[科普中国]-你一定想不到，达芬奇对他的苹果树做了什么

对于人类来说，输液是一种常见的给药方法。药物直接通过针头进入静脉，然后由心脏输送到全身各处，比口服吃药的方法见效更快些。可是我们经常也会看到路边的树木上也挂着输液袋或注射器，就像这样：

（图片来源：chemjettreeinjector.com、nairaland.com）

大树也需要输液治病吗？大树又没有血液循环，给它输液有什么作用呢？其实，虽然大树没有心脏和血管，但是大树输液确实是一种有效为树木提供营养和保护的手段。说起这个，还要从大树输液的起源和历史讲起。

脑洞大开的发明

根据一位植物学家的记载，早在约800年前，中东的一些园丁就尝试过用针将液体直接打入植物，想要改变植物的颜色和味道。这些尝试最后结果如何，我们也不得而知了。而另一位有本可证的尝试植物注射的人，就是文艺复兴时代的大发明家达芬奇。但是达芬奇给苹果树注射的既不是营养，也不是药物，而是……砒霜一类的毒药，目的是防止行人偷苹果。不过芬奇大爷，这么一注射，您自己也吃不成苹果了啊？大家就是大家，脑洞自然和常人不同啊。

（图片来源：改自biography.com）

与此相比，直到17世纪，英国的哈维才发现了人体血液循环的规律，而建立在这一基础上的人体静脉注射肯定也是在这之后才出现的事。这样算来，人们给大树输液的历史可要比给人输液的历史久远很多。

大树的“动脉”

那么，人们输到大树体内的液体都去了哪儿？它们在树体内是如何流动的呢？

植物作为活着的生命体，自然需要新陈代谢和物质交换。如果植物体积较小，那么靠细胞和细胞之间的直接交换就可以满足物质交流的需要了，例如苔藓类的植物就是这样。这就好比某个国家如果非常小，那么这个国家也不必要投入大量的资源去建设高速公路和铁路了。

但是对于大一些的植物——例如大树——来说，细胞数目太多，体积很大，光靠细胞之间的渗透交流就不够了。就好比我们中国土地面积非常辽阔，城市和人口众多，单靠渣土路和绿皮车就不行了，得有高速公路和高铁来进行物资交流。因此，植物进化出了自己的“高速公路”和“高铁”，那就是植物的维管系统。具有维管系统的植物称为维管植物，除了藻类和苔藓之外，其它常见的植物都属于维管植物。

树干的横切面，导管就存在于木质部中。(图片来源：da-quan.net)

而在维管系统中，起类似人体“动脉”作用的结构，是其中的导管。导管是一根根小管子，连通根和每一个分枝。植物由根部吸收的水分和无机盐类营养，都是通过导管向上输送给分枝，然后由分枝里的导管输送给叶子、花和果实等器官。导管藏在树干的木质部里，也就是树干里年轮的部分。有读者要问了，树干里从来没见过小管子啊？其实是因为太细了，用我们的肉眼无法观察到。在显微镜下，植物的树干长这样：

图片来源：http://www.ledyardsawmill.org/logs-lumber/wood-science

这些导管都是由死去的植物细胞首尾相连而组成的，管壁是死细胞留下的细胞壁，直径大约是几十微米到上百微米不等，而长度则跟植物的大小有关，小则数厘米，大则数十米。按照常理，管子应该是越粗越好，这样运量大，而且运送的物质多。但植物导管长得如此细微，却是别有用意。

大树的特殊“心脏”

对于动物来说，体内的血液循环是由心脏驱动的。植物没有心脏，所以就需要使用其它动力来源。植物导管把水从根部运送到顶端，其动力的来源之一是一种被称为“毛细现象”的物理原理。

我们都有这样的体会：如果把一根吸管插到饮料里，那么吸管里的液面就要比周围的饮料液面高一点。这是液体内部的表面张力将液体表面沿吸管壁抬升的结果。如果管子越细，那么毛细现象就越强，液面上升得就越高。所以，植物把自己的导管做得尽量细，这样就可以利用毛细现象，把液体“吸”上较高的地方。

毛细现象的演示：按照气压原理，各个管子里的液面应该一样高。但是我们可以发现，越细的管子里，液体越高，这就是毛细现象。（图片来源：mit.edu）

根据科学家的估算，这种毛细现象最多可以把水吸到1米高的地方。但是很多植物的高度都远不止1米，这说明植物有着其它的动力来源。后来人们发现，植物还可以通过渗透作用进行水分运输。把一颗枯萎的白菜泡在水里，会发现白菜吸水而重新饱满了起来，这就是由于白菜里的液体浓度比纯水高，因而能够把纯水中的水分子“吸”进白菜里。这种现象就称为渗透作用。植物的叶子部分由于进行光合作用而制造糖分，所以其液体浓度要比下方高，因此可以把水从下方“吸”上来。然而科学家计算之后发现，这种渗透吸力的大小也有限，最多可以把水吸到7米左右的地方。对于那些数十米的高大树木而言，这还是不够用。

渗透作用的演示。在半透膜分隔的两个部分之间，水会从溶液浓度低的一侧流向浓度高的一侧，这种现象称为渗透作用。

（图片来源：sciencenewsforstudents.org）

事实上，与前面两种作用相比，大树的蒸腾作用才是导管中液体上升的主要动力。植物所吸收的水分，只有很小一部分被植物利用了，而绝大部分的水，都通过植物叶片上的气孔直接耗散到空气中了，这个现象叫蒸腾作用。由于水分的不断散失，就可以把下面的水不断向上拉，可以产生高达数百个大气压的压力，因此即便高达百米的大树，它的叶子也可以获得来自根的水分。

给植物的叶子套上袋子，可以观察到袋子上出现了水珠。这说明叶子向空气中释放水汽。这种现象就是蒸腾作用。（图片来源：51wendang.com）

大树采用上述的三种方法作为动力，使得其体内保持液体自下而上的流动，这对于大树来说是非常重要的生理活动。首先，借着这种流动，大树树冠的叶子可以获得来自根部的无机盐营养和水。其次，这种流动也可以提供植物细胞之间信号交流的途径。这跟动物的血液循环很类似，只不过动物的血液是循环的，而植物的汁液流动是单向的。这种单向流动的本意是为了植物更好地生活，但是它的直接结果是将土地里的水搬运到大气中，这加快了地球上水循环的速度，地球上水的活动更加频繁，使得地球充满了生机、活力和变数。

给大树“输液”有啥好处？

从上文中我们知道了，植物与动物类似，也有一个能够沟通整个身体的液体系统。因此，只要将药物或者营养通过管子输入到树木主干的木质部里，这些药物或营养就可以顺着导管而输送到植物全身了。

（图片来源：treecarescience.com）

如果把营养直接放在根部附近的土壤里，就无法保证这些营养都被树木吸走。事实上，大部分营养都是被微生物吃掉了，输液就可以避免这个问题。再者，大城市中，为了保护市民的安全，不适宜喷撒农药，而输液不但可以有效地避免农药挥散到空气中，也可以避免人们接触到沾着药的植物叶片等。所以，随着全世界范围内城市化程度的提高，大树输液的技术就重新得到了人们的重视，我们也就频繁地在街上看到打着吊针的大树了。

虽然大树输液有好处，但输液过程中要长时间地将自己的木质部暴露在空气中，容易导致虫害或者真菌感染。因此大树输液时要注意保护好伤口，以及尽量减少不必要的输液。

不知读者朋友们是否留心观察过，大树输液所用的“药”都有哪几种呢？可以在下方留言互动哦。

参考文献：

曾庆军. (2012). 植物体内水分输运机理的动力学分析. 科技创新导报(26), 229+231.

https://www.treecarescience.com/education-and-training/tree-injection/history-of-tree-injection

Dmitry Sergeyevich Merezhkovsky. (2014). The Romance of Leonardo da Vinci: The Forerunner

Doccola, Joseph & Wild, Peter. (2012). Tree Injection as an Alternative Method of Insecticide Application. 10.5772/29560.