Name: 文丘里效应可以帮助治疗我们的树 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-10-01T09:10:00.000+00:00
Duration: 5 min 26 s
Description: 了解利用文丘里效应和双凸刀片工具进行树木内生治疗的新方法。该技术无需钻孔即可输送药液，减少对树木的损伤并促进自然愈合，为树木保护提供高效解决方案。

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作者感谢帕多瓦大学专利办公室、TeSAF 部门以及 Vitzani 公司提供的财务与技术支持，这些支持促成了该仪器的开发；感谢乔纳森·科金博士（英国）的积极配合与语言润色，感谢蓬泰圣尼科洛市（PD）在视频拍摄期间给予的友好接待，以及感谢匿名评审专家们富有建设性且详尽的建议。

<ol>
	<li>根据树木内疗法的一般原则，建议在晴朗、有风的天气条件下，于芽萌动期至夏末期间进行处理。17.</li>
	<li>佩戴手套、防护眼镜及其他根据现行法规要求的安全防护设备。</li>
	<li>熟悉仪器的拆卸与重新组装。其主要组件如下所述： 图2.</li>
	<li>熟悉以下步骤中所述的方法及 视频 2开始在未修剪、树皮光滑、树冠充分发育且叶片宽大的树上用水练习输注技术（即 悬铃木属 sp.， 栎属 sp.）</li>
	<li>仅使用有毒液体（杀虫剂、杀菌剂、干燥剂） 等等。根据当地或国家法规授权用于树木注射，并按照生产商说明进行稀释（参见标签）。</li>
	<li>在胸径高度测量树木的周长（周长 = 直径 × 3.14），并根据液体生产商提供的技术信息计算所需溶液的用量即 若CFR为190 cm，剂量为0.7 ml/cm，则将注入133 ml的稀释液体。</li>
	<li>根据胸径（diam）或胸围（crf）计算需钻孔的数量，预计每25-30 cm胸围钻1个孔，并将计算结果向上取整至下一个整数即 190 厘米 crf = 6.3 = 7 个端口</li>
	<li>根据最终的端口数量重新计算端口之间的距离（即 190 厘米/7 个端口 = 27 厘米</li>
	<li>计算液体/端口的最终体积即 总共 133 毫升/7 个端口 = 每个端口 19 毫升。</li>
	<li>使用预填充胶囊时，根据制造商的说明计算端口数量。</li>
	<li>选择等距的插入位点（即 7) 沿地面以上前150 cm的树干周长，优先选择根部膨大处上方轻微凸起且光滑的部位。</li>
	<li>避免选择插入部位上方或下方存在可能干扰树液流动异常的部分（即 节疤、木材腐朽、修剪切口</li>
	<li>如有必要，可用刀片将树皮表面轻轻刮平，以便外部垫圈与树皮完全贴合。若该部位过于粗糙或弯曲，可将位置向一侧移动几厘米。</li>
	<li>选择与树皮厚度和树干直径均相匹配的刀片长度，并将其拧紧至仪器主体上。对于阔叶树，刀片至少需插入木质部组织2 cm；对于针叶树和棕榈科植物，由于需穿透树脂道或因单子叶植物解剖结构特点，建议使用更长的刀片。</li>
	<li>使用合适体积的一次性药用注射器（最经济且有效的选择），抽取单次插入所需的溶液即 17.14 ml），保持针芯插入深度至少 3 cm（即 20 ml 注射器</li>
	<li>作为注射器的替代品，可使用任何用于树木注射的容器（即 滴注袋、可重复填充的注射器、预填充胶囊、外置储液罐）需适配工具臂上的锥形孔（皮下注射针头雌性标准）或1/8英寸螺纹。</li>
	<li>用手牢固握住树干，将刀片朝向树的中心。刀片的刃口必须与纤维方向平行（即 垂直方向。</li>
	<li>用另一只手敲击滑动锤，直至外部的乳胶垫圈完全被压紧。</li>
	<li>将注射器插入锥形开口，轻柔地拉出活塞：在敲击过程中进入仪器的空气会通过液体排出。活塞的阻力表明刀片已完全插入。注意：使用不同的连接件时，无法抽出空气，治疗速度将会减慢。</li>
	<li>等待完全吸收。</li>
	<li>若输注速度较快（即 10 ml/1 分钟），为减少端口总数，可在容器排空前补充液体，然后重新计算端口数量。注意：为确保液体在冠层中均匀分布，建议每 40 cm 周长至少设置一个端口。</li>
	<li>若输注时间过长（超过1 ml/min）； 即 在阴天或针叶树、棕榈科植物上时）切换至光照注入模式，重新插入活塞，并用拇指施加低压，或 将工具连接至加压储罐（约 1.5 bar 图3a和b).</li>
	<li>如果未发生注射，则将治疗推迟至适宜的生理和气候条件出现时进行。</li>
	<li>当容器排空后，等待残余液体流出刀片（8–10 秒），取下注射器，通过反向敲击锤子将刀片拔出。</li>
	<li>移动到下一个端口。</li>
	<li>如果需要或必须对伤口进行保护，可使用惰性蜡或愈合胶。注意：含有杀虫剂的修枝或嫁接用胶可能对形成层具有植物毒性，会延缓伤口愈合。</li>
	<li>对于受传染性疾病影响的植物，在处理后需对刀片和仪器主体进行消毒。在条件允许的地区，可使用酒精或过氧化氢。若采用热力消毒，应先取下外部及两个内部的橡胶密封圈，单独处理或更换。</li>
</ol>

<ol><li>Kielbaso, J. J., Ed, <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKielbaso%2C+JJ+%22Proc.+of+the+Symposium+on+Systemic+Chemical+Treatments+in+Tree+Culture%22">Proc. of the Symposium on Systemic Chemical Treatments in Tree Culture</a>. , Michigan State University, MI. (1978).</li>
<li>Miller, K. Symposium on Systemic Chemical Treatments in Tree Culture. , Second, Michigan State University, MI. (1991).</li>
<li>Chen, R. F., Wang, H. H., Wang, C. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Translocation+and+metabolism+of+injected+glyphosate+in+lead+tree+%28Leucaena+leucocephala%29%5BTitle%5D)+AND+%22Weed+Science%22%5BJournal%5D)">Translocation and metabolism of injected glyphosate in lead tree (Leucaena leucocephala).</a> Weed Science. 57, 229-234 (2009).</li>
<li>Gentile, S., Valentino, D., Tamietti, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effectiveness+of+potassium+phosphyte+in+the+control+of+Chestnut+ink+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Hort%22%5BJournal%5D)">Effectiveness of potassium phosphyte in the control of Chestnut ink disease.</a> Acta Hort. 866, 417-424 (2010).</li>
<li>Poltronieri, Y., Martinez, H. E. P., Cecon, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+zinc+and+its+forms+of+supply+on+production+and+quality+of+coffee+beans%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Sci.+Food+Agric%22%5BJournal%5D)">Effect of zinc and its forms of supply on production and quality of coffee beans.</a> J. Sci. Food Agric. 91, 2431-2436 (2011).</li>
<li>Zuo, Y., Zhang, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soil+and+crop+management+strategies+to+prevent+iron+deficiency+in+crops%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+and+Soil%22%5BJournal%5D)">Soil and crop management strategies to prevent iron deficiency in crops.</a> Plant and Soil. 339, 83-95 (2011).</li>
<li>Da Vinci, L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDa+Vinci%2C+L+%22Codex+Atlanticus%22">Codex Atlanticus</a>. , 12-76 (1478-1519).</li>
<li>Helton, A. W., Rohrbach, K. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Translocation+of+twelve+fungicidal+compounds+injected+into+trees+of+Prunus+domestica%5BTitle%5D)+AND+%22Phytopathology%22%5BJournal%5D)">Translocation of twelve fungicidal compounds injected into trees of Prunus domestica.</a> Phytopathology. 56, 933-939 (1966).</li>
<li>Jones, T. W., Gregory, G. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+apparatus+for+pressure+injection+of+solutions+into+trees%5BTitle%5D)+AND+%22USDA+Forest+Service+Reserch+Paper%22%5BJournal%5D)">An apparatus for pressure injection of solutions into trees.</a> USDA Forest Service Reserch Paper. 233, 1-9 (1971).</li>
<li>Reil, W. O., Beutel, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+pressure+machine+for+injecting+trees%5BTitle%5D)+AND+%22Calif.+Agric%22%5BJournal%5D)">A pressure machine for injecting trees.</a> Calif. Agric. 30, 4-5 (1976).</li>
<li>Perry, T. O., Santamour, F. S., Stipes, R. J., Shear, T., Shigo, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exploring+alternatives+to+tree+injection%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Arb%22%5BJournal%5D)">Exploring alternatives to tree injection.</a> J. Arb. 17, 217-226 (1991).</li>
<li>Shigo, A. L., Campana, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Discolored+and+decayed+wood+associated+with+injection+wounds+in+American+elm%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Arb%22%5BJournal%5D)">Discolored and decayed wood associated with injection wounds in American elm.</a> J. Arb. 3, 230-235 (1977).</li>
<li>Neely, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wound+closure+rates+on+trees%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Arb%22%5BJournal%5D)">Wound closure rates on trees.</a> J. Arb. 14, 250-254 (1988).</li>
<li>Study on Structure of Needle Head and Seal Mechanism of Tree Trunk Injection. Shang, Q., Liao, K., Liu, H., Zhao, B. Proc. of 2011 International Conference on Transportation, Mechanical, and Electrical Engineering (TMEE), Changchun, China, , (2011).</li>
<li>BITE: a low impact tool for xylematic injections. Montecchio, L. Proc. of Towards Future-proof Crop Protection in Europe, Wageningen, NL, , (2012).</li>
<li>Antonini, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((BITE%2C+un+nuovo+strumento+per+i+trattamenti+endoterapici+agli+alberi%5BTitle%5D)+AND+%22Giardini+e+ambiente%22%5BJournal%5D)">BITE, un nuovo strumento per i trattamenti endoterapici agli alberi.</a> Giardini e ambiente. 3, 70-73 (2013).</li>
<li>Chaney, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anatomy+and+physiology+related+to+chemical+movement+in+trees%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Arb%22%5BJournal%5D)">Anatomy and physiology related to chemical movement in trees.</a> J. Arb. 12, 85-91 (1988).</li>
<li>Cocking, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Report+on+the+22nd+AGM+of+the+European+Arboricultural+Council%5BTitle%5D)+AND+%22The+ARB+Magazine%22%5BJournal%5D)">Report on the 22nd AGM of the European Arboricultural Council.</a> The ARB Magazine. 158, 27(2012).</li>
<li>Strazzabosco, L., Klaudatos, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Separa+non+buca%5BTitle%5D)+AND+%22Acer%22%5BJournal%5D)">Separa non buca.</a> Acer. 2, 33-37 (2013).</li>
<li>Shigo, A. L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aShigo%2C+AL+%22Modern+Arboriculture%22">Modern Arboriculture</a>. , Shigo and Trees Associates. Snohomish, WA. (1991).</li>
</ol>

所述仪器的专利参考号为 PD2011A000245、EP2012/063680、WIPO WO/2013/010909。

尽管树木内吸疗法（endotherapy）已被公认具有环境优势，但迄今为止，限制该方法更广泛使用的主要因素与传统加压法所用钻孔带来的负面副作用有关（即 伤口愈合延迟、通过孔洞引发寄生感染、产生无活性的变色木材）。
与其他方法相比，所述方法旨在顺应宿主生理特性，认为递送速率对治疗成功而言并不重要。
从专业操作人员的角度来看，这是该技术的一个局限性。事实上，基于外部压力的方法在次优条件下也能实现可预测的递送时间，因而每天可规划处理的植株数量。而采用所述技术时，吸收速度则直接取决于通过叶片蒸腾作用同时分散的水量，在次优条件下，吸收速度可能低于预期。此时，可通过施加不超过1.5 bar的轻微外部压力来促进吸收。根据项目方案，在叶片蒸腾作用不理想时，建议等待更适宜的条件。
一个关键问题涉及液体在木本植物体内的分布。事实上，尽管关于压力注射的科学数据非常丰富，但目前对于通过输注方式施加化学物质时，如何实现化学物质在整个树木中最佳循环的动力学过程仍知之甚少。意大利帕多...

近年来，树干内治疗法已逐步取代了木本植物上传统的空气喷雾方法1-6，但这并非新近的想法。早在15th 15世纪，列奥纳多·Da Vinci 详细描述了他如何用锥子在苹果树树干上钻出深孔，再将砷溶液注入其中，从而使苹果产生毒性7自那以后变化不大：原本容易从自然界获取的化学物质逐渐被更高效的合成活性成分所取代（如杀虫剂、杀菌剂、杀细菌剂、肥料、植物生长调节剂和脱叶剂）。大气压喷雾发展为高压喷雾，手动螺旋钻也已被现代电池驱动的电钻所替代。8-10遗憾的是，即使是最锋利的钻头也会撕裂并使负责愈合孔洞的形成层组织过热。因此，伤口闭合被延迟，邻近的大片木质组织失去功能。&#34;变色木材&#34;从注射部位向上和向下延伸数英尺11此外，未封口的孔洞容易被由渗出树液吸引的细菌和真菌定殖，导致木材内部长期腐烂，进而造成木材强度和稳定性的丧失12,13.
认识到：1）一组纵向纤维按照透镜状双凸几何形态分离（图1a）；2）液体在导管中的流动符合流体动力学中的伯努利原理。基于此，2011年帕多瓦大学设计出一种新型14无需钻孔的内疗仪器，该仪器具有一个基本的、透镜状双凸且中空的刀片，可插入木材并使其纤维分离。通过这种方式，可到达内部木质部导管，且摩擦最小（图1b）；导管截面积的暂时减小会提高液流速度，从而加速对外源液体的自然吸收（图1c，视频1）15,16。

<table><tbody><tr><td>双特异性T细胞衔接器（BITE）</td><td>Vitzani srl，意大利卡多雷佩拉罗洛</td><td></td><td>&amp;nbsp;</td></tr></tbody></table>

文丘里效应可助我们拯救树木

A Venturi Effect Can Help Cure Our Trees

在木本植物中，由于从地下水到冠层叶片的水势呈递减梯度，木质部汁液通过导管向上运输。根据这些因素及其动态变化，可将少量与汁液相容的液体（例如 农药）注入木质部系统，使其从内部到达作用靶标。这种内吸式处理方法称为&#34;树干注射&#34;或&#34;树干输注&#34;（取决于操作者是否施加外部压力），可将施用的化学物质限制在目标树木内部，因此在城市环境中尤为适用。传统钻孔方法的广泛应用受限，主要原因是需在树干周围钻孔以穿透树皮并进入其下的木质部导管，而这些孔洞会带来一系列负面副作用。
意大利帕多瓦大学近期开发了一种手动、无需钻孔的器械，其带有小型多孔刀片，可通过分离木质纤维以最小摩擦力插入树干。此外，透镜状的刀片可减小导管的横截面积，从而提高树液流速，当蒸腾速率较大时，可促使外部液体自然上升至叶片。由于植物组织的天然弹性和膨压，刀片取出后切口会迅速部分闭合，而形成层的活动则可在数周内完成愈合过程。

由于其尺寸小且形状独特，透镜形刀片不会去除形成层和木质组织，与传统的钻孔相比，伤口明显更小（图4a）。通常情况下，钻孔边缘会因钻孔过程中产生的过热而被形成层组织缓慢地隔离（图4b1）。相反，在使用透镜形刀片处理同一棵树后，木质纤维会恢复到原来的形状，且形成层在数天内即开始产生分生组织。主要在阔叶树中，剥去树皮后可观察到这一现象（图4b2 和 图4c）。通常几个月后，伤口即可完全愈合，仅残留少量下方变色的木材（图5），因此若该树木不用于高质量木材生产，则可进行后续处理。
由于其形状，刀片会产生“文丘里效应”。当管道内流体速度较大时，就会发生这种物理现象（视频 1）；在树木中，影响树液流速的主要变量与叶片的蒸腾作用有关。根据我们的初步结果，在具有环孔材或半环孔材的阔叶树种中，以及当液体被施加于靠近基部或根部凸起处的凸面或平面时，输注速度更快（视频 2；...

与大多数需要对树木进行钻孔的传统打孔法相比，使用透镜状刀片的工具改变了内吸疗法的基本操作，便于伤口闭合，并促进溶液的自然吸收。

在木本植物中，由于从地下水到冠层叶片的水势呈递减梯度，木质部汁液通过导管向上运输。

本实验的总体目标是使用对树木友好的透镜状刀片工具和文丘里效应，而非钻孔方式，对树木进行内疗处理。该方法首先通过具有透镜形横截面的刀具分离皮下木质纤维，以进入木质部导管。第二步，当中空刀片暂时减小导管的横截面积时，会引发文丘里效应，从而使树木从外部储液器中吸收液体。接下来，在吸取所需液体后，移除刀片。根据蒸腾速率，木质部中的液体向上运输至叶片，同时携带外部供给的液体，从而实现液体的分布。由于纤维的天然弹性和刚性，刀片移除后，部分注射位点会很快自行闭合，而形成层的活动将在数周内完成愈合过程。通常由熟悉传统树干注射方法的专业操作人员进行操作。我们面临困难的原因在于，使用我们的仪器时，每天需要处理的树木数量确实难以轻易规划。我们的仪器并非旨在提高每日工作效率，而是为了减少与伤口相关的长期损害，并在树木内部诱导一种物理现象，从而增强树木对外部液体的自然吸收能力。请在适合进行树干注射治疗的日子进行处理，最好选择从萌芽期到夏末之间的时段。选择将接受注射处理的树木。首先在胸径高度测量树木的周长，以确定所需溶液的用量以及插入位点的数量。接着，在距地面最开始的150厘米范围内，确定并标记插入位点，使这些位点在该株126厘米高的树木上等距分布。共有五个位点。理想情况下，位点位置应略微凸起、表面光滑，并位于根部膨大区域之上。准备注射装置以供使用。选择与树皮厚度和树干直径均匹配的刀片安装到设备上。将刀片拧紧至设备主体。将设备暂放一旁，随后填充一次性药用注射器。根据单次插入所需的溶液量，每个位点将获得等量的总液体。将注射器置于触手可及之处。佩戴手套、防护眼镜以及所用化学试剂和当地法规要求的其他防护装备。拿起设备，将刀刃方向与树木的纤维方向对齐，并使刀刃指向树干中心。一手牢固握住设备主体，使刀刃紧贴树干；另一手敲击主体上的滑动锤，直至外部层压密封垫被完全压紧。完成此操作后，取出装满液体的注射器，并将其插入锥形开口中。轻轻拉出活塞，观察输注速度。当注射器排空后，等待8到10秒，然后反向敲击锤子以取下刀片。按照图中所示，对剩余带有钻孔的注射位点重复上述操作。周围组织通常会因过热而失去活力。相比之下，使用透镜状刀片时，韧皮部和木质部组织不会被切除，而是被移向一侧。这些组织会在几分钟内部分恢复到原来的形态，通常在几个月后完全愈合。这些照片显示了两棵树在使用磷酸钾处理12个月后的状况。使用通气孔刀具后，树木愈合时仅出现少量变色，后续处理时无需过多担忧。此处可见，在输注24小时后，染色的农药出现在棕榈树的通气孔（PDs）及棕榈树叶片中。这展示了通过输液方式在具有缓慢SEP动态特性的树木中进行吸收的过程。在实施该操作时，需要注意的是，只有当叶片蒸腾速率较高时，才会发生文丘里效应。在阴天或雨天，以及大多数针叶树和棕榈科植物中，该效应均不易发生。蒸腾作用可能非常微弱。此时，可轻轻按压注射器推杆，或可将仪器

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本文提供了一种研究右心室衰竭机制的有效方法。通过使用自制的手术器械，建立了一种更为简便且高效的肺动脉缩窄方法。此外，还提供了利用超声心动图和导管插入术评估该方法质量的技术。...

通过肺动脉缩窄诱导小鼠右心室衰竭及右心室功能评估

本方案描述了一种手术方法，用于移除因左心疾病导致肺动脉高压的大鼠模型中的升主动脉缩窄。该技术旨在研究肺循环和右心的内源性逆向重构机制，从而为逆转肺动脉高压和/或右心室功能障碍的策略提供依据。...

通过大鼠主动脉解缩窄建立左心疾病所致肺动脉高压的血管逆向重塑模型

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用于植物分子递送的直接灌注装置

本文介绍了一种通过韧皮部或表皮环割结合真菌病原体接种途径诱导产生不定根（ARs）的实验方案，该方法适用于杨树根系生物学及光响应相关生理过程的研究。...

由杨树茎干溃疡病原菌诱导的杨树不定根：研究根系生物学及光响应相关过程的实验系统

本文介绍了一种通过超声引导将血管干细胞精确递送至主动脉管壁的实验方案。该技术可有效靶向血管壁，并促进主动脉瘤和主动脉夹层的血管修复。...

精准超声引导下干细胞递送用于主动脉疾病中的血管修复

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