備課素材：銨根離子和硝酸根離子的吸收與利用 上學期高中生物學選擇性必修二

銨根離子和硝酸根離子的吸收與利用先看一道試題：NO3－和NH4＋是植物利用的主要無機氮源，NH4＋的吸收由根細胞膜兩側的電位差驅動，NO3－的吸收由H＋濃度梯度驅動，相關轉運機制如圖。銨肥施用過多時，細胞內NH4＋的濃度增加和細胞外酸化等因素引起植物生長受到嚴重抑制的現(xiàn)象稱為銨毒。下列說法正確的是()A.NH4＋通過AMTs進入細胞消耗的能量直接來自ATPB.NO3－通過SLAH3轉運到細胞外的方式屬于被動運輸C.銨毒發(fā)生后，增加細胞外的NO3－會加重銨毒D.載體蛋白NRT1.1轉運NO3－和H＋的速度與二者在膜外的濃度呈正相關解析：由題干信息可知，NH4＋的吸收是根細胞膜兩側的電位差驅動的，所以NH4＋通過AMTs進入細胞消耗的能量不是來自ATP，A錯誤；由題圖可以看到，NO3－進入根細胞膜是H＋的濃度梯度驅動，進行的逆濃度梯度運輸，所以NO3－通過SLAH3轉運到細胞外是順濃度梯度運輸，屬于被動運輸，B正確；銨毒發(fā)生后，H＋在細胞外更多，增加細胞外的NO3－，可以促使H＋向細胞內轉運，減少細胞外的H＋，從而減輕銨毒，C錯誤；據(jù)題圖可知，載體蛋白NRT1.1轉運NO3－屬于主動運輸，主動運輸?shù)乃俾逝c其濃度無必然關系；運輸H＋屬于協(xié)助擴散，協(xié)助擴散在一定范圍內與H＋濃度呈正相關，超過一定范圍后不成比例，D錯誤。故答案為B。這是2022年山東高考試題，試題植物對情境NO3－和NH4＋的吸收2020版高中生物學選擇性必修二介紹了碳循環(huán)與碳的利用：但對氮循環(huán)和植物對氮元素的吸收沒有提到。那么，植物吸收無機氮（NH4+和NO3-）的機理是怎樣的？氮是地球上所有生命有機體所必需的營養(yǎng)元素，對于高等植物而言，它是蛋白質、核酸以及葉綠素的重要組成成分，被稱為“生命的元素”。硝酸根離子（NO3-）和銨根離子（NH4+）是植物利用的主要無機氮源。然而令人費解的是，當NH4+作為唯一或主要氮源時，植物不但不能正常生長，反而產生顯著的毒害，即葉片黃花嚴重、根的生長受到嚴重抑制的現(xiàn)象，稱為銨毒。銨毒引起的原因是多方面的，比如細胞內NH4+的累積、無效跨膜銨循環(huán)造成的ATP損耗、蛋白糖基化改變、活性氧（ROS）累積、無機陽離子和有機酸含量的改變、細胞內外酸化、激素信號的改變等。在農業(yè)生產中，硝態(tài)氮肥（主要是NO3-）被發(fā)現(xiàn)能夠有效地緩解銨毒，這很大程度上增強了作物的氮素利用效率，提高了作物的產量，然而硝態(tài)氮肥緩解銨毒的具體分子機理尚不明確。研究發(fā)現(xiàn)（可以通過典型試題的圖示來理解），當野生型擬南芥即WT處于高NH4+/低NO3-

條件時，NH4+的大量吸收造成H+外排，導致根圍酸化。此時NRT1.1介導NO3-/H+的同向內流，從而降低了胞外的H+濃度，抑制了根圍酸化，緩解了銨毒癥狀。由于胞外的NO3-濃度較低，無法持續(xù)抑制根圍酸化。因此，植物通過SLAH3來促進胞內NO3-的外排，使得NO3-在根圍維持一定的濃度，以供NRT1.1介導NO3-/H+的同向內流。最終，在NRT1.1-SLAH3復合物的協(xié)同作用下，引起了NO3-的高效跨膜循環(huán)，從而有效地抑制了根圍酸化，緩解了銨毒癥狀。1.自然界中的氮循環(huán)氮可以通過氧化或者還原變化成各種形態(tài)：在還原狀態(tài)下，能以銨根離子（NH4+）或氨（NH3）的形態(tài)存在；一旦氧化，則會變成一氧化二氮（N2O）以及硝酸根離子（NO3）等形態(tài)。氮以動植物遺體或堆肥的形態(tài)進入土壤的有機物中，含有有機態(tài)氮；這些有機態(tài)氮被微生物分解后，會變成氨基酸，最后變成銨根離子。

化肥大多以銨鹽的形態(tài)施用。

銨根離子在硝化菌的作用下，先被催化為亞硝酸根離子，接著再被催化成硝酸根離子，最后被作物吸收。土壤這時如果像水田一樣呈現(xiàn)還原狀態(tài)，那么亞硝酸根離子和硝酸根離子便會在微生物（脫氧菌）的作用下還原成氮氣（N2)。此現(xiàn)象叫做脫氮作用。由于此現(xiàn)象會使肥料失去作用，因此人們通常不喜歡。不過在凈化污水時則受到廣泛利用。另外，在脫氮作用進行的過程中，可能會出現(xiàn)造成全球變暖的一氧化二氮。

這些氮的形態(tài)的變化，仰賴的是各種微生物，而這些微生物都是將銨根離子轉化為蛋白質來構成菌體的。這就是氮的有機化。植物遺體和菌體中的有機態(tài)氮有時也會縮合聚合，成為腐殖質。2.銨根離子（NH4+）的吸收機制銨根離子的吸收是由根細胞膜兩側的電位差驅動的，而不是通過主動運輸方式消耗能量。具體來說，NH4+通過AMTs（銨轉運蛋白）進入細胞的過程并不需要ATP提供能量，而是由根細胞膜兩側的電位差驅動?。3.硝酸根離子（NO3-）的吸收、轉運和利用（1）硝酸根離子吸收機理植物對硝酸根離子的吸收主要通過主動運輸?shù)姆绞竭M行，需要載體蛋白和能量。?硝酸根離子通過細胞膜上的質子泵泵出氫離子，使膜電化學勢下降，產生電化學驅動力，最后通過硝酸根離子轉運蛋白以氫離子和硝酸根離子耦聯(lián)共運的方式將硝酸根離子吸收進細胞?。（2）硝酸根離子在植物體內的轉運和利用?吸收后轉運?：硝酸根離子被吸收后，一部分在根部還原成氨，進一步形成氨基酸并合成蛋白質；另一部分則進入木質部向地上部運輸，在地上部尤其是葉片中被還原成氨，與酮酸反應形成氨基酸，用于蛋白質合成或再次運回根部?。?維持電荷平衡?：在木質部中，硝酸根離子與鉀離子作為陪伴離子一起向上運輸。到達地上部后，硝酸根離子被還原成氨氣，為維持電荷平衡，地上部必須合成有機酸（如蘋果酸），與鉀離子形成有機酸鹽，使陰陽離子達到平衡?。（3）植物吸收硝酸根離子的影響因素?土壤溫度?：溫度主要通過影響酶的活性和膜的流動性來影響植物根系對硝酸根離子的吸收。適宜的溫度條件下，酶的活性高，膜的流動性好，有利于硝酸根離子的吸收?。?O2濃度?：O2濃度對植物根系吸收硝酸根離子的速率有影響。在一定范圍內，O2濃度增加可以提高硝酸根離子的吸收速率?。4.尿素的吸收以及同化過程尿素是以小分子形態(tài)被植物根部吸收進入植物體內的。在植物體內具體機制大致分為