低甲烷排放水稻來了！
全球暖化是因為溫室氣體累積，而溫室氣體除了二氧化碳以外，還有甲烷與一氧化二氮。甲烷是比二氧化碳更強的溫室氣體，所以減少甲烷排放也是非常非常重要的事。
哪些活動會造成甲烷排放呢？畜牧業。我們一天到晚都在說牛打嗝、牛放屁排放很多甲烷，但是種稻子也會排放甲烷喔！而且還不少！
這真的是很多農業專家都避談的事：種植水稻所排放的甲烷，約佔全球甲烷排放量的12%。隨著人口持續增長，排放量只會多不會少。可是，你可以叫大家少吃點肉，卻很難叫大家不要吃飯！所以，許多農業專家都會盡可能地不去談這件事，因為實在是太～尷～尬～了！
不過，這件尷尬的事，可能有望成為過去式了。最近，科學家已經找到造成水田排放甲烷的原因了：原來是水稻根部會釋放一種稱為延胡索酸（fumarate）的化學物質。
延胡索酸是什麼？延胡索酸化學式是C4H4O4，又名富馬酸、反丁烯二酸（狗仔快來！），它是檸檬酸循環（細胞呼吸作用的一個階段）的參與物質之一，具有水果氣味，並在延胡索屬、牛肝菌屬、地衣中可以發現。因為它是檸檬酸循環的成員之一，我們的細胞當然會用延胡索酸來產生能量。另外，人類皮膚在日光下亦會自然產生延胡索酸。
過去的研究發現，水稻田排放的甲烷是由分解水稻根部釋放的有機化合物的微生物產生的。水稻和其他植物釋放這些被稱為「根系分泌物」的化合物來吸引與餵養土壤微生物，然後這些微生物釋放植物需要的養分來幫助植物生長。雖然長期以來人們都知道土壤微生物和根系分泌物與甲烷排放有關，但到底是根系分泌物中的哪些化合物造成這個結局？不清楚。
為了確定到底哪些根系分泌物會被轉化為甲烷，研究團隊比較了兩種不同水稻品系的根系分泌物——低甲烷排放的基改品系SUSIBA2和具有平均甲烷排放量的非基改品系Nipponbare。他們發現SUSIBA2根部產生的延胡索酸（fumarate）少得多，並注意到分泌的延胡索酸量與周圍土壤中產甲烷古菌或「產甲烷菌」的豐度之間存在著相關性。
為了確認延胡索酸的作用，研究人員在種水稻的土壤中添加了延胡索酸，結果導致甲烷排放量增加。相反的，如果使用抑制延胡索酸分解的酵素的化學物質oxantel，便能有效降低甲烷排放量。也就是說，延胡索酸的確與甲烷排放有關。然而，由於SUSIBA2的甲烷產生量仍然低於Nipponbare，研究人員意識到延胡索酸並不是唯一的因素。
於是，他們決定要重新分析根系分泌物。當他們進行分析時，研究團隊注意到SUSIBA2還釋放了相當多的乙醇。進一步的測試也發現，向水稻周圍的土壤中添加乙醇，也可以減少水田的甲烷排放。
於是，研究團隊思考是否可以使用傳統育種方法來生產具有高產量的低甲烷排放水稻。為此，他們將一個高產量水稻品系與先前鑑定的低甲烷排放品系雜交，後者的根系分泌物中延胡索酸含量低而乙醇含量高。
透過雜交育種，產生了一個新品系的水稻，其根系分泌物具有低延胡索酸和高乙醇（LFHE）。當研究團隊在中國各地的試驗田種植這些LFHE水稻品系時，他們發現與育種源自的優良品系相比，LFHE水稻平均減少了70%的甲烷排放量。LFHE作物也產生了相對較高的產量——平均每公頃8.96噸，相比之下2024年全球平均產量為每公頃4.71噸。
當然，要農夫們只是因為「環保」這個理由就更換品系種植可能不容易。因此，研究團隊還研究了是否可以使用乙醇和oxantel處理水田，來大規模減少甲烷排放。根據在中國兩個不同地點進行的為期兩年的田間試驗，這種處理在不影響作物產量的情況下使甲烷排放量減少了約60%。
現在，研究人員正在與中國政府合作，將LFHE水稻註冊為一個品種，這意味著未來可以向農民推廣。他們還在與肥料公司合作，研究是否可以將oxantel添加到商業肥料中。
這個研究成果意味著，我們終於可以擁有低甲烷排放又高產的水稻。只要我們知道我們要找的是什麼，我們就可以使用傳統育種方法，而不是基因改造來達成我們的目標。
參考文獻：
Yunkai Jin, Tong Liu, Jia Hu, Kai Sun, Lihong Xue, Mathilde Bettembourg, Girma Bedada, Pengfu Hou, Peiying Hao, Jintian Tang, Zihong Ye, Chunlin Liu, Peng Li, Aihu Pan, Lushui Weng, Guoying Xiao, Ali A. Moazzami, Xiaoping Yu, Jun Wu, Anna Schnürer, Chuanxin Sun. Reducing methane emissions by developing low-fumarate high-ethanol eco-friendly rice. Molecular Plant, 2025; 18 (2): 333 DOI: 10.1016/j.molp.2025.01.008
