我国科学家突破植物自发光技术 未来或可替代传统照明设施

问题:夜间照明长期依赖电力系统与传统灯具,虽不断向高效光源迭代,但仍面临能耗、维护成本与部分场景布设困难等现实约束。

随着“双碳”目标推进,社会对绿色照明、低碳景观和新型生物制造的需求持续上升。

如何让“光”在不额外消耗电能的前提下更可持续地产生,成为跨学科研究关注的方向之一。

原因:过去在植物发光领域,科研界曾尝试引入萤火虫荧光素酶系统或细菌发光系统,但普遍存在底物依赖、成本较高、光强不足、物种适配范围有限或对植物生长产生负担等问题。

近期,浙江大学相关团队将目光投向自然界另一类稳定发光的生物——发光蘑菇。

研究思路在于:发光蘑菇的发光反应并非一次性“消耗品”,而是由多种关键酶构成的循环体系,能够形成相对闭合的代谢回路。

团队据此将真菌发光通路的关键基因导入植物基因组,并选择植物普遍含有的咖啡酸作为发光底物来源,使其在多步酶催化氧化过程中释放绿光,终产物再转回底物形态,实现“自给自足”的持续发光路径。

为进一步提高亮度,研究提出“开源节流”策略:一方面建立合成支路,把植物体内储量更丰富的酪氨酸转化为咖啡酸,提高底物供给;另一方面对咖啡酸在植物体内的多条分流去向进行系统筛选与抑制,减少其被木质素、类黄酮等合成消耗,让更多代谢流进入发光通路,从机制上解决“底物不够用”的瓶颈。

影响:从实验结果看,通过通路设计与多环节优化,新一代发光植物在亮度与持续时间方面实现明显提升,相关材料在离体条件下仍可维持较长时间发光。

这一进展的意义不仅在于“看得见”的新奇体验,更在于为低碳照明提供了可探索的新选项。

若未来在安全性评估、环境适应性、规模化繁育与成本控制等方面取得突破,自发光植物有望在城市景观、园林夜游、室内装饰、科普展示等场景形成差异化应用,尤其适用于对电源布设要求高、维护不便或希望减少光污染的局部空间。

同时,该技术基于生物体内代谢循环,其材料来源与反应方式具备一定绿色属性,为合成生物学与绿色制造提供了新的示范路径。

对策:业内普遍认为,将实验室成果推向实际应用仍需系统性工作。

一是围绕亮度、稳定性与寿命继续迭代,提升在不同温湿度、光照、病虫害压力下的表现,确保长期栽培条件下的发光一致性。

二是开展更严谨的安全与生态评估,明确基因改造生物在生产、运输、栽培、处置等环节的风险边界与管控要求,完善可追溯管理和隔离措施,避免对生态系统产生不确定影响。

三是结合应用场景进行产品化设计,探索与现有照明系统的互补关系:在公共照明领域更可能作为补充性、景观性光源,先在可控空间试点;在家庭与园艺消费领域,则需平衡观赏性、养护门槛与成本。

四是加强基础研究与产业协同,围绕发光效率、代谢负担、色彩可调控等关键指标开展联合攻关,推动标准体系与检测方法建立,为市场化提供可执行的技术与监管框架。

前景:从更长远看,自发光机制不仅可服务“照明”,还可能成为生命科学研究的工具。

发光信号具备可视化、可跟踪等特点,未来若与特定生理过程或病理指标耦合,有望用于疾病示踪、药效评估或植物生理监测等方向,为基础医学与农业科学提供新的研究手段。

与此同时,在碳循环与生物质利用的框架下,自发光植物技术也可与光合作用固碳、绿色生物制造等议题形成联动:白天通过光合作用固定二氧化碳、积累生物质,夜间在一定程度上提供可视光输出,探索生态与经济收益的协同路径。

当然,需要清醒认识到,距离大规模替代传统路灯仍有技术与成本门槛,短期更现实的方向是“小场景、可控环境、功能叠加”的渐进式落地。

自发光植物的成功研制,不仅是生物技术领域的重要突破,更是人类探索绿色能源、实现可持续发展的一次生动实践。

从电影中的潘多拉星球到现实中的实验室,科学家正在一步步将科幻梦想变为现实。

这项研究提醒我们,创新往往源于对自然的深入观察和理解,而真正的科技进步应该是与生态文明相辅相成的。

可以预见,在不远的将来,那些会发光的植物将不再是稀奇之物,而是成为城市夜景的重要组成部分,为人类贡献绿色光芒的同时,也为地球的未来增添一份希望的光彩。