如何幫助植物傷口癒合？

圖片作者：ChatGPT

植物會需要幫忙癒合傷口，可能很多人都會想：不是隨便插一根樹枝在地上就會長嗎？更不要提有些植物甚至只要一片葉子就行。還有還有，落地生根這類會在葉子的邊緣長出小baby的植物，甚至可以製造出一場災難呢！我家自從買了一棵這類的植物之後，現在門上老是有它們在那裡晃來晃去...所以，為什麼要幫忙植物癒合傷口？？？

誠然，植物的確具有強大的再生能力，可以形成新的器官或個體。有些植物，也可以自己癒合傷口。傳統上，這種再生過程通常依賴外源激素（如細胞分裂素與生長素）誘導癒傷組織（callus）形成。然而，在非分生組織（nonmeristematic tissues）中，這種能力其實是受到限制的，而且發育機制與防禦機制通常被認為是互相抑制的。

如果傷口不癒合會怎樣？其實植物的傷口若不癒合，病菌會從傷口入侵。最有名的大概就是農桿菌（Agrobacterium），它們會從傷口入侵，讓植物長瘤，影響外觀也影響產量。所以，的確是有必要來找個方法幫植物「ㄈㄨㄈㄨ」。

最近有個有趣的研究，探討由細菌產生的纖維素（BC, bacterial cellulose） 是否能夠誘導植物傷口的再生。

研究團隊在菸草（Nicotiana benthamiana）與阿拉伯芥（Arabidopsis thaliana） 葉片上製造傷口，並用木質醋酸菌（Komagataeibacter xylinus）所產生的細菌纖維素（BC） 覆蓋傷口，發現超過80% 的傷口在7天內閉合，相比之下，未覆蓋 BC 的傷口大多仍保持開放。

透過使用掃描電子顯微鏡（SEM）與透射電子顯微鏡（TEM）進行觀察顯示，BC 覆蓋的傷口處有新細胞增生與組織再生，而未覆蓋的傷口則出現乾燥和老化跡象。有趣的是，植物來源的纖維素（PC, plant cellulose）與瓊脂（agarose）卻無法誘導相同的再生效果，顯示 BC 具有獨特的生物活性。

為什麼植物自己的纖維素無法幫忙自己再生呢？研究團隊認為，可能是PC 除了纖維素以外，還含有木質素、果膠等雜質，影響再生能力，而 BC 是純纖維素。研究團隊在後續的測試發現，BC 可誘導細胞分裂素、抗病基因的活化，促進自由基（ROS）累積，幫助細胞增生，但是PC 無法達成上述所有效果。另外，研究團隊認為，BC 可能含有有助於再生的微量植物激素（細胞分裂素、生長素），而 PC 不具此特性。

因為細菌纖維素可以讓植物傷口癒合，但植物來源的纖維素反而不行，這讓研究團隊決定要來看看到底BC 影響了植物的哪些基因？

結果發現，BC 誘導傷口處的 7585 個基因產生顯著表現量變化；其中許多與細胞分裂素信號、抗病基因、氧化還原調控相關。透過 K-means 聚類分析，他們發現這些基因可分為 7 大群，第六群在 3 小時內活化，與細胞增殖、再生相關；第一群則在 24 小時後活化，與抗病和氧化還原反應相關；另外還有第二群則是表現量下降，與光合作用及茉莉酸（JA）相關。

另外，研究團隊以HPLC-MS 分析發現， BC 本身含有植物激素，其中生長素（IAA）與細胞分裂素（tZ, trans-zeatin）含量較高。研究團隊使用煙草葉片培養在無激素培養基上，當覆蓋 BC 時可形成癒傷組織，而 PC 或未覆蓋的葉片無法形成。而且，當額外添加生長素（NAA）時，BC 覆蓋的葉片還能進一步誘導根形成。

另外，他們使用細胞分裂素信息傳導突變株（ahp2,4,5 和 ahp1,2,3） 測試發現，即使在使用BC的狀況下，缺少這些基因的突變株其再生能力還是顯著下降，顯示 BC 促進再生的關鍵機制的確涉及細胞分裂素。

另一方面，生長素信息傳導突變株（iaa28-1） 則不影響 BC 促進的傷口癒合，顯示生長素可能不是主要調控因子。

由於在觀察BC 誘導的基因表現時，他們看到BC 影響了 ROS 相關基因的表現，特別是 WRKY8 與 GSTF7，因此他們決定要來看看BC是否真的可以促進ROS 累積。結果發現，BC 促進傷口處超氧陰離子（O₂⁻）與過氧化氫（H₂O₂） 的產生。

另外，研究團隊發現缺少 WRKY8 或 GSTF7 的突變株的葉片傷口無法有效再生，進一步支持了ROS在 BC 主導的再生機制中的重要角色。

所以，透過使用BC，研究團隊發現BC 能夠透過 化細胞分裂素信息傳導、促進 ROS 累積、調控抗病基因 WRKY8-GSTF7 網絡，開啟一條非典型的非分生組織傷口再生途徑。

為什麼說它是「非典型」的途徑呢？因為傳統的癒傷組織形成，主要依賴生長素-細胞分裂素的相互作用，但是 BC 主要依賴細胞分裂素信號與抗病基因的活化，顯然與傳統再生途徑不同。

由於BC 具有高度生物相容性，且可用於促進作物傷口修復，提高植物再生能力，可以將它應用於植物組織培養、農業傷口修復、作物耐病性提升等領域。

所以，用木質醋酸菌產生的細菌纖維素不只可以做椰果，也可用於植物再生與修復，開啟了一個全新的應用領域。

參考文獻：

Nerea Ruiz-Solaní et al. ,Exogenous bacterial cellulose induces plant tissue regeneration through the regulation of cytokinin and defense networks.Sci. Adv.11,eadr1509(2025).DOI:10.1126/sciadv.adr1509