為探究植物免疫的作用機(jī)制,科研人員以擬南芥為材料進(jìn)行研究。
(1)病原菌入侵植物時(shí),植物細(xì)胞膜表面的
膜蛋白
膜蛋白
可以識別病原菌,病原菌可向 植物體內(nèi)注入一些效應(yīng)因子來抑制植物的免疫。植物通過讓感病部位出現(xiàn)類似于動物細(xì)胞凋亡的現(xiàn)象,阻止病原菌的進(jìn)一步擴(kuò)散。植物和病原菌在相互影響中不斷進(jìn)化和發(fā)展,稱為共同進(jìn)化
共同進(jìn)化
。
(2)植物對抗病原體的免疫包括兩方面,一方面是細(xì)胞表面的物理屏障,如質(zhì)膜和細(xì)胞壁間形成胝質(zhì)沉淀,有效防御病原體的入侵;另一方面是植物細(xì)胞分泌的起防御作用的化學(xué)物質(zhì),如H2O2.科研人員用白粉菌侵染擬南芥突變體,得到圖1和圖2所示結(jié)果。由此推測E基因在植物免疫中的作用是通過抑制胝質(zhì)沉淀的形成與H2O2的產(chǎn)生進(jìn)而抑制植物免疫
通過抑制胝質(zhì)沉淀的形成與H2O2的產(chǎn)生進(jìn)而抑制植物免疫
。
(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(guān)鍵基因,C基因是茉莉酸信號通路上的關(guān)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(guān)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(jìn)一步研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3。
①實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明E基因是水楊酸
水楊酸
通路上的關(guān)鍵基因,判斷依據(jù)是第5組與第1組結(jié)果相近,第6組與第2組結(jié)果相近,說明C基因不參與白粉菌誘導(dǎo)的植物免疫,E基因的作用與茉莉酸信號通路無關(guān);第4組與第3組結(jié)果相近,遠(yuǎn)高于第2組,說明E基因在水楊酸信號通路中起作用
第5組與第1組結(jié)果相近,第6組與第2組結(jié)果相近,說明C基因不參與白粉菌誘導(dǎo)的植物免疫,E基因的作用與茉莉酸信號通路無關(guān);第4組與第3組結(jié)果相近,遠(yuǎn)高于第2組,說明E基因在水楊酸信號通路中起作用
。
②請選用以下符號和基因:“→(促進(jìn))”、(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E
P→植物免疫
E
P→植物免疫
。
(4)研究者由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出假設(shè),當(dāng)白粉菌感染擬南芥時(shí),水楊酸增強(qiáng)了植物的免疫反應(yīng)。為驗(yàn)證該假設(shè),研究者設(shè)計(jì)了如表實(shí)驗(yàn),請完善該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。
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材料 |
感染處理 |
水楊酸 |
預(yù)期檢測結(jié)果 |
胝質(zhì)沉淀 |
H2O2含量 |
對照組 |
野生型 |
白粉病菌感染 白粉病菌感染
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不加 不加
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少 |
少 少
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實(shí)驗(yàn)組 |
野生型 野生型
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白粉病菌感染 |
加 加
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多 |
多 多
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(5)請根據(jù)本研究結(jié)果,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中提高產(chǎn)量提出合理建議
適當(dāng)時(shí)噴施一定量的水楊酸
適當(dāng)時(shí)噴施一定量的水楊酸
。
【答案】膜蛋白;共同進(jìn)化;通過抑制胝質(zhì)沉淀的形成與H
2O
2的產(chǎn)生進(jìn)而抑制植物免疫;水楊酸;第5組與第1組結(jié)果相近,第6組與第2組結(jié)果相近,說明C基因不參與白粉菌誘導(dǎo)的植物免疫,E基因的作用與茉莉酸信號通路無關(guān);第4組與第3組結(jié)果相近,遠(yuǎn)高于第2組,說明E基因在水楊酸信號通路中起作用;E
P→植物免疫;白粉病菌感染;不加;少;野生型;加;多;適當(dāng)時(shí)噴施一定量的水楊酸