西北工业大学团队首次揭示调控反刍动物甲烷排放新细胞器

中国教育报-中国教育新闻网讯（记者 冯丽）近日，记者从西北工业大学获悉，该校生命科学与技术学院“生物多样性基因组学及生物性状仿生利用”翱翔战略团队邱强教授，联合中国科学院团队和南京农业大学团队，首次系统揭示了瘤胃纤毛虫驱动反刍动物甲烷排放的完整过程，更新了学界对瘤胃微生物生态系统功能的认知，是反刍动物温室气体减排基础研究领域的一项重大原创性成果。

甲烷是全球第二大温室气体，其单位质量的增温效应约为二氧化碳的23倍。反刍动物（如牛、羊）在消化过程中通过瘤胃微生物发酵产生大量甲烷，其排放量占全球人为甲烷排放总量的30%以上，是农业温室气体的主要来源。长期以来，瘤胃中的纤毛虫（可占微生物总量25–50%）被观察到与甲烷产量显著相关，但其具体作用机制一直不明。

面对瘤胃样品微生物组成复杂、基因组数据污染严重的挑战，研究团队依托“万种原生生物基因组计划（P10K）”，开发了针对性的基因组去污染技术，成功构建了包含450个高质量基因组的瘤胃纤毛虫基因组目录，其中87%为首次获得。

研究最关键的突破，是团队在瘤胃纤毛虫中发现了一种全新的产氢细胞器，命名为“氢小体”。与此前已知的、源于线粒体的双层膜“产氢体”不同，氢小体起源于内膜系统，为单层膜结构，定位于纤毛基体附近。其内部含有独特的[FeFe]-氢化酶和黄素二铁氧还原酶，兼具产生氢气和清除氧气的双重功能，从而为产甲烷古菌提供关键底物并维持局部厌氧环境。

研究表明，由于氢小体分布于纤毛丰富的皮层区域，全身被纤毛覆盖的前庭目纤毛虫其氢小体数量远高于仅口部有纤毛的内毛目纤毛虫，差异可达数十倍，因而对甲烷生成的促进作用显著更强。这一结论已在体外共培养实验中得到验证。

该研究首次系统揭示了瘤胃纤毛虫推动反刍动物甲烷排放的完整过程，更新了学界对瘤胃微生物生态系统功能的认识，为研发靶向甲烷减排技术提供了重要理论依据和精准分子靶点，让通过调节瘤胃微生物实现绿色低碳养殖成为可能，对推动畜牧业可持续发展意义重大。