俄罗斯科学家研发出自发光植物，效果媲美阿凡达电影中的森林！

来源：Planta

看过《阿凡达》的人都知道，电影中有一个可以自发光的茂盛生物丛林，这不禁让人觉得浮想联翩。而如今，通过基因设计技术的进步，人们已经可以实现他们对持续发光植物的迷恋。本周，在《自然生物技术》杂志上，科学家们宣布了创造自身可以发出可见光的植物的可行性。

科学家们发现，在一些蘑菇中发现的生物发光现象在新陈代谢上与植物中常见的一些自然过程相似。通过植入从蘑菇中提取的DNA，科学家们能够创造出比以前更明亮的植物。

科学家可以利用这种生物光来观察植物的内部活动。与其他常用的生物发光形式(如萤火虫)不同的是，维持蘑菇生物发光并不需要独特的化学试剂，而且含有蘑菇DNA的植物从幼苗到成熟的整个生命周期都在持续发光。

这项新发现还可以用于实用和美学目的，最明显的就是用于创造发光的花朵和其他观赏性植物。虽然用发光的树木代替路灯可能只能是一种幻想，但这些植物会从它们的生命能量中散发出一种令人愉悦的绿色光环。

这份发表在《自然生物技术》杂志上的报告由27位科学家撰写，其中以Karen Sarkisyan和Ilia Yampolsky博士为首。研究主要由莫斯科的一家生物技术初创公司Planta、俄罗斯科学院生物有机化学研究所、伦敦医学科学院和奥地利科学技术研究所合作进行;由Planta、Skolkovo基金会和俄罗斯科学基金会提供财政支持。

根据作者的说法，这些植物每分钟可以产生超过10亿个光子。Light Bio的首席执行官Keith Wood博士说:“30年前，我帮助创建了第一个使用萤火虫基因的发光植物。而这些新植物可以产生更明亮、更稳定的光，这完全表达在它们的遗传密码中。”Light Bio是一家新成立的公司，计划与Planta合作将这项新技术商业化应用于观赏性室内植物。

然而，设计新生物特征并不只是把一些基因部分从一个有机体转移到另一个有机体那么简单。就像手表上的齿轮一样，新添加的部件必须整合到宿主的新陈代谢内。对于大多数生物来说，发光所需要的部分并不都是已知的。直到最近，细菌生物发光才有了一个完整的部分名单。但过去利用这些部分培育发光植物的尝试并不成功，主要是因为细菌部分在更复杂的生物体中通常不能正常工作。

一年多以前，科学家们发现了蘑菇中维持生物发光的部分。这是科学家第一次完全定义一个先进多细胞生物的生物光。在本报告中，作者揭示了蘑菇的生物发光在植物中特别有效的结论，这使得他们能够使发光植物的亮度至少提高10倍。研究利用普通相机和智能手机记录下了来自树叶、茎、根和花朵的绿色发光。此外，这种持续的发光还不会对植物造成损害。

虽然蘑菇与植物之间没有密切的遗传关系，但它发光的作用主要集中在一种有机分子上，而这种有机分子也是植物制造细胞壁所必需的分子，名为叫做咖啡酸，它会通过四种酶的代谢循环产生光。两种酶会将咖啡酸转化成发光的前体，然后第三种酶会使这种前体氧化，产生光子，最后一种酶将氧化后的分子重新转化成咖啡酸，从而开始新的循环。

在植物中，咖啡酸是木质素的组成部分，它有助于向细胞壁提供机械强度。因此，它是植物木质纤维素(地球上最丰富的可再生资源)生物量的一部分。作为植物新陈代谢的关键组成部分，咖啡酸也是许多其他基本化合物的组成部分，包括颜色、香味、抗氧化剂等。尽管它们和咖啡因听起来很相似，但咖啡因酸与咖啡因并没有关系。

通过将光的产生与这种关键分子联系起来，植物发出的光就提供了一种内在的代谢指标，它可以揭示植物的生理状态及其对环境的反应。例如，当把一个成熟的香蕉皮放在附近(释放乙烯)时，这种发光就会急剧增加。植物的年轻部分往往会发出最明亮的光，花朵尤其明亮。闪烁的模式或光波通常是可见的，揭示了植物内部通常处于隐藏状态的活动行为。

在这项发表的研究中，作者使用的是烟草植物，因为它们基因简单，生长迅速。但蘑菇生物发光的好处广泛适用于各种植物。Planta和Arjun Khakhar及其同事的研究已经证明了其他发光植物的可行性，包括长春花、矮牵牛花和玫瑰。随着进一步的发展，我们甚至可以期待未来将会有更明亮的植物，未来植物还可能会出现新的特征，比如根据人和环境改变亮度或颜色。通过这些模仿阿凡达电影的活光环，我们甚至可能会对植物有重新的认识。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

原文：https://phys.org/news/2020-04-sustainable.html