2025年大學(xué)《化學(xué)生物學(xué)》專業(yè)題庫——植物與環(huán)境適應(yīng)特異性脅迫信號途徑考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪種分子通常被認(rèn)為是植物感知鹽脅迫和干旱脅迫的主要信號？A.滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（如脯氨酸）B.植物激素脫落酸（ABA）C.鈣離子（Ca2?）D.乙烯2.在植物細(xì)胞膜上，感知病原菌相關(guān)分子模式（PAMP）的受體通常屬于：A.離子通道蛋白B.G蛋白偶聯(lián)受體C.跨膜蛋白的亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域D.核受體3.高溫脅迫下，植物細(xì)胞內(nèi)活性氧（ROS）積累，這種變化通常通過什么方式被感知并引發(fā)下游響應(yīng)？A.直接激活膜結(jié)合受體B.引發(fā)膜電位變化C.作為第二信使影響蛋白活性D.直接作用于核基因表達(dá)4.信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中的蛋白激酶級聯(lián)反應(yīng)（如MAPK通路）主要功能是：A.直接轉(zhuǎn)運(yùn)離子B.合成第二信使C.將信號從細(xì)胞膜傳遞到細(xì)胞核D.分解信號分子5.下列哪種植物激素在多種脅迫條件下（如干旱、鹽、低溫）都發(fā)揮著促進(jìn)氣孔關(guān)閉的作用？A.赤霉素（GA）B.細(xì)胞分裂素（CTK）C.脫落酸（ABA）D.玉米素（ZT）6.為了應(yīng)對干旱脅迫，植物會合成大量的脯氨酸，脯氨酸的合成關(guān)鍵酶是：A.S-腺苷甲硫氨酸脫羧酶（SAM-DC）B.甜菜堿醛脫氫酶（BADH）C.脯氨酸合成酶（ProSyn）D.過氧化氫酶（CAT）7.植物在感知低溫脅迫后，會誘導(dǎo)抗凍蛋白的合成，這類蛋白的主要功能是：A.降低細(xì)胞內(nèi)水分活度B.促進(jìn)ABA合成C.抑制膜的相變D.調(diào)節(jié)離子通道通透性8.活性氧（ROS）在植物脅迫信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中既可以作為信號分子，也可以成為有害物質(zhì)，其雙重作用體現(xiàn)了：A.信號整合的復(fù)雜性B.信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的級聯(lián)放大C.信號分子的可調(diào)節(jié)性D.細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)的多樣性9.鈣離子（Ca2?）作為植物細(xì)胞內(nèi)的第二信使，其信號特征主要表現(xiàn)為：A.在細(xì)胞內(nèi)廣泛且均勻分布B.濃度變化短暫且幅度較小C.通過特定的鈣離子通道進(jìn)入細(xì)胞D.主要通過磷酸化作用傳遞信號10.研究表明，脫落酸（ABA）和乙烯在調(diào)控植物耐旱性方面存在相互作用，這種相互作用體現(xiàn)了：A.信號通路的時間順序關(guān)系B.不同脅迫信號通路的空間分離C.植物激素信號網(wǎng)絡(luò)的整合調(diào)控D.脅迫信號通路之間簡單的線性疊加二、填空題（每空1分，共15分）1.植物感知環(huán)境脅迫的初始信號通常來源于細(xì)胞外的______變化或細(xì)胞內(nèi)______的積累。2.細(xì)胞膜上的______受體能夠識別病原菌分泌的效應(yīng)子，引發(fā)植物的免疫反應(yīng)。3.鈣離子（Ca2?）信號通路中，鈣離子濃度的變化主要通過______和______的調(diào)控實(shí)現(xiàn)。4.植物激素______在多種脅迫條件下誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉，是植物重要的耐旱機(jī)制之一。5.高溫脅迫下，細(xì)胞內(nèi)______的積累和膜脂過氧化加劇是重要的脅迫信號。6.為了維持細(xì)胞內(nèi)滲透平衡，植物在鹽脅迫下會積累______等小分子有機(jī)物，或合成______等親水大分子。7.蛋白質(zhì)磷酸化是植物信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中常見的翻譯后修飾方式，它通常由______和______催化。8.乙烯信號通路的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子是______，它能夠調(diào)控一系列脅迫響應(yīng)基因的表達(dá)。三、名詞解釋（每題3分，共12分）1.特異性脅迫信號2.第二信使3.交叉talk(crosstalk)4.抗性相關(guān)基因四、簡答題（每題5分，共10分）1.簡述植物感知干旱脅迫的信號傳導(dǎo)過程，至少涉及兩種信號分子或信號通路。2.比較植物在鹽脅迫和干旱脅迫下，在維持細(xì)胞滲透平衡方面所采取的兩種不同策略。五、論述題（每題7分，共14分）1.論述植物激素脫落酸（ABA）信號通路在整合多種環(huán)境脅迫信號、調(diào)控植物適應(yīng)性響應(yīng)過程中的作用機(jī)制。2.結(jié)合化學(xué)生物學(xué)的知識，闡述如何通過研究關(guān)鍵信號分子及其代謝途徑來解析植物對特定環(huán)境脅迫的適應(yīng)機(jī)制。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.C4.C5.C6.C7.C8.A9.C10.C二、填空題1.物理化學(xué)性質(zhì)；第二信使2.電阻抗（或R蛋白）3.鈣離子通道；鈣離子泵4.脫落酸（ABA）5.活性氧（ROS）6.滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（如甘露醇）；脯氨酸7.蛋白激酶；蛋白磷酸酶8.EIN3/EIL1三、名詞解釋1.特異性脅迫信號：指能夠被植物細(xì)胞特定受體識別，并觸發(fā)一系列適應(yīng)性響應(yīng)的、來自環(huán)境脅迫源（如病原體、干旱、鹽、高溫、低溫等）的信號分子或物理化學(xué)變化。2.第二信使：指在細(xì)胞內(nèi)傳遞細(xì)胞外第一信使（如激素、神經(jīng)遞質(zhì)）信息的信號分子，如鈣離子（Ca2?）、環(huán)磷酸腺苷（cAMP）、活性氧（ROS）等，它們能放大信號并引發(fā)特定的細(xì)胞反應(yīng)。3.交叉talk(crosstalk)：指不同信號通路之間相互溝通、相互作用的現(xiàn)象，使得細(xì)胞能夠整合多種信號，做出協(xié)調(diào)統(tǒng)一的響應(yīng)。4.抗性相關(guān)基因：指在植物應(yīng)對環(huán)境脅迫（如病原感染、干旱、鹽堿、高溫、低溫等）過程中，其表達(dá)水平發(fā)生顯著變化，并編碼具有抗性功能的蛋白質(zhì)（如抗病蛋白、抗脫水蛋白、離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、抗氧化酶等）的基因。四、簡答題1.植物感知干旱脅迫的信號傳導(dǎo)過程：*感知：細(xì)胞失水導(dǎo)致膨壓下降，刺激細(xì)胞膜上的機(jī)械感受器或離子通道（如內(nèi)向整流鉀離子通道IK1），引發(fā)膜電位變化和離子流動，初步感知干旱信號。同時，胞外信號分子（如ABA）也可能被釋放。*信號傳遞：胞內(nèi)Ca2?離子濃度升高，作為第二信使。ROS也可能參與。信號通過蛋白激酶級聯(lián)反應(yīng)（如SnRK2激酶被磷酸化激活）或MAPK通路等傳遞。ABA進(jìn)入細(xì)胞后，與細(xì)胞質(zhì)中的受體結(jié)合，激活蛋白磷酸酶PP2C（如ABI1），進(jìn)而調(diào)控下游信號。*下游響應(yīng)：激活的信號通路最終調(diào)控下游基因表達(dá)，如誘導(dǎo)合成脯氨酸、積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（如糖、甘露醇）、關(guān)閉氣孔（通過合成和運(yùn)輸ABA到保衛(wèi)細(xì)胞）、合成脫水素蛋白等，以增強(qiáng)植物的抗旱能力。2.植物在鹽脅迫和干旱脅迫下維持細(xì)胞滲透平衡的不同策略：*鹽脅迫：主要策略是積累低分子量滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（如脯氨酸、甜菜堿、糖類、多元醇）來降低細(xì)胞內(nèi)水勢，以對抗高滲透壓。同時，通過激活離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（如Na?/H?逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、H?-ATPase）將過多的Na?和Cl?排出細(xì)胞或束縛在液泡中。*干旱脅迫：主要策略是關(guān)閉氣孔以減少水分散失，并通過積累脯氨酸、糖類等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來維持細(xì)胞膨壓。同時，一些植物能合成脯氨酸等親水分子，增加細(xì)胞內(nèi)水分結(jié)合能力。離子平衡的調(diào)節(jié)相對鹽脅迫可能不是最優(yōu)先的，但也會發(fā)生適應(yīng)性調(diào)整。五、論述題1.脫落酸（ABA）信號通路在整合多種環(huán)境脅迫信號、調(diào)控植物適應(yīng)性響應(yīng)中的作用機(jī)制：*ABA作為一種重要的植物激素，在多種生物和非生物脅迫（如干旱、鹽、低溫、高溫、病原菌、蟲害等）下合成迅速增加，是植物感知脅迫并啟動適應(yīng)性響應(yīng)的關(guān)鍵信號分子之一。*ABA信號通路通過其膜受體（如PYR/PYL/RCAR家族蛋白）和胞質(zhì)受體（如COP9信號復(fù)合體CSLs）感知ABA，并激活下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。核心激酶SnRK2（特別是OST1/ABF亞家族）在信號通路中起關(guān)鍵作用，其磷酸化被激活后可磷酸化下游多種底物。*激活的SnRK2激酶參與整合不同脅迫信號。一方面，它可以磷酸化轉(zhuǎn)錄因子（如bZIP亞家族的ABF/AREB亞家族成員），這些轉(zhuǎn)錄因子直接結(jié)合到下游基因的啟動子區(qū)域，調(diào)控大量脅迫響應(yīng)基因的表達(dá)，包括編碼滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)合成酶、離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、抗氧化酶、防御蛋白等的基因，從而引發(fā)廣泛的適應(yīng)性變化（如氣孔關(guān)閉、離子平衡調(diào)節(jié)、防御反應(yīng)增強(qiáng)等）。*另一方面，SnRK2激酶磷酸化的底物還包括其他信號通路中的蛋白，如參與Ca2?信號通路、茉莉酸（JA）信號通路的蛋白，體現(xiàn)了ABA信號通路與其他脅迫信號通路的交叉talk，實(shí)現(xiàn)了對復(fù)雜環(huán)境信號的整合調(diào)控。*因此，ABA信號通路不僅是干旱脅迫的核心調(diào)控通路，也參與協(xié)調(diào)植物對多種其他脅迫的響應(yīng)，是植物整合脅迫信號、維持生存的關(guān)鍵分子網(wǎng)絡(luò)。2.結(jié)合化學(xué)生物學(xué)的知識，闡述如何通過研究關(guān)鍵信號分子及其代謝途徑來解析植物對特定環(huán)境脅迫的適應(yīng)機(jī)制：*化學(xué)生物學(xué)從分子和化學(xué)層面研究生命現(xiàn)象，為解析植物脅迫適應(yīng)機(jī)制提供了獨(dú)特視角。通過研究關(guān)鍵信號分子（如激素、第二信使、信號肽等）的結(jié)構(gòu)、生物合成途徑、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制和代謝降解過程，可以深入理解植物感知和響應(yīng)脅迫的分子基礎(chǔ)。*研究信號分子結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系：利用化學(xué)合成、蛋白質(zhì)工程等技術(shù)改造信號分子的結(jié)構(gòu)，結(jié)合生物學(xué)功能測定，可以明確結(jié)構(gòu)特征與信號功能（如受體結(jié)合能力、激酶活性、細(xì)胞定位）的關(guān)系。例如，研究ABA的結(jié)構(gòu)修飾如何影響其生物活性或信號傳導(dǎo)效率。*解析生物合成途徑：鑒定和功能驗(yàn)證合成關(guān)鍵信號分子的酶基因（如ABA合成酶、乙烯合成酶），通過基因敲除、過表達(dá)等遺傳學(xué)手段，研究這些途徑在脅迫響應(yīng)中的作用。利用化學(xué)抑制劑或基因編輯技術(shù)（如CRISPR）阻斷或減緩特定信號分子的合成，觀察對植物脅迫適應(yīng)性的影響，從而確定該信號通路的重要性。*研究信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制：應(yīng)用化學(xué)探針、熒光標(biāo)記、親和層析等技術(shù)，追蹤信號分子在細(xì)胞內(nèi)的動態(tài)變化和相互作用，定位信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和調(diào)控蛋白。例如，利用特異性抑制劑（如鈣通道阻斷劑、激酶抑制劑）阻斷信號通路中的某個環(huán)節(jié)，研究其對下游響應(yīng)的影響，從而闡明該環(huán)節(jié)在信號整合中的作用。*研究代謝降解過程：鑒定信號分子的降解酶（如ABA水解酶），研究其基因表達(dá)調(diào)控和酶活性，理解信號輸出的終止機(jī)制。通過抑制降解酶活性，可以延長信號持續(xù)時間，研究其對植物脅迫適應(yīng)性的影響。*結(jié)合代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等高通量技術(shù)：結(jié)合化學(xué)