植物作为陆地生态系统的重要组成部分，其根系和茎部的保护屏障承担着防止水分流失与病原体入侵的关键作用。随着植物生长过程中对周围环境的适应，如何及时感知保护屏障的完整性并进行修复成为维持植物健康的必要机制。近期的科学研究揭示，植物通过感知气体分子的扩散来监测屏障的损伤与完整性，尤其是以乙烯和氧气这两种关键气体为信号分子，实现了屏障损伤后的快速响应和再生修复过程。植物的外层保护结构——软木层（或称栓皮层）是根系及部分茎干在次生生长阶段形成的主要屏障，它由多层细胞组成，细胞壁中含有木质素和角质层组成的次生代谢物，具备耐水性和防御功能。当软木层遭受机械损伤或环境胁迫时，植物必须快速感知并启动修复机制以恢复保护功能，避免水分大量蒸发和病原菌侵染。以拟南芥为模式植物的最新研究证实，软木层的损伤使得内部产生的乙烯向外泄漏，同时氧气通过伤口涌入组织内，这种气体扩散的变化引发了植物体内乙烯信号和缺氧信号的调控。
受伤部位乙烯浓度的下降导致乙烯信号传导的减弱，进而解除对新生皮层细胞分化的抑制，促进栓皮层的再生。与此同时，氧气的渗入降低了组织内部的缺氧响应，促进细胞活跃分裂和分化，协助屏障逐步修复。当修复完成后，乙烯的积累和组织内的缺氧状态恢复到损伤前水平，乙烯和氧气信号重新建立平衡，终止再生过程，维护屏障功能的稳定性。研究还采用转基因技术开发了动态乙烯响应报告体系，能够实时监测伤口区域乙烯信号的变化，验证了乙烯信号在伤口反应中的负调控作用。相应的，缺氧响应相关基因的表达则在伤口愈合过程中逐渐下降，体现出氧气扩散对于解除缺氧信号的重要意义。除了乙烯与氧气的作用外，其他植物激素如茉莉酸和脱落酸在研究中显示对再生过程影响较小，表明气体扩散信号在屏障完整性感知中具有核心地位。
该机制不仅在根系软木层的修复过程中发挥作用，也适用于茎部表皮受损后的屏障再生。在植物茎部，传统的表皮与角质层构成了重要屏障结构。纵向切割茎部表皮后，植物同样利用气体扩散变化感知伤口，启动形成类似软木层的屏障细胞来重新建立保护屏障。封闭伤口以阻止气体扩散，显著降低了相关屏障基因的表达和形成，进一步证明气体扩散是共通的屏障监测信号。该机制充分利用了气体分子具有快速扩散的特性，无需复杂的空间定位机制，即可快速反映屏障的完整与破损状况。乙烯作为植物内源性气体激素，其浓度变化不仅影响根系的生长模式，还通过调节细胞分裂和分化来控制屏障修复。
氧气则通过调控植物的缺氧信号通路，为细胞代谢活动提供必需的条件，从而支持再生过程。气体扩散信号的感知和响应为植物提供了一种高效、节能的屏障监测与修复模式，有助于植物在复杂多变的环境中维持体内稳态和生存能力。展望未来，这一发现为植物保护屏障的调控机制研究开辟了新的方向。同时，鉴于软木层材料具有重要的经济价值，这些机制也可能为木材工业、果蔬储存与病害防治等领域提供理论指导。除此之外，能针对气体信号调控的植物育种策略，将有助于研发更抗逆、适应力强的农作物品种。值得注意的是，虽然气体扩散起到了监测屏障功能的核心作用，但空间上的精准定位和修复过程中的复杂调控仍需其他信号因子、激素及机械感受元件的配合共同完成。
进一步研究应聚焦于与气体信号协同作用的分子机制以及感知体系的信号传导网络，全面解析植物屏障修复的多层次调控机制。总之，植物通过监测乙烯和氧气气体分子的扩散动态，巧妙实现了屏障完整性的感知和受损后的快速修复。气体信号使植物能够敏锐察觉外界环境的变化和自身屏障的损伤，通过调整内在生理状态，保障组织安全与生命活动的连续进行。这一发现深化了人们对植物适应环境机制的理解，也为相关应用提供了宝贵的理论支撑和研究基础。
