Question

【題目】擬南芥種子萌發時，下胚軸頂端形成彎鉤（頂勾，如圖1），在破土而出時起到保護子葉與頂端分生組織的作用。為研究生長素（IAA）與頂端彎曲的關系，科研人員進行了相關實驗。

（1）擬南芥種子萌發時，頂端分生組織產生的IAA運輸至頂勾處，促進細胞的_________生長。由于IAA的作用具有_________性，低濃度促進生長，高濃度抑制生長，頂勾兩側細胞生長狀況不同，因而彎曲度發生改變。

（2）科研人員發現一株TMK基因缺失的突變體（tmk突變體），用_________法將含TMK基因的T-DNA轉入tmk突變體中，分別測定三種不同擬南芥種子萌發時，頂勾處的彎曲度，得到圖2所示結果。實驗結果顯示_________。

（3）科研人員進一步測定了三種植株頂勾彎曲處內外側（如圖3）的細胞長度，結果如圖4。據實驗結果推測，tmk突變體頂勾彎曲度改變的原因是其頂勾彎曲處_________。

（4）科研人員推測，不同濃度的IAA可能通過TMK蛋白調控細胞生長（機理見圖5），在IAA濃度較高時，tmk突變體無法剪切TMK蛋白。

一種從分子水平證實這一推測的思路是：測定并比較_________植株的頂勾彎曲處_________（填內側或外側）細胞的_________量。

Answer 1

【答案】伸長 兩重 農桿菌轉化 tmk突變體的頂勾彎曲減小，轉入TMK基因可部分恢復頂勾彎曲 內側細胞生長加快 tmk突變體和野生型 內側 TMK蛋白C端量、細胞核內磷酸化蛋白X和促進生長基因的表達

【解析】

1、生長素類通常是通過促進細胞的伸長來促進植物生長的，在生產上的應用有促進扦插的枝條生根、促進果實發育、防止落花落果等。

2、赤霉素的生理作用是促進細胞伸長，從而引起莖桿伸長和植物增高，此外它含有防止器官脫落和解除種子、塊莖休眠，促進萌發等作用。

3、生長素的作用表現為兩重性：既能促進生長，也能抑制生長；既能促進發芽，也能抑制發芽；既能防止落花落果，也能疏花疏果。生長素所發揮的作用，因為濃度、植物細胞的成熟情況和器官的種類不同而有較大的差異。

（1）由分析可知，生長素是通過促進細胞伸長來促進生長的，可推測頂端分生組織產生的IAA運輸至頂勾處，促進細胞的伸長生長。在頂勾處，由于重力的影響，近地側生長素濃度高，遠地側生長素濃度低，由于IAA的作用具有兩重性，低濃度促進生長，高濃度抑制生長，頂勾兩側細胞生長狀況不同，因而彎曲度發生改變。

（2）科研人員發現一株TMK基因缺失的突變體（tmk突變體），基因工程中將目的基因導入植物細胞通常用農桿菌轉化法實現，故此在這里用農桿菌轉化法將含TMK基因的T-DNA轉入tmk突變體中，然后分別測定三種不同擬南芥種子萌發時，頂勾處的彎曲度，根據圖2的結果可知tmk突變體的頂勾彎曲減小，轉入TMK基因可部分恢復頂勾彎曲。

（3）圖4的實驗結果表明，轉基因前后頂勾處外側細胞伸長基本沒變化，只是缺失突變體頂勾處內側細胞伸長比轉基因后更快，故此得出結論，tmk突變體頂勾彎曲度改變的原因是其頂勾彎曲處內側細胞生長加快。

（4）圖5顯示在IAA濃度較高時，TMK蛋白C端被剪切，然后TMK蛋白C端進入細胞促進了核內蛋白X的磷酸化，進而抑制了促進生長因子的表達，導致細胞伸長生長被抑制，而tmk突變體無法剪切TMK蛋白，故此頂勾內側細胞伸長比野生型快，為了驗證這一推測，需要測定并比較tmk突變體和野生型植株的頂勾彎曲處內側細胞的TMK蛋白C端量、細胞核內磷酸化蛋白X和促進生長基因的表達量，依次來驗證上述推測。