华南农业开发多色发光多肉，最长发光2小时，成本仅10元

植物发光效能的优化有望对生物学、建筑学及城市规划等领域产生深远影响。

自 20 世纪 80 年代末研究人员将萤火虫的基因插入烟草中，创造出第一株生物发光植物以来，制造发光植物的想法就一直吸引着科学家。这项工作为去年在美国市场上推出的第一个转基因发光室内植物奠定了基础。位于爱达荷州桑瓦利的生物技术公司 Light Bio 出售的矮牵牛可以发出的绿色光芒。

然而，调节植物的发光颜色、强度及可持续性等一直存在挑战。

近日，由广州华南农业大学材料与能源学院张学杰等人在Matter期刊发文，他们创新性地将微米级余辉粒子导入多肉植物。该方法突破了粒径与发光性能的传统权衡关系，成功制备出日光可充电的高亮度发光植物，并首次实现多色发光植物的成功研制。此外，该制备工艺简单经济，10 分钟内即可实现发光，为植物照明技术的实际应用开辟了新途径。

与通过细胞内的化学反应发光的矮牵牛不同，这种多肉植物之所以会发光，是因为其叶片中注入了由锶和铝制成并掺杂其他金属的荧光粉颗粒，它们会吸收特定波长光的能量，储存部分能量，然后在数小时内以不同波长缓慢地重新发射出来。

张学杰的研究方向主要包括：钙钛矿量子点荧光玻璃应用于宽色域液晶显示；稀土光功能材料应用于转光膜及植物照明灯；光功能玻璃（陶瓷）材料应用于激光照明与显示等。

余辉荧光粉，如 SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺（SA），具有出色的长余辉特性。这些材料在生物医学成像、信息存储、建筑装饰、涂料、造纸和食品安全等领域显示出巨大的应用潜力。与迄今为止发光颜色范围有限的转基因生物发光植物不同，余辉荧光粉涵盖了广泛的色调，包括红色和蓝色，并且可以组合产生白色光芒。

近年来，研究人员探索了它们在植物基照明中的应用。例如，Gordiichuk 等人利用绿色无机长余辉亚微米 SA 颗粒的余辉特性来增强植物的光学特性。他们成功地将叶肉细胞转化为光子电容器，赋予一些植物余辉功能。然而，这种方法受到颗粒大小的限制，需要特定的激发波长，无法高效地吸收和储存太阳能以供后续释放。此外，植物发光微弱，发光持续时间仅约 1 小时，且叶片内的光分布不均匀。

基于此，在这项研究中，研究人员探索了微米级荧光颗粒对植物发光的影响。

研究人员将含有铝酸锶的荧光粉研磨成不同大小的颗粒，然后注入多种植物中。他们发现，直径约为 7 微米的颗粒比植物中的纳米颗粒发光更亮，并且能够充满多肉植物（Echeveria Mebina）叶片的内部组织，从而产生更强、更均匀的发光。相比之下，具有简单叶片结构的植物，如烟草和白菜，发出的光则更为斑驳。

Echeveria Mebina是一种常见的室内多肉植物，生长着密集的肉质叶片形成的莲座状叶丛。其叶片密集且均匀的内部结构，以及丰富的细胞间空间，共同为发光颗粒建立了最佳扩散路径。

图 | 不同形态植物内粒子输送的均匀性

为了让每片叶子都发光，研究人员必须将荧光粉颗粒注入每一片叶子，这个过程大约需要 10 分钟。这种发光在将植物暴露于特定波长的光或阳光后，最高可持续长达 120 分钟。

为了评估发光植物的发光性能和稳定性，研究人员还进行了为期 10 天的光谱测量和观察研究。发光植物的发射光谱在 10 天内保持稳定，与初始状态相比，峰位没有发生位移，形状也没有发生变化，这表明植物内发光材料的稳定性；此外，通过数码相机捕捉到的余辉衰减显示，从第 0 天到第 10 天，发光强度和衰减速率保持一致。余辉图像进一步证实，可见余辉持续时间可达 2 小时，即使在 10 天后仍可检测到，凸现了植物发光的持久性。

值得注意的是，通过整合各种长余辉材料，研究人员生成了蓝绿色、蓝紫色、绿色、红色和白色等多种色调。

图 | 使用具有不同化学成分和发射颜色的余辉粒子构建发光植物

目前，研究人员已为该技术申请了专利（中国专利申请号：202411075973.1）。据研究人员估计，制造一株植物的材料成本约为 10 元（约合 1.40 美元）。

未来，研究人员希望通过使用更小的颗粒来取代逐片叶子注射的方法，因为这些颗粒更容易在植物体内扩散。但该团队需要克服一个障碍：颗粒越小，光晕越暗。

Light Bio 首席执行官 Keith Wood 表示，目前尚不清楚这些颗粒物如何影响植物在其生命周期内的健康。此外，研究人员承认，需要进行更多的安全测试。特别是，他们需要确定一片充满颗粒物的叶子如果被意外摄入是否会引起中毒。

1. Liu, S. et al. Matter https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102370 (2025).

2. https://www.nature.com/articles/d41586-025-02740-2

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