Question

【題目】氣孔是由兩個保衛細胞圍成的空腔，主要分布在植物葉片表皮。脫落酸（ABA）可通過特定的信號轉導途徑調節氣孔的開放程度，機制如下圖。已知細胞質基質中Ca2+的濃度在20200mnol/L之間，液泡中及細胞外Ca2+的濃度通常高達lmmol/L。（注：每個保衛細胞同時存在“ROS”途徑和“IP3，cADPR”途徑）

（1）由圖可知，ABA與ABA受體結合后，可通過ROS、IP3等信號途徑激活__________上的Ca2+通道，使Ca2+以__________方式轉運到細胞質基質中。細胞質基質中Ca2+濃度的增加，促進了K+及Cl-流出細胞，使保衛細胞的滲透壓降低，保衛細胞__________（填“吸水”或“失水”），氣孔關閉。

（2）有人推測，ABA受體有胞內受體和細胞膜上受體兩種，為探究ABA受體位置，研究者進行了下列實驗，請完善實驗方案。

	實驗一	實驗二
步驟一	培養葉片下表皮組織	培養葉片下表皮組織
步驟二	向培養液中添加同位素標記的ABA	向保衛細胞內直接注射足以引起 氣孔關閉的一定濃度ABA
步驟三	檢測	檢測氣孔開放程度
實驗結果	細胞膜表面放射性明顯強于細胞內，氣孔關閉	氣孔不關閉

（3）據實驗一、二推測ABA受體只位于細胞膜上，但有人認為直接注入細胞的ABA可能被降解，導致氣孔不關閉。因此設計了兩種防降解的“籠化ABA”，光解性“籠化ABA”能在紫外光作用下釋放有活性的ABA，非光解性“籠化ABA”則不能。

實驗三	Ⅰ組	Ⅱ組
步驟一	培養葉片下表皮組織
步驟二	將i________顯微注射入保衛細胞內	將ii________顯微注射入保衛細胞內
步驟三	用iii________照射保衛細胞30s
步驟四	檢測氣孔開放程度
實驗結果	氣孔關閉	氣孔不關閉

綜合實驗一、二、三結果表明，ABA受體位于________________________。

（4）植物在應答ABA反應時能產生一類磷脂一S1P（如圖所示）。為檢驗“S1P通過G蛋白起作用”的假設，用ABA處理擬南芥G蛋白缺失突變體保衛細胞，檢測氣孔開放程度的變化。請評價該實驗方案并加以完善和修訂________________________。

Answer 1

【答案】細胞膜和液泡膜 協助擴散（易化擴散） 失水 放射性的強度位置及氣孔是否關閉（開放程度） 光解性“籠化ABA” 非光解性“籠化ABA” 紫外線 細胞膜上和細胞內 該實驗存在兩處缺陷。第一，不應該用ABA，應該用S1P處理擬南芥保衛細胞。第二，補充一組對正常擬南芥同樣（用S1P處理）處理的對照實驗

【解析】

試題據圖分析，圖中存在保衛細胞同時存在“ROS”途徑和“IP3，cADPR”兩個途徑，前者ABA與細胞膜上的受體結合，引起細胞外液和液泡中的鈣離子通過離子通道進入細胞質基質，同時細胞外液和液泡中的鉀離子也通過離子通道進入細胞質基質，細胞質基質中的鉀離子、氯離子進入細胞質基質后再通過離子通道運出細胞外，由于以上離子的運輸都沒有消耗能量，且需要通過離子通道，屬于協助擴散；后者ABA與細胞膜上的受體結合，通過兩個途徑引起cADPR，IP3刺激鈣離子從液泡進入細胞質基質，進而引起質子氫通過質子泵運出細胞，且需要消耗能量，屬于主動運輸。

（1）根據以上分析可知，ABA與ABA受體結合后，可通過ROS、IP3等信號途徑激活細胞膜和液泡膜上的Ca2+通道，使Ca2+以協助擴散方式轉運到細胞質基質中。細胞質基質中Ca2+濃度的增加，促進了K+及Cl-流出細胞，使保衛細胞的滲透壓降低，則根據滲透作用原理可知保衛細胞將失水導致氣孔關閉。

（2）根據實驗的單一變量原則判斷，實驗一的培養液中ABA進行了同位素標記，而實驗二的ABA注射到了保衛細胞內，因此實驗一的步驟三應該檢測放射性的強度位置及氣孔是否關閉（開放程度）。

（3）根據題意分析，實驗的自變量是兩種“籠化ABA”，一種可以在紫外線的照射下分解，二另一種不能，因此實驗中的三個空格因此是光解性“籠化ABA”、 非光解性“籠化ABA”、 紫外線；綜合實驗一、二、三結果表明，ABA受體位于細胞膜上和細胞內。

（4）根據題意分析，該實驗存在兩處缺陷：第一，不應該用ABA，應該用S1P處理擬南芥保衛細胞；第二，補充一組對正常擬南芥同樣（用S1P處理）處理的對照實驗。