气孔是由一对保卫细胞围成的功能特化结构，是植物与环境进行气体交换的主要门户。保卫细胞能够及时感知内外环境变化，通过调整气孔的开合程度和发育程序，在抑制水分过度散失和病原菌侵入的同时保障摄入足够多的CO2用于光合作用。当前大气中CO2浓度正在持续快速上升及其伴随的全球变暖和水资源短缺，可能将会严重影响植物的生长发育和农业生产。因此，揭示CO2等与气候变化相关的环境因子参与调节植物生理和气孔行为的作用机制，有助于我们深入理解植物与环境的交互作用，为面向未来的农业育种和生产实践奠定基础。在本研究中，我们主要以气孔运动为观察点，利用正向遗传学方法，并结合遗传学、药理学和细胞生理功能分析等手段，解析质外体ROS以及植物激素在CO2诱导的气孔开闭以及气孔发育过程中的差异性作用机制。主要研究发现如下：
　　1.BIG基因的功能缺失导致高浓度CO2(elevated CO2，eCO2)诱导的气孔关闭响应异常，干扰保卫细胞ROS的积累以及S-type阴离子通道的正常激活，但是BIG基因不参与eCO2对光照诱导气孔开放的抑制过程以及对该过程中ROS的生成积累的调控作用，表明eCO2诱导的气孔关闭和抑制的气孔开放是两个不同的生理过程，BIG参与对这两个过程的差异性调控。
　　2.eCO2诱导的气孔关闭过程需要质外体ROS的产生。质外体ROS的合成主要来源于细胞质膜NADPH氧化酶和细胞壁过氧化物酶(PRXs)，当用这两种酶相对应的特异性抑制剂DPI和SHAM处理时，均能高效阻断eCO2诱导的气孔关闭以及相应过程中ROS的积累；当这两种酶功能缺失时，eCO2诱导的气孔关闭以及由eCO2引起保卫细胞中ROS的积累均被阻断，表明细胞质膜NADPH氧化酶和细胞壁PRXs及其产生的ROS均在eCO2诱导的气孔关闭过程不可或缺。
　　3.eCO2抑制的气孔开放过程需要ROS的产生。ROS清除剂Tiron能完全抑制eCO2抑制的气孔开放以及该过程中引起的ROS积累；而NADPH氧化酶特异抑制剂DPI仅能部分抑制eCO2抑制的气孔开放；外源施加细胞壁PRXs特异抑制剂SHAM对eCO2抑制的气孔开放无显著作用，且prx33-3以及prx34-2突变体对该过程响应正常。这表明eCO2抑制的气孔开放过程仅部分依赖于细胞质膜NADPH氧化酶介导产生的ROS，完全不依赖于细胞壁PRXs。
　　4.植物激素差异性参与eCO2诱导的气孔关闭和eCO2抑制的气孔开放过程。首先我们利用水杨酸(SA)合成以及信号通路相关突变体进行eCO2诱导的气孔关闭实验发现，类似于脱落酸(ABA)和茉莉酸(JA)，SA的合成及信号通路的完整性对eCO2诱导的气孔关闭至关重要。接着，通过检测eCO2诱导的气孔关闭过程中ROS的积累发现，eCO2诱导气孔关闭过程中ROS的产生也依赖于SA信号通路。另外，我们实验结果还表明植物激素ABA、JA和SA信号通路仅参与eCO2诱导的气孔关闭，不参与eCO2抑制的气孔开放过程。
　　5.SA信号通路参与eCO2调控的气孔发育过程。在高浓度CO2培养环境下，野生型拟南芥的气孔密度和气孔指数均显著下降，SA合成和信号转导缺陷突变体无论是气孔密度还是气孔指数均不受CO2浓度变化的影响；而SA过量积累突变体cim10在eCO2条件下的气孔密度下降率高达野生型的两倍；另外，类似于NADPH氧化酶双突变体rbohDrbohF，细胞壁PRXs合成相关突变体prx33-3和prx34-2在eCO2条件下气孔密度也无显著下降。说明eCO2抑制的气孔发育过程依赖于SA信号通路，同时也需要质外体ROS的产生。除此之外，我们还发现拟南芥中NO也是eCO2诱导气孔关闭过程重要的信号分子。
　　综上所述，我们发现了一个CO2信号通路新调控元件BIG，其功能缺失仅影响eCO2诱导的气孔关闭而不影响其抑制的气孔开放过程，进一步分析发现细胞质膜NADPH氧化酶和细胞壁PRXs介导产生的ROS信号差异性调控eCO2介导的这两个过程。植物激素ABA、JA以及SA信号也仅参与eCO2诱导的气孔关闭过程，表明eCO2诱导的气孔关闭和抑制的气孔开放是由不同调控机制介导的两个不同生理过程。SA等植物激素及其引起的质外体ROS的产生在eCO2修饰气孔发育过程中具有不可或缺的作用。