Выращивание риса является причиной примерно 12% глобальных выбросов метана, и ожидается, что эти выбросы будут увеличиваться с глобальным потеплением и ростом населения планеты. Ученые определили химические соединения, выделяемые корнями риса, которые определяют, сколько метана выделяют растения. В журнале Molecular Plant (издательство Cell Press) сообщается, что эта информация позволила им вывести новый сорт риса, который выделяет до 70% меньше метана.
Старший автор исследования Анна Шнюрер, микробиолог из Шведского университета сельскохозяйственных наук, отмечает, что это исследование показывает, что можно иметь низкий уровень выбросов метана и при этом получать рис с высокой урожайностью. Она добавляет, что этого можно добиться, используя традиционные методы селекции, без ГМО, если знать, что искать.
Метан, выделяемый рисовыми полями, производится микробами, которые разлагают органические соединения, выделяемые корнями рисовых растений. Рис и другие растения выделяют эти соединения, известные как «корневые экссудаты», для питания почвенных микробов, которые, в свою очередь, способствуют росту растений, высвобождая питательные вещества, которые растения могут поглощать. Хотя давно известно, что почвенные микробы и корневые экссудаты участвуют в выбросах метана, было неясно, какие именно химические соединения в корневых экссудатах ответственны за это.
Чтобы определить, какие соединения корневых экссудатов превращаются в метан, исследователи сравнили корневые экссудаты двух разных сортов риса — SUSIBA2, ГМО-сорта с низким уровнем выбросов метана, и Nipponbare, не-ГМО сорта со средним уровнем выбросов метана. Они обнаружили, что корни SUSIBA2 производят значительно меньше фумарата, и отметили корреляцию между количеством выделяемого фумарата и обилием метанообразующих архей, или «метаногенов», в окружающей почве.
Чтобы подтвердить роль фумарата, исследователи добавили фумарат в почву рисовых растений, выращенных в контейнерах, что привело к увеличению выбросов метана. Они также продемонстрировали, что применение оксантела, химического вещества, которое ингибирует ферментативное расщепление фумарата, эффективно снижает выбросы метана. Однако, поскольку растения SUSIBA2 все еще производили меньше метана, чем растения Nipponbare, исследователи поняли, что фумарат — это не единственная часть головоломки.
Шнюрер сравнивает ситуацию с загадкой. Она поясняет, что исследователи заметили, что сама почва содержит что-то, что снижает выбросы метана, поэтому они начали думать, что должен быть какой-то ингибитор, который также вызывает разницу между сортами.
Когда они повторно проанализировали корневые экссудаты, команда заметила, что растения SUSIBA2 также выделяют значительно больше этанола. Добавление этанола в почву, окружающую рисовые растения, снизило выбросы метана.
Затем команда исследовала, можно ли использовать традиционные методы селекции для получения риса с низким уровнем выбросов метана и высокой урожайностью. Для этого они скрестили высокоурожайный, или «элитный», сорт риса с ранее идентифицированным сортом с низким уровнем выбросов метана (сорт Heijing), корневой экссудат которого был низким по содержанию фумарата и высоким по содержанию этанола.
Рисовые растения, полученные в результате этого скрещивания, постоянно выделяли корневые экссудаты с низким содержанием фумарата и высоким содержанием этанола (LFHE). Когда исследователи вырастили эти сорта риса LFHE на различных опытных участках по всему Китаю, они показали, что рис LFHE производил в среднем на 70% меньше метана по сравнению с элитным сортом, от которого он был выведен. Урожайность LFHE-сортов также была относительно высокой — в среднем 8,96 тонны/га по сравнению со средним мировым показателем 2024 года в 4,71 тонны/га.
Исследователи также изучили, можно ли использовать этанол и оксантел для снижения выбросов метана в больших масштабах. Основываясь на двухлетних полевых испытаниях на двух разных участках в Китае, эта обработка привела к снижению выбросов метана примерно на 60% без влияния на урожайность.
В настоящее время исследователи работают над регистрацией риса LFHE в качестве сорта в правительстве Китая и других странах, что означает, что в будущем он может быть продан фермерам. Они также сотрудничают с компаниями, производящими удобрения, чтобы выяснить, можно ли добавлять оксантел в коммерческие удобрения.
Шнюрер заключает, что для того, чтобы все это произошло, также потребуется некоторая поддержка со стороны правительств, чтобы мотивировать и поддерживать фермеров в использовании этих сортов риса с низким уровнем выбросов метана. Она отмечает, что одно дело — вывести экологически чистые сорта риса, но затем крайне важно вывести их на рынок и добиться, чтобы фермеры приняли их.
