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《生物固氮》专题复习 （ 孙国防 山东省加祥县第二中学 272404） 生物固氮是自然界物质循环的重要生物学过程,它的研究和利用对氮肥生产的改进、农业产量的提高及解决全球性粮食问题等都有着重要的意义 。通过本节的学习，可以使学生了解有关生物固氮的原理及其在农业生产实践中的应用，激发学生的探索生物科学奥秘的兴趣，为理科学生的升学和就业打下良好的生物学基础。 1知识网络 1、 1固氮微生物——都是原核生物 自生固氮微生物 特点 对植物没有依存关系 概念 能独立进行固氮 代表 好氧菌（园褐固氮菌）、厌氧固氮菌（梭菌）。 共生固氮微生物 特点 共生固氮微生物与它种生物共生时有专一性 概念 必须与它种生物共生在一起时才能固氮 代表 根瘤菌（与豆科植物共生）、蓝藻（与红萍共生）。 1、2生物固氮过程 反应条件 ATP的供应、固氮酶、还原底物等 生物固氮意义 在自然界氮循环中具有十分重要的作用，氮循环的主要环节是：生物体内有机氮的合成，氨化作用，硝化作用，生物固氮。 应用 固定氮素肥肥料，减少化肥使用量，保护环境；对豆科植物作用进行拌种；使用自生固氮菌菌剂提供农作物氮素营养和促进农作物生长等。 2、难点和误区分析 2、1固氮微生物的种类 根据固氮微生物的固氮特点以及与植物的关系，可将它们分为自生固氮微生物、共生固氮微生物和联合固氮微生物。自生固氮微生物在土壤或培养基中生活时，可以自行固定空气中的分子态氮，对植物没有依存关系，常见的自生固氮微生物有好氧性自生固氮菌、厌氧性自生固氮菌。共生固氮菌只有和植物互利共生时，才能固定空气中的分子氮。例如根瘤菌（与豆科植物互利共生）；克氏放线菌（与非豆科植物共生）；蓝藻（与红萍等水生蕨类植物共生），等等。联合固氮微生物是介于自生和共生固氮微生物之的这一类微生物，它和共生植物有一定的专一性，但又不形成根瘤那样的特殊结构。例如固氮螺菌、雀稗固氮菌等等。 2、2生物体内有机物的合成、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用的比较 植物吸收土壤中的铵盐和硝酸盐，进而将这些无机物同化成植物体内的蛋白质等有机物。动物直接或间接的以植物为食物，将植物体内的的有机氮同化成动物体内的有机氮，这一过程叫做生物体内的有机氮的合成。动植物的遗体、排出物和残落物中的有机氮被微生物分解后形成氨，这一过程叫做氨化作用。在有氧的条件下，土壤中的氨或铵盐在硝化细菌的作用下最终氧化成硝酸盐，，这一过程叫做硝化作用。氨化作用和硝化作用产生的无机氮，都能被植物吸收利用。在氧气不足的条件下，土壤中硝酸盐被反硝化细菌等多种微生物还原成亚硝酸盐，并且进一步还原成分子态的氮再返回到大气中，这一过程叫做反硝化作用。 大气中分子态的氮还原成氨，这一过程叫做固氮作用。没有固氮作用，大气中的分子态的氮就不能被植物吸收利用。地球上固氮作用的途径有三种：生物固氮、工业固氮、（用高温、高压和科学催化的方法将氮转化成氨）和高能固氮（如闪电等高空放电所产生的高能，可以使空气中的氮与水中的氢结合，形成氨和硝酸，氨和硝酸则由雨水带到地面）。据科学估算，每年生物固氮的总量占地球固氮总量的90%左右。 2、3如何理解根瘤菌与豆科植物共生的专一性 根瘤菌中的每种细菌都与某几种豆科植物专一性地对应，每一种根瘤菌只和与其有专一性对应的几种豆科植物建立共生关系形成根瘤，不与其它种类的植物共生形成根瘤。原因是豆科植物的根毛能够分泌一类特殊的蛋白质，根瘤菌细胞的表面存在着多糖物质，只有同族豆科植物根毛分泌的蛋白质与同族的根瘤菌表面的多糖物质才能产生特异性结合。 2、4固氮酶及其基因与现代生物技术 人们曾经希望从固氮微生物中克隆出所有固氮所需的基因， 然后将其转入非固氮生物中，使非固氮生物具有固氮功能，并希望非固氮微生物在导入基因后能维持固氮所需的生理条件，但仍未实现。 3案例探究 例1：下列关于生物固氮的说法中正确的是 （ ） A固氮微生物将自然界中的含氮化合物还原成氨的过程 B固氮微生物将空气中的氮气还原成氨的过程 C将空气游离的氮转化为氮的化合物的过程 D生物将大气中的氮及其化合物转化为固态的氮的过程 解析 本题意在考查生物固氮的有关知识点。主要考查了生物固氮的概念和实质。生物固氮是指固氮微生物将大气中的氮还原成氨的过程，其中“氮”不是指“氮的化合物”，而是游离态的氮。将空气中的游离的氮转化为氮的化合物的方法是氮的固定。它包括生物固氮、工业固氮、和高能固氮。最后一个选项多了个化合物。 答案 B 例2：关于根瘤菌与根瘤菌的说法中，正确的是 （ ） A根瘤即是根瘤菌 B根瘤是根瘤菌的聚集体 C根瘤是根瘤菌在其共生植物体内所形成的癌变 D根瘤是根内皮层的薄壁细胞受根瘤菌分泌物的刺激进行分裂，组织膨大而形成的 解析 本题意在考查根瘤与根瘤菌的相关知识。根瘤菌是一种微生物，根瘤是豆科植物的种子在土壤中萌发并长成幼苗以后，土壤中与该种豆科植物相适应的根瘤菌就在幼苗的根系附近大量繁殖，并侵入到根内，刺激根内的薄壁细胞分裂，使该处的组织膨大形成的。根瘤 不是癌变，它对生物有益无害的。 答案 D 例3大气中的N2，经过固氮菌的作用形成的固氮产物主要以什么形式被植物吸收利用？ A NH3和NO3 - B NH-+4和NO2- C NH+4-和NH3 D NO3-和NO2- 解析 解决该类题型的规律是：生物固氮的固氮菌包括共生、自生固氮菌，它们的固氮产物是氨气，，共生固氮菌科生的NH3，，直接被植物吸收，，自生固氮菌产生的少部分以NH+4 形式吸收，主要被硝化细菌氧化成NO3-被吸收。 答案 A 例4全世界工业合成氮肥中的氮只占固氮总量的1/5，绝大多数是通过生物固氮进行的。最常见的是生活在豆科植物根部的的根瘤菌，能将大气中游离的氮，经过固氮酶的作用生成氮的化合物，以利于植物的利用，而豆科植物为根瘤菌提供营养物质。 （1）根瘤菌和豆科植物的关系在生物学称为——————————————————————————————————。 （2）根瘤菌之所以能进行固氮作用，是因为它有独特的固氮酶，而根本原因是它具有独特的———————。 （3）这种生物固氮作用和工业合成氨比较，它是在——————————————条件下进行的，从而节省了大量的器材、和能源。 解析 本题是通过对根瘤菌的生活、功能的描述，提出问题，考查知识掌握程度和分析能力、应用能力。固氮微生物能够固氮，其作用机理是这类微生物含有固氮酶。（1）根瘤菌在土壤中营腐生，只有与豆科植物共生，体内的固氮酶才具有固氮能力；（2）固氮酶是一种蛋白质，其合成由基因控制的，固氮微生物能够固氮，是因为细胞内含有固氮的基因；（3）工业固氮是采取高温、高压等工业生产手段合成氨的过程，而生物固氮是在自然状态下进行的。由分析得出答案。 答案 （1）互利共生 （2）固氮基因 （3）常温；常压 4知识迁移 （1）关于根瘤菌生理特点的错误论述是 （ ） A属于原核生物 B属于异养型生物 C与豆科植物共生 D只能侵入一种豆科植物 （2）在根瘤中，固氮菌从植物根中得到 （ ） A溶解在维管汁液中的氮 B溶解在维管汁液中的氧 C硝酸盐 D糖类 （3）从土嚷中分离出自生固氮菌的原理是 （ ） A无菌操作，确保无杂菌的污染 B固氮菌易被结晶紫染成紫色 C无氮培养基对固氮菌的选择生长 D培养出各种菌后，镜检筛选 （5）关于根瘤菌体内的固氮特性的叙述中错误的是 （ ） Ａ高效性 Ｂ专一性 Ｃ底物多样性 Ｄ受环境的酸碱度影响 （6）植物每年从土壤中吸收大量氮素，土壤中获得氮素的主要途径是（ ） A施用氮素肥料 B闪电固氮 C生物固氮 D动植物遗体分解 （7）蛋白质是生物体的主要组成物质，有多种蛋白质的参加使生物得以存在和延续。各种蛋白质都是由多种氨基酸结合而成的。氮是氨基酸的主要组成元素。 ①固氮通常有三种途径—————— ———————— ——————————，根瘤菌和豆科植物的关系在生物学称为———— ②固氮生物包括 （ ） A满江红 B大豆根瘤菌 C硝化作用 D蓝藻门中的念球藻 ③根瘤菌之所以进行固氮作用是因为它有独特的固氮酶，而根本原因是它具有独特的———————————— ④大豆的根中往往存在着根瘤菌。根瘤菌的代谢类型属于——————————，它与大豆的生态关系是——————，与大豆在结构上的主要区别是————————————————。 ⑤与工业固氮比较，蓝藻等能在温和条件下具有特殊的固氮本领，其直接原因是它们体内存在————————，根本原因是它们体内存在————————————。 答案： 1 D，2 D，3 C，4 D，5 B，6 C 7 ①大气固氮 生物固氮 工业区固氮 ②A、B、C、D ③固氮基因 ④异养需氧型 互利 共生 细胞核有无细胞膜 ⑤固氮酶 固氮基因上一篇：《我的历史名人档案》课后实践反思