γ射线与EMS诱变创制低β-ODAP草豌豆突变体的农艺形态与生化特性研究

为解决草豌豆(Lathyrus sativus L.)因高神经毒素β-ODAP(β-N-oxalyl-L-α,β-diaminopropionic acid)和胰蛋白酶抑制剂(TIA)限制其食用价值的问题，印度Rajendra Prasad中央农业大学等机构研究人员通过γ射线和EMS诱变处理，筛选出M3代低β-ODAP(<0.1%)、高蛋白(31.08%)突变体，其中Biol-212品种的7个突变体表现最优。该研究为草豌豆营养改良和商业化推广提供了重要种质资源。

　　

草豌豆（Lathyrus sativus L.）是一种耐旱抗逆的冷季豆科作物，在印度是第三大重要脉冲作物。尽管其蛋白质含量高达31%，却因种子中含有神经毒素β-ODAP（β-N-oxalyl-L-α,β-diaminopropionic acid）而引发不可逆的神经性山黧豆中毒（neurolathyrism），全球种植面积持续萎缩。更棘手的是，传统育种因草豌豆自花授粉特性导致的遗传多样性匮乏而进展缓慢。如何通过现代生物技术降低β-ODAP含量同时保持高产特性，成为破解这一"毒性与营养悖论"的关键。

针对这一挑战，印度Rajendra Prasad中央农业大学联合多机构研究团队在《Scientific Reports》发表重要成果。研究人员选取Nirmal（低β-ODAP对照）、Biol-212（低毒高产型）和Berhampur Local（地方品种）三个草豌豆品种，采用γ射线（400-600 Gy）和化学诱变剂EMS（0.5%-1%）单独或联合处理，构建M1-M3代突变群体。通过表型筛选结合生化分析，成功获得β-ODAP含量低于食品安全标准（0.1%）、蛋白含量提升至31.08%的稳定突变株系，为草豌豆的食用安全化提供了突破性解决方案。

关键技术包括：1）γ射线辐照（剂量率7.12 Gy/min）与EMS溶液（pH 7.0磷酸缓冲液配制）的阶梯式诱变处理；2）M1-M3代田间表型筛选（随机区组设计，三重复）；3）Lowry法测定蛋白质含量；4）Kakade法检测胰蛋白酶抑制剂活性（TIU）；5）Rao湿化学法量化β-ODAP（基于DAP标准曲线）。

主要研究结果
Effect of mutagen on M1 and M2 generations
M2代突变频率分析显示，Biol-212对诱变最敏感（0.64%），其400 Gy γ射线+0.5%EMS组合处理组突变率高达0.96%，显著高于Nirmal（0.26%）和Berhampur Local（0.22%）。

Screening of M3 population
在51个M3代突变体中：

• Nirmal突变体Nm8的β-ODAP降至0.200%（对照0.293%），蛋白含量达30.06%
• Biol-212突变体Biom21的β-ODAP仅0.078%（对照0.107%），TIU值14.16（对照17.05）
• Berhampur Local突变体Blm8蛋白含量提升至26.20%（对照23.36%）

Biochemical analysis
关键生化指标呈现剂量效应：γ射线主要影响β-ODAP合成通路，而EMS更显著降低TIA。最优组合（400 Gy+0.5%EMS）使Biol-212突变体的β-ODAP降低27.1%，蛋白含量提高9.6%。

Discussion
该研究首次系统证实γ射线与EMS协同诱变可突破草豌豆遗传瓶颈。获得的14个非分离突变体（如Biom22）兼具农艺优势：单株产量47.25g（对照36.75g）、早熟（112天成熟）、分枝数增加50%。这些突变体相比已报道品种如印度Pusa 24（0.2% β-ODAP）和孟加拉国BARI Khesari-1（0.1% β-ODAP）具有更均衡的毒性与产量性状。

这项研究为草豌豆从"饥荒作物"向主流蛋白源的转型提供了关键技术支撑。通过诱变创制的低毒种质，不仅可缓解依赖草豌豆的贫困地区的食品安全问题，其建立的"表型-生化"联合筛选体系更为其他含抗营养因子作物的改良提供了范式。未来需进一步解析β-ODAP合成通路关键基因（如β-ODAP合成酶）的突变位点，为分子设计育种奠定基础。