Διερεύνηση τεχνολογιών βλαστικότητας σπόρου, ριζοβολίας και ανάπτυξης βιομηχανικής κάνναβης (Cannabis Sativa l., Cannabaceae): μορφολογικά και φυσιολογικά χαρακτηριστικά

Abstract

This doctoral dissertation investigates critical stages of the production cycle of industrial hemp (Cannabis sativa L.), focusing on seed germination, clonal propagation, canopy architecture management, and plant responses to water stress. The research was structured into four experimental sections aiming to evaluate the physiological responses, agronomic performance, and phytochemical composition of the plant under different environmental and cultivation conditions. The first experiment examined the germination response of the cultivar ‘Santhica 70’ under different temperature regimes, relative humidity levels, and gibberellic acid (GA3) concentrations. Temperature was identified as the dominant factor regulating germination. The highest final germination percentage was achieved at 20 °C, whereas higher temperatures accelerated germination without improving final germination success. Relative humidity mainly affected the final germination percentage, while GA3 exerted a limited but favorable effect on germination kinetics. The second experiment focused on the rooting performance of cuttings from the cultivars ‘Enectaliana’ and ‘Santhica 70’ in an aeroponic system and a peat-perlite substrate system. Aeroponics significantly enhanced rooting initiation, root number, root length, and both fresh and dry root biomass. The findings demonstrate that aeroponic propagation constitutes an efficient technology for producing uniform and high-quality propagation material. The third experiment investigated the effects of topping on plant architecture, physiology, and phytochemical composition. Topping, particularly at the 4th node, reduced plant height, enhanced lateral branching, increased aboveground biomass, and improved photosynthetic parameters. Furthermore, it influenced cannabinoid accumulation, increasing CBD content in ‘Enectaliana’ and CBG content in ‘Santhica 70’ without negatively affecting biomass production. The fourth experiment evaluated the effects of deficit irrigation and plant growth-promoting microorganisms (PGPM) on the physiology, morphology, and biochemical profile of C. sativa. Water deficit significantly reduced photosynthetic activity, stomatal conductance, chlorophyll content, and biomass accumulation, while increasing the concentration of acidic cannabinoids such as CBDA, THCA, and CBCA. PGPM application mainly contributed to maintaining physiological stability under stress conditions but did not significantly increase biomass production or directly alter cannabinoid profiles. Overall, the dissertation demonstrates that industrial hemp exhibits high physiological plasticity, while productivity and phytochemical quality strongly depend on the timing and intensity of agronomic interventions. Temperature management, propagation technology, topping practices, irrigation strategies, and PGPM application can be combined to develop integrated and scientifically optimized cultivation protocols. This work contributes to the transition from empirical cultivation practices toward targeted and evidence-based management strategies for Cannabis sativa L., adapted to the requirements of modern, sustainable, and quality-oriented agriculture.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνά κρίσιμα στάδια του παραγωγικού κύκλου της βιομηχανικής κάνναβης (Cannabis sativa L.), με έμφαση στη βλάστηση, τον αγενή πολλαπλασιασμό, τη διαμόρφωση της αρχιτεκτονικής του φυτού και την απόκριση σε υδατική καταπόνηση. Η έρευνα οργανώθηκε σε τέσσερα πειραματικά σκέλη, με στόχο την κατανόηση της φυσιολογικής απόκρισης, της αγρονομικής απόδοσης και της φυτοχημικής σύνθεσης του φυτού υπό διαφορετικές καλλιεργητικές και περιβαλλοντικές συνθήκες. Στο πρώτο πείραμα αξιολογήθηκε η βλάστηση σπόρων της ποικιλίας ‘Santhica 70’ υπό διαφορετικά θερμοκρασιακά καθεστώτα, επίπεδα σχετικής υγρασίας και συγκεντρώσεις γιββερελλικού οξέος. Η θερμοκρασία αναδείχθηκε ως βασικός παράγοντας ρύθμισης της βλάστησης, με τους 20 °C να ευνοούν την υψηλότερη τελική βλαστικότητα, ενώ οι υψηλότερες θερμοκρασίες επιτάχυναν τη διαδικασία χωρίς αντίστοιχη αύξηση του τελικού ποσοστού βλάστησης. Η σχετική υγρασία επηρέασε κυρίως την τελική βλαστικότητα, ενώ το GA3 είχε περιορισμένη αλλά ευνοϊκή επίδραση στην κινητική της βλάστησης. Στο δεύτερο πείραμα εξετάστηκε η ριζοβολία μοσχευμάτων των ποικιλιών ‘Enectaliana’ και ‘Santhica 70’ σε αεροπονικό σύστημα και σε υπόστρωμα τύρφης-περλίτη. Η αεροπονία υπερείχε σημαντικά ως προς την ταχύτητα ριζοβολίας, τον αριθμό και το μήκος των ριζών, καθώς και τη νωπή και ξηρή ριζική βιομάζα. Τα αποτελέσματα τεκμηριώνουν την αεροπονία ως αποτελεσματική τεχνολογία παραγωγής ομοιόμορφου και υψηλής ποιότητας πολλαπλασιαστικού υλικού. Στο τρίτο πείραμα διερευνήθηκε η επίδραση του κορυφολογήματος στην αρχιτεκτονική, τη φυσιολογία και τη φυτοχημική σύνθεση των φυτών. Το κορυφολόγημα, ιδιαίτερα στον 4ο κόμβο, μείωσε το ύψος, ενίσχυσε την πλευρική διακλάδωση, αύξησε την υπέργεια βιομάζα και βελτίωσε φωτοσυνθετικές παραμέτρους. Παράλληλα, επηρέασε τη συσσώρευση κανναβινοειδών, αυξάνοντας τη CBD στην ‘Enectaliana’ και τη CBG στη ‘Santhica 70’, χωρίς αρνητική επίδραση στη βιομάζα. Στο τέταρτο πείραμα αξιολογήθηκε η επίδραση της ελλειμματικής άρδευσης και της εφαρμογής φυτοπροωθητικών μικροοργανισμών (PGPM). Η υδατική καταπόνηση μείωσε τη φωτοσυνθετική δραστηριότητα, τη στοματική αγωγιμότητα, τη χλωροφύλλη και τη βιομάζα, αλλά αύξησε τη συγκέντρωση όξινων κανναβινοειδών, όπως CBDA, THCA και CBCA. Οι PGPM συνέβαλαν κυρίως στη διατήρηση της φυσιολογικής λειτουργίας υπό στρες, χωρίς όμως να προκαλέσουν σημαντική αύξηση της τελικής βιομάζας ή άμεση μεταβολή του προφίλ των κανναβινοειδών. Συνολικά, η διατριβή καταδεικνύει ότι η βιομηχανική κάνναβη παρουσιάζει υψηλή φυσιολογική πλαστικότητα, αλλά η παραγωγικότητα και η φυτοχημική της αξία εξαρτώνται από την κατάλληλη χρονική και τεχνική εφαρμογή των καλλιεργητικών παρεμβάσεων. Η θερμοκρασία, η τεχνολογία ριζοβολίας, το κορυφολόγημα, η υδατική διαχείριση και η χρήση PGPM μπορούν να αξιοποιηθούν συνδυαστικά για τη διαμόρφωση ολοκληρωμένων και επιστημονικά τεκμηριωμένων πρωτοκόλλων παραγωγής. Η εργασία συμβάλλει στη μετάβαση από εμπειρικές πρακτικές σε στοχευμένες στρατηγικές καλλιέργειας της Cannabis sativa L., προσαρμοσμένες στις απαιτήσεις της σύγχρονης, βιώσιμης και ποιοτικά προσανατολισμένης γεωργίας.