在地球上，發(fā)光生物并不罕見，螢火蟲、水母、發(fā)光蘑菇等都是大自然中的 “發(fā)光精靈”，但自然界中卻沒有能夠自主發(fā)光的植物。自 20 世紀(jì) 80 年代末起，培育發(fā)光植物的想法就一直吸引著科學(xué)家們不斷探索。1986 年，研究人員首次將螢火蟲熒光素酶基因轉(zhuǎn)入煙草中，培育出了首株生物發(fā)光植物，不過它需要熒光素激發(fā)才能發(fā)光。2024 年，美國 Light Bio 公司推出基因工程改造的螢火蟲矮牽?；?，將發(fā)光蘑菇的熒光素酶基因轉(zhuǎn)入矮牽牛，該植物無需特殊光照和額外物質(zhì)，就能在晚上持續(xù)發(fā)出綠色熒光，這是基因工程發(fā)光植物在亮度方面的重大突破。然而，螢火蟲矮牽?；ǖ牧炼热匀幌鄬^低，且發(fā)光顏色范圍有限，僅適用于室內(nèi)觀賞和裝飾。
而如今，一項來自中國學(xué)者的研究成果打破了這一局限。2025 年 8 月 27 日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究人員在 Cell 子刊 Matter 上在線發(fā)表了題為 “Sunlight - powered multicolor and uniform luminescence in material - engineered living plants” 的研究論文，首次創(chuàng)造出了由陽光激發(fā)的多色發(fā)光植物，為可持續(xù)的植物照明解決方案開辟了新道路。
微米級磷光顆粒：讓植物發(fā)光的 “魔法粉末”
與通過細(xì)胞內(nèi)生物化學(xué)反應(yīng)發(fā)光的螢火蟲矮牽?；ú煌舜窝芯块_發(fā)的發(fā)光多肉植物，其發(fā)光奧秘在于葉片被注入了特殊的余輝磷光材料。這種材料由鍶和鋁制成的磷光顆粒，并摻雜了其他金屬，它們能吸收特定波長的光能，儲存其中一部分能量，然后在數(shù)小時內(nèi)以不同波長緩慢釋放出來。例如，向多肉植物葉片注射能夠吸收紫外線和藍(lán)光的余輝磷光材料，葉片就會發(fā)出綠光。
研究團(tuán)隊購買了含鋁酸鍶的磷光粉，并將其研磨成不同大小的顆粒，嘗試注入各種植物中。他們發(fā)現(xiàn)，直徑約 7 微米的磷光粉顆粒在植物中比納米級顆粒發(fā)光更亮。這是因為納米級顆粒雖然更易擴(kuò)散，但發(fā)出的光太暗；而 7 微米左右的顆粒既能填充多肉植物葉片內(nèi)部組織，又能保證足夠的發(fā)光強(qiáng)度，從而發(fā)出更強(qiáng)烈、更均勻的光。相比之下，煙草和小白菜等具有簡單葉片結(jié)構(gòu)的植物，因無法很好地容納這些顆粒，發(fā)出的光則更斑駁。
選擇多肉植物：結(jié)構(gòu)優(yōu)勢助力發(fā)光效果
研究團(tuán)隊最終青睞的是一種常見的觀賞多肉植物 —— 景天科石蓮花屬多肉植物女雛。女雛有著密集的肉質(zhì)葉片，呈蓮座狀，葉片細(xì)胞之間的空隙較大，這一緊湊微觀結(jié)構(gòu)和豐富的細(xì)胞間隙有利于較大磷光顆粒的高效傳輸。為了讓每片葉子都發(fā)光，研究團(tuán)隊向每片葉子注射磷光顆粒，整個過程大約需要十分鐘。在后續(xù)研究的十天里，這些多肉植物只需暴露于室內(nèi)的白色發(fā)光二極管或者陽光下，就能成功 “充電”，激發(fā)出藍(lán)綠、藍(lán)紫、綠、紅和白等顏色的光，持續(xù)時間長達(dá) 120 分鐘，并且可以反復(fù)觸發(fā)發(fā)光。
低成本、簡單且可重復(fù)：邁向?qū)嵱玫年P(guān)鍵
制造這樣一株發(fā)光多肉植物，成本只需 10 塊錢，這一低成本優(yōu)勢使得大規(guī)模生產(chǎn)成為可能。而且整個操作過程簡單，僅需將合適大小的磷光顆粒注入多肉植物葉片即可，并且可以重復(fù)進(jìn)行。這種簡單且可重復(fù)的生產(chǎn)方法，為發(fā)光植物從實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。在實驗中，研究團(tuán)隊甚至用 56 株這樣的發(fā)光多肉植物制作了一面植物墻，在黑暗中，這些植物發(fā)出的光足夠讓人看清周圍環(huán)境，甚至可以進(jìn)行簡單閱讀。
應(yīng)用前景：點亮生活，照亮未來
從美化環(huán)境的角度來看，這些多彩發(fā)光植物有望打造出如同電影《阿凡達(dá)》中夢幻般的熒光森林景觀。無論是在公園、庭院，還是家庭室內(nèi)裝飾中，它們都能成為獨特的亮點，為人們帶來全新的視覺體驗。
在照明領(lǐng)域，發(fā)光植物可作為低亮度照明的替代方案，實現(xiàn)綠色照明，節(jié)約電力。例如，在一些對光照強(qiáng)度要求不高的場所，如夜間的人行道、小區(qū)花園小徑等，發(fā)光植物可以提供柔和的照明，減少對傳統(tǒng)電力照明的依賴，降低能源消耗和碳排放。
在生物監(jiān)測方面，這些發(fā)光植物還有望成為環(huán)境監(jiān)測的 “小衛(wèi)士”。通過監(jiān)測植物發(fā)光的變化，或許可以實時反映環(huán)境中有害因子的存在，如土壤中的有害重金屬、空氣中的甲醛等，為環(huán)境保護(hù)提供一種直觀、便捷的監(jiān)測手段。
此次我國學(xué)者創(chuàng)造的多彩發(fā)光植物，憑借其獨特的發(fā)光原理、前所未有的亮度和顏色多樣性，以及低成本、簡單可重復(fù)的生產(chǎn)方法，為發(fā)光植物領(lǐng)域帶來了重大突破。隨著研究的進(jìn)一步深入和技術(shù)的不斷完善，相信在不久的將來，這些發(fā)光植物將走出實驗室，走進(jìn)我們的日常生活，為我們的世界增添更多奇幻與美好，同時也為可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)獨特的力量。
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