2010年,卡梅伦的科幻大片《阿凡达》将人们对于世界的传统认知打破:色彩斑斓的茂密雨林、巨大的发光植物……潘多拉星球美妙绝伦的场景,让人惊讶,更令人心驰神往。现实世界真的有发光的植物吗?2014年新年伊始,美国Bioglow公司宣布,他们的研究人员利用生物基因技术成功培育出了名为“星光阿凡达”的发光植物。它不仅能在黑暗中主动发光,其亮度更可以和灯泡媲美,可以代替灯泡来为房间照明。
这种将幻想中的植物乾坤大挪移进现实生活中的技术,就是人们熟知的“基因改良”。根据外媒报道,研究人员将海洋发光细菌DNA引入花烟草叶绿体中,使它能够在不借助任何涂料或是紫外线照射的情况下主动持续发光。研究人员强调,正因为“星光阿凡达”的发光机制来自本身,因此在其2至3个月的生命周期内都会持续发出光亮,这种光亮虽然没有电灯那么强烈,但已足以在黑暗中照明眼前物体。
试想一下,走进房间,照亮一切的不是灯光而是柔和的植物之光,那绝对是浪漫又环保的体验。特别是一些作为室内绿化和装饰及净化环境的植物,如果在夜间也能发出荧光,想必会成为不少人的首选。其实人类关于发光植物的研究可以追溯到上世纪80年代,加利福尼亚大学生物系的研究人员在1983年提出了一个大胆的设想。他们试图用人工的方法,将某种发光的基因移植到植物的基因中去,从而使植物发出光亮。
为了实现这一奇想,研究小组经过仔细地分析研究,决定拿烟草做实验。他们设想把萤火虫的发光基因植入烟草,让烟草发出荧光,并最终获得了成功。之后,科学家们发现植物对病虫害有无抵抗力会对发光产生一定的影响,即在表现抵抗性的过程中发生的化学反应会使植物发光。
中科院上海生命科学研究院副研究员储昭庆说,这种关于植物发光机制的研究,既有利于发现如何缩短农作物育种期限和新农药的开发,也能够加速植物科学研究,利用其能否发光作为标记来筛选需要的植物。近日,一张夜光海滩的照片,让马尔代夫这个旅游胜地再次成为焦点。照片中,一片发光海滩上一簇簇发光的小型浮游植物如萤火虫般随波荡漾,最终被冲到岸边,在黑夜中排成一条耀眼的光带,沿着海岸线形成了一条发光的“路”。
而踩在上面的脚印,也都是荧光。用科学来解释,这一奇观是由于近海会发出生物荧光的浮游植物受到海浪的冲击产生的。储昭庆说,这种甲藻细胞内含有荧光酶和荧光素,平时不显得特别,一旦被触动、受到刺激或氧气十分充足时,便会产生光亮。风雨之夜,当甲藻被海浪冲上沙滩后,由于雨水的浸润,没有马上死去,这时如果有人在沙滩上行走,甲藻受到脚踩的刺激后,就会重新发亮,产生奇特的亮脚印。
日本静冈县农业试验场的研究人员发现,一些植物在接种病原菌后会发出极其微弱的光。研究人员认为,这是植物体内发生化学反应的结果。试验场的科研人员把病原菌接种到各种植物上,然后迅速把它们放在黑暗的地方,用特种仪器观察,结果发现,这些植物都会发光,并且会因植物种类的不同而强弱有别。自从加利福尼亚大学的研究者们从萤火虫和烟草身上找到发光植物的密码后,人们在这条研究道路上越走越远。
2012年,《每日邮报》报道,澳大利亚教授Mark Tester带领团队研制出一种能让植物和花朵在黑暗中发光的特殊配方。这种方法与基因改变不同,他们将一种叫作Galassia Flowers的配方喷洒到植物叶子上面,然后将植物放到发光装置旁边,该植物的叶子立刻就发出绚丽的荧光。
还有一些科学家通过基因改良让植物发光,并培育出植物的种子和编制好的DNA序列,科学家们希望对DNA序列进行“打印”,并最终移植到其他植物之上。储昭庆表示,如何让植物发光,在现在分子生物学技术高度发展的今天,并不困难。主要是通过生物技术,将能够编码发光的蛋白基因导入到希望发光的植物中。但是,这种发光能否达到电灯的照度,目前还有一定差距,这涉及到现有能够编码发光蛋白基因的功能。
有些可以通过突变让其发光强度更强,也可以通过提高其在植物中的表达量来实现。