揭示孟加拉国薯蓣种质资源表型与营养多样性：为育种与利用提供新见解

《Heliyon》：Unravelling the inter and intra species variations in cultivated yam (Dioscorea sp) landraces in Bangladesh through phenotypic traits, proximate compositions and mineral nutrients

本研究针对孟加拉国栽培薯蓣(Dioscorea sp.)种质资源多样性不清的问题，研究人员通过系统评估30份地方品种在表型性状、近似成分和矿质营养等方面的差异，揭示了五种薯蓣种质（D. alata, D. bulbifera, D. cayenensis, D. dumetorum, D. oppositifolia）存在的显著种内和种间变异。研究发现D. alata和D. bulbifera具有最优营养特性（高碳水化合物、蛋白质和铁含量），研究结果为薯蓣种质资源保护、品种选育和营养强化提供了重要科学依据。

　　

在全球粮食安全面临挑战的今天，挖掘未被充分利用的作物资源显得尤为重要。薯蓣(Dioscorea sp.)，作为一种拥有超过600个物种的古老作物，正以其丰富的营养组成、独特的风味和潜在的保健功能，逐渐从传统的地方性食物跃升为备受瞩目的全球性“超级食物”。特别是在亚洲地区，薯蓣已成为热带和亚热带地区数百万人生计的重要支撑。然而，尽管全球薯蓣产量巨大（2022年超过3.53亿吨），但孟加拉国等国的生产数据并未被联合国粮农组织(FAO)完全统计，据估计其年产量约为5万吨，主要由部落社区种植。一个突出的矛盾是，尽管薯蓣物种多样性丰富，但相关研究多集中于少数几种（如D. alata），大量被称为“次要薯蓣”的物种（如D. bulbifera, D. dumetorum等）的遗传资源、表型特征和营养价值仍未得到充分探索，这严重限制了其育种潜力开发和市场化应用。

为了厘清孟加拉国常见栽培薯蓣地方品种的遗传多样性背景，并挖掘其作为营养功能食品的潜力，研究人员在《Heliyon》上发表了他们的最新研究成果。该研究系统地回答了孟加拉国主要薯蓣种质“有什么样的多样性”以及“哪些种质具有优异性状”这两个关键科学问题。

研究人员开展此项研究主要依托几个关键技术方法：首先，他们从孟加拉国不同地区收集了30份薯蓣地方品种（涵盖5个物种）作为实验材料。其次，他们采用了国际通用的薯蓣描述符标准，对32个表型性状（包括24个质量性状和8个数量性状）进行了系统的田间评估。在营养分析方面，研究遵循官方分析化学家协会(AOAC)的标准方法，测定了样品的干物质、总灰分、粗蛋白、粗脂肪、粗纤维等近似成分，并通过差减法计算碳水化合物含量。对于矿质元素分析，样品经过微波辅助消解后，利用电感耦合等离子体光学发射光谱法(ICP-OES)精确测定了11种矿质元素的含量。数据分析则运用了描述性统计、方差分析(ANOVA)和相关性分析等统计方法，以确保研究结果的可靠性。

表型多样性

叶片和茎秆

研究首次报道了孟加拉国存在的五种薯蓣物种。对24个质量性状的分析显示，所有 accession 均存在巨大变异。例如，在叶色方面，D. dumetorum 无变异，均为紫绿色，而 D. alata 的变异最大。D. oppositifolia 在叶片蜡质分布上表现出最丰富的多样性（上表面、下表面、两面均有或均无）。茎秆颜色、刺的存在与否以及缠绕方向等性状在不同物种间也存在明显差异，这些性状可用于物种的初步鉴别。例如，具翅的茎和逆时针缠绕是鉴别 D. alata 的有效特征，而气生块茎的存在和高根密度则有助于识别 D. bulbifera。

气生块茎

气生块茎的出现情况因物种而异，D. bulbifera 和 D. dumetorum 的所有 accession 均产生气生块茎，而 D. alata、D. cayenensis 和 D. oppositifolia 中部分 accession 无气生块茎。气生块茎的皮肤颜色、形状（ elongate, ovate, irregular, round）、表面纹理（光滑、粗糙、皱缩）和果肉颜色在物种内和物种间均存在显著变异，其中 D. alata 的变异最为丰富。

地下块茎

地下块茎的性状同样表现出高度多样性。块茎皮肤颜色从浅栗色到深栗色、灰白色不等。块茎表面的根分布密度（稀疏或密集）和分布位置（整个表面或上部）也存在差异。块果肉质地（光滑、颗粒状、非常颗粒状）和氧化后颜色（白色、紫色、灰色）是重要的品质性状，D. alata 在氧化后颜色方面变异最大（白色、紫色、灰色），而其他物种氧化后均为灰色。

数量性状与遗传多样性

对8个数量性状的分析表明，所有性状在全部 accession 中均存在显著变异，变异系数(CV)范围在26.84% (节间长, IL) 到 76.01% (块茎数, TN) 之间。与植物生长相关的性状（如茎直径SD、叶面积指数LAI）变异相对较小，而与块茎相关的性状（块茎长TL、块茎宽TW、块茎产量TY）变异更大，这反映了在基因型水平上存在丰富的变异，为性状选择提供了广阔空间。D. oppositifolia 在茎直径、叶面积指数、块茎长度和宽度等性状上表现出最大的变异系数，表明其具有较高的表型可塑性。相关性分析显示，块茎产量与茎直径、叶面积指数、块茎长度和块茎宽度均呈极显著正相关，这些性状可作为高产育种的重要选择指标。

近似成分和矿质营养

研究发现在30份薯蓣种质中，近似成分和矿质营养含量存在显著变异。

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  干物质含量平均为86.25%，其中 D. alata 最高，D. oppositifolia 最低。
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  碳水化合物含量平均为75.38%，范围在71.79% (D. bulbifera) 到 82.15% (D. oppositifolia) 之间，高碳水化合物含量预示着良好的加工和储藏潜力。
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  粗蛋白含量平均为5.78%，但部分 D. alata (如DS 003: 10.56%) 和 D. bulbifera (如DS 016: 12.36%; DS 018: 11.13%) 的种质资源含量超过10%，是潜在的蛋白质资源。
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  粗纤维和粗脂肪平均含量分别为1.14%和0.54%，物种间无显著差异。
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  矿质元素分析显示，D. bulbifera 的氮(N)、磷(P)、钾(K)含量最高，而 D. alata 的锌(Zn)、铁(Fe)、锰(Mn)含量最高。尤其值得注意的是，所有薯蓣地方品种的铁含量都处于较高水平（42.23 - 64.92 mg/kg 干重），这对于改善铁缺乏具有重要意义。

研究结论与意义

本研究首次系统揭示了孟加拉国五种主要栽培薯蓣物种（D. alata, D. bulbifera, D. cayenensis, D. dumetorum, D. oppositifolia）在表型、近似成分和矿质营养方面存在的丰富种内和种间遗传多样性。研究成功鉴定出可用于物种鉴别的关键表型性状，并明确了 D. alata 和 D. bulbifera 在营养品质（高碳水化合物、蛋白质和铁含量）方面的突出优势。这些发现不仅为薯蓣种质资源的科学鉴定、有效保护和核心种质构建提供了重要依据，更重要的是，为未来薯蓣育种项目指明了方向——可以利用这些多样性，选育出高产、营养强化（特别是高蛋白和高铁）、且适应特定市场需求的新品种。这项研究充分挖掘了薯蓣这一“次要作物”未被重视的潜力，为其在应对全球粮食安全、营养失衡和气候变化挑战中发挥更大作用奠定了坚实基础，有力地推动了薯蓣从地方性食物向高价值功能性食品的转变。