科學素養5-植物沒有神經系統，怎麼知道自己受傷了？
人類及動物因為有神經系統，因此能夠感覺到傷口，而啟動身體的修復。但植物缺代神經系統，又是如何感知傷口而啟動修復機制呢？
Iida 等人（2025）在《Nature》發表研究──「植物透過氣體擴散感知屏障完整性」給了一個合理的推論。
論文指出植物並非靠接觸來感知傷口，而是透過氣體擴散來「偵測」是否受損。
研究發現，當根部皮層受傷時，原本在皮層內累積的乙烯會溢散出去，而氧氣則進入細胞內，造成乙烯與缺氧訊號下降，進而觸發皮層再生機制。一旦皮層修復完成，這些訊號會恢復到受傷前的水平。
具體實驗步驟：
- 準備植物：科學家在實驗室裡種植野生型和突變體的阿拉伯芥，控制光線、溫度和濕度，讓植物長得健康一致。他們特別研究根部的周皮，一種像「皮膚」的保護層，防止水分流失和病菌入侵。
- 製造傷口：他們用小刀或針在根部周皮上輕輕劃傷，破壞保護層時，他們發現植物體內的乙烯濃度會快速下降，修復基因會快速啟動，此時若用矽膠將傷口封住，防止乙烯氣體外洩，則修復基因的運作將被抑制。
- 改變乙烯濃度實驗：除了物理傷口，科學家還做了一組不傷害植物的實驗。他們把阿拉伯芥放進密閉容器，人工調整乙烯濃度，比如增加或減少乙烯，模擬保護層破損時的氣體流動。他們發現，當乙烯濃度降低（像傷口漏氣），植物會以為保護層壞了，啟動修復基因（如ANAC071）。這顯示植物能單靠氣體變化「感覺」問題。
- 檢查基因反應：科學家用分子技術分析修復相關基因的活性，發現乙烯或氧氣濃度改變時，這些基因會被啟動，告訴植物長出新細胞修補周皮。他們還用突變體（比如缺少乙烯信號基因EIN2的植物）做對照，發現這些植物即使氣體改變，修復基因也不活躍，證明乙烯信號很重要。
- 觀察修復過程：他們每天用顯微鏡和組織切片檢查根部，觀察新周皮怎麼長出來。當氣體流動恢復正常（傷口補好），修復基因就停止工作，顯示植物能精準控制修復。
下列述敘何者正確？
(A)在「準備植物」階段，種植野生型與突變體的目的，是為了要在製造傷口時，一種有傷口，另一種作為對照組而沒有傷口。
(B)在「製造傷口」階段，控制變因為阿拉伯芥的傷口，應變變因為植物體傷口附近的乙烯氣體濃度
(C)在「製造傷口」階段，傷口會導致乙烯外洩，此時會啟動修復機制。因此我們可以推論，乙稀濃度是導致啟動修復基因的主因。
(D)在「觀察修復過程」中，隨著新周皮的成長，可以觀察到植物體傷口處的乙烯濃度愈來愈高，直到回復至受傷前的水平。
答案：(D)
(A)突變體為缺少乙烯信號基因EIN2的植物(參考步驟4)，因此實驗組與對照組要比較的，是有無乙烯信號基因對修復的影響，不是有傷口和沒有傷口的影響。
(B)在「製造傷口」階段，我們讓一部份阿拉伯芥有傷口一部分沒有，因此傷口是「操縱變因」。
(C)在「製造傷口」階段，因為「傷口」和「乙烯外洩」同時發生，因此我們無法確定是「傷口導致修復基因啟動」還是「乙烯外洩導致修復基因啟動」，因此需要步驟3.改變乙烯濃度實驗。當沒有傷口時，只改變乙烯濃度就可以使修復基因啟動，如此才能確定是「乙烯濃度」導致「修復基因啟動」。
