Плодородие почвы создают не только минералы, но и ризосферные бактерии — микроорганизмы, живущие у корней растений. Они работают как природные биофабрики: одни усваивают азот из воздуха (азотфиксация), другие растворяют недоступные фосфаты, третьи производят гормоны роста. На их основе создают биоудобрения. Чтобы выделить такие бактерии, учёные используют специальные питательные среды, например, среду Эшби.Активность ключевого фермента азотфиксации — нитрогеназы — у бактерии Azotobacter vinelandii сильно зависит от концентрации кислорода в среде, так как кислород её инактивирует. В эксперименте измеряли скорость фиксации азота (активность, в условных единицах) при разной концентрации растворённого O₂. Данные представлены в таблице:
Опытные данные показывают, что для замены 1 кг аммиачной селитры на 1 гектаре требуется внести не менее 5 × 10¹¹ клеток азотфиксирующих бактерий. Фиксация атмосферного азота — энергоёмкий процесс. Известно, что для фиксации 1 молекулы N₂ требуется 16 молекул АТФ, а для синтеза одной молекулы АТФ клетке необходимо усвоить 1 атом фосфора (P).
(Для расчёта используйте: M(N₂) = 28 г/моль, M(P) = 31 г/моль. Учтите, что в 1 г экспериментального препарата содержится 2 × 10⁹ бактериальных клеток).
Порядок выполнения задания:
1) Постройте график зависимости активности нитрогеназы от концентрации кислорода.
2) На оси X отложите концентрацию O₂ (%), на оси Y — активность фермента (усл. ед.).
Соедините точки плавной кривой и обозначьте точку, соответствующую максимальной активности.
Используя данные, выполните задания (a–d):
a) Предположите, почему на среде Эшби смогли вырасти только азотфиксирующие бактерии.
b) Основываясь исключительно на данных построенного графика, предложите, как можно повысить эффективность азотфиксации Azotobacter при промышленном производстве биоудобрений, и объясните свой способ.
c) Рассчитайте, какую массу (g) экспериментального биоудобрения нужно внести на 1 га.
d) Рассчитайте, сколько килограммов фосфора потребуется популяции бактерий для фиксации 1 кг атмосферного азота.
Внимание! Данная письменная работа является заданием с развёрнутым ответом. Поэтому способ решения и все соответствующие ему расчёты следует последовательно записать в лист ответов.