水稻、甲烷、全球变暖与转基因# Living
K*c
1 楼
水稻、转基因与全球变暖都是大家关注的热点问题。如果说水稻和转基因之间能有密切
关系，它们又怎么能和全球变暖搅在一起呢？
2015年7月《自然》杂志上发表了中国和瑞典科学家合作发表的一篇论文，报道了他们
通过转基因水稻，开发出“减排增产”新型水稻的研究成果。
水稻、甲烷、全球变暖与转基因
水稻、转基因和全球变暖之间的纽带，叫做甲烷。
温室气体与全球变暖
我们居住的地球表面萦绕着一层大气。地球上的能量归根结底都来自于太阳。太阳光穿
越太空来到地球，在穿过大气层的时候一部分热量被吸收，穿透了大气层的热量把地球
表面加热或者被植物吸收 。到了晚上，地球吸收的热量又以红外线的方式散发出来。
红外线的穿透能力不强，被大气层吸收而留下。环绕地球的大气层，就像温室的玻璃罩
子一样，为地球留住了热量，使得地球上的昼夜温差还能为人类承受——据估计，如果
没有这层大气，地球表面的夜间平均温度会低到零下十几度。
水稻、甲烷、全球变暖与转基因
大气层的这种作用就被称为“温室效应”。它对于热量的保留跟大气层中的气体种类和
量有关。在历史上，大气的组成和量没有明显的变化，所以地球的温度也就没有明显的
变化。
但是，随着地球上人口的增多，人类的工农业活动越来越多，排到大气中的气体也越来
越多。也就是说，人类的活动改变着大气的组成，使得它吸收的热量越来越多，地球表
面的温度也就越来越高。
这，就是备受关注的“全球变暖”。这些吸收热量的气体，就是“温室气体”。
甲烷与温室气体
温室气体中最大的组成部分是水蒸气。但是水蒸气与地球表面的水很容易实现转化与循
环，它在大气中的含量相当稳定——也就是说，它虽然对温室效应贡献大，但是一直很
稳定，也就没有对“全球变暖”产生影响。所以，一般情况下说到温室气体，都不把水
蒸气包括进来。
水蒸气之外，最重要的温室气体是二氧化碳。随着人类工业的发展，排放的二氧化碳越
来越多，超出了地球上的植物所能吸收的量。于是，大气中的二氧化碳含量逐渐升高，
地球的温度也就逐渐升高。世界各国讨论的“减排”，主要就是针对二氧化碳的排放。
由于二氧化碳的排放跟工业生产和与之相应的生活方式有关，所以二氧化碳成了众矢之
的。
水稻、甲烷、全球变暖与转基因
除了二氧化碳，对全球变暖影响最大的温室气体是甲烷。跟二氧化碳相比，甲烷的量要
小得多——二氧化碳占所有温室气体排放量的80%以上，而甲烷不到10%。但是，跟同样
量的二氧化碳相比，甲烷吸收热量的能力要强得多。如果以100年为时间段来进行比较
，同样量的甲烷吸收的热量是二氧化碳的21倍。甲烷在大气中的寿命比二氧化碳要短得
多，大约是12年，所以如果以二十年为时间段来比较，那么甲烷吸收的热量是二氧化碳
的几十倍（联合国气候变化框架公约估算的数字是56倍，世界观察研究所估算的数字是
72倍）。
也就是说，甲烷虽少，但对全球变暖的影响却很大！
水稻与甲烷
排放到大气中的甲烷，一大来源是石油和天然气等现代工业，另一大来源是农牧业和垃
圾处理——禽畜的呼吸、放屁以及粪便都会产生甲烷，而掩埋的垃圾也会逐渐释放甲烷。
水稻、甲烷、全球变暖与转基因
在农牧业中，水稻是甲烷排放的重要来源。水稻是世界主要的粮食作物之一，种植面积
巨大。水稻吸收利用日光进行光合作用，把二氧化碳转化为蔗糖，传递到水稻的种子、
茎叶和根中。水稻的根系存在于被水淹没的土壤中，水淹隔绝了空气，水稻根中的营养
成分会渗出来，使得稻田成了厌氧细菌的乐园。其中有很多细菌新陈代谢会产生大量的
甲烷，最后排放到大气中。
随着人口的增多，人类对粮食的需求越来越大。一方面需要增加种植面积，另一方面需
要增加单位面积的产量。水稻种植技术的进步，“高产”是核心的方向。但高产往往伴
随着密植和增加光合作用效率——产生的糖越多，也就可能有更多的糖传到根系中。
人类对大米的需求增加，也就意味着因为种植水稻而排放的甲烷增加。
转基因造就“高产低排”的新品种
人口剧增使得粮食问题成为全世界共同面临的挑战。在这种挑战面前，不大可能牺牲水
稻的产量去解决甲烷排放的问题。那么，有没有既保持高产又降低甲烷排放的办法呢？
传统的育种和种植手段经过了各种努力，没有看到希望。作为新兴农业技术的转基因，
能有办法吗？
根据水稻产生甲烷的机理，科学家们考虑：既然甲烷的产生跟运送到根部的蔗糖糖密切
相关，如果能够改变蔗糖在水稻中的分配方式，减少运送到根部的量，是不是就可以减
少甲烷的产生呢？
瑞典农业大学的孙传信发现大麦中存在着一个SUSIBA2基因，它编码的蛋白能够调控植
物体内糖的代谢。如果在植物的某个组织中这个基因的表达水平比较高，那么就可以接
收更多的蔗糖，从而转化出更多的淀粉。孙传信的研究组和福建省农科院的王锋研究组
合作，把这个基因转到了水稻中，得到了两个成功的株系。在这两个转基因株系中，
SUSIBA2基因在茎和种子中得到了高效的表达。2012年和2013年，这两个转基因株系与
其相应的非转品种，在福州进行了温室试验。结果显示，其中一个株系在扬粉之前，甲
烷排放量只有非转品种的10%，而扬粉之后28天（种子形成期），甲烷排放量只有非转
品种的0.3%。为了验证这两个转基因品种对不同气候的适应性，2014年在广州、福州和
南宁进行了田间试验，依然显示了显著的减排效果。
水稻、甲烷、全球变暖与转基因
进一步的分析显示，每棵转基因植株的种子干重平均约为24克，而相应的非转品种平均
在16克左右。转基因株系的种子中淀粉含量达到了86.9%，而相应的非转品种是76.7%。
对于粮食作物，这样的增加幅度是相当显著的了。相应地，转基因植株的根系干重平均
不到80克，而相应的非转植株则超过了110克。这也说明，产量的增加是转入SUSIBA2基
因的功劳——把许多本来要运往根部的糖“调控”到了种子中，增加了种子的产量，抑
制了根系的重量；因为根的减少，渗出的营养成分也就减少了，那些依靠根系渗出的营
养物繁衍生息的细菌们也就消停了许多。
关系，它们又怎么能和全球变暖搅在一起呢？
2015年7月《自然》杂志上发表了中国和瑞典科学家合作发表的一篇论文，报道了他们
通过转基因水稻，开发出“减排增产”新型水稻的研究成果。
水稻、甲烷、全球变暖与转基因
水稻、转基因和全球变暖之间的纽带，叫做甲烷。
温室气体与全球变暖
我们居住的地球表面萦绕着一层大气。地球上的能量归根结底都来自于太阳。太阳光穿
越太空来到地球，在穿过大气层的时候一部分热量被吸收，穿透了大气层的热量把地球
表面加热或者被植物吸收 。到了晚上，地球吸收的热量又以红外线的方式散发出来。
红外线的穿透能力不强，被大气层吸收而留下。环绕地球的大气层，就像温室的玻璃罩
子一样，为地球留住了热量，使得地球上的昼夜温差还能为人类承受——据估计，如果
没有这层大气，地球表面的夜间平均温度会低到零下十几度。
水稻、甲烷、全球变暖与转基因
大气层的这种作用就被称为“温室效应”。它对于热量的保留跟大气层中的气体种类和
量有关。在历史上，大气的组成和量没有明显的变化，所以地球的温度也就没有明显的
变化。
但是，随着地球上人口的增多，人类的工农业活动越来越多，排到大气中的气体也越来
越多。也就是说，人类的活动改变着大气的组成，使得它吸收的热量越来越多，地球表
面的温度也就越来越高。
这，就是备受关注的“全球变暖”。这些吸收热量的气体，就是“温室气体”。
甲烷与温室气体
温室气体中最大的组成部分是水蒸气。但是水蒸气与地球表面的水很容易实现转化与循
环，它在大气中的含量相当稳定——也就是说，它虽然对温室效应贡献大，但是一直很
稳定，也就没有对“全球变暖”产生影响。所以，一般情况下说到温室气体，都不把水
蒸气包括进来。
水蒸气之外，最重要的温室气体是二氧化碳。随着人类工业的发展，排放的二氧化碳越
来越多，超出了地球上的植物所能吸收的量。于是，大气中的二氧化碳含量逐渐升高，
地球的温度也就逐渐升高。世界各国讨论的“减排”，主要就是针对二氧化碳的排放。
由于二氧化碳的排放跟工业生产和与之相应的生活方式有关，所以二氧化碳成了众矢之
的。
水稻、甲烷、全球变暖与转基因
除了二氧化碳，对全球变暖影响最大的温室气体是甲烷。跟二氧化碳相比，甲烷的量要
小得多——二氧化碳占所有温室气体排放量的80%以上，而甲烷不到10%。但是，跟同样
量的二氧化碳相比，甲烷吸收热量的能力要强得多。如果以100年为时间段来进行比较
，同样量的甲烷吸收的热量是二氧化碳的21倍。甲烷在大气中的寿命比二氧化碳要短得
多，大约是12年，所以如果以二十年为时间段来比较，那么甲烷吸收的热量是二氧化碳
的几十倍（联合国气候变化框架公约估算的数字是56倍，世界观察研究所估算的数字是
72倍）。
也就是说，甲烷虽少，但对全球变暖的影响却很大！
水稻与甲烷
排放到大气中的甲烷，一大来源是石油和天然气等现代工业，另一大来源是农牧业和垃
圾处理——禽畜的呼吸、放屁以及粪便都会产生甲烷，而掩埋的垃圾也会逐渐释放甲烷。
水稻、甲烷、全球变暖与转基因
在农牧业中，水稻是甲烷排放的重要来源。水稻是世界主要的粮食作物之一，种植面积
巨大。水稻吸收利用日光进行光合作用，把二氧化碳转化为蔗糖，传递到水稻的种子、
茎叶和根中。水稻的根系存在于被水淹没的土壤中，水淹隔绝了空气，水稻根中的营养
成分会渗出来，使得稻田成了厌氧细菌的乐园。其中有很多细菌新陈代谢会产生大量的
甲烷，最后排放到大气中。
随着人口的增多，人类对粮食的需求越来越大。一方面需要增加种植面积，另一方面需
要增加单位面积的产量。水稻种植技术的进步，“高产”是核心的方向。但高产往往伴
随着密植和增加光合作用效率——产生的糖越多，也就可能有更多的糖传到根系中。
人类对大米的需求增加，也就意味着因为种植水稻而排放的甲烷增加。
转基因造就“高产低排”的新品种
人口剧增使得粮食问题成为全世界共同面临的挑战。在这种挑战面前，不大可能牺牲水
稻的产量去解决甲烷排放的问题。那么，有没有既保持高产又降低甲烷排放的办法呢？
传统的育种和种植手段经过了各种努力，没有看到希望。作为新兴农业技术的转基因，
能有办法吗？
根据水稻产生甲烷的机理，科学家们考虑：既然甲烷的产生跟运送到根部的蔗糖糖密切
相关，如果能够改变蔗糖在水稻中的分配方式，减少运送到根部的量，是不是就可以减
少甲烷的产生呢？
瑞典农业大学的孙传信发现大麦中存在着一个SUSIBA2基因，它编码的蛋白能够调控植
物体内糖的代谢。如果在植物的某个组织中这个基因的表达水平比较高，那么就可以接
收更多的蔗糖，从而转化出更多的淀粉。孙传信的研究组和福建省农科院的王锋研究组
合作，把这个基因转到了水稻中，得到了两个成功的株系。在这两个转基因株系中，
SUSIBA2基因在茎和种子中得到了高效的表达。2012年和2013年，这两个转基因株系与
其相应的非转品种，在福州进行了温室试验。结果显示，其中一个株系在扬粉之前，甲
烷排放量只有非转品种的10%，而扬粉之后28天（种子形成期），甲烷排放量只有非转
品种的0.3%。为了验证这两个转基因品种对不同气候的适应性，2014年在广州、福州和
南宁进行了田间试验，依然显示了显著的减排效果。
水稻、甲烷、全球变暖与转基因
进一步的分析显示，每棵转基因植株的种子干重平均约为24克，而相应的非转品种平均
在16克左右。转基因株系的种子中淀粉含量达到了86.9%，而相应的非转品种是76.7%。
对于粮食作物，这样的增加幅度是相当显著的了。相应地，转基因植株的根系干重平均
不到80克，而相应的非转植株则超过了110克。这也说明，产量的增加是转入SUSIBA2基
因的功劳——把许多本来要运往根部的糖“调控”到了种子中，增加了种子的产量，抑
制了根系的重量；因为根的减少，渗出的营养成分也就减少了，那些依靠根系渗出的营
养物繁衍生息的细菌们也就消停了许多。