大气CO2浓度持续升高给人类生活和农业生产带来的深刻影响已引起全球的广泛关注。CO2作为植物光合作用的原料之一，其浓度升高会对植物的生长发育、养分代谢和环境胁迫响应产生深刻影响。大气CO2浓度升高在增强植物碳水化合物积累的同时，也需要植物形成一个更加强壮的根系以便吸收更多的养分，维持植物的正常生长，其中促进侧根的生长和发育是非常重要的方面。另一方面，大气CO2浓度升高在促进植物生长发育的同时，也会对植物的气孔密度、导度和运动带来明显影响。气孔是植物与外界环境进行CO2和水蒸气交换的重要通道，气孔开度的变化直接影响着植物的光合作用、蒸腾作用、水分利用效率以及耐旱性。然而，关于CO2浓度升高促进植物侧根形成和诱导气孔关闭的调控机理以及信号转导路径尚不清楚。大量证据显示，一氧化氮(NO)信号分子在植物生理过程中发挥重要作用，如植物的生长和发育、气孔的运动、对生物和非生物胁迫的响应等。因此，本文研究了植物侧根和气孔对CO2浓度升高的响应机理以及该响应中的NO信号转导机制。　　本研究采用水培试验和CO2培养箱提供不同CO2浓度的实验环境(350μLL-1或800μL L-1)，使用NO特异性荧光探针DAF-FM DA原位检测根系和保卫细胞中NO含量，通过荧光显微镜和激光共聚焦镜观察、生理学、药理学以及荧光染色法等方法与手段，以番茄为试验材料研究了CO2浓度升高对番茄侧根生长发育和气孔运动的影响及其机理，并以拟南芥野生型、一氧化氮合成酶(NOS，本文中的NOS是指类NOS或NOS-like)突变体atnos1和硝酸还原酶（NR）突变体nia1nia2为试验材料研究了CO2浓度升高对拟南芥气孔运动的影响及其机理。主要研究结果如下:　　1.以番茄为研究材料，通过观察侧根形态、测量侧根平均长度和计量侧根数量发现，CO2浓度升高明显提高了植物侧根的数量和长度。在CO2浓度升高促进侧根形成过程中，CO2浓度升高处理导致侧根原基中NO的含量增加67％;使用cPTIO清除NO能够显著抑制CO2浓度升高诱导的番茄侧根形成，表明CO2浓度升高通过促进NO信号分子的合成和积累诱导了的番茄侧根形成过程。CO2浓度升高显著提高NOS活性，但对NR活性的影响不明显。NOS抑制剂L-NAME处理显著抑制CO2浓度升高诱导的NOS活性、NO浓度和侧根数量的增加。CO2浓度升高下，NR抑制剂钨酸盐对根系NR活性、侧根原基和根尖中NO含量以及侧根形成没有显著影响。因此，认为CO2浓度升高主要通过提高NOS活性，促进侧根原基中NO合成和累积，进而诱导番茄侧根的形成。NR在CO2浓度升高诱导番茄侧根形成中的作用不明显。　　2.CO2浓度升高处理6h后，番茄气孔开度降至2.3μm，较正常气孔开度下降32％。采用荧光法检测保卫细胞中NO的含量，发现CO2浓度升高处理导致保卫细胞的荧光强度显著增加，荧光强度升高了88％。当使用cPTIO清除NO后，保卫细胞中NO含量降低了35％，气孔开度恢复至3.2μm，基本上达到正常浓度CO2处理下的气孔开度。结果表明CO2浓度升高提高了番茄保卫细胞中NO含量以及NO在CO2浓度升高诱导气孔关闭过程中起重要作用。在CO2浓度升高条件下，200μM L-NAME处理导致气孔开度增加30％，保卫细胞中NO含量降低33％，显著抑制CO2浓度升高诱导的番茄保卫细胞中NO合成和气孔关闭，且添加SNP后可以清除该抑制作用，表明NOS参与调控CO2浓度升高诱导番茄NO合成和气孔关闭。在CO2浓度升高下，100μM钨酸盐处理导致气孔开度增加35％，保卫细胞中NO含量降低40％，显著抑制了CO2浓度升高诱导的番茄保卫细胞中NO合成和气孔关闭。添加SNP复合处理后可以解除该抑制作用，表明催化产生的NO在NR催化产生的NO在CO2浓度升高诱导番茄气孔关闭过程中起重要作用。从以上结果可以看出，NOS和NR均参与了CO2浓度升高促进番茄保卫细胞NO的合成，进而诱导气孔关闭。因此，CO2浓度升高处理导致番茄气孔关闭是通过诱导保卫细胞NO浓度升高来实现的。在该响应中，NOS和NR均参与了CO2浓度升高促进保卫细胞NO合成过程。　　3.以拟南芥野生型、NOS突变体atnos1和NR突变体nia1nia2为研究材料发现，CO2浓度升高显著提高保卫细胞中NO含量和诱导气孔关闭。与正常浓度CO2处理相比，CO2浓度升高诱导保卫细胞中NO含量升高120％，气孔开度降低32％。清除NO后，CO2浓度升高诱导的NO含量增加和气孔关闭均受到强烈抑制，表明NO在CO2浓度升高诱导拟南芥气孔关闭过程中起重要作用。药理学实验显示，使用NOS抑制剂L-NAME和NR抑制剂钨酸盐均可显著降低NO含量和抑制气孔关闭，表明NOS和NR均参与了CO2浓度升高诱导保卫细胞中NO合成过程。拟南芥NOS突变体atnos1和NR突变体nia1nia2均显著抑制CO2浓度升高诱导的气孔关闭，且添加SNP后可以解除该抑制作用，进一步表明NOS和NR均在CO2浓度升高诱导拟南芥NO合成过程中起重要作用。CO2浓度升高处理导致atnos1突变体气孔开度显著降低，但对nia1nia2突变体的气孔开度影响不显著，由此可以推测在拟南芥中NR催化产生的NO可能在CO2浓度升高诱导气孔关闭中起着更重要的作用。在CO2浓度升高下，无论atnos1突变体还是nia1nia2突变体，在缓冲液中添加SNP均能恢复CO2浓度升高诱导的气孔关闭。说明这两种突变体的气孔对NO响应的功能均存在，之所以未能对CO2浓度升高做出明显响应是因为NO的合成路径受阻，导致保卫细胞中NO水平未能提高。从以上研究结果可以看出，NOS和NR均参与了CO2浓度升高促进拟南芥保卫细胞NO合成，进而诱导气孔关闭过程。因此，CO2浓度升高通过NOS和NR路径促进保卫细胞中NO合成，提高保卫细胞中NO含量，从而诱导了拟南芥气孔关闭。