我国科学家揭示反刍动物甲烷排放调控机制

  新华社武汉5月1日电(记者侯文坤、胡喆)甲烷是主要的温室气体之一，而来自畜牧业的甲烷排放是其源头之一。近日，我国科研人员在反刍动物瘤胃纤毛虫体内发现了新型产氢细胞器——氢小体，并阐明了瘤胃纤毛虫调控反刍动物甲烷排放的核心机制，为畜牧业绿色低碳发展提供新的理论支撑。相关研究成果于北京时间5月1日发表在国际学术期刊《科学》上。

  “全球甲烷排放的增加主要源于人类进行的畜牧业、水稻种植、化石能源生产与利用等活动，其中牛、羊等反刍动物排放的甲烷占全球人为甲烷排放量的30%以上。”论文通讯作者、中国科学院水生生物研究所研究员缪炜介绍，反刍动物甲烷主要源于其瘤胃内微生物厌氧发酵，其中原生动物纤毛虫在瘤胃微生物总量中占比最高可达50%，与反刍动物甲烷排放密切相关。

  瘤胃纤毛虫中的新型产氢细胞器——氢小体。(研究团队供图)

  到底谁在牛羊胃里制造甲烷?为进一步解析瘤胃纤毛虫影响反刍动物甲烷排放的机制，中国科学院水生生物研究所联合南京农业大学、江汉大学、吉林农业大学、西北工业大学等组成研究团队，建成包含多毛类纤毛虫(纤毛覆盖整个细胞)和少毛类纤毛虫(纤毛仅覆盖细胞口区域)两大类、共6科18属的瘤胃纤毛虫基因组资源库，并构建了多种瘤胃纤毛虫体外厌氧培养方法，建立了瘤胃纤毛虫活体种质资源库。

不同瘤胃纤毛虫影响反刍动物甲烷排放高低的机制。(研究团队供图)

  缪炜说，在丰富的研究资源基础上，团队首次在瘤胃纤毛虫体内发现了起源于内膜系统的、具有单层膜的新型产氢细胞器——氢小体。氢小体中含有的氢化酶和氧还原酶，在氢气生成和去除进入瘤胃的氧气中发挥关键作用，为产甲烷菌提供了产出甲烷的底物和厌氧环境。研究证实，氢小体分布于纤毛虫细胞中纤毛覆盖区域，多毛类纤毛虫的氢小体丰度远高于少毛类，其对产出甲烷的贡献也更为显著。因此，多毛类纤毛虫可作为反刍动物甲烷排放调控的靶标纤毛虫物种。

  缪炜表示，这一研究成果为畜牧业绿色低碳发展、研发靶向减排新技术提供了重要理论支撑。