植物作为静止生物，必须依赖自身的屏障系统来维持与外界环境的动态平衡，防止水分流失和病原体入侵。这些屏障组织如根部的栓皮层（periderm）与植物茎的表皮，承担了保护植物体的重要功能。屏障受到机械伤害或生物胁迫后，植物能够感知损伤并启动修复机制，重新建立屏障组织以维持生存。然而，植物是如何感知屏障是否受损并及时启动再生修复的机制，直到最近才被科学家们逐渐揭示。最新研究表明，植物感知气体扩散，特别是乙烯和氧气的变化，是监测屏障完整性的关键途径之一。屏障损伤导致气体的泄漏与流入，触发一系列信号反应，协助植物完成屏障重建过程。
屏障组织在植物体内的作用极为关键。以木本植物和部分种子植物根部为例，栓皮层由形成层（phellogen）、栓质层（phellem，俗称软木）和栓皮内木质部（phelloderm）三种细胞构成，共同覆盖并保护内层组织。软木细胞壁内含有木质素和次生代谢产物蜡质与次生质，不仅防止水分散失，还阻止有害物质和微生物入侵。种类繁多的植物在生长过程中不断更新栓皮层以适应环境的变化。植物体伤口处的栓皮层再生是其保护体系中的重要自我修复过程。 乙烯作为一种重要的植物激素，对植物的生长、发育和应激反应具有调控作用。
在无伤害的情况下，栓皮层的木质素和次生物质限制乙烯的自由扩散，使乙烯在组织内部积累。然而当屏障损伤时，乙烯便从受伤点泄漏，导致局部乙烯浓度大幅下降。研究发现，这一下降反而启动了栓皮层的再生过程。施加乙烯前体1-氨基环丙烷-1-羧酸（ACC）会抑制栓皮层相关基因的表达和软木细胞的形成，表明持续的乙烯信号不利于屏障修复。伤口处乙烯泄漏促成乙烯信号的减弱，有助于激活保护基因的表达和细胞分裂，推进屏障重建。通过动态标记乙烯信号状态的转基因植物，研究人员清晰地观察到伤口后乙烯信号迅速下降的变化，进一步验证了气体扩散变化对植物监测屏障完整性的作用。
另一个关键气体则是氧气。内层组织因软木层阻挡与外界氧气交换，处于相对缺氧（低氧）状态。损伤造成屏障断裂时，氧气从外界流入，缓解局部缺氧状态，影响低氧信号通路的调控。植物对缺氧状态的感知依赖于植物半胱氨酸氧化酶（PCO）和相关N-端降解途径，从而调整生理响应。实验中，氧气传感器显示去除栓皮层后，氧气浓度显著升高，表明该屏障限制氧气进入。相关缺氧诱导基因报告显示伤口区域低氧信号减弱。
持续缺氧处理抑制再生相关基因的表达和屏障修复，突显氧气输入作为再生促进信号的作用。同时，具备恒发缺氧响应突变体表现出修复屏障受阻，进一步证实缺氧信号减弱在屏障再生中的必要性。 乙烯信号与缺氧信号在屏障修复中具有叠加效应。单独调控乙烯或氧气信号对再生影响有限，而同时保持高乙烯信号和活跃缺氧响应几乎完全阻碍修复过程。此外，伤口覆盖阻止气体交换，导致乙烯和氧气信号状态持续异常，抑制组织修复，这些实验证据均支持气体扩散变化作为屏障监测触发信号的观点。修复完成后，气体扩散恢复被阻止，乙烯信号增强、低氧信号复苏，信号水平回到受伤前状态，完成对修复过程的反馈和终止调控，保证屏障结构的稳定维持。
值得注意的是，类似气体监测机制不仅存在于根部栓皮层，还普遍用于茎部表皮屏障的修复。虽然茎部缺乏典型的栓皮层结构，但表皮损伤后同样通过调节气体通透性启动保护层形成。伤口乙烯泄漏与氧气流入现象同样存在，伤口封闭显著抑制保护基因表达和新屏障生成。尽管乙烯在茎部屏障修复中的具体角色较弱，提示可能还涉及其他挥发性分子参与调控，但总体气体扩散作为监测屏障状态的信号模式是普遍存在的。 这一气体扩散感知机制体现了植物利用环境物理属性来调节自身发育与保护反应的精妙策略。除了已知的激素、肽信号和机械力感受器外，气体分子的扩散为植物提供了一种无需专门受体定位即可动态、直接反馈屏障完整性的信息通路。
随着研究的深入，对植物屏障机制的理解不仅有助于基础植物学知识的拓展，也能为农业生产中作物伤口愈合、抗病性提升和林木软木资源开发带来新思路。 未来研究方向包括阐明气体感知信号如何与已知分子网络协同调控屏障细胞命运转变，探讨不同植物器官及物种中气体监测机制的差异与共性，以及开发利用气体调控提高植物伤口修复效率的生物技术手段。气体扩散调节的灵敏性与广泛性预示其在植物适应环境应激中的核心作用，揭开这一奥秘无疑将极大推动植物生理学和农业科学前沿的发展。 综上，植物通过感知乙烯和氧气等气体的扩散变化，建立了一套精准监测和反馈制度，实时感知屏障的受损及修复状态。这种气体扩散信号不仅激活伤口处的防御与再生程序，还保证修复完成后及时终止反应，维持植物的结构完整与功能稳定。如此独特的天然监测系统展示了植物在漫长进化中形成的适应环境的智慧，为未来探索跨学科的植物保护新技术提供了宝贵洞见和启示。
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