屏障组织是生物体与环境之间的重要隔离层，保障其内部结构免受外界威胁。对于植物而言，外部屏障的完整性尤为关键，能够防止水分流失和病原体入侵。随着植物的生长和发育，尤其是那些经历次生生长的种子植物，其根部和茎部会形成具有保护功能的周皮组织。周皮中的栓皮层细胞通过细胞壁中沉积的木质素和栲胶物质（如木栓质和次生皮层素）形成物理屏障，一旦这一层受到机械损伤或病原体攻击，植物必须迅速感知并修复损伤，确保屏障的恢复。最新的科学研究揭示，植物正是通过感知气体，尤其是乙烯和氧气的扩散变化，来实现对屏障完整性的动态监测和及时修复。 乙烯在植物生理中扮演着重要的信号分子角色。
它参与调节植物的生长发育以及对应激的响应。通常，成熟的次生组织中存在一定浓度的乙烯，受限于外部环境的扩散，乙烯在组织内积累形成信号。当周皮组织发生破损时，乙烯泄露至外界，大幅降低细胞内乙烯信号强度。研究显示，这种信号强度的下降直接触发了周皮组织的再生过程。换句话说，乙烯的快速扩散和损失成为了植物感知伤口存在的关键初始信号，促使植物启动防御和修复程序。 与此同时，氧气的扩散同样在屏障完整性的感知和修复中扮演关键角色。
周皮组织中厚厚的栓皮层限制了氧气的进入，内部组织长期处于低氧（缺氧）状态。损伤后，氧气通过伤口大量涌入，细胞内的缺氧信号被抑制，促使组织进入更有利于修复的代谢状态。相较于乙烯信号的下降，氧气供给的增加带来了生理条件的转变，配合乙烯信号调节，形成完整的修复调控网络。这种气体信号以相互补充、加成的方式共同促进屏障的再生。 在植物根部的周皮组织中，胼胝质层（phellem）是外层最外侧的细胞，其形成和功能标志着屏障的完整。受伤后，根部快速激活一系列特异性基因，诸如过氧化物酶（PER15、PER49）以及WOX4等，这些基因的表达增强标志着再生过程中周皮细胞的分化和增殖。
并且，使用专门的转基因报告基因技术可以观测这些基因在伤口部位的表达动态，进一步印证气体信号在调控植物响应中的核心作用。通过实验可以发现，当伤口被封闭，阻断了气体的扩散时，周皮再生过程被明显抑制，强调了气体扩散作为信号媒介的重要性。 乙烯信号的调节类似于一种“泄压”机制。正常生理状态下，乙烯在受限空间内积累，维持高信号状态，抑制某些发育路径。伤口出现时，乙烯逸散导致信号下降，解除抑制，使相关修复基因和通路得以激活。此机制不仅体现了气体的物理扩散作用，更涉及乙烯信号途径中关键调节分子的活性变化，如EIN2和ETR1等受体和响应因子。
缺乏乙烯信号的突变体表现出屏障修复过程中的异常，进一步证明该信号路径的作用。 氧气方面，缺氧信号调控也是植物对环境响应的典型案例。周皮内部处于相对缺氧的环境，限制了某些氧依赖的代谢过程。伤口开放则带来氧气供应的增加，调节了N末端基序降解途径下的蛋白质稳定性，释放了对细胞分化和屏障修复的抑制。实验利用荧光报告基因和氧气微传感器进一步确定了氧气浓度的局部变化及其在调控信号中的关键功能。 植物体不同部位虽然屏障结构不同，但气体扩散监测作为屏障完整性检测的原理具有一定的普遍性。
以茎部表皮为例，尽管没有明显的次生周皮结构，但受伤后同样可以观察到特殊的栓皮样细胞层的形成，其诱导同样依赖于气体扩散信号。封闭伤口导致信号抑制和修复延迟，反映出类似的机制在不同植物器官中发挥作用，但可能涉及不同的信号重点及配套调控因子。 近年来的研究为我们揭示了植物修复外部屏障的深层机理所依赖的非接触式信号感知方式。相比于动物依赖神经或浓度梯度的精细信号传导，植物通过简单而有效的气体物理扩散过程，敏锐感知屏障的破损，并启动精确的修复反应。这种基于环境变化的信号监测机制，不仅高效节能，还有助于植物适应多变的自然环境，维持自身生存的稳态。 从农业和林业的视角来看，深入理解气体扩散在屏障完整性监控中的作用，提供了新的思路来改良作物耐逆性和缩短伤口修复时间。
比如，针对果树果皮的破损和病害，可考虑通过调节乙烯和氧气相关信号通路，促进果实表皮的快速愈合，减少经济损失。在工业上，像栓皮橡木的栓皮树皮再生品质，也是天然材料生产的关键，掌握其发育调节机理有望优化材料产出。 总体来看，植物依赖于乙烯和氧气的气体扩散状况，协调多种信号途径，精准感知并修复外部屏障。这种气体为载体的监测机制代表了植物对环境适应方式的智慧和复杂性，开启了植物生理学和发展生物学研究的新篇章，未来有待更多领域深挖其应用潜力及分子机制细节。
