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发光植物重现梦幻世界

发布时间:2019-06-20 06:12:21 编辑:笔名

  近日,有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。事实上,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。可要让它们达到电灯的照度,目前还有一定距离。

  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。

  只为了“发光”?

  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。

  中科院上海生命科学研究院副研究员储昭庆告诉《中国科学报》,发光植物不仅可用于婚庆典礼和私人花园,更可作为景观植物照亮行车道和院落,它甚至可以作为晚上的导航标志。

  那么,植物发光的作用只是为了给人们的生活带来愉悦吗?这个答案显然并不完全。

  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。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。

  可见,人类关于自然的探索从未停止,但是会发光的植物却并不是人类合成的结果。

  植物能发光并非奇闻

  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,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。

  别着急,大自然的奇妙之处远不止于此。在我国湖南省南县,有位农民砍下一株胸径23厘米、高约10米的杨树,剥完树皮后放在院里,准备做木料。当天晚上,他们一家惊奇地发现,这棵树的树干、树根、树皮的内侧,以及锯下的碎屑都能发出无影的蓝光,其中一节直径5厘米、长1米的树枝,亮度相当于一支8W的日光灯。这一奇特的现象当即引来众人前来争相观看。几天后,随着树内水分的蒸发,这株杨树的发光亮度逐渐减弱,但树皮受潮后,亮度又有所增强。

  对于此类现象,日本静冈县农业试验场的研究人员做了相应的实验。他们发现,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。

  “除了朽木,有些生长旺盛的树木也会发光。”储昭庆说。比如,在日本有一种高大的乔木,树干和树枝上寄生着一种会发光的菌类植物,它们在树上闪闪发光。而在我国江西井冈山地区有一种常绿阔叶树,叶子里含有磷,这种磷释放出来以后会和空气中的氧气结合成为磷火,当地人称之为“鬼树”。

  无独有偶,古巴有一种美丽的发光植物,每当黄昏时花朵才开始绽放。这种花的花蕊中聚集了大量的磷,微风吹过,花蕊便星星点点地闪烁出明亮的异彩,仿佛无数萤火虫在花蕊间翩翩起舞。有意思的是,一旦黑夜逝去,这种花就像完成了使命,很快就凋谢了。

  而在非洲冈比亚南斯明草原上,有一种名叫“路灯草”的植物,可以说是发光植物中的佼佼者。别看它小,它所发出的光亮,甚至可以与路灯相媲美。路灯草的叶片表面有着一层像银霜一样的晶珠,富含磷。每当夜幕降临,这种草便闪闪发光,把周围的一切照得十分清晰,当地居民把这种小草移到家门口充当“路灯”。“夜皇后”的花朵内也聚集了大量的磷,一旦与空气接触就会发光。夜间活动的昆虫见到亮光,就会被吸引前去帮助植株传播花粉。“夜皇后”的花朵放光,实际上是适应环境的一种特殊本领。

  “但是这些能发光的植物照度有限。这些能发光的植物的发光原理除了前面说的植物本身含有磷能自燃发光外,主要是植物要有能发光的物质,在一定的发光波长范围内,能释放荧光。”储昭庆说。

  在研究道路上越走越远

  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MarkTester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GalassiaFlowers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。

  在中国,关于发光植物的研究,大部分的植物科学家在实验室里都有过尝试,主要是通过能发光的蛋白来标记自己感兴趣的基因来进行筛选研究。不过,在园林观赏及室内植物绿化上大规模应用植物发光技术的研究还不多。“如果能开发出能够发光的植物在夜间对飞机等进行导航,将是一件很有意义的事情。”储昭庆告诉《中国科学报》。

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