Question

為了使農(nóng)作物正常生長(zhǎng)，往往需要大量施用化肥，而化肥的大量施用存在著許多負(fù)面影響，如環(huán)境污染、消耗能源等。因此，生物固氮已成為一項(xiàng)重要的研究課題。生物固氮就是利用某些微生物（如根瘤菌、固氮藍(lán)藻等）將空氣中的N₂固定為NH₃的過程。

（1）維持生命必需的化學(xué)元素中占原生質(zhì)總量95%以上的有_________（填元素符號(hào)），被稱為主要元素，這些元素組成的氧化物中，屬于酸酐的是_________（填寫化學(xué)式）。

（2）化肥廠合成氨的反應(yīng)式是______________________。與人工合成氨所需的反應(yīng)條件相比，生物固氮的順利進(jìn)行是因?yàn)檫@些固氮微生物體內(nèi)含有特定的_________。這類物質(zhì)的化學(xué)本質(zhì)是_________。

（3）根瘤菌的代謝類型是_________。人們正致力于轉(zhuǎn)基因固氮植物的研究，科學(xué)家已通過基因工程技術(shù)將根瘤菌的固氮基因轉(zhuǎn)移到了水稻細(xì)胞中，并在水稻細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了固氮物質(zhì)，固氮基因控制固氮物質(zhì)合成的過程分為_________和_________兩步。

（4）有一種土壤微生物能將氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，此種微生物是_________，該微生物的代謝類型是_________。

（5）用化學(xué)方程式和必要的文字說明“雷雨發(fā)莊稼”的道理。

Answer 1

（1）C、H、O、N、P、S  CO₂、N₂O₃、N₂O₅、SO₂、P₂O₅  （2）N₂+3H₂—→2NH₃  酶  蛋白質(zhì)  （3）異養(yǎng)需氧型  轉(zhuǎn)錄  翻譯  （4）硝化細(xì)菌  需氧自養(yǎng)型        （5）大氣中的N₂和O₂在放電時(shí)形成NO：N₂+O₂—→2NO，NO進(jìn)一步氧化生成NO₂：2NO+O₂—→2NO₂，NO₂溶于水生成HNO₃：3NO₂+H₂O—→2HNO₃+NO。HNO₃隨雨水進(jìn)入土壤后與其他物質(zhì)形成硝酸鹽，從而為植物生長(zhǎng)提供了硝態(tài)氮。

解析:

這是一道以生物固氮為核心的綜合應(yīng)用題，考查學(xué)生的綜合能力。組成原生質(zhì)的化學(xué)元素有60多種，其中必需的化學(xué)元素有17種。占原生質(zhì)總量95%以上的有C、H、O、N、P、S六種，這六種元素是原生質(zhì)的主要元素。它們的氧化物中屬于酸酐的是CO₂、N₂O₃、N₂O₅、SO₂、P₂O₅。自然界的固氮過程也就是利用N₂合成NH₃的過程，包括生物固氮、人工固氮、高能固氮，人工固氮合成氨的反應(yīng)式是：N₂+3H₂—→2NH₃，與人工固氮相比，生物固氮的順利進(jìn)行是因?yàn)檫@些微生物體內(nèi)含有特定的固氮基因，可通過轉(zhuǎn)錄和翻譯過程形成固氮酶。這種酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。根瘤菌是常見的一種固氮微生物，其代謝類型是異養(yǎng)需氧型，進(jìn)行有氧呼吸的酶主要存在于細(xì)胞膜上。根瘤菌等微生物為植物提供NH₃，但植物不能直接利用NH₃，它必須由硝化細(xì)菌把NH₃轉(zhuǎn)化為NO、NO后才能被植物吸收，硝化細(xì)菌的代謝類型是化能自養(yǎng)（它能利用氨氧化時(shí)放出的能量把無機(jī)物合成有機(jī)物）需氧型（其細(xì)胞內(nèi)無線粒體，進(jìn)行有氧呼吸的酶主要分布于細(xì)胞膜上）。所謂“雷雨發(fā)莊稼”是指通過大氣閃電作用將N₂轉(zhuǎn)化為NO，為植物提供氮肥。