植物與電的不解之緣

畢麗特

大家的辦公桌上幾乎都有這兩件東西：小盆栽和電腦。盆栽據(jù)說(shuō)有減少輻射的作用，但是就算沒(méi)有，看著綠油油的植物，心情也會(huì)變得美好。但是電腦旁邊纏成一團(tuán)的電線就很讓人心煩了，人們不禁遐想，要是盆栽植物有充電的功能就好了。

不過(guò)人們聽(tīng)說(shuō)過(guò)水培植物、霧培植物，但有沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)電培植物呢？你別說(shuō)，憑借著植物和電力的“秘密關(guān)系”，這些事還都有人在做呢。

植物身上也有電

在印度的森林里，有一種“電樹(shù)”。當(dāng)人們不小心碰到它的枝條時(shí)，就有觸電的感覺(jué)，甚至?xí)喩戆l(fā)麻。這種樹(shù)體內(nèi)有硅元素，其原理與我們制造的硅太陽(yáng)能電池類似，能將光能轉(zhuǎn)換成電能。人們?cè)鴾y(cè)量過(guò)電樹(shù)的電壓，發(fā)現(xiàn)它在一天的不同時(shí)間產(chǎn)生的電壓會(huì)有變化。中午陽(yáng)光強(qiáng)，它的電壓就高;傍晚太陽(yáng)快要落山，它的電壓也跟著降低;到了晚上，它就完全不放電了。

這種現(xiàn)象叫生物電現(xiàn)象，生物電現(xiàn)象是指生物的器官、組織和細(xì)胞在生命活動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生電壓和電壓發(fā)生變化的現(xiàn)象。不止植物，人類、動(dòng)物甚至細(xì)菌都有這種現(xiàn)象，比如我們體檢時(shí)常做的心電圖、腦電圖、肌電圖等，都是在檢測(cè)我們體內(nèi)的生物電。當(dāng)然，我們的生物電遠(yuǎn)沒(méi)有電樹(shù)的電壓變化那么大。

關(guān)于植物產(chǎn)電的原因，科學(xué)家也有不同的猜想。首先可能是因?yàn)橹参锏母?xì)胞吸收大量的礦物質(zhì)元素，當(dāng)這些元素的離子（或者帶正電或者帶負(fù)電）分布不平衡時(shí)，就會(huì)引起植物帶電。其二，當(dāng)植物在進(jìn)行光合作用，把光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能時(shí)，光能把氫氧分解為帶正負(fù)電荷的離子，當(dāng)離子交換運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生電流。還有一種猜想是，大氣帶正電，大地帶負(fù)電，植物與大地相連，于是，植物便成了特殊的天線，從空氣中收集到無(wú)數(shù)的帶電粒子，最終自身也“通電”了。

既然植物是帶電的，如果給它通電，兩種電流的“碰撞”會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象呢？美國(guó)攝影師羅伯特·布爾特曼花費(fèi)了十年時(shí)間拍攝了一組美麗的植物通電后的照片，他將植物放置在通了8萬(wàn)伏特電壓的金屬板上，然后進(jìn)行拍攝。

他用到的植物并不特別，有玫瑰、牽?；ê痛舐?。當(dāng)植物通上電流后，植物周圍的空氣分子會(huì)發(fā)生電離（在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，分子失去電子變成離子的現(xiàn)象），在完全黑暗的條件下拍攝的照片上，可以看到這些電離氣體像藍(lán)色的煙霧，環(huán)繞著葉子、花瓣和莖桿。每一張照片都是美輪美奐的藝術(shù)品，最終被收藏家以上萬(wàn)元的價(jià)格購(gòu)買。

布爾特曼拍攝的植物通電照片

植物電池的誕生

能不能將植物身上的電提取出來(lái)利用呢？植物電池的想法其實(shí)由來(lái)已久，1981年，就有一位英國(guó)的鐘表匠做了一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)：他在檸檬上插入兩個(gè)電極，然后將電極與小型鐘表發(fā)電機(jī)的電路連接在一起，結(jié)果鐘表就像連接上電源一樣，開(kāi)始正常走動(dòng)了，這就是植物電池的最初雛形了。當(dāng)然，檸檬電池的電能非常微弱，還需要更多的研究才能應(yīng)用到實(shí)際生活中。

科學(xué)家們首先著手于尋找更適合用來(lái)發(fā)電的植物，他們認(rèn)為，對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境要求不高且生長(zhǎng)迅速的蕨類植物、藻類植物以及苔蘚植物更適合用來(lái)發(fā)電，因?yàn)樗鼈冮L(zhǎng)得多且快，作為電源成本更低，效率更高。

荷蘭名校瓦赫寧根大學(xué)曾經(jīng)出資為植物發(fā)電項(xiàng)目的學(xué)生組建了一個(gè)叫Pl ant-e的小型創(chuàng)業(yè)公司，目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了幾件小產(chǎn)品，基本上都是運(yùn)用苔蘚和蕨類植物發(fā)電的，有可用于家具照明的發(fā)電創(chuàng)意小盆栽、鋪設(shè)在屋頂?shù)目砂l(fā)電綠植模塊和安裝在濕地、農(nóng)田等大型綠地中的管式植物發(fā)電系統(tǒng)，把這些電能匯集起來(lái)，甚至可供應(yīng)路燈照明。

日本科學(xué)家將從菠菜葉內(nèi)提取的葉綠素與卵磷脂涂在透明的氧化錫結(jié)晶片上，作為電池的正極，當(dāng)它被太陽(yáng)光照射時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電流。這個(gè)電池能把太陽(yáng)能的30%轉(zhuǎn)換成電能，而現(xiàn)有的多數(shù)太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換率僅為10%～20%。遺憾的是這款電池不能持久發(fā)電，因?yàn)槿~綠素與卵磷脂離開(kāi)植物后，很容易分解，這樣就失去了吸收太陽(yáng)能的作用。

英國(guó)劍橋大學(xué)的研究人員改進(jìn)了日本人的技術(shù)，他們直接在植物盆栽中安裝電極，來(lái)收集植物在進(jìn)行光合作用時(shí)產(chǎn)生的電量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，一盆直徑1米的蕨類植物在陽(yáng)光燦爛的日子一天可以產(chǎn)生將近1度電。

科學(xué)家們都對(duì)植物發(fā)電充滿著信心，因?yàn)檫@樣更加環(huán)保節(jié)能，是真正的可持續(xù)發(fā)展。

2016年，一款植物充電器已經(jīng)正式上市了，研究者引進(jìn)了細(xì)菌來(lái)“幫助”植物轉(zhuǎn)化電能。

這款名叫Bioo Lite的充電器看起來(lái)跟一盆普通盆栽一模一樣，它也確實(shí)是一盆活生生的植物。當(dāng) Bioo Lite頂部的植物在生長(zhǎng)過(guò)程中進(jìn)行光合作用時(shí)，它會(huì)排出一些有機(jī)物，這些物質(zhì)通過(guò)泥土傳送到盆栽底部的生物電池里，電池內(nèi)的厭氧細(xì)菌利用這些物質(zhì)進(jìn)行呼吸作用并產(chǎn)生電力，這些電力會(huì)儲(chǔ)存在電池內(nèi)。我們要充電時(shí)只要找到插口，連接手機(jī)即可。

廠商的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，Bioo Lite每日所產(chǎn)生的電量足夠?yàn)槿_(tái)智能手機(jī)充電，且它的使用壽命長(zhǎng)達(dá)5年。Bioo Lite不像我們現(xiàn)在用的移動(dòng)電源，放完電后要充電，我們只要像平時(shí)養(yǎng)花一樣，將花盆放在陽(yáng)光下，定時(shí)澆水和施肥，讓植物蓬勃生長(zhǎng)就好了。

Bioo Lite植物充電器

電培植物更高產(chǎn)

俗話說(shuō)，有借有還，再借不難。我們想制造植物電池，從植物身上“借走”電能，能不能也“還給”它們一些電能呢？也許我們給予植物一些電能，它們會(huì)給我們更多回報(bào)呢。

于是科學(xué)家嘗試給植物通電。利用給植物通電的辦法，不僅能檢測(cè)植物的疾病，還能給它們“治療”疾病。美國(guó)人就采用了電技術(shù)診斷農(nóng)作物病蟲(chóng)害。研究員把針管狀電極插入植物體，可以檢測(cè)到不同大小的電流，根據(jù)電流的變化情況，可以診斷出病蟲(chóng)害的類型、病變部位和感染程度。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線周圍會(huì)輻射能量，還會(huì)在空氣中產(chǎn)生自由基（可以殺菌的化學(xué)活性基團(tuán)），輻射和自由基都能殺死空氣中的細(xì)菌。國(guó)外實(shí)驗(yàn)表明，用直流電場(chǎng)處理過(guò)的小麥種子，黑穗病的發(fā)病率幾乎為零，產(chǎn)量可增加10%。

植物在電場(chǎng)中可以長(zhǎng)得更好，這個(gè)發(fā)現(xiàn)源于偶然。1902年，芬蘭物理學(xué)家萊姆斯特倫前往北極地區(qū)考察，發(fā)現(xiàn)北極光覆蓋地區(qū)的一些樹(shù)木比南邊氣候溫和地區(qū)的樹(shù)木生長(zhǎng)得更快，當(dāng)時(shí)他就想到了這是極光產(chǎn)生的自然電場(chǎng)的作用。后來(lái)，英國(guó)物理學(xué)家?jiàn)W利弗·洛奇——無(wú)線電技術(shù)的主要發(fā)明者了解到了這個(gè)理論，他種了8公頃小麥并讓它們?nèi)勘浑妶?chǎng)覆蓋，最后發(fā)現(xiàn)小麥產(chǎn)量增加了24%～39%。

這個(gè)發(fā)現(xiàn)引起了各國(guó)科學(xué)家的興趣，美英的農(nóng)學(xué)家都紛紛進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。20世紀(jì)80年代，中國(guó)農(nóng)學(xué)家們開(kāi)始試驗(yàn)電培作物，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究員劉濱疆是研究者之一。劉濱疆首創(chuàng)了“空間電場(chǎng)”方法，就是在空間構(gòu)造一個(gè)電壓逐漸遞增的電場(chǎng)。在溫室大棚的不同高度架設(shè)電線，每增高1米，電壓就增加100伏，給作物提供了一個(gè)高度不同電壓不同的電場(chǎng)。當(dāng)電流通過(guò)電線時(shí)，會(huì)在周圍空氣激發(fā)電場(chǎng)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果讓人欣喜，萵苣和黃瓜增產(chǎn)了40%，土豆、蘿卜和茴香也增產(chǎn)很多。

在電力作用下，作物為什么更高產(chǎn)？科學(xué)家們對(duì)此做了一些猜想。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在雷雨閃電的天氣中，空氣中的氧和氮會(huì)合成二氧化氮，二氧化氮遇水溶解成硝酸，硝酸在土壤里形成的硝酸鹽就是植物喜愛(ài)的氮肥，那在電場(chǎng)作用下土壤里氮肥的含量會(huì)不會(huì)也增加了？

還有一個(gè)想法是，在電的作用下，植物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生更多的高能離子和化學(xué)性能非常活潑的功能基團(tuán)，加速了植物體內(nèi)的生化反應(yīng)，比如光合作用和信號(hào)傳遞等，這將使植物生長(zhǎng)得更好。

無(wú)論如何，植物電培具有巨大的潛力，因?yàn)楸绕鹗┘愚r(nóng)藥和化肥，電培更加經(jīng)濟(jì)和環(huán)保。北京最大的蔬菜生產(chǎn)商之一的榆垡京南蔬菜產(chǎn)銷公司自2014年以來(lái)就一直在使用電培技術(shù)，僅在兩年內(nèi)，電培蔬菜就使該公司收入增長(zhǎng)了近120萬(wàn)元。

植物體內(nèi)有電，它可以放電也可以“吸電”，植物與電真是有千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，好好運(yùn)用這些聯(lián)系，能使人類生活更美好。