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科学家培育出减排水稻

2019年03月28日 栏目:美食

稻田会释放出大量甲烷。图片来源:Feng Wang一种新的转基因(GM)水稻或许能够显著减少农业生产对地球气候产生的影响。这种新作物携带

稻田会释放出大量甲烷。图片来源:Feng Wang

一种新的转基因(GM)水稻或许能够显著减少农业生产对地球气候产生的影响。这种新作物携带了来自大麦的脱氧核糖核酸(DNA),其释放的甲烷—— 一种强大的温室气体——仅相当于常规水稻的1%,并能够生产更多的稻米。

专家认为,这种方法对于促进粮食可持续发展具有重大潜力,但还需要进行更多的研究从而确定新水稻在稻田和野外是否表现得同样出色。并未参与该项工作的美国普林斯顿大学从事气候与农业研究的Timothy Searchinger表示:“这是非凡的成果。”

从工业革命以来,甲烷已经导致了约20%的全球变暖。由人类活动造成的主要甲烷来源是农业,多来自于牲畜的肠道与粪便,还有便是水稻。

为什么是水稻呢?因为这种农作物大部分生长在淹水土壤中,这里缺少氧气,是生产甲烷的微生物的理想的“家”。稻田排放的80%至90%的甲烷是由生长在植物根部的微生物产生的;其中一些气体溶解于水,但大部分甲烷与水一道被植物的根吸收,随后传送到茎和叶,并终逃逸到大气中。

如今已经有一种方法能够显著减少稻田排放的甲烷——暂时排干农田并向土壤中加氧,从而消灭产生甲烷的微生物。此举同时还有另一个好处:中国农民已经在给他们的稻田排水,因为这能够提高产量;而在美国加利福尼亚和其他地方,排水则有助于涵养水源。但是这种类型的水管理实施起来并不容易,特别是在那些稻田排水不均衡或是雨水充沛的地方。并且一旦发生错误,

科学家培育出减排水稻

将对稻田造成损害。Searchinger说:“如果能够改变一粒种子则要简单得多。”

因此人们一直渴望出现一种新的水稻。2002年,科学家注意到,水稻具有的谷物越多释放的甲烷就越少。这是因为碳都被锁在了米粒的淀粉之中,而无法供给土壤中的微生物。

水稻和其他植物通常都会通过根系释放富含碳的糖以及其他化合物,从而为土壤生态系统作出贡献。这些营养物质有利于能够释放甲烷的微生物的生长。此外,微生物还能够利用根系腐烂后释放的碳。

这种新水稻是由乌普萨拉市瑞典农业科学大学植物生物化学家Chuanxin Sun率领的研究团队培育出的。而其中发挥主要功效的则是大麦DNA。

2003年,Sun与同事发现一种所谓的转录因子,它能够开启合成淀粉的基因。研究人员添加了另一段DNA序列,称为启动子,从而确保淀粉主要被生产于植物的种子当中。随后他们将这个联合体嵌入一个主要类型的水稻——粳稻。

结果显示,就像预期的那样,GM稻种的淀粉含量更高,大约占其干重的86.9%,相比之下,传统水稻仅占76.7%。研究人员日前在《自然》杂志络版上报告了这一研究成果。

至于甲烷,基因测试表明,与传统水稻相比,生存在GM水稻根系中的生成甲烷微生物的数量要少得多。对温室气体以及小块试验田进行的测量证实,基于不同的季节,GM植物释放的甲烷从0.3%到10%不等。

Sun说,越是在炎热的季节,甲烷的减少就越明显,这使得GM水稻在全球变暖的背景下成为减缓碳排放的一个更有价值的工具。

加利福尼亚大学戴维斯分校农学家Bruce Linquist表示:“这些削减是巨大的。”但他同时怀疑在实际种植中甲烷的减排可能没有这么明显。

这种改良的农作物还能够促进粮食安全。一项对稻米产量的测量显示,米粒的干重从每株植物的16克暴涨到GM水稻的24克,这是一个巨大的增长。

Sun说:“我被深深地打动了。”但他和其他学者强调,还需要进行更多的研究以便确定这种趋势在现实的田间试验中是否能够继续保持。Linquist表示:“我看过很多在控制情境中有希望的东西,在实地中却不灵了。”

:侯茜

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