電影《阿凡達(dá)3》正在熱映，在該系列電影中，潘多拉星球簡(jiǎn)直是發(fā)光植物樂(lè)園，令人心向往之。

來(lái)源：電影《阿凡達(dá)》

想擁有一株同款植物，為家中增添神秘氛圍感？那么在地球上有沒(méi)有會(huì)發(fā)光的植物？

你可能會(huì)說(shuō)，我知道！有發(fā)光蘑菇。

澳洲鬼菇，又稱幽靈蘑菇Omphalotus nidiformis

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的確，世界上有很多蘑菇會(huì)發(fā)光，但是蘑菇并不是植物啊喂！它是真菌真菌 真菌！在生物分類學(xué)上，真菌相比植物，甚至更接近動(dòng)物，它們通常寄生在木頭的腐殖質(zhì)上或潮濕的地面。（素食主義者默默放下筷子上的蘑菇）

盡管有很多會(huì)發(fā)光的生物，如閃爍的螢火蟲(chóng)、發(fā)光的蘑菇、發(fā)光的水母，但是很遺憾，目前尚未發(fā)現(xiàn)真正能自己發(fā)光的植物。

維多利亞多管發(fā)光水母Aequorea victoria

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不過(guò)沒(méi)關(guān)系！夢(mèng)想還是要有的，畢竟科學(xué)家會(huì)幫我們實(shí)現(xiàn)。

1.向螢火蟲(chóng)學(xué)習(xí)發(fā)光黑科技！

科學(xué)家們一直在探索讓植物發(fā)光的方法，致力于讓“阿凡達(dá)的世界照進(jìn)現(xiàn)實(shí)”。他們首先把希望投向了螢火蟲(chóng)。

螢火蟲(chóng)發(fā)光是一種化學(xué)反應(yīng)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是因?yàn)樗鼈兊募?xì)胞里含有熒光素和熒光素酶，當(dāng)螢火蟲(chóng)呼吸時(shí)，就像按燈的開(kāi)關(guān)一樣，氧氣進(jìn)入細(xì)胞，熒光素在熒光素酶的催化作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而發(fā)出亮光。

1986年，美國(guó)科學(xué)家成功將螢火蟲(chóng)的熒光素酶基因?qū)霟煵?，培育出了能夠發(fā)光的轉(zhuǎn)基因煙草。這一里程碑式的成果，開(kāi)創(chuàng)了發(fā)光植物研究的先河。

發(fā)光煙草

來(lái)源：參考文獻(xiàn)[1]

但是這個(gè)方法有個(gè)問(wèn)題，那就是植物體內(nèi)本身并沒(méi)有螢火蟲(chóng)身上的熒光素（發(fā)光底物），科學(xué)家們需要不斷添加昂貴的外源底物，成本較高。發(fā)光效果也不是很好，只能發(fā)出非常微弱的光。

2.師法蘑菇的發(fā)光之道

2018年，科學(xué)家們又把目光投向了蘑菇。

熒光小菇Mycena chlorophos

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俄羅斯的科研人員對(duì)蘑菇的發(fā)光系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究，他們發(fā)現(xiàn)，蘑菇與螢火蟲(chóng)的發(fā)光機(jī)制類似，都依賴于“熒光素-熒光素酶”系統(tǒng)，但二者的熒光素來(lái)源不同。

蘑菇所使用的熒光素，來(lái)源于其自身與植物體內(nèi)都天然含有的咖啡酸。通過(guò)四種關(guān)鍵酶的作用，咖啡酸可被轉(zhuǎn)化為能發(fā)光的熒光素分子，并在發(fā)光后重新轉(zhuǎn)化為咖啡酸，形成可持續(xù)循環(huán)的發(fā)光通路。

真菌熒光素生物合成和回收的途徑

圖中藍(lán)色、綠色、紅色、橙色標(biāo)注的即為四種關(guān)鍵的酶

來(lái)源：參考文獻(xiàn)[2]

此外，他們還發(fā)現(xiàn)將這一套酶系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到其他生物體內(nèi)后，依然能夠正常運(yùn)作并實(shí)現(xiàn)發(fā)光功能。2020年，該團(tuán)隊(duì)將來(lái)自這四種酶對(duì)應(yīng)的編碼基因轉(zhuǎn)入煙草基因組，成功創(chuàng)造出發(fā)光煙草。

俄羅斯科學(xué)家培育的會(huì)發(fā)光的煙草植株

來(lái)源：參考文獻(xiàn)[3]

2024年，美國(guó)生物技術(shù)公司Light Bio嗅到了商機(jī)，通過(guò)將蘑菇基因植入矮牽牛中，培育出發(fā)光矮牽牛，已經(jīng)成功進(jìn)入美國(guó)市場(chǎng)售賣。

發(fā)光矮牽牛，一盆29美元，約合人民幣206元

來(lái)源：Light Bio

2024年8月，浙江大學(xué)都浩團(tuán)隊(duì)在俄羅斯團(tuán)隊(duì)的方法上升級(jí)，創(chuàng)新性地采取“開(kāi)源節(jié)流”策略，有效引導(dǎo)更多的發(fā)光底物（咖啡酸）流向發(fā)光代謝通路，減少它在其他代謝途徑中的分流，成功研制了發(fā)光顯著增強(qiáng)的植物。

即便是將鮮花從植物身上剪下來(lái)，這些花也可以持續(xù)發(fā)光3-5天。

浙大團(tuán)隊(duì)研制的發(fā)光植物，發(fā)光亮度能使人清楚看到后面的小字

來(lái)源：參考文獻(xiàn)[4]

此外，研究發(fā)現(xiàn)發(fā)光植物釋放出的光亮僅僅消耗植物白天光合作用儲(chǔ)能的0.3％，不僅不影響植物正常生長(zhǎng)，還非常低碳環(huán)保。

3.直接注射？還有這種操作？

除了利用基因工程改造植物的方法之外，有沒(méi)有其他更直接的方法？

有的，朋友，有的。

2025年8月，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)張學(xué)杰團(tuán)隊(duì)利用材料工程的方法首次創(chuàng)造出會(huì)發(fā)光的多肉。他們通過(guò)將微米級(jí)長(zhǎng)余輝顆粒注入多肉植物的細(xì)胞間隙，利用其致密均勻的葉肉結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)顆?？焖倬鶆驍U(kuò)散。

長(zhǎng)余輝顆粒懸浮液注入植物葉片過(guò)程

來(lái)源：參考文獻(xiàn)[5]

長(zhǎng)余輝顆粒本質(zhì)上是一種磷光材料，磷光的發(fā)光原理和生物發(fā)光不同，屬于光致發(fā)光，它的發(fā)光需要由光來(lái)激發(fā)，而在被光照射后，即使光線停止了，還能在一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)發(fā)光。

這些植物就像“光能充電寶”：白天利用太陽(yáng)光充電，晚上在沒(méi)有光源的情況下，還可以持續(xù)發(fā)光1-2小時(shí)。

通過(guò)改變不同的磷光材料，多肉植物還能發(fā)出黃色、紅色、藍(lán)色和藍(lán)紫色等不同顏色的光，不管你喜歡冷色調(diào)還是暖色調(diào)，單色還是復(fù)色，總有一款適合你！

能發(fā)出多色光的多肉植物“美尼娜”石蓮花

來(lái)源：參考文獻(xiàn)[5]

在研究開(kāi)展的10天時(shí)間內(nèi)，改造后的植物的發(fā)光效果具有良好的穩(wěn)定性，沒(méi)有出現(xiàn)明顯衰退，其體內(nèi)的葉綠色、可溶性糖等指標(biāo)也與正常植物水平相當(dāng)，具有較好的生物相容性。最重要的是，它還非常便宜，一株發(fā)光植物的材料成本約為10元人民幣。

怎么樣，你有沒(méi)有覺(jué)得《阿凡達(dá)》中的發(fā)光植物世界離我們并不遙遠(yuǎn)呢？

來(lái)源：截自《阿凡達(dá)3》預(yù)告片

或許不久的將來(lái)，我們?cè)诩揖湍茉陨弦豢媒?jīng)過(guò)基因工程改造或材料工程改造的發(fā)光植物，讓它成為陪伴你入眠的溫馨小夜燈。大規(guī)模種植還可以成為城市路燈或公園的照明景觀燈，完美復(fù)刻《阿凡達(dá)》中的夢(mèng)幻發(fā)光植物世界。

發(fā)光植物還非常環(huán)保，將顛覆生物能源的利用范式，誰(shuí)說(shuō)不是未來(lái)可期呢！

- 參考文獻(xiàn) -

[1] Ow D W, Wood K V, DeLuca M, et al. Transient and stable expression of the firefly luciferase gene in plant cells and transgenic plants[J]. Science, 1986, 234(4778): 856-859.

[2]Kotlobay A A, Sarkisyan K S, Mokrushina Y A, et al. Genetically encodable bioluminescent system from fungi[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018, 115(50): 12728-12732.

[3]Mitiouchkina T, Mishin A S, Somermeyer L G, et al. Plants with genetically encoded autoluminescence[J]. Nature Biotechnology, 2020, 38(8): 944-946.

[4]Ge J, Lang X, Ji J, et al. Integration of biological and information technologies to enhance plant autoluminescence[J]. The Plant Cell, 2024, 36(11): 4703-4715.

[5]Liu S, An Y, Zhang H, et al. Sunlight-powered multicolor and uniform luminescence in material-engineering living plants[J]. Matter, 2025.

作者：楊夢(mèng)霞，上?？萍拣^展教中心館員

科學(xué)審核：壽海洋，上海辰山植物園高級(jí)工程師

編輯：一星期

內(nèi)容來(lái)自：上?？萍拣^

文章來(lái)源：科普中國(guó)