摘要：鉀離子通道是植物鉀離子吸收的重要途徑之一。近年來，已從多種植物或同種植物的不同組織器官中分離到多種鉀離子通道基因，包括內向整流型鉀離子通道基因(如OsAKT1，DKT1，Ktrrl，KIll，KZM1，ZMK2等)和外向整流型鉀離子通道基因(如CORK，PTORK ，STORK 等)。文章分別從結構、功能以及相關基因等三方面綜述了關於植物鉀離子通道的分子生物學研究進展，並對應用生物工程技術改良植物的鉀營養性狀進行了討論。
關鍵詞：鉀離子通道；結構；基因
離子通道(ion channe1)是跨膜蛋白，每個蛋白分子能以高達l08個／秒的速度進行離子的被動跨膜運輸，離子在跨膜電化學勢梯度的作用下進行的運輸，不需要加入任何的自由能。一般來講，離子通道具有兩個顯著特徵：
一是離子通道是門控的，即離子通道的活性由通道開或關兩種構象所調節，並通過開關應答相應的信號。根據門控機制，離子通道可分爲電壓門控、配體門控、壓力激活離子通道。
二是通道對離子的選擇性，離子通道對被轉運離子的大小與電荷都有高度的選擇性。根據通道可通過的不同離子，可將離子通道分爲鉀離子(potassium ion，K )通道、鈉離子(natrium ion，Na )通道、鈣離子(calcium ion，Ca2 )通道等。其中，K 通道是種類最多、家族最爲多樣化的離子通道，根據其對電勢依賴性及離子流方向的不同，可把K 通道分爲兩類：①內向整流型K 通道(inward rectifier K channel；Kin)，② 外向整流型K 通道(outward rectifier Khannel；K out)。K 是植物細胞中含量最爲豐富的陽離子，也是植物生長髮育所必需的唯一的一價陽離子，它在植物生長髮育過程中起着重要的作用，具有重要的生理功能。植物中可能存在K 通道，這一點早在20世紀6o年代植物營養學界就有人提出，而一直到80年代才被Schroeder等人[23證實，他們利用膜片鉗(patch chmp)技術，首先在蠶豆(V／c／afaba)的保衛細胞中檢測出了K 通道鉀離子通道的結構單個鉀離子通道是同源四聚體，4個亞基(subunit)對稱的圍成一個傳導離子的中央孔道(pore)，恰好讓單個K 通過。對於不同的家族，4"亞基有不同數目的跨膜鏈(membrane。span。ning element)組成。兩個跨膜鏈與它們之間的P迴環(pore helix loop)是K 通道結構的標誌2TM／P)，不同家族的K 通道都有這樣一個結目前從植物體中發現的K 通道幾乎全是電壓門控型的，如保衛細胞中的K 外向整流通道等，其結構模型如圖2一a所示。離子通透過程中離子的選擇性主要發生在狹窄的選擇性過濾器(selectivity filter)中(圖2一b)，X射線晶體學顯示選擇性過濾器長1．2 nIll，孔徑約nIll，K鉀離子通道的作用.有關K 通道在植物體內的`作用研究並不多。
從目前的結果來看，認爲主要是與K 吸收和細胞中的信號傳遞(尤其是保衛細胞)有關。小麥根細胞中過極化激活的選擇性內流K 通道的表觀平衡常數Km值爲8．8 mmol／L，與通常的低親和吸收系統Km值相似[ 。近年來，大量K 通道基因的研究表明，K 通道是植物吸收轉運鉀離子的重要途徑之一。保衛細胞中氣孔的開閉與其液泡中的K 濃度有密切關係。質膜去極化激活的K 外向整流通道引起K 外流，胞質膨壓降低，導致氣孔的關閉。相反，質膜上H．ATPase激活的超極化(hyperpolarization)促使內向整流鉀離子通道(K in)的打開，引起K 的內流，最終導致氣孔的張開鉀離子通道相關基因及其功能特徵迄今，已從多種植物或同種植物的不同組織器官中分離得到多種K 通道基因(圖3)，根據對其結構功能和DNA序列的分析，可以把它們分爲5個大組：工，Ⅱ，Ⅳ組基因屬於內向整流型通道；m組屬於弱內向整流型通道(weakly inwardAKT1Arabidopsis K Transporter 1)是第一個克隆到的植物K 通道基因，採用酵母雙突變體互補法從擬南芥cDNA文庫中篩選出來cDNA序列分析表明，AKT1長2 649 bp，其中的閱讀框爲2 517 bp，編碼838個氨基酸殘基組成的多肽，相對分子質量約爲95 400 Da。AKT1編碼的K 通道，對K 有極高的選擇性，其選擇性依次是K >Rb >>Na >Li 。