你受傷時會痛，因為神經會傳訊。但植物沒有神經，也沒有血液系統，傷口也不會痛。那麼，它們是怎麼知道自己「破皮了」，而且還會「自己補起來」的呢？
這不只是基本科學的問題，還牽涉到植物能不能在傷口處防止水分散失、避免病菌入侵，甚至關係到我們吃的水果會不會「結痂」。2025 年發表於《Nature》的一篇論文，提出了一個令人驚訝的答案：植物居然是靠氣體來感覺自己有沒有破皮！
植物就像輪胎──一破就洩氣
想像你騎著腳踏車，輪胎突然被刺破──你第一時間不是「看到裂縫」，而是「聽到洩氣聲」。植物也是一樣，它們不需要看傷口、也沒有神經痛覺，而是透過氣體逸散與擴散的變化來感知破損。
圖片作者：ChatGPT
在植物的根部與莖部，當細胞進行次生生長，會形成新的保護層──周皮。這一層由木栓細胞組成的組織含有大量木栓質與木質素，可阻隔水氣與病原入侵，也正因為這種「氣密性」，內部的氣體濃度與外界不同。
研究團隊發現，當這層周皮受損，植物體內兩種氣體的濃度會立刻改變：
乙烯（ethylene）：一種氣體激素，平時累積在體內，一旦破口開啟便會迅速向外界逸散。
氧氣（oxygen）：雖然外界的大氣有充足的氧氣，但是因為植物有周皮，所以氧氣平時進不去被周皮包覆的次生組織；當是當周皮出現傷口時，氧氣就會流入原本「低氧」的內部空間。
這種「乙烯洩出、氧氣流入」的變化，就像輪胎破掉時氣體突然失壓，成為植物判斷「破皮」的警訊。接收到這個訊號後，植物會啟動一連串的再生程式，重新生出木栓層來封住傷口。
但這只是一個假設。植物真的會這樣「嗅」出自己破皮了嗎？為了證明這個想法，研究團隊設計了一連串巧妙而嚴謹的實驗。
從觀察到證明：植物靠氣體來感知破皮
研究人員先用阿拉伯芥的根部做實驗。他們將根部縱向切開，再用螢光標記觀察幾個與周皮形成有關的基因表現情形。結果發現：
傷口出現後 1天內，周皮標記基因（如 PER15, PBP1）明顯在傷口區域啟動。
接著在第2天，類似周皮形成層（phellogen）的細胞出現分裂現象。
第4天，已經可見具栓質的木栓細胞層。
這顯示植物確實會主動修補傷口，而且反應迅速。
但更重要的是，要如何證明這些反應只有在氣體可自由流動的情況下才會發生呢？
為了測試「氣體逸散」是否就是啟動修補的關鍵，研究團隊做了一件簡單但極具巧思的事──在傷口上塗上凡士林或羊毛脂，物理性地封住氣體擴散。
結果如何？
傷口被封住後，周皮標記基因幾乎不表現，螢光訊號極弱。
再生的木栓層也不完整，甚至完全缺失。
即使植物受到傷害，只要氣體出不去、進不來，就不會觸發修補反應。
這就像當我們的腳踏車輪胎破了，但是因為外頭包著一層塑膠膜，讓空氣無法進出，我們就會以為輪胎還是好的。
大家可能都會覺得：啥？凡士林跟羊毛脂？太神奇了吧！
為了排除其他可能（例如乙烯的原料 ACC 本身也是訊號分子），研究團還使用了幾種基因突變株。
首先，他們使用了對乙烯不敏感的乙烯訊息傳導突變株（ein2-1, etr1-3）。因為這些突變株無法感應到乙烯，所以它們的修補反應應該很活躍。結果發現，對這些突變株來說，當研究團隊把它們弄破皮以後，即使加入 ACC（乙烯前驅物），也無法抑制修補反應，表示乙烯訊號是必要的。而且，他們還觀察到出現過度修補的狀況！
其次，他們找了低氧訊號突變株（ate1 ate2, prt6）。這些突變株的缺氧訊號一直處於活化狀態。結果，當研究團隊把這些突變株弄破皮時，因為它們沒有辦法感知氧氣的變化，所以即使氧氣進入，這些突變株也無法啟動正常的木栓層再生，表示缺氧訊號的下降也很重要。
然後，當研究團隊給這些低氧信號突變株加入ACC時，他們發現這樣可以完全阻斷了周皮再生！這證明了「乙烯外洩」與「氧氣進入」這兩個訊號需要同時感知，修補機制才會啟動。
另外，他們也用氣體層析儀量測，證實傷口處乙烯濃度的確下降，氧氣濃度升高，這些變化與基因表現的時間點吻合。
有趣的是，這套機制不只存在於根。研究團隊發現，阿拉伯芥的花莖雖然沒有周皮，也還是會在受傷後生成類似木栓層的結構。而且，這個過程也同樣受到氣體擴散影響。當研究團隊把傷口封住，修補反應就無法啟動；而且，傷口乙烯濃度改變的時間與再生反應一致；進一步的測試發現，雖然花莖不依賴低氧訊號，卻仍受乙烯影響，顯示不同器官可能採用變形版本的同一策略。
這讓人懷疑，植物是否普遍利用「氣體的流通變化」作為一種監測機制，來判斷自己是否破皮了？
這篇研究改寫了我們對植物傷口修復的理解──植物不靠神經，也不靠傷害感測器（例如感知被蟲咬的機制），而是透過氣體的逸散與擴散，來感知自己是否「氣密破損」了。
乙烯與氧氣，在這裡不只是代謝或激素分子，更像是植物的「壓力偵測器」與「氣味報警器」。這是一種簡單卻高效的策略，既不需專一受器定位，也能快速反應外部變化。
下一次當你看到蘋果結痂、樹幹裂痕、或根部癒合，或許你會想起這個輪胎的比喻：植物正靠著洩出的氣味，在黑暗中默默修補自己。
最後，我忍不住想到：在歐茲的故事裡，有一群氣球人...
圖片作者：ChatGPT
參考文獻：
Iida, H., Abreu, I., López Ortiz, J. et al. Plants monitor the integrity of their barrier by sensing gas diffusion. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09223-4
