Question

2．为探究植物免疫的作用机制，科研人员以拟南芥为材料进行研究．

（1）病原菌入侵植物时，植物细胞膜表面的膜蛋白可以识别病原菌，病原菌可向植物体内注入一些效应因子来抑制植物的免疫．植物通过让感病部位出现类似于动物细胞凋亡的现象，阻止病原菌的进一步扩散．植物和病原菌在相互影响中不断进化和发展，称为共同（协同）进化．
（2）植物对抗病原体的免疫包括两方面，一方面是细胞表面的物理屏障，如质膜和细胞壁间形成胝质沉淀，有效防御病原体的入侵；另一方面是植物细胞分泌的起防御作用的化学物质，如H₂O₂．科研人员用白粉菌侵染拟南芥突变体，得到如图1和图2所示结果．
据图可知，E基因敲除导致胝质沉淀量和H₂O₂产生量均增加，据此推测E基因的功能是抑制植物两方面的免疫．
（3）研究表明，水杨酸和茉莉酸信号作用通路在植物免疫中具有重要作用．已知P基因控制水杨酸的合成，C基因是茉莉酸信号通路上的关键基因．科研人员利用P基因敲除突变体和C基因敲除突变体进一步研究，实验结果如图3．
①据实验结果推测，P基因对植株免疫有促进（填“促进”或“抑制”）作用．
②依据实验结果判断，E基因的作用与水杨酸信号通路有关，并且E基因是P基因上游（填“上游”或“下游”）的调控基因．判断依据是第5组与第1组结果相近，第6组与第2组结果相近，说明C基因不参与白粉菌诱导的植物免疫，E基因的作用与茉莉酸信号通路无关；第4组与第3组结果相近，远高于第2组，说明E基因的作用需要正常P基因的作用，E基因位于信号通路上游．
③一种验证上述推测的方法是：检测并比较野生型和E基因敲除突变体植株中的水杨酸含量．

Answer 1

分析 （1）（2）小题对植物免疫的一般原理进行了一些铺垫，（3）小题将信号通路研究的一般思想方法渗透其中．研究人员往往利用敲除突变体进行信号通路的研究，将双基因敲除突变体的表现型与单基因敲除突变体比较，分析被敲除基因在信号通路中的上下游关系．

解答 解：（1）根据免疫反应的原理可知，病原菌入侵植物时，植物细胞膜表面的膜蛋白可以识别病原菌，病原菌可向植物体内注入一些效应因子来抑制植物的免疫．植物和病原菌在相互影响中不断进化和发展，称为共同（协同）进化．
（2）分析图1，E基因敲除突变体的胝质沉淀量高于野生型；分析图2，E基因敲除突变体的H₂O₂产生量高于野生型；而通过图3柱形图可以看出，E基因敲除突变体的白粉病发病程度低，由此可以推测E基因敲除导致胝质沉淀量和H₂O₂产生量均增加，因此推测E基因能够抑制植物两方面的免疫．
（3）①图3柱形图看出，P基因敲除突变体的白粉病发病程度很高，由此可以推测，P基因对植株免疫有促进作用．
②依据实验结果判断，E基因的作用与水杨酸信号通路有关，第5组与第1组结果相近，第6组与第2组结果相近，说明C基因不参与白粉菌诱导的植物免疫，E基因的作用与茉莉酸信号通路无关；第4组与第3组结果相近，远高于第2组，说明E基因的作用需要正常P基因的作用，E基因位于信号通路上游，并且E基因是P基因上游的调控基因．
③一种验证上述推测的方法是：检测并比较野生型和E基因敲除突变体植株中的水杨酸含量．
故答案为：
（1）膜蛋白    共同（协同）进化
（2）胝质沉淀量和H₂O₂产生量均增加 抑制植物两方面的免疫
（3）①促进
②上游 第5组与第1组结果相近，第6组与第2组结果相近，说明C基因不参与白粉菌诱导的植物免疫，E基因的作用与茉莉酸信号通路无关；第4组与第3组结果相近，远高于第2组，说明E基因的作用需要正常P基因的作用，E基因位于信号通路上游（注：要求从两方面作答）
③野生型和E基因敲除突变体植株中的水杨酸．

点评 本题以植物免疫机理及信号通路研究为背景，主要考查学生获取信息能力和实验探究能力．（3）小题较难，但对思维的逻辑性、完整性要求较高，学生在其它练习中遇到过类似的设问和思考方法的概率很小．建议考虑学生情况，完整使用或适当简化使用．