由质子流动/平衡驱动的细胞内酸化过程是植物体应对环境变化的基础性过程之一。细胞内的酸化可参与启动一系列重要的信号传导元件及调节多种离子通道和转运体的功能。因此，研究植物细胞质子的传输机制具有重要意义。KEA(K+ Efflux Antiporter)是一类由多个基因成员组成的、广泛存在于藻类、苔藓和陆地高等植物中的潜在K+/H+逆向转运系统。其发现虽由来已久，但功能尚不明确。　　拟南芥中存在由6个成员组成的KEA基因家族，近年来有少数研究表明这些基因很可能定位于胞内的细胞器膜上，难以通过现有的手段进行研究，这也是长期以来一直不能获悉其确切功能的重要原因。本文主要通过分子生物学和遗传学手段，研究了拟南芥6个KEA基因的组织定位特征，并借助T-DNA插入突变体材料重点研究了KEA4， KEA5和KEA6的功能。这一研究，为填补对KEA基因功能认知上的不足，提供了有价值的参考。　　取得的主要结果如下:　　首先，克隆了6个KEA基因的启动子序列，与报告基因GUS一起转入拟南芥中。启动子活性分析表明，KEA基因的表达主要都定位在输导组织如主根中柱（除了KEA1和KEA3）、下胚轴、叶柄和叶脉中。除了KEA6以外，其它5个基因均可在保卫细胞中表达，预示它们的功能很可能是与保卫细胞及气孔运动调控有关。　　另外Ⅱ家族成员（KEA4，5和6）在根毛和表皮毛中有表达，其中个别成员的表达模式特异，如只有KEA4在根尖表达;此外还克隆了KEA4、KEA5和KEA6基因编码区并与报告基因YFP/GFP融合，激光共聚焦观测结果显示，这三个蛋白都明显不是在细胞质膜或液泡膜，而是在细胞内分散的小体上，与标记细胞内线粒体、高尔基体和过氧化物酶体等marker蛋白相比，KEA4，KEA5和KEA6蛋白更类似于高尔基体marker蛋白的定位模式，因此推测，这3个KEA可能定位于高尔基体。　　其次，筛选到3个纯合KEA4 T-DNA插入突变体株系，在正常培养条件下kea4突变体地上部没有明显表型，而在出苗早期其主根及下胚轴明显比野生型长，主要是因为主根分生区、伸长区、成熟区细胞及下胚轴细胞的长度比野生型长;另外利用pH敏感性荧光染料，在激光共聚焦显微镜观测显示，kea4主根伸长区和成熟区细胞酸化，其细胞内pH比野生型低0.2-0.3个单位，同时用低pH(pH4.7)培养基处理幼苗，野生型主根短小，而突变体主根较长。我们意外地发现，KEA4与葡萄糖转运蛋白共定位;并且在含有高浓度葡萄糖(5％)的培养基，野生型幼苗叶片发红，花青素富集，主根短小，而突变体叶片较绿，花青素含量较少，主根较长，表明突变体kea4对高浓度葡萄糖不敏感，这可能是因为体内糖代谢相关基因的表达发生改变;同时转录组分析也表明KEA4可能参与体内激素和葡萄糖之间的相互作用。　　第三，筛选多个单基因纯合突变体株系kea3-1，kea5-1，kea6-4，kea6-6和kea6-9，另外，在单突变体的基础上进行杂交，已经成功获得kea4/5，kea4/6，双突变kea3/4/5三突变及kea3/4/5/6四突变体株系。总体来说，在正常生长条件下，缺失两个以上的KEA才会影响植株生长发育，表现为发芽率、主根长、叶片大小和株高与野生型相比略微减小。KEA3，KEA4和KEA5缺失后，在光照和黑暗条件下，其莲座叶叶片气孔开放程度减少，持续称取离体莲座叶叶片鲜重，发现离体半个小时后，野生型和突变体叶片水分散失比率发生变化，野生型比突变体叶片水分散失的多，表明KEA缺失后莲座叶水分散失程度减弱;另外土培幼苗停止浇水2周后，野生型植株叶片萎蔫干枯，失绿，开始出现缺水症状，而此时突变体叶片尚能维持绿色，上述研究表明，kea4突变体抗旱的原因可能是，在干旱胁迫下，通过减少叶片气孔开放，避免水分从气孔的过多流失，从而维持整个植株水分状况。在含有100mM NaCl培养基上，单突变体和双突变体主根伸长与野生型相比没有明显差别，但是多突变体kea4/5/6和kea3/4/5/6的主根伸长受到抑制，大约降低了25％，另外发现NaCl处理后，野生型和单突变体植株主根弯曲生长，其主根根尖与重力方向的夹角为42°，而多突变体主根依然沿重力方向生长，其夹角为15%20°左右。水培实验表明在正常生长条件下多突变体地上部K+含量比野生型降低了10％左右，缺钾处理后，突变体和野生型K+含量都降低，但没有明显的差别，而用100mM NaCl处理后，多突变体内K+含量比野生型降低了30％左右，另外，NaCl处理后，多突变体内Na+含量比野生型增加了约50％。　　最后，多个KEA共同参与植物暗形态建成。黑暗萌发72 h后，野生型顶端弯钩为120°，多突变体kea4/5/6为60°，黑暗萌发8d后，野生型呈现典型的黄化特征，而多突变体kea4/5/6出现去黄化特征，即下胚轴伸长受抑制、主根较长、子叶展开、真叶开始出现。外源添加一定浓度NAA所能够恢复多突变体至黄化表型，表现为，促进下胚轴的伸长，抑制主根的生长;并且多突变体内生长素相关基因的表达发生改变，如IAA1，IAA3和IAA17基因的表达下调。说明KEA基因参与生长素介导的植物暗形态建成。　　总结全文研究结果，明确了拟南芥KEA家族6个成员在组织水平定位情况及KEAⅡ家族3个成员亚细胞水平定位情况;揭示了KEA4调节细胞内pH的可能机理;明确了KEA参与气孔运动以及与之密切相关的水分蒸散过程。我们的实验表明，多个KEA共同参与调节植株暗形态建成，这一发现在阳离子/质子转运家族功能的相关文献中尚无报道。