2025年大学《化学生物学》专业题库- 植物抗逆机制及逃逸机制的金德研究

2025年大学《化学生物学》专业题库——植物抗逆机制及逃逸机制的金德研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、简答题1.请简述植物在遭受干旱胁迫时，细胞水平上主要的渗透调节机制及其生理意义。2.活性氧在植物正常代谢和胁迫响应中扮演着怎样的双重角色？请列举至少两种清除活性氧的关键酶。3.简述植物响应盐胁迫的主要信号转导途径，并说明脱落酸在此过程中可能发挥的作用。4.什么是植物的非生物胁迫逃逸？请以某种特定环境因子为例，说明植物可能采取的逃逸策略。5.请简述转录因子在植物抗逆反应基因表达调控中的作用机制。二、论述题1.结合具体的分子机制，论述植物如何通过活性氧信号通路响应病原菌侵染。2.以金德教授团队在植物抗逆研究中的某项具体成果为例（可自行设定），详细阐述该成果的研究背景、主要方法、核心发现及其潜在的应用价值。3.试述植物表观遗传修饰（如DNA甲基化、组蛋白修饰）在环境胁迫适应性中的作用，并举例说明。试卷答案一、简答题1.答案：植物细胞在干旱胁迫下主要通过积累小分子有机物（如脯氨酸、糖类、甜菜碱等）来降低细胞渗透势，防止水分过度流失；同时，通过关闭气孔减少水分蒸腾。这些机制有助于维持细胞膨压，保持细胞正常形态和功能。此外，一些植物还能合成特定的蛋白（如LEA蛋白）来稳定生物大分子结构，抵抗干旱造成的损伤。解析思路：考察对干旱胁迫下植物主要渗透调节途径和生理意义的理解。需要回答两种主要机制：渗透调节物质积累和气孔关闭，并提及细胞内蛋白稳定作用。答案应涵盖机制本身和其生理意义（维持膨压、防止失水、稳定结构）。2.答案：活性氧（ROS）在低浓度时可以作为信号分子，参与植物的生长发育和胁迫响应调控；在高浓度时则会产生氧化损伤，攻击细胞内的生物大分子（如膜脂、蛋白质、DNA）。清除活性氧的关键酶包括超氧化物歧化酶（SOD），它催化超氧阴离子自由基分解为氧气和过氧化氢；过氧化物酶（POD）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）则共同参与过氧化氢的清除。解析思路：考察对活性氧双重作用的理解以及核心清除酶的掌握。第一点要明确ROS的信号和毒害双重角色。第二点需要列举至少两种关键的酶，并简要说明其功能或所在的清除系统（如SOD在第一线防御，APX+POD在第二线）。3.答案：植物响应盐胁迫的主要信号转导途径包括：盐离子通过离子通道进入细胞，引起细胞内离子浓度升高和渗透胁迫；这会激活一系列信号分子（如钙离子、肌醇磷脂、活性氧、脱落酸等）的级联反应。脱落酸（ABA）在此过程中可能作为重要的胁迫信号分子，促进气孔关闭、诱导渗透调节物质合成相关基因的表达，从而提高植物的抗盐性。解析思路：考察盐胁迫信号转导的基本过程和脱落酸的作用。需要说明盐胁迫的初始感知（离子influx和渗透变化），提及关键的信号分子类型（钙离子、活性氧等），并重点阐述脱落酸在信号传导和下游效应（气孔关闭、渗透调节）中的作用。4.答案：植物的非生物胁迫逃逸是指植物在遭遇不利环境条件时，通过快速完成生命周期或调整生长发育策略，以避免或减轻胁迫伤害的现象。例如，在干旱半干旱地区，某些一年生植物会采取快速生长、迅速完成营养生长和生殖生长的策略，从而在雨季来临前完成种子繁殖，避开持续干旱的环境。解析思路：考察对逃逸机制定义和策略的理解。定义要清晰说明是“快速”应对以“避开”不利环境。策略上要能举出一例，说明通过“快速完成生命周期”或“调整生长策略”来实现逃逸。5.答案：转录因子是一类能够与DNA特异性结合并调控基因表达的蛋白质。在植物抗逆反应中，特定的转录因子（如DREB/CBF、bZIP、NAC、WRKY等家族成员）能够被胁迫信号激活并转入细胞核，与顺式作用元件结合，启动或抑制下游抗逆基因的表达，从而协调植物的抗逆反应相关蛋白质、激素和代谢产物的合成，最终提高植物的抗逆能力。解析思路：考察对转录因子功能及其在抗逆基因表达调控中作用机制的理解。需要说明转录因子的基本定义，强调其在基因表达调控中的核心作用，并提及参与抗逆反应的几个主要转录因子家族，以及它们激活后调控下游基因表达的过程。二、论述题1.答案：植物通过活性氧信号通路响应病原菌侵染的过程通常包括：病原菌入侵触发植物细胞产生局部活性氧（ROS）积累；ROS作为信号分子，可以激活下游的信号转导途径，如钙离子信号、磷酸肌醇信号等；ROS还可以直接或间接激活防御相关基因的表达，例如编码病原菌蛋白水解酶的基因、植物防御相关蛋白（如PR蛋白）的基因；最终导致植物产生系统获得性抗性（SAR），增强对整个植株的防御能力。此外，ROS信号通路与其他信号通路（如水杨酸、茉莉酸信号通路）存在交叉talk，共同调控植物的防御反应。解析思路：考察对活性氧在植物病害防御中信号作用的理解。需要论述ROS的产生、作为信号分子的作用（激活下游信号、直接/间接诱导防御基因表达）、最终效应（SAR），并提及ROS信号通路与其他信号通路可能的联系。答案应体现活性氧信号在病原菌识别和防御反应启动中的关键作用。2.答案：（以下为示例，具体内容需基于对金德教授团队研究的了解或合理设定）*研究背景：某种重要农作物（如小麦）易受锈病（如小麦条锈病）危害，导致大幅减产。金德教授团队致力于研究小麦抗锈病相关基因及分子机制，以期培育抗病品种。*主要方法：研究团队利用转录组测序技术（RNA-Seq）比较了抗病小麦品种和感病小麦品种在锈病侵染后的基因表达谱差异；通过生物信息学分析，鉴定到一个在抗病反应中显著上调表达的候选基因（命名为Xa21-like）；随后，利用基因工程技术将该基因转入易感小麦中，并对其进行功能验证。*核心发现：研究发现，该Xa21-like基因编码一个NBS-LRR类受体激酶，其表达产物参与识别锈病菌的效应子蛋白，并激活下游的防御反应，如激活ROS产生、防御相关基因表达等。转入该基因的易感小麦表现出对锈病的显著抗性。*潜在应用价值：该研究成果为小麦抗锈病基因工程育种提供了新的基因资源和理论基础。通过利用该基因或其调控机制，可以培育出高产、抗病的优良小麦品种，保障粮食安全。解析思路：考察结合具体研究成果（需自行设定或基于真实研究）进行综合分析的论述能力。需要包含研究背景（问题）、研究方法（技术手段）、核心发现（基因功能、抗性效果）和潜在应用价值（育种应用）四个方面。答案应逻辑清晰，条理分明，展现对研究全过程的理解和评价。3.答案：植物表观遗传修饰，如DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑，在环境胁迫适应性中发挥着重要作用。它们能够在不改变DNA序列的情况下，动态地调控基因的表达状态，从而赋予植物适应环境变化的能力。*DNA甲基化：通常与基因沉默相关。在胁迫条件下，某些与抗性相关的基因可能会发生去甲基化，从而被激活表达；而一些有害或非必需的基因可能发生甲基化，被抑制表达，以节省能量和资源。DNA甲基化还可能影响染色质结构，进而影响基因的可及性。*组蛋白修饰：组蛋白是核小体的重要组成部分，其上的氨基酸残基（如赖氨酸）可以被乙酰化、甲基化、磷酸化等修饰。这些修饰可以改变染色质的松散或紧密状态（“表观遗传标记”），从而影响转录因子的结合和基因表达。例如，组蛋白乙酰化通常与基因激活相关，而组蛋白甲基化则可能关联基因沉默或激活，具体取决于甲基化的位点（如H3K4me3通常与激活相关，H3K27me3通常与沉默相关）。胁迫条件下，表观遗传修饰可以快速响应，调整基因表达谱，适应新的环境条件。*染色质重塑：涉及组蛋白和/或非组蛋白的重新排列，改变染色质的整体结构，影响基因的可及性。例如，SWI/SNF等染色质重塑复合体可以通过破坏或重建核小体，调节基因表达。举例说明：研究表明，在盐胁迫下，水稻中某些抗盐基因的启动子区域会出现DNA甲基化水平的变化，这种变化与基因的表达调控有关。同时，组蛋白乙酰化水平在胁迫响应中也发生显著改变，例如H3K18ac水平的提高与胁迫诱导基