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工业革命以来,大气二氧化碳（CO2）浓度一直呈指数增加。CO2浓度（[CO2]）升高减小植物气孔开度,限制CO2吸收,抑制叶片蒸腾降温因而导致热胁迫,最终影响全球光合能力和作物生产力。迄至,水孔蛋白（AQPs）、碳酸酐酶（CAs）、脱落酸（ABA）是否介导[CO2]升高诱导的气孔关闭尚未完全清楚。本文以拟南芥（Arabidopsis thaliana）野生型和多种突变体为材料,借助药理学方法、激光共聚焦扫描显微镜（LSCM）和qRT-PCR技术,研究了 AQPs、CAs、ABA及其受体（PYR/RCARs）和信号转导成分 OPEN STOMATA 1（OST1）、GUARD CELL HYDROGEN PEROXIDE-RESISTANT1（GHR1）在[CO2]升高诱导气孔关闭中的作用及其与过氧化氢（H2O2）和一氧化氮（NO）的关系,也对[CO2]升高诱导气孔关闭中钙的作用、胞内钙动员机制和CAs、ABA和OST1之间的关系进行了研究。所得结果主要如下:1.[CO2]升高诱导野生型（Col-0或Ler）气孔关闭和保卫细胞H2O2、NO的生成。[CO2]升高完全关闭AtrbohD气孔,部分关闭AtrbohF气孔,不关闭AtrbohD/F气孔;[CO2]升高诱导AtrbohD和AtrbohF保卫细胞部分产生H2O2,AtrbohD/F 保卫细胞不产生H2O2。[CO2]升高不诱导Nia1-2和Nia2-5/Nia1-2气孔关闭和保卫细胞NO的生成。[CO2]升高不诱导AtrbohF和AtrbohD/F保卫细胞生成NO,但诱导Nia1-2和Nia2-5/Nia1-2保卫细胞生成H2O2。NO供体硝普钠（SNP）关闭AtrbohF和AtrbohD/F的气孔,但H2O2不关闭Nia1-2和Nia2-5/Nia1-2的气孔。这些结果表明,AtRBOHD和AtRBOHF催化产生的H2O2和NIA1来源的NO参与[CO2]升高诱导的气孔关闭,且H2O2诱导NO合成。2.[CO2]升高不诱导AQP抑制剂HgCl2、DMSO处理的野生型和AQP突变体pip1;2-1和pip2;3-1保卫细胞H2O2、NO增加和气孔关闭。H2O2和SNP关闭AQP抑制剂HgCl2、DMSO处理的野生型（Col-0）和pip1;2-1、pip2;3-1的气孔。这些结果表明AQP通过介导H2O2和NO产生参与[CO2]升高诱导气孔关闭。3.[CO2]升高不诱导CA突变体ca1ca4保卫细胞H2O2、NO生成和气孔关闭。H2O2和SNP关闭ca1ca4气孔。这些结果表明CA通过介导H2O2和NO产生参与[CO2]升高诱导气孔关闭。4.[CO2]升高不诱导ABA受体突变体pyr1pyl1pyl2pyl4、OST1突变体ost1-3、ABA合成突变体aba2-1和aba2-4的气孔关闭和保卫细胞H2O2、NO的生成,显示ABA经过诱导保卫细胞H2O2、NO合成介导[CO2]升高诱导气孔关闭。[CO2]升高诱导野生型（Col-0）背景转基因植株pRD29B::GUS子叶和真叶保卫细胞GUS表达的效应在突变体aba2-1背景转基因植株pRD29B::GUS中缺失。[CO2]升高诱导野生型（Col-0）叶片ABA特异响应基因RAB18表达的效应在pyr1pyl1pyl2pyl4和aba2-4叶片中缺失。[CO2]升高诱导野生型（Col-0）叶片ABA2基因表达。这些结果支持[CO2]升高通过诱导ABA合成关闭气孔。5.[CO2]升高诱导ghr1保卫细胞H2O2生成,不诱导NO生成,也不关闭气孔。另外,SNP关闭ghr1气孔,但H2O2既不关闭ghr1气孔也不诱导保卫细胞NO生成。这些结果表明[CO2]升高诱导气孔关闭中GHR1介导H2O2诱导NO合成的作用。6.[CO2]升高对野生型（Col-0）、aba2-4和ost1-3的CA1和CA4基因表达无效应,显示CA1和CA4基因表达不受[CO2]升高调节。[CO2]升高促进野生型和ost1-3的ABA2基因表达,该效应在ca1ca4中未见显现。另外,[CO2]升高促进野生型OST1表达的效应在ca1ca4和aba2-4中未显现。这些结果表明[CO2]升高诱导气孔关闭中CAs起作用于ABA上游而OST1介导ABA的作用。7.[CO2]升高诱导野生型（Col-0）保卫细胞胞质Ca2+浓度升高和气孔关闭的效应被胞外钙螯合剂BAPTA、胞内钙螯合剂BAPTA-AM、钙通道抑制剂GdCl3和LaCl3抑制,表明胞质Ca2+参与[CO2]升高诱导气孔关闭,而且胞外Ca2+流入和胞内钙库Ca2+释放均参与[CO2]升高诱导的保卫细胞胞质Ca2+浓度升高和气孔关闭。8.环腺苷二磷酸核糖（cADPR）抑制剂烟碱（nicotinamide）和8-Br-cADPR、磷脂酰肌醇3-磷酸（PIP3）合成抑制剂KY12420和LY294002、鸟苷酸环化酶（GC）抑制剂ODQ和LY83583均抑制[CO2]升高诱导的野生型（Col-0）保卫细胞胞质Ca2+浓度增加和气孔关闭。[CO2]升高也诱导δ-FlincG植株叶片保卫细胞cGMP增加和气孔关闭。这些结果表明,[CO2]升高诱导气孔关闭中保卫细胞胞质Ca2+浓度增加由 cADPR、PIP3 和 cGMP 介导。结合先前的研究,现在的结果建议AQPs、CAs、ABA、PYR/RCARs和OST1参与[CO2]升高诱导的H2O2产生,GHR1介导H2O2诱导的NO合成,最终关闭了气孔。另外,胞外Ca2+内流和cADPR、PIP3和cGMP介导的胞内Ca2+释放均参与[CO2]升高诱导气孔关闭。然而,CA如何调节ABA合成及[CO2]升高诱导保卫细胞胞质Ca2+增加的机制仍是需要进一步研究的问题。