Question

【题目】气孔是由两个保卫细胞围成的空腔，主要分布在植物叶片表皮。脱落酸（ABA）可通过特定的信号转导途径调节气孔的开放程度，机制如下图。已知细胞质基质中Ca2+的浓度在20200mnol/L之间，液泡中及细胞外Ca2+的浓度通常高达lmmol/L。（注：每个保卫细胞同时存在“ROS”途径和“IP3，cADPR”途径）

（1）由图可知，ABA与ABA受体结合后，可通过ROS、IP3等信号途径激活__________上的Ca2+通道，使Ca2+以__________方式转运到细胞质基质中。细胞质基质中Ca2+浓度的增加，促进了K+及Cl-流出细胞，使保卫细胞的渗透压降低，保卫细胞__________（填“吸水”或“失水”），气孔关闭。

（2）有人推测，ABA受体有胞内受体和细胞膜上受体两种，为探究ABA受体位置，研究者进行了下列实验，请完善实验方案。

	实验一	实验二
步骤一	培养叶片下表皮组织	培养叶片下表皮组织
步骤二	向培养液中添加同位素标记的ABA	向保卫细胞内直接注射足以引起 气孔关闭的一定浓度ABA
步骤三	检测	检测气孔开放程度
实验结果	细胞膜表面放射性明显强于细胞内，气孔关闭	气孔不关闭

（3）据实验一、二推测ABA受体只位于细胞膜上，但有人认为直接注入细胞的ABA可能被降解，导致气孔不关闭。因此设计了两种防降解的“笼化ABA”，光解性“笼化ABA”能在紫外光作用下释放有活性的ABA，非光解性“笼化ABA”则不能。

实验三	Ⅰ组	Ⅱ组
步骤一	培养叶片下表皮组织
步骤二	将i________显微注射入保卫细胞内	将ii________显微注射入保卫细胞内
步骤三	用iii________照射保卫细胞30s
步骤四	检测气孔开放程度
实验结果	气孔关闭	气孔不关闭

综合实验一、二、三结果表明，ABA受体位于________________________。

（4）植物在应答ABA反应时能产生一类磷脂一S1P（如图所示）。为检验“S1P通过G蛋白起作用”的假设，用ABA处理拟南芥G蛋白缺失突变体保卫细胞，检测气孔开放程度的变化。请评价该实验方案并加以完善和修订________________________。

Answer 1

【答案】细胞膜和液泡膜 协助扩散（易化扩散） 失水 放射性的强度位置及气孔是否关闭（开放程度） 光解性“笼化ABA” 非光解性“笼化ABA” 紫外线 细胞膜上和细胞内 该实验存在两处缺陷。第一，不应该用ABA，应该用S1P处理拟南芥保卫细胞。第二，补充一组对正常拟南芥同样（用S1P处理）处理的对照实验

【解析】

试题据图分析，图中存在保卫细胞同时存在“ROS”途径和“IP3，cADPR”两个途径，前者ABA与细胞膜上的受体结合，引起细胞外液和液泡中的钙离子通过离子通道进入细胞质基质，同时细胞外液和液泡中的钾离子也通过离子通道进入细胞质基质，细胞质基质中的钾离子、氯离子进入细胞质基质后再通过离子通道运出细胞外，由于以上离子的运输都没有消耗能量，且需要通过离子通道，属于协助扩散；后者ABA与细胞膜上的受体结合，通过两个途径引起cADPR，IP3刺激钙离子从液泡进入细胞质基质，进而引起质子氢通过质子泵运出细胞，且需要消耗能量，属于主动运输。

（1）根据以上分析可知，ABA与ABA受体结合后，可通过ROS、IP3等信号途径激活细胞膜和液泡膜上的Ca2+通道，使Ca2+以协助扩散方式转运到细胞质基质中。细胞质基质中Ca2+浓度的增加，促进了K+及Cl-流出细胞，使保卫细胞的渗透压降低，则根据渗透作用原理可知保卫细胞将失水导致气孔关闭。

（2）根据实验的单一变量原则判断，实验一的培养液中ABA进行了同位素标记，而实验二的ABA注射到了保卫细胞内，因此实验一的步骤三应该检测放射性的强度位置及气孔是否关闭（开放程度）。

（3）根据题意分析，实验的自变量是两种“笼化ABA”，一种可以在紫外线的照射下分解，二另一种不能，因此实验中的三个空格因此是光解性“笼化ABA”、 非光解性“笼化ABA”、 紫外线；综合实验一、二、三结果表明，ABA受体位于细胞膜上和细胞内。

（4）根据题意分析，该实验存在两处缺陷：第一，不应该用ABA，应该用S1P处理拟南芥保卫细胞；第二，补充一组对正常拟南芥同样（用S1P处理）处理的对照实验。