2025年植物学大神考试题及答案

2025年植物学大神考试题及答案一、选择题（每题3分，共15分）1.以下关于植物CRISPR-Cas9系统的应用，错误的是：A.可在多倍体植物中实现多个等位基因的同时编辑B.利用PAM序列（NGG）识别靶位点时，需依赖Cas9蛋白的HNH和RuvC结构域切割双链DNAC.通过设计gRNA靶向启动子区域，可实现特定基因的转录激活（CRISPRa）或抑制（CRISPRi）D.在玉米中敲除ZmLAC基因后，木质素合成显著增加，茎秆强度提升答案：D（ZmLAC编码漆酶，参与木质素单体的氧化聚合，敲除后木质素合成应减少）2.光系统II（PSII）的放氧复合体（OEC）中，核心金属簇的组成是：A.Mn4CaO5ClB.Fe4S4C.Cu2ZnD.Mg2+卟啉环答案：A（PSII的OEC通过Mn4CaO5-Cl簇催化水的氧化，释放O2）3.以下关于C4植物维管束鞘细胞（BSC）的特征，错误的是：A.叶绿体无基粒，以基质类囊体为主B.细胞内碳酸酐酶（CA）活性极高，促进HCO3-转化为CO2C.丙酮酸磷酸双激酶（PPDK）主要分布于叶肉细胞，而非BSCD.维管束鞘细胞与叶肉细胞通过大量胞间连丝连接，形成“花环结构”答案：B（CA主要存在于叶肉细胞，催化CO2水合为HCO3-，BSC中CO2浓度因C4酸脱羧而升高）4.植物次生代谢物中，属于萜类化合物且具有防御昆虫取食功能的是：A.芥子油苷（硫代葡萄糖苷）B.咖啡酸（酚类）C.紫杉醇（二萜类）D.烟碱（生物碱）答案：C（紫杉醇是二萜类化合物，通过抑制微管解聚干扰昆虫细胞分裂；芥子油苷属含硫次生代谢物，咖啡酸属酚类，烟碱属生物碱）5.植物表观遗传调控中，参与DNA去甲基化的关键酶是：A.DNA甲基转移酶（MET1）B.染色质重塑复合体（SWI/SNF）C.糖基化酶（DME/ROS1）D.组蛋白去乙酰化酶（HDAC）答案：C（DME（DEMETER）和ROS1（REPRESSOROFSILENCING1）通过碱基切除修复途径催化DNA去甲基化；MET1负责维持CG甲基化，HDAC调控组蛋白乙酰化状态）二、填空题（每空2分，共10分）1.光呼吸过程中，乙醇酸的氧化发生在________（细胞器），最终产生的NH3需通过________（酶）重新固定为谷氨酰胺。答案：过氧化物酶体；谷氨酰胺合成酶（GS）2.植物液泡的主要渗透调节物质除无机离子外，还包括________（如苹果酸）和________（如果糖、蔗糖）。答案：有机酸；可溶性糖3.调控花器官发育的ABCDE模型中，E类基因（如SEPALLATA）的功能是________，其编码蛋白属于________（基因家族）。答案：形成多聚复合体（与A/B/C/D类蛋白互作）；MADS-box4.木质部导管分子的发育需经历细胞伸长、次生壁沉积和________（关键步骤），其转录调控核心因子是________（如VND6/VND7）。答案：程序性细胞死亡（PCD）；NAC转录因子5.豆科植物与根瘤菌共生固氮时，根瘤菌分泌的________（信号分子）诱导根毛卷曲，而植物释放的________（信号分子）激活根瘤菌结瘤基因（nod基因）的表达。答案：结瘤因子（Nodfactor）；类黄酮（flavonoid）三、简答题（每题10分，共40分）1.比较C3植物与C4植物在不同CO2浓度下的光合效率差异，并解释其机制。答案：C3植物的光合效率对CO2浓度变化更敏感。C3植物直接通过Rubisco催化CO2与RuBP结合，其羧化效率受CO2/O2比值影响（Rubisco同时具有加氧酶活性，导致光呼吸）。当大气CO2浓度较低（如<400μmol·mol-1）时，C4植物通过“CO2泵”机制（叶肉细胞将CO2固定为C4酸，运输至维管束鞘细胞脱羧释放高浓度CO2），使BSC中CO2浓度可达叶肉细胞的10-100倍，显著抑制Rubisco的加氧反应，光呼吸降低，光合效率更高。当CO2浓度升高（如>800μmol·mol-1）时，C3植物的Rubisco羧化活性因底物充足而增强，光呼吸被抑制，此时C3植物的光合效率可能超过C4植物（因C4途径需额外消耗ATP，能量利用效率较低）。2.简述植物响应干旱胁迫的分子调控网络（至少涉及3类关键分子）。答案：干旱胁迫下，植物通过ABA依赖和非依赖途径调控抗旱基因表达。①ABA合成与信号转导：干旱诱导叶片细胞合成ABA（如通过NCED酶催化类胡萝卜素裂解），ABA与PYR/PYL受体结合，抑制PP2C磷酸酶活性，激活SnRK2激酶；SnRK2磷酸化AREB/ABF类转录因子，启动下游基因（如LEA蛋白、脯氨酸合成酶基因）表达，促进渗透调节和细胞膜保护。②非ABA途径：干旱诱导DREB（脱水响应元件结合蛋白）类转录因子（如DREB2A），通过识别DRE（脱水响应元件）激活COR（低温响应）、RD（响应脱水）等基因，调控脯氨酸积累和抗氧化酶（如SOD、POD）表达。③microRNA调控：如miR169通过靶向NF-YA转录因子，抑制ABA信号；miR393通过降解TIR1（生长素受体），减少生长素信号，促进气孔关闭。3.质体（plastid）的分化调控是植物细胞特化的重要基础。请举例说明核基因与质体基因如何协同调控质体分化。答案：质体分化受核基因（nucleus-encodedgenes,NUGs）和质体基因（plastid-encodedgenes,PUGs）的协同调控。例如，叶绿体分化需核基因编码的光系统II（PSII）外周蛋白（如PsbO、PsbP）和质体基因编码的核心蛋白（如D1、D2）共同组装成功能复合体。光信号通过核基因PHYA（光敏色素A）激活转录因子（如PIFs），诱导核基因Lhcb（编码捕光叶绿素a/b结合蛋白）表达，其产物经导肽进入质体，参与类囊体膜组装。同时，质体通过“质体信号”（如Mg-原卟啉IX、活性氧）反馈调控核基因表达：当质体发育受阻（如除草剂处理），Mg-原卟啉IX积累并抑制核基因Lhcb的转录，避免过量捕光蛋白对细胞的损伤。另一种分化类型是白色体向淀粉体的转化，核基因编码的ADPG焦磷酸化酶（AGPase）进入质体，催化淀粉合成；而质体基因accD（编码乙酰辅酶A羧化酶亚基）调控脂肪酸合成，影响质体膜结构，间接支持淀粉粒的形成。4.植物次生代谢物在生态互作中具有多重功能。请列举3类次生代谢物及其对应的生态功能，并说明其作用机制。答案：①生物碱（如烟碱）：防御昆虫取食。烟碱是神经毒素，通过与昆虫乙酰胆碱受体结合，干扰神经信号传递，导致麻痹或死亡（如烟草通过合成烟碱抵御烟青虫）。②黄酮类（如槲皮素）：化感作用（allelopathy）。某些植物（如黑胡桃）根系分泌槲皮素，抑制周围植物种子萌发和幼苗生长，通过抑制ATP酶活性和破坏细胞膜透性，减少资源竞争。③萜类（如芳樟醇）：吸引传粉者或天敌。番茄受叶螨取食时，释放芳樟醇等挥发性萜类，吸引叶螨的捕食性天敌（如捕食螨）；同时，花朵中的萜类（如香茅醇）通过气味吸引蜜蜂等传粉昆虫，提高传粉效率。四、论述题（每题17.5分，共35分）1.全球气候变化（如CO2浓度升高、温度波动加剧、降水模式改变）对植物物候和分布的影响已成为研究热点。请结合植物生理生态机制，论述气候变化如何驱动植物物候期（如展叶期、开花期、落叶期）的改变，以及物种分布区的迁移模式。答案：气候变化通过温度、CO2浓度和降水的综合作用影响植物物候与分布：（1）物候期改变机制：①温度升高：多数植物的春化作用（如冬小麦）和积温需求（如桃树开花）依赖低温积累和有效积温。全球变暖导致冬季低温持续时间缩短，可能延迟需春化植物的开花（如某些多年生果树因春化不足而开花减少）；同时，春季升温提前，植物展叶期和开花期普遍提前（如欧洲山毛榉展叶期每10年提前2-3天）。但高温可能加速生殖生长，导致开花持续时间缩短（如油菜花期缩短）。②CO2浓度升高：C3植物（如小麦）因Rubisco羧化效率提升，光合产物积累加速，可能提前进入生殖生长期；但C4植物（如玉米）因CO2浓缩机制已饱和，响应较弱。高CO2还可能改变叶片碳氮比（C/N），影响昆虫取食行为，间接反馈调节植物物候（如叶片被食后重新抽梢延迟落叶期）。③降水模式改变：干旱胁迫可延迟展叶期（如地中海硬叶灌木因春季缺水推迟萌发），但骤雨可能打破休眠（如沙漠短命植物在雨后迅速开花）；降水增加可能延长生长季（如北方森林落叶期推迟），但涝害会导致提前落叶（如杨树因根系缺氧提前进入休眠）。（2）分布区迁移模式：①纬度与海拔迁移：温度是限制植物分布的主要因子，耐寒植物（如北方针叶林）向高纬度（如北欧）或高海拔（如喜马拉雅山脉）迁移，喜温植物（如樟树）向低纬度扩展。例如，过去50年中，欧洲山毛榉分布北界北移约100km，高山植物（如龙胆）在阿尔卑斯山的分布上限上升约200m。②生态位重塑：降水变化驱动耐旱植物（如仙人掌）向半干旱区扩张，而喜湿植物（如柳树）可能因河流干涸退缩。同时，CO2浓度升高可能提高C3植物的竞争优势（如草本植物入侵C4草原），改变群落组成。③滞后效应与灭绝风险：植物迁移速率（通常每年数米至数十米）远慢于气候变化速率（如温度每10年升高0.2-0.5℃，对应需迁移20-50km），导致“迁移滞后”。无法适应的物种（如特有高山植物）可能因生境破碎化和基因流中断而灭绝（如澳大利亚某些特有桉树种群已出现局部消失）。综上，气候变化通过多因子协同作用，显著改变植物物候的时间节律和地理分布的空间格局，其生态后果需结合长期监测与模型预测（如使用CLM（社区陆面模型）模拟物候-分布联动响应）。2.植物表观遗传调控（如DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA）在环境适应中发挥重要作用。请结合具体研究案例，论述表观遗传机制如何介导植物对生物/非生物胁迫的响应，并探讨其在农业育种中的应用潜力。答案：表观遗传调控通过可逆的基因表达修饰（不改变DNA序列），使植物快速响应环境变化，且部分修饰可跨代遗传，增强适应能力。（1）非生物胁迫响应机制：①DNA甲基化：拟南芥在干旱胁迫下，启动子区某些CG位点去甲基化，激活抗旱基因（如RD29A）表达；而恢复正常水分后，甲基化状态可部分恢复。玉米幼苗经低温处理后，叶片中与冷响应相关的转座子（如MuDR）甲基化水平降低，转座子激活可能促进邻近基因的表达多样性。②组蛋白修饰：水稻在盐胁迫下，H3K4三甲基化（H3K4me3，激活标记）在SOS1（钠/氢转运蛋白基因）启动子区富集，促进其转录；同时，H3K27三甲基化（H3K27me3，抑制标记）在生长抑制基因（如OsGAI）上减少，协调生长与抗逆的平衡。③非编码RNA：番茄受高温胁迫时，miR398通过降解CSD1（铜锌超氧化物歧化酶基因）的mRNA，减少活性氧（ROS）清除，诱导程序性细胞死亡（PCD）以保护未受胁迫组织；而长链非编码RNA（lncRNA）COOLAIR在拟南芥春化过程中，通过招募PRC2复合体（组蛋白甲基转移酶），促进FLC（开花抑制基因）的H3K27me3修饰，抑制其表达，确保春季开花。（2）生物胁迫响应案例：拟南芥被丁香假单胞菌感染时，水杨酸（SA）信号激活组蛋白乙酰转移酶（HAC1），促进抗病基因（如PR1）启动子区H3K9乙酰化（H3K9ac），增强转录；同时，DNA去甲基化酶ROS1通过降低防御基因（如R基因）启动子甲基化水平，提高其表达量。更重要的是，这种“抗病记忆”可通过减数分裂传递至子代（跨代表观遗传），子代即使未受感染，也表现出更快的防御响应（如PR1基因预激活）。（3）农业育种应用潜力：①表观遗传标记辅助选择：通过检测关键性状（如抗旱、抗病）相关的DNA甲基化或组蛋白修饰位点，筛选表型稳定的材料，缩短育种周期。例如，利用全基因组甲基化测序（WGBS）鉴定水稻耐盐相关的差异甲基化区域（DMRs），可快速筛选耐盐品种。②表观遗传编辑技术：结合CRISPR系统与甲基转移酶（如dCas9-DNMT3A）或去甲基化酶（dCa