在電影《阿凡達(dá)》構(gòu)筑的“潘多拉星球”上，有著無(wú)比綺麗的風(fēng)光——巨大的紅色懸浮島、蔚藍(lán)色的樹(shù)木和植被、流動(dòng)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(dāng)這些照進(jìn)現(xiàn)實(shí)——每當(dāng)浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院某實(shí)驗(yàn)室陷入徹底的黑暗，其中的植物便會(huì)悄然“蘇醒”，一寸一寸地點(diǎn)亮自己。這不是夢(mèng)境，更不是幻象，而是科學(xué)與浪漫的一次完美結(jié)合，背后的研究團(tuán)隊(duì)正精心設(shè)計(jì)著一套生物“電路”，未來(lái)，它們可能變成每個(gè)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(dá)》中的一株發(fā)光植物

源于自然

“地球的生態(tài)系統(tǒng)由動(dòng)物、植物、微生物構(gòu)成。我們見(jiàn)過(guò)發(fā)光的動(dòng)物、發(fā)光的微生物，那為什么植物不能發(fā)光？”團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人表示，所有的探索都源自于這樣一次原始的好奇。

事實(shí)上，在發(fā)光植物領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外科學(xué)家已經(jīng)探索了40余年，人類對(duì)植物自發(fā)光技術(shù)進(jìn)行了多種嘗試：導(dǎo)入螢火蟲(chóng)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(yùn)用細(xì)菌發(fā)光系統(tǒng)，又會(huì)有物種適用性窄，以及影響植物生長(zhǎng)的弊端?？傊瑖?yán)重限制發(fā)光系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。

所以，浙大團(tuán)隊(duì)只能另起爐灶，“我們的植物發(fā)光技術(shù)來(lái)源于‘小雞燉蘑菇’的那個(gè)‘蘑菇’”。當(dāng)然，這里并不是真的指的是菜譜上的那個(gè)東西，而是自然界野蠻生長(zhǎng)出的發(fā)光蘑菇。

“發(fā)光蘑菇的發(fā)光方法可以被運(yùn)用到其他植物中，甚至可以與植物代謝無(wú)縫銜接?！逼浜诵木褪?個(gè)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(tuán)隊(duì)通過(guò)密碼子優(yōu)化和農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化技術(shù)，將4個(gè)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(shí)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(zhǎng)，而且綠色、清潔、可持續(xù)。

浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)工作照

走入現(xiàn)實(shí)

“可持續(xù)，但是不可照明。”簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是亮度依然不夠。面對(duì)這樣的狀況，團(tuán)隊(duì)隨即又提出了“開(kāi)源節(jié)流”的雙輪策略：通過(guò)引入來(lái)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(guò)挖掘大量轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，利用人工智能的機(jī)器學(xué)習(xí)篩選并抑制多個(gè)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(guò)優(yōu)化，第二代發(fā)光植物的發(fā)光強(qiáng)度可達(dá)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(shí)現(xiàn)了肉眼可見(jiàn)、穩(wěn)定實(shí)用的突破，為植物發(fā)光技術(shù)在現(xiàn)實(shí)中更廣泛地應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

會(huì)發(fā)光的西紅柿

當(dāng)然，目前來(lái)講，現(xiàn)實(shí)中是否真能用上植物發(fā)光還沒(méi)有定論，但可預(yù)知的是，前景十分樂(lè)觀。由于發(fā)光植物可以不依靠電力輔助，便實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)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(guò)消耗白天光合作用儲(chǔ)能的0.3％，創(chuàng)制低亮度照明。同時(shí)還能保留其獨(dú)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(guò)節(jié)能用上真正的“花燈”，豈不驚喜？

不過(guò)，研究團(tuán)隊(duì)的“野心”還不止于此，更進(jìn)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?guó)家是制造業(yè)大國(guó)，對(duì)經(jīng)濟(jì)、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(bǔ)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(jià)值生物質(zhì)資源，最終實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)的協(xié)同發(fā)展。”

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