你一定想不到，達芬奇對他的蘋果樹做了什麼
對於人類來說，輸液是一種常見的給藥方法。藥物直接通過針頭進入靜脈，然後由心臟輸送到全身各處，比口服吃藥的方法見效更快些。可是我們經常也會看到路邊的樹木上也掛著輸液袋或注射器，就像這樣：
△ （圖片來源：chemjettreeinjector.com、nairaland.com）
大樹也需要輸液治病嗎？大樹又沒有血液循環，給它輸液有什麼作用呢？其實，雖然大樹沒有心臟和血管，但是大樹輸液確實是一種有效為樹木提供營養和保護的手段。說起這個，還要從大樹輸液的起源和歷史講起。
腦洞大開的發明
根據一位植物學家的記載，早在約800年前，中東的一些園丁就嘗試過用針將液體直接打入植物，想要改變植物的顏色和味道。這些嘗試最後結果如何，我們也不得而知了。而另一位有本可證的嘗試植物注射的人，就是文藝復興時代的大發明家達芬奇。但是達芬奇給蘋果樹注射的既不是營養，也不是藥物，而是……砒霜一類的毒藥，目的是防止行人偷蘋果。不過芬奇大爺，這麼一注射，您自己也吃不成蘋果了啊？大家就是大家，腦洞自然和常人不同啊。
（圖片來源：改自biography.com）
與此相比，直到17世紀，英國的哈維才發現了人體血液循環的規律，而建立在這一基礎上的人體靜脈注射肯定也是在這之後才出現的事。這樣算來，人們給大樹輸液的歷史可要比給人輸液的歷史久遠很多。
大樹的“動脈”
那麼，人們輸到大樹體內的液體都去了哪兒？它們在樹體內是如何流動的呢？
植物作為活著的生命體，自然需要新陳代謝和物質交換。如果植物體積較小，那麼靠細胞和細胞之間的直接交換就可以滿足物質交流的需要了，例如苔蘚類的植物就是這樣。這就好比某個國家如果非常小，那麼這個國家也不必要投入大量的資源去建設高速公路和鐵路了。
但是對於大一些的植物——例如大樹——來說，細胞數目太多，體積很大，光靠細胞之間的滲透交流就不夠了。就好比我們中國土地面積非常遼闊，城市和人口眾多，單靠渣土路和綠皮車就不行了，得有高速公路和高鐵來進行物資交流。因此，植物進化出了自己的“高速公路”和“高鐵”，那就是植物的維管系統。具有維管系統的植物稱為維管植物，除了藻類和苔蘚之外，其它常見的植物都屬於維管植物。
△ 樹幹的橫切面，導管就存在於木質部中。(圖片來源：da-quan.net)
而在維管系統中，起類似人體“動脈”作用的結構，是其中的導管。導管是一根根小管子，連通根和每一個分枝。植物由根部吸收的水分和無機鹽類營養，都是通過導管向上輸送給分枝，然後由分枝裡的導管輸送給葉子、花和果實等器官。導管藏在樹幹的木質部裡，也就是樹幹裡年輪的部分。有讀者要問了，樹幹裡從來沒見過小管子啊？其實是因為太細了，用我們的肉眼無法觀察到。在顯微鏡下，植物的樹幹長這樣：
△ 圖片來源：http://www.ledyardsawmill.org/logs-lumber/wood-science
這些導管都是由死去的植物細胞首尾相連而組成的，管壁是死細胞留下的細胞壁，直徑大約是幾十微米到上百微米不等，而長度則跟植物的大小有關，小則數釐米，大則數十米。按照常理，管子應該是越粗越好，這樣運量大，而且運送的物質多。但植物導管長得如此細微，卻是別有用意。
大樹的特殊“心臟”
對於動物來說，體內的血液循環是由心臟驅動的。植物沒有心臟，所以就需要使用其它動力來源。植物導管把水從根部運送到頂端，其動力的來源之一是一種被稱為“毛細現象”的物理原理。
我們都有這樣的體會：如果把一根吸管插到飲料裡，那麼吸管裡的液麵就要比周圍的飲料液麵高一點。這是液體內部的表面張力將液體表面沿吸管壁抬升的結果。如果管子越細，那麼毛細現象就越強，液麵上升得就越高。所以，植物把自己的導管做得儘量細，這樣就可以利用毛細現象，把液體“吸”上較高的地方。
△ 毛細現象的演示：按照氣壓原理，各個管子裡的液麵應該一樣高。但是我們可以發現，越細的管子裡，液體越高，這就是毛細現象。（圖片來源：mit.edu）
根據科學家的估算，這種毛細現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遠不止1米，這說明植物有著其它的動力來源。後來人們發現，植物還可以通過滲透作用進行水分運輸。把一顆枯萎的白菜泡在水裡，會發現白菜吸水而重新飽滿了起來，這就是由於白菜裡的液體濃度比純水高，因而能夠把純水中的水分子“吸”進白菜裡。這種現象就稱為滲透作用。植物的葉子部分由於進行光合作用而製造糖分，所以其液體濃度要比下方高，因此可以把水從下方“吸”上來。然而科學家計算之後發現，這種滲透吸力的大小也有限，最多可以把水吸到7米左右的地方。對於那些數十米的高大樹木而言，這還是不夠用。
△ 滲透作用的演示。在半透膜分隔的兩個部分之間，水會從溶液濃度低的一側流向濃度高的一側，這種現象稱為滲透作用。（圖片來源：sciencenewsforstudents.org）
事實上，與前面兩種作用相比，大樹的蒸騰作用才是導管中液體上升的主要動力。植物所吸收的水分，只有很小一部分被植物利用了，而絕大部分的水，都通過植物葉片上的氣孔直接耗散到空氣中了，這個現象叫蒸騰作用。由於水分的不斷散失，就可以把下面的水不斷向上拉，可以產生高達數百個大氣壓的壓力，因此即便高達百米的大樹，它的葉子也可以獲得來自根的水分。
△ 給植物的葉子套上袋子，可以觀察到袋子上出現了水珠。這說明葉子向空氣中釋放水汽。這種現象就是蒸騰作用。（圖片來源：51wendang.com）
大樹採用上述的三種方法作為動力，使得其體內保持液體自下而上的流動，這對於大樹來說是非常重要的生理活動。首先，藉著這種流動，大樹樹冠的葉子可以獲得來自根部的無機鹽營養和水。其次，這種流動也可以提供植物細胞之間信號交流的途徑。這跟動物的血液循環很類似，只不過動物的血液是循環的，而植物的汁液流動是單向的。這種單向流動的本意是為了植物更好地生活，但是它的直接結果是將土地裡的水搬運到大氣中，這加快了地球上水循環的速度，地球上水的活動更加頻繁，使得地球充滿了生機、活力和變數。
給大樹“輸液”有啥好處？
從上文中我們知道了，植物與動物類似，也有一個能夠溝通整個身體的液體系統。因此，只要將藥物或者營養通過管子輸入到樹木主幹的木質部裡，這些藥物或營養就可以順著導管而輸送到植物全身了。
△ （圖片來源：treecarescience.com）
如果把營養直接放在根部附近的土壤裡，就無法保證這些營養都被樹木吸走。事實上，大部分營養都是被微生物吃掉了，輸液就可以避免這個問題。再者，大城市中，為了保護市民的安全，不適宜噴撒農藥，而輸液不但可以有效地避免農藥揮散到空氣中，也可以避免人們接觸到沾著藥的植物葉片等。所以，隨著全世界範圍內城市化程度的提高，大樹輸液的技術就重新得到了人們的重視，我們也就頻繁地在街上看到打著吊針的大樹了。
雖然大樹輸液有好處，但輸液過程中要長時間地將自己的木質部暴露在空氣中，容易導致蟲害或者真菌感染。因此大樹輸液時要注意保護好傷口，以及儘量減少不必要的輸液。
不知讀者朋友們是否留心觀察過，大樹輸液所用的“藥”都有哪幾種呢？可以在下方留言互動哦。
參考文獻：
曾慶軍. (2012). 植物體內水分輸運機理的動力學分析. 科技創新導報(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.
出品：科普中國
製作：牟福朋
監製：中國科學院計算機網絡信息中心
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