水稻革命：減少70%甲烷排放，同時提高產量

科學家研發出一種新的水稻品種，其甲烷排放量減少了70%，成功解決了溫室氣體排放的一大源頭問題。透過鑑定水稻根系分泌物中的關鍵化合物，他們培育出了一種非基因改造、高產且對環境影響更小的水稻品種。在中國進行的田間試驗證實了其成效，目前研究人員正努力將其推向市場。

水稻種植所產生的甲烷約佔全球甲烷排放量的12%，受氣候變遷和人口增長影響，這一數字預計還會上升。如今，科學家已鑑定出水稻根系釋放的特定化學化合物，這些化合物會影響甲烷的生成。今日（2月3日）發表於《分子植物》（Molecular Plant）的研究成果，讓他們得以培育出甲烷排放量最多可降低70%的新水稻品種。

「這項研究表明，即使是低甲烷排放的水稻，也能有高產量。」該研究的資深作者、瑞典農業科學大學的微生物學家安娜·施努雷爾（Anna Schnürer）表示，「而且，如果清楚自己要找的是什麼，就能用傳統育種方法做到，無需基因改造。」

稻田排放的甲烷是由微生物分解水稻根系釋放的有機化合物所產生。這些被稱為根系分泌物的化合物，能為土壤微生物提供養分，而微生物反過來又會釋放支援植物生長的營養物質。長久以來，科學家雖知根系分泌物和土壤微生物在甲烷排放中起作用，但具體是哪些化合物在其中發揮作用，一直不明朗，直至如今。

為了找出哪些根系分泌物化合物會轉化為甲烷，研究人員比較了兩種不同水稻品種的根系分泌物——低甲烷排放的基因改造品種SUSIBA2，以及甲烷排放量中等的非基因改造品種日本晴（Nipponbare）。他們發現，SUSIBA2根系產生的富馬酸鹽顯著更少，且富馬酸鹽的分泌量與周圍土壤中釋放甲烷的古菌（又稱產甲烷菌）數量存在關聯。

為了確認富馬酸鹽的作用，研究人員在容器種植的水稻土壤中新增富馬酸鹽，結果甲烷排放量增加。他們還證明，施用一種能抑制富馬酸鹽酶解的化學物質——奧克太爾（oxantel），可有效降低甲烷排放量。然而，由於SUSIBA2植株產生的甲烷仍比日本晴植株少，研究人員意識到富馬酸鹽並非唯一的關鍵因素。

「就好像在解一個謎題。」施努雷爾說，「我們注意到土壤本身含有某種能降低甲烷排放的物質，於是開始思考，肯定存在某種抑制劑，導致了品種間的差異。」

當研究團隊重新分析根系分泌物時，他們發現SUSIBA2植株釋放的乙醇也顯著更多。在水稻植株周圍的土壤中新增乙醇，可降低甲烷排放量。

接下來，研究團隊探究能否用傳統育種方法培育出低甲烷排放且高產的水稻。為此，他們將一個高產或優良品種水稻，與先前鑑定出的低甲烷排放品種（黑粳品種）進行雜交，後者的根系分泌物中富馬酸鹽含量低，乙醇含量高。

雜交培育出的水稻植株，其根系分泌物始終呈現富馬酸鹽含量低、乙醇含量高（LFHE）的特徵。研究人員在中國各地的田間試驗點種植這些LFHE水稻品種時發現，與培育它們的優良品種相比，LFHE水稻平均甲烷排放量降低了70%。LFHE作物的產量也相對較高——平均每公頃8.96噸，而2024年全球平均產量為每公頃4.71噸。

研究人員還探究了乙醇和奧克太爾能否大規模用於降低甲烷排放。基於在中國兩個不同地點為期兩年的田間試驗，這種處理方式使甲烷排放量減少了約60%，且未影響作物產量。

目前，研究人員正努力向中國政府等機構申請將LFHE水稻註冊為一個品種，這意味著未來它有可能推向農民市場。他們還在與化肥公司合作，研究能否將奧克太爾新增到商用化肥中。

「要實現這些目標，我們還需要政府的鼓勵，以激勵和支援農民使用這些低甲烷品種。」施努雷爾說，「培育環保型水稻品種是一回事，但將它們推向市場，並讓農民接受，才是至關重要的。」

參考文獻：《透過培育低富馬酸鹽高乙醇的環保型水稻降低甲烷排放》，作者為金雲凱、劉通、胡佳、孫凱、薛立宏、瑪蒂爾德·貝滕堡、吉爾馬·貝達達、侯彭富、郝培英、唐金天、葉紫紅、劉春林、李鵬、潘愛虎、翁祿水、肖國英、阿里·A·莫阿扎米、餘小平、吳軍、安娜·施努雷爾和孫傳新，發表於2025年2月3日的《分子植物》。DOI：10.1016/j.molp.2025.01.008

本研究由鄭方先生、北京先合交通技術有限公司、未來樹木與作物組織、瑞典環境、農業科學和空間規劃研究委員會、國家自然科學基金國際合作與交流專案以及中國留學基金委資助。