Question

【題目】為探究植物免疫的作用機(jī)制，科研人員以擬南芥為材料進(jìn)行研究。

（1）病原菌入侵植物時(shí)，植物細(xì)胞膜表面的__________可以識(shí)別病原菌，病原菌可向植物體內(nèi)注入一些效應(yīng)因子來(lái)抑制植物的免疫。植物通過(guò)讓感病部位出現(xiàn)類似于動(dòng)物細(xì)胞凋亡的現(xiàn)象，阻止病原菌的進(jìn)一步擴(kuò)散。植物和病原菌在相互影響中不斷進(jìn)化和發(fā)展，稱為__________。

（2）植物對(duì)抗病原體的免疫包括兩方面，一方面是細(xì)胞表面的物理屏障，如質(zhì)膜和細(xì)胞壁間形成胝質(zhì)沉淀，有效防御病原體的入侵；另一方面是植物細(xì)胞分泌的起防御作用的化學(xué)物質(zhì)，如H2O2�？蒲腥藛T用白粉菌侵染擬南芥突變體，得到下圖1和圖2所示結(jié)果。由此推測(cè)E基因在植物免疫中的作用是__________。

（3）水楊酸和茉莉酸信號(hào)通路可能參與植物免疫，已知P基因是水楊酸信號(hào)通路上的關(guān)鍵基因，C基因是茉莉酸信號(hào)通路上的關(guān)鍵基因。為探究E基因是水楊酸還是茉莉酸信號(hào)通路上的關(guān)鍵基因，科研人員利用E基因、P基因和C基因敲除突變體進(jìn)一步研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3。

①實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明E基因是__________通路上的關(guān)鍵基因，判斷依據(jù)是__________。

②請(qǐng)選用以下符號(hào)和基因：“→（促進(jìn)）”、“（抑制）”、E基因、P基因、C基因，表示這些基因參與植物免疫的可能通路__________。

（4）研究者由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出假設(shè)，當(dāng)白粉菌感染擬南芥時(shí)，水楊酸增強(qiáng)了植物的免疫反應(yīng)。為驗(yàn)證該假設(shè)，研究者設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)完善該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

	材料	感染處理	水楊酸	預(yù)期檢測(cè)結(jié)果
				胝質(zhì)沉淀	H2O2含量
對(duì)照組	野生型	___________	________	少	___________
實(shí)驗(yàn)組	__________	白粉病菌感染	_________	多	__________

（5）請(qǐng)根據(jù)本研究結(jié)果，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中提高產(chǎn)量提出合理建議__________。

Answer 1

【答案】膜蛋白（糖蛋白） 共同進(jìn)化（共同進(jìn)化） 通過(guò)抑制胝質(zhì)沉淀的形成與H2O2的產(chǎn)生進(jìn)而抑制植物免疫 水楊酸 第5組與第1組結(jié)果相近，第6組與第2組結(jié)果相近，說(shuō)明C基因不參與白粉菌誘導(dǎo)的植物免疫，E基因的作用與茉莉酸信號(hào)通路無(wú)關(guān)；第4組與第3組結(jié)果相近，遠(yuǎn)高于第2組，說(shuō)明E基因在水楊酸信號(hào)通路中起作用 EP→植物免疫 白粉病菌感染 不加 少 野生型 加 多 適當(dāng)時(shí)噴施一定量的水楊酸

【解析】

（1）（2）小題對(duì)植物免疫的一般原理進(jìn)行了一些鋪墊，（3）小題將信號(hào)通路研究的一般思想方法滲透其中。研究人員往往利用敲除突變體進(jìn)行信號(hào)通路的研究，將雙基因敲除突變體的表現(xiàn)型與單基因敲除突變體比較，分析被敲除基因在信號(hào)通路中的上下游關(guān)系。

（1）病原菌入侵植物時(shí)，能夠被植物細(xì)胞膜表面的糖蛋白識(shí)別。植物通過(guò)讓感病部位出現(xiàn)類似于動(dòng)物細(xì)胞凋亡的現(xiàn)象，阻止病原菌的進(jìn)一步擴(kuò)散。這是植物和病原菌在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程選擇出來(lái)的一種生存方式，屬于協(xié)同進(jìn)化（共同進(jìn)化）。

（2）由圖1分析可知，敲除E基因（E基因突變）的植物出現(xiàn)了胝質(zhì)沉淀，野生型（E基因正常）沒(méi)有，說(shuō)明E基因通過(guò)抑制胝質(zhì)沉淀的形成抑制植物免疫；由圖2分析可知，敲除E基因的植物H2O2含量明顯高于野生型，說(shuō)明E基因通過(guò)抑制H2O2的產(chǎn)生進(jìn)而抑制植物免疫。

（3）①第5組與第1組結(jié)果相近，第6組與第2組結(jié)果相近，說(shuō)明C基因不參與白粉菌誘導(dǎo)的植物免疫，E基因的作用與茉莉酸信號(hào)通路無(wú)關(guān)；第4組與第3組結(jié)果相近，遠(yuǎn)高于第2組，說(shuō)明E基因在水楊酸信號(hào)通路中起作用，說(shuō)明E基因在水楊酸信號(hào)通路中起作用。

②由上圖分析推測(cè)；P基因促進(jìn)植物免疫，E基因抑制植物免疫，如果P基因是上游基因，PE，敲除P，解除了對(duì)E的抑制，則抑制免疫，則3組發(fā)病高，但如果是雙敲除，E減少，則植物不容易患病，但3組和4組植物患病無(wú)明顯差異，所以這些基因參與植物免疫的可能通路是EP→植物免疫。

（4）由假設(shè)可知，自變量是水楊酸增強(qiáng)，所以材料處理、感染處理都是無(wú)關(guān)變量，若假設(shè)成立，則實(shí)驗(yàn)組的水楊酸增多。由圖1、2可知，敲除E基因的擬南芥，胝質(zhì)沉淀增多，H2O2含量多，由此完成表格如圖：

（5）本研究結(jié)果是水楊酸增強(qiáng)了植物的免疫反應(yīng)，所以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上適當(dāng)時(shí)噴灑一定量的水楊酸，可以提高植物抗病菌感染能力。