本報記者繆翼

　　一種高淀粉含量、低甲烷排放量的水稻品種SUSIBA2不久前被福建省農(nóng)科院生物技術(shù)研究所與瑞典農(nóng)業(yè)科學(xué)大學(xué)聯(lián)合開發(fā)出來，并被稱為是非凡的成果。水稻對全球變暖到底做了多少“貢獻(xiàn)”？靠什么才能降低水稻的甲烷排放量？這個新品種究竟有多大的應(yīng)用前景？為此，記者采訪了福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所所長王峰。

　　全球每年從稻田中逸出的甲烷總量最高達(dá)1

　　億噸

　　記者：為何稻田會成為甲烷“制造廠”？

　　王峰：盡管從總量上來說，排放到大氣中的甲烷遠(yuǎn)少于二氧化碳，但是由于甲烷的溫室氣體效應(yīng)比二氧化碳高30余倍，因此甲烷依然為工業(yè)化以來的全球變暖做出了約20%的“貢獻(xiàn)”——而在這些進(jìn)入大氣的甲烷中，有7%~17%是由稻田釋放的。根據(jù)測算，全球每年從稻田中逸出的甲烷總量高達(dá)2500萬噸~1億噸。

　　為何稻田會成為巨大的甲烷“制造廠”？這和稻田及水稻種植的特點密不可分。經(jīng)過多年的耕作，稻田中的土壤顆粒被破碎為極為細(xì)小的顆粒，彼此能夠緊實的擠壓在一起，空隙很?。凰锏乃謯A雜其中，使得空氣無處藏身，整個水田成為極度缺氧的環(huán)境。與此同時，耕作和肥料的使用，使得水田中有著豐富的有機(jī)物殘渣，并且水稻根系在生長過程中，也不斷向水田內(nèi)分泌有機(jī)物。此外，種植水稻的水田，大多分布于亞熱帶和熱帶地區(qū)。

　　缺氧的環(huán)境、大量的有機(jī)物和溫暖的環(huán)境，使得水稻根際土壤中產(chǎn)生大量厭氧型微生物，而這些微生物中，就包含相當(dāng)多的產(chǎn)甲烷菌。整個水田，就好似一個巨大的無蓋沼氣池，源源不斷將有機(jī)物分解為甲烷，并肆無忌憚地排放到大氣之中。

　　改變水稻中碳的分配

　　記者：怎么“減排”？

　　王峰：普通水稻光合產(chǎn)物有1/3以上被運輸?shù)礁担瑥亩a(chǎn)生大量根系分泌物、脫落物，它們經(jīng)厭氧菌發(fā)酵釋放出甲烷，這是一種嚴(yán)重的浪費。如果設(shè)想將控制淀粉合成的因子轉(zhuǎn)入，從而改變水稻中碳的分配，最終獲得增產(chǎn)結(jié)果——將水稻每穗的谷粒從600粒提高到了1000粒，且大米中的淀粉含量明顯增加。與此同時，根系分泌物、脫落物顯著減少。

　　事實證明，這個設(shè)想是可以實現(xiàn)的。研究發(fā)現(xiàn)的SUSIBA2（Sugarsignalinginbarley2）基因，成為了實現(xiàn)這個夢想的關(guān)鍵。

　　研究發(fā)現(xiàn)，在組織細(xì)胞內(nèi)較高水平地表達(dá)SUSIBA2基因，可以增強(qiáng)該部位“接納”有機(jī)物的能力，并提高淀粉效率。實踐表明，在被篩選出的兩個株系中，SUSIBA2得到了理想表達(dá)，因此這兩個株系被用來進(jìn)行后續(xù)實驗。

　　淀粉干重由76％提高到87％

　　記者：是否會影響到產(chǎn)量？

　　王峰：長期以來，減少水稻甲烷排放和增加有機(jī)物產(chǎn)量，是一個魚和熊掌不能兼得的事情。傳統(tǒng)上減少甲烷排放的方式，是通過改良耕種、灌溉等農(nóng)業(yè)技術(shù)，來改變稻田土缺氧環(huán)境、減少有機(jī)物殘留，以抑制產(chǎn)甲烷菌活動。然而，這些行為會改變水稻根際環(huán)境，對水稻生長產(chǎn)生一定影響。同時，因為控制甲烷排放量對于植株個體的篩選來說并非易事，傳統(tǒng)的育種方式很難選育出低甲烷排放的水稻。高產(chǎn)的水稻品種意味著向根部輸送的有機(jī)物更多，同樣不利于減少甲烷排放。

　　新的生物技術(shù)讓人們看到了解決這一問題的希望。研究者設(shè)想，通過調(diào)整水稻體內(nèi)的有機(jī)物分配過程，或許能讓一些本該運輸?shù)礁康挠袡C(jī)物進(jìn)入籽粒當(dāng)中。這樣既能夠減少有機(jī)物向土壤中的釋放，同時又能增加籽粒有機(jī)物的含量。3年田間試驗數(shù)據(jù)顯示，穗粒數(shù)、千粒重和籽粒中淀粉含量等產(chǎn)量指標(biāo)均有增長，淀粉重量干重由76％提高到87％。

　　夏季減排90%秋季減少50%

　　記者：對甲烷的削減有多大？

　　王峰：研究者發(fā)現(xiàn)，相比于傳統(tǒng)水稻，這些水稻的地上部分生物量顯著增加，特別是籽粒中的淀粉含量提高了約13%。在福建等地連續(xù)3年的田間測量表明，這些水稻在生長期的甲烷釋放量，只有同樣耕作技術(shù)下傳統(tǒng)水稻的10%；在結(jié)實期間，這一數(shù)值可繼續(xù)降低到僅0.3%。

　　據(jù)介紹，3年田間實驗數(shù)據(jù)顯示，該項技術(shù)培育出的新型水稻在夏季能減少排放90％甚至更多的稻田甲烷，在秋季能減少50％以上的甲烷排放。

　　同時，對土壤根際微生物菌群的元基因組測序顯示，土壤中多種產(chǎn)甲烷菌的數(shù)量也有明顯下降。研究者們推測，這些水稻能夠大幅降低甲烷釋放的原因在于減少了根部的有機(jī)物分配，降低了根在生長過程中向土壤中釋放的有機(jī)物，從而減緩了產(chǎn)甲烷菌的活動。

　　提供了新的思路和途徑

　　記者：應(yīng)用前景如何？

　　王峰：課題組將進(jìn)行一系列后續(xù)研究，進(jìn)一步明確該技術(shù)在不同稻區(qū)、不同季節(jié)、不同稻作類型的甲烷減排效果以及對稻田的生態(tài)影響。其實我們只是提出了一種新的理念，距離選育出可大規(guī)模推廣的品種還很遠(yuǎn)，但至少我們看到了新的曙光。

　　若該成果的應(yīng)用研究在未來取得突破，選育出低甲烷高淀粉水稻新品種，按照減排50%推算，預(yù)計每年將使全球稻田甲烷減排5000多萬噸，中國稻田甲烷減排1000萬噸，福建稻田甲烷減排30萬噸，這將為全球溫室氣體減排作出重大貢獻(xiàn)。