2026年9月，海南大学生态学院杨帆教授团队在《Plant, Cell & Environment》上在线发表题为“Mechanisms of Plant Responses to Waterlogging-Induced Hypoxia: Integrated Regulatory Reprogramming for Survival and Recovery”的综述文章。该综述从水淹诱导的氧限制出发，系统梳理了植物从氧感知、能量与碳代谢重编程、氧化还原稳态、蛋白质稳态到激素调控和形态适应的连续响应过程。

论文首页（Plant, Cell & Environment · REVIEW）

水淹是影响植物生长、生产力及生态系统稳定性的重要非生物胁迫。随着气候变化背景下极端降水和洪涝事件增加，植物如何感知氧气供应受限，并通过代谢、氧化还原及激素调控实现胁迫下的生存与退水后的恢复，已成为植物逆境生理研究的重要科学问题。

文章指出，水淹首先限制根际氧气扩散，造成线粒体呼吸受抑和细胞能量不足；植物随后通过 ERF-VII/PCO/N-degron 氧感知系统启动低氧响应，并借助糖酵解和发酵代谢维持基本 ATP 供应，同时由 SnRK1 等能量感知因子协调碳资源分配，使代谢由“生长导向”转向“生存导向”。

文章进一步强调，植物水淹响应具有明显的“缺氧—复氧”双阶段特征。当积水消退、氧气重新进入组织时，植物可能经历活性氧（ROS）快速积累。因此，水淹耐受性不仅取决于缺氧阶段能否存活，也取决于复氧后能否重新建立氧化还原稳态、恢复线粒体功能、修复膜系统和蛋白质稳态，并重新启动正常生长。

图1 植物在水淹诱导渐进性氧限制及复氧恢复过程中的生理和分子响应

在此基础上，该综述将氧感知、代谢重编程、ROS 调控和激素信号进一步整合到统一的资源分配决策框架中。乙烯、赤霉素、脱落酸、生长素等激素共同协调植物在水淹条件下的生长—生存权衡，并形成以 SUB1A 为代表的“静息策略”和以 SNORKEL 为代表的“逃逸策略”。与此同时，不定根形成、通气组织发育和径向氧损失屏障等结构适应进一步改善植物内部氧气运输。

不同植物虽然共享许多保守的氧感知和代谢调控机制，但这些模块在不同物种中的激活强度、碳分配效率、ROS 缓冲能力、激素敏感性和结构可塑性存在显著差异。因此，文章提出，植物水淹耐受性并非由单一基因或单一通路决定，而是多个调控模块在时间、组织和物种尺度上协同作用的结果。

图2 植物水淹胁迫下生存与恢复的综合调控框架

该综述的主要观点包括：水淹耐受是一个从缺氧适应到复氧恢复的连续过程，而非单纯的低氧存活；ERF-VII/PCO/N-degron 是植物感知氧气变化并启动低氧响应的重要调控枢纽；发酵代谢、碳分配和 SnRK1 介导的能量管理共同维持水淹期间的细胞生存；ROS 调控、抗氧化防御及蛋白质稳态决定植物复氧后的恢复能力；水淹耐受性来源于氧感知、代谢、激素和结构适应等多个模块的协同作用，最终表现为植物的生存、恢复和生殖成功。

文章进一步将上述分子机制与抗水淹育种和田间管理相联系。未来的耐水淹植物改良不仅应关注低氧期间的存活能力，还应综合考虑根系结构、碳储备、能量利用、复氧恢复及最终产量表现，并结合单细胞与空间组学、多组学、高通量表型和预测模型等新技术，提高植物水淹耐受机制研究及抗逆育种的精准性。

论文第一作者和共同第一作者为海南大学生态学院生态学博士研究生蒋欣悦（Xinyue Jiang）和博士后 Yaseen Khan，苗灵凤（Ling-Feng Miao）参与论文框架设计，杨帆教授（Fan Yang）为通讯作者，主要负责论文构思、逻辑梳理及论文修改。该论文得到国家自然科学基金项目（32460255、32060240、31270449）和海南省科技专项（ZDYF2022SHFZ054）的资助。

研究团队介绍

撰稿：蒋欣悦 审核：孙仲益 林豪燕