Question

【題目】為探究植物免疫的作用機制，科研人員以擬南芥為材料進行研究。

（1）病原菌入侵植物時，植物細胞膜表面的__________可以識別病原菌，病原菌可向植物體內注入一些效應因子來抑制植物的免疫。植物通過讓感病部位出現類似于動物細胞凋亡的現象，阻止病原菌的進一步擴散。植物和病原菌在相互影響中不斷進化和發展，稱為__________。

（2）植物對抗病原體的免疫包括兩方面，一方面是細胞表面的物理屏障，如質膜和細胞壁間形成胝質沉淀，有效防御病原體的入侵；另一方面是植物細胞分泌的起防御作用的化學物質，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所示結果。由此推測E基因在植物免疫中的作用是__________。

（3）水楊酸和茉莉酸信號通路可能參與植物免疫，已知P基因是水楊酸信號通路上的關鍵基因，C基因是茉莉酸信號通路上的關鍵基因。為探究E基因是水楊酸還是茉莉酸信號通路上的關鍵基因，科研人員利用E基因、P基因和C基因敲除突變體進一步研究，實驗結果如圖3。

①實驗結果表明E基因是__________通路上的關鍵基因，判斷依據是__________。

②請選用以下符號和基因：“→（促進）”、“（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）研究者由以上實驗結果提出假設，當白粉菌感染擬南芥時，水楊酸增強了植物的免疫反應。為驗證該假設，研究者設計了如下實驗，請完善該實驗設計。

	材料	感染處理	水楊酸	預期檢測結果
				胝質沉淀	H2O2含量
對照組	野生型	___________	________	少	___________
實驗組	__________	白粉病菌感染	_________	多	__________

（5）請根據本研究結果，在農業生產中提高產量提出合理建議__________。

Answer 1

【答案】膜蛋白（糖蛋白） 共同進化（共同進化） 通過抑制胝質沉淀的形成與H2O2的產生進而抑制植物免疫 水楊酸 第5組與第1組結果相近，第6組與第2組結果相近，說明C基因不參與白粉菌誘導的植物免疫，E基因的作用與茉莉酸信號通路無關；第4組與第3組結果相近，遠高于第2組，說明E基因在水楊酸信號通路中起作用 EP→植物免疫 白粉病菌感染 不加 少 野生型 加 多 適當時噴施一定量的水楊酸

【解析】

（1）（2）小題對植物免疫的一般原理進行了一些鋪墊，（3）小題將信號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行信號通路的研究，將雙基因敲除突變體的表現型與單基因敲除突變體比較，分析被敲除基因在信號通路中的上下游關系。

（1）病原菌入侵植物時，能夠被植物細胞膜表面的糖蛋白識別。植物通過讓感病部位出現類似于動物細胞凋亡的現象，阻止病原菌的進一步擴散。這是植物和病原菌在長期的進化過程選擇出來的一種生存方式，屬于協同進化（共同進化）。

（2）由圖1分析可知，敲除E基因（E基因突變）的植物出現了胝質沉淀，野生型（E基因正常）沒有，說明E基因通過抑制胝質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，說明E基因通過抑制H2O2的產生進而抑制植物免疫。

（3）①第5組與第1組結果相近，第6組與第2組結果相近，說明C基因不參與白粉菌誘導的植物免疫，E基因的作用與茉莉酸信號通路無關；第4組與第3組結果相近，遠高于第2組，說明E基因在水楊酸信號通路中起作用，說明E基因在水楊酸信號通路中起作用。

②由上圖分析推測；P基因促進植物免疫，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E的抑制，則抑制免疫，則3組發病高，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）由假設可知，自變量是水楊酸增強，所以材料處理、感染處理都是無關變量，若假設成立，則實驗組的水楊酸增多。由圖1、2可知，敲除E基因的擬南芥，胝質沉淀增多，H2O2含量多，由此完成表格如圖：

（5）本研究結果是水楊酸增強了植物的免疫反應，所以農業生產上適當時噴灑一定量的水楊酸，可以提高植物抗病菌感染能力。