生態と環境(知識)の問題
次の文章は、生態系における窒素の循環の一部について述べたものである。
生物の遺体や排出物に含まれるタンパク質などの有機窒素化合物は、土壌中の菌類や細菌などの分解者によって分解され、アンモニウムイオン()になる。土壌中のアンモニウムイオンの多くは、<u>土壌中にすむ細菌のはたらきによって、亜硝酸イオン()を経て硝酸イオン()に変えられる</u>。植物は、根から硝酸イオンやアンモニウムイオンを吸収して利用する。
下線部のはたらきについて述べた文として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。
- ア このはたらきは窒素固定とよばれ、根粒菌やアゾトバクターなどの細菌が行う。
- イ このはたらきは窒素同化とよばれ、植物が根から吸収した物質を材料にして行う。
- ウ このはたらきは硝化とよばれ、亜硝酸菌や硝酸菌が、この反応で得られる化学エネルギーを利用して行う。
- エ このはたらきは脱窒とよばれ、脱窒素細菌が酸素の少ない土壌中で行う。
- オ このはたらきは硝化とよばれ、シアノバクテリアが光エネルギーを利用して行う。
この問題で使うもの
- 窒素の循環(説明と入口の問題)
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ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
窒素循環にかかわる「窒素固定」「硝化」「窒素同化」「脱窒」が、それぞれどの物質をどの物質に変えるはたらきかを整理しよう。
ヒント 2
アンモニウムイオンを亜硝酸イオンを経て硝酸イオンに変えるはたらきは「硝化」であり、これを行う細菌は化学合成細菌である。
ヒント 3
はたらきの名称が硝化でないア・イ・エは除ける。残るウとオのうち、硝化を行う生物とそのエネルギー源が正しいほうを選ぼう。
答えと解説
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ウ
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解説を読む
下線部は、アンモニウムイオン()を亜硝酸イオン()を経て硝酸イオン()に変えるはたらきであり、これを硝化という。硝化を行うのは硝化菌とよばれる細菌で、 を に変える亜硝酸菌と、 を に変える硝酸菌がある。これらは無機物を酸化するときに生じる化学エネルギーを利用して炭酸同化(化学合成)を行う化学合成細菌である。したがって、正しいのはウである。
各選択肢の検討:
- ア:誤り。窒素固定は、大気中の窒素()をアンモニウムイオンに変えるはたらきであり、アンモニウムイオンを硝酸イオンに変える下線部のはたらきではない。
- イ:誤り。窒素同化は、植物が吸収した硝酸イオンやアンモニウムイオンなどの無機窒素化合物から、アミノ酸やタンパク質などの有機窒素化合物を合成するはたらきであり、下線部のはたらきではない。
- ウ:正しい。
- エ:誤り。脱窒は、土壌中の硝酸イオンなどを窒素()に変えて大気中に放出するはたらきであり、硝酸イオンをつくる下線部のはたらきとは逆向きの方向の反応である。
- オ:誤り。はたらきの名称(硝化)は正しいが、硝化を行うのはシアノバクテリアではなく亜硝酸菌・硝酸菌であり、光エネルギーではなく無機物の酸化で得られる化学エネルギーを利用する。なお、シアノバクテリアの一部(ネンジュモなど)は窒素固定を行う。
別解
下線部は、アンモニウムイオンが亜硝酸イオンを経て硝酸イオンに変えられる反応で、これは硝化(硝化作用)である。亜硝酸菌がアンモニウムイオンを亜硝酸イオンに、硝酸菌が亜硝酸イオンを硝酸イオンに酸化し、このとき得られる化学エネルギーを使って炭酸同化を行う(化学合成細菌)。
ア:窒素固定は大気中の窒素 をアンモニウムイオンに変えるはたらきなので誤り。
イ:窒素同化は無機窒素化合物から有機窒素化合物(アミノ酸など)をつくるはたらきで、硝化とは異なる。また硝化は植物ではなく細菌が行うので誤り。
ウ:硝化であり、亜硝酸菌・硝酸菌が化学エネルギーを利用して行う。正しい。
エ:脱窒は硝酸イオンから窒素 をつくる反応なので誤り。
オ:硝化を行うのはシアノバクテリアではなく亜硝酸菌・硝酸菌で、光エネルギーも利用しないので誤り。
よって答えはウ。