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分子植物育种(网络版), 2012 年, 第 10 卷, 第 1360- 1368 页
Fenzi Zhiwu Yuzhong (Online), 2012, Vol.10, 1360- 1368
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了 AKT1 介导的 K+的流动，使 AKT1 通道负极化。
AtKC1也可以抑制其它钾离子通道的作用，如 KST1
与 KAT1 (Dreyer et al., 1997; Duby et al., 2008)。此
外，在非洲爪蟾卵母细胞中，AtKC1 在萝卜中的同
源基因 KDC1 与 KAT1 共表达时，也表现出了相似
的抑制作用(Naso et al., 2006)。
2.3 调节蛋白
将蚕豆的 14-3 -3 蛋白在烟草中过表达后导致
烟草叶肉细胞的外向 K+电流增加(Saalbach et al.,
1997)。对 14-3 -3 蛋白过表达植株进行膜片钳试验，
发现其门控特性和单通道的电导均不受影响，表明
14- 3-3 蛋白影响可激活通道的数量。在细胞质一侧
加入纯化的 14-3-3 蛋白使番茄悬浮细胞的全细胞
外向 K+电流增加(Booij et al., 1999)。有研究表明，三
聚体 G 蛋白对保卫细胞 K+通道有调控作用，且这
种调控作用与其他细胞质因素无关(Fairley-Grenot
and Assmann, 1991; Li and Assmann, 1993; Wu and
Assmann, 1994)。与上述结果相类似，研究发现，敲
除拟南芥中编码 G 蛋白 α 亚基的基因 GPA1 后，ABA
对气孔保卫细胞内向 K+电流的抑制作用消失，气孔
对 ABA 不再敏感，施加 ABA 后气孔保持开放状态
(Wang et al., 2001)。
3 Shaker 家族钾离子通道研究的关键技术
近年来，电生理技术结合药理学、生物化学及
分子生物学等方法的广泛应用和模式植物、模式细
胞及异源表达体系的建立等极大地促进了植物钾
离子通道的鉴定及功能研究。
3.1 反向遗传学技术序
相对于从表型变化研究基因功能的正向遗传
学，反向遗传学是从基因变化研究表型变化。采用
反向遗传学技术，已对植物多个钾离子通道成员进
行了分析及功能鉴定。
谢亚丽等利用 Floral Dip 法将甜瓜钾离子通道
基因 MIRK 转入拟南芥，即发现 MIRK 的转入在一
定程度上提高了拟南芥的耐盐能力 ( 谢亚丽等,
2009)。利用基因枪技术，将 KAT1 和 AKT1 基因分
别转入水稻，转基因株系的钾吸收能力要显著高于对
照(施卫明等, 2002)。杨树中的 PeKC1 或 PeKC2 基因
在钾营养缺陷型突变体 akt1 中过表达后，转化植株
对低钾敏感性减弱，表明 PeKC1 或 PeKC2 可以对
akt1 突变体中缺失的 AKT1 的功能进行补偿(Zhang
et al., 2010) 。
T-DNA 插入突变体库是研究基因功能的强有
力工具，为钾离子通道的研究提供了大量试验材料
(Hedrich et al., 2011)。由于钾离子通道大量存在且
功能类似，在拟南芥中敲除单个钾离子通道基因并不
能表现出明显的表型。但人们发现，低钾胁迫下拟南
芥缺失突变体 akt1 的生长受到抑制，表明了 AKT1
在钾营养过程中的重要性(Hirsch et al., 1998)。GORK
基因敲除试验结果也证明了 GORK 在拟南芥保卫细
胞中的外向整流性(Hosy et al., 2003)。拟南芥中
LKS1 基因的敲除及过表达试验证实了 CIPK 激酶在
钾离子吸收过程中的调控作用(Xu et al., 2006)。
3.2 电生理学技术
带电离子跨膜转运的过程中会产生相应的生
物电信号。利用电生理学技术对生物电信号进行放
大、测量、记录和分析，是研究细胞膜上离子通道
转运特性和蛋白生理功能的重要手段。目前，最常
用的两种方法是膜片钳技术和双电极电压钳技术。
膜片钳技术以微弱电流信号测量为基础，通过
玻璃微电极与细胞膜封接测量生物电流信号。在离
子通道的研究中，膜片钳技术主要用于记录细胞膜
上由离子通道介导的跨膜离子电流，进而研究该离
子通道的通道特性和生理功能。利用膜片钳技术已鉴
定到拟南芥根细胞中的 AKT1 及花粉中的 SPIK 等钾
离子通道(Hirsch et al., 1998; Mouline et al., 2002)。
双电极电压钳技术与膜片钳技术原理相同，区
别在于前者适用于大型细胞 (如爪蟾卵母细胞)，后
者适用于小型细胞 (如植物保卫细胞)。爪蟾卵母细
胞表达系统是研究离子通道最常用的异源表达体
系。将外源离子通道基因在爪蟾卵母细胞中表达，
如果产生有功能的通道蛋白，便可使用双电极电压
钳系统进行电生理记录(Weber, 1999) 。目前，应用
该实验体系已对多个钾离子通道基因进行了生理
分析与功能鉴定，如拟南芥中的 SKOR、AKT2 和葡
萄中的 SIPK 等(Chérel et al., 2002; Luan, 2002;
Pratelli et al., 2002) 。该系统也有助于通道基因调控
机制方面的研究。缺乏 CIPK 蛋白激酶及磷酸酶，
AKT1 在卵母细胞中不能形成功能性的钾离子通
道，表明了磷酸化作用对钾离子通道活性的重要性
(Xu et al., 2006)。利用电压钳技术，发现当马铃薯
中的 SKT1 基因与拟南芥中的 AKT1 共表达时，才
能形成钾通道(Dreyer et al., 1997) 。王黎敏等采用基