花朵變夜燈

成語(yǔ)“囊螢映雪”同學(xué)們都熟悉吧？1600多年前，有一個(gè)叫車(chē)胤的小孩在裝滿螢火蟲(chóng)的“燈”下刻苦攻讀，終成大器，成就了一段刻苦學(xué)習(xí)的佳話。今天，螢火蟲(chóng)很少出現(xiàn)在城市中，更不用說(shuō)把它們抓起來(lái)當(dāng)燈照明。不過(guò)，未來(lái)，我們倒是有可能在一盆發(fā)光的綠植旁看書(shū)。

植物發(fā)光很稀少

在自然界，一些昆蟲(chóng)、魚(yú)類、真菌和藻類生物能發(fā)光，其中鼎鼎大名的有螢火蟲(chóng)、燈籠魚(yú)、發(fā)光蘑菇和夜光藻，但是唯獨(dú)沒(méi)有植物

其實(shí)，這也不難理解，以上這些發(fā)光生物都是異養(yǎng)生物。它們獲取營(yíng)養(yǎng)的效率相對(duì)較高，并且發(fā)光對(duì)它們都具有實(shí)際價(jià)值一螢火蟲(chóng)發(fā)光是為了尋找配偶，燈籠魚(yú)發(fā)光是為了吸引獵物，蘑菇發(fā)光是為了吸引傳播孢子的昆蟲(chóng)。而植物發(fā)光對(duì)自己并沒(méi)啥好處，并且它們?cè)谶M(jìn)行光合作用時(shí)，光能轉(zhuǎn)化效率平均只有0.3%＼～0.5%，最高也就只有1%。植物怎么可能白白浪費(fèi)這些寶貴的能量呢？

那植物是不是完全不可能發(fā)光呢？也不盡然。

知識(shí)鏈接

異養(yǎng)生物，指的是不能自己合成有機(jī)物，必須以外源有機(jī)物為食物，通過(guò)分解、氧化有機(jī)物來(lái)獲取能量的生物。

探索讓植物發(fā)光的方法

說(shuō)起來(lái)，生物發(fā)光的原理并不復(fù)雜，只需要“燃料”一氧氣和催化劑，就能行了。

我們先來(lái)看看螢火蟲(chóng)的發(fā)光原理。螢火蟲(chóng)發(fā)光器中的熒光素、熒光素酶、氧及三磷酸腺苷（ATP，這是所有生物細(xì)胞的通用能量），會(huì)進(jìn)行復(fù)雜而高效的生化反應(yīng)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是ATP、熒光素先與熒光素酶結(jié)合成一個(gè)復(fù)合體，隨后氧氣負(fù)責(zé)將這個(gè)復(fù)合體“點(diǎn)燃”（氧化），最后釋放二氧化碳和光。通過(guò)這個(gè)生化反應(yīng)，儲(chǔ)存在ATP中的生物能就轉(zhuǎn)化成了光能

那么，如何讓植物發(fā)光呢？植物體內(nèi)肯定不缺ATP，也不缺氧氣，熒光素酶的基因?qū)胍埠苋菀祝菬晒馑貜暮味鴣?lái)是個(gè)大問(wèn)題。就好像灶臺(tái)和風(fēng)箱都準(zhǔn)備好了，就是沒(méi)有柴火，這火也燒不起來(lái)。之前科學(xué)家的做法就是人為地給植物細(xì)胞添加螢火蟲(chóng)的熒光素酶，可經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后，熒光素酶就會(huì)消耗殆盡。這絕非長(zhǎng)久之計(jì)。還有其他方法嗎？

我國(guó)科學(xué)家在研究中發(fā)現(xiàn)，真菌能夠利用咖啡酸合成熒光素，并將其納入真菌發(fā)光系統(tǒng)里。而咖啡酸就是植物代謝必然產(chǎn)生的一種化學(xué)物質(zhì)。柳暗花明，可以讓植物發(fā)光的技術(shù)路線出現(xiàn)了：將咖啡酸先轉(zhuǎn)化為中間產(chǎn)物牛奶樹(shù)堿，再經(jīng)過(guò)酶催化，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為熒光素，最后熒光素在熒光素酶的催化作用下氧化并釋放光能

通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)，科學(xué)家在植物體內(nèi)搭建起了一條轉(zhuǎn)化咖啡酸、生產(chǎn)熒光素的流水線，并且這條流水線工作得很順暢。

植物發(fā)光用處大

可能有同學(xué)會(huì)問(wèn)： “夜晚，我能借助發(fā)光植物的光看書(shū)嗎？”目前還不能。 因?yàn)榘l(fā)光植物發(fā)出的光太微弱，其亮度大致相當(dāng)于指示方向的熒光燈帶。想實(shí)現(xiàn)常規(guī)照明，還需要時(shí)間。

那植物發(fā)光還有什么用呢？有，而且有很重要的用途

首先，發(fā)光植物可以成為環(huán)境指示植物。我們可以將發(fā)光基因與特定的環(huán)境感受基因結(jié)合在一起，當(dāng)環(huán)境中出現(xiàn)重金屬或化學(xué)污染物時(shí)，植物就會(huì)發(fā)光。發(fā)光植物可以成為有效的環(huán)境檢測(cè)器。其次，發(fā)光植物還可以幫我們了解農(nóng)作物的生長(zhǎng)狀況。當(dāng)農(nóng)田缺水或某種肥料時(shí)，植物就會(huì)發(fā)光，指示我們給予它們生長(zhǎng)支持。當(dāng)然，夜晚在綠化帶里看到奇妙的發(fā)光植物，是不是也是一種別樣的視覺(jué)體驗(yàn)？

未來(lái)的發(fā)光植物表現(xiàn)如何，我們拭目以待！

生物熒光和磷光

除了生物發(fā)光，在自然界還存在兩種有關(guān)的特殊發(fā)光現(xiàn)象：生物熒光和磷光。

先說(shuō)生物熒光。水母體內(nèi)有一種特殊的綠色熒光蛋白（GFP）。GFP的發(fā)色團(tuán)能夠在紫外光或藍(lán)光的激發(fā)下，以綠色光的形式將能量釋放出來(lái)。有意思的是，綠色熒光蛋白并沒(méi)有儲(chǔ)備能量的能力。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是只有當(dāng)光照射它們時(shí)，它們才會(huì)亮；沒(méi)有光照時(shí)，它們絕對(duì)不亮。

磷光，是某些礦物在接受特別光照之后，持續(xù)發(fā)出的微弱的可見(jiàn)光，且持續(xù)時(shí)間要超過(guò)10秒，否則就歸屬于熒光。夜明珠發(fā)出的光就屬于磷光。