為環保操碎了心：新西蘭欲培育“打嗝少”的羊，以減少甲烷排放

IT前沿12月1日消息據theguardian消息，新西蘭平均每人擁有6只綿羊，新西蘭的畜牧業約占該國溫室氣體總排放量的三分之一。基于此，新西蘭畜牧業宣布全球首個基因項目，將培育甲烷排放量較低的綿羊，以減少溫室氣體排放。

報道中稱，由農業部門和政府聯合資助的畜牧溫室氣體研究協會(greenhouse gas research consortium)表示，這一項目給新西蘭羊業提供了一項切實的方案，從而緩解農業溫室氣體的排放。到目前為止，想要降低溫室氣體排放唯一選擇，就是不斷提高整體農業效率。該協會還表示，通過這個基因項目取得的溫室氣體排放控制的進展大約每年1%，但這是累積性的，不會對農業生產力產生負面影響。

為什么羊會造成這么大的溫室氣體甲烷的排放呢？

資料顯示，羊是羊亞科的統稱，哺乳綱、偶蹄目、牛科、羊亞科，是人類的家畜之一，是有毛的四腿反芻動物，也是羊毛的主要來源。中國科學院2012年曾發表文章《反芻家畜為什么會排放溫室氣體甲烷》，文章內詳細講解了反芻家畜為什么會排放溫室氣體甲烷，除了常規的放屁之外，反芻家畜還主要通過打嗝的方式將甲烷釋放到體外。

以下為《反芻家畜為什么會排放溫室氣體甲烷》全文：

溫室氣體指大氣中能吸收地面反射的太陽輻射，并重新發射輻射的一些氣體,包括二氧化碳、甲烷和氧化亞氮等.溫室氣體具有加熱空氣的作用，其濃度的逐年攀升業已成為導致全球氣候變暖的主導因子。

由于動物機體生存必須要利用氧氣并代謝生成二氧化碳，大量的畜牧生產對全球溫室氣體二氧化碳排放量的貢獻是不言而喻的。與其它家畜種類不同，反芻家畜（牛、羊）的新陳代謝過程還伴隨著甲烷排放。二氧化碳在植物光合作用下可轉化成為氧氣而去除，而甲烷一旦釋放到大氣中就很難被降解清除。另外，甲烷的溫室效應極高，是二氧化碳的23倍。反芻家畜甲烷排放量占農業生產甲烷排放的66%，成為除二氧化碳之外的第二大引發溫室效應的氣體來源。因此，反芻家畜溫室氣體排放須要考慮甲烷，并從農業溫室氣體研究中獨立成分支。

瘤胃是反芻家畜區別于其它家畜的顯著特征，也是產生甲烷的主要部位。瘤胃中的甲烷主要通過打嗝的方式釋放到體外。反芻家畜可以利用各類低質的粗飼料，而瘤胃充當了高效利用各類粗飼料資源的“發酵罐”，定植了種類多樣的微生物，包括古菌、細菌、真菌、原蟲以及噬菌體等。

產甲烷菌是甲烷生成的“機器”。這些產甲烷菌有的游離于瘤胃液中，有的附著于原蟲表面或者原蟲胞質的氫化酶體上，還有的可能結合在其它微生物和飼料顆粒以及瘤胃壁上。研究發現，瘤胃液和瘤胃壁上的優勢種為甲烷微菌科（Methanomicrobiaceae），瘤胃內固體顆粒上的優勢種為甲烷桿菌科（Methanobacteriaceae），但對寄生于原蟲胞質內的產甲烷菌的優勢種說法不一。

產甲烷菌生長和繁殖的能量和碳源分別來自于氫氣和二氧化碳，產甲烷菌代謝產物之一以甲烷形式釋放出來。甲烷是能量的一種重要存在形式，也是天然氣的主要組分。反芻家畜胃腸道產生的甲烷是機體能量利用過程的重要損失，通常能占到飼料總能的10%，在瘤胃氣體中的濃度最高可達25%以上。可以這樣比方，瘤胃相當于存在動物機體內的一個沼氣池。如果將瘤胃氣體中的二氧化碳去除，剩余氣體完全可以燃燒起來。我們可以這樣認為，太多甲烷釋放嚴重阻礙反芻家畜機體對飼料能量利用。既然甲烷對動物機體能量利用沒有好處，為什么反芻家畜在長期進化過程中沒有將甲烷菌選擇性清除掉呢？

揮發性脂肪酸是反芻家畜機體的主要能量來源。瘤胃微生物在降解飼料中的碳水化合物生成揮發性脂肪酸過程中，釋放大量的電子載體，這些電子載體被還原成氫氣（碳水化合物→揮發性脂肪酸+二氧化碳+氫氣+水）。根據化學反應動力學機制，反應產物氫氣迅速累積會抑制碳水化合物的降解，進而影響反芻家畜對能量的利用。另外，反芻家畜瘤胃中氫氣的濃度必須要維持在極低水平，以保證生成揮發性脂肪酸所需的最低能量損耗(?GT)，維持機體的正常能量代謝。

調節氫氣濃度可通過改變揮發性脂肪酸中乙酸、丙酸、丁酸和戊酸各組份的比例來實現，因為每生成1摩爾乙酸或丁酸伴隨2摩爾氫氣生成，而每生成1摩爾丙酸或戊酸伴隨1摩爾氫氣被消耗。但是，通過改變揮發性脂肪酸各組份比例來調節氫氣濃度的效果是有限的，維持促進揮發性脂肪酸生成所能忍受的氫氣濃度主要依靠甲烷菌。因為，甲烷菌可以利用氫氣和二氧化碳并最終代謝成甲烷，而且這一反應所需要的能量損耗與生成揮發性脂肪酸所需的最低能量損耗相當。我們不難推斷，甲烷菌對維持瘤胃正常生理功能的重要性，而且甲烷菌與宿主反芻家畜之間具有密切的共生關系。所以，這種共生關系使得完全去除甲烷排放的任務幾乎很難完成。