Para ilmuwan telah mengembangkan strain beras baru yang memancarkan 70% lebih sedikit metana, menangani sumber utama emisi gas rumah kaca.
Dengan mengidentifikasi senyawa kunci dalam eksudat akar padi, mereka membesarkan varietas non-transgenik, hasil tinggi dengan dampak lingkungan yang lebih rendah. Tes lapangan di Cina mengkonfirmasi efektivitasnya, dan para peneliti sekarang berupaya membawanya ke pasar.
Peran beras dalam emisi metana
Pertanian padi menyumbang sekitar 12% dari emisi metana global, angka yang diperkirakan akan meningkat karena perubahan iklim dan pertumbuhan populasi. Para ilmuwan sekarang telah mengidentifikasi senyawa kimia spesifik yang dilepaskan oleh akar padi yang mempengaruhi produksi metana. Temuan mereka, diterbitkan hari ini (3 Februari) di Tanaman molekulermemungkinkan mereka untuk mengembangkan strain padi baru yang memancarkan hingga 70% lebih sedikit metana.
“Studi ini menunjukkan bahwa Anda dapat memiliki metana rendah dan masih memiliki beras dengan hasil tinggi,” kata penulis senior Anna Schnürer, seorang ahli mikrobiologi di Universitas Ilmu Pertanian Swedia. “Dan Anda dapat melakukannya dengan menggunakan metode pemuliaan tradisional, tanpa GMO, jika Anda tahu apa yang Anda cari.”
Metana yang dipancarkan dari sawah dihasilkan oleh mikroba yang memecah senyawa organik yang dilepaskan oleh akar padi. Senyawa ini, disebut root eksudatmembantu memberi makan mikroba tanah, yang pada gilirannya melepaskan nutrisi yang mendukung pertumbuhan tanaman. Sementara para ilmuwan telah lama mengetahui bahwa akar eksudat dan mikroba tanah berperan dalam emisi metana, senyawa spesifik yang bertanggung jawab tetap tidak jelas – sampai sekarang.
Menyelidiki senyawa kimia utama
Untuk mengidentifikasi senyawa eksudat akar mana yang dikonversi menjadi metana, para peneliti membandingkan eksudat akar dari dua varietas padi yang berbeda-SUSIBA2, varietas GMO pemancaran metana rendah, dan nipponbare, kultivar non-transgenik dengan emisi metana rata-rata. Mereka menemukan bahwa akar SUSIBA2 menghasilkan fumarate yang jauh lebih sedikit dan mencatat korelasi antara jumlah fumarat yang disekresikan dan kelimpahan archaea pelepas metana atau “metanogen” di tanah sekitarnya.
Untuk mengkonfirmasi peran Fumarate, para peneliti menambahkan fumarate ke tanah tanaman padi yang ditanam dalam wadah, yang menghasilkan peningkatan emisi metana. Mereka juga menunjukkan bahwa menerapkan oksantel, bahan kimia yang menghambat kerusakan enzimatik fumarat, secara efektif mengurangi emisi metana. Namun, karena tanaman Susiba2 masih menghasilkan lebih sedikit metana daripada tanaman nipponbare, para peneliti menyadari bahwa fumarat bukan satu -satunya bagian dari teka -teki.
Membuka kunci misteri pengurangan metana
“Itu hampir seperti memiliki teka -teki,” kata Schnürer. “Kami memperhatikan bahwa tanah itu sendiri mengandung sesuatu yang mengurangi emisi metana, jadi kami mulai berpikir bahwa harus ada penghambat dari beberapa jenis yang juga menyebabkan perbedaan antara varietas.”
Ketika mereka menganalisis kembali eksudat akar, tim memperhatikan bahwa tanaman Susiba2 juga melepaskan lebih banyak etanol. Menambahkan etanol ke tanah di sekitar tanaman padi mengurangi emisi metana.
Selanjutnya, tim menyelidiki apakah mereka dapat menggunakan metode pemuliaan tradisional untuk menghasilkan beras rendah pemancar metana dengan hasil tinggi. Untuk melakukan ini, mereka menyentuh varietas nasi hasil tinggi atau “elit” dengan varietas pemancar metana rendah yang sebelumnya diidentifikasi (kultivar Heijing) yang akar eksudatnya rendah fumarat dan tinggi dalam etanol.
Tanaman padi dari persimpangan silang ini secara konsisten melepaskan eksudat akar dengan profil fumarate rendah dan etanol tinggi (LFHE). Ketika para peneliti menumbuhkan varietas padi LFHE ini di berbagai lokasi lapangan di seluruh Cina, mereka menunjukkan bahwa padi LFHE menghasilkan rata -rata 70% lebih sedikit metana dibandingkan dengan varietas elit yang dibiakkan. Tanaman LFHE juga menghasilkan hasil yang relatif tinggi – rata -rata 8,96 ton/hektar, dibandingkan dengan rata -rata global 2024 4,71 ton/hektar.
Meningkatkan solusinya
Para peneliti juga menyelidiki apakah etanol dan oxantel dapat digunakan untuk mengurangi emisi metana dalam skala besar. Berdasarkan uji coba lapangan dua tahun di dua lokasi yang berbeda di Cina, pengobatan ini menghasilkan pengurangan sekitar 60% dalam emisi metana tanpa memengaruhi hasil tanaman.
Sekarang, para peneliti bekerja untuk mendaftarkan beras LFHE sebagai variasi dengan pemerintah Cina dan lainnya, yang berarti bahwa itu dapat dipasarkan kepada petani di masa depan. Mereka juga bekerja dengan perusahaan pupuk untuk menyelidiki apakah Oxantel dapat ditambahkan ke pupuk komersial.
“Untuk mewujudkan hal-hal ini, kami juga perlu mendapat dorongan dari pemerintah untuk memotivasi dan mendukung petani untuk menggunakan varietas rendah-metana ini,” kata Schnürer. “Adalah satu hal untuk membiakkan varietas padi yang ramah lingkungan, tetapi sangat penting untuk membawanya ke pasar dan membuat petani menerimanya.”
Reference: “Reducing methane emissions by developing low-fumarate high-ethanol eco-friendly rice” by 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 dan Chuanxin Sun, 3 Februari 2025, Tanaman molekuler.
Doi: 10.1016/j.molp.2025.01.008
Penelitian ini didukung oleh Tn. Zheng Fang, Beijing Xianhe Transportation Technology Co. Ltd., pohon dan tanaman untuk masa depan, Dewan Penelitian Swedia untuk Lingkungan, Ilmu Pertanian dan Perencanaan Tata Ruang, Proyek NSFC dari Kerjasama dan Pertukaran Internasional, dan Tiongkok Dewan Beasiswa.
