《Food Chemistry》：EMS-induced variability in phytochemical and antioxidant traits of
Withania somnifera varieties (NMITLI-118 and CIM-Pushti) across the generation
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摘要Withania somnifera（印度人参）是一种重要的药用植物，可通过诱变育种产生生化变异。本研究评估了甲基磺酸乙酯（EMS）对两个品种NM-118和CIM-Pushti的影响，使用了五个EMS剂量（0.2%–1.0%）及一个对照组。EMS处理与叶绿素色素、类胡萝卜
摘要
Withania somnifera（印度人参）是一种重要的药用植物，可通过诱变育种产生生化变异。本研究评估了甲基磺酸乙酯（EMS）对两个品种NM-118和CIM-Pushti的影响，使用了五个EMS剂量（0.2%–1.0%）及一个对照组。EMS处理与叶绿素色素、类胡萝卜素、总酚类及黄酮类化合物含量、总抗氧化能力、还原力、DPPH·清除活性以及蛋白质含量的变化相关。中等EMS剂量（0.4%–0.8%）通常增加了色素积累和若干生化性状，而较高剂量则降低了色素含量。DPPH·清除活性一般随EMS剂量的增加而下降，而其他生化反应则随剂量、品种、组织和世代的不同而变化。CIM-Pushti在多个参数上表现出的变异大于NM-118。M?代与M?代之间的差异表明反应具有世代依赖性。总体而言，EMS处理与可测量的生化变异相关联，为EMS相关反应的初步筛选提供了依据。
引言
全球对有潜在健康益处的天然产品的兴趣日益增长，突显了药用植物在传统医学和现代药理学研究中的重要性。其中，Withania somnifera（L.）Dunal（印度人参）是一种备受重视的草药，以其适应原、 rejuvenating和 therapeutic特性而闻名，属于茄科植物（Mir等，2013）。它还被称为印度人参、冬樱桃和毒鹅莓。"Ashwagandha"一词源于梵语，意为"马的气味"，以其根部的特征性气味而得名；而拉丁语中的"somnifera"意为"催眠剂"，反映了其作为缓解压力和焦虑的传统疗法的用途。该物种原产于印度干燥地区及部分地中海和北非地区，数百年来在印度及周边地区种植，主要种植区包括中央邦、北方邦、旁遮普邦、古吉拉特邦和拉贾斯坦邦。由于其广泛的潜在治疗作用，W. somnifera被列入世界卫生组织关于选定药用植物的专著，也被收录于美国草药药典中，显示了其全球认可度。
W. somnifera是阿育吠陀医学的重要组成部分，以粉末、糖浆、片剂、胶囊和其他制剂形式在全球市场销售（Chandra等，2016）。其中，根部使用最为广泛，通常作为补品和功能性食品食用，以促进整体健康和活力（Bhat等，2022；Singleton等，2022）。药理学研究报道了W. somnifera具有抗氧化、抗炎、免疫调节和神经保护等特性，这些特性与其多样的次生代谢物有关（Kulkarni和Dhir，2008；Pawar等，2011；Singh等，2011；Ziauddin等，1996）。
对W. somnifera的植物化学分析揭示了多种代谢物，包括生物碱、甾体化合物、酚类、带有酰基的皂苷以及与葡萄糖结合的石胆酸内酯（Patil等，2013；Saleem等，2020）。迄今为止，已从该植物的根部、地上部分和浆果中分离出超过12种生物碱、约40种石胆酸内酯以及若干地奥司明（Saleem等，2020）。叶片含有生物碱、石胆酸内酯、氨基酸、绿原酸、苷类、单宁和黄酮类化合物（Ghoshal等，2022），而根部富含生物碱、氨基酸、甾体、苷类、挥发油、淀粉、山梨醇、三十烷酸和石胆烷（Saini等，2022）。在这些成分中，酚类、黄酮类、生物碱和石胆酸内酯被认为是W. somnifera抗氧化和药用特性的重要贡献因素（Latheef等，2017；Singh等，2021）。然而，特定生物活性化合物的鉴定和详细表征通常需要高效液相色谱（HPLC）、液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）、超高效液相色谱（UHPLC）或代谢组学分析等方法，这些方法超出了本研究的范围。因此，基于分光光度法分析的生化筛查可作为检测诱变材料间变异的一种初步方法，尽管此类检测方法并不能确定个别生物活性成分的身份或结构特征。
由于抗氧化剂能够对抗活性氧物种（ROS）（包括自由基、单线态氧和过氧化物）引起的氧化应激，受到了科学界的广泛关注。虽然ROS在正常代谢过程中自然产生，但其过度积累会导致脂质、蛋白质和核酸的氧化损伤，从而促进衰老和慢性疾病，如癌症、糖尿病、心血管疾病和神经退行性疾病。植物合成多种抗氧化化合物，包括酚类、黄酮类、类胡萝卜素、生物碱和萜类，这些化合物能中和ROS，增强细胞防御机制，并维持氧化还原稳态。其中许多化合物还被用作食品工业中的天然防腐剂。除了光合作用的基本作用外，叶绿素和类胡萝卜素还是植物健康的生化指标，并具有膳食抗氧化作用；而酚类和黄酮类化合物则作为还原剂和金属螯合剂发挥作用，从而增强总抗氧化活性（Zeng等，2020）。跨植物组织评估这些生化参数可以提供关于诱变处理后产生的生理和抗氧化相关变异的比较信息。尽管分光光度法分析广泛应用于药用植物抗氧化相关生化反应的快速筛查，但这些方法主要提供关于总生化成分和抗氧化能力的比较信息，而非直接鉴定或结构表征特定的生物活性化合物。因此，本研究观察到的抗氧化相关生化变异应被解读为筛查水平的反应，并与化合物水平的植物化学表征相区别。
尽管对W. somnifera药理学特性的研究已十分广泛，但大多数研究集中在天然或商业栽培品种的植物化学分析上，而通过遗传多样化进行生物活性含量生化筛查的尝试有限。栽培印度人参狭窄的遗传基础，加上环境、农学和季节因素引起的代谢物水平波动，限制了有效的育种和标准化工作。然而，对于药用植物而言，鉴定有用的诱变衍生物变异需要对可测量的生化性状进行评估，以便在不同基因型、组织和世代之间进行比较。酚类、黄酮类、抗氧化能力、还原力和光合色素等参数可作为初步生化指标，有助于表征诱变产生的变异。使用甲基磺酸乙酯（EMS）等化学诱变剂进行诱变育种，是在药用植物中产生生化变异的一种有前景的方法。EMS是一种广泛使用的化学诱变剂，能够诱导点突变，产生可遗传的表型和生化变异，而非声称已验证的突变或特定化合物的改良。
本研究评估了EMS在两个W. somnifera品种NMITLI-118和CIM-Pushti中，跨M?和M?世代，在五个EMS剂量（包括对照）下诱导的生化变异。尽管M?代植物通常被认为是嵌合体且遗传不稳定，但仍对M?代的诱变效应进行了初步评估，同时进一步评估了随后M?代观察到的反应。在叶片、根部和种子中评估了选定的生化与抗氧化相关参数，包括叶绿素色素、类胡萝卜素、蛋白质、酚类、黄酮类、DPPH·清除活性、还原力和总抗氧化能力。本研究旨在比较EMS处理下基因型、组织和世代依赖性的生化反应，并表征EMS不同剂量下W. somnifera产生的生化变异程度。这些生化检测方法被用作EMS处理下抗氧化相关变异的初步指标。本研究基于分光光度法分析提供了生化与抗氧化相关性状的筛查水平估计。这些测量结果并不能确定个别代谢物的身份、结构或浓度，也不能直接确认EMS诱导的遗传变化。因此，在未来研究中需要采用靶向色谱和代谢组学方法（如UHPLC-MS/MS）来验证化合物特异性的变化。
章节摘录
植物材料与实验地点
两种W. somnifera品种，即NMITLI-118（Lal等，2009）和CIM-Pushti（Jhang等，2018）的种子由印度中央药用及芳香植物研究所（CSIR-CIMAP）勒克瑙发布，并从勒克瑙CSIR-CIMAP实验农场采购。田间实验于2022年9月至2024年种植季期间在比哈尔邦莫蒂哈里东钱帕兰地区（25°57′N，84°55′E）进行，该区域属于印度人参的非传统种植区。
EMS剂量对总光合色素含量的影响
使用叶片光合色素以及各植物组织中评估的抗氧化相关生化参数，对EMS处理后的NM-118和CIM-Pushti种群的生化变异进行了评估，涵盖M?和M?两个世代。叶片颜色突变是报道最频繁的诱变有效性指标之一，因为叶绿素生物合成受多个基因调控，这些基因通常位于着丝粒区域附近（Swaminathan等，1962）。结果一致表明
结论
研究表明，EMS处理与W. somnifera跨组织和世代的生化及抗氧化相关性状的可测量变异相关联。中等EMS剂量通常在多个测量的生化参数上表现出相对较高的值，而较高剂量对某些性状表现出抑制效应。在所测试的EMS处理条件下，CIM-Pushti表现出的生化响应性大于NM-118。然而，M?与M?之间的差异表明
CRediT作者贡献声明
Tara Chandra Ram：监督、调查、构思。
资金
本研究由真主甘地中央大学莫蒂哈里分校的UGC奖学金以及CSIR-CIMAP勒克瑙的MLP-14（infra-P07）提供资金支持。
未引用参考文献
Baudoin和Maquet，1999
Erbersdobler、Barth和Jahreis，2017
Feng等，2025
Li等，2024
Paul，2016
Singh、Mundkinajeddu、Koshy等，2022
Singleton、Orthofer和Lamuela-Raventós，1999
Zeng等，2020
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢比哈尔邦莫蒂哈里真主甘地中央大学（MGCU）副校长、印度中央药用及芳香植物研究所（CSIR-CIMAP）勒克瑙分校主任为本研究提供研究条件，以及CSIR-CIMAP勒克瑙SIC实验农场提供种子材料。
Puja Kumari|Nidhi Maurya|Suaib Luqman|Birendra Kumar|Tara Chandra Ram
