浙江
想象一下，在一片没有土壤甚至没有阳光的地方，植物依然能茁壮成长，这并不是科幻小说里的场景，而是现代科技带给我们的奇迹——植物工厂。有了植物工厂，在无人的沙漠、严寒的冰川，甚至在遥远的火星，植物都可以萌芽、生长、开花、结果……
11月2日上午，阳光明媚，浙江省科协的科学咖啡馆内座无虚席，气氛热烈。湘湖实验室植物光生物转化团队的学科带头人、博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者林荣呈教授，带来了精彩的分享《植物的眼睛：揭秘植物工厂背后的科学》，与现场观众展开了一场别开生面的科学对话。
植物也有“眼睛”
还能看见人眼看不见的光
“植物有眼睛吗？”活动一开始，林荣呈就抛出了这个问题，台下的小朋友们争先恐后地回答：“有！”
林荣呈微笑着点头，接着解释道：“我们人类的眼睛里有一个视网膜，上面分布着大量的特殊细胞，叫光受体细胞。而在植物体内，也有特殊的光受体细胞，这些受体分布在植物全身，不像我们人的光受体主要在我们的眼睛里面。这就是植物的‘眼睛’，它可以帮助植物来感知光线，指导它们的生长。”
植物的行为是怎么样被光控制的？林荣呈分享了一个我们都很熟悉的现象，“大家都知道向日葵总是朝向太阳，这是因为植物‘眼睛’的‘向光素’驱动了生长素的作用。”生长素在光照的刺激下，会在茎秆的背光面和向光面之间发生不均匀分布。随着一天中太阳位置的变化，向日葵茎秆两侧生长素的分布也随之变化，从而引导花盘转向太阳的方向。
向日葵的这一特性还启发了工程师们设计出高效的太阳能发电装置，这些装置能够像向日葵一样随太阳移动，确保光线始终垂直于其表面，从而达到高效聚光的目的。
关于植物和光的关系，林荣呈举例道，在我女儿上小学三年级的时候，我跟她做了一个小小的实验，她先在锡箔纸上写上“王”字，然后把这个“王”字进行镂空，把这个锡箔纸再盖在一片叶片上面，放到太阳下暴晒一个小时，再把这个锡箔纸揭开了之后就出现了一个“王”字，所以这个字是我们让太阳写上去的。
那这是为什么呢？因为植物的叶片上面包含着大量的细胞，每个细胞里面又有很多的叶绿体，被锡箔纸盖住的那部分细胞因为光线不足，所以叶绿体就比较均匀地分布在细胞里面，它希望去吸收更充足的阳光。而被阳光直接照射的那部分细胞因为光太强，它的叶绿体就躲到细胞的两边去，所以中间就空出来了，整体就形成了这样一个浅色的“王”字。
“植物的叶绿体根据光线强弱会‘跑来跑去’，而我们人类的细胞就没有这样一种能力，当在太阳光下暴晒的时候，我们的皮肤可就糟糕了。”林荣呈打趣道。
未来的农业生产新方式
为植物量身定制“光配方”
科学家们利用植物的这些特性，发明了“植物工厂”。
植物也有工厂，很多人可能第一次听到这个概念。林荣呈告诉大家，“植物工厂是一种全新的农业生产方式，它无需土壤，不占用耕地，也不使用农药，而是通过精确控制光照、温度、湿度、二氧化碳和营养液等因素，为植物创造一个理想的生长环境。”
现场林荣呈给大家播放了一个植物工厂的相关视频，画面中，一排排整齐的植物架层层叠叠，犹如一座座绿色的城堡，令人眼前一亮。“这个植物工厂的架子上面有六层，实际上可以根据高度不一样，达到十几层，使单位面积的产能效率大大提高。”
我们知道，在室外太阳光提供的是一个红橙黄绿青蓝紫全波长的光谱，可是植物的生长并不是所有的光都是等比例需要的，因此在这个封闭的植物工厂里面，怎样提供给植物最佳的一个生长的光环境，同时又节约能源、节约成本，这就成了一个需要解决的关键问题。
林荣呈团队在前期的研究基础上，借助快速发展的LED技术，将红、橙、黄、绿、青、蓝、紫光单独剥离出来，再进行不同的组合，为不同的植物或者同一个植物不同的生长阶段，量身定制最佳的光谱配方。“在植物工厂中，我们可以通过调整光谱配方，为不同的植物提供最适合的生长条件，从而大幅提高作物的产量和质量。”林荣呈特别提到，这种通过改变光谱配方的定向调控技术对药用植物的生产显得尤为重要。
把蔬菜种到厨房里
现场还有特殊的生菜“茶歇”
为了让大家亲身体验植物工厂的成果，林荣呈还带来了湘湖实验室的植物工厂生产的四种生菜给大家现场品尝。这些生菜色泽鲜亮，叶片饱满，看起来格外诱人。小朋友们兴奋地围了上来，有的迫不及待地拿起一片生菜，轻轻咬了一口，脸上露出了惊喜的表情。“这个菜吃起来有点微甜，水分也比较足！”一位小朋友兴奋地分享了自己的感受。
到了互动环节，小朋友们更是对植物工厂充满了好奇，纷纷举手提问。“火星上的植物工厂生产的蔬菜水果和地球上的会有什么不同？”“我们吃的这个植物工厂生产的蔬菜和大棚种植的有什么不一样？”“在植物工厂里，那些开花结果需要授粉的植物怎么办呢？”
林荣呈一一给大家解答，“在植物工厂中种植的蔬菜和水果，没有农药污染，没有病虫害，更加安全可靠，可以说是源自大自然又高于大自然。”林荣呈总结道，“小朋友们的问题都非常好，我们国家关于植物工厂的研究起步晚，还有很多问题在等着我们去探索。”
关于植物工厂的未来发展，林荣呈充满了期待：“未来，植物工厂将不仅仅局限于城市的大型设施，小型的迷你植物工厂也将进入普通家庭，让人们可以在厨房里种植新鲜的蔬菜。”而在空间站、极地考察站、海岛以及军舰和潜艇等特殊环境中，植物工厂更是能为人们提供持续的食物保障。“或许有一天，当人类踏足火星时，植物工厂将成为我们生存的重要保障。”
ABOUT.科技成果科普发布
作为全国样本、浙江创新，由浙江省科协和都市快报联手打造的“科技成果科普发布”已经举办了六年，持续关注前沿科技，打造了“国家级—省级—市级—（区）县级”四级联动、协同发展、社会科普资源互通共享的新局面。每期活动都会请到深耕一线的科学家来讲述最前沿的科技成果和成果背后的科学故事。
来源：省科协科普部、都市快报·橙柿互动
责编：叶 扬
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