Vliv biostumulantů na tvorbu kanabinoidů a biomasy u hydroponicky pěstované Cannabis sativa

Hugo Jiroušek

Bachelor's thesis

The influence of biostumalants on canabinoid and biomass production in Cannabis sativa

Abstract:

Cílem práce bylo v teoretické části popsat principy a zmapovat znalosti z oblasti hydroponické produkce léčebného konopí a také zhodnotit potenciál využití biostimulantů pro produkci léčebného konopí. V praktické části bylo cílem popsat a vyhodnotit výsledky pokusu pěstování léčebného konopí s využitím huminových kyselin. V teoretické části práce byla popsána složitá taxonomie a chemotypy rostlin konopí. Dále byla popsána morfologie jednotlivých orgánů a celé rostliny. Byly také popsány sekundární metabolity nacházející se v konopí, procesy jejich vzniku a jejich účinky na lidský organismus. Část rešerše je zaměřena na principy pěstování konopí, zejména na pěstování hydroponické v kontrolovaném prostředí. Byly popsány nároky rostlin na teplotu, světlo, složení atmosféry a živiny. V rámci popisu principů hydroponie byly vysvětleny základní aktivní i pasivní hydroponické systémy a média v nich používaná. Kromě toho byly vysvětleny úpravy a uchycení rostlin během vegetace, tvorba klonů, sklizeň a posklizňové úpravy. Poslední část rešerše je zaměřena na skupinu látek známých jako biostimulanty. Tyto látky byly rozděleny do skupin dle typu, byl zmíněn jejich původ, jejich účinky a také jejich možný potenciál v budoucnosti pěstování rostlin léčebného konopí. V praktické části práce byl proveden experiment cílený za zhodnocení vlivu huminových kyselin na produkci biomasy a kanabinoidů. Pokus by proveden v laboratoři specializované na produkci konopí. Použitý pěstební systém byl průtokový s kapilární aplikací živného roztoku. Rostliny byly pěstované na dvou typech substrátů, kokosovém vlákně a keramzitu, za použití dvou typů živného roztoku. První varianta (A) byla pěstována pouze s použitím základní řady hnojiv, zatímco druhá varianta (Emerald Goddess) byla pěstována s přídavkem doplňku Emerald Goddess, jenž obsahuje huminové kyseliny. V ostatních ohledech byly obě varianty pokusu pěstované za stejných podmínek ve stejném pěstebním prostoru. Výsledky ukázaly na vyšší výnosy čerstvé biomasy rostlin pěstovaných na kokosovém vlákně a to u obou variant pokusu (varianta A 341,71 g, varianta Emerald Goddess 425,35 g). Tento výsledek je srovnatelný s již dříve vedenými výzkumy zaměřenými na produkci v hydroponických systémech. Vyšší výnosy kanabinoidů v kyselinových formách (kyselina tetrahydrokanabinolová, kyselina kanabidiolová) byly pozorovány u rostlin pěstovaných na keramzitu (varianta A: kyselina tetrahydrokanabinolová 17,67 %, kyselina kanabidiolová 0,15 %; varianta Emerald Goddess: kyselina tetrahydrokanabinolová 18,75 %, kyselina kanabidiolová 0,09 %). Celkový největší výnos kanabinoidů přepočtený na jednu rostlinu byl pozorován u varianty Emerald Goddess na kokosovém vlákně (kyselina tetrahydrokanabinolová 11,05 g, kyselina kanabidiolová 0,11 g). Účinky přípravku Emerald Goddess, potažmo huminových kyselin, byly pozorovány jako pozitivní u většiny zkoumaných parametrů, výjimkou v tomto ohledu je koncentrace kyseliny kanabidiolové (CBDA) u rostlin pěstovaných na keramzitu. Ačkoliv byl pozorován pozitivní vliv přípravku Emerald Goddess na přírůstky biomasy, koncentrace kanabinoidů i celkové výnosy kanabinoidů, tento trend nebyl po statistickém hodnocení průkazný. Účinky huminových kyselin na produkci léčebného konopí byly tedy vyhodnoceny kladně. Budoucí výzkum by měl být zaměřen na vyšší úrovně koncentrace dodaných huminových kyselin, pro což již existuje precedens z výzkumu Akladious & Mohamed (2018). Vhodné pro evaluaci účinků huminových kyselin by také bylo využití přípravku bez dodatečných živin (N, P, K), které bohužel přípravek Emerald Goddess obsahoval.

Abstract:

The aim of the theoretical part of the thesis was to describe the principles and map the knowledge in the field of hydroponic production of medicinal cannabis, and also to evaluate the potential of using biostimulants in the production of medicinal cannabis. In the practical part, the aim was to describe and evaluate the results of an experiment on the cultivation of medicinal cannabis using humic acids. In the theoretical part of the thesis, the complex taxonomy and chemotypes of cannabis plants were described. Furthermore, the morphology of individual plant organs and the whole plant was described. Secondary metabolites found in cannabis, the processes of their formation, and their effects on the human organism were also described. Part of the research is focused on the principles of cannabis cultivation, especially hydroponic cultivation in a controlled environment. The requirements of the plant for temperature, light, atmospheric composition, and nutrients have been described. Basic active and passive hydroponic systems, and the media used in them, were explained in the context of describing the principles of hydroponics. In addition, plant adjustment and attachment during the growing season, clone formation, harvesting, and post-harvest adjustments were explained. The last part of the review focuses on a group of substances known as biostimulants. These substances have been grouped according to type, their origin, their effects and their possible potential in the future cultivation of medicinal cannabis plants have been mentioned. In the practical part of the thesis, an experiment was conducted to evaluate the effect of humic acids on the production of biomass and cannabinoids. The experiment was carried out in a laboratory specialized in cannabis production. The cultivation system used was a drain to waste system, with capillary application of nutrient solution. Plants were grown on two types of substrates, coconut fibre and expanded clay, using two types of nutrient solution. The first variant (A) was grown using only the basic range of fertilizers, while the second variant (Emerald Goddess) was grown with the addition of Emerald Goddess supplement containing humic acids. In other aspects, both variants of the experiment were grown under the same conditions in the same growing space. The results showed higher fresh biomass yield of plants grown on coir for both the experimental treatments (variant A 341.71 g, variant Emerald Goddess 425.35 g). This result is comparable to previously conducted research on production in hydroponic systems. Higher yields of cannabinoids in acid forms (tetrahydrocannabinolic acid, cannabidiol acid) were observed for plants grown on expanded clay (variant A: tetrahydrocannabinolic acid 17,67 %, cannabidiol acid 0,15 %; variant Emerald Goddess: tetrahydrocannabinolic acid 18,75 %, cannabidiol acid 0,09 %). The highest overall yield of cannabinoids per plant was observed for the Emerald Goddess variant on coir (tetrahydrocannabinolic acid 11,05 g, cannabidiolic acid 0,11 g). The effects of Emerald Goddess, and hence of humic acids, were observed to be positive for most of the parameters examined, the exception being the concentration of cannabidiolic acid in plants grown on expanded clay. Although a positive effect of Emerald Goddess on biomass increments, cannabinoid concentrations, and total cannabinoid yields was observed, this trend was not demonstrable after statistical evaluation. Thus, the effects of humic acids on medicinal cannabis production were evaluated positively. Future research should focus on higher concentration levels of delivered humic acids, for which there is already precedent from the research of Akladious & Mohamed (2018). It would also be appropriate to evaluate the effects of humic acids using a preparation without the additional nutrients (N, P, K) that Emerald Goddess unfortunately contained.

Keywords

Cannabis sativa, biostimulanty, hydroponie, kanabinoidy, huminové kyseliny

Keywords

Cannabis sativa, biostimulants, hydroponics, cannabinoids, humic acid

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 23. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 22. 5. 2023
• Supervisor: prof. Ing. Pavel Tlustoš, CSc. dr. h. c.
• Reader: Matěj Malík, Ing.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme:
Horticulture