2026年8月6日，一项发表于国际学术期刊《Frontiers in Plant Science》的研究震惊了食品科技界。由伦敦帝国理工学院、贝索斯可持续蛋白中心、剑桥植物生物技术公司Kyomei，以及南昌大学组成的联合研究团队，首次成功在生菜和烟草的叶绿体中稳定生产出动物肌肉蛋白——肌红蛋白（Myoglobin）。

这项研究标志着人类第一次让普通植物成为生产“肉味”蛋白的天然工厂。

一、肌红蛋白：植物肉“仿肉”之路的最大难题

肌红蛋白是一种存在于所有脊椎动物肌肉中的血红素蛋白，在心脏和骨骼肌中含量尤其丰富。它承担着三项关键功能：

赋予肉类的红色。肌红蛋白能够结合氧气，正是这种氧合作用赋予了生肉鲜红的色泽。

提供肉类的独特风味。肌红蛋白富含铁元素，在加热后会产生金属感和鲜味（umami）风味，这是“肉味”的核心来源。

补充高效铁营养。肌红蛋白中的血红素铁（heme iron）是人体吸收效率最高的膳食铁形式，远优于菠菜、扁豆等植物来源的非血红素铁。

正因如此，肌红蛋白一直是植物基肉类产品最难复制的关键分子。此前，Impossible Foods采用的是大豆豆血红蛋白，通过基因工程酵母在工业发酵罐中生产。而这项研究提出了一个完全不同的问题：如果作物本身就能生产动物蛋白，不需要工业发酵罐呢？

二、技术突破：用“基因枪”把动物基因“射”进叶绿体

研究团队首先克隆了猪和牛的肌红蛋白基因。随后，他们使用一种名为“基因枪”（gene gun）的设备——一种生物弹道传递系统——将携带肌红蛋白基因的微观金颗粒，物理“射击”进烟草和生菜幼苗的叶绿体中。

之所以选择基因枪法而非更常见的农杆菌转化法，是因为植物细胞壁过于坚固，DNA无法简单扩散进入，必须在高压下“注射”进去。部分金颗粒穿透了细胞并进入叶绿体内部，新DNA成功整合到叶绿体的环状基因组中。经过组织培养，成功转化的幼苗被培育成完整植株。

为什么选择叶绿体，而非细胞核？

研究团队没有将肌红蛋白基因插入植物细胞核的常规基因组，而是选择放入叶绿体——植物细胞内负责光合作用的小型细胞器，它拥有自己独立的迷你基因组。

叶绿体源自远古时期被吞噬的自由生活细菌，至今仍保留着精简版的细菌DNA。这种细菌 ancestry 在基因工程中极为有用：“由于叶绿体的细菌祖先特性以及每个细胞中大量的拷贝数，它们通常比细胞核更适合大量生产蛋白质。”论文第一作者、帝国理工学院研究员Alexia Groff博士解释道。

此外，还有一个关键原因：叶绿体本身就是植物细胞中合成血红素（heme）的场所——血红素是合成叶绿素的中间产物。将肌红蛋白基因放入叶绿体，意味着蛋白质与它发挥作用所需的原料“血红素”在同一个“车间”里生产，大大提高了效率。

为什么选择烟草和生菜？

研究团队选择烟草作为技术开发的模式植物，因为它在叶绿体转化领域技术最为成熟。而生菜则是可食用作物，为未来直接用叶片提取肌红蛋白或作为生物强化食品铺平了道路。

作为对照，研究团队还将基因插入到两种植物的细胞核基因组中，以及单细胞绿藻莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）的叶绿体中。

三、产量数据：每公斤生菜干重产出810毫克肌红蛋白

经液相色谱-质谱联用技术精确测量：

烟草：每公斤干重产出约800毫克肌红蛋白

生菜：每公斤干重产出约810毫克肌红蛋白

鲜重换算：生菜每公斤鲜重产出约48毫克

对比细胞核插入法：叶绿体途径的产量至少高出3倍

占总可溶性蛋白比例：烟草达2.7%，生菜达1.5%

更令人惊喜的是，转基因性状稳定遗传给了下一代——烟草种子发芽率达93%，生菜达81.5%，且植物未出现白化等异常情况。植物对肌红蛋白的生产表现出极强的耐受性，Groff博士表示：“植物对肌红蛋白生产的耐受度好到出乎意料。”

四、与真肉的差距：产量低约十倍，血红素结合率待提升

与真正的动物肉相比，植物版本的肌红蛋白产量仍有明显差距：

牛肉：干重肌红蛋白含量约8,100至11,160毫克/公斤

植物版本：约800至810毫克/公斤

差距：约低十倍

更关键的问题出在血红素结合率上。烟草中表达的肌红蛋白仅有约35%成功结合了血红素（即形成具有完整功能的全蛋白），而用大肠杆菌表达的肌红蛋白结合率可达80%。研究团队分析认为，问题并非蛋白质本身折叠错误——圆二色性光谱显示折叠结构是正确的——而是植物体内用于合成血红素的四吡咯途径，同一条路径也要合成叶绿素，产能被叶绿素“挤占”了。

尽管如此，研究团队强调了一个关键视角：

“尽管存在这一差距，植物种植的资源效率远高于畜牧生产。因此，植物来源的肌红蛋白每公顷的蛋白质产量足以与动物农业相媲美——甚至可能超越——同时水耗和温室气体排放大幅降低。”

五、技术意义：从微生物发酵到植物分子 farming 的范式拓展

目前，生产替代蛋白的主流方法是微生物工程——将编码动物蛋白的基因插入细菌或酵母基因组，在生物反应器中大规模生产。全球替代蛋白市场当前年产值约67亿至81亿欧元，预计未来十年每年增长8.1%至12.3%。

贝索斯可持续蛋白中心主任Rodrigo Ledesma-Amaro教授指出：“在植物叶绿体中展示稳定的肌红蛋白生产——包括在可食用作物中——提出了将植物作为可扩展、低投入生产平台的可能性，与微生物发酵并列。”

这项研究的意义在于，它为替代蛋白产业开辟了一条全新的技术路径——植物分子 farming（Plant Molecular Farming）。与需要昂贵发酵罐的微生物发酵相比，植物生产平台只需要阳光、水和土地，投入更低、扩展性更强。

六、应用前景：从植物肉配料到富铁蔬菜

尽管存在挑战，这项研究为植物基食品产业开辟了全新的想象空间：

植物肉“风味添加剂”。肌红蛋白可从叶片中提取纯化，作为配料添加到植物基肉制品中，以改善色泽、风味和营养价值。

富铁生物强化食品。研究合作方Kyomei首席科学官Kyoko Morimoto博士提出：“我们希望可食用生菜经改造表达肌红蛋白后，有朝一日能作为一种血红素铁富集的生物强化食品”——一种直接补铁的蔬菜。

规模化生产的可能性。研究团队预计，在大规模种植条件下，植物来源肌红蛋白的每公顷产量有望与畜牧业相媲美甚至超越。

七、挑战与展望：从实验室到餐桌还有多远？

这项突破性研究距离商业化仍面临多重挑战：

血红素结合率偏低是当前最大的技术瓶颈。烟草作为表达系统天然含有生物碱，在食品安全方面存在隐忧。不过，生菜作为可食用作物的成功转化提供了更可行的商业化方向。此外，基因改造食品在全球范围内仍面临监管审批和消费者信任的双重挑战。

但无论如何，这项研究证明了一种全新的可能性：未来，我们或许不再需要从动物身上提取肌红蛋白，也不必依赖昂贵的大型发酵罐——只需一片田地、一株生菜，阳光就能“种”出肉的味道。

通往餐桌的路或许还长，但方向已经清晰。

（本文基于《Frontiers in Plant Science》2026年8月6日发表的研究论文“Sustainable production of myoglobin meat protein in plant chloroplasts”及帝国理工学院、EurekAlert等官方新闻稿整理撰写）