MIT会发光的植物，CCTV新闻也关注

电影《阿凡达》中，发光植物为我们打造了一副绚丽、梦幻般的景象，夜晚的森林一片璀璨。而这一幕，在真实的世界中，或许也能成为现实。未来，道路两旁可能不再是路灯，而是由树木照亮我们回家的路。如果植物可以作为独立的光源，他们不但具有良好的自我修复能力，可以适应恶劣环境，而且还可以实现节能减排，一举两得。

这可并不是痴人说梦。近日，美国麻省理工学院（MIT）的Michael S. Strano（点击查看介绍）课题组报道了一种让植物发光的方法，他们将特殊的纳米粒子注入到豆瓣菜（watercress，拉丁学名Nasturtium officinale）的叶子中，让这株植物在近4个小时里持续散发着微光。该工作发表在Nano Letters 杂志上，第一作者Seon-Yeong Kwak博士。

发光的豆瓣菜。图片来源：Nano Lett. / Seon-Yeong Kwak

往植物里捣鼓点纳米材料是Strano课题组的研究方向之一，当然，该领域有正式的名称——“植物纳米仿生学（Plant Nanobionics）”。X-MOL就曾经报道过Strano课题组将单壁碳纳米管（CNTs）和氧化铈纳米粒子整合到植物的叶绿体中，长时间稳定地增强植物的光合作用（点击阅读相关）。喜欢折腾植物的化学家大有人在，还有人利用玫瑰的根管系统构建了电子电路的核心部件，将模拟和数字电路第一次放入活的植物体内（点击阅读相关）。

Michael Strano教授。图片来源：MIT

此项工作中，研究者借鉴了萤火虫的发光原理，利用萤火虫发光的荧光素酶、荧光素以及辅酶A分子，其中，荧光素酶可以使荧光素分子发光，而辅酶A可以通过去除一种可以抑制荧光素酶活性的反应副产物来延长发光的时间。随后，将这三种分子结合不同类型的纳米粒子载体，形成偶联萤火虫荧光素酶的氧化硅纳米粒子（SNP-Luc）、释放荧光素的乳酸-乙醇酸共聚物纳米粒子（PLGA-LH₂）和辅酶A功能化的壳聚糖纳米粒子（CS-CoA）（下图a）。这些纳米粒子可以帮助它们到达植物的正确位置，并防止它们聚集到可能对植物有毒的浓度，同时还能起到调节发光波长的作用（下图b）。

纳米粒子通过气孔进入植物。图片来源：Nano Lett.

研究者将这些纳米粒子和植物一起浸入水中，利用一种简单且有效的方法，借助高压使粒子通过气孔进入叶片。然后在植物叶片中通过自身的ATP产生能量，实现荧光素酶对荧光素的化学催化，产生黄绿色的光（~560 nm）。

纳米粒子的加压“灌注”。图片来源：Nano Lett.

让植物发光的想法其实并不新鲜，之前有报道称，Bioglow公司通过基因工程的方法实现了某烟草类植物的发光。^[1] 相较基因工程方法的操作复杂度和成本，这一研究的纳米仿生学方法为植物发光提供了一种更加简单的方式和思路，并且适用于更多的植物种类。文章中，除了豆瓣菜，研究者还对菠菜（spinach）、芝麻菜（arugula）等植物进行了实验，并且实现了发光。

视频来源：Melanie Gonick / MIT

Strano教授表示，“我们希望能够让植物像台灯一样工作，而且这样的台灯不需要插电，灯光最终是由植物本身的能量代谢驱动的。”通过进一步优化化学成分的浓度和释放速率，可以提高光强，光的持续时间也已经提升到了3.5小时。^[2]

尽管，一株10厘米高的豆瓣菜幼苗产生的光亮目前只有正常阅读所需亮度的千分之一，但还是能够照亮书页上的字。据统计，照明的损耗占到了全世界能源消耗的20%左右，因此使用发光植物取代照明可以实现节能减排的作用。CCTV13新闻频道报道称，该方法有望“有效节约能源，降低二氧化碳的排放量”。^[3]

图片来源：央视新闻频道^[3]

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

A Nanobionic Light-Emitting Plant

Nano Lett., 2017, 17, 7951-7961, DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b04369

导师介绍

Michael Strano

http://www.x-mol.com/university/faculty/47860

课题组主页

http://srg.mit.edu/

参考资料：

1. https://www.designboom.com/technology/bioglow-light-producing-plants-require-no-electricity-01-09-2014/

2. http://news.mit.edu/2017/engineers-create-nanobionic-plants-that-glow-1213

3. http://news.cctv.com/2017/12/19/ARTIvwVo0gHKWUzGagJmMNy3171219.shtml

（本文由小希供稿）