你是否记得《阿凡达》电影中，潘多拉星球上发出璀璨光芒的花草吗？还有如发光水母一样漫天飞舞的“希望树”种子，点缀着那片奇幻森林。而现在那幅由幻想家们想象出来童话世界，正在被科学家们实现。
上图：《阿凡达》里的发光植物
容我们大胆畅想一下：如果植物依靠自身的代谢能量就能让自己成为照亮黑夜明灯，从而照亮我们的书桌，驱散道路上的黑暗，却不需要插入电源。我们生活的环境将会变成怎样的童话世界？
然而，实际上来自麻省理工学院的研究人员，早在2017就开始逐渐将这些幻想化为现实。当时，他们通过将专门的纳米粒子嵌入豆瓣菜的叶子中，从而诱导豆瓣菜连续四个小时都发出了微弱的光线。
上图：用纳米发光植物照亮一本书，图为两株3.5周的豆瓣菜。
这些豆瓣菜就是第一代可用于照明的发光植物。为了创造发光豆瓣菜，麻省理工学院的研究人员盯上了荧光素酶，这种酶恰巧就是使萤火虫发光的物质。荧光素酶作用于能够发光的，被称为荧光素的分子。另一种称为辅酶 A 的分子通过去除可抑制荧光素酶活性的反应副产物来帮助。
上图：萤火虫
研究人员将这三种成分中的每一种，都包装成不同类型的纳米颗粒载体。之后将纳米颗粒悬浮在溶液中，并将植物浸入溶液，然后暴露在高压下，使颗粒通过叶片表面的气孔进入植物体内。
释放荧光素和辅酶 A 的颗粒被设计成在叶肉的细胞外空间（叶子的内层）积聚，而携带荧光素酶的较小颗粒则进入构成叶肉的细胞。只不过一棵 10 厘米的豆瓣幼苗产生的光十分微弱，仅为阅读所需光量的千分之一。
如今，同一研究团队在后续实验中，再次利用在植物叶子中嵌入特殊纳米颗粒的方法，创造出了一种可以储存LED光的发光植物。这次，这些植物经过仅10秒的充能之后，就可持续发光几分钟，而且还能被反复使用。重要的是，这些植物所产生的光，比2017年的第一代发光植物要亮10倍。现已将最新结果于2021 年 9 月 8 日，发表于《科学》杂志上。
像这样通过将不同类型的纳米粒子嵌入植物中，来赋予植物新的特征，是“植物纳米仿生学”（plant nanobionics）的一个例子。在新研究中，为了找出可以延长光照时间，并使其更亮的方法，研究人员想出了使用类似电容的东西。要知道在电子器件中，电容可以储存电能并在需要时释放电能。对应于发光植物，他们认为也许可以制造出“光电容器”，将光以光子的形式存储起来，然后随着时间的推移逐渐释放。
深思熟虑之后，研究人员决定使用一种被称为磷光体的材料制造“光电容器”。这些材料可以吸收可见光或紫外光，然后以磷光的形式缓慢释放出来。在实验中，他们使用铝酸锶（磷光体的一种）来形成纳米颗粒，并在将纳米颗粒嵌入植物之前，先包裹上二氧化硅，以此来保护植物免受化合物的伤害。
上图：纳米颗粒渗入到植物内
这些直径为几百纳米的颗粒，通过位于叶子表面的气孔渗入植物，并积聚在称为叶肉的海绵层中，形成薄膜。这种薄膜，可以使活植物的叶肉吸收来自阳光或LED的光子，而不会伤害植物或牺牲照明特性。
上图：绿色的部分是纳米颗粒，它们聚集在植物叶片的海绵状叶肉组织的表面。
研究人员表明，在接受蓝色 LED 照射 10 秒后，这些添加了纳米颗粒的植物可以发光大约一个小时，且前五分钟可维持高亮，然后逐渐减弱，还可以连续充能使用至少两周。
此外，研究人员表示这种添加“光电容器”的方法，还可以运用在许多不同的植物中，比如罗勒、豆瓣菜和烟草等。例如，他们还使一种被称为泰国象耳的植物叶子发出光芒，这种植物的宽度超过30厘米，可以用作户外光源。同时，也不必担心纳米颗粒会干扰植物的正常生理活动。
实验发现，在 10 天的时间内，植物始终能够正常进行光合作用，并通过气孔蒸发水分。实验结束后，研究人员依旧能够从植物中提取约 60% 的磷光体，并重新用于另一株植物。而且，研究人员现在正致力于将磷光电容器颗粒，与他们在 2017 年研究中使用的荧光素酶纳米颗粒相结合，进而生产出能够在更长时间内产生更亮的光的植物。
由此可见，在未来，这些植物将成为人类照明的重要工具，并成为人类社会中基础设施的组成部分，甚至取代目前城市中的公共照明。也许以后道路两旁的树木，就是为我们照明的路灯了。怪不得有那么一句话：干掉你的，永远都不是你的同行。
延伸阅读
发光植物不是只能人类自己造，其实自然界本就存在一些能够发光的生物。例如荧光小菇，是极为稀有的真菌，又叫蚂蚁路灯、荧光蕈，它会在黑夜中发出幽绿色类似鬼火一样的光芒。
还有夜光树，夜皇后。其植物体内有大量的磷，促使其在夜间会发光。例如夜皇后的花蕊中就有丰富的磷质，会像萤火虫一样散发出荧光。其中夜光树主要是分布在北美的原始森林，和我国江西武功山里。
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