植物生命体受限于其静止性，它们无法主动移动逃避不良环境和机械损伤，因此，建立和维护坚固的屏障对于植物的生存至关重要。屏障组织，比如根部的栓皮层（periderm）和茎叶的表皮，防止水分流失、抵御病原体入侵，确保植物内环境稳定。然而，这些屏障极易受到物理或生物因素损伤，损伤后的屏障修复机制成为植物适应能力的关键环节。近期研究表明，植物通过感知气体的扩散变化，特别是乙烯和氧气在组织中的流动状况，来监测屏障的完整性，进而调控修复过程。 以拟南芥根部栓皮层为例，在植物次生生长阶段，栓皮层形成作为外层保护，主要含有软木细胞、柔皮层母细胞和柔皮层细胞。软木细胞分化过程会在细胞壁中沉积木质素和栓质，形成坚固的物理屏障。
当栓皮层受损，气体交流路径被打开，内部丰富的乙烯气体会通过伤口逸出，同时外界氧气渗透进入。正常情况下，栓皮层阻止气体交换，乙烯在组织内积累，维持“无伤”状态的信号。当伤口产生，乙烯向外泄漏导致组织内乙烯浓度下降，从而减弱乙烯信号传导。同时，氧气的进入降低了组织的缺氧信号。两者联合感知促使植物启动再生机制，调动相关基因诱导新栓皮层的分化和形成，最终恢复屏障功能。 这一机制的关键在于乙烯和氧气信号的对立作用。
乙烯作为一种气体植物激素，通常参与植物对压力和伤害的反应。乙烯信号浓度的降低触发栓皮层再生相关基因的表达，而乙烯信号浓度高则抑制这一过程。实验显示，外部给予乙烯前体如ACC会抑制再生标志基因的激活，且乙烯信号不敏感的突变体表现出更强的栓皮层分化，表明乙烯信号的抑制是再生启动的重要条件。同时，充足的氧气供应减弱组织缺氧响应，也促进再生，反之维持缺氧信号会抑制栓皮层的形成。乙烯信号和氧气信号在调节伤口再生中具有叠加效应，彼此影响并协调促进修复进程。 这种基于气体扩散的屏障感知系统也适用于植物的其他部位，如拟南芥的花茎。
花茎上原本以表皮加角质层形成的屏障，在受伤后也能通过感知气体通透性变化启动新栓皮层样组织的生成。虽然机关理涉及的信号分子可能有所不同，乙烯和氧气气体扩散监测同样被认为是核心机制。伤口封闭材料如凡士林或石蜡堵塞伤口，防止气体交换，会抑制修复信号的激活，延缓或阻碍屏障的重建，凸显气体交流在监测和调控过程中的重要地位。 植物通过此类气体扩散机制感知组织完整性展现了其适应环境的巧妙智慧。不同于哺乳动物依赖神经和血液循环进行快速信号传导，植物利用气体作为具有良好扩散能力的信号介质，实现对环境变化和内部状态的实时监控。乙烯的积累和逸散，氧气的供给或缺乏，构成一种灵敏的反馈系统，协调细胞命运决定和结构重建。
敲除涉及乙烯信号传导途径或缺氧信号感知的关键基因，植物再生能力明显受损，显示该信号网络的重要生理功能。 了解这一机制不仅丰富了我们对植物再生和防护的基础知识，还为农业生产提供了潜在策略。通过调控乙烯和氧气水平，有望人工优化植物屏障的强化与修复，加快损伤愈合，提升对环境胁迫和病原入侵的抵御能力。此外，鉴于栓皮层中的软木材料在人类工业生产中的广泛应用，深入掌握栓皮层形成调控机制，也为可持续材料生产和生物工程提供新的技术思路。 未来研究应当聚焦于气体扩散信号与其他植物激素、肽类信号和机械信号的整合机制。虽然气体扩散提供了宏观的完整性监控，但定位精确的细胞层面响应及其启动条件可能依赖于更细致的空间信号网络。
同时，不同物种和组织间屏障修复的具体分子模式和调控差异，也值得系统比较和功能解析。借助现代基因组编辑、成像和生物传感技术，将更加深化我们对植物防御和再生机制的理解。 总之，植物通过感知乙烯和氧气等气体在受损组织中的扩散动态，实现对屏障完整性的监控与调控。这一以气体为信号的监测系统促进了屏障的及时再生和精确结束，为植物适应复杂多变的环境提供了基础保障。对气体扩散感知机制的深入探究不仅推动植物科学的理论发展，也为农业生物技术带来创新方向。
