湖北日报讯（记者柯冬林、李玉麟、通讯员孙慧、实习生杜谦）牛羊“打嗝”所产生的甲烷是全球温室气体的重要来源之一，数十年来，国际科学界对反刍动物瘤胃中的原生动物纤毛虫如何调控甲烷的形成机理一直未取得有效突破。历经五年攻关，中国科学院水生生物研究所（后简称水生所）缪炜等中国学者揭示了瘤胃纤毛虫调控甲烷生成的机制，打破了原有的理论和认知。

今年5月，该成果以论文《瘤胃纤毛虫调控反刍动物的甲烷排放》刊发于国际顶级学术期刊《科学》上。业内人士称：运用该成果可研发特定纤毛虫或特定基因的抑制剂，为降低全球畜牧业碳排放提供新的潜在途径。

450种瘤胃纤毛虫的全基因组系统发育树

“两头牛相当于一辆车的甲烷排放，全球人为甲烷排放量三成以上是牛、羊等反刍动物导致的。”论文作者、水生所所长、研究员缪炜介绍，反刍动物排放的甲烷主要源于瘤胃里微生物的厌氧发酵产生，并通过“打嗝”（嗳气）排出。

到底谁在牛羊胃里制造甲烷？此前，国际上研究重点主要集中在细菌和产甲烷菌等原核微生物上，但针对原生动物纤毛虫等真核微生物的突破不多。

2021年，南京农业大学、西北工业大学等团队邀请水生所团队一起合作，研究反刍动物瘤胃内的原生动物。

“主要是大家逐渐发现，在牛羊胃内的一直不为人关注的原生动物纤毛虫似乎起了关键的作用。而水生所在原生动物研究中一直走在国内外的前列。”缪炜称。

在水生所加入研究后，研究快速打开局面。缪炜团队有效分离了牛瘤胃内的活体纤毛虫细胞，并进行基因组测序。

研究发现，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。瘤胃纤毛虫体内存在一种全新的细胞器——“氢小体”（Hydrogenobody）。不同于其他原生生物和真菌的双层膜产氢体，氢小体由单层膜包裹，靠近纤毛基部。它一方面高效生产氢气，作为产甲烷菌的“食物”，生产甲烷；另一方面可清除瘤胃中的微量氧气，为严格厌氧的产甲烷菌维持“无氧车间”。这种“产氢-耗氧”双引擎机制，为促进甲烷生成起到重要作用。

通过对不同瘤胃纤毛虫种类进行研究，团队进一步发现了差异化调控机制：“多毛类”纤毛虫拥有更多的氢小体，其促进甲烷产生的能力显著高于“少毛类”。因此，抑制“多毛类”纤毛虫可能是反刍动物甲烷排放调控的重要途径。

缪炜介绍，在水生所、南京农业大学和西北工业大学之外，江汉大学、吉林农业大学等单位也加入此项研究。研究团队针对瘤胃纤毛虫样品通常具有多种污染的难点，依托“万种原生生物基因组计划 (P10K)”，开发了瘤胃纤毛虫基因组去污染技术，建成了目前最大的瘤胃纤毛虫基因组资源库（450个），包含6科18属。同时，建立了3种瘤胃纤毛虫的体外厌氧培养方法和活体种质资源，为研究的顺利开展奠定了基础。

瘤胃纤毛虫中的新型产氢细胞器—Hydrogenobody（氢小体）

不同瘤胃纤毛虫影响反刍动物甲烷排放高低的机制

目前，此项成果已引起相关企业的关注，各方正联合研发纤毛虫抑制剂等，以推动畜牧业的“碳减排”。