大自然的防水科技

“江南可采蓮，蓮葉何田田?！毖籽紫娜眨且怀乇趟暮勺屓藗兞鬟B忘返，沁人心脾。從古至今，荷花就是純潔的象征，備受世人的喜愛(ài)，也留下了許多膾炙人口的著名詩(shī)篇，北宋理學(xué)家周敦頤在《愛(ài)蓮說(shuō)》中說(shuō)：“予獨(dú)愛(ài)蓮之出淤泥而不染，濯清漣而不妖。”意思是說(shuō)荷花從淤泥中長(zhǎng)出來(lái)，卻不會(huì)被污染。其中的科學(xué)原理是什么呢？為了探究這個(gè)問(wèn)題，我們可以做個(gè)簡(jiǎn)單的小實(shí)驗(yàn)，往荷葉上滴一滴水，仔細(xì)觀察水滴在荷葉上的形狀。水滴落在荷葉上會(huì)形成一個(gè)小水球，很容易在荷葉表面滾來(lái)滾去。難道荷葉表面非常光滑，所以水滴在上面運(yùn)動(dòng)很快？用手摸一下荷葉的表面，就會(huì)意外發(fā)現(xiàn)荷葉的表面并不光滑，反而很粗糙。這樣的表面怎么會(huì)“出淤泥而不染”呢？

這時(shí)要用電子顯微鏡對(duì)荷葉進(jìn)行觀察才能揭開(kāi)其中的奧秘，原來(lái)荷葉的表面布滿了多重納米和微米級(jí)的小乳突，乳突的頂端呈扁平狀且中央略微凹陷。這些大大小小的乳突在荷葉表面上猶如一個(gè)個(gè)隆起的“小山包”，“小山包”之間的凹陷部分充滿空氣，這樣就在緊貼葉片的表面形成一層極薄的納米級(jí)的空氣層。水滴相比荷葉表面上的乳突要大得多，因此雨水或水滴落到葉面上時(shí)，只能與葉面上“小山包”的頂端形成幾個(gè)點(diǎn)的接觸，大部分底面都是懸空的，從而不能浸潤(rùn)到荷葉表面上。水滴在自身的表面張力作用下形成球狀體，在滾動(dòng)中能吸附灰塵并滾出葉面，從而達(dá)到清潔葉面的效果。荷葉表面這種具有超疏水以及自清潔的特性被稱為“荷葉效應(yīng)”。

具有荷葉效應(yīng)的植物葉片還有很多，比如水稻葉、芋頭葉等。荷葉效應(yīng)在指導(dǎo)人們進(jìn)行超疏水自清潔表面設(shè)計(jì)方面也取得了廣泛應(yīng)用。超疏水涂層就是仿造荷葉表面結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)出來(lái)的，將這一涂層用在鞋上，即使蹚過(guò)泥水，鞋子仍保持潔凈。模仿荷葉自潔的功能，可開(kāi)發(fā)出自潔、抗污的納米涂料，用在高樓大廈的玻璃和外墻上，可以減少洗滌劑的使用，減少環(huán)境污染，節(jié)約水資源。船只在水面航行時(shí)需要消耗很多的能源來(lái)克服行進(jìn)中的摩擦阻力，利用超疏水表面可以減阻，從而提高航速和節(jié)約能源。疏水性表面的應(yīng)用還有很多，在防冰、防腐、油水分離、抗菌等領(lǐng)域都展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。未來(lái)，隨著納米技術(shù)的發(fā)展還會(huì)進(jìn)一步拓展應(yīng)用場(chǎng)景。

睡蓮不是蓮

蓮（Nelumbo nucifera）是蓮科（Nelumbonaceae）蓮屬（Nelumbo）多年生草本水生植物，又稱荷、荷花、蓮花，古稱菡萏、芙蕖。睡蓮為睡蓮科（Nymphaeaceae）睡蓮屬（Nymphaea）植物通稱，全屬植物有80余種。因此盡管從名字來(lái)看睡蓮和蓮就相差一個(gè)字，實(shí)際上它們屬于不同的科，親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，形態(tài)特征區(qū)別也很明顯。蓮屬于挺水植物，葉片和花朵通常都高高地挺出水面，而睡蓮屬于浮葉植物，其葉柄柔軟，無(wú)法將葉片撐出水面，只能讓葉片靜靜地漂浮于水面，仿佛睡在水面上。同時(shí)，果實(shí)上的差異也很大，蓮花的果實(shí)就是大家熟悉的蓮蓬，種子是可以食用的蓮子，而睡蓮的果實(shí)很多人可能都沒(méi)注意過(guò)，睡蓮花朵凋謝后會(huì)在水下結(jié)出一個(gè)乒乓球大小的海綿質(zhì)漿果，堅(jiān)硬的種子藏在里面，并沒(méi)人去食用。此外，地下的根莖差別就更大了，蓮花的根狀莖就是我們常吃的水生蔬菜蓮藕，而睡蓮的塊狀根莖也很少有人食用。

睡蓮之所以稱為睡蓮，是因?yàn)槠浠〞?huì)按自己的節(jié)律開(kāi)合，即在一天中特定的時(shí)間閉合，有晝開(kāi)型和夜開(kāi)型。睡蓮花瓣有白色、藍(lán)色、黃色、紅色或粉紅色，排列成多輪。睡蓮單朵花期一般為4～7天，到了時(shí)間閉合的花朵不再開(kāi)放，花梗下彎沉入水中，進(jìn)行果實(shí)和種子的發(fā)育。

睡蓮之王——王蓮

想象一下，在寧?kù)o的湖面上，漂浮著一片片巨大的圓形綠葉，直徑能達(dá)到3米，每片葉子都像一艘天然的綠色小船，這就是有“植物界巨無(wú)霸”之稱的王蓮。王蓮是睡蓮科王蓮屬植物，它有個(gè)“貴族”身份，其屬名Victoria是1837年英國(guó)植物學(xué)家林德利用英國(guó)維多利亞女王的名字命名的，可見(jiàn)當(dāng)時(shí)的科學(xué)家有多么欣賞它們。世界上主要有三種王蓮：亞馬遜王蓮、克魯茲王蓮，還有它們的“混血兒”長(zhǎng)木王蓮。其中亞馬遜王蓮葉片背面棕紅色，直徑可達(dá)2～3米，葉片邊緣向上翻起1～2厘米，由于耐寒性較差，在我國(guó)大部分地區(qū)不太容易見(jiàn)到?？唆斊澩跎彽娜~片翠綠色，直徑約為1.5～2米，葉片邊緣向上翻起比較高，可達(dá)10厘米。由于耐寒性較好，在我國(guó)廣泛種植。1961年美國(guó)長(zhǎng)木植物園將這兩個(gè)種雜交獲得了長(zhǎng)木王蓮，兼具雙親的特征，在我國(guó)種植也比較多。

最神奇的是，這些看起來(lái)柔軟的大葉子居然能輕松托起50公斤的重量。夏季，在植物園，你經(jīng)常能看到小朋友們開(kāi)心地坐在王蓮葉片上拍照，就像坐在一艘魔法船上游覽。你知道王蓮是怎么做到的嗎？將王蓮的葉片翻過(guò)來(lái)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)葉片背面有許多粗壯的葉脈，就像建筑里的鋼筋一樣，凸起的葉脈呈網(wǎng)格狀，主脈和若干分支組成了一個(gè)強(qiáng)有力的支撐結(jié)構(gòu)，猶如一把精心設(shè)計(jì)的傘架。據(jù)說(shuō)，1851年倫敦舉辦的萬(wàn)國(guó)工業(yè)博覽會(huì)的展館“水晶宮”，就是受王蓮的啟發(fā)而設(shè)計(jì)的。王蓮的葉脈是中空的，里面裝滿了空氣，這樣不僅葉子變輕了，還能增加浮力。葉子邊緣向上翹起，像一個(gè)小圍欄，可以防止水溢到葉面上，讓“小船”更安全。這個(gè)圍欄并非閉合的，而是有兩個(gè)豁口，呈倒三角形，可以有效地排水。下次如果你去植物園，一定要找找這個(gè)會(huì)漂浮的“綠色大力士”，小朋友還能參加趣味十足的乘坐體驗(yàn)活動(dòng)呢。

文明旅游再敲警鐘

2020年7月，江蘇南京玄武湖出現(xiàn)了兩株并蒂蓮，并蒂蓮又名同心蓮，是一支荷花的花莖上生成兩個(gè)花蒂，并開(kāi)兩朵花，它生成的概率僅為十萬(wàn)分之一，是荷花中的珍品。并蒂蓮不僅登上熱搜，還吸引了不少游客前往打卡。但是7月26日下午，玄武湖的工作人員在巡邏時(shí)發(fā)現(xiàn)并蒂蓮不見(jiàn)了，現(xiàn)場(chǎng)市民表示有一男子跳入湖中將蓮蓬摘走。景區(qū)巡邏隊(duì)員隨即找到了采摘者曹某，曹某表示自己來(lái)南京旅游，第一次見(jiàn)到這樣的稀有品種，覺(jué)得好看，就想作為紀(jì)念品帶給家人。事件發(fā)生后，南京市文旅局牽頭成立了旅游不文明行為記錄評(píng)審組，決定將該游客擅自采摘并蒂蓮的行為納入游客不文明行為記錄，信息保存期限為兩年。同時(shí)，玄武湖派出所民警對(duì)其進(jìn)行了批評(píng)教育，景區(qū)根據(jù)《南京市玄武湖景區(qū)保護(hù)條例》對(duì)曹某進(jìn)行了罰款200元的處理，追回的蓮蓬被做成標(biāo)本保存。

如今，旅游觀光成了大家日常生活的一部分，但是旅行中各種各樣不文明的行為頻頻出現(xiàn)在新聞中。不文明的行為可能會(huì)被納入游客不文明行為記錄，向社會(huì)公示，除了要承擔(dān)相應(yīng)的賠償責(zé)任，還有可能觸犯法律?！吨腥A人民共和國(guó)治安管理處罰法》第四十九條規(guī)定：盜竊、詐騙、哄搶、搶奪、敲詐勒索或者故意損毀公私財(cái)物的，處五日以上十日以下拘留，可以并處五百元以下罰款；情節(jié)較重的，處十日以上十五日以下拘留，可以并處一千元以下罰款。文明旅游不僅是對(duì)游客道德上的約束，更是游客應(yīng)盡的法律義務(wù)。

“接天蓮葉無(wú)窮碧，映日荷花別樣紅。”夏日來(lái)臨，荷花綻放，花雖美，可遠(yuǎn)觀而不可褻玩焉，請(qǐng)記得文明參觀。

（本文作者系上海自然博物館科學(xué)老師）

編輯：沈析宇" " 175556274@qq.com