阿凡达计划？基因工程改造出能持续发光的植物

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卡梅隆导演的电影《阿凡达》是好莱坞历史上最卖座的大片之一。剧中描绘的外星环境非常梦幻，尤其到了夜晚，各种会发光的动植物构成了潘多拉星球标志性的景观。现在，科学家正在尝试改造出能够持续发光的植物。

电影《阿凡达》剧照

以后，在夜间观赏植物可能不用另外打灯照明了，会发光的植物甚至有可能代替路灯。科学家运用基因工程成功将发光蘑菇的基因移植到烟草植物身上，让后者在整个生命周期都持续散发明亮的绿色可见光，以前人们只见过萤火虫的荧光满天飞，未来或许将看到满地五彩斑斓的发光植物。

成群的萤火虫，图片来自CNN

生物发光（bioluminescence）是指生物体内化学反应将化学能转化为光能、进而自体发光的现象。除了人们熟悉的萤火虫外，生物发光现象其实在一些真菌、鱼类、海洋无脊椎动物中也都可以发现，只是过去人们通常忽略植物是否也表现出这种特性。

现在俄罗斯科学院生物有机化学研究所、奥地利科学技术研究院、伦敦医学科学研究所与俄罗斯生物科技新创公司Planta 合作，从一种发光蘑菇中提取特殊DNA 植入烟草植物（生长迅速且遗传基因简单）中，发现经过基因改造的烟草植物在整个生命周期（种子、发芽、成熟到枯萎）中，根、茎、叶、花都能发出肉眼可见的绿光。

图片来自Planta

蘑菇本身与植物没什么密切关系，但关键在于称为咖啡酸（caffeic acid）的有机分子，所有植物都需要这种分子来制造细胞壁，而蘑菇中该分子涉及 4 种酶的代谢循环来产生光。首先，2 种酶将咖啡酸转化为发光前驱物，然后透过第 3 种酶处理变成能够发射光子的氧化分子，第 4 种酶再将分子转换回咖啡酸不断循环。

图片来自Planta

令人难以置信的是，这些植物每分钟产生约100亿个光子，其峰值波长在500至550纳米（可见光谱的绿色范围）之间。植物和蘑菇并不密切相关，但是研究人员利用了与两者兼容的代谢过程。这样就形成了自我维持的生物发光植物，其中的植物在不引入外来生物化学物质的情况下产生了自己的光芒。他们在整个生命周期中不断发光，这种修饰似乎并没有损害他们的正常发育和健康。可以用肉眼看到的发光，出现在生物工程植物的叶子，茎，根和花中。

这一突破可以为科学家提供一种观察植物内部运作的新方法，例如监测植物的光辉以研究植物的新陈代谢。有趣的是，年幼的植物比年长的植物发光得更明亮，而花朵却是最发光的部分。有时，发光减弱并以图案流动，暗示着未知的内部过程。

研究团队目前正在试验其他可发光的植物，包括长春花（日日春）、矮牵牛和玫瑰等，更多样的植物，更丰富的色彩，给未来人们的花圃和庭院增添了更多的选择。