蘑菇基因移植菸草 亮度提高10倍 基改發光植物 為城市點燈

編譯韋士塔 |2020.06.06
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一些海洋生物可將能量轉化為光能。 圖/美聯社

編譯韋士塔

俄羅斯、英國和奧地利的科學家合作,培育出能夠自行發光的基因改造植物;未來的綠色城市或許不需消耗電力,就能靠這些植物在夜間提供照明,改善社區安全,並減少用電產生的碳足跡。

俄羅斯科學院生物有機化學研究所、奧地利科學技術研究院、倫敦醫學科學研究所與生物科技新創公司合作,將一種發光蘑菇的基因移植到菸草植物身上,讓這種特殊植物的根、莖、葉、花都能散發出綠光,並持續整個生命周期,從種子形態到發芽成熟以至枯萎,均能發光。

研究團隊之前曾經以生物發光(bioluminescence)細菌或螢火蟲的DNA改造植物,最新品種則以生物發光真菌的DNA改造。生物發光是指生物將能量轉化為光能的化學反應,最為常見的就是螢火蟲;此外,生物發光現象可在一些真菌、魚類、海洋無脊椎動物身上發現,但過去較未注意植物是否也能自體發光。

研究人員表示,生物發光細菌的DNA改造技術很複雜,發光亮度不夠,且無法持續自行發光。生物發光真菌效果較好,並且不需加入任何物質;新培育出的基改菸草植物,亮度提高了10倍。

生物發光真菌基改植物持續發光的關鍵,是一種稱為「咖啡酸」(caffeic acid)的有機分子,這是植物製造細胞壁的必要分子。發光蘑菇能透過代謝循環把咖啡酸轉化為發光的氧化分子,並且能把這種分子再轉換為咖啡酸,不斷循環。

這是發光植物研究領域的重大突破。過去,麻省理工學院(MIT)的科學家曾研發一項植物照明技術,讓植物可以自動發光;不過,這種植物的發光時間有限,亮度也不足以取代現有的照明設備。

科學家指出,發光植物技術的突破,不僅讓亮度增強、照明時間延長,還能提供一種觀察植物新陳代謝的新方法,未來也可能應用在觀賞或裝飾用的植物上。

發光植物也可能協助改善氣候變遷問題;倫敦雅路普(Arup)工程與設計顧問公司提出「綠色城市」的概念,尋求各種保護城市的方法。該公司的願景,是以自然方式解決地球暖化相關問題,例如以透水性的材料取代水泥與柏油路,並增加植被以防治水災;另外則是打造城市農場,緩解糧食危機。

發光植物也是綠色城市計畫的重要一環,雅路普的景觀建築部門主管亞莫爾(Tom Armour)指出,2050年全球人口可能成長至90億人,其中有7成居住在城市;因此,運用最新科技提升都市環境的永續性勢在必行。

夜間照明是都市生活的重要設施,但也會消耗大量能源。因此,研究人員正嘗試不須消耗電力就能發光的方式;目前已研發出的解決方案之一,是能附著在固體表面並在夜間發光的塗料。亞莫爾表示,如果能大量栽種發光植物,成效會比化學塗料更好;據統計,照明占全球能源消耗量的2成,每年產生2億噸二氧化碳。如果發光植物能夠量產,將可以取代多數燈具,有效降低全球碳排放。

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