在電影《阿凡達》構(gòu)筑的“潘多拉星球”上，有著無比綺麗的風光——巨大的紅色懸浮島、蔚藍色的樹木和植被、流動的瀑布、波光粼粼的湖泊，以及每到夜幕低垂便如星輝般閃耀的熒光森林。

而當這些照進現(xiàn)實——每當浙江大學農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學院某實驗室陷入徹底的黑暗，其中的植物便會悄然“蘇醒”，一寸一寸地點亮自己。這不是夢境，更不是幻象，而是科學與浪漫的一次完美結(jié)合，背后的研究團隊正精心設(shè)計著一套生物“電路”，未來，它們可能變成每個人床頭的一盆“小夜燈”，也可能是城市夜空里的一片景觀草坪。

影片《阿凡達》中的一株發(fā)光植物

源于自然

“地球的生態(tài)系統(tǒng)由動物、植物、微生物構(gòu)成。我們見過發(fā)光的動物、發(fā)光的微生物，那為什么植物不能發(fā)光？”團隊負責人表示，所有的探索都源自于這樣一次原始的好奇。

事實上，在發(fā)光植物領(lǐng)域，國內(nèi)外科學家已經(jīng)探索了40余年，人類對植物自發(fā)光技術(shù)進行了多種嘗試：導入螢火蟲熒光素酶基因，需要持續(xù)添加昂貴的外源底物，而且發(fā)光微弱；運用細菌發(fā)光系統(tǒng)，又會有物種適用性窄，以及影響植物生長的弊端?？傊?，嚴重限制發(fā)光系統(tǒng)的進一步發(fā)展。

所以，浙大團隊只能另起爐灶，“我們的植物發(fā)光技術(shù)來源于‘小雞燉蘑菇’的那個‘蘑菇’”。當然，這里并不是真的指的是菜譜上的那個東西，而是自然界野蠻生長出的發(fā)光蘑菇。

“發(fā)光蘑菇的發(fā)光方法可以被運用到其他植物中，甚至可以與植物代謝無縫銜接?！逼浜诵木褪?個關(guān)鍵酶基因構(gòu)成的封閉循環(huán)系統(tǒng)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，其中讓植物發(fā)光的關(guān)鍵原材料竟然是幾乎所有植物都天然含有的咖啡酸。

團隊通過密碼子優(yōu)化和農(nóng)桿菌介導轉(zhuǎn)化技術(shù)，將4個真菌基因植入植物基因組，使咖啡酸經(jīng)多步酶催化氧化釋放綠光，最終產(chǎn)物再生為咖啡酸，實現(xiàn)自給自足地持續(xù)發(fā)光。這一發(fā)光技術(shù)，不僅不影響植物正常生長，而且綠色、清潔、可持續(xù)。

浙江大學農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學院實驗團隊工作照

走入現(xiàn)實

“可持續(xù)，但是不可照明?！焙唵蝸碚f就是亮度依然不夠。面對這樣的狀況，團隊隨即又提出了“開源節(jié)流”的雙輪策略：通過引入來源關(guān)鍵基因，構(gòu)建全新合成支路，將植物體內(nèi)豐富的酪氨酸直接轉(zhuǎn)化為咖啡酸，讓發(fā)光底物產(chǎn)量翻倍；再通過挖掘大量轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，利用人工智能的機器學習篩選并抑制多個咖啡酸分流基因，減少其向木質(zhì)素、類黃酮的消耗，讓更多底物流向發(fā)光通路。

經(jīng)過優(yōu)化，第二代發(fā)光植物的發(fā)光強度可達1.2×1012光子/(min·cm2)——是最初版本的20余倍之多。此外，離體葉片還能持續(xù)發(fā)光3天，真正實現(xiàn)了肉眼可見、穩(wěn)定實用的突破，為植物發(fā)光技術(shù)在現(xiàn)實中更廣泛地應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。

會發(fā)光的西紅柿

當然，目前來講，現(xiàn)實中是否真能用上植物發(fā)光還沒有定論，但可預知的是，前景十分樂觀。由于發(fā)光植物可以不依靠電力輔助，便實現(xiàn)太陽能、生物能、光能三者轉(zhuǎn)換，如果將其充分優(yōu)化制作路燈，就有望通過消耗白天光合作用儲能的0.3％，創(chuàng)制低亮度照明。同時還能保留其獨特絢麗的光色與植物體的自然美感。試想，若是有一天，逢年過節(jié)能用上真正的“花燈”，豈不驚喜？

不過，研究團隊的“野心”還不止于此，更進一步，他們希望這一技術(shù)可以使植物從景觀走向能源?！拔覀儑沂侵圃鞓I(yè)大國，對經(jīng)濟、生態(tài)、能源高質(zhì)量發(fā)展有極高要求。我們期望以發(fā)光植物作為生物能源補充：夜間可替代傳統(tǒng)照明設(shè)施，降低能源消耗；白日則依托光合作用固定大氣中的二氧化碳，并將其轉(zhuǎn)化為高價值生物質(zhì)資源，最終實現(xiàn)經(jīng)濟與生態(tài)的協(xié)同發(fā)展。”

《阿凡達》的世界離現(xiàn)實或許依舊遙遠，但由科技建構(gòu)的美好未來一定就在不遠處了。