你是否記得《阿凡達》電影中，潘多拉星球上發出璀璨光芒的花草嗎？還有如發光水母一樣漫天飛舞的“希望樹”種子，點綴着那片奇幻森林。而現在那幅由幻想家們想象出來童話世界，正在被科學家們實現。
上圖：《阿凡達》里的發光植物
容我們大膽暢想一下：如果植物依靠自身的代謝能量就能讓自己成為照亮黑夜明燈，從而照亮我們的書桌，驅散道路上的黑暗，卻不需要插入電源。我們生活的環境將會變成怎樣的童話世界？
然而，實際上來自麻省理工學院的研究人員，早在2017就開始逐漸將這些幻想化為現實。當時，他們通過將專門的納米粒子嵌入豆瓣菜的葉子中，從而誘導豆瓣菜連續四個小時都發出了微弱的光線。
上圖：用納米發光植物照亮一本書，圖為兩株3.5周的豆瓣菜。
這些豆瓣菜就是第一代可用於照明的發光植物。為了創造發光豆瓣菜，麻省理工學院的研究人員盯上了熒光素酶，這種酶恰巧就是使螢火蟲發光的物質。熒光素酶作用於能夠發光的，被稱為熒光素的分子。另一種稱為輔酶 A 的分子通過去除可抑制熒光素酶活性的反應副產物來幫助。
上圖：螢火蟲
研究人員將這三種成分中的每一種，都包裝成不同類型的納米顆粒載體。之後將納米顆粒懸浮在溶液中，並將植物浸入溶液，然後暴露在高壓下，使顆粒通過葉片表面的氣孔進入植物體內。
釋放熒光素和輔酶 A 的顆粒被設計成在葉肉的細胞外空間（葉子的內層）積聚，而攜帶熒光素酶的較小顆粒則進入構成葉肉的細胞。只不過一棵 10 厘米的豆瓣幼苗產生的光十分微弱，僅為閱讀所需光量的千分之一。
如今，同一研究團隊在後續實驗中，再次利用在植物葉子中嵌入特殊納米顆粒的方法，創造出了一種可以儲存LED光的發光植物。這次，這些植物經過僅10秒的充能之後，就可持續發光幾分鐘，而且還能被反覆使用。重要的是，這些植物所產生的光，比2017年的第一代發光植物要亮10倍。現已將最新結果於2021 年 9 月 8 日，發表於《科學》雜誌上。
像這樣通過將不同類型的納米粒子嵌入植物中，來賦予植物新的特徵，是“植物納米仿生學”（plant nanobionics）的一個例子。在新研究中，為了找出可以延長光照時間，並使其更亮的方法，研究人員想出了使用類似電容的東西。要知道在電子器件中，電容可以儲存電能並在需要時釋放電能。對應於發光植物，他們認為也許可以製造出“光電容器”，將光以光子的形式存儲起來，然後隨着時間的推移逐漸釋放。
深思熟慮之後，研究人員決定使用一種被稱為磷光體的材料製造“光電容器”。這些材料可以吸收可見光或紫外光，然後以磷光的形式緩慢釋放出來。在實驗中，他們使用鋁酸鍶（磷光體的一種）來形成納米顆粒，並在將納米顆粒嵌入植物之前，先包裹上二氧化硅，以此來保護植物免受化合物的傷害。
上圖：納米顆粒滲入到植物內
這些直徑為幾百納米的顆粒，通過位於葉子表面的氣孔滲入植物，並積聚在稱為葉肉的海綿層中，形成薄膜。這種薄膜，可以使活植物的葉肉吸收來自陽光或LED的光子，而不會傷害植物或犧牲照明特性。
上圖：綠色的部分是納米顆粒，它們聚集在植物葉片的海綿狀葉肉組織的表面。
研究人員表明，在接受藍色 LED 照射 10 秒後，這些添加了納米顆粒的植物可以發光大約一個小時，且前五分鐘可維持高亮，然後逐漸減弱，還可以連續充能使用至少兩周。
此外，研究人員表示這種添加“光電容器”的方法，還可以運用在許多不同的植物中，比如羅勒、豆瓣菜和煙草等。例如，他們還使一種被稱為泰國象耳的植物葉子發出光芒，這種植物的寬度超過30厘米，可以用作戶外光源。同時，也不必擔心納米顆粒會干擾植物的正常生理活動。
實驗發現，在 10 天的時間內，植物始終能夠正常進行光合作用，並通過氣孔蒸發水分。實驗結束後，研究人員依舊能夠從植物中提取約 60% 的磷光體，並重新用於另一株植物。而且，研究人員現在正致力於將磷光電容器顆粒，與他們在 2017 年研究中使用的熒光素酶納米顆粒相結合，進而生產出能夠在更長時間內產生更亮的光的植物。
由此可見，在未來，這些植物將成為人類照明的重要工具，並成為人類社會中基礎設施的組成部分，甚至取代目前城市中的公共照明。也許以後道路兩旁的樹木，就是為我們照明的路燈了。怪不得有那麼一句話：幹掉你的，永遠都不是你的同行。
延伸閱讀
發光植物不是只能人類自己造，其實自然界本就存在一些能夠發光的生物。例如熒光小菇，是極為稀有的真菌，又叫螞蟻路燈、熒光蕈，它會在黑夜中發出幽綠色類似鬼火一樣的光芒。
還有夜光樹，夜皇后。其植物體內有大量的磷，促使其在夜間會發光。例如夜皇后的花蕊中就有豐富的磷質，會像螢火蟲一樣散發出熒光。其中夜光樹主要是分布在北美的原始森林，和我國江西武功山裡。
