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【题目】大量研究表明,CO2浓度升高造成温室效应的同时,也影响了绿色植物的生长发育。

(1)光合作用合成的有机物运输到根细胞,在_________中形成CO2和水,释放的能量转移到______中,直接用于根的生长发育。

(2)科研人员研究了CO2浓度升高对拟南芥根系生长发育的影响。根尖每生长1 cm拍照一次,结果如图甲。据图可知,实验组根毛长度和密度均明显____对照组。

(3)①为进一步探究CO2浓度升高对根细胞的影响, 获取相关处理下的非根毛区横切面,制作成_______,利用显微镜观察并计数,结果如下表:

组别

处理

观测指标

1组

2组

3组

4组

正常浓度CO2

高浓度CO2

正常浓度CO2 +10Nm NAA(生长素类似物)

高浓度CO2 +5Um NPA (生长素运输阻断剂)

表皮细胞体积

表皮细胞总数

比1组少

生毛细胞数目

比1组少

注:生毛细胞由表皮细胞分化形成,继续生长形成根毛。

②由表可知高浓度CO2增加了____________________;据1、2、3组结果推测高浓度CO2通过______________影响根毛生长发育。

③据1、2、4组说明,高浓度CO2对根毛生长发育影响与______有关。

(4)为进一步验证上述推测,根尖 每生长1cm测定生长素合成特异性启动基因表达情况,实验结果如图。

综合上述实验,推测CO2浓度升高影响根毛生长发育的机制是____________

(5)研究表明,生长素通过细胞内信号分子进一步传递信息,增加根毛细胞尖端内部钙离子浓度,促进生毛细胞的根毛伸长生长。已知植物细胞有生长素受体、钙离子通道蛋白—钙调素复合体、钙离子通道蛋白、细胞内信号分子亚硝基化靶向蛋白等,请用已知信息,提出生长素促进根毛伸长生长的一种可能机制。_____________________________________

【答案】线粒体 ATP(三磷酸腺苷) 高于 临时装片 表皮细胞总数和生毛细胞数目 生长素 生长素运输 CO2促进生长素合成基因的表达,生长素合成量增加,进而促进根毛细胞的分裂、分化(CO2促进生长素合成基因的表达,生长素合成量增加,进而促进根生长发育或提高表皮细胞总数和生毛细胞数目) 生长素与生长素受体结合,将信息传递给亚硝基化靶向蛋白,使钙离子通道蛋白与钙调素分离,钙离子内流,增加根毛细胞尖端内部钙离子浓度,促进生毛细胞的根毛伸长生长

【解析】

1、由图甲可知,与正常浓度CO2相比,高浓度CO2处理根毛长度和密度均明显增大。

2、由表格的数据可知,与正常浓度CO2相比,高浓度CO2和正常浓度CO2+10NmNAA处理均增加了表皮细胞总数和生毛细胞数目,表皮细胞体积均减小;高浓度CO2+5UmNPA处理减少了表皮细胞总数和生毛细胞数目。

3、由题图乙可知,与正常浓度CO2相比,高浓度CO2处理生长素合成特异性启动基因表达量相对值增大。

1)有机物分解形成CO2和水,并释放能量的过程为有氧呼吸。有氧呼吸在线粒体中进行,有机物分解释放的能量储存在ATP中。

2)由题图可知,实验组(高浓度CO2处理)根毛长度和密度均明显高于对照组(正常浓度CO2处理)。

3)①根据表格的内容可知,观测指标为表皮细胞体积、表皮细胞总数和生毛细胞数目,因此应将获取相关处理下的非根毛区横切面,制作成临时装片,利用显微镜观察并计数。

②由表可知,与正常浓度CO2相比,高浓度CO2处理增加了表皮细胞总数和生毛细胞数目。与正常浓度CO2相比,高浓度CO2和正常浓度CO2+10NmNAA处理对根细胞的影响相似,均增加了表皮细胞总数和生毛细胞数目。由此推测高浓度CO2通过生长素影响根毛生长发育。

③由表可知,与正常浓度CO2相比,高浓度CO2处理增加了表皮细胞总数和生毛细胞数目,而高浓度CO2+5UmNPA处理减少了表皮细胞总数和生毛细胞数目。说明高浓度CO2对根毛生长发育影响与生长素运输有关。

4)由题图可知,与正常浓度CO2相比,高浓度CO2处理生长素合成特异性启动基因表达量相对值增大。综合上述实验,推测CO2浓度升高影响根毛生长发育的机制是CO2促进生长素合成基因的表达,生长素合成量增加,进而促进根生长发育(提高表皮细胞总数和生毛细胞数目)。

5)结合已知信息分析,生长素促进根毛伸长生长的机制可能是生长素与生长素受体结合,将信息传递给亚硝基化靶向蛋白,使钙离子通道蛋白与钙调素分离,钙离子内流,增加根毛细胞尖端内部钙离子浓度,促进生毛细胞的根毛伸长生长。

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