水稻OsAKT2的鉀吸收功能及其在地上部分K+回流中的潛在作用

黃亞楠，李俊林，蘇彥華

（1 中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所/土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210008；2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3 山東省蠶業(yè)研究所，山東煙臺(tái) 264002）

K+是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的三大礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素之一，也是植物體中含量最豐富的無(wú)機(jī)陽(yáng)離子，可占植物干重的10%。K+在調(diào)節(jié)酶活性、蛋白質(zhì)合成、細(xì)胞滲透勢(shì)、細(xì)胞內(nèi)電荷平衡以及提高植物對(duì)環(huán)境脅迫的適應(yīng)能力等方面有重要作用[1–2]。土壤溶液中的K+濃度在0.01～20 mmol/L波動(dòng)，而細(xì)胞質(zhì)中的K+濃度維持在50～100 mmol/L范圍內(nèi)且相對(duì)穩(wěn)定[3]。植物中有大量負(fù)責(zé)K+吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的功能部件，包括高親和的鉀轉(zhuǎn)運(yùn)體(在鉀濃度<0.2 mmol/L下起作用)和低親和的鉀離子通道(在鉀濃度>1 mmol/L下起作用)，它們決定了植物體內(nèi)諸多功能和調(diào)控特性各異的鉀吸收系統(tǒng)[4]。一般鉀離子通道吸收的K+約占植物總吸鉀量的50%[5]，其中Shaker型K+通道被認(rèn)為是介導(dǎo)植物鉀離子吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和細(xì)胞內(nèi)動(dòng)態(tài)平衡最為重要的一類(lèi)鉀通道[6]。

土壤溶液的K+經(jīng)植物根表皮和皮層細(xì)胞中的鉀離子通道吸收，再通過(guò)根中柱鞘和木質(zhì)部薄壁細(xì)胞中的鉀離子通道將K+運(yùn)輸?shù)街参锏厣喜?。葉片保衛(wèi)細(xì)胞作為K+發(fā)揮功能的終端，其中的鉀離子通道通過(guò)調(diào)節(jié)K+的吸收和外排來(lái)調(diào)控氣孔開(kāi)關(guān)[4–7]。在植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，K+具有很強(qiáng)的移動(dòng)性，葉片中多余的K+可沿韌皮部向下回流到根系中，衰老葉片組織中的K+也可重新分配到幼嫩及生長(zhǎng)發(fā)育較旺盛的組織。植物體內(nèi)的這種鉀循環(huán)可表征地上部鉀營(yíng)養(yǎng)狀況并調(diào)節(jié)根系對(duì)K+的吸收[8]。耐低鉀型大麥能夠高效地將K+轉(zhuǎn)運(yùn)至功能葉，從而使新生葉保持正常的光合作用和代謝活動(dòng)[9]。煙草葉片的鉀含量是表征煙葉品質(zhì)的重要指標(biāo)，由老葉向新葉的K+回流會(huì)導(dǎo)致成熟期煙草葉片中K+的流失，從而影響煙葉品質(zhì)[10]。葉片中K+的分布及含量都會(huì)對(duì)植物的生理功能產(chǎn)生一定的影響。作為重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，K+參與調(diào)控氣孔開(kāi)關(guān)過(guò)程。保持葉片較高的K+濃度使得保衛(wèi)細(xì)胞可以吸收更多的水分，促進(jìn)氣孔的開(kāi)放[11]。另外K+會(huì)影響光合作用所需要酶類(lèi)的活性、ATP合成、葉綠素含量等。缺K+通常會(huì)導(dǎo)致植物光合作用效率下降，并影響光合作用產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運(yùn)[12–13]。但迄今為止，植物地上部K+回流的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和分子機(jī)制還有待進(jìn)一步深入探索。

鉀離子通道AKT2主要在韌皮部表達(dá)，兼具K+吸收和外排活性，但吸收活性占主導(dǎo)地位。韌皮部AKT2介導(dǎo)自上而下的K+運(yùn)輸，與植物地上部分K+的回流途徑相吻合；而其K+外排活性主要體現(xiàn)在對(duì)韌皮部細(xì)胞極化狀態(tài)(由H+內(nèi)流引起)的平衡方面，進(jìn)而協(xié)助蔗糖/H+共轉(zhuǎn)運(yùn)體將地上部光合同化產(chǎn)物蔗糖經(jīng)由韌皮部的向下運(yùn)輸過(guò)程[14–16]。擬南芥韌皮部AKT2缺失會(huì)降低細(xì)胞內(nèi)鉀離子和蔗糖含量以及膜電位對(duì)K+的依賴性，導(dǎo)致植株生長(zhǎng)減緩、發(fā)育延遲[14–16]。AKT2的表達(dá)豐度受到光照和光合同化產(chǎn)物的誘導(dǎo)，這也暗示其可能參與韌皮部蔗糖的運(yùn)輸[15]。脫落酸處理會(huì)增加AKT2的表達(dá)豐度，提示AKT2在植物應(yīng)對(duì)干旱脅迫時(shí)有重要作用[14]。在鹽脅迫條件下，水稻OsAKT2的缺失會(huì)使得植株韌皮部的K+降低，導(dǎo)致自上而下的K+再分配過(guò)程受損。此外，OsAKT2還調(diào)節(jié)K+和蔗糖從老葉到新葉中的轉(zhuǎn)運(yùn)，并影響籽粒形成和產(chǎn)量[17]。

通過(guò)歸納分析本領(lǐng)域最新研究進(jìn)展及本課題組前期工作，發(fā)現(xiàn)水稻OsAKT2主要定位于地上部韌皮部細(xì)胞[18]，且主要介導(dǎo)K+的吸收，推測(cè)其可能在地上部K+回流和再分配過(guò)程中發(fā)揮潛在作用。為此，通過(guò)蛙卵電生理技術(shù)研究了OsAKT2介導(dǎo)K+運(yùn)輸?shù)墓δ芴卣?，包括其電流本身特性、鉀濃度依賴性、離子選擇性及對(duì)鉀通道抑制劑的響應(yīng)情況。進(jìn)一步模擬田間生長(zhǎng)環(huán)境，利用實(shí)時(shí)熒光定量PCR試驗(yàn)測(cè)定OsAKT2基因表達(dá)的晝夜節(jié)律特征及對(duì)外界脅迫條件的響應(yīng)規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 質(zhì)粒構(gòu)建

將水稻OsAKT2(GenBank: JN989970.1)基因經(jīng)酶切位點(diǎn)SmaI/NotI構(gòu)建到pCI載體上，用質(zhì)粒小提試劑盒(Axygen，AP-MN-P-250)提取質(zhì)粒，并濃縮至 1 μg/μL 待用。

1.2 蛙卵注射與電生理檢測(cè)

非洲爪蟾(Xenopuslaevis)冰浴麻醉1 h后，用手術(shù)刀在其腹部切開(kāi)小口取出蛙卵，置于1 mg/mL的膠原酶A中消解1～2 h，挑選出健康飽滿的蛙卵放入 ND96 溶液 (96 mmol/L NaCl、1.8 mmol/L CaCl2、2 mmol/L KCl、1 mmol/L MgCl2、5 mmol/L HEPES，pH7.4)中培養(yǎng)。通過(guò)微量注射儀(Nanol 2000，WPI，Sarasota，F(xiàn)L，USA)，將 59.8 nL 的 pCIOsAKT2質(zhì)粒cDNA注射到蛙卵中，等量的無(wú)菌水注射到蛙卵中作為陰性對(duì)照。在相應(yīng)的處理?xiàng)l件下，用“注射OsAKT2的蛙卵產(chǎn)生的電流”減去“注射H2O的蛙卵產(chǎn)生的電流”得到“OsAKT2產(chǎn)生的凈電流”，以扣除各離子處理對(duì)蛙卵本身的影響。注射后的蛙卵置于19℃的ND96溶液中培養(yǎng)(含50 mg/L慶大霉素)，每天更換一次培養(yǎng)液，并及時(shí)去除壞死細(xì)胞。2～3天后用雙電極電壓鉗放大器(Axoclamp 900A, Foster City, CA, USA)檢測(cè)蛙卵細(xì)胞電流。在檢測(cè)電流時(shí)，鉗制電壓為－40 mV，階越電壓為 10 mV，施加的電壓范圍從－160 mV 到+50 mV，刺激間隔為 2 s?；緳z測(cè)浴液含有 1.8 mmol/L CaCl2、1 mmol/L MgCl2、5 mmol/L HEPES-NaOH，pH 調(diào)整為7.4，KCl和NaCl濃度根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)置進(jìn)行調(diào)整(用于調(diào)整溶液中的恒定離子強(qiáng)度)。用pClampfit 10.3(Molecular Devices)初步分析電生理數(shù)據(jù)。

檢測(cè)所用處理溶液如下：

OsAKT2的鉀吸收特征檢測(cè)： 0、1、2、5、10、20、50、100 KCl (mmol/L)。

OsAKT2 的離子選擇性檢測(cè)： 100 LiCl、100 NaCl、100 RbCl、100 NH4Cl、100 KCl (mmol/L)。

通道抑制劑對(duì)OsAKT2的影響檢測(cè)： 1 BaCl2、1 CsCl、25 TEACl、50 KCl (mmol/L)。

1.3 水稻生長(zhǎng)試驗(yàn)

以粳稻日本晴 (Oryzasativa.ssp.JaponicNipponbare)為供試水稻材料。水稻幼苗在改良的IRRI溶液中生長(zhǎng)，光周期為16 h光照/8 h黑暗，溫度設(shè)定為27℃/25℃ (光照/黑暗)，光強(qiáng)度為 400 μmol/(m2·s)，相對(duì)濕度設(shè)定為70%。將10天苗齡(從水稻發(fā)芽后算起)的水稻幼苗移至不同的處理液中：0 mmol/L K+、1 mmol/L K+、20 mmol/L K+、0 mmol/L NH4+、1 mmol/L NH4+、10 mmol/L NH4+、180 mmol/L sorbitol、15% PEG-6000，分別處理 0、4、8、12、20 和 24 h后收獲植株，用于RNA提取。

其中改良的IRRI營(yíng)養(yǎng)液配方為：0.5 mmol/L(NH4)2SO4、0.3 mmol/L KH2PO4、0.35 mmol/L K2SO4、1 mmol/L CaCl2·2H2O、1 mmol/L MgSO4·7H2O、0.5 mmol/L Na2SiO3、20 μmol/L NaFeEDTA、20 μmol/L H3BO3、0.32 μmol/L CuSO4·5H2O、9 μmol/L MnCl2·4H2O、0.77 μmol/L ZnSO4·7H2O、0.39 μmol/L Na2MoO4·2H2O、pH調(diào)至5.8。不同的銨處理濃度采用(NH4)2SO4調(diào)節(jié)，其他離子成分保持不變；不同的鉀處理濃度使用KCl調(diào)節(jié)，并分別用NaH2PO4和Na2SO4取代KH2PO4和K2SO4，其他離子成分保持不變。

1.4 水稻地上部分OsAKT2基因表達(dá)豐度的測(cè)定

使用總RNA提取試劑(R401-01，南京諾唯贊生物科技有限公司)對(duì)收獲后的水稻地上部樣品進(jìn)行總RNA提取。用反轉(zhuǎn)錄試劑HiScriptⅢRT-SuperMix for qPCR (+gDNA-wipper，R323-01，南京諾唯贊生物科技有限公司)將1 μg總RNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA。實(shí)時(shí)熒光定量PCR酶為ChamQ Universal SYBR qPCR Master Mix (Q711-02，南京諾唯贊生物科技有限公司)。引物由南京金斯瑞生物科技有限公司合成。使用熒光定量PCR儀LightCycler 480 (Roche,Switzerland)檢測(cè)基因表達(dá)情況，反應(yīng)條件為：95℃(30 s)，95℃ (10 s)、60℃ (15 s)、72℃ (15 s)，44 個(gè)循環(huán)。以水稻的看家基因OsActin作為內(nèi)標(biāo)，用2–ΔΔCT方法分析目的基因的相對(duì)表達(dá)量。

1.5 Shaker鉀通道的系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)分析與關(guān)鍵位點(diǎn)序列比對(duì)

鉀通道序列由NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)網(wǎng)站下載獲得，利用DNAMAN對(duì)這些鉀通道序列進(jìn)行比對(duì)分析，并構(gòu)建Shaker鉀通道系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

使用SPSS 16.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用SigmaPlot 12.5繪圖，所示數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤SE (n>3)。多重比較采用Duncan法，差異顯著水平為5%。

2 結(jié)果與分析

2.1 OsAKT2的氨基酸序列分析

由圖1a可看出，OsAKT2在通道孔區(qū)域具有特征性的序列TxxTxGYGD，屬于典型的Shaker型鉀離子通道。根據(jù)電壓依賴特征和鉀離子跨膜流動(dòng)方向，Shaker型K+通道又可劃分為3類(lèi)：內(nèi)向鉀離子通道(Kin)，主要包括AKT1和KAT1類(lèi)鉀通道；外向鉀離子通道(Kout)，主要包括SKOR和GORK類(lèi)鉀通道；以及弱整流型鉀離子通道(Kweak)，主要是AKT2鉀通道。與內(nèi)向、外向鉀離子通道不同，弱整流型鉀離子通道AKT2在S4跨膜區(qū)上的關(guān)鍵氨基酸均為帶正電的賴氨酸K (圖1b)，這可能對(duì)其整流性有重要作用。系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)的結(jié)果顯示，水稻OsAKT2在進(jìn)化上與單子葉植物玉米的ZMK2的親緣關(guān)系最近，大麥HvAKT2次之，與雙子葉植物擬南芥的AtAKT2 (56%)等AKT2家族成員也有較高的相似度(圖1c)。綜上，水稻鉀通道OsAKT2與AKT2的其它家族成員具有較高的同源性，且氨基酸序列在進(jìn)化上具有保守性。

圖1 不同Shaker型K+通道的關(guān)鍵序列比對(duì)及系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)分析Fig.1 Sequence alignment and phylogenetic tree analysis of Shaker K+ channels

2.2 OsAKT2的鉀濃度響應(yīng)

弱整流型擬南芥AtAKT2通道可以同時(shí)介導(dǎo)K+的吸收和外排，且電壓依賴性較弱[14,19]。借助雙電極電壓鉗電生理技術(shù)，發(fā)現(xiàn)水稻OsAKT2主要介導(dǎo)K+的吸收，但是缺少明顯的外排活性(圖2a)。從電流-電壓的關(guān)系可看出，當(dāng)外界鉀離子濃度高于5 mmol/L時(shí)，OsAKT2的電流開(kāi)始顯著增加，而K+濃度達(dá)到100 mmol/L時(shí)電流基本接近飽和值(圖2b和c)，反映了其對(duì)外界K+的吸收具有反饋調(diào)節(jié)機(jī)制。在 50 mmol/L K+且膜電位大于–50 mV 時(shí)，記錄到明顯的內(nèi)向電流，且隨著膜電位的降低，電流變得更大(圖2c)。OsAKT2的電流具有濃度依賴性和電壓依賴性。盡管OsAKT2在生物信息學(xué)和結(jié)構(gòu)分析上屬于AKT2通道，但是OsAKT2的電流性質(zhì)與已報(bào)道的擬南芥弱整流型AtAKT2明顯不同。

用米氏方程擬合OsAKT2的K+吸收動(dòng)力學(xué)曲線，發(fā)現(xiàn)在各個(gè)膜電位下，Km值(達(dá)到1/2最大吸收速率時(shí)的鉀濃度)均大于 43 mmol/L (圖 2c)，是一個(gè)典型的低親和力鉀離子通道(在大于1 mmol/L K+濃度下介導(dǎo)K+吸收) (圖2d)。在葉片衰老過(guò)程中，老葉中的K+要運(yùn)輸至生長(zhǎng)旺盛的葉子、果實(shí)及種子中，可能會(huì)造成細(xì)胞內(nèi)K+釋放，導(dǎo)致老葉中K+瞬時(shí)增加達(dá)到10 mmol/L[20]，而OsAKT2正是在此濃度范圍下發(fā)揮最適作用，揭示OsAKT2可能在地上部分K+回流和分配中有重要作用。

圖2 OsAKT2的鉀吸收特征Fig.2 K+ transport kinetics in OsAKT2 expressing Xenopus oocytes

2.3 OsAKT2的離子選擇性

對(duì)比與K+半徑相近的堿金屬陽(yáng)離子通透性發(fā)現(xiàn)，在不同膜電位下，OsAKT2對(duì)K+的吸收具有較高的選擇性，基本不能通透Li+和Na+，對(duì)Rb+有輕微的通透能力(圖3)。OsAKT2對(duì)NH4+有很大的通透性，約占K+吸收量的22%左右(以O(shè)sAKT2對(duì)K+的吸收量為標(biāo)準(zhǔn)，100%)，推測(cè)OsAKT2可能參與體內(nèi)NH4+的再分配，在緩解體內(nèi)NH4+毒害方面有一定作用。

圖3 OsAKT2對(duì)一價(jià)陽(yáng)離子的吸收電流?電壓曲線(a)和一價(jià)陽(yáng)離子吸收電流相對(duì)于K+吸收電流的比例(b)Fig.3 I?V curves of monovalent ion uptake by OsAKT2 (a) and the current proportion of monovalent ions relative to that of K+ (b)

2.4 鉀離子通道抑制劑對(duì)OsAKT2的影響

我們檢測(cè)了K+通道專性抑制劑Ba2+、Cs+和TEA對(duì)OsAKT2通道活性的影響，以驗(yàn)證在蛙卵表達(dá)系統(tǒng)中產(chǎn)生的電流是否為專一性的鉀吸收電流。結(jié)果顯示，Ba2+、Cs+對(duì)OsAKT2電流的抑制作用具有電壓依賴性(圖4a)，膜電位越負(fù)，抑制效果越顯著，在膜電位從–80 mV到–160 mV的范圍內(nèi)，Cs+對(duì)OsAKT2電流的抑制率從42%增加到了94%；Ba2+對(duì)OsAKT2電流的抑制率雖然從42%增加到了78%(圖4b)，但較其他高度專一的K+通道來(lái)說(shuō)抑制率較低，這與圖3中OsAKT2對(duì)離子的通透性特征相吻合(主要通透K+，但是也可以通透一定量的NH4+)(圖4c)。而TEA對(duì)OsAKT2電流的抑制作用沒(méi)有電壓依賴性，在膜電位從–80 mV到–160 mV的范圍內(nèi)，TEA的抑制率基本維持在70%～79% (圖4d)?？傊琌sAKT2通道活性受K+通道抑制劑較高程度的抑制，表明OsAKT2產(chǎn)生的電流為專一性的鉀吸收電流(圖4)。

圖4 OsAKT2在鉀通道抑制劑Ba2+、Cs+和TEA處理下的電流?電壓曲線(a)和穩(wěn)態(tài)電流(b、c、d)Fig.4 I?V curves (a) and steady currents (b, c, d) of the OsAKT2 by the external application of K+ channel blockers Ba2+, Cs+ and TEA

2.5 不同供銨、供鉀及脅迫處理對(duì)OsAKT2基因表達(dá)豐度的影響

為了進(jìn)一步揭示OsAKT2的作用條件及分子機(jī)制，測(cè)定了不同供銨、供鉀及干旱脅迫(模擬葉片衰老的過(guò)程)條件下OsAKT2的表達(dá)特征。模擬晝夜光照變化，發(fā)現(xiàn)OsAKT2的基因表達(dá)受光照條件影響，在光照條件下其表達(dá)豐度較低，而在黑暗中OsAKT2表達(dá)水平較高(圖5)，具有一定的晝夜節(jié)律。在處理20 h時(shí)OsAKT2基因的表達(dá)豐度達(dá)到最高，因此在該處理時(shí)間進(jìn)行各處理的基因豐度比較。缺鉀(圖5a)和缺銨(圖5b)處理均會(huì)顯著增加OsAKT2的表達(dá)量，而OsAKT2主要介導(dǎo)地上部K+的吸收(圖2)，推測(cè)OsAKT2在水稻氮、鉀營(yíng)養(yǎng)虧缺時(shí)可促進(jìn)地上部分離子的回流以保障植物完整的生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程。此外，相比于正常條件，利用sorbitol(山梨醇)處理模擬滲透脅迫增加了OsAKT2基因的表達(dá)豐度，PEG處理無(wú)顯著效果(圖5c)。在不同脅迫處理?xiàng)l件下均未改變OsAKT2的晝夜節(jié)律變化，這可能是植株應(yīng)對(duì)脅迫條件的一種策略。

圖5 不同處理?xiàng)l件下OsAKT2基因的表達(dá)豐度Fig.5 OsAKT2 gene expression level in response to different treatments

3 討論與結(jié)論

植物Shaker型鉀通道是一類(lèi)電壓門(mén)控的K+離子通道，在K+的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)以及維持細(xì)胞內(nèi)離子動(dòng)態(tài)平衡等方面發(fā)揮重要作用[21]。盡管OsAKT2在結(jié)構(gòu)和基本性質(zhì)上都與典型的AKT2鉀通道相似，如二者在氨基酸序列上高度同源，且表現(xiàn)出較高的鉀離子選擇性，同屬于弱整流型Shaker類(lèi)鉀通道(圖1)，但是其也表現(xiàn)出一些特殊電流性質(zhì)。利用非洲爪蟾卵母細(xì)胞作為外源表達(dá)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)OsAKT2主要介導(dǎo)K+的吸收，缺少明顯的外向活性，且表現(xiàn)出明顯的電壓依賴性(圖2)，這與已知的擬南芥AtAKT2的“雙向”電流明顯不同[14]。AtAKT2的外向活性(不受電壓影響)有其特殊的生理意義：K+的外流能夠阻止韌皮部細(xì)胞內(nèi)由于H+內(nèi)流引起的過(guò)度去極化，進(jìn)而通過(guò)蔗糖/H+共轉(zhuǎn)運(yùn)體驅(qū)動(dòng)蔗糖的運(yùn)輸[22]。而水稻OsAKT2缺少明顯的外排活性，意味著其可能缺少蔗糖運(yùn)輸?shù)墓δ?。另外，研究表明OsAKT2主要定位在韌皮部[18]，且負(fù)責(zé)K+的吸收，那么OsAKT2很可能參與了將植株地上部分多余的K+經(jīng)由韌皮部運(yùn)往根系，一方面給韌皮部負(fù)載提供所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，另一方面也作為地上部鉀營(yíng)養(yǎng)狀況的重要信號(hào)對(duì)根系吸收K+進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)。植株地上部分的K+回流有利于水稻等糧食作物維持其生長(zhǎng)部位的功能，但是對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中需要保持葉片高鉀水平的作物如煙草等較為不利。

OsAKT2對(duì)于維持細(xì)胞內(nèi)K+濃度穩(wěn)定發(fā)揮著關(guān)鍵作用。本研究發(fā)現(xiàn)OsAKT2對(duì)外界K+濃度的變化很敏感，且顯示出典型的低親和力特性(Km為43 mmol/L，遠(yuǎn)大于高親和系統(tǒng)介導(dǎo)的0.2～1 mmol/L K+的吸收[23])，與已知的其它Shaker型鉀通道一致[24]。植物細(xì)胞質(zhì)中的K+濃度一般維持在50～100 mmol/L范圍內(nèi)[25]，這種最佳的K+濃度有利于細(xì)胞質(zhì)中酶的活化[9]。水稻OsAKT2對(duì)K+具有較高的選擇性(圖3)，且會(huì)抑制根系對(duì)Na+的吸收[17]，表明OsAKT2可能有助于提高植物的抗鹽能力。此外，水稻OsAKT2對(duì)NH4+表現(xiàn)出一定的通透性(圖3)，且缺銨處理會(huì)顯著上調(diào)OsAKT2的表達(dá)水平，說(shuō)明OsAKT2可能對(duì)水稻氮素營(yíng)養(yǎng)吸收轉(zhuǎn)運(yùn)具有潛在的貢獻(xiàn)。植株內(nèi)多余的NH4+或可通過(guò)OsAKT2再回流到根系并進(jìn)行氨同化，降低植株體內(nèi)游離NH4+含量，從而緩解NH4+毒害。這一結(jié)果對(duì)于將來(lái)研究水稻體內(nèi)NH4+回流及再分配有一定的參考價(jià)值。

OsAKT2基因的表達(dá)呈現(xiàn)出明顯的避光性，與AtAKT2基因受光照誘導(dǎo)的特性相反，說(shuō)明水稻和擬南芥兩種植物具有不同的晝夜節(jié)律和光合產(chǎn)物分配機(jī)制。擬南芥AtAKT2鉀通道參與的蔗糖分配過(guò)程具有光依賴性[15]，AKT2的一個(gè)重要作用就是激活韌皮部質(zhì)膜協(xié)助光合產(chǎn)物的向下運(yùn)輸，從而有效的裝載糖類(lèi)物質(zhì)[26]。而水稻OsAKT2基因在光照下表達(dá)較弱(圖5)，且OsAKT2功能缺失并不影響水稻地上部植株的蔗糖含量[17]，表明OsAKT2可能不參與協(xié)助蔗糖的運(yùn)輸，這也與OsAKT2缺少明顯的外向活性及其可能對(duì)應(yīng)的蔗糖運(yùn)輸功能這一特征相一致(圖2)。黑暗條件下，氣孔關(guān)閉不再提供蒸騰拉力，植物為了滿足正常的生長(zhǎng)需求，其體內(nèi)存在一定的離子循環(huán)，此時(shí)OsAKT2的表達(dá)豐度升高(圖5)，顯示OsAKT2具有潛在的K+回流作用。這些不同植物之間的特異性節(jié)律變化可能是植物表現(xiàn)出的適應(yīng)性進(jìn)化，具體生理機(jī)制有待進(jìn)一步探索。本研究中基因表達(dá)試驗(yàn)采用的是10天苗齡(2～3葉期)的水稻幼苗，該結(jié)果可以在一定程度上反映OsAKT2介導(dǎo)地上部分的K+回流，而老葉到新葉的K+回流可能需在4～5葉期的幼苗中進(jìn)行驗(yàn)證，在此時(shí)期，第一片葉已開(kāi)始進(jìn)入衰老階段，便于新的完全展開(kāi)葉和老葉之間進(jìn)行比較。

缺氮、缺鉀以及干旱等脅迫環(huán)境因素會(huì)加速葉片老化，縮短植物生育期。本研究發(fā)現(xiàn)在這類(lèi)脅迫條件下OsAKT2基因的表達(dá)水平會(huì)顯著上調(diào)，這可能有助于K+從衰老器官運(yùn)輸?shù)缴L(zhǎng)旺盛的新器官，反映了植物對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)性生存策略。相關(guān)研究也發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)大麥HvAKT2和HvHAK1能夠通過(guò)調(diào)節(jié)葉片H+內(nèi)穩(wěn)態(tài)和細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)來(lái)提高大麥的耐旱性[27]。而對(duì)于喜鉀作物煙草來(lái)說(shuō)，保持葉片充足的K+是其品質(zhì)保證，沈方科等[28]發(fā)現(xiàn)環(huán)割或斷根處理可以阻斷物質(zhì)在韌皮部的運(yùn)輸，從而減少K+向地下部分回流，提高煙葉鉀含量。綜上，水稻OsAKT2可能在地上部K+的再分配過(guò)程中發(fā)揮重要作用，這為通過(guò)超表達(dá)OsAKT2來(lái)提高植物抗逆性提供了可能。