2025年植物學(xué)大神考試題及答案一、選擇題（每題3分，共15分）1.以下關(guān)于植物CRISPR-Cas9系統(tǒng)的應(yīng)用，錯誤的是：A.可在多倍體植物中實現(xiàn)多個等位基因的同時編輯B.利用PAM序列（NGG）識別靶位點時，需依賴Cas9蛋白的HNH和RuvC結(jié)構(gòu)域切割雙鏈DNAC.通過設(shè)計gRNA靶向啟動子區(qū)域，可實現(xiàn)特定基因的轉(zhuǎn)錄激活（CRISPRa）或抑制（CRISPRi）D.在玉米中敲除ZmLAC基因后，木質(zhì)素合成顯著增加，莖稈強度提升答案：D（ZmLAC編碼漆酶，參與木質(zhì)素單體的氧化聚合，敲除后木質(zhì)素合成應(yīng)減少）2.光系統(tǒng)II（PSII）的放氧復(fù)合體（OEC）中，核心金屬簇的組成是：A.Mn4CaO5ClB.Fe4S4C.Cu2ZnD.Mg2+卟啉環(huán)答案：A（PSII的OEC通過Mn4CaO5-Cl簇催化水的氧化，釋放O2）3.以下關(guān)于C4植物維管束鞘細(xì)胞（BSC）的特征，錯誤的是：A.葉綠體無基粒，以基質(zhì)類囊體為主B.細(xì)胞內(nèi)碳酸酐酶（CA）活性極高，促進HCO3-轉(zhuǎn)化為CO2C.丙酮酸磷酸雙激酶（PPDK）主要分布于葉肉細(xì)胞，而非BSCD.維管束鞘細(xì)胞與葉肉細(xì)胞通過大量胞間連絲連接，形成“花環(huán)結(jié)構(gòu)”答案：B（CA主要存在于葉肉細(xì)胞，催化CO2水合為HCO3-，BSC中CO2濃度因C4酸脫羧而升高）4.植物次生代謝物中，屬于萜類化合物且具有防御昆蟲取食功能的是：A.芥子油苷（硫代葡萄糖苷）B.咖啡酸（酚類）C.紫杉醇（二萜類）D.煙堿（生物堿）答案：C（紫杉醇是二萜類化合物，通過抑制微管解聚干擾昆蟲細(xì)胞分裂；芥子油苷屬含硫次生代謝物，咖啡酸屬酚類，煙堿屬生物堿）5.植物表觀遺傳調(diào)控中，參與DNA去甲基化的關(guān)鍵酶是：A.DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（MET1）B.染色質(zhì)重塑復(fù)合體（SWI/SNF）C.糖基化酶（DME/ROS1）D.組蛋白去乙?；福℉DAC）答案：C（DME（DEMETER）和ROS1（REPRESSOROFSILENCING1）通過堿基切除修復(fù)途徑催化DNA去甲基化；MET1負(fù)責(zé)維持CG甲基化，HDAC調(diào)控組蛋白乙?；癄顟B(tài)）二、填空題（每空2分，共10分）1.光呼吸過程中，乙醇酸的氧化發(fā)生在________（細(xì)胞器），最終產(chǎn)生的NH3需通過________（酶）重新固定為谷氨酰胺。答案：過氧化物酶體；谷氨酰胺合成酶（GS）2.植物液泡的主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)除無機離子外，還包括________（如蘋果酸）和________（如果糖、蔗糖）。答案：有機酸；可溶性糖3.調(diào)控花器官發(fā)育的ABCDE模型中，E類基因（如SEPALLATA）的功能是________，其編碼蛋白屬于________（基因家族）。答案：形成多聚復(fù)合體（與A/B/C/D類蛋白互作）；MADS-box4.木質(zhì)部導(dǎo)管分子的發(fā)育需經(jīng)歷細(xì)胞伸長、次生壁沉積和________（關(guān)鍵步驟），其轉(zhuǎn)錄調(diào)控核心因子是________（如VND6/VND7）。答案：程序性細(xì)胞死亡（PCD）；NAC轉(zhuǎn)錄因子5.豆科植物與根瘤菌共生固氮時，根瘤菌分泌的________（信號分子）誘導(dǎo)根毛卷曲，而植物釋放的________（信號分子）激活根瘤菌結(jié)瘤基因（nod基因）的表達。答案：結(jié)瘤因子（Nodfactor）；類黃酮（flavonoid）三、簡答題（每題10分，共40分）1.比較C3植物與C4植物在不同CO2濃度下的光合效率差異，并解釋其機制。答案：C3植物的光合效率對CO2濃度變化更敏感。C3植物直接通過Rubisco催化CO2與RuBP結(jié)合，其羧化效率受CO2/O2比值影響（Rubisco同時具有加氧酶活性，導(dǎo)致光呼吸）。當(dāng)大氣CO2濃度較低（如<400μmol·mol-1）時，C4植物通過“CO2泵”機制（葉肉細(xì)胞將CO2固定為C4酸，運輸至維管束鞘細(xì)胞脫羧釋放高濃度CO2），使BSC中CO2濃度可達葉肉細(xì)胞的10-100倍，顯著抑制Rubisco的加氧反應(yīng)，光呼吸降低，光合效率更高。當(dāng)CO2濃度升高（如>800μmol·mol-1）時，C3植物的Rubisco羧化活性因底物充足而增強，光呼吸被抑制，此時C3植物的光合效率可能超過C4植物（因C4途徑需額外消耗ATP，能量利用效率較低）。2.簡述植物響應(yīng)干旱脅迫的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)（至少涉及3類關(guān)鍵分子）。答案：干旱脅迫下，植物通過ABA依賴和非依賴途徑調(diào)控抗旱基因表達。①ABA合成與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)：干旱誘導(dǎo)葉片細(xì)胞合成ABA（如通過NCED酶催化類胡蘿卜素裂解），ABA與PYR/PYL受體結(jié)合，抑制PP2C磷酸酶活性，激活SnRK2激酶；SnRK2磷酸化AREB/ABF類轉(zhuǎn)錄因子，啟動下游基因（如LEA蛋白、脯氨酸合成酶基因）表達，促進滲透調(diào)節(jié)和細(xì)胞膜保護。②非ABA途徑：干旱誘導(dǎo)DREB（脫水響應(yīng)元件結(jié)合蛋白）類轉(zhuǎn)錄因子（如DREB2A），通過識別DRE（脫水響應(yīng)元件）激活COR（低溫響應(yīng)）、RD（響應(yīng)脫水）等基因，調(diào)控脯氨酸積累和抗氧化酶（如SOD、POD）表達。③microRNA調(diào)控：如miR169通過靶向NF-YA轉(zhuǎn)錄因子，抑制ABA信號；miR393通過降解TIR1（生長素受體），減少生長素信號，促進氣孔關(guān)閉。3.質(zhì)體（plastid）的分化調(diào)控是植物細(xì)胞特化的重要基礎(chǔ)。請舉例說明核基因與質(zhì)體基因如何協(xié)同調(diào)控質(zhì)體分化。答案：質(zhì)體分化受核基因（nucleus-encodedgenes,NUGs）和質(zhì)體基因（plastid-encodedgenes,PUGs）的協(xié)同調(diào)控。例如，葉綠體分化需核基因編碼的光系統(tǒng)II（PSII）外周蛋白（如PsbO、PsbP）和質(zhì)體基因編碼的核心蛋白（如D1、D2）共同組裝成功能復(fù)合體。光信號通過核基因PHYA（光敏色素A）激活轉(zhuǎn)錄因子（如PIFs），誘導(dǎo)核基因Lhcb（編碼捕光葉綠素a/b結(jié)合蛋白）表達，其產(chǎn)物經(jīng)導(dǎo)肽進入質(zhì)體，參與類囊體膜組裝。同時，質(zhì)體通過“質(zhì)體信號”（如Mg-原卟啉IX、活性氧）反饋調(diào)控核基因表達：當(dāng)質(zhì)體發(fā)育受阻（如除草劑處理），Mg-原卟啉IX積累并抑制核基因Lhcb的轉(zhuǎn)錄，避免過量捕光蛋白對細(xì)胞的損傷。另一種分化類型是白色體向淀粉體的轉(zhuǎn)化，核基因編碼的ADPG焦磷酸化酶（AGPase）進入質(zhì)體，催化淀粉合成；而質(zhì)體基因accD（編碼乙酰輔酶A羧化酶亞基）調(diào)控脂肪酸合成，影響質(zhì)體膜結(jié)構(gòu)，間接支持淀粉粒的形成。4.植物次生代謝物在生態(tài)互作中具有多重功能。請列舉3類次生代謝物及其對應(yīng)的生態(tài)功能，并說明其作用機制。答案：①生物堿（如煙堿）：防御昆蟲取食。煙堿是神經(jīng)毒素，通過與昆蟲乙酰膽堿受體結(jié)合，干擾神經(jīng)信號傳遞，導(dǎo)致麻痹或死亡（如煙草通過合成煙堿抵御煙青蟲）。②黃酮類（如槲皮素）：化感作用（allelopathy）。某些植物（如黑胡桃）根系分泌槲皮素，抑制周圍植物種子萌發(fā)和幼苗生長，通過抑制ATP酶活性和破壞細(xì)胞膜透性，減少資源競爭。③萜類（如芳樟醇）：吸引傳粉者或天敵。番茄受葉螨取食時，釋放芳樟醇等揮發(fā)性萜類，吸引葉螨的捕食性天敵（如捕食螨）；同時，花朵中的萜類（如香茅醇）通過氣味吸引蜜蜂等傳粉昆蟲，提高傳粉效率。四、論述題（每題17.5分，共35分）1.全球氣候變化（如CO2濃度升高、溫度波動加劇、降水模式改變）對植物物候和分布的影響已成為研究熱點。請結(jié)合植物生理生態(tài)機制，論述氣候變化如何驅(qū)動植物物候期（如展葉期、開花期、落葉期）的改變，以及物種分布區(qū)的遷移模式。答案：氣候變化通過溫度、CO2濃度和降水的綜合作用影響植物物候與分布：（1）物候期改變機制：①溫度升高：多數(shù)植物的春化作用（如冬小麥）和積溫需求（如桃樹開花）依賴低溫積累和有效積溫。全球變暖導(dǎo)致冬季低溫持續(xù)時間縮短，可能延遲需春化植物的開花（如某些多年生果樹因春化不足而開花減少）；同時，春季升溫提前，植物展葉期和開花期普遍提前（如歐洲山毛櫸展葉期每10年提前2-3天）。但高溫可能加速生殖生長，導(dǎo)致開花持續(xù)時間縮短（如油菜花期縮短）。②CO2濃度升高：C3植物（如小麥）因Rubisco羧化效率提升，光合產(chǎn)物積累加速，可能提前進入生殖生長期；但C4植物（如玉米）因CO2濃縮機制已飽和，響應(yīng)較弱。高CO2還可能改變?nèi)~片碳氮比（C/N），影響昆蟲取食行為，間接反饋調(diào)節(jié)植物物候（如葉片被食后重新抽梢延遲落葉期）。③降水模式改變：干旱脅迫可延遲展葉期（如地中海硬葉灌木因春季缺水推遲萌發(fā)），但驟雨可能打破休眠（如沙漠短命植物在雨后迅速開花）；降水增加可能延長生長季（如北方森林落葉期推遲），但澇害會導(dǎo)致提前落葉（如楊樹因根系缺氧提前進入休眠）。（2）分布區(qū)遷移模式：①緯度與海拔遷移：溫度是限制植物分布的主要因子，耐寒植物（如北方針葉林）向高緯度（如北歐）或高海拔（如喜馬拉雅山脈）遷移，喜溫植物（如樟樹）向低緯度擴展。例如，過去50年中，歐洲山毛櫸分布北界北移約100km，高山植物（如龍膽）在阿爾卑斯山的分布上限上升約200m。②生態(tài)位重塑：降水變化驅(qū)動耐旱植物（如仙人掌）向半干旱區(qū)擴張，而喜濕植物（如柳樹）可能因河流干涸退縮。同時，CO2濃度升高可能提高C3植物的競爭優(yōu)勢（如草本植物入侵C4草原），改變?nèi)郝浣M成。③滯后效應(yīng)與滅絕風(fēng)險：植物遷移速率（通常每年數(shù)米至數(shù)十米）遠慢于氣候變化速率（如溫度每10年升高0.2-0.5℃，對應(yīng)需遷移20-50km），導(dǎo)致“遷移滯后”。無法適應(yīng)的物種（如特有高山植物）可能因生境破碎化和基因流中斷而滅絕（如澳大利亞某些特有桉樹種群已出現(xiàn)局部消失）。綜上，氣候變化通過多因子協(xié)同作用，顯著改變植物物候的時間節(jié)律和地理分布的空間格局，其生態(tài)后果需結(jié)合長期監(jiān)測與模型預(yù)測（如使用CLM（社區(qū)陸面模型）模擬物候-分布聯(lián)動響應(yīng)）。2.植物表觀遺傳調(diào)控（如DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA）在環(huán)境適應(yīng)中發(fā)揮重要作用。請結(jié)合具體研究案例，論述表觀遺傳機制如何介導(dǎo)植物對生物/非生物脅迫的響應(yīng)，并探討其在農(nóng)業(yè)育種中的應(yīng)用潛力。答案：表觀遺傳調(diào)控通過可逆的基因表達修飾（不改變DNA序列），使植物快速響應(yīng)環(huán)境變化，且部分修飾可跨代遺傳，增強適應(yīng)能力。（1）非生物脅迫響應(yīng)機制：①DNA甲基化：擬南芥在干旱脅迫下，啟動子區(qū)某些CG位點去甲基化，激活抗旱基因（如RD29A）表達；而恢復(fù)正常水分后，甲基化狀態(tài)可部分恢復(fù)。玉米幼苗經(jīng)低溫處理后，葉片中與冷響應(yīng)相關(guān)的轉(zhuǎn)座子（如MuDR）甲基化水平降低，轉(zhuǎn)座子激活可能促進鄰近基因的表達多樣性。②組蛋白修飾：水稻在鹽脅迫下，H3K4三甲基化（H3K4me3，激活標(biāo)記）在SOS1（鈉/氫轉(zhuǎn)運蛋白基因）啟動子區(qū)富集，促進其轉(zhuǎn)錄；同時，H3K27三甲基化（H3K27me3，抑制標(biāo)記）在生長抑制基因（如OsGAI）上減少，協(xié)調(diào)生長與抗逆的平衡。③非編碼RNA：番茄受高溫脅迫時，miR398通過降解CSD1（銅鋅超氧化物歧化酶基因）的mRNA，減少活性氧（ROS）清除，誘導(dǎo)程序性細(xì)胞死亡（PCD）以保護未受脅迫組織；而長鏈非編碼RNA（lncRNA）COOLAIR在擬南芥春化過程中，通過招募PRC2復(fù)合體（組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶），促進FLC（開花抑制基因）的H3K27me3修飾，抑制其表達，確保春季開花。（2）生物脅迫響應(yīng)案例：擬南芥被丁香假單胞菌感染時，水楊酸（SA）信號激活組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（HAC1），促進抗病基因（如PR1）啟動子區(qū)H3K9乙酰化（H3K9ac），增強轉(zhuǎn)錄；同時，DNA去甲基化酶ROS1通過降低防御基因（如R基因）啟動子甲基化水平，提高其表達量。更重要的是，這種“抗病記憶”可通過減數(shù)分裂傳遞至子代（跨代表觀遺傳），子代即使未受感染，也表現(xiàn)出更快的防御響應(yīng)（如PR1基因預(yù)激活）。（3）農(nóng)業(yè)育種應(yīng)用潛力：①表觀遺傳標(biāo)記輔助選擇：通過檢測關(guān)鍵性狀（如抗旱、抗?。┫嚓P(guān)的DNA甲基化或組蛋白修飾位點，篩選表型穩(wěn)定的材料，縮短育種周期。例如，利用全基因組甲基化測序（WGBS）鑒定水稻耐鹽相關(guān)的差異甲基化區(qū)域（DMRs），可快速篩選耐鹽品種。②表觀遺傳編輯技術(shù)：結(jié)合CRISPR系統(tǒng)與甲基轉(zhuǎn)移酶（如dCas9-DNMT3A）或去甲基化酶（dCa