一种高淀粉含量、低甲烷排放量的水稻品种SUSIBA2不久前被福建省农科院生物技术研究所与瑞典农业科学大学联合开发出来,并被称为是非凡的成果。水稻对全球变暖到底做了多少“贡献…
一种高淀粉含量、低甲烷排放量的水稻品种SUSIBA2不久前被福建省农科院生物技术研究所与瑞典农业科学大学联合开发出来,并被称为是非凡的成果。水稻对全球变暖到底做了多少“贡献”?靠什么才能降低水稻的甲烷排放量?这个新品种究竟有多大的应用前景?为此,记者采访了福建省农业科学院生物技术研究所所长王峰。
全球每年从稻田中逸出的甲烷总量最高达1 亿吨
记者:为何稻田会成为甲烷“制造厂”?
王峰:尽管从总量上来说,排放到大气中的甲烷远少于二氧化碳,但是由于甲烷的温室气体效应比二氧化碳高30余倍,因此甲烷依然为工业化以来的全球变暖做出了约20%的“贡献”——而在这些进入大气的甲烷中,有7%~17%是由稻田释放的。根据测算,全球每年从稻田中逸出的甲烷总量高达2500万吨威廉希尔中文网站app,威廉希尔官网,~1亿吨。
为何稻田会成为巨大的甲烷“制造厂”?这和稻田及水稻种植的特点密不可分。经过多年的耕作,稻田中的土壤颗粒被破碎为极为细小的颗粒,彼此能够紧实的挤压在一起,空隙很小;水田的水分夹杂其中,使得空气无处藏身,整个水田成为极度缺氧的环境。与此同时,耕作和肥料的使用,使得水田中有着丰富的有机物残渣,并且水稻根系在生长过程中,也不断向水田内分泌有机物。此外,种植水稻的水田,大多分布于亚热带和热带地区。
缺氧的环境、大量的有机物和温暖的环境,使得水稻根际土壤中产生大量厌氧型微生物,而这些微生物中,就包含相当多的产甲烷菌。整个水田,就好似一个巨大的无盖沼气池,源源不断将有机物分解为甲烷,并肆无忌惮地排放到大气之中。
改变水稻中碳的分配 记者:怎么“减排”?
王峰:普通水稻光合产物有1/3以上被运输到根系,从而产生大量根系分泌物、脱落物,它们经厌氧菌发酵释放出甲烷,这是一种严重的浪费。如果设想将控制淀粉合成的因子转入,从而改变水稻中碳的分配,最终获得增产结果——将水稻每穗的谷粒从600粒提高到了1000粒,且大米中的淀粉含量明显增加。与此同时,根系分泌物、脱落物显着减少。
事实证明,这个设想是可以实现的。研究发现的SUSIBA2基因,成为了实现这个梦想的关键。
研究发现,在组织细胞内较高水平地表达SUSIBA2基因,可以增强该部位“接纳”有机物的能力,并提高淀粉效率。实践表明,在被筛选出的两个株系中,SUSIBA2得到了理想表达,因此这两个株系被用来进行后续实验。
淀粉干重由76%提高到87% 记者:是否会影响到产量?
王峰:长期以来,减少水稻甲烷排放和增加有机物产量,是一个鱼和熊掌不能兼得的事情。传统上减少甲烷排放的方式,是通过改良耕种、灌溉等农业技术,来改变稻田土缺氧环境、减少有机物残留,以抑制产甲烷菌活动。然而,这些行为会改变水稻根际环境,对水稻生长产生一定影响。同时,因为控制甲烷排放量对于植株个体的筛选来说并非易事,传统的育种方式很难选育出低甲烷排放的水稻。高产的水稻品种意味着向根部输送的有机物更多,同样不利于减少甲烷排放。
新的生物技术让人们看到了解决这一问题的希望。研究者设想,通过调整水稻体内的有机物分配过程,或许能让一些本该运输到根部的有机物进入籽粒当中。这样既能够减少有机物向土壤中的释放,同时又能增加籽粒有机物的含量。3年田间试验数据显示,穗粒数、千粒重和籽粒中淀粉含量等产量指标均有增长,淀粉重量干重由76%提高到87%。
夏季减排90%秋季减少50% 记者:对甲烷的削减有多大?
王峰:研究者发现,相比于传统水稻,这些水稻的地上部分生物量显着增加,特别是籽粒中的淀粉含量提高了约13%。在福建等地连续3年的田间测量表明,这些水稻在生长期的甲烷释放量,只有同样耕作技术下传统水稻的10%;在结实期间,这一数值可继续降低到仅0.3%。
据介绍,3年田间实验数据显示,该项技术培育出的新型水稻在夏季能减少排放90%甚至更多的稻田甲烷,在秋季能减少50%以上的甲烷排放。
同时,对土壤根际微生物菌群的元基因组测序显示,土壤中多种产甲烷菌的数量也有明显下降。研究者们推测,这些水稻能够大幅降低甲烷释放的原因在于减少了根部的有机物分配,降低了根在生长过程中向土壤中释放的有机物,从而减缓了产甲烷菌的活动。
提供了新的思路和途径 记者:应用前景如何?
王峰:课题组将进行一系列后续研究,进一步明确该技术在不同稻区、不同季节、不同稻作类型的甲烷减排效果以及对稻田的生态影响。其实我们只是提出了一种新的理念,距离选育出可大规模推广的品种还很远,但至少我们看到了新的曙光。
若该成果的应用研究在未来取得突破,选育出低甲烷高淀粉水稻新品种,按照减排50%推算,预计每年将使全球稻田甲烷减排5000多万吨,中国稻田甲烷减排1000万吨,福建稻田甲烷减排30万吨,这将为全球温室气体减排作出重大贡献。