屏障组织是生物体与外界环境的第一道防线，植物也不例外。对于种子植物而言，次生生长过程中形成的栓皮层（periderm）承担着防止水分流失及病原菌侵袭的重任。该屏障一旦受损，植物需要迅速感知并启动再生机制，以维持生命活动的稳定性与健康性。尽管栓皮层的生理功能众所周知，但其完整性监测和再生的分子机制一直未被完全阐明。近期，科学家们通过对模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）的深入研究，揭示了植物通过感知气体扩散来监控屏障完整性的独特机制。研究表明乙烯和氧气这两种气体在根部和茎部的屏障损伤修复中发挥决定性作用，构成了一套基于气体扩散监测的动态调控系统。
植物体内幼根维持了一个含乙烯较高且氧气较低的微环境，即处于生理性低氧状态。栓皮层的形成有效限制了乙烯自由扩散，保持其在组织内的积累。屏障受伤时，积聚的乙烯迅速从伤口释放出去，同时外界的氧气进入受伤组织内部。乙烯的泄露导致组织内部乙烯信号的显著减少，而输入的氧气则抑制了之前处于活跃的低氧信号通路。这种变化被植物细胞感知后，触发了针对伤口的栓皮层再生进程，促进新细胞分裂和细胞壁中木质素和次生沉积物的合成，最终重建起物理屏障功能。当再生完成并恢复屏障完整性后，乙烯积累水平和低氧信号均恢复至受伤前的状态，终止修复反应。
此项发现不仅为植物的天然损伤应答机制提供了全新视角，也揭示了气体传播这一非接触式信号传导在植物组织调控中的关键作用。在具体实验中，研究人员对拟南芥根部进行纵向机械切割，模拟栓皮层受损，随后结合多种基因报告系统，详细描绘了受伤后栓皮层各种关键基因的时间和空间表达变化。之后通过外源性添加乙烯前体物质ACC，发现乙烯信号通路活跃时，栓皮层相关基因表达明显被抑制，进而阻碍了栓皮层的再生和功能重建。反之，正常受伤诱发的乙烯信号水平下降促进了修复的启动。而低氧信号通路的调节同样重要。植物在未受伤时的栓皮层内部处于低氧状态，氧气难以渗透保护组组织。
伤口形成后，氧气迅速渗入诱导低氧信号通路的降低，促进相关基因和细胞结构的再生。乙烯和氧气信号虽独立发挥作用，但二者同时调节时的效果更为显著，协同推进栓皮层的高效修复。这套气体感知机制似乎不仅在根部发挥作用，茎部的表皮受伤修复中也观察到了类似现象。植物茎部的表皮通过切割受到机械损伤时，乙烯浓度增加，且气体交换受阻，修复过程同样伴随气体扩散变化。虽然氧气信号在茎部的作用相对较弱，但乙烯的扩散对修复同样具有促进作用，表明气体扩散监测可能是植物广泛采用的屏障完整性监控策略。相比其他已知的屏障监测机制，如肽类信号分子的空间分布或蛋白激酶定位，气体扩散监测以其高度的适应性和无需高度空间定位的优势，为植物对外界伤害的灵敏反应提供了快速且广泛的手段。
同时，气体作为无形信号分子，通过呼吸代谢及内源合成参与植物生长发育调控，因此气体扩散的改变不仅反映物理屏障的受损，更揭示了植物代谢状态和环境条件的变化。未来，深入解析气体感知相关的下游信号转导途径与调控网络，将为提高植物抗逆性、促进作物圈层管理及保护森林资源提供新技术支撑。本研究为植物科学领域的学者们提供了重要启示，也为农业生产实践开辟了潜在方向。通过基因编辑技术调节植物内乙烯与氧气信号通路之间的平衡，或通过外部环境调控气体水平，极有可能促进农作物伤口愈合速度，提高作物抗病力，减少营养流失，保障农业产量与质量。此外，这一发现对森林资源管理、果蔬后期加工中的屏障损伤修复亦具有参考价值。植物厚实坚韧的栓皮层不仅保证了树木躯干的防护能力，更与木栓物资源的经济开采密切相关。
据信气体扩散监测机制也在不同物种及器官中普遍存在，扩展研究将进一步推动我们对植物适应环境复杂挑战的系统理解。总之，植物通过乙烯和氧气气体扩散变化感知屏障完整性，实时调控再生机制的开启与终止，体现了植物在进化中发展出的高度智能化生理调节功能。这不仅丰富了植物生物学的理论体系，也展现了气体作为关键信号分子的独特魅力和应用前景。随着未来技术的进步，深入挖掘植物气体感知机制有望引领绿色农业和生态保护的新变革。
