Ca2+是一种重要的第二信使，在植物细胞信号传导及细胞极性生长过程中发挥重要作用。气孔保卫细胞和根毛细胞是研究植物细胞信号传导，以及植物细胞极性建立和维持极性生长的重要模式系统。对于气孔保卫细胞而言，多种外界环境刺激，如光照、干旱胁迫、外源高Ca2+、CO2、活性氧及病原因子等，以及植物体内激素，如ABA，都可激活细胞质膜内向Ca2+通道。以上因子均可通过介导胞外Ca2+内流在胞内形成特定的Ca2+振荡和变化，调控气孔运动。在根毛顶端质膜上也存在一类Ca2+通道，通过介导胞外Ca2+内流在胞内形成一个由顶端到远端、由高到低的细胞质Ca2+浓度梯度。该Ca2+浓度梯度在根毛的产生和伸长生长中发挥核心调控作用。研究Ca2+信号在发挥上述生物学作用中的分子机理具有重要的科学意义。其中，质膜Ca2+通道即是Ca2+的来源，也是Ca+信号的上游调控因子，在胞内Ca2+信号的产生的动态调控中发挥核心作用。因此，鉴定和明确气孔保卫细胞和根毛质膜Ca2+通道的编码基因是解析Ca2+信号参与气孔调控和根毛发生生长的分子机理的关键。遗憾的是，目前该Ca2+通道的编码基因还不清楚。本研究瞄准气孔运动和根毛发生生长的分子调控机理这2个生物学问题，以鉴定和明确在这2个分子调控机制中发挥核心作用的细胞质膜Ca2+通道的编码基因为切入点和着力点，以环核苷酸门控离子通道CNGC(cyclic nucleotide-gated channel)家族基因为重点研究对象，展开了系统深入的研究。　　CNGC是植物质膜Ca2+通道的重要候选蛋白。拟南芥基因组包含20个CNGC编码基因，共同组成一个大型质膜阳离子通道家族。启动子活性分析发现，在拟南芥气孔保卫细胞和根毛中均有多个CNGC的表达。通过过表达人为改造并失去功能的CNGCa构建了显性抑制转基因拟南芥突变体，以此同时大幅度抑制多个CNGC的离子通道活性，并成功在显性抑制转基因突变体中观察到了显著的气孔关闭运动对ABA等不敏感的表型，不仅表明多个CNGC确实在气孔运动中具有重要生物学功能，还表明其不同成员之间确实存在功能冗余现象。根据启动子活性分析结果，进一步构建并获得了一株cngce/f/g（blc1）三突变体和一株cngca/b/c/d（blc3）四突变体，并在这两株突变体中分别观察到了类似显性抑制突变体的气孔表型和根毛有关表型，基本明确了在气孔运动和根毛发生生长中发挥重要功能的CNGC编码基因。与气孔保卫细胞有关的研究发现，blc3四突变体中，ABA和外源高Ca2+诱导的气孔关闭、ABA抑制的气孔开放及光照诱导的气孔开放均发生异常，说明CNGCs参与了ABA、外源高Ca2+、光照等对气孔的调控。Ca2+成像结果显示，显性抑制突变体气孔保卫细胞内自发性Ca2+震荡、ABA引起的Ca2+震荡及外源高Ca2+引起的Ca2+震荡模式显著低于野生型。因此推测，CNGCa、b、c、d是参与气孔保卫细胞响应多种环境刺激的重要质膜Ca2+通道。与根毛有关的研究发现，CNGCe、f、g是控制根毛极性生长的重要Ca2+通道。CNGCe、f、g可以通过介导根毛顶端Ca2+内流介导顶端Ca2+梯度及Ca2+模式形成促进极性生长，而blc1三突变体则出现根毛变短、分叉等异常表型。同时，还发现外界的渗透势变化可以通过依赖CNGCe、f、g的方式调控根毛形态建成。当遇到高离子营养、干旱造成的高渗环境时，植物可通过抑制顶端生长使根毛变短，从而减少对离子的吸收；当植物置于高渗胁迫时，胁迫信号会通过CNGCe、f、g激活Ca2+信号抑制根毛极性建立，进一步保护植物免受离子毒害。