不兒，怎么真有人造出了《阿凡達》里的發光植物？！

電影《阿凡達3》正在熱映，在該系列電影中，潘多拉星球簡直是發光植物樂園，令人心向往之。

來源：電影《阿凡達》

想擁有一株同款植物，為家中增添神秘氛圍感？那么在地球上有沒有會發光的植物？

你可能會說，我知道！有發光蘑菇。

澳洲鬼菇，又稱幽靈蘑菇Omphalotus nidiformis

來源：Facebook

的確，世界上有很多蘑菇會發光，但是蘑菇并不是植物啊喂！它是真菌真菌 真菌！在生物分類學上，真菌相比植物，甚至更接近動物，它們通常寄生在木頭的腐殖質上或潮濕的地面。（素食主義者默默放下筷子上的蘑菇）

盡管有很多會發光的生物，如閃爍的螢火蟲、發光的蘑菇、發光的水母，但是很遺憾，目前尚未發現真正能自己發光的植物。

維多利亞多管發光水母Aequorea victoria

來源：wiki

不過沒關系！夢想還是要有的，畢竟科學家會幫我們實現。

1.向螢火蟲學習發光黑科技！

科學家們一直在探索讓植物發光的方法，致力于讓“阿凡達的世界照進現實”。他們首先把希望投向了螢火蟲。

螢火蟲發光是一種化學反應，簡單來說是因為它們的細胞里含有熒光素和熒光素酶，當螢火蟲呼吸時，就像按燈的開關一樣，氧氣進入細胞，熒光素在熒光素酶的催化作用下發生化學反應，進而發出亮光。

1986年，美國科學家成功將螢火蟲的熒光素酶基因導入煙草，培育出了能夠發光的轉基因煙草。這一里程碑式的成果，開創了發光植物研究的先河。

發光煙草

來源：參考文獻[1]

但是這個方法有個問題，那就是植物體內本身并沒有螢火蟲身上的熒光素（發光底物），科學家們需要不斷添加昂貴的外源底物，成本較高。發光效果也不是很好，只能發出非常微弱的光。

2.師法蘑菇的發光之道

2018年，科學家們又把目光投向了蘑菇。

熒光小菇Mycena chlorophos

來源：wiki

俄羅斯的科研人員對蘑菇的發光系統進行了深入研究，他們發現，蘑菇與螢火蟲的發光機制類似，都依賴于“熒光素-熒光素酶”系統，但二者的熒光素來源不同。

蘑菇所使用的熒光素，來源于其自身與植物體內都天然含有的咖啡酸。通過四種關鍵酶的作用，咖啡酸可被轉化為能發光的熒光素分子，并在發光后重新轉化為咖啡酸，形成可持續循環的發光通路。

真菌熒光素生物合成和回收的途徑

圖中藍色、綠色、紅色、橙色標注的即為四種關鍵的酶

來源：參考文獻[2]

此外，他們還發現將這一套酶系統轉移到其他生物體內后，依然能夠正常運作并實現發光功能。2020年，該團隊將來自這四種酶對應的編碼基因轉入煙草基因組，成功創造出發光煙草。

俄羅斯科學家培育的會發光的煙草植株

來源：參考文獻[3]

2024年，美國生物技術公司Light Bio嗅到了商機，通過將蘑菇基因植入矮牽牛中，培育出發光矮牽牛，已經成功進入美國市場售賣。

發光矮牽牛，一盆29美元，約合人民幣206元

來源：Light Bio

2024年8月，浙江大學都浩團隊在俄羅斯團隊的方法上升級，創新性地采取“開源節流”策略，有效引導更多的發光底物（咖啡酸）流向發光代謝通路，減少它在其他代謝途徑中的分流，成功研制了發光顯著增強的植物。

即便是將鮮花從植物身上剪下來，這些花也可以持續發光3-5天。

浙大團隊研制的發光植物，發光亮度能使人清楚看到后面的小字

來源：參考文獻[4]

此外，研究發現發光植物釋放出的光亮僅僅消耗植物白天光合作用儲能的0.3％，不僅不影響植物正常生長，還非常低碳環保。

3.直接注射？還有這種操作？

除了利用基因工程改造植物的方法之外，有沒有其他更直接的方法？

有的，朋友，有的。

2025年8月，華南農業大學張學杰團隊利用材料工程的方法首次創造出會發光的多肉。他們通過將微米級長余輝顆粒注入多肉植物的細胞間隙，利用其致密均勻的葉肉結構實現顆粒快速均勻擴散。

長余輝顆粒懸浮液注入植物葉片過程

來源：參考文獻[5]

長余輝顆粒本質上是一種磷光材料，磷光的發光原理和生物發光不同，屬于光致發光，它的發光需要由光來激發，而在被光照射后，即使光線停止了，還能在一段時間內持續發光。

這些植物就像“光能充電寶”：白天利用太陽光充電，晚上在沒有光源的情況下，還可以持續發光1-2小時。

通過改變不同的磷光材料，多肉植物還能發出黃色、紅色、藍色和藍紫色等不同顏色的光，不管你喜歡冷色調還是暖色調，單色還是復色，總有一款適合你！

能發出多色光的多肉植物“美尼娜”石蓮花

來源：參考文獻[5]

在研究開展的10天時間內，改造后的植物的發光效果具有良好的穩定性，沒有出現明顯衰退，其體內的葉綠色、可溶性糖等指標也與正常植物水平相當，具有較好的生物相容性。最重要的是，它還非常便宜，一株發光植物的材料成本約為10元人民幣。

怎么樣，你有沒有覺得《阿凡達》中的發光植物世界離我們并不遙遠呢？

來源：截自《阿凡達3》預告片

或許不久的將來，我們在家就能栽上一棵經過基因工程改造或材料工程改造的發光植物，讓它成為陪伴你入眠的溫馨小夜燈。大規模種植還可以成為城市路燈或公園的照明景觀燈，完美復刻《阿凡達》中的夢幻發光植物世界。

發光植物還非常環保，將顛覆生物能源的利用范式，誰說不是未來可期呢！

- 參考文獻 -

[1] Ow D W, Wood K V, DeLuca M, et al. Transient and stable expression of the firefly luciferase gene in plant cells and transgenic plants[J]. Science, 1986, 234(4778): 856-859.

[2]Kotlobay A A, Sarkisyan K S, Mokrushina Y A, et al. Genetically encodable bioluminescent system from fungi[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018, 115(50): 12728-12732.

[3]Mitiouchkina T, Mishin A S, Somermeyer L G, et al. Plants with genetically encoded autoluminescence[J]. Nature Biotechnology, 2020, 38(8): 944-946.

[4]Ge J, Lang X, Ji J, et al. Integration of biological and information technologies to enhance plant autoluminescence[J]. The Plant Cell, 2024, 36(11): 4703-4715.

[5]Liu S, An Y, Zhang H, et al. Sunlight-powered multicolor and uniform luminescence in material-engineering living plants[J]. Matter, 2025.

作者：楊夢霞，上海科技館展教中心館員

科學審核：壽海洋，上海辰山植物園高級工程師

編輯：一星期

內容來自：上海科技館

文章來源：科普中國