植物的秘密護盾：木栓質（suberin）如何幫助植物傷口癒合？
馬鈴薯。圖片取自維基百科
當我們不小心摔倒擦傷時，皮膚會結痂來保護傷口，防止感染與水分流失。植物在面對傷害時，也有自己的「天然OK繃」——木栓質 （suberin），一種疏水性的生物聚合物。這種物質不僅能幫助植物減少水分蒸散，還能形成防禦屏障，保護植物不受病原菌入侵。
最近，一項針對馬鈴薯葉片的研究發現，當一種名為 StABCG1 的基因發生變異，導致木栓質無法正常運輸時，植物的傷口不僅難以癒合，還會出現明顯的組織褐變 （browning），類似人類皮膚因為細胞壞死而變黑的現象。這項研究讓我們更深入了解木栓質的功能，以及植物如何啟動一系列防禦機制來補償木栓質的缺失。
什麼是木栓質？木栓質是一種存在於植物表面和內部的疏水性物質，主要由羥基或環氧脂肪酸透過酯鍵連接而形成。它的功能如下：
1. 防水：減少水分散失，類似人類皮膚的角質層。
2. 阻隔病原菌：形成堅韌的屏障，防止細菌和真菌入侵。
3. 傷口癒合：受傷時，植物會啟動木栓質合成，以封閉傷口，類似於人類結痂的過程。
在馬鈴薯，它的表皮和塊莖外層富含木栓質。為了探討木栓質在植物傷口修復中的作用，研究團隊利用基因編輯技術，讓馬鈴薯的 StABCG1 基因失去功能，這個基因負責幫助細胞將木栓質運輸到傷口附近，形成防護層。
研究團隊發現，在野生種馬鈴薯葉片被割傷後，會分泌大量木栓質，快速封閉傷口。但是在StABCG1 突變株中，因為無法運輸木栓質，於是在被割傷後無法順利修復傷口，傷口處組織開始變褐色，顯示細胞受損嚴重，可能是因為接觸到過多氧氣，導致氧化作用加劇。
這項發現證明了木栓質的屏障功能能夠減少傷口處的氧化壓力，幫助細胞存活並修復。
有意思的是，當馬鈴薯無法產生足夠的木栓質時，它並不會坐以待斃，而是會啟動其他防禦機制，試圖補償木栓質的缺失。
研究團隊發現，突變株的傷口周圍細胞開始累積大量羥基肉桂酸胺 （HCAAs），這是一類可以幫助細胞壁變得更堅韌的物質。這類分子可以與木質素 （lignin） 或其他細胞壁成分結合，形成一道物理屏障，來減少病原菌的入侵。
另外，研究團隊也發現，這些突變株的傷口處有大量的病理相關蛋白 （PR proteins），如 PR1、PR3、PR5 這些能夠對抗病菌的蛋白質被活化。這個現象，與病原菌入侵時的狀況非常相似。這表示，植物偵測到「木栓質屏障失效」，就會轉而啟動類似於免疫系統的防禦反應，增強化學屏障的作用。
最後，當受傷的植物細胞因為缺乏木栓質而接觸到過多的氧氣時，就容易發生氧化反應，導致細胞受損。為了對抗氧化，突變株的傷口處累積了大量酚類化合物，例如阿魏酸 （ferulic acid） 及其衍生物，這些物質具有抗氧化特性，可以減少細胞的氧化壓力。
所以，透過將運輸木栓質的StABCG1 基因剔除，研究團隊發現了木栓質在植物傷口修復與防禦病害方面的重要性。他們發現，在受傷後，木栓質能夠快速封閉傷口，阻止水分散失與病原菌入侵。
因此，當木栓質缺失時，植物會啟動一連串補償機制，包括強化細胞壁、活化免疫系統與增加抗氧化物質。然而，這些補償機制無法完全取代木栓質的屏障功能，突變株的傷口仍然容易受到氧化壓力影響，導致細胞損傷與褐變。
未來，或許我們能藉著調控木栓質相關基因，培育出更耐病、耐旱的馬鈴薯或其他作物。
參考文獻：
Benatto Perino, E.H., Smolka, U., Gorzolka, K. et al. The suberin transporter StABCG1 is required for barrier formation in potato leaves. Sci Rep 15, 7930 (2025). https://doi.org/10.1038/s41598-025-89032-x
