科學(xué)家培育出“減排水稻” 可減少甲烷排放并生產(chǎn)更多稻米

　　稻田會(huì)釋放出大量甲烷

　　本報(bào)訊一種新的轉(zhuǎn)基因（GM）水稻或許能夠顯著減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)地球氣候產(chǎn)生的影響。這種新作物攜帶了來(lái)自大麥的脫氧核糖核酸（DNA），其釋放的甲烷——一種強(qiáng)大的溫室氣體——僅相當(dāng)于常規(guī)水稻的1%，并能夠生產(chǎn)更多的稻米。

　　專家認(rèn)為，這種方法對(duì)于促進(jìn)糧食可持續(xù)發(fā)展具有重大潛力，但還需要進(jìn)行更多的研究從而確定新水稻在稻田和野外是否表現(xiàn)得同樣出色。并未參與該項(xiàng)工作的美國(guó)普林斯頓大學(xué)從事氣候與農(nóng)業(yè)研究的TimothySearchinger表示：“這是非凡的成果。”

　　從工業(yè)革命以來(lái)，甲烷已經(jīng)導(dǎo)致了約20%的全球變暖。由人類活動(dòng)造成的主要甲烷來(lái)源是農(nóng)業(yè)，多來(lái)自于牲畜的腸道與糞便，還有便是水稻。

　　為什么是水稻呢？因?yàn)檫@種農(nóng)作物大部分生長(zhǎng)在淹水土壤中，這里缺少氧氣，是生產(chǎn)甲烷的微生物的理想的“家”。稻田排放的80%至90%的甲烷是由生長(zhǎng)在植物根部的微生物產(chǎn)生的；其中一些氣體溶解于水，但大部分甲烷與水一道被植物的根吸收，隨后傳送到莖和葉，并最終逃逸到大氣中。

　　如今已經(jīng)有一種方法能夠顯著減少稻田排放的甲烷——暫時(shí)排干農(nóng)田并向土壤中加氧，從而消滅產(chǎn)生甲烷的微生物。此舉同時(shí)還有另一個(gè)好處：中國(guó)農(nóng)民已經(jīng)在給他們的稻田排水，因?yàn)檫@能夠提高產(chǎn)量；而在美國(guó)加利福尼亞和其他地方，排水則有助于涵養(yǎng)水源。但是這種類型的水管理實(shí)施起來(lái)并不容易，特別是在那些稻田排水不均衡或是雨水充沛的地方。并且一旦發(fā)生錯(cuò)誤，將對(duì)稻田造成損害。Searchinger說(shuō)：“如果能夠改變一粒種子則要簡(jiǎn)單得多。”

　　因此人們一直渴望出現(xiàn)一種新的水稻。2002年，科學(xué)家注意到，水稻具有的谷物越多釋放的甲烷就越少。這是因?yàn)樘级急绘i在了米粒的淀粉之中，而無(wú)法供給土壤中的微生物。

　　水稻和其他植物通常都會(huì)通過(guò)根系釋放富含碳的糖以及其他化合物，從而為土壤生態(tài)系統(tǒng)作出貢獻(xiàn)。這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有利于能夠釋放甲烷的微生物的生長(zhǎng)。此外，微生物還能夠利用根系腐爛后釋放的碳。

　　這種新水稻是由烏普薩拉市瑞典農(nóng)業(yè)科學(xué)大學(xué)植物生物化學(xué)家ChuanxinSun率領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)培育出的。而其中發(fā)揮主要功效的則是大麥DNA。

　　2003年，Sun與同事發(fā)現(xiàn)一種所謂的轉(zhuǎn)錄因子，它能夠開(kāi)啟合成淀粉的基因。研究人員添加了另一段DNA序列，稱為啟動(dòng)子，從而確保淀粉主要被生產(chǎn)于植物的種子當(dāng)中。隨后他們將這個(gè)聯(lián)合體嵌入一個(gè)主要類型的水稻——粳稻。

　　結(jié)果顯示，就像預(yù)期的那樣，GM稻種的淀粉含量更高，大約占其干重的86.9%，相比之下，傳統(tǒng)水稻僅占76.7%。研究人員日前在《自然》雜志網(wǎng)絡(luò)版上報(bào)告了這一研究成果。

　　至于甲烷，基因測(cè)試表明，與傳統(tǒng)水稻相比，生存在GM水稻根系中的生成甲烷微生物的數(shù)量要少得多。對(duì)溫室氣體以及小塊試驗(yàn)田進(jìn)行的測(cè)量證實(shí)，基于不同的季節(jié)，GM植物釋放的甲烷從0.3%到10%不等。

　　Sun說(shuō)，越是在炎熱的季節(jié)，甲烷的減少就越明顯，這使得GM水稻在全球變暖的背景下成為減緩碳排放的一個(gè)更有價(jià)值的工具。

　　加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校農(nóng)學(xué)家BruceLinquist表示：“這些削減是巨大的。”但他同時(shí)懷疑在實(shí)際種植中甲烷的減排可能沒(méi)有這么明顯。

　　這種改良的農(nóng)作物還能夠促進(jìn)糧食。一項(xiàng)對(duì)稻米產(chǎn)量的測(cè)量顯示，米粒的干重從每株植物的16克暴漲到GM水稻的24克，這是一個(gè)巨大的增長(zhǎng)。

　　Sun說(shuō)：“我被深深地打動(dòng)了。”但他和其他學(xué)者強(qiáng)調(diào)，還需要進(jìn)行更多的研究以便確定這種趨勢(shì)在現(xiàn)實(shí)的田間試驗(yàn)中是否能夠繼續(xù)保持。Linquist表示：“我看過(guò)很多在控制情境中有希望的東西，在實(shí)地中卻不靈了。”