不儿，怎么真有人造出了《阿凡达》里的发光植物？！

电影《阿凡达3》正在热映，在该系列电影中，潘多拉星球简直是发光植物乐园，令人心向往之。

来源：电影《阿凡达》

想拥有一株同款植物，为家中增添神秘氛围感？那么在地球上有没有会发光的植物？

你可能会说，我知道！有发光蘑菇。

澳洲鬼菇，又称幽灵蘑菇Omphalotus nidiformis

来源：Facebook

的确，世界上有很多蘑菇会发光，但是蘑菇并不是植物啊喂！它是真菌真菌 真菌！在生物分类学上，真菌相比植物，甚至更接近动物，它们通常寄生在木头的腐殖质上或潮湿的地面。（素食主义者默默放下筷子上的蘑菇）

尽管有很多会发光的生物，如闪烁的萤火虫、发光的蘑菇、发光的水母，但是很遗憾，目前尚未发现真正能自己发光的植物。

维多利亚多管发光水母Aequorea victoria

来源：wiki

不过没关系！梦想还是要有的，毕竟科学家会帮我们实现。

1.向萤火虫学习发光黑科技！

科学家们一直在探索让植物发光的方法，致力于让“阿凡达的世界照进现实”。他们首先把希望投向了萤火虫。

萤火虫发光是一种化学反应，简单来说是因为它们的细胞里含有荧光素和荧光素酶，当萤火虫呼吸时，就像按灯的开关一样，氧气进入细胞，荧光素在荧光素酶的催化作用下发生化学反应，进而发出亮光。

1986年，美国科学家成功将萤火虫的荧光素酶基因导入烟草，培育出了能够发光的转基因烟草。这一里程碑式的成果，开创了发光植物研究的先河。

发光烟草

来源：参考文献[1]

但是这个方法有个问题，那就是植物体内本身并没有萤火虫身上的荧光素（发光底物），科学家们需要不断添加昂贵的外源底物，成本较高。发光效果也不是很好，只能发出非常微弱的光。

2.师法蘑菇的发光之道

2018年，科学家们又把目光投向了蘑菇。

荧光小菇Mycena chlorophos

来源：wiki

俄罗斯的科研人员对蘑菇的发光系统进行了深入研究，他们发现，蘑菇与萤火虫的发光机制类似，都依赖于“荧光素-荧光素酶”系统，但二者的荧光素来源不同。

蘑菇所使用的荧光素，来源于其自身与植物体内都天然含有的咖啡酸。通过四种关键酶的作用，咖啡酸可被转化为能发光的荧光素分子，并在发光后重新转化为咖啡酸，形成可持续循环的发光通路。

真菌荧光素生物合成和回收的途径

图中蓝色、绿色、红色、橙色标注的即为四种关键的酶

来源：参考文献[2]

此外，他们还发现将这一套酶系统转移到其他生物体内后，依然能够正常运作并实现发光功能。2020年，该团队将来自这四种酶对应的编码基因转入烟草基因组，成功创造出发光烟草。

俄罗斯科学家培育的会发光的烟草植株

来源：参考文献[3]

2024年，美国生物技术公司Light Bio嗅到了商机，通过将蘑菇基因植入矮牵牛中，培育出发光矮牵牛，已经成功进入美国市场售卖。

发光矮牵牛，一盆29美元，约合人民币206元

来源：Light Bio

2024年8月，浙江大学都浩团队在俄罗斯团队的方法上升级，创新性地采取“开源节流”策略，有效引导更多的发光底物（咖啡酸）流向发光代谢通路，减少它在其他代谢途径中的分流，成功研制了发光显著增强的植物。

即便是将鲜花从植物身上剪下来，这些花也可以持续发光3-5天。

浙大团队研制的发光植物，发光亮度能使人清楚看到后面的小字

来源：参考文献[4]

此外，研究发现发光植物释放出的光亮仅仅消耗植物白天光合作用储能的0.3％，不仅不影响植物正常生长，还非常低碳环保。

3.直接注射？还有这种操作？

除了利用基因工程改造植物的方法之外，有没有其他更直接的方法？

有的，朋友，有的。

2025年8月，华南农业大学张学杰团队利用材料工程的方法首次创造出会发光的多肉。他们通过将微米级长余辉颗粒注入多肉植物的细胞间隙，利用其致密均匀的叶肉结构实现颗粒快速均匀扩散。

长余辉颗粒悬浮液注入植物叶片过程

来源：参考文献[5]

长余辉颗粒本质上是一种磷光材料，磷光的发光原理和生物发光不同，属于光致发光，它的发光需要由光来激发，而在被光照射后，即使光线停止了，还能在一段时间内持续发光。

这些植物就像“光能充电宝”：白天利用太阳光充电，晚上在没有光源的情况下，还可以持续发光1-2小时。

通过改变不同的磷光材料，多肉植物还能发出黄色、红色、蓝色和蓝紫色等不同颜色的光，不管你喜欢冷色调还是暖色调，单色还是复色，总有一款适合你！

能发出多色光的多肉植物“美尼娜”石莲花

来源：参考文献[5]

在研究开展的10天时间内，改造后的植物的发光效果具有良好的稳定性，没有出现明显衰退，其体内的叶绿色、可溶性糖等指标也与正常植物水平相当，具有较好的生物相容性。最重要的是，它还非常便宜，一株发光植物的材料成本约为10元人民币。

怎么样，你有没有觉得《阿凡达》中的发光植物世界离我们并不遥远呢？

来源：截自《阿凡达3》预告片

或许不久的将来，我们在家就能栽上一棵经过基因工程改造或材料工程改造的发光植物，让它成为陪伴你入眠的温馨小夜灯。大规模种植还可以成为城市路灯或公园的照明景观灯，完美复刻《阿凡达》中的梦幻发光植物世界。

发光植物还非常环保，将颠覆生物能源的利用范式，谁说不是未来可期呢！

- 参考文献 -

[1] Ow D W, Wood K V, DeLuca M, et al. Transient and stable expression of the firefly luciferase gene in plant cells and transgenic plants[J]. Science, 1986, 234(4778): 856-859.

[2]Kotlobay A A, Sarkisyan K S, Mokrushina Y A, et al. Genetically encodable bioluminescent system from fungi[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018, 115(50): 12728-12732.

[3]Mitiouchkina T, Mishin A S, Somermeyer L G, et al. Plants with genetically encoded autoluminescence[J]. Nature Biotechnology, 2020, 38(8): 944-946.

[4]Ge J, Lang X, Ji J, et al. Integration of biological and information technologies to enhance plant autoluminescence[J]. The Plant Cell, 2024, 36(11): 4703-4715.

[5]Liu S, An Y, Zhang H, et al. Sunlight-powered multicolor and uniform luminescence in material-engineering living plants[J]. Matter, 2025.

作者：杨梦霞，上海科技馆展教中心馆员

科学审核：寿海洋，上海辰山植物园高级工程师

编辑：一星期

内容来自：上海科技馆

文章来源：科普中国