水稻种植大约占全球甲烷排放的12%，预计由于气候变化和人口增长，这一水平将上升。最近，研究人员发现了稻根释放的特定化合物，影响甲烷的产生。他们宣布，此项发现促成了一种新稻种的开发，该品种能够减少多达70%的甲烷排放。
水稻种植大约占全球甲烷排放的12%，预计由于气候变化和人口增长，这些排放量将上升。研究人员现在已经找到了稻根释放的化学化合物，这些化合物影响这些植物排放多少甲烷。2月3日，在Cell Press期刊《分子植物》中，他们透露，这一知识使他们能够创造出一种甲烷排放量最多减少70%的新稻种。
“这项研究表明，在保持高稻产量的同时，实现低甲烷排放是可能的，”瑞典农业科学大学的微生物学家、首席作者安娜·施纽雷表示。“此外，只要知道你所追求的目标，可以使用传统育种技术，而不需要进行基因改造。”
稻田中产生的甲烷源自分解稻植物根部释放的有机化合物的微生物。这些根部排泄出称为“根排泄物”的物质，以滋养土壤微生物，这反过来又通过提供必要的营养物质促进植物生长。尽管早已认识到土壤微生物和根排泄物对甲烷排放的作用，但引起这一过程的根排泄物中的特定化合物此前并不清楚。
为了确定哪些根排泄物化合物促使甲烷的产生，研究人员研究了两种不同稻种的排泄物：SUSIBA2，一种低甲烷的转基因稻种，以及Nipponbare，一种甲烷排放量平均的非转基因型。他们发现，SUSIBA2的根部产生的富马酸远低于Nipponbare，并注意到释放的富马酸数量与土壤中甲烷生成古菌或“甲烷菌”的数量之间存在关联。
为了验证富马酸的影响，研究团队将富马酸引入容器种植的稻植物的土壤中，这导致了甲烷排放的增加。他们还发现，施用防止富马酸分解的化合物oxantel可以有效降低甲烷排放。然而，由于SUSIBA2植物的甲烷排放量低于Nipponbare植物，研究人员得出结论：富马酸并不是影响排放的唯一因素。
施纽雷回忆道：“这感觉像在解谜。” “我们发现土壤本身似乎含有某种物质可以减轻甲烷排放，这让我们相信，一定存在某种抑制物在不同稻种之间发挥作用。”
在重新评估根排泄物之后，研究人员意识到SUSIBA2植物还生成了显著更多的乙醇。当将乙醇添加到稻植物周围的土壤中时，甲烷排放量减少。
接下来，团队探索了传统育种技术以创造一种发出低水平甲烷但仍能实现高产的稻种。他们将一种高产，即“优质”的稻种与低甲烷排放的黑景稻进行杂交，黑景稻以根排泄物中的低富马酸和高乙醇为特征。
这一杂交产生的稻植物在根排泄物特征上始终表现为低富马酸和高乙醇（LFHE）。当这些LFHE稻种在中国不同地点种植时，相比优质稻种，甲烷排放平均减少了70%。此外，LFHE作物的产量平均达8.96吨/公顷，远超2024年全球平均水平4.71吨/公顷。
科学家们还测试了乙醇和oxantel是否能在更大范围内有效降低甲烷排放。在中国两个不同地点进行的为期两年的试验中，该方法使甲烷排放减少了大约60%，同时保持了作物产量。
研究人员目前正在与中国政府和其他监管机构追求LFHE稻种的注册，这可能使其在未来提供给农民。他们还与肥料公司合作，探索将oxantel添加到商业肥料的可能性。
施纽雷强调：“为了促进这些变化，我们需要政府的支持，以鼓励和协助农民采纳这些低甲烷稻种。” “开发环保稻种是一回事，但将其推向市场并确保得到农民的接受至关重要。”
此次研究得到了郑芳先生、北京先禾交通科技有限公司、未来的树木与作物、瑞典环境、农业科学与空间规划研究委员会、国家自然科学基金国际合作与交流项目、中国国家留学基金的支持。
