全球CO2浓度升高已成为不争事实,其给农业活动带来了显著影响。前人研究多集中于C3作物对CO2浓度升高的响应,但关于C4作物对CO2浓度升高响应的机理尚不完善,本试验以C4作物谷子（豫谷1号）为试验材料,开展CO2浓度升高(600μmol·mol-1)对谷子茎叶生理特性、基因表达及代谢组的影响,探讨谷子对CO2浓度升高的响应机制。试验主要结果如下:1、大气CO2浓度升高显著提高了谷子叶片中光合色素含量和光合能力,对叶片气孔密度和气孔导度无显著影响。2、CO2浓度升高使谷子茎秆中总木质素和半纤维素含量分别增加14.57%和57.89%,使谷子茎秆中愈创木基木质素（G）、紫丁香基木质素（S）和对羟基苯基木质素（H）各单体含量显著增加,使茎秆中木糖、葡萄糖和半乳糖含量显著提高,纤维素和果胶含量分别降低45.36%和35.50%,促进了木质素合成相关基因的表达。3、CO2浓度升高提高了谷子茎叶抗氧化能力和渗透调节能力。CO2浓度升高促进谷子叶片和茎秆脯氨酸、游离酚、结合酚和总酚含量的积累,导致活性氧和丙二醛含量下降,使谷子叶片中过氧化物酶（POD）酶活性提高11.69%,并使相关基因Si ZFP182、Si P5CR和Si SOD1的表达分别显著上调193.20%、148.83%和20.71%。4、大气CO2浓度升高促进谷子碳代谢。CO2浓度升高显著提高谷子叶片可溶性糖、果糖（还原糖）和淀粉含量和茎秆中淀粉含量,使茎秆中可溶性糖和果糖（还原糖）含量显著降低,提高了蜡质含量和相关基因的表达量。5、大气CO2浓度升高促进谷子氮代谢。谷子叶片和茎秆中硝态氮含量在CO2浓度升高后显著增加,抑制谷子叶片和茎秆中可溶性蛋白的积累,游离氨基酸含量在叶片中降低而在茎秆中增加,叶片中硝酸还原酶活性显著增加52.33%。6、CO2浓度升高对谷子源流间的影响小于单一源或流的影响,CO2浓度升高有利于促进谷子不同组织间代谢通路发生改变,同时对叶片的影响作用高于茎秆。CO2浓度升高显著影响的与碳氮代谢相关的代谢通路有淀粉和蔗糖代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、丙氨酸-天冬氨酸-谷氨酸代谢,显著影响的物质有L-天冬氨酸、L-天冬酰胺、L-蛋氨酸、蔗糖、柠檬酸。7、CO2浓度升高后谷子细胞膜脂脂成分（长链磷脂酰肌醇、硫代异鼠李糖甘油二脂）发生改变,改变了细胞膦酸酯和次膦酸酯代谢途径,可能会改变细胞对环境的抵抗能力以及细胞结构,同时糖脂含量的变化可能会影响信号的识别和传导。综上所述,CO2浓度升高后,谷子通过调节源（叶片）和流（茎秆）中的相关代谢物、代谢途径和基因的表达,提高了叶片和茎秆的抗氧化能力和渗透调节能力,促进光合碳同化及生长,以适应大气CO2浓度的升高。