Новый сорт риса с высокой урожайностью выделяет до 70% меньше метана

Выращивание риса ответственно примерно за 12% глобальных выбросов метана, и ожидается, что эти выбросы будут расти из-за глобального потепления и увеличения населения.

Ученые идентифицировали химические соединения, выделяемые корнями риса, которые определяют количество производимого растениями метана. 3 февраля в журнале Molecular Plant они сообщили, что эта информация позволила им вывести новый сорт риса, выделяющий до 70% меньше метана.

"Это исследование показывает, что можно получить рис с низким выделением метана и при этом сохранить высокую урожайность, — говорит старший автор Анна Шнюрер, микробиолог из Шведского университета сельскохозяйственных наук. — И это можно сделать с помощью традиционных методов селекции, без ГМО, если знать, что искать".

Метан на рисовых полях производят микробы, разлагающие органические соединения, выделяемые корнями риса. Рис и другие растения выделяют эти соединения, известные как "корневые экссудаты", чтобы питать почвенные микробы, которые, в свою очередь, помогают росту растений, высвобождая питательные вещества.

Хотя давно известно, что почвенные микробы и корневые экссудаты участвуют в выбросах метана, было неясно, какие именно химические соединения в экссудатах ответственны за это.

Чтобы определить, какие соединения превращаются в метан, исследователи сравнили корневые экссудаты двух разных сортов риса: SUSIBA2 (низкоэмиссионный ГМО-сорт) и Nipponbare (не-ГМО сорт со средними выбросами метана).

Они обнаружили, что корни SUSIBA2 производят значительно меньше фумарата. Была отмечена корреляция между количеством выделяемого фумарата и обилием выделяющих метан архей ("метаногенов") в окружающей почве.

Чтобы подтвердить роль фумарата, исследователи добавили его в почву с растениями риса, выращенными в контейнерах, что привело к увеличению выбросов метана. Они также показали, что применение оксантела — химического вещества, ингибирующего ферментативное расщепление фумарата, — эффективно снижает выбросы метана.

Однако, поскольку растения SUSIBA2 все равно производили меньше метана, чем Nipponbare, ученые поняли, что фумарат — не единственная часть головоломки.

"Это было похоже на загадку, — говорит Шнюрер. — Мы заметили, что сама почва содержала нечто, снижающее выбросы метана, и начали думать, что должен существовать ингибитор какого-то рода, который также вызывает разницу между сортами".

При повторном анализе корневых экссудатов команда заметила, что растения SUSIBA2 также выделяют значительно больше этанола. Добавление этанола в почву вокруг растений риса снижало выбросы метана.

Далее команда исследовала, можно ли с помощью традиционной селекции получить низкоэмиссионный рис с высокой урожайностью. Для этого они скрестили высокоурожайный ("элитный") сорт риса с ранее идентифицированным низкоэмиссионным сортом Heijing, чей корневой экссудат содержал мало фумарата и много этанола.

Растения риса от этого скрещивания стабильно выделяли экссудаты с низким содержанием фумарата и высоким содержанием этанола (LFHE-профиль). При выращивании этих LFHE-сортов на различных полевых участках в Китае было показано, что они производят в среднем на 70% меньше метана по сравнению с исходным элитным сортом.

Урожайность LFHE-культур также была относительно высокой — в среднем 8.96 тонн/гектар по сравнению с глобальным средним показателем 2024 года в 4.71 тонны/гектар.

Исследователи также изучили, можно ли использовать этанол и оксантел для снижения выбросов метана в крупных масштабах. На основе двухлетних полевых испытаний на двух разных участках в Китае такое лечение привело к снижению выбросов метана примерно на 60% без влияния на урожайность.

Сейчас исследователи работают над регистрацией LFHE-риса как сорта в правительстве Китая и других стран, что означает возможность его вывода на рынок для фермеров в будущем. Они также сотрудничают с производителями удобрений, чтобы изучить возможность добавления оксантела в коммерческие удобрения.

"Чтобы это произошло, нам также понадобится поддержка правительств, чтобы мотивировать фермеров использовать эти низкоэмиссионные сорта, — говорит Шнюрер. — Одно дело — вывести экологически чистые сорта риса, но критически важно вывести их на рынок и добиться их принятия фермерами".