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神奇的发光植物点亮夜空,为人们营造出浪漫的氛围——这是电影《阿凡达》中的梦幻场景。很多观众在看电影时,不仅被故事情节所吸引,陶醉在美轮美奂的场景中,更是期盼着自己也能生活在这样的奇异世界里。这个愿望看似遥远,却很有可能在不久的将来随着科学家对于人造发光植物的研究不断取得突破而成为现实。
节电美观前景甚好
近日,美国科学家研发出一款名为“StarlightAvatar”的发光植物。该植物使用基因工程技术,可以像萤火虫一样自身发出光芒。据悉,这款名为“StarlightAvatar”是世界上第一株人工合成的可以发光的植物,尽管该植株发出的光芒还十分微弱,但此研究着实迈出了梦想照进现实的第一步。
顾名思义,人造发光植物是通过人为控制手段,使原本不具有发光能力的植物获得发光能力。据了解,为实现植物自发光,科学家通常采用转基因技术,把发光基因转入植物细胞内,使植物能够发光。早在1983年,美国加利福尼亚大学的研究人员就提出利用人工方案使植物发光的大胆设想,并着手展开研究。
利用转基因手段实现植物发光的实验机理十分有趣。据业内专家介绍,首先找到萤火虫的发光基因,然后用一种被称作“基因剪刀”的生物酶将其“剪”下来,再用一种连接酶把它“缝合”到作为“载体”的细菌上,随后将被改造的细菌培养一段时间,让它去感染特定植株,这样,萤火虫的发光基因就被移植到了植株的细胞里,这株植株就具备了自发光的特性。
“利用转基因技术实现人工制造发光植物,无论是从技术层面还是从理论层面都已趋于成熟,创制可发光植物目前看来已并非难事。”长期从事高等植物光控发育分子机理研究的上海交通大学生命科学技术学院教授杨洪全在接受中国知识产权报记者采访时说。
可以设想,如果转基因发光植物未来能够得到推广,那人造发光植物就可以代替街灯来照亮街道。也就是说,无需通电,树木就可以自身发光,节电的同时带给人们全新的体验。
技术瓶颈有待突破
发光植物的应用前景十分美好,因为它不仅能缓解能源压力,还能带给人们前所未有的视觉体验。那发光植物相关技术目前的研究现状如何?梦想离现实还有多远?
记者以“发光植物”为关键词,对中国专利申请进行专利检索发现,与其相关的中国专利申请并不多,共计12件。在这12件专利申请中,有一些是通过向植物表面涂抹特殊材料而使植株实现发光的,这与生物自发光的机理不同。此外,还有一些是与发光植物相关的实用新型专利,如模仿植物形态而设计的能发光的植物状装饰灯等。从某种意义上来讲,这反映出利用转基因技术实现植物发光照明的研究热潮尚未到来。
在上述12件专利申请中,与转基因发光植物相关的专利申请仅为2件:一件是名为“转基因生物发光植物”(专利申请号为CN03817064.7)的发明专利申请,其摘要显示,该发明创建了转基因植物,其中掺入有荧光素酶基因和相应的荧光素底物基因,调节这些基因,就能使生物发光。该专利申请人来自国外。另一件是名为“一种植物发光转基因方法及发光仙人球”(专利申请号为CN201310396243.7)的发明专利申请,其摘要显示,该技术方案涉及一种植物发光转基因的方法,包括荧光素酶基因群扩增、荧光素酶基因群与载体的构建、基因测序,以及进行转代筛选稳定发光植物体等方法。该专利申请的申请人是无锡添然农林科技有限公司。
记者在采访中了解到,尽管发光植物的发展前景甚好,但却存在着很多技术瓶颈。“现阶段的发光植物仅能发出十分微弱的光芒,需要人们在极黑暗的情况下才能看到,有的甚至微弱到人眼不可见,需要借助外界仪器才能捕捉到。”杨洪全告诉记者,目前用技术手段培育出的发光植株还只可满足景观观赏,尚不具备代替照明的能力。
中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员焦雨铃也表示,目前还没有发现任何蛋白质或其他生物体内的分子能够发出足够照明的强光。
“用发光植物代替灯光照明,要走的路还很长”。未名兴旺系统作物设计前沿实验室高级技术经理汪颖在接受本报记者采访时表示,发光植物研究要想获得重要进展,必须在光强度方面取得突破。其中,最直观的解决办法是能够找到大量荧光蛋白的表达基因,并对基因进行修饰、改造,提高蛋白质的发光效率,进而达到使植物发光照明的目的。据记者了解,在上述过程中,需要用到多个领域的尖端技术,操作起来难度相当大。
“尽管目前研究还存在着诸多亟需解决的技术难题,但我们对转基因发光植物的研究充满信心。”杨洪全表示,转基因发光植物研究的意义,不仅在于制造出能够代替照明系统的发光植物来造福人类,还在于通过这项研究进一步揭示植物生命的奥秘。(实习记者朱明枫)
(编辑:朱杉杉)
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