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稻田产生的强效温室气体甲烷对全球气候变化有重要的影响。而英国《自然》杂志在723日公开发表的一项植物科学研究中,介绍了一种新开发出的高淀粉水稻品种SUSIBA2。它有望在增加粮食产量的同时,减少人为因素导致的甲烷排放。这是第一种高产量低甲烷排放的大米,能为稻田产生的强效温室气体问题提供可持续的解决方案。

水稻田不可避免地产生并释放甲烷。科学统计表明,人类活动产生的温室气体甲烷总量之中的10%左右,是在水稻种植过程中产生的。这是由于水稻喜爱生长在温暖的水田里,而在淹水的条件下,稻田土壤中的腐烂植物体等有机物被产甲烷细菌分解,这个过程中就产生了甲烷。稻田甲烷的过度排放可以导致气候的变暖,从而造成气候异常甚至各种灾害频发。目前,随着世界人口的增长,对大米需求的增长很有可能加剧这一问题。

此次瑞典农业科学大学孙传信、中国福建省农业科学院王锋与他们的团队,在论文中介绍了一种改良的水稻品种,它种子里的生物质和淀粉量增加了,而它的甲烷生成水平却降低了。这种植物在中国的三年大田试验中表现都很好。它是通过转移大麦的一个调控基因到常规水稻品种产生的。研究团队得出的结果是,这种水稻偏向于将光合作用产生的糖储存在植物地上的部分而不是地下的部分。

科学家们最近开发了一种新型转基因(GM)水稻,能显著减少农业对气候的影响。这种水稻装备了大麦的DNA,不仅产量更高,而且甲烷(一种很强的温室气体)释放量只是传统水稻的1%。这种水稻有助于提高粮食生产的可持续性,因此备受关注。

全球变暖有20%是甲烷引起的,而主要的人类甲烷排放来自农业活动,包括使用粪肥和种植水稻。为什么水稻会有这样的影响呢?水稻大多生长在缺氧的淹水土壤中,那里是产甲烷细菌的天堂。80% 90%的稻田甲烷排放来自于水稻根部的细菌,这些细菌生产的甲烷大部分和水一起被植物根系吸收,通过茎和叶片逃逸到大气中。

2002年科学家们发现,谷粒越多的水稻释放的甲烷越少。因为,谷粒以淀粉形式锁住了更多的碳,让土壤中的细菌无法使用。水稻等植物一般会通过根部释放含碳量丰富的糖类和其他化合物,为土壤生态系统作贡献,滋养各种各样的细菌。此外,细菌也可以利用根部腐烂时释放的碳。

瑞典农业大学的孙传信(C. Sun)、福建省农科院的王锋(F. Wang)领导研究团队,开发了一种带有大麦DNA的新型水稻,这一成果于七月二十二日发表在Nature杂志上。研究人员将编码转录因子的一个大麦基因插入水稻中,使水稻种子的淀粉含量提高到干重的86.9%,而传统水稻的淀粉含量只有76.7%

研究人员发现,转基因水稻根部的产甲烷细菌比传统水稻少得多。温室和试验田研究证实,转基因水稻释放的甲烷只有传统品种的0.3% 10%,而且气温较高的时候甲烷减少更为显著。这种转基因水稻在全球变暖的今天是非常有价值的,孙教授说。

这种新型水稻还有助于解决随着人口增加而日益严重的粮食问题。因为这种水稻的产量得到了很大的提升,从16g每株涨到了24g每株。(延伸阅读:遗传学大牛Nature发表突破性成果:给转基因上保险)

当然,转基因作物如今面临着不少阻力。“中国社会目前对转基因作物非常敏感,”孙教授说。在水稻中寻找类似的转录因子,也许可以解决这方面的问题。同时研究人员也在探索如何进行更大规模的田间试验。



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