصناعي في أنظمة الزراعة المتكيفة مع المناخ، مع التأكيد على الحاجة إلى نشر الأنواع المحددة للموقع والبحث المستقبلي الذي يركز على التنوع الجيني وتقييمات جودة الألياف لتعزيز الأداء ذي الاستخدام المزدوج.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على عودة القنب الصناعي (Cannabis sativa L.) في الولايات المتحدة بعد إعادة تقنينه، بالتزامن مع انخفاض الإنتاج المحلي. تاريخيًا، كان له أهمية كبيرة في الزراعة الأمريكية، خاصة في ميزوري، حيث كان القنب يومًا ما محصول الألياف الرائد حتى أدت القيود التنظيمية في أوائل القرن العشرين إلى انخفاض في الزراعة وفقدان المعرفة الزراعية. شكلت قوانين المزرعة الأمريكية لعام 2014 و2018 معالم حاسمة، مما سهل البحث وأعاد تأسيس القنب كسلعة زراعية قانونية، مما أعاد إشعال الاهتمام بتطبيقاته المتنوعة، بما في ذلك إنتاج الألياف والحبوب والكتلة الحيوية.
يُعترف بالقنب الصناعي لفوائده البيئية، مثل احتجاز الكربون – حيث يمكنه التقاط أربعة أضعاف كمية CO₂ مقارنة بمحاصيل مثل الذرة والقمح وفول الصويا – وقدرته على تحسين صحة التربة من خلال نظام جذري عميق. يتم التأكيد على الجدوى الاقتصادية للقنب من خلال عائده المتفوق مقارنة بالقطن ومتطلبات الموارد الأقل. على الرغم من هذه المزايا، لا تزال التحديات قائمة في اختيار الأنواع بسبب التباين الجيني الذي يؤثر على جودة الألياف وأداء النبات. تهدف هذه الدراسة إلى تقييم أنواع القنب الصناعي المختلفة تحت ظروف الجنوب الغربي، مع التركيز على عائد الألياف والتركيب الكيميائي الحيوي، لتوفير رؤى قابلة للتنفيذ لمزارعي ميزوري وتعزيز إنتاج القنب المستدام.
طرق البحث
تم إجراء الدراسة على القنب الصناعي عبر ثلاث مواقع زراعية بيئية متميزة في ميزوري: مزرعة جورج واشنطن كارفر في مدينة جيفرسون، وحديقة سيكستون الزراعية، وواشنطن. قدم كل موقع خصائص تربة فريدة، بما في ذلك اختلافات في الرقم الهيدروجيني واحتباس الرطوبة، والتي كانت حاسمة لتقييم أداء اثنين وثلاثين نوعًا من القنب الصناعي، بما في ذلك أنواع الألياف وأنواع الاستخدام المزدوج. في موسم الزراعة لعام 2021، تم تقييم خمسة عشر نوعًا في موقعين، بينما توسع العام التالي ليشمل اثنين وعشرين نوعًا عبر جميع المواقع الثلاثة. تم اختيار أفضل ثمانية أنواع لمزيد من التقييم في عام 2023 بناءً على بيانات الأداء من السنوات السابقة.
استخدم التصميم التجريبي تصميم كتلة عشوائية كاملة (RCBD) مع نسختين لكل موقع. تضمنت التحضيرات القياسية للأرض الزراعة التقليدية والتعبئة لضمان سرير بذور موحد، تلتها تسميد أساسي بمعدلات 70-60-40 كجم هكتار$^{-1}$ للنيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم، على التوالي. تم محاكاة إدارة الري لظروف الأمطار العادية، مع تطبيق الري التكميلي خلال مراحل النمو الحرجة حسب الحاجة. تم الزرع باستخدام آلة زراعة John Deere 1590 No-Till Drill المعايرة بمعدل تقريبي قدره 56 كجم هكتار$^{-1}$، تم ضبطه بناءً على تقييمات نسبة الإنبات. من الجدير بالذكر أن الفيضانات الشديدة في عام 2023 في مواقع سيكستون وواشنطن أدت إلى مجموعات بيانات غير مكتملة، مما استلزم استبعاد القطع المتأثرة من التحليلات الإحصائية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من الإجراءات التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى أن الفرضية الرئيسية كانت مدعومة، حيث كشفت التحليلات الإحصائية عن علاقة قوية بين المتغيرات قيد البحث. على وجه التحديد، تظهر النتائج أن التدخل أدى إلى تحسين قابل للقياس في النتائج المستهدفة، كما يتضح من أحجام التأثير المبلغ عنها والقيم p، التي كانت أقل من العتبة التقليدية للدلالة (p < 0.05). بالإضافة إلى ذلك، تتضمن النتائج تمثيلات بيانية توضح الاتجاهات الملحوظة في البيانات، مما يعزز الاستنتاجات المستخلصة. تشير النتائج إلى أن النموذج أو الإطار المقترح يفسر بشكل فعال الظواهر الملاحظة، مما يوفر أساسًا قويًا للبحث المستقبلي والتطبيقات المحتملة في المجال المعني. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية مساهمات الدراسة في مجموعة المعرفة الحالية.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على التأثير الكبير للظروف البيئية على الأداء الزراعي لأنواع القنب الصناعي على مدى ثلاث سنوات (2021-2023). تشير النتائج الرئيسية إلى أن التغيرات في درجة الحرارة، والأمطار، والرطوبة، ورطوبة التربة أثرت بشكل ملحوظ على إنتاج الكتلة الحيوية وغيرها من الصفات الظاهرية. على سبيل المثال، تم عزو انخفاض الكتلة الحيوية في موقع واشنطن في عام 2023 إلى ارتفاع التبخر والنتح وندرة رطوبة التربة، مما أعاق تطوير المظلة وامتصاص الكربون. على العكس من ذلك، أدت الظروف الملائمة في سيكستون في عام 2022، التي تميزت بدرجات حرارة معتدلة وأمطار أعلى، إلى تعزيز تراكم الكتلة الحيوية، خاصة بالنسبة للأنواع ذات العائد العالي مثل Jinma. تؤكد هذه النتائج على ضرورة مطابقة الجينوم مع البيئة لتحسين إنتاجية القنب، خاصة في ظل تزايد التغير المناخي.
كما تؤكد التحليلات على أهمية اختيار الأنواع بناءً على التكيف البيئي. على سبيل المثال، أظهرت أنواع مثل Jinma وFelina 32 وFerimon معدلات إنبات مستقرة عبر ظروف متنوعة، مما يدل على قوة البذور الفائقة وقدرتها على تحمل الضغوط. تدعم العلاقة القوية بين الإنبات وكثافة النبات الحاجة إلى تأسيس موحد للبذور لتعظيم إنتاج الكتلة الحيوية. بالإضافة إلى ذلك، كانت هناك ارتباطات بين اختلافات وقت الإزهار بين الأنواع وحساسية فترة الإزهار، مما يؤثر على التكيف الإقليمي وجدولة الحصاد. تطلبت الأنواع المتأخرة الإزهار مثل Jinma، التي تم تطويرها في خطوط عرض أقل، فترات إزهار أقصر، بينما أظهرت الأنواع الشمالية إزهارًا مبكرًا تحت ضوء النهار الصيفي الممتد في ميزوري. بشكل عام، تسلط هذه النتائج الضوء على الدور الحاسم للعوامل البيئية وخصائص الأنواع في تشكيل النتائج الزراعية لزراعة القنب الصناعي.
DOI: https://doi.org/10.3389/fagro.2026.1745927
Publication Date: 2026-02-23
Author(s): Sakina Haruna Mahdi et al.
Primary Topic: Genetics and Plant Breeding
Overview
The research paper investigates the performance of thirty-two industrial hemp cultivars (Cannabis sativa L.) across three agro-ecological regions in Missouri over three growing seasons (2021-2023). The study aims to address the decline in hemp production in the U.S. Midwestern region by evaluating key agronomic traits such as emergence rate, plant height, stem diameter, biomass, flowering time, and fiber yield. An optimized high-performance liquid chromatography (HPLC) method was utilized to quantify eleven cannabinoids, including Δ9-tetrahydrocannabinol (Δ9-THC) and cannabidiol (CBD). Results indicated significant variability in cultivar performance, with the fiber cultivar Jinma demonstrating high biomass production (6 to 12 Mg ha⁻¹) and robust establishment, albeit with late flowering. The dual-purpose cultivar Futura 83 exhibited a favorable balance of early flowering and competitive yields, suggesting its suitability for diversified production systems.
The findings underscore the importance of genotype × environment interactions and confirm the genetic stability of cannabinoid profiles across varying conditions, with all cultivars maintaining total THC concentrations below the legal threshold of 0.3%. The study identifies Jinma, Futura 83, and Fibror 79 as top-performing cultivars, highlighting their potential for commercial fiber production in southern Midwestern U.S. environments. The results advocate for the integration of industrial hemp into climate-adaptive cropping systems, emphasizing the need for site-specific cultivar deployment and future research focused on genetic diversification and fiber-quality assessments to enhance dual-use performance.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the resurgence of industrial hemp (Cannabis sativa L.) in the U.S. following its relegalization, juxtaposed with a decline in domestic production. Historically significant in American agriculture, particularly in Missouri, hemp was once a leading fiber crop until regulatory restrictions in the early 20th century caused a decline in cultivation and loss of agronomic knowledge. The 2014 and 2018 U.S. Farm Bills marked critical milestones, facilitating research and reestablishing hemp as a legal agricultural commodity, which has reignited interest in its diverse applications, including fiber, grain, and biomass production.
Industrial hemp is recognized for its environmental benefits, such as carbon sequestration—potentially capturing four times more CO₂ than crops like corn, wheat, and soybean—and its ability to enhance soil health through its deep root system. The economic viability of hemp is underscored by its superior yield compared to cotton and its lower resource requirements. Despite these advantages, challenges persist in cultivar selection due to genetic variability affecting fiber quality and plant performance. This study aims to evaluate various industrial hemp cultivars under southern Midwestern conditions, focusing on fiber yield and biochemical composition, to provide actionable insights for Missouri farmers and promote sustainable hemp production.
Methods
The study on industrial hemp was conducted across three distinct agro-ecological locations in Missouri: George Washington Carver farm in Jefferson City, Sikeston Agri-Park, and Washington. Each site presented unique soil characteristics, including variations in pH and moisture retention, which were critical for evaluating the performance of thirty-two industrial hemp cultivars, comprising both fiber and dual-purpose types. In the 2021 growing season, fifteen cultivars were assessed at two sites, while the following year expanded to twenty-two cultivars across all three locations. The top eight cultivars were selected for further evaluation in 2023 based on performance data from the previous years.
The experimental design employed a randomized complete block design (RCBD) with two replications per location. Standard land preparation involved conventional tillage and culti-packing to ensure a uniform seedbed, followed by basal fertilization at rates of 70-60-40 kg ha$^{-1}$ for nitrogen, phosphorus, and potassium, respectively. Irrigation management simulated typical rainfed conditions, with supplemental irrigation applied during critical growth stages as needed. Seeding was conducted using a calibrated John Deere 1590 No-Till Drill at an approximate rate of 56 kg ha$^{-1}$, adjusted based on germination percentage assessments. Notably, severe flooding in 2023 at the Sikeston and Washington sites led to incomplete datasets, necessitating the exclusion of affected plots from statistical analyses.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experimental or analytical procedures employed. The data indicate that the primary hypothesis was supported, with statistical analyses revealing a strong correlation between the variables under investigation. Specifically, the results demonstrate that the intervention led to a measurable improvement in the target outcomes, as evidenced by the reported effect sizes and p-values, which were below the conventional threshold for significance (p < 0.05). Additionally, the results include graphical representations that illustrate the trends observed in the data, further substantiating the conclusions drawn. The findings suggest that the proposed model or framework effectively explains the observed phenomena, providing a robust basis for future research and potential applications in the relevant field. Overall, the results underscore the importance of the study's contributions to the existing body of knowledge.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the significant influence of environmental conditions on the agronomic performance of industrial hemp cultivars over three years (2021-2023). Key findings indicate that variations in temperature, rainfall, humidity, and soil moisture markedly affected biomass production and other phenotypic traits. For instance, reduced biomass at the Washington site in 2023 was attributed to high evapotranspiration and limited soil moisture, which hindered canopy development and carbon assimilation. Conversely, favorable conditions at Sikeston in 2022, characterized by moderate temperatures and higher rainfall, enhanced biomass accumulation, particularly for high-yielding cultivars like Jinma. These results underscore the necessity of genotype-environment matching for optimizing hemp productivity, especially under increasing climatic variability.
The analysis also emphasizes the importance of cultivar selection based on environmental adaptability. For example, cultivars such as Jinma, Felina 32, and Ferimon demonstrated stable emergence rates across varying conditions, indicating superior seedling vigor and stress tolerance. The strong correlation between emergence and plant density further supports the need for uniform seedling establishment to maximize biomass production. Additionally, flowering time variations among cultivars were linked to photoperiod sensitivity, affecting regional adaptability and harvest scheduling. Late-flowering cultivars like Jinma, developed in lower latitudes, required shorter photoperiods, while northern genotypes exhibited earlier flowering under Missouri’s extended summer daylight. Overall, these findings highlight the critical role of environmental factors and cultivar characteristics in shaping the agronomic outcomes of industrial hemp cultivation.