新型生物传感器：基因改良植物遇有害气体变色

一项最新研究表明，植物可以作为一种早期预警系统，保护我们免受家中有害物质的侵害。植物对空气中的化学物质和细菌很敏感。

科学家们可以通过向植物增加气孔来人为地增强这一特性，气孔是植物细胞中允许气体进入的小孔。先前的研究已经设计出基因改良的家庭植物，当暴露在霉菌、流感、挥发性化合物(VOCs)甚至氡气体中时可以改变颜色或荧光。这使得它们可以充当生物传感器。到目前为止，这些经过改良的植物只在实验室中进行了测试。然而，科学家们表示，未来的应用可能会让这些植物在我们的家庭和办公室出现问题时充当敏感的警报。

当丈夫尼尔和妻子苏珊·斯图尔特与他们的朋友、大学的拉纳·阿布达耶博士就转基因植物的潜在用途进行谈话时，他们就想到了用植物来指示空气中的变化。田纳西大学的工作人员随后开始为室内植物的未来设计蓝图，希望将美观与增加功能性结合起来。

该研究的合著者尼尔•斯图尔特(Neal Stewart)说，室内植物在我们的家庭环境中无处不在。他说：“它们可以做的远不止放在那里，为空间增加美感。”“它们可以提醒我们在我们的环境中存在危险。”在一篇发表在著名期刊《科学》(Science)上的论文中，作者提到了利用生物技术设计的几种与环境相关的植物传感器。事实上，曾经被称为基因工程的东西已经发展成为一个叫做合成生物学的研究领域，它旨在设计和构建新的生物实体或系统。为了达到生物传感器的可行性，未来的植物必须以密集的排列出现。

研究人员称，潜在的“植物墙”可能是最好的环境监测仪，同时也能满足我们在室内环境中增加与自然的联系。尼尔·斯图尔特博士说:“通过合成生物学的工具，我们就有可能让这些装饰植物同时满足我们的观感并充当监测有害气体或挥发性有机化合物的预警系统。”作者在他们的论文中写道，人们热爱自然，想把更多的自然带入他们的生活。这种人类的“亲生物”倾向可采用经特定基因工程设计过的植物。植物如何与化学物质交流?植物有几种巧妙的交流方式，它们都涉及释放和检测化学物质。

一些最常用的化学物质有：乙烯、赤霉素、生长素和单宁。生长素在植物生命周期中许多生长和行为过程的协调中起着重要的作用，对植物体的发育至关重要。这种化学物质使植物能朝着阳光生长。它流向植物的阴暗面的浓度更高，从而促进生长。这促使植物的顶端，连同花朵，朝向光，并确保植物最大限度地暴露在阳光下乙烯是最简单的烯烃化合物，在水果成熟中起关键作用。当一种水果释放这种化学物质时，它会促使附近所有的水果加速它们的成熟过程。这就是为什么成熟的和未成熟的水果应该分开存放，因为如果把整个果盘放在一起，整个果盘就会“熟”得更快。赤霉素在植物的生长中起着至关重要的作用，因为它们有助于单个细胞的伸长。它们也参与了其他一些过程，包括成熟、发芽和开花。

丹宁酸在植物防御中起作用，当植物被动物吃掉时自然产生。它们被设计成令人讨厌的，因此阻止食草动物继续吞噬植物。然而，作为一种进化反应，一些动物已经对这些单宁酸产生了兴趣。这是推动进化的进化军备竞赛。田纳西大学建筑与设计学院(University of Tennessee College of Architecture and design's School of interior Architecture)助理教授拉纳•阿布达耶(Rana Abudayyeh)博士补充道:“亲生物设计建立在我们与自然的内在联系的基础上，因此将亲生物元素整合到室内体积中，在空间和体验上具有丰富的意义。”将预警系统设计到室内植物上是革命性的。它允许空间内的亲生物元素在空间中扮演更完整的角色，积极地为居住者的整体幸福做出贡献。科学家们计划将他们的研究从实验室扩展到家庭、学校、医院和办公室。

Abudayyeh博士继续说道:“我们的工作应该使室内环境更适合使用者的整体健康和福祉，同时继续为人们提供植物每天带来的好处。”“我很高兴我的学生能参与这项突破性的研究，他们将这种创新融入室内空间设计。”“这个长期项目是两个看似无关的学科：室内建筑和植物科学之间独特而有趣的伙伴关系。”