植物感光的“眼睛”：或可人工操縱

　　維斯特拉認為，植物光敏色素控制技術將給農業帶來巨大改變，其最大的推動作用是讓農民能以更高的密度進行栽植，在既定范圍內生產出更多的作物，從而節省空間和其他資源。

　　想在院子一小塊地里種出高產的玉米？想在臘月里開出美麗的月季花？美國威斯康星大學麥迪遜分校的理查德·維斯特拉（Richard Vierstra）多年來一直在鉆研的技術，將讓這些夢想很快成為現實。

　　近日，這位遺傳學教授的實驗室里又有新消息傳出，有望進一步推進這項工作。新的發現表明，植物借以感受光線的“眼睛”——光敏色素，有可能被人工操縱，也就是說人類可以“欺騙”樹蔭下的植物，讓它們以為是在太陽底下。

　　維斯特拉研究小組在近期的《美國國家科學院院刊》上首次揭示出植物光敏色素的結構。植物光敏色素是一種探測光線的重要分子，它告訴植物什么時候發芽、生長、制造養分、開花，甚至凋萎。這種光敏色素是一種光線傳感器，就像眼睛一樣。它將陽光轉化成化學信號，從而決定植物的生長。通過操縱光敏色素，研究小組可以改變一切植物的生長和發育條件。實驗結果在美國植物生物學家學會召開的年會上進行了宣讀。

　　“分子告訴植物什么時候開花。”維斯特拉說，“植物利用分子來感知是否被樹蔭遮住；植物利用光敏色素來產生色彩視覺——感知是否處在另一些植物的周圍。”

　　在此前的研究中，維斯特拉確定了感光細菌體內一種類似的光敏色素的結構。這項發現引導他進入植物領域。他已經在相關技術上獲得好幾項ZL，并且正在考慮將研究商業化。確定植物光敏色素的三維結構，將極大地推動技術進步。

　　維斯特拉說，這一發現對于農業最重要的推動作用之一，是讓農民能以更高的密度進行栽植，在既定范圍內生產出更多的作物，從而節省空間和其他資源。

　　目前，栽植作物時，植物之間的相對距離受到一定的限制。密度過高時，植物的葉片相互遮擋，不能充分接受光照。受到遮蔽的植物為了爭取更多的陽光，就會向上生長，將能量用于增長樹枝和樹干，而不是產生果實和種子。

　　這一過程的肇因是光敏色素，它能感知照射在植物上的光線波長。光照充足的植物吸收紅光，而光照不足的植物只能接收到剩下的遠紅光。光敏色素“看到”的光線類型，告訴植物究竟是向外、向上生長，還是開花、結果。光敏色素基于光照條件，在一種活躍狀態和不活躍狀態中循環。

　　“光敏色素在活躍態與不活躍態之間的光轉化，可以說是地球上最重要的變化，因為它讓植物進行光合作用，這樣才有了我們吃的食物，我們呼吸的氧氣。”維斯特拉說。

　　維斯特拉研究小組發現，他們可以通過對這種光線傳感器進行特定的改變，欺騙它更多地停留在活躍態。維斯特拉表示：“我們可以欺騙光敏色素，讓植物以為光照是充足的，哪怕實際并非如此。”

　　30年前，當維斯特拉還是威斯康星大學麥迪遜分校的博士后研究人員時，首次純化光敏色素蛋白質。現在他的研究又回到了這一領域。維斯特拉希望以研究小組的發現為支架，能提供一個從根本上改變農業的工具包。

　　這項工作受到美國國家科學基金會和美國威斯康星大學農業與生命科學學院的資助。維斯特拉在這項技術上的ZL歸威斯康星州校友研究基金會所有。