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生物发光是一种将化学能直接转化为可见光的自然现象。合成生物学的发展，使我们第一次能够将这一能力系统性地引入植物，并对其进行工程化改造。本实验室选择并重构了来源于真菌的生物发光体系，使发光过程能够与植物内源代谢网络耦合，为实现植物长期、稳定的自发光奠定基础，并为照明级应用提供可能。 我们的目标，并不仅是让植物“发光”，而是让植物成为一种全新的、可持续的照明载体。正如计算机最初占据整间房屋，而今天已可随身携带，发光植物当前的亮度仍然有限，但方向已经清晰。过去数年中，国际研究已在短时间内将植物发光强度提升约20倍。在此基础上，我们计划于2026年在现有体系上实现约100倍的发光强度提升，使植物发光达到满月级亮度。在此过程中，我们已在前人研究基础上实现了约5倍的进一步增强，为该亮度提升路径提供了初步验证。这一进展并非源于简单的参数调整，而是建立在对植物代谢网络与发光体系进行系统性工程重构的基础之上。目前，我们已经成功构建了稳定自发光的拟南芥和烟草体系，实现了植物在正常生长条件下的持续发光，为后续亮度提升与应用拓展奠定了坚实基础。
我们相信，植物自发光不仅是一种新型生物性状，更代表了一种不同于传统电力系统的照明思路：光直接来源于生物代谢过程，不依赖外部电能输入，不产生额外碳排放，并可与城市空间、建筑与生态系统自然融合。 即便今天尚未达到理想亮度，但正如所有颠覆性技术的早期阶段——重要的不是“现在够不够亮”，而是“方向是否正确”。 而我们，正沿着这条通向植物照明与生物能源的道路，持续前行。
 一、棉纺织业化学染色危害与天然彩色棉花研究意义 1.棉纺织业化学染色的危害 健康威胁：传统化学染色要用超 300 种化学物质，成品残留的偶氮染料、甲醛等有致癌性，像会增加白血病风险，长期接触还易引发皮肤过敏、呼吸疾病。 环境污染：印染废水是我国第三大工业污染源，含大量有毒物质，处理难，会造成水体富营养化、土壤重金属积累和生物多样性受损。化学染料生产和使用中释放的 VOCs，会加重空气污染。 2.天然彩色棉花研究的意义 环保价值：彩棉无需漂白与化学染色，从种植到成衣“零污染”，化学物质使用减少超 90% ，大幅降低纺织业碳足迹。 健康优势：天然色素无化学染料残留，符合国际环保标准，适合开发婴幼儿、敏感肌人群的纺织品。 经济潜力：彩棉制品价格是普通棉的 3 - 5 倍，能推动农业结构升级，促进高附加值纺织产品出口。 二、天然绿色棉花色素合成机制研究 绿色色素提取鉴定：运用化学方法分离提取绿色棉花中的绿色成分，通过质谱鉴定其化合物。 代谢组学分析：识别绿色棉纤维里的色素前体，像叶绿素衍生物、类黄酮等，对比白棉找出差异代谢物。 基因调控探索：借助转录组测序找出色素合成关键基因，比如查尔酮合成酶、MYB 转录因子，验证其在纤维发育时的时空表达模式。 环境影响研究：探究光照、温度等环境因素对色素代谢通路的作用，剖析绿色素稳定性差的分子原因。 三、遗传改良方向 基因编辑优化：利用 CRISPR/Cas9 技术编辑色素合成关键基因，提高绿色棉纤维色泽均匀度和牢度。 培育优质品种：融合传统育种与合成生物学思路，培育稳定性强、纤维品质好的绿色棉新品种。 传统的植物代谢工程往往依赖持续、高强度的基因表达。在复杂合成通路中，这种静态调控方式容易导致代谢失衡、毒性中间体积累以及长期表达不稳定，从而限制了植物细胞工厂在高价值天然产物制造中的效率与可靠性。 我们探索一种不同的路径：以光作为调控指令，对植物代谢过程进行程序化控制。光信号具有非侵入、可逆和高时空分辨率的天然优势，使代谢通路能够按照预设逻辑动态启停和持续优化。通过将光遗传调控模块与代谢通量调节及状态反馈相结合，植物细胞工厂不再是被动运行的表达体系，而是升级为可编程、可调节的工程系统。 围绕异黄酮、紫杉醇以及彩色棉花色素等代表性天然产物，我们已在烟草、拟南芥和棉花等植物底盘中构建光控代谢程序，实现关键酶表达的时序调控与代谢流的动态分配。在保证植物正常生长的前提下，该策略显著提升了目标产物的合成效率，同时降低了代谢负担与副产物积累。 通过构建光—代谢—反馈的闭环调控框架，这一研究为植物细胞工厂提供了一条具备可预测性、可扩展性和长期稳定性的工程路径，为高价值天然产物的绿色制造以及新型植物性状的理性设计奠定基础。
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