2025年大學《化學生物學》專業(yè)題庫——植物抗逆機制及逃逸機制的金德研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡答題1.請簡述植物在遭受干旱脅迫時，細胞水平上主要的滲透調(diào)節(jié)機制及其生理意義。2.活性氧在植物正常代謝和脅迫響應中扮演著怎樣的雙重角色？請列舉至少兩種清除活性氧的關鍵酶。3.簡述植物響應鹽脅迫的主要信號轉(zhuǎn)導途徑，并說明脫落酸在此過程中可能發(fā)揮的作用。4.什么是植物的非生物脅迫逃逸？請以某種特定環(huán)境因子為例，說明植物可能采取的逃逸策略。5.請簡述轉(zhuǎn)錄因子在植物抗逆反應基因表達調(diào)控中的作用機制。二、論述題1.結合具體的分子機制，論述植物如何通過活性氧信號通路響應病原菌侵染。2.以金德教授團隊在植物抗逆研究中的某項具體成果為例（可自行設定），詳細闡述該成果的研究背景、主要方法、核心發(fā)現(xiàn)及其潛在的應用價值。3.試述植物表觀遺傳修飾（如DNA甲基化、組蛋白修飾）在環(huán)境脅迫適應性中的作用，并舉例說明。試卷答案一、簡答題1.答案：植物細胞在干旱脅迫下主要通過積累小分子有機物（如脯氨酸、糖類、甜菜堿等）來降低細胞滲透勢，防止水分過度流失；同時，通過關閉氣孔減少水分蒸騰。這些機制有助于維持細胞膨壓，保持細胞正常形態(tài)和功能。此外，一些植物還能合成特定的蛋白（如LEA蛋白）來穩(wěn)定生物大分子結構，抵抗干旱造成的損傷。解析思路：考察對干旱脅迫下植物主要滲透調(diào)節(jié)途徑和生理意義的理解。需要回答兩種主要機制：滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累和氣孔關閉，并提及細胞內(nèi)蛋白穩(wěn)定作用。答案應涵蓋機制本身和其生理意義（維持膨壓、防止失水、穩(wěn)定結構）。2.答案：活性氧（ROS）在低濃度時可以作為信號分子，參與植物的生長發(fā)育和脅迫響應調(diào)控；在高濃度時則會產(chǎn)生氧化損傷，攻擊細胞內(nèi)的生物大分子（如膜脂、蛋白質(zhì)、DNA）。清除活性氧的關鍵酶包括超氧化物歧化酶（SOD），它催化超氧陰離子自由基分解為氧氣和過氧化氫；過氧化物酶（POD）和抗壞血酸過氧化物酶（APX）則共同參與過氧化氫的清除。解析思路：考察對活性氧雙重作用的理解以及核心清除酶的掌握。第一點要明確ROS的信號和毒害雙重角色。第二點需要列舉至少兩種關鍵的酶，并簡要說明其功能或所在的清除系統(tǒng)（如SOD在第一線防御，APX+POD在第二線）。3.答案：植物響應鹽脅迫的主要信號轉(zhuǎn)導途徑包括：鹽離子通過離子通道進入細胞，引起細胞內(nèi)離子濃度升高和滲透脅迫；這會激活一系列信號分子（如鈣離子、肌醇磷脂、活性氧、脫落酸等）的級聯(lián)反應。脫落酸（ABA）在此過程中可能作為重要的脅迫信號分子，促進氣孔關閉、誘導滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)合成相關基因的表達，從而提高植物的抗鹽性。解析思路：考察鹽脅迫信號轉(zhuǎn)導的基本過程和脫落酸的作用。需要說明鹽脅迫的初始感知（離子influx和滲透變化），提及關鍵的信號分子類型（鈣離子、活性氧等），并重點闡述脫落酸在信號傳導和下游效應（氣孔關閉、滲透調(diào)節(jié)）中的作用。4.答案：植物的非生物脅迫逃逸是指植物在遭遇不利環(huán)境條件時，通過快速完成生命周期或調(diào)整生長發(fā)育策略，以避免或減輕脅迫傷害的現(xiàn)象。例如，在干旱半干旱地區(qū)，某些一年生植物會采取快速生長、迅速完成營養(yǎng)生長和生殖生長的策略，從而在雨季來臨前完成種子繁殖，避開持續(xù)干旱的環(huán)境。解析思路：考察對逃逸機制定義和策略的理解。定義要清晰說明是“快速”應對以“避開”不利環(huán)境。策略上要能舉出一例，說明通過“快速完成生命周期”或“調(diào)整生長策略”來實現(xiàn)逃逸。5.答案：轉(zhuǎn)錄因子是一類能夠與DNA特異性結合并調(diào)控基因表達的蛋白質(zhì)。在植物抗逆反應中，特定的轉(zhuǎn)錄因子（如DREB/CBF、bZIP、NAC、WRKY等家族成員）能夠被脅迫信號激活并轉(zhuǎn)入細胞核，與順式作用元件結合，啟動或抑制下游抗逆基因的表達，從而協(xié)調(diào)植物的抗逆反應相關蛋白質(zhì)、激素和代謝產(chǎn)物的合成，最終提高植物的抗逆能力。解析思路：考察對轉(zhuǎn)錄因子功能及其在抗逆基因表達調(diào)控中作用機制的理解。需要說明轉(zhuǎn)錄因子的基本定義，強調(diào)其在基因表達調(diào)控中的核心作用，并提及參與抗逆反應的幾個主要轉(zhuǎn)錄因子家族，以及它們激活后調(diào)控下游基因表達的過程。二、論述題1.答案：植物通過活性氧信號通路響應病原菌侵染的過程通常包括：病原菌入侵觸發(fā)植物細胞產(chǎn)生局部活性氧（ROS）積累；ROS作為信號分子，可以激活下游的信號轉(zhuǎn)導途徑，如鈣離子信號、磷酸肌醇信號等；ROS還可以直接或間接激活防御相關基因的表達，例如編碼病原菌蛋白水解酶的基因、植物防御相關蛋白（如PR蛋白）的基因；最終導致植物產(chǎn)生系統(tǒng)獲得性抗性（SAR），增強對整個植株的防御能力。此外，ROS信號通路與其他信號通路（如水楊酸、茉莉酸信號通路）存在交叉talk，共同調(diào)控植物的防御反應。解析思路：考察對活性氧在植物病害防御中信號作用的理解。需要論述ROS的產(chǎn)生、作為信號分子的作用（激活下游信號、直接/間接誘導防御基因表達）、最終效應（SAR），并提及ROS信號通路與其他信號通路可能的聯(lián)系。答案應體現(xiàn)活性氧信號在病原菌識別和防御反應啟動中的關鍵作用。2.答案：（以下為示例，具體內(nèi)容需基于對金德教授團隊研究的了解或合理設定）*研究背景：某種重要農(nóng)作物（如小麥）易受銹病（如小麥條銹?。┪：Γ瑢е麓蠓鶞p產(chǎn)。金德教授團隊致力于研究小麥抗銹病相關基因及分子機制，以期培育抗病品種。*主要方法：研究團隊利用轉(zhuǎn)錄組測序技術（RNA-Seq）比較了抗病小麥品種和感病小麥品種在銹病侵染后的基因表達譜差異；通過生物信息學分析，鑒定到一個在抗病反應中顯著上調(diào)表達的候選基因（命名為Xa21-like）；隨后，利用基因工程技術將該基因轉(zhuǎn)入易感小麥中，并對其進行功能驗證。*核心發(fā)現(xiàn)：研究發(fā)現(xiàn)，該Xa21-like基因編碼一個NBS-LRR類受體激酶，其表達產(chǎn)物參與識別銹病菌的效應子蛋白，并激活下游的防御反應，如激活ROS產(chǎn)生、防御相關基因表達等。轉(zhuǎn)入該基因的易感小麥表現(xiàn)出對銹病的顯著抗性。*潛在應用價值：該研究成果為小麥抗銹病基因工程育種提供了新的基因資源和理論基礎。通過利用該基因或其調(diào)控機制，可以培育出高產(chǎn)、抗病的優(yōu)良小麥品種，保障糧食安全。解析思路：考察結合具體研究成果（需自行設定或基于真實研究）進行綜合分析的論述能力。需要包含研究背景（問題）、研究方法（技術手段）、核心發(fā)現(xiàn)（基因功能、抗性效果）和潛在應用價值（育種應用）四個方面。答案應邏輯清晰，條理分明，展現(xiàn)對研究全過程的理解和評價。3.答案：植物表觀遺傳修飾，如DNA甲基化、組蛋白修飾和染色質(zhì)重塑，在環(huán)境脅迫適應性中發(fā)揮著重要作用。它們能夠在不改變DNA序列的情況下，動態(tài)地調(diào)控基因的表達狀態(tài)，從而賦予植物適應環(huán)境變化的能力。*DNA甲基化：通常與基因沉默相關。在脅迫條件下，某些與抗性相關的基因可能會發(fā)生去甲基化，從而被激活表達；而一些有害或非必需的基因可能發(fā)生甲基化，被抑制表達，以節(jié)省能量和資源。DNA甲基化還可能影響染色質(zhì)結構，進而影響基因的可及性。*組蛋白修飾：組蛋白是核小體的重要組成部分，其上的氨基酸殘基（如賴氨酸）可以被乙?；?、甲基化、磷酸化等修飾。這些修飾可以改變?nèi)旧|(zhì)的松散或緊密狀態(tài)（“表觀遺傳標記”），從而影響轉(zhuǎn)錄因子的結合和基因表達。例如，組蛋白乙?；ǔＥc基因激活相關，而組蛋白甲基化則可能關聯(lián)基因沉默或激活，具體取決于甲基化的位點（如H3K4me3通常與激活相關，H3K27me3通常與沉默相關）。脅迫條件下，表觀遺傳修飾可以快速響應，調(diào)整基因表達譜，適應新的環(huán)境條件。*染色質(zhì)重塑：涉及組蛋白和/或非組蛋白的重新排列，改變?nèi)旧|(zhì)的整體結構，影響基因的可及性。例如，SWI/SNF等染色質(zhì)重塑復合體可以通過破壞或重建核小體，調(diào)節(jié)基因表達。舉例說明：研究表明，在鹽脅迫下，水稻中某些抗鹽基因的啟動子區(qū)域會出現(xiàn)DNA甲基化水平的變化，這種變化與基因的表達調(diào)控有關。同時，組蛋白乙?；皆诿{迫響應中也發(fā)生顯著改變，例如H3K18ac水平的提高與脅迫誘導基