2025年大學(xué)《化學(xué)生物學(xué)》專業(yè)題庫——植物逆境適應(yīng)性與生存策略研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、概念填空題（每空2分，共20分）1.植物在干旱脅迫下，葉片氣孔關(guān)閉，這主要是由于內(nèi)源激素__________水平升高引起的。2.非生物脅迫下，植物細(xì)胞內(nèi)積累的__________和__________等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可以降低細(xì)胞滲透勢(shì)，幫助維持細(xì)胞膨壓。3.活性氧（ROS）的產(chǎn)生和清除失衡會(huì)導(dǎo)致膜脂過氧化，植物中清除ROS的主要酶系統(tǒng)包括超氧化物歧化酶（SOD）、__________、過氧化氫酶（CAT）和抗壞血酸過氧化物酶（APX）。4.植物在響應(yīng)病原菌侵染時(shí)，除了茉莉酸/乙烯信號(hào)通路，另一個(gè)重要的防御信號(hào)通路是__________信號(hào)通路。5.在鹽脅迫下，植物通過__________轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白將過量積累的Na+從細(xì)胞質(zhì)泵到液泡中，維持細(xì)胞質(zhì)離子平衡。6.DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子通過識(shí)別DNA序列中的__________順式作用元件來調(diào)控下游抗寒、抗旱基因的表達(dá)。7.植物次生代謝產(chǎn)物中的__________類化合物具有廣譜的抗病蟲活性，是植物重要的化學(xué)防御武器。8.利用CRISPR/Cas9技術(shù)對(duì)植物基因進(jìn)行編輯，以提高其抗逆性，這體現(xiàn)了__________在生物性狀改良中的應(yīng)用潛力。9.代謝組學(xué)技術(shù)可以用來系統(tǒng)研究脅迫條件下植物體內(nèi)__________的變化。10.能夠特異性結(jié)合并結(jié)合目標(biāo)分析物（如蛋白質(zhì)、小分子）的分子探針是化學(xué)生物學(xué)研究中的重要工具，例如，__________探針可用于檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度變化。二、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述植物細(xì)胞感知滲透脅迫的初始信號(hào)及其傳遞過程。2.簡(jiǎn)要說明植物在高溫脅迫下，光合作用系統(tǒng)會(huì)受到哪些主要傷害，以及植物如何啟動(dòng)防御機(jī)制來保護(hù)自身。3.什么是系統(tǒng)獲得性抗性（SAR）？簡(jiǎn)述其信號(hào)傳導(dǎo)的主要途徑和特點(diǎn)。4.簡(jiǎn)述一株植物同時(shí)應(yīng)對(duì)干旱和鹽脅迫時(shí)，其生理生化響應(yīng)可能存在的協(xié)同或拮抗效應(yīng)。三、論述題（每題10分，共30分）1.深入論述植物體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生來源及其在信號(hào)傳導(dǎo)中發(fā)揮的生理作用和潛在危害。2.結(jié)合具體的例子，論述表觀遺傳修飾（如DNA甲基化、組蛋白修飾）在植物適應(yīng)性進(jìn)化中的作用。3.試述化學(xué)生物學(xué)的方法（如分子探針、藥物篩選、代謝組學(xué)）如何被應(yīng)用于研究或改良植物的逆境適應(yīng)能力，并舉例說明。四、綜合應(yīng)用題（15分）某研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一種模式植物在遭受中度鹽脅迫（200mMNaCl）后，其葉片中甜菜堿含量顯著升高，同時(shí)脯氨酸合成相關(guān)基因的表達(dá)也上調(diào)，植物表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐鹽性。同時(shí)，他們檢測(cè)到鹽脅迫引發(fā)了鈣離子（Ca2+）內(nèi)流，并觀察到參與茉莉酸信號(hào)通路的關(guān)鍵基因也部分上調(diào)。請(qǐng)基于以上信息，結(jié)合你所學(xué)的化學(xué)生物學(xué)知識(shí)，分析這種植物可能采用了哪些主要的耐鹽生存策略？并簡(jiǎn)要闡述這些策略背后的分子機(jī)制。試卷答案一、概念填空題（每空2分，共20分）1.脫落酸（或ABA）2.脯氨酸；甜菜堿（或其他有效答案，如甘氨酸甜菜堿、海藻糖等）3.過氧化物酶（或POD）4.水楊酸（或SA）5.質(zhì)子（或H+）/陰離子共轉(zhuǎn)運(yùn)（或NHX）6.CRT/DRE7.生物堿（或酚類；或皂苷等，只要屬于常見抗病蟲次生代謝物即可）8.基因工程（或合成生物學(xué)）9.代謝物（或小分子物質(zhì)）10.光學(xué)（或熒光）二、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.答案：植物細(xì)胞通過滲透感受器（如肌動(dòng)蛋白絲）或離子通道感知細(xì)胞內(nèi)外的滲透勢(shì)差異。外界高滲導(dǎo)致細(xì)胞失水，細(xì)胞膜發(fā)生質(zhì)壁分離。細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)濃度升高產(chǎn)生的滲透勢(shì)變化，會(huì)改變離子通道（如K+通道）的通透性，導(dǎo)致離子內(nèi)流或外流，進(jìn)而改變細(xì)胞質(zhì)離子濃度和滲透勢(shì)。這些變化會(huì)激活下游信號(hào)分子（如Ca2+、ROS、蛋白磷酸化級(jí)聯(lián)），最終引發(fā)基因表達(dá)改變和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)合成等響應(yīng)。解析思路：考察對(duì)滲透脅迫感受和初始信號(hào)傳遞基本過程的理解。需要回答感知機(jī)制、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵分子（離子、Ca2+、ROS等）以及初步的響應(yīng)方向（調(diào)節(jié)離子、合成滲透物）。2.答案：高溫脅迫主要對(duì)光系統(tǒng)II（PSII）造成傷害，導(dǎo)致D1蛋白降解，光合色素（如葉綠素）分解，光合效率下降。同時(shí)，高溫也可能導(dǎo)致葉綠體膜系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，活性氧積累。植物的防御機(jī)制包括：光系統(tǒng)II修復(fù)機(jī)制（D1蛋白的重新合成與插入）；非光化學(xué)淬滅（NPQ）增強(qiáng)，耗散過剩光能；增加抗氧化酶活性（SOD、POD、CAT等），清除過量的ROS；關(guān)閉氣孔，減少光能吸收和水分蒸騰。解析思路：考察對(duì)高溫脅迫下光合作用損傷點(diǎn)和植物防御策略的理解。需要明確主要損傷對(duì)象（PSII）、具體表現(xiàn)（D1降解、色素分解）以及主要的防御措施（修復(fù)機(jī)制、能量耗散、抗氧化防御、氣孔調(diào)節(jié)）。3.答案：系統(tǒng)獲得性抗性（SAR）是指植物在局部部位受到病原菌侵染后，能夠獲得對(duì)多種不同病原菌的廣譜、持久抗性的現(xiàn)象。其主要信號(hào)傳導(dǎo)途徑是水楊酸（SA）信號(hào)通路。病原菌相關(guān)分子模式（PAMPs）或傷害相關(guān)分子模式（HAMPs）被模式識(shí)別受體（PRRs）識(shí)別后，激活SA合成，SA通過韌皮部運(yùn)輸?shù)轿词芮秩静课?，誘導(dǎo)防御相關(guān)基因（如PR基因）的表達(dá)，產(chǎn)生病程相關(guān)蛋白（PRPs）等效應(yīng)子，使植物獲得系統(tǒng)抗性。解析思路：考察對(duì)SAR概念、信號(hào)通路（特別是SA通路）及其特點(diǎn)的理解。需要答出定義、核心信號(hào)分子（SA）、關(guān)鍵信號(hào)傳遞途徑（PRRs、SA運(yùn)輸、PR基因表達(dá)）以及最終結(jié)果（廣譜持久抗性）。4.答案：協(xié)同效應(yīng)：干旱和鹽脅迫都會(huì)抑制氣孔導(dǎo)度，協(xié)同加劇植物的水分虧缺。兩者都可能導(dǎo)致光合作用受損，協(xié)同抑制有機(jī)物積累。植物可能協(xié)同上調(diào)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（如脯氨酸、糖類）和離子區(qū)隔化相關(guān)蛋白（如NHX）的表達(dá)，共同維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。脅迫信號(hào)也可能在信號(hào)傳導(dǎo)層面存在部分共享通路（如Ca2+信號(hào)、ROS信號(hào)），協(xié)同激活下游防御響應(yīng)。拮抗效應(yīng)：高鹽脅迫導(dǎo)致離子毒害（如Na+進(jìn)入細(xì)胞），可能抑制某些僅在干旱條件下起作用的酶活性。高鹽脅迫需要植物投入大量能量進(jìn)行離子區(qū)隔化，可能擠占用于干旱適應(yīng)相關(guān)物質(zhì)（如脯氨酸）合成或氣孔運(yùn)動(dòng)調(diào)控的能量。不同脅迫信號(hào)通路之間可能存在交叉抑制，例如，高鹽脅迫可能抑制茉莉酸途徑，從而減弱對(duì)某些生物脅迫的抗性。解析思路：考察對(duì)多脅迫交叉作用的理解，能分析協(xié)同和拮抗的可能性及原因。需要結(jié)合水分關(guān)系、離子平衡、光合作用以及信號(hào)網(wǎng)絡(luò)層面的相互作用進(jìn)行思考。三、論述題（每題10分，共30分）1.答案：活性氧（ROS）是植物在代謝過程中（如光合作用、呼吸作用、氧化還原反應(yīng)）產(chǎn)生的含氧中間產(chǎn)物，主要來源包括：光系統(tǒng)II電子傳遞鏈、線粒體呼吸鏈、過氧化酶體中的脂肪酸氧化、金屬離子催化等。生理作用：ROS作為重要的信號(hào)分子，參與調(diào)控多種植物生長(zhǎng)發(fā)育過程和脅迫響應(yīng)。例如，低濃度ROS可作為第二信使，激活蛋白激酶或磷酸酶，引發(fā)下游信號(hào)級(jí)聯(lián)；在病原菌或昆蟲攻擊下，ROS積累有助于激活防御反應(yīng)。潛在危害：當(dāng)ROS產(chǎn)生過多或清除系統(tǒng)失衡時(shí)，會(huì)攻擊細(xì)胞膜（引起脂質(zhì)過氧化）、蛋白質(zhì)（引起酶失活、聚集）、核酸（引起DNA損傷），導(dǎo)致細(xì)胞損傷甚至死亡，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育和生存構(gòu)成威脅。解析思路：考察對(duì)ROS產(chǎn)生來源、生理功能和潛在危害的全面理解。需要系統(tǒng)梳理ROS的生成途徑，深入分析其在信號(hào)傳導(dǎo)中的具體作用機(jī)制，并闡述其氧化損傷的后果。2.答案：表觀遺傳修飾是指不改變DNA堿基序列，但能夠影響基因表達(dá)的可遺傳的細(xì)胞核結(jié)構(gòu)或功能變化。在植物適應(yīng)性進(jìn)化中，表觀遺傳修飾扮演著重要角色。DNA甲基化可以通過抑制DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，沉默有害基因或維持基因沉默，從而影響適應(yīng)性性狀的形成。組蛋白修飾（如乙?；⒓谆?、磷酸化）能夠改變?nèi)旧|(zhì)的松緊狀態(tài)（表觀遺傳狀態(tài)），從而調(diào)控基因的可及性，影響基因表達(dá)譜的動(dòng)態(tài)變化。在環(huán)境脅迫下，表觀遺傳修飾可以快速響應(yīng)并重新編程基因表達(dá)，使植物適應(yīng)新的環(huán)境條件。此外，表觀遺傳修飾的穩(wěn)定性使得適應(yīng)性性狀能夠在后代中遺傳，促進(jìn)物種的進(jìn)化適應(yīng)。例如，經(jīng)歷干旱脅迫的植物后代可能通過表觀遺傳修飾的改變，繼承了父代獲得的耐旱性狀。解析思路：考察對(duì)表觀遺傳基本概念（不改變DNA序列、影響表達(dá)）及其在植物適應(yīng)性進(jìn)化中作用的理解。需要明確DNA甲基化、組蛋白修飾等主要類型，闡述它們?nèi)绾握{(diào)控基因表達(dá)，并解釋其在環(huán)境適應(yīng)和遺傳中的作用機(jī)制。3.答案：化學(xué)生物學(xué)方法被廣泛應(yīng)用于研究或改良植物逆境適應(yīng)能力。分子探針可用于檢測(cè)逆境相關(guān)的信號(hào)分子（如Ca2+、ROS、激素）或關(guān)鍵蛋白在細(xì)胞內(nèi)的動(dòng)態(tài)變化，幫助解析信號(hào)傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)。藥物篩選可以利用已知的抗逆化合物（如滲透調(diào)節(jié)劑、抗氧化劑）或合成的小分子化合物，通過田間試驗(yàn)或離體實(shí)驗(yàn)評(píng)估其對(duì)植物抗逆性的影響，從中發(fā)現(xiàn)具有應(yīng)用潛力的候選藥物或植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。代謝組學(xué)技術(shù)可以全面分析脅迫條件下植物體內(nèi)所有代謝物的變化，揭示關(guān)鍵的耐逆代謝通路和生物標(biāo)志物，為理解耐逆機(jī)制和尋找改良靶點(diǎn)提供依據(jù)。此外，基因編輯技術(shù)（如CRISPR/Cas9）可以直接對(duì)植物的抗逆相關(guān)基因進(jìn)行定點(diǎn)修飾，高效、精確地改良植物的逆境適應(yīng)性。例如，通過CRISPR/Cas9技術(shù)敲除抑制抗寒基因表達(dá)的表觀遺傳修飾相關(guān)基因，可以提高植物的耐寒性。解析思路：考察對(duì)多種化學(xué)生物學(xué)工具（探針、藥物篩選、代謝組學(xué)、基因編輯）在植物逆境研究中的應(yīng)用的理解。需要結(jié)合具體例子，說明每種方法如何幫助研究耐逆機(jī)制或?qū)崿F(xiàn)耐逆改良。四、綜合應(yīng)用題（15分）答案：該植物在中度鹽脅迫下可能采用了以下主要耐鹽生存策略：1.滲透調(diào)節(jié)：葉片中甜菜堿含量顯著升高。甜菜堿是有效的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可以降低細(xì)胞內(nèi)滲透勢(shì)，幫助細(xì)胞在鹽脅迫下維持膨壓，防止過度失水。2.滲透調(diào)節(jié)與氮代謝平衡：脯氨酸合成相關(guān)基因上調(diào)。脯氨酸不僅是滲透調(diào)節(jié)劑，也有助于維持細(xì)胞內(nèi)pH穩(wěn)定和參與氮代謝循環(huán)，增強(qiáng)植物對(duì)鹽脅迫的耐受性。3.離子平衡與防御：鹽脅迫引發(fā)Ca2+內(nèi)流。Ca2+是重要的胞內(nèi)信號(hào)分子，參與調(diào)節(jié)離子平衡（如激活鈣調(diào)蛋白進(jìn)而調(diào)控離子通道）和激活防御反應(yīng)。Ca2+積累可能有助于維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性。4.次生代謝防御：茉莉酸信號(hào)通路部分上調(diào)。這可能意味著植物正在啟動(dòng)或增強(qiáng)防御反應(yīng)，以應(yīng)對(duì)潛在的生物脅迫（如鹽脅迫有時(shí)會(huì)誘發(fā)土傳病原菌或害蟲）或作為一種廣譜脅迫適應(yīng)策略。背后的分子機(jī)制可能包括：*甜菜堿合成途徑激活：鹽脅迫信號(hào)（如滲透脅迫、離子脅迫）激活了甜菜堿合成相關(guān)基因的表達(dá)和代謝途徑，導(dǎo)致甜菜堿積累。*脯氨酸合成途徑激活：鹽脅迫下，脯氨酸合成酶活性增加或基因表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)脯氨酸的合成與積累。*Ca2+信號(hào)通路激活：鹽脅迫引起的Ca2+內(nèi)流，觸發(fā)了下游的鈣信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，可能涉及鈣調(diào)蛋白、磷脂酶