新型生物傳感器：基因改良植物遇有害氣體變色

一項(xiàng)最新研究表明，植物可以作為一種早期預(yù)警系統(tǒng)，保護(hù)我們免受家中有害物質(zhì)的侵害。植物對(duì)空氣中的化學(xué)物質(zhì)和細(xì)菌很敏感。

科學(xué)家們可以通過(guò)向植物增加氣孔來(lái)人為地增強(qiáng)這一特性，氣孔是植物細(xì)胞中允許氣體進(jìn)入的小孔。先前的研究已經(jīng)設(shè)計(jì)出基因改良的家庭植物，當(dāng)暴露在霉菌、流感、揮發(fā)性化合物(VOCs)甚至氡氣體中時(shí)可以改變顏色或熒光。這使得它們可以充當(dāng)生物傳感器。到目前為止，這些經(jīng)過(guò)改良的植物只在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了測(cè)試。然而，科學(xué)家們表示，未來(lái)的應(yīng)用可能會(huì)讓這些植物在我們的家庭和辦公室出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)充當(dāng)敏感的警報(bào)。

當(dāng)丈夫尼爾和妻子蘇珊·斯圖爾特與他們的朋友、大學(xué)的拉納·阿布達(dá)耶博士就轉(zhuǎn)基因植物的潛在用途進(jìn)行談話時(shí)，他們就想到了用植物來(lái)指示空氣中的變化。田納西大學(xué)的工作人員隨后開(kāi)始為室內(nèi)植物的未來(lái)設(shè)計(jì)藍(lán)圖，希望將美觀與增加功能性結(jié)合起來(lái)。

該研究的合著者尼爾?斯圖爾特(Neal Stewart)說(shuō)，室內(nèi)植物在我們的家庭環(huán)境中無(wú)處不在。他說(shuō)：“它們可以做的遠(yuǎn)不止放在那里，為空間增加美感?！薄八鼈兛梢蕴嵝盐覀?cè)谖覀兊沫h(huán)境中存在危險(xiǎn)?！痹谝黄l(fā)表在著名期刊《科學(xué)》(Science)上的論文中，作者提到了利用生物技術(shù)設(shè)計(jì)的幾種與環(huán)境相關(guān)的植物傳感器。事實(shí)上，曾經(jīng)被稱為基因工程的東西已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)叫做合成生物學(xué)的研究領(lǐng)域，它旨在設(shè)計(jì)和構(gòu)建新的生物實(shí)體或系統(tǒng)。為了達(dá)到生物傳感器的可行性，未來(lái)的植物必須以密集的排列出現(xiàn)。

研究人員稱，潛在的“植物墻”可能是最好的環(huán)境監(jiān)測(cè)儀，同時(shí)也能滿足我們?cè)谑覂?nèi)環(huán)境中增加與自然的聯(lián)系。尼爾·斯圖爾特博士說(shuō):“通過(guò)合成生物學(xué)的工具，我們就有可能讓這些裝飾植物同時(shí)滿足我們的觀感并充當(dāng)監(jiān)測(cè)有害氣體或揮發(fā)性有機(jī)化合物的預(yù)警系統(tǒng)?！弊髡咴谒麄兊恼撐闹袑懙?，人們熱愛(ài)自然，想把更多的自然帶入他們的生活。這種人類的“親生物”傾向可采用經(jīng)特定基因工程設(shè)計(jì)過(guò)的植物。植物如何與化學(xué)物質(zhì)交流?植物有幾種巧妙的交流方式，它們都涉及釋放和檢測(cè)化學(xué)物質(zhì)。

一些最常用的化學(xué)物質(zhì)有：乙烯、赤霉素、生長(zhǎng)素和單寧。生長(zhǎng)素在植物生命周期中許多生長(zhǎng)和行為過(guò)程的協(xié)調(diào)中起著重要的作用，對(duì)植物體的發(fā)育至關(guān)重要。這種化學(xué)物質(zhì)使植物能朝著陽(yáng)光生長(zhǎng)。它流向植物的陰暗面的濃度更高，從而促進(jìn)生長(zhǎng)。這促使植物的頂端，連同花朵，朝向光，并確保植物最大限度地暴露在陽(yáng)光下乙烯是最簡(jiǎn)單的烯烴化合物，在水果成熟中起關(guān)鍵作用。當(dāng)一種水果釋放這種化學(xué)物質(zhì)時(shí)，它會(huì)促使附近所有的水果加速它們的成熟過(guò)程。這就是為什么成熟的和未成熟的水果應(yīng)該分開(kāi)存放，因?yàn)槿绻颜麄€(gè)果盤放在一起，整個(gè)果盤就會(huì)“熟”得更快。赤霉素在植物的生長(zhǎng)中起著至關(guān)重要的作用，因?yàn)樗鼈冇兄趩蝹€(gè)細(xì)胞的伸長(zhǎng)。它們也參與了其他一些過(guò)程，包括成熟、發(fā)芽和開(kāi)花。

丹寧酸在植物防御中起作用，當(dāng)植物被動(dòng)物吃掉時(shí)自然產(chǎn)生。它們被設(shè)計(jì)成令人討厭的，因此阻止食草動(dòng)物繼續(xù)吞噬植物。然而，作為一種進(jìn)化反應(yīng)，一些動(dòng)物已經(jīng)對(duì)這些單寧酸產(chǎn)生了興趣。這是推動(dòng)進(jìn)化的進(jìn)化軍備競(jìng)賽。田納西大學(xué)建筑與設(shè)計(jì)學(xué)院(University of Tennessee College of Architecture and design's School of interior Architecture)助理教授拉納?阿布達(dá)耶(Rana Abudayyeh)博士補(bǔ)充道:“親生物設(shè)計(jì)建立在我們與自然的內(nèi)在聯(lián)系的基礎(chǔ)上，因此將親生物元素整合到室內(nèi)體積中，在空間和體驗(yàn)上具有豐富的意義。”將預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)到室內(nèi)植物上是革命性的。它允許空間內(nèi)的親生物元素在空間中扮演更完整的角色，積極地為居住者的整體幸福做出貢獻(xiàn)。科學(xué)家們計(jì)劃將他們的研究從實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)展到家庭、學(xué)校、醫(yī)院和辦公室。

Abudayyeh博士繼續(xù)說(shuō)道:“我們的工作應(yīng)該使室內(nèi)環(huán)境更適合使用者的整體健康和福祉，同時(shí)繼續(xù)為人們提供植物每天帶來(lái)的好處?！薄拔液芨吲d我的學(xué)生能參與這項(xiàng)突破性的研究，他們將這種創(chuàng)新融入室內(nèi)空間設(shè)計(jì)。”“這個(gè)長(zhǎng)期項(xiàng)目是兩個(gè)看似無(wú)關(guān)的學(xué)科：室內(nèi)建筑和植物科學(xué)之間獨(dú)特而有趣的伙伴關(guān)系?！?/p>