Question

拟南芥种子萌发时，下胚轴顶端形成弯钩（顶勾，如图1），在破土而出时起到保护子叶与顶端分生组织的作用。为研究生长素（IAA）与顶端弯曲的关系，科研人员进行了相关实验。

（1）拟南芥种子萌发时，顶端分生组织产生的IAA运输至顶勾处，促进细胞的_________生长。由于IAA的作用具有_________性，低浓度促进生长，高浓度抑制生长，顶勾两侧细胞生长状况不同，因而弯曲度发生改变。

（2）科研人员发现一株TMK基因缺失的突变体（tmk突变体），用_________法将含TMK基因的T-DNA转入tmk突变体中，分别测定三种不同拟南芥种子萌发时，顶勾处的弯曲度，得到图2所示结果。实验结果显示_________。

（3）科研人员进一步测定了三种植株顶勾弯曲处内外侧（如图3）的细胞长度，结果如图4。据实验结果推测，tmk突变体顶勾弯曲度改变的原因是其顶勾弯曲处_________。

（4）科研人员推测，不同浓度的IAA可能通过TMK蛋白调控细胞生长（机理见图5），在IAA浓度较高时，tmk突变体无法剪切TMK蛋白。

一种从分子水平证实这一推测的思路是：测定并比较_________植株的顶勾弯曲处_________（填内侧或外侧）细胞的_________量。

Answer

伸长 两重 农杆菌转化 tmk突变体的顶勾弯曲减小，转入TMK基因可部分恢复顶勾弯曲 内侧细胞生长加快 tmk突变体和野生型 内侧 TMK蛋白C端量、细胞核内磷酸化蛋白X和促进生长基因的表达

【解析】

1、生长素类通常是通过促进细胞的伸长来促进植物生长的，在生产上的应用有促进扦插的枝条生根、促进果实发育、防止落花落果等。

2、赤霉素的生理作用是促进细胞伸长，从而引起茎杆伸长和植物增高，此外它含有防止器官脱落和解除种子、块茎休眠，促进萌发等作用。

3、生长素的作用表现为两重性：既能促进生长，也能抑制生长；既能促进发芽，也能抑制发芽；既能防止落花落果，也能疏花疏果。生长素所发挥的作用，因为浓度、植物细胞的成熟情况和器官的种类不同而有较大的差异。

（1）由分析可知，生长素是通过促进细胞伸长来促进生长的，可推测顶端分生组织产生的IAA运输至顶勾处，促进细胞的伸长生长。在顶勾处，由于重力的影响，近地侧生长素浓度高，远地侧生长素浓度低，由于IAA的作用具有两重性，低浓度促进生长，高浓度抑制生长，顶勾两侧细胞生长状况不同，因而弯曲度发生改变。

（2）科研人员发现一株TMK基因缺失的突变体（tmk突变体），基因工程中将目的基因导入植物细胞通常用农杆菌转化法实现，故此在这里用农杆菌转化法将含TMK基因的T-DNA转入tmk突变体中，然后分别测定三种不同拟南芥种子萌发时，顶勾处的弯曲度，根据图2的结果可知tmk突变体的顶勾弯曲减小，转入TMK基因可部分恢复顶勾弯曲。

（3）图4的实验结果表明，转基因前后顶勾处外侧细胞伸长基本没变化，只是缺失突变体顶勾处内侧细胞伸长比转基因后更快，故此得出结论，tmk突变体顶勾弯曲度改变的原因是其顶勾弯曲处内侧细胞生长加快。

（4）图5显示在IAA浓度较高时，TMK蛋白C端被剪切，然后TMK蛋白C端进入细胞促进了核内蛋白X的磷酸化，进而抑制了促进生长因子的表达，导致细胞伸长生长被抑制，而tmk突变体无法剪切TMK蛋白，故此顶勾内侧细胞伸长比野生型快，为了验证这一推测，需要测定并比较tmk突变体和野生型植株的顶勾弯曲处内侧细胞的TMK蛋白C端量、细胞核内磷酸化蛋白X和促进生长基因的表达量，依次来验证上述推测。