新型生物傳感器：基因改良植物遇有害氣體變色

一項最新研究表明，植物可以作為一種早期預(yù)警系統(tǒng)，保護(hù)我們免受家中有害物質(zhì)的侵害。植物對空氣中的化學(xué)物質(zhì)和細(xì)菌很敏感。

科學(xué)家們可以通過向植物增加氣孔來人為地增強(qiáng)這一特性，氣孔是植物細(xì)胞中允許氣體進(jìn)入的小孔。先前的研究已經(jīng)設(shè)計出基因改良的家庭植物，當(dāng)暴露在霉菌、流感、揮發(fā)性化合物(VOCs)甚至氡氣體中時可以改變顏色或熒光。這使得它們可以充當(dāng)生物傳感器。到目前為止，這些經(jīng)過改良的植物只在實(shí)驗室中進(jìn)行了測試。然而，科學(xué)家們表示，未來的應(yīng)用可能會讓這些植物在我們的家庭和辦公室出現(xiàn)問題時充當(dāng)敏感的警報。

當(dāng)丈夫尼爾和妻子蘇珊·斯圖爾特與他們的朋友、大學(xué)的拉納·阿布達(dá)耶博士就轉(zhuǎn)基因植物的潛在用途進(jìn)行談話時，他們就想到了用植物來指示空氣中的變化。田納西大學(xué)的工作人員隨后開始為室內(nèi)植物的未來設(shè)計藍(lán)圖，希望將美觀與增加功能性結(jié)合起來。

該研究的合著者尼爾?斯圖爾特(Neal Stewart)說，室內(nèi)植物在我們的家庭環(huán)境中無處不在。他說：“它們可以做的遠(yuǎn)不止放在那里，為空間增加美感?！薄八鼈兛梢蕴嵝盐覀冊谖覀兊沫h(huán)境中存在危險?！痹谝黄l(fā)表在著名期刊《科學(xué)》(Science)上的論文中，作者提到了利用生物技術(shù)設(shè)計的幾種與環(huán)境相關(guān)的植物傳感器。事實(shí)上，曾經(jīng)被稱為基因工程的東西已經(jīng)發(fā)展成為一個叫做合成生物學(xué)的研究領(lǐng)域，它旨在設(shè)計和構(gòu)建新的生物實(shí)體或系統(tǒng)。為了達(dá)到生物傳感器的可行性，未來的植物必須以密集的排列出現(xiàn)。

研究人員稱，潛在的“植物墻”可能是最好的環(huán)境監(jiān)測儀，同時也能滿足我們在室內(nèi)環(huán)境中增加與自然的聯(lián)系。尼爾·斯圖爾特博士說:“通過合成生物學(xué)的工具，我們就有可能讓這些裝飾植物同時滿足我們的觀感并充當(dāng)監(jiān)測有害氣體或揮發(fā)性有機(jī)化合物的預(yù)警系統(tǒng)。”作者在他們的論文中寫道，人們熱愛自然，想把更多的自然帶入他們的生活。這種人類的“親生物”傾向可采用經(jīng)特定基因工程設(shè)計過的植物。植物如何與化學(xué)物質(zhì)交流?植物有幾種巧妙的交流方式，它們都涉及釋放和檢測化學(xué)物質(zhì)。

一些最常用的化學(xué)物質(zhì)有：乙烯、赤霉素、生長素和單寧。生長素在植物生命周期中許多生長和行為過程的協(xié)調(diào)中起著重要的作用，對植物體的發(fā)育至關(guān)重要。這種化學(xué)物質(zhì)使植物能朝著陽光生長。它流向植物的陰暗面的濃度更高，從而促進(jìn)生長。這促使植物的頂端，連同花朵，朝向光，并確保植物最大限度地暴露在陽光下乙烯是最簡單的烯烴化合物，在水果成熟中起關(guān)鍵作用。當(dāng)一種水果釋放這種化學(xué)物質(zhì)時，它會促使附近所有的水果加速它們的成熟過程。這就是為什么成熟的和未成熟的水果應(yīng)該分開存放，因為如果把整個果盤放在一起，整個果盤就會“熟”得更快。赤霉素在植物的生長中起著至關(guān)重要的作用，因為它們有助于單個細(xì)胞的伸長。它們也參與了其他一些過程，包括成熟、發(fā)芽和開花。

丹寧酸在植物防御中起作用，當(dāng)植物被動物吃掉時自然產(chǎn)生。它們被設(shè)計成令人討厭的，因此阻止食草動物繼續(xù)吞噬植物。然而，作為一種進(jìn)化反應(yīng)，一些動物已經(jīng)對這些單寧酸產(chǎn)生了興趣。這是推動進(jìn)化的進(jìn)化軍備競賽。田納西大學(xué)建筑與設(shè)計學(xué)院(University of Tennessee College of Architecture and design's School of interior Architecture)助理教授拉納?阿布達(dá)耶(Rana Abudayyeh)博士補(bǔ)充道:“親生物設(shè)計建立在我們與自然的內(nèi)在聯(lián)系的基礎(chǔ)上，因此將親生物元素整合到室內(nèi)體積中，在空間和體驗上具有豐富的意義?！睂㈩A(yù)警系統(tǒng)設(shè)計到室內(nèi)植物上是革命性的。它允許空間內(nèi)的親生物元素在空間中扮演更完整的角色，積極地為居住者的整體幸福做出貢獻(xiàn)。科學(xué)家們計劃將他們的研究從實(shí)驗室擴(kuò)展到家庭、學(xué)校、醫(yī)院和辦公室。

Abudayyeh博士繼續(xù)說道:“我們的工作應(yīng)該使室內(nèi)環(huán)境更適合使用者的整體健康和福祉，同時繼續(xù)為人們提供植物每天帶來的好處。”“我很高興我的學(xué)生能參與這項突破性的研究，他們將這種創(chuàng)新融入室內(nèi)空間設(shè)計?！薄斑@個長期項目是兩個看似無關(guān)的學(xué)科：室內(nèi)建筑和植物科學(xué)之間獨(dú)特而有趣的伙伴關(guān)系?！?/p>