«Азотфиксирующие бактерии»: проверочная работа в формате теста с объяснениями
Представьте школьный опыт с горохом на почве с низким содержанием доступного азота. Все горшки получают одинаковые свет, воду и температуру. В горшок A внесли совместимые клубеньковые бактерии, в B — нет, а в C внесли бактерии и дополнительно добавили много минерального азота.
Группа
Клубеньки на корнях
Сухая масса растения через 5 недель
A
22
8,4 г
B
0
3,1 г
C
5
9,0 г
Эти условные данные нужны для тренировки интерпретации: они не доказывают, что число клубеньков само по себе всегда определяет урожай.
Содержание статьи4 разделаПоказатьСкрыть
Проверочная работа: 21 вопрос
Как читать результаты опыта
Вопросы 1–4 относятся к исходной таблице. Остальные задания помогают проверить, какие процессы могут объяснить наблюдаемую разницу. Важно не путать корреляцию с доказанной причинностью и не считать один показатель достаточным для полного вывода.
Открытые мини-задания
Объясните, почему азотфиксация энергетически сложна для клетки. Критерий хорошего ответа: Упомянуты прочная связь N≡N, работа нитрогеназы и затраты энергии.
Предложите дополнительную контрольную группу для опыта с горохом. Критерий хорошего ответа: Изменяется один фактор; например, бактерии без совместимого штамма или одинаковая доза азота без инокуляции.
Сравните фиксацию, нитрификацию и денитрификацию одной фразой для каждого процесса. Критерий хорошего ответа: Правильно указано направление превращения азота и исходная/конечная форма.
Что повторить по ошибкам
Ошибки 1–4: потренируйте интерпретацию таблицы и контроль переменных.
Ошибки 5–10: повторите фиксацию азота, нитрогеназу, кислород и симбиоз.
Ошибки 11–16: разберите роль разных прокариот и круговорот азота.
Ошибки 17–21: повторите регуляцию симбиоза и причинные цепочки от N₂ к биомассе.
Ключ и объяснения
1. D — A и B, потому что остальные условия одинаковы, а внесение бактерий различается. Группы A и B отличаются главным образом наличием инокуляции совместимыми бактериями, поэтому это наиболее чистое сравнение. Различия в C нельзя приписать одному фактору, потому что там добавлен ещё и минеральный азот.
2. B — Чем больше клубеньков, тем при любых условиях обязательно выше масса растения. Группа C имеет меньше клубеньков, но немного большую массу, поэтому простая линейная связь «больше клубеньков — всегда больше масса» не подтверждается. Рост зависит и от других источников доступного азота.
3. A — Освещение, полив, сорт растений и исходная почва. Контроль внешних условий уменьшает число альтернативных объяснений результата. Если одновременно менять свет, воду или сорт, влияние бактерий будет трудно отделить от этих факторов.
4. C — Они создают специализированную среду, где бактерии фиксируют азот и обмениваются веществами с растением. Клубеньки — структуры совместной работы растения и ризобий. В них поддерживаются условия для работы нитрогеназы, а растение получает соединения азота и обеспечивает бактерии углеродными веществами.
5. C — Молекулярный азот N₂ восстанавливается до аммиака/аммонийных форм. Фиксация делает атмосферный N₂ доступным для включения в биомолекулы. Это отличается от денитрификации, которая возвращает азот в атмосферу.
6. A — Нитрогеназа. Нитрогеназа катализирует ключевую реакцию связывания молекулярного азота. Этот процесс требует значительных энергетических затрат и чувствителен к кислороду.
7. D — Потому что нитрогеназа инактивируется кислородом и нуждается в защите от его высокой концентрации. Азотфиксирующие системы должны сочетать получение энергии с защитой нитрогеназы. Поэтому у разных организмов возникли разные способы пространственно или физиологически ограничивать контакт фермента с кислородом.
8. B — Связывает кислород, помогая поддерживать низкую свободную концентрацию O₂ при сохранении условий для дыхания. Леггемоглобин регулирует доступность кислорода в клубеньке. Это помогает защитить нитрогеназу, одновременно не лишая клетки полностью кислорода, необходимого для эффективного дыхания.
9. A — Органические соединения углерода и защищённую среду обитания. Растение снабжает симбионтов продуктами фотосинтеза, которые служат источником энергии и углерода. В ответ бактерии обеспечивают доступ к фиксированному азоту.
10. C — Дополнительный источник биологически доступного азота для синтеза аминокислот и нуклеотидов. Азот необходим для белков, нуклеиновых кислот и многих других молекул. Фиксация азота не отменяет потребность растения в фосфоре, калии, воде и других ресурсах.
11. D — Бактерии рода Azotobacter. Некоторые бактерии способны фиксировать азот без симбиоза с растением. Azotobacter — классический учебный пример такого свободноживущего азотфиксатора.
12. B — Цианобактерии. Некоторые цианобактерии совмещают кислородный фотосинтез и фиксацию азота. Но этот признак не относится ко всем представителям группы, поэтому важно избегать слова «все».
13. D — Фиксация превращает N₂ в восстановленные формы азота, а нитрификация окисляет аммоний до нитритов и нитратов. Оба процесса входят в круговорот азота, но имеют разные субстраты и направление превращений. Фиксация вводит атмосферный азот в биологический круговорот, а нитрификация меняет степень окисления уже связанного азота.
14. B — Нитрат и другие окисленные формы азота восстанавливаются до газообразного азота. Денитрификация возвращает часть связанного азота в атмосферу в виде газообразных форм. Она противоположна фиксации по направлению потока азота между атмосферой и связанными соединениями.
15. A — У них нет ферментной системы, способной разорвать очень прочную тройную связь N≡N и провести фиксацию. Молекула N₂ химически очень стабильна, и её биологическое восстановление требует специализированной нитрогеназы. Поэтому растения зависят от уже фиксированных форм азота в почве или от симбионтов.
16. C — Для аминокислот, белков, нуклеотидов и нуклеиновых кислот. Азот входит в аминогруппы аминокислот и азотистые основания нуклеотидов. Поэтому его доступность часто ограничивает рост организмов и продуктивность экосистем.
17. A — При высоком содержании доступного минерального азота растению может быть выгоднее уменьшить затраты на симбиоз и фиксацию. Формирование и поддержание клубеньков требует энергии. Если связанного азота уже много, интенсивность симбиоза и фиксации может снижаться, хотя конкретная реакция зависит от вида и условий.
18. D — Растение получает связанный азот непосредственно из почвы и меньше зависит от симбиоза. Клубеньковый симбиоз особенно важен, когда доступного азота мало. При достаточном количестве нитратов или аммония растение может удовлетворять значительную часть потребности без активной фиксации N₂.
19. B — Потому что клубеньки у бобовых — специализированные органы симбиоза, формирование которых регулируется растением и бактериями. Клубеньки возникают в результате сложного сигнального взаимодействия и имеют функциональную организацию. Их образование отличается от неконтролируемого патологического разрастания ткани.
20. A — Фиксация N₂ резко снизится, даже если сам клубенёк сохранился. Наличие структуры не гарантирует работу ключевого фермента. Если нитрогеназа неактивна, превращение атмосферного азота в аммиак будет нарушено.
21. C — N₂ → фиксация до аммиака/аммония → включение в аминокислоты и другие органические соединения → рост тканей. Фиксация создаёт восстановленную форму азота, которую затем можно включать в органические молекулы. Именно через такие превращения атмосферный азот становится частью клеточных структур.
Поделиться
Сохраните материал или отправьте тому, кому он пригодится.
