我们知道，萤火虫、水母、安康鱼、蘑菇、苔藓等很多生物都会发光。如果我们能利用最新的生物技术培育出发光植物，那么它可能成为无需电源的终极节能照明设备。大阪大学的永井健治教授等人正在基于这个想法培育发光的行道树。到2050年，发光的树木或许可以取代路灯为城市照明。
利用基因改造技术培育发光的白杨行道树（示意图，图片由大阪大学永井教授提供）
2022年1月美国拉斯维加斯举行了全球最大规模的消费电子展“CES”。会场上展示了发光白杨行道树的示意图。沿着笔直的道路栽种的白杨在阳光下与常见的行道树没什么区别。但到了晚上则会梦幻般地发光，照亮周围。
这是永井教授与奈良先端科学技术大学院大学的出村拓教授等人组成的研究团队发布的成果。由于疫情原因，由在美国当地的代表发表了发光蛋白相关的成果等。
据日本资源能源厅的数据，日本国内的写字楼和家庭消耗的电力中，30～40％用于照明等。虽然随着发光二极管（LED）照明等的普及，节能取得了进展，但占比仍然很大。
能否实现无需电源的照明呢？候选方案之一是使植物发光。可以模仿发光蘑菇等发光生物的遗传信息和发光机理，利用基因改造技术将遗传信息植入想让其发光的植物中。
自然界的生物发光机理大致可以分为两种。萤火虫和蘑菇等是利用分解蛋白质获得的能量自行“发光”，而吸收光并改变其颜色发光的“荧光”是水母等的发光机理。但是，发光蛋白发出的光比较弱，荧光蛋白没有其他能量则无法发光。“所以不能将生物的发光机理直接用于照明。”（永井教授）
为此，研究团队利用发光细菌的基因，制备了发光亮度比原来高10倍的蛋白质。这是通过结合细菌的基因和发光水母的基因实现的。通过将细菌的发光蛋白分解化学物质产生的能量转移给水母的荧光蛋白，可以有效发光。把产生新蛋白质的基因植入烟叶中后，烟叶在黑暗中发出了微弱的光。
目前永井教授已经培育出能够发蓝光、绿光和红光的地钱、拟南芥、烟草和仙客来等。
出村教授正在研究将开发的发光基因植入树木中。长期以来，人们就一直在研有利用基因改造技术培育抗旱植物。如果应用这种技术，“2～3年后应该能培育出发光树木”（出村教授）。
培育发光的树木时，亮度也很重要。过去，美国企业曾试图销售发光植物，但由于肉眼难以看到光而最终放弃的例子。
如果将它们用于室内照明或路灯，发光亮度需要达到当前水平的数十～数百倍。永井教授表示：“课题在于提高基因产生的蛋白质的量和效率。”目标是，首先开发出“发光观叶植物”，可将其用作房间的装饰而实现实用化。
探索不影响环境的方法
| 通过基因改造培育发光植物的主要动向与前景 | |
| 1980年代 | 推进植物的基因重组研究 |
| 1990年代 | 推进将发光蛋白植入植物中使其发光的研究 |
| 2000年前后 | 基本的植物基因重组技术确立 |
| 2012年 | 大阪大学的永井教授等人开发出能以多种颜色发光的更明亮的蛋白质 |
| 2018年 | 俄罗斯的研究团队成功培育出以肉眼可见的强度发光的植物 |
| 2025年前后 | 开发出可改变颜色自发发光的蛋白质 开发出在实验室里发光的树木 |
| 2040年以后 | 经过野外验证后，发光树木在路灯较少的地区等实现实用化 |
改造基因的方法在不断进步。除以往的重组技术外，最近还出现了有效改变基因目标位置的“基因组编辑”技术。日本的第一款基因编辑食品是筑波大学校办初创企业Sanatech Seed（东京港区）培育的番茄，将抑制血压上升的物质含量增加了约5倍。已从2021年9月开始销售。
生物多样性框架《卡塔赫纳生物安全议定书》对转基因生物进行了规范。目的是防止操作了基因的动植物等影响生态系统。发光植物的培育同样如此，“除技术课题外还存在伦理和产业化相关的课题”（出村教授）。
如果通过基因重组发光的行道树结出的种子扩散到了自然界会怎样？如果有人把它们带走并在其他地方种植又会怎样？这些问题都需要进行具体讨论。
研究团队目前关注的是扦插育苗的植物。白杨一般也通过扦插种植。出村教授表示：“通过基因改造将其变成不开花和不结种子等无法自然繁殖的植物后才能用于行道树。”
另外，在抑制对野生生物等的影响的同时，建设可持续发展社会的举措也很重要。
日文：北川舞、《日经产业新闻》，2022/02/04
中文：JST客观日本编辑部
