Question

【題目】擬南芥種子萌發(fā)時(shí)，下胚軸頂端形成彎鉤（頂勾，如圖1），在破土而出時(shí)起到保護(hù)子葉與頂端分生組織的作用。為研究生長(zhǎng)素（IAA）與頂端彎曲的關(guān)系，科研人員進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

（1）擬南芥種子萌發(fā)時(shí)，頂端分生組織產(chǎn)生的IAA運(yùn)輸至頂勾處，促進(jìn)細(xì)胞的_________生長(zhǎng)。由于IAA的作用具有_________性，低濃度促進(jìn)生長(zhǎng)，高濃度抑制生長(zhǎng)，頂勾兩側(cè)細(xì)胞生長(zhǎng)狀況不同，因而彎曲度發(fā)生改變。

（2）科研人員發(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)入tmk突變體中，分別測(cè)定三種不同擬南芥種子萌發(fā)時(shí)，頂勾處的彎曲度，得到圖2所示結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示_________。

（3）科研人員進(jìn)一步測(cè)定了三種植株頂勾彎曲處內(nèi)外側(cè)（如圖3）的細(xì)胞長(zhǎng)度，結(jié)果如圖4。據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測(cè)，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(cè)，不同濃度的IAA可能通過(guò)TMK蛋白調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)（機(jī)理見(jiàn)圖5），在IAA濃度較高時(shí)，tmk突變體無(wú)法剪切TMK蛋白。

一種從分子水平證實(shí)這一推測(cè)的思路是：測(cè)定并比較_________植株的頂勾彎曲處_________（填內(nèi)側(cè)或外側(cè)）細(xì)胞的_________量。

Answer 1

【答案】伸長(zhǎng) 兩重 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化 tmk突變體的頂勾彎曲減小，轉(zhuǎn)入TMK基因可部分恢復(fù)頂勾彎曲 內(nèi)側(cè)細(xì)胞生長(zhǎng)加快 tmk突變體和野生型 內(nèi)側(cè) TMK蛋白C端量、細(xì)胞核內(nèi)磷酸化蛋白X和促進(jìn)生長(zhǎng)基因的表達(dá)

【解析】

1、生長(zhǎng)素類通常是通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞的伸長(zhǎng)來(lái)促進(jìn)植物生長(zhǎng)的，在生產(chǎn)上的應(yīng)用有促進(jìn)扦插的枝條生根、促進(jìn)果實(shí)發(fā)育、防止落花落果等。

2、赤霉素的生理作用是促進(jìn)細(xì)胞伸長(zhǎng)，從而引起莖桿伸長(zhǎng)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(jìn)萌發(fā)等作用。

3、生長(zhǎng)素的作用表現(xiàn)為兩重性：既能促進(jìn)生長(zhǎng)，也能抑制生長(zhǎng)；既能促進(jìn)發(fā)芽，也能抑制發(fā)芽；既能防止落花落果，也能疏花疏果。生長(zhǎng)素所發(fā)揮的作用，因?yàn)闈舛�、植物�?xì)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(zhǎng)素是通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞伸長(zhǎng)來(lái)促進(jìn)生長(zhǎng)的，可推測(cè)頂端分生組織產(chǎn)生的IAA運(yùn)輸至頂勾處，促進(jìn)細(xì)胞的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)。在頂勾處，由于重力的影響，近地側(cè)生長(zhǎng)素濃度高，遠(yuǎn)地側(cè)生長(zhǎng)素濃度低，由于IAA的作用具有兩重性，低濃度促進(jìn)生長(zhǎng)，高濃度抑制生長(zhǎng)，頂勾兩側(cè)細(xì)胞生長(zhǎng)狀況不同，因而彎曲度發(fā)生改變。

（2）科研人員發(fā)現(xiàn)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?qū)�入植物�?xì)胞通常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法實(shí)現(xiàn)，故此在這里用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將含TMK基因的T-DNA轉(zhuǎn)入tmk突變體中，然后分別測(cè)定三種不同擬南芥種子萌發(fā)時(shí)，頂勾處的彎曲度，根據(jù)圖2的結(jié)果可知tmk突變體的頂勾彎曲減小，轉(zhuǎn)入TMK基因可部分恢復(fù)頂勾彎曲。

（3）圖4的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因前后頂勾處外側(cè)細(xì)胞伸長(zhǎng)基本沒(méi)變化，只是缺失突變體頂勾處內(nèi)側(cè)細(xì)胞伸長(zhǎng)比轉(zhuǎn)基因后更快，故此得出結(jié)論，tmk突變體頂勾彎曲度改變的原因是其頂勾彎曲處內(nèi)側(cè)細(xì)胞生長(zhǎng)加快。

（4）圖5顯示在IAA濃度較高時(shí)，TMK蛋白C端被剪切，然后TMK蛋白C端進(jìn)入細(xì)胞促進(jìn)了核內(nèi)蛋白X的磷酸化，進(jìn)而抑制了促進(jìn)生長(zhǎng)因子的表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞伸長(zhǎng)生長(zhǎng)被抑制，而tmk突變體無(wú)法剪切TMK蛋白，故此頂勾內(nèi)側(cè)細(xì)胞伸長(zhǎng)比野生型快，為了驗(yàn)證這一推測(cè)，需要測(cè)定并比較tmk突變體和野生型植株的頂勾彎曲處內(nèi)側(cè)細(xì)胞的TMK蛋白C端量、細(xì)胞核內(nèi)磷酸化蛋白X和促進(jìn)生長(zhǎng)基因的表達(dá)量，依次來(lái)驗(yàn)證上述推測(cè)。