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

來源：電影《阿凡達》

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

你可能會說，我知道！有發(fā)光蘑菇。

澳洲鬼菇，又稱幽靈蘑菇Omphalotus nidiformis

來源：Facebook

的確，世界上有很多蘑菇會發(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）

盡管有很多會發(fā)光的生物，如閃爍的螢火蟲、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

來源：wiki

不過沒關(guān)系！夢想還是要有的，畢竟科學(xué)家會幫我們實現(xiàn)。

1.向螢火蟲學(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“阿凡達的世界照進現(xiàn)實”。他們首先把希望投向了螢火蟲。

螢火蟲發(fā)光是一種化學(xué)反應(yīng)，簡單來說是因為它們的細胞里含有熒光素和熒光素酶，當螢火蟲呼吸時，就像按燈的開關(guān)一樣，氧氣進入細胞，熒光素在熒光素酶的催化作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進而發(fā)出亮光。

1986年，美國科學(xué)家成功將螢火蟲的熒光素酶基因?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，開創(chuàng)了發(fā)光植物研究的先河。

發(fā)光煙草

來源：參考文獻[1]

但是這個方法有個問題，那就是植物體內(nèi)本身并沒有螢火蟲身上的熒光素（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

來源：wiki

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

蘑菇所使用的熒光素，來源于其自身與植物體內(nèi)都天然含有的咖啡酸。通過四種關(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

圖中藍色、綠色、紅色、橙色標注的即為四種關(guān)鍵的酶

來源：參考文獻[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，依然能夠正常運作并實現(xiàn)發(fā)光功能。2020年，該團隊將來自這四種酶對應(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)家培育的會發(fā)光的煙草植株

來源：參考文獻[3]

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

發(fā)光矮牽牛，一盆29美元，約合人民幣206元

來源：Light Bio

2024年8月，浙江大學(xué)都浩團隊在俄羅斯團隊的方法上升級，創(chuàng)新性地采取“開源節(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)光顯著增強的植物。

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

浙大團隊研制的發(fā)光植物，發(fā)光亮度能使人清楚看到后面的小字

來源：參考文獻[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能的0.3％，不僅不影響植物正常生長，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)杰團隊利用材料工程的方法首次創(chuàng)造出會發(fā)光的多肉。他們通過將微米級長余輝顆粒注入多肉植物的細胞間隙，利用其致密均勻的葉肉結(jié)構(gòu)實現(xiàn)顆?？焖倬鶆驍U散。

長余輝顆粒懸浮液注入植物葉片過程

來源：參考文獻[5]

長余輝顆粒本質(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)光需要由光來激發(fā)，而在被光照射后，即使光線停止了，還能在一段時間內(nèi)持續(xù)發(fā)光。

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

通過改變不同的磷光材料，多肉植物還能發(fā)出黃色、紅色、藍色和藍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

來源：參考文獻[5]

在研究開展的10天時間內(nèi)，改造后的植物的發(fā)光效果具有良好的穩(wěn)定性，沒有出現(xiàn)明顯衰退，其體內(nèi)的葉綠色、可溶性糖等指標也與正常植物水平相當，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，你有沒有覺得《阿凡達》中的發(fā)光植物世界離我們并不遙遠呢？

來源：截自《阿凡達3》預(yù)告片

或許不久的將來，我們在家就能栽上一棵經(jīng)過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》中的夢幻發(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，誰說不是未來可期呢！

- 參考文獻 -

[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：楊夢霞，上海科技館展教中心館員

科學(xué)審核：壽海洋，上海辰山植物園高級工程師

編輯：一星期

內(nèi)容來自：上海科技館

文章來源：科普中國