科學家正在嘗試改造出能夠持續(xù)發(fā)光的植物

卡梅隆導演的電影《阿凡達》是好萊塢歷史上最賣座的大片之一。劇中描繪的外星環(huán)境非常夢幻，尤其到了夜晚，各種會發(fā)光的動植物構(gòu)成了潘多拉星球標志性的景觀?，F(xiàn)在，科學家正在嘗試改造出能夠持續(xù)發(fā)光的植物。

以后，在夜間觀賞植物可能不用另外打燈照明了，會發(fā)光的植物甚至有可能代替路燈?？茖W家運用基因工程成功將發(fā)光蘑菇的基因移植到煙草植物身上，讓后者在整個生命周期都持續(xù)散發(fā)明亮的綠色可見光，以前人們只見過螢火蟲的熒光滿天飛，未來或許將看到滿地五彩斑斕的發(fā)光植物。

成群的螢火蟲，圖片來自CNN 生物發(fā)光（bioluminescence）是指生物體內(nèi)化學反應(yīng)將化學能轉(zhuǎn)化為光能、進而自體發(fā)光的現(xiàn)象。除了人們熟悉的螢火蟲外，生物發(fā)光現(xiàn)象其實在一些真菌、魚類、海洋無脊椎動物中也都可以發(fā)現(xiàn)，只是過去人們通常忽略植物是否也表現(xiàn)出這種特性。 現(xiàn)在俄羅斯科學院生物有機化學研究所、奧地利科學技術(shù)研究院、倫敦醫(yī)學科學研究所與俄羅斯生物科技新創(chuàng)公司Planta 合作，從一種發(fā)光蘑菇中提取特殊DNA 植入煙草植物（生長迅速且遺傳基因簡單）中，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過基因改造的煙草植物在整個生命周期（種子、發(fā)芽、成熟到枯萎）中，根、莖、葉、花都能發(fā)出肉眼可見的綠光。

圖片來自Planta 蘑菇本身與植物沒什么密切關(guān)系，但關(guān)鍵在于稱為咖啡酸（caffeic acid）的有機分子，所有植物都需要這種分子來制造細胞壁，而蘑菇中該分子涉及 4 種酶的代謝循環(huán)來產(chǎn)生光。首先，2 種酶將咖啡酸轉(zhuǎn)化為發(fā)光前驅(qū)物，然后透過第 3 種酶處理變成能夠發(fā)射光子的氧化分子，第 4 種酶再將分子轉(zhuǎn)換回咖啡酸不斷循環(huán)。

圖片來自Planta

令人難以置信的是，這些植物每分鐘產(chǎn)生約100億個光子，其峰值波長在500至550納米（可見光譜的綠色范圍）之間。植物和蘑菇并不密切相關(guān)，但是研究人員利用了與兩者兼容的代謝過程。這樣就形成了自我維持的生物發(fā)光植物，其中的植物在不引入外來生物化學物質(zhì)的情況下產(chǎn)生了自己的光芒。他們在整個生命周期中不斷發(fā)光，這種修飾似乎并沒有損害他們的正常發(fā)育和健康?？梢杂萌庋劭吹降陌l(fā)光，出現(xiàn)在生物工程植物的葉子，莖，根和花中。

這一突破可以為科學家提供一種觀察植物內(nèi)部運作的新方法，例如監(jiān)測植物的光輝以研究植物的新陳代謝。有趣的是，年幼的植物比年長的植物發(fā)光得更明亮，而花朵卻是最發(fā)光的部分。有時，發(fā)光減弱并以圖案流動，暗示著未知的內(nèi)部過程。 研究團隊目前正在試驗其他可發(fā)光的植物，包括長春花（日日春）、矮牽牛和玫瑰等，更多樣的植物，更豐富的色彩，給未來人們的花圃和庭院增添了更多的選擇。