科学家创造出可持续发光的植物,成功重现“阿凡达神树”

时间:2020-05-14 相关资料下载


电影《阿凡达》距离上映已过去十年,但它的影响力依然不容小觑。潘多拉星球里那些郁郁葱葱发着荧光的丛林,璀璨奇异,令人神往。而如今,借助基因技术的进步,让植物发出可见光已不再是一个幻想。


早在 1840 年,英国植物学家乔治加纳德在巴西首次发现了荧光蘑菇,当时他看到孩子们拿着这种蘑菇在街上游嬉,最初还以为是孩子们在玩荧火虫,而当时这一发现也没有引起科学界的重视。



2009年,科学家在巴西发现了一种会发出绿光的荧光蘑菇,甚至可以借着它的光阅读,这些在黑暗中发光的蘑菇原生长于巴西圣保罗附近逐渐消失的森林栖息地。


而在近期《自然·生物技术》发表的研究中,科学家发现,这些蘑菇中生物荧光在新陈代谢上与植物中常见的自然过程相似,将蘑菇的生物荧光基因插入植物中,能在植物中发挥正常功能。




在完成改造后,他们创造出的发光植物每分钟可以产生超过 10 亿个光子,比以往创造的任何发光植物都要亮。而且,通过这种生物光,科学家可以观察到植物的内部活动。


研究人员表示,这项新技术可以创造出发光的花和其他观赏植物,具有广泛的实际效用。研究人员使相机、手机,记录下了树叶、茎、根和花朵的荧光,大家可以一起来看看~






以下是发光植物生长过程(彩色表示发光强度,非实际颜色)。



其实,除了荧光蘑菇,在地球上还存在着类似的发光生物,比如水母、萤火虫等,但想要一种天生不会发光的生物发出可见光,绝非易事,这不是简单地将发光基因从一个生物转移到另一个生物上的工作。


与其他常见的生物荧光如萤火虫相比,维持蘑菇的生物荧光不需要独特的化学试剂,这些植入了蘑菇 DNA 的植物,可在不损害植物健康的情况下保持植物从幼苗到生长成熟的整个生命周期都能够持续发光。


尽管蘑菇与植物没有密切关系,但发光机制在于在植物用于制造细胞壁的有机分子上,这种称为咖啡酸(caffeic acid)的分子通过涉及四种酶的代谢循环产生光。两种酶将咖啡酸转化为发光前体,然后被第三种酶氧化生成光子。最后一种酶将氧化的分子转换回咖啡酸,再次开始循环。


通过将光照与这种关键分子联系起来,植物发出的荧光提供了一种内在的代谢指标,它可以揭示植物的生理状态及其对环境的反应。


这一研究证明了其他发光植物的可行性,包括长春花,矮牵牛和玫瑰。随着进一步的研究,也许可以看到更明亮的植物,未来也许我们真的实现阿凡达里迷人的森林。



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