根瘤是根瘤菌接触到适宜的宿主，如豆科植物后﹐刺激植物根部产生的瘤状物。根瘤菌内的固氮酶能将空气中的氮气转变成氨，但固氮酶对氧气高度敏感，只能在低氧的环境中工作。-组卷网

非选择题-解答题较易0.85 引用1 组卷195

根瘤是根瘤菌接触到适宜的宿主，如豆科植物后﹐刺激植物根部产生的瘤状物。根瘤菌内的固氮酶能将空气中的氮气转变成氨，但固氮酶对氧气高度敏感，只能在低氧的环境中工作。被根瘤菌侵染的植物细胞能够大量合成豆血红蛋白，以此来调节氧气的浓度，其表达调控及作用机理如图所示，其中的启动子是RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列，“+”表示促进，“-”表示抑制。回答下列问题：

(1)豆科植物与根瘤菌的种间关系是_________，豆科植物吸收氮素，进入叶肉细胞可用于_________等物质的合成（写出2种即可），进而促进光合作用。根瘤菌利用O₂与豆科植物利用O₂的不同之处是_________。
(2)据图分析，豆血红蛋白的功能有______（答出2点即可）。NLP2能结合靶基因启动子中的特殊区域，激活靶基因的表达，科学家在对NLP2突变体根瘤进行分析时发现，当植物缺少NLP2后，根瘤的固氮能力显著下降。其可能的原因是_________。
(3)小麦植株会因缺氮而导致光合速率下降，作物减产，但是过多施用氮肥又易造成环境污染。为缓解上述问题，科学家将根瘤菌导入小麦根部，得到了具有固氮能力的小麦植株。设计实验证明导入的根瘤菌能够为小麦生长提供氮元素，写出实验设计思路____。（可选用的培养液有含氮的完全培养液、不含氮的完全培养液）

2023·吉林通化·三模

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知识点：光反应、暗（碳）反应的物质变化和能量变化群落中生物的种间关系验证性实验与探究性实验基因的表达综合答案解析【答案】很抱歉，登录后才可免费查看答案和解析！

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小麦等作物在种植过程中往往需要施用大量氮肥以提高产量。但豆科植物大多能与根瘤菌建立共生关系，形成高效的“固氮工厂”——根瘤。根瘤菌内的固氮酶能将空气中的氮气转变成植物可利用的氨，但固氮酶对氧气高度敏感，需要在低氧的环境中才能工作。被根瘤菌侵染的植物细胞中能够大量合成豆血红蛋白来调节氧气浓度，其表达调控及作用机理如图所示。回答下列问题：

(1)固氮酶的作用原理是_____。固氮酶的元素组成主要有_____。
(2)据图分析豆血红蛋白的功能有_____。
(3)有同学认为根瘤菌内的固氮酶能将空气中的氮气转变成植物可利用的氨，因此认为根瘤菌是自养生物，该同学的判断是否合理，说明理由_____。
(4)小麦植株会因缺氮而导致光合速率下降，作物减产，但是过多施用氮肥又易造成环境污染。为缓解上述问题，科学家将根瘤菌导入小麦根部，得到了具有固氮能力的小麦植株。设计实验证明导入的根瘤菌能够为小麦生长提供氮元素。写出实验设计思路（可选用的材料：导入根瘤菌的小麦，普通小麦，培养液有含氮的完全培养液、不含氮的完全培养液）。可以不具体写出测定光合速率的方法。_____

学习以下材料，回答问题。
植物的共生固氮调控：氮（N）元素在自然界中存在多种形式，包括NH₄⁺、N₂、NO₂^-和NO₃^-。植物氮同化是指植物吸收环境里的NO₃^-或NH₄⁺，合成氨基酸等含氮有机物的过程。大气中的N₂是地球上最大的氨库，但植物无法直接利用它，需要依赖固氮微生物将其转化为离子形式才能吸收。而共生固氮根瘤菌可以侵染某些植物的根系，进行共生固氮。
固氮菌同化N₂，形成NH₄⁺并最终转化为有机物，是一个高耗能的还原反应过程。这个过程需要植物与固氮菌的协同作用才能完成。以豆科植物和中华根瘤菌为例，光合产物是促进根瘤菌侵染植物所必需的，光信号是促进地下根瘤发育的关键因子。当根瘤菌侵染植物时，会释放化学物质诱导植物根瘤形成基因的表达，植物细胞分裂并形成根瘤原基，最终形成包含类菌体的共生细胞（即根瘤细胞，如下图）。
根瘤菌是一类好氧细菌，它们在侵入植物后形成的类菌体进行呼吸作用时需要O₂来维持。然而，O₂会抑制固氮酶的活性。根瘤外侧形成皮质层，一定程度上阻碍O₂进入根瘤。同时，豆科植物合成豆血红蛋白（Lb）与游离的O₂结合，形成LbO₂储存，再通过LbO₂将O₂传递给类菌体和根细胞的线粒体（如图）。这样，两个相互矛盾的反应在共生系统中均得以正常进行。

注：…→表示运输；→表示化学反应
根瘤的固氮能力与豆科植物提供碳源和能量水平相协调，以平衡共生固氮和其它生命过程的碳消耗，保证植物在不同环境下正常生长。最近，我国科学家发现大豆根瘤中的能量感受器蛋白S和P可通过调控根瘤碳源的重新分配来调整根瘤的固氮能力。当根瘤细胞处于碳源供应上升的高能状态，AMP含量降低，使得蛋白S和P从与AMP结合形成的S-P异源二聚体状态，转变为S-S和P-P的同源二聚体。同源二聚体与转录因子Y（Y可促进上图中PK酶基因的转录）结合，并将Y锚定到线粒体上，使其不能入核，减少了植物细胞有氧呼吸对碳源的消耗，进而增强类菌体的碳源供应和根瘤固氮能力。
利用固氮生物提高土壤肥力可减少施用工业氮肥带来的土壤、水体等污染，对发展绿色农业具有重要意义。
(1)植物利用吸收的N元素可合成的两类生物大分子是________。
(2)据上述文字及图中信息分析，下列叙述不合理的是______。

A．光合作用和呼吸作用均可为N同化过程提供还原剂

B．根通过主动运输从土壤中吸收NH₄⁺、N₂、O₂、NO₃^-

C．叶片合成的有机物主要以蔗糖的形式运输到根部

D．植物根细胞有氧呼吸释放的能量为固氮酶催化的反应供能

E．光合作用所固定的太阳能是生物固氮作用能量的根本来源

(3)结合文中图示信息，解释植物-类菌体共生系统保障固氮酶活性的原因：_________。
(4)据文中信息，从光合产物与光信号两方面，概括植物调控生物固氮的机制：_______。
(5)据文中信息结合图中植物根共生细胞代谢过程，从稳态与平衡的角度，分析植物调控高耗能生物固氮过程的分子机制：植物通过能量感受器蛋白S和P感知自身能量状态，_______，使PEP更多转化为苹果酸供应给类菌体，从而更高效利用植物光合作用合成的有机物作为碳源，实现碳-氮平衡。
(6)一些禾本科植物是重要的粮食作物，种植过程需要施加无机氮肥。有人尝试将固氮酶基因导入这些作物以提升产量，但效果不佳。请结合上述研究，提出利用共生固氮菌进行改造以提高禾本科植物粮食产量的思路________。

玉米是我国三大粮食作物之一，对N元素的需求量较大，但长期大量施用化肥，会导致土壤板结、盐碱化。豆科植物大多能与根瘤菌建立共生关系，形成高效的“固氮工厂”——根瘤。根瘤菌内的固氮酶能将空气中的氮气转变成植物可利用的氨，但固氮酶对氧气高度敏感，需要在低氧的环境中才能工作。被根瘤菌侵染的植物细胞中能够大量合成豆血红蛋白来调节氧气浓度，其表达调控及作用机理如图1所示，图2表示在适宜温度和CO₂浓度条件下，玉米和大豆的光合作用强度随光照强度的变化曲线，回答下列问题：

(1)施用N肥可促进玉米光合作用的进行，原因是玉米吸收的N元素可参与__________________________（至少写出2种）等物质合成。
(2)图2中，当光照强度为b时，玉米固定CO₂的量______________（填“大于”“小于”或“等于”）大豆固定CO₂的量。当光照强度大于20×10² lx时，制约玉米光合作用强度的因素主要为________________（至少写2点）。
(3)据图1分析豆血红蛋白的功能有_________________（至少答出两点）。氮肥的过量使用会降低与大豆共生的根瘤菌细胞中固氮酶的活性，从而降低其固氮能力，这种现象被称为“氮阻遏”，造成氮素的大量流失。研究发现，大豆与玉米间作可以减缓氮阻遏，推测原因可能是___________。
(4)据图2分析，玉米适宜与大豆进行间作的原因为______________。

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