屏障组织是保护生物体免受外界环境侵害的重要屏障，对植物来说尤为关键。在许多种子植物中，随着植物的次生生长，形成一种被称为栓皮层的保护性外层，它通过阻止水分流失和抵御病原体感染，维持植物体内组织的完整性。植物栓皮层遭受机械损伤后，其再生过程变得至关重要，直接关系到植物的存活和健康。然而，纵观过去的研究，对于植物如何感知屏障损伤和启动再生机制的背后原理仍然知之甚少。近期的一项研究揭示，植物依赖于对两种关键气体——乙烯和氧气扩散的感知，监测屏障的完整性并调控再生进程，展现了自然界中独特而高效的自我修复策略。 乙烯作为一种天然的气态植物激素，在植物生长、发育和应对环境压力中发挥重要作用。
通常情况下，乙烯在植物组织内部积聚，当外界气体扩散受限时，其浓度升高，成为组织发育和响应环境变化的信号。例如，在土壤压实情况下，根部周围的乙烯积累促使根系调整生长策略，以适应土壤的物理限制。类似地，在水涝条件下，稻米等植物体内乙烯浓度升高，诱导通气组织形成和节间伸长，协助植物适应缺氧环境。 在栓皮层完整时，乙烯难以从植物内部逸出，形成较高浓度。然而，一旦栓皮层被机械损伤，例如根部被切割，乙烯分子便通过伤口迅速扩散逸出，从而导致局部乙烯信号的迅速减弱。该信号的衰减促使植物启动修复程序，激活一系列与栓皮层形成相关的基因表达，促进分生组织形成和新的栓皮层细胞的分化，恢复屏障结构的完整。
通过实时荧光报告基因和乙烯信号元件的监测，科学家们观察到伤口周围乙烯信号显著降低，佐证了乙烯扩散作为修复触发信号的关键作用。 除了乙烯，氧气的扩散同样参与了屏障完整性的感知和修复过程。在完整的栓皮层下，氧气难以大量进入植物内部的次生组织，造成组织内存在一定的生理性缺氧状态。栓皮层受损时，环境中的氧气得以渗入植物内部，缓解了低氧应激。这种氧气的增加反过来抑制了缺氧信号路径，促进细胞分裂与分化，有助于再生组织的形成。研究中通过气体传感器检测和缺氧响应基因的表达监测发现，伤口部位氧气含量提升，缺氧信号下降，为氧气作为再生促进因子的角色提供了强有力的实验证据。
乙烯和氧气信号不仅各自影响栓皮层的再生，其协同作用更加强化了生物屏障的修复效率。当乙烯信号维持较高水平同时缺氧信号未能衰减时，栓皮层的再生受阻，甚至完全无法开展。相反，乙烯信号降低且氧气充分供应时，再生过程得到明显促进。此外，实验也表明封闭伤口以阻止气体交换会显著抑制相关基因的诱导和栓皮层的形成，进一步验证了气体扩散作为屏障状态感知机制的核心地位。 该机制并非局限于根部，也在植物茎秆的屏障修复中发挥功能。茎秆外部覆盖着表皮和角质层，这同样充当植物与环境之间的屏障。
茎秆受损后，局部同样会诱导出现类似栓皮层的活跃区域，促进保护层的再生。封闭伤口阻断气体交换同样抑制了相关基因表达，表明气体扩散监测是植物普遍采用的一种屏障修复策略。虽然后续研究需进一步揭示茎部再生中具体的信号通路，但气体信号作为普适性环境感知机制的角色已然清晰。 从生态学和进化的角度看，植物通过感知气体扩散动态，能够实时了解自身屏障的完整性，有效协调组织修复和资源分配。在自然环境中，屏障损伤经常发生，快速的感知与应答机制为植物的存活提供了优势。乙烯和氧气作为小分子气体具有迅速、广泛扩散的性质，非常适合作为远程和即时的信号分子。
结合其他机械信号、肽类激素和激素网络的综合调控，植物构建出高效精细的屏障维护体系。 此外，研究成果对农业生产和植物保护具有重要借鉴意义。理解屏障再生的内在机制，有助于培育具备更强修复能力的作物品种，提高病虫害抵抗力和逆境适应性。特别是在果树、经济林和蔬菜等对机械伤害敏感的植物中，促进栓皮层和外部保护屏障的快速形成，将直接减少病原侵染风险，提升产量和品质。在生物材料领域，栓皮层细胞尤其是软木层的形成机理研究，也为未来创新材料科学带来潜在启示。 未来的研究应进一步解析乙烯和氧气信号与其他内外环境信号的交互网络，探索空间定位信息如何与扩散性气体信号整合，共同决定再生的时空模式。
同时，拓展对不同植物物种、器官以及环境条件下屏障监测机制的理解，将有助于深化植物适应性调控的综合认识。 总的来说，植物依赖气体扩散的动态感知机制，精妙地监控屏障完整性，及时触发再生程序，保障其生命活动的正常进行。乙烯从组织内部逸出象征着屏障的破裂，氧气进入释放了缺氧压力，两者的相互作用构筑起高效的屏障维护网络。这不仅体现了植物对外界环境的适应智慧，也揭示了生物界利用环境信号自我维持稳态的基本原则。理解这一机制，为植物科学研究提供了新视角，同时为农林业改良与生态保护带来了新的可能性。
