Question

茉莉酸（JA）是植物体内存在的内源信号分子，与植物生长发育以及抗逆能力有关。为了研究其生理功能及作用机理，研究者开展了下面的实验研究。

（1）研究者分别用等量的 JA 溶液和蒸馏水处理生理状态相似的拟南芥离体叶片 4 天，结果如图 1所示。实验通过检测__说明 JA 能促进叶片的衰老。

（2）为进一步研究 JA 促进叶片衰老的作用机理，研究者选择野生型拟南芥和 JA 敏感缺陷型突变体（COI-1 基因发生突变，不能合成COI-1 蛋白），用适量蒸馏水和 JA 溶液分别处理12 天，结果如图2所示，b 组叶片明显生长停滞并变黄。其中a 组为用蒸馏水处理的野生型植株，写出b 组和c 组分别选用的植株和处理是b 组：_____，c 组_____。

（3）研究发现 JA 借助COI-1 调控使多种蛋白质的合成量发生了变化，其中 RCA 蛋白（Rubisco 酶，光合作用中固定二氧化碳的酶）是合成量减少的蛋白。为探究 JA 如何通过COI-1 抑制RCA蛋白的合成过程，研究者继续进行了下列实验。实验处理结果如图3所示（图中“+”表示添加JA，“-”表示未添加JA）。

①由于细胞中 rRNA（核糖体 RNA）表达量_____，在实验中可作为标准参照。

②综合上述研究，请阐明 JA 促进拟南芥叶片衰老的机制_____。

Answer

光合速率 用等量的JA溶液处理野生型植株12天 用等量的JA溶液处理突变型植株12天。 相对稳定 JA借助COI-1抑制Rubisco基因的转录，使Rubisco酶合成减少，从而降低光合作用速率促进拟南芥叶片的衰老

【解析】

1、基因的表达即基因控制蛋白质的合成过程包括两个阶段：

①转录：转录是指以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成RNA的过程；

②翻译：翻译是指以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸排列顺序的蛋白质的过程。

2、综合分析本题，可理出因果关系主线：

①野生型拟南芥植物细胞中：信号分子—茉莉酸（JA）增多引起 COI-1基因控制合成的COI-1蛋白的活性改变，导致 RCA蛋白（Rubisco酶）的转录受到抑制，引起 RCA蛋白（Rubisco酶）合成量减少，光合作用速率降低，拟南芥叶片衰老。

②JA敏感缺陷型突变体植物：COI-1基因发生突变，导致细胞不能合成COI-1蛋白，控制合成RCA蛋白（Rubisco酶）的基因的转录不受抑制，光合作用速率正常，拟南芥叶片不衰老。

（1）分析图1，因变量是光合速率，加入JA溶液的叶片比加入等量蒸馏水的叶片光合作用速率低，说明JA能促进叶片的衰老。

（2）分析图2，a组为用蒸馏水处理的野生型植株，b组叶片明显生长停滞并变黄，而JA溶液处理的植株光合作用速率会下降，故b组是用等量的JA溶液处理野生型植株12天，因此c组为等量的JA溶液处理突变型植株12天。

（3）①分析图3，在1d、2d、3d三组中，无论是否加入JA的情况下，rRNA的量相对稳定，在实验中可作为标准参照，以排除实验过程中取样、点样、检测等无关变量对实验结果的影响。

②加入JA实验组 RCA mRNA的量明显减少，说明JA影响了Rubisco基因的转录，使Rubisco酶合成减少，从而降低光合作用速率促进拟南芥叶片的衰老。