化学合成

亜硝酸菌を用いて、次の実験を行った。

有機物を含まず、二酸化炭素を十分に含む無機塩類の培地 A・B を用意した。培地 A にはアンモニウムイオン $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}$ を加え、培地 B には加えなかった。それぞれに同じ数の亜硝酸菌を入れ、光の当たらない暗所で、同じ温度で数日間培養した。培養の前後で調べた結果を次の表に示す。

この結果から考えられることとして最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　亜硝酸菌は、光のエネルギーを利用して二酸化炭素から有機物を合成している。
• イ　亜硝酸菌は、アンモニウムイオンを酸化して得た化学エネルギーを利用して、二酸化炭素から有機物を合成している。
• ウ　亜硝酸菌は、培地中の有機物を分解して得たエネルギーを利用して増殖している。
• エ　亜硝酸菌は、亜硝酸イオンを硝酸イオンに酸化して得た化学エネルギーを利用している。

生物と窒素の関わりや、無機物の酸化を利用して有機物をつくる生物について述べた次の文のうち、正しいものを、次のア〜カからすべて選べ。

• ア　亜硝酸菌は、アンモニウムイオン（$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}$）を亜硝酸イオン（$\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2^{-}$）に酸化するときに放出される化学エネルギーを利用して、二酸化炭素から有機物を合成する。
• イ　硝酸菌は、硝酸イオン（$\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}$）を亜硝酸イオンに還元するときに放出される化学エネルギーを利用して、二酸化炭素から有機物を合成する。
• ウ　植物が根から吸収した硝酸イオンは、植物体内で亜硝酸イオンを経てアンモニウムイオンに還元される。
• エ　植物体内のアンモニウムイオンは、まずケトグルタル酸（$\alpha$-ケトグルタル酸）と結合してグルタミンになる。
• オ　根粒菌は、マメ科植物から光合成でつくられた有機物を受け取り、窒素固定によってつくったアンモニウムイオンをマメ科植物に与えている。
• カ　ネンジュモなどのシアノバクテリアは、光合成を行うので、窒素固定は行わない。

畑の土壌から細菌を含む液を少量とり、次の実験を行った。

実験 有機物を含まず、窒素源としてアンモニウムイオン（$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}$）だけを含み、炭素源として炭酸水素イオン（$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ のもとになる）を含む培地を用意した。この培地に土壌の液を加え、暗所で 3 つの条件で 21 日間培養した。

• 条件 1：空気を通じながら培養した。
• 条件 2：酸素を除いた気体（窒素 ${\mathrm{N}}_2$ と二酸化炭素）を通じながら培養した。
• 条件 3：加熱して細菌を死滅させた土壌の液を加え、空気を通じながら培養した。

条件 1 の培地中の窒素化合物の濃度（窒素原子の量に換算した相対値）と細菌数（相対値）の変化は次の表のとおりであった。条件 2・条件 3 では、21 日間、窒素化合物の濃度も細菌数もほとんど変化しなかった。

この実験の結果から考えられることとして最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

• ア　条件 1 で細菌が増殖したのは、細菌が光エネルギーを利用して、二酸化炭素から有機物を合成したためである。
• イ　条件 1 で細菌が増殖したのは、細菌が空気中の窒素を固定して、培地中の窒素化合物を増やしたためである。
• ウ　条件 1 で細菌が増殖したのは、細菌が窒素化合物の酸化で得たエネルギーで、二酸化炭素から有機物を合成したためである。
• エ　条件 1 で細菌が増殖したのは、細菌が培地中の有機物を分解して得たエネルギーで、硝酸イオンを合成したためである。
• オ　条件 1 で起こった窒素化合物の変化は、条件 2 の結果から、酸素がなくても進む反応であることがわかる。