根瘤菌→豆科植物

雷电
氮素化肥 NO3-
硝化 细菌
NO3反硝化 细菌 NH3
植物
动物
尿素及动植物遗体
土壤中的 微生物
（六）生物固氮的意义
• 大气中的氮气可通过几条途径被“固定”？ 1）生物固氮 （占90%）
2）工业固氮（生产氮素化肥）
3）高能固氮（闪电） • 可见， 生物固氮在氮循环中具有十分重要的作用。
【例】关于根瘤和根瘤菌的叙述中，不正确的一项 是( ) A 根瘤可以单独着生,也可以聚集在一起生在根上 B 一般豆科植物的主根和侧根上都可以着生根瘤 C 根瘤是由根瘤菌进入根细胞内部，刺激根组织 膨大而成的 D 根瘤破溃后，根瘤菌全部死亡并进入土壤
以有机氮形式通过生物的同化作用来传递。 • 生物群落与无机环境之间以什么形式循环的？ 有何特点？ N2、NO3-、NH3 1）固氮作用 3）氨化作用 5）反硝化作用 反复循环 2）有机氮合成作用 4）硝化作用
• 氮循环中有哪几个主要的过程？
大气中的N2 反 硝 化 细 菌 生 物 固 氮 NH3
工业固氮
作物产量
3、用豆科植物做绿肥,饲养家畜.
4、非豆科植物自行固氮
将圆褐固氮菌制成菌剂，施到 土壤中，可提高农作物产量
肥:8×107t 固:4×108t
• 固氮基因工程：
将固氮细菌体内的固氮基因转移 到非豆科粮食作物的细胞内，在固氮 基因的调控下，让非豆科粮食作物的 细胞内合成出固氮酶并且固氮，这是 解决非豆科粮食作物自行固氮的一条 重要途径，这一途径叫做固氮基因工 程。
在化学中我们学 过氮的固定,大家 还记得吗?
还有一种 化合物中 1)、氮在植物体中含量很小 含有N,记 2)、氮是构成蛋白质的主要成分，占其含量的 16～ 得吗? 18％，而细胞质、细胞核和酶都含有蛋白质，所以 氮也是细胞质、细胞核和酶的组成成分。 3)、核酸、辅酶、磷脂、叶绿素等化合物中都含有 氮。 所以氮为基本生命元素，必须不断补充氮素
固 氮 量
与植物互 利共生， 有专一性
异养需氧型 提供氮素
大
自生 圆褐 固氮微 固氮菌 生物
在土壤中 独立生活
提供氮素 异养需氧型 提供生长素 小
三、生物固氮在农业生产上的应用
1、弥补土壤中氮素损失 2、进行根瘤菌拌种，提高豆科
选择与 该种豆科植 物相适应的 根瘤菌进行 拌种: 新开 垦的农田和 未种植过豆 科作物的土 壤
与豆科共生 与非豆科共生
大豆根瘤
豌豆根瘤
苜 蓿 根 瘤
实例：根瘤菌
形态：棒槌形、“T”形或“Y”形
根瘤菌
根瘤菌固定的 氮素占自然界 生物固氮总量 的绝大部分
结构：原核单细胞
• 根瘤菌结构特点： 原核生物—无核仁、核膜、染色体 等结构,有DNA和核糖体
侵入——繁殖——根薄壁细胞分裂——组织 膨大——形成根瘤
生理：①需氧异养
②互利共生（具种属特异性） ③侵入——繁殖——根薄壁细胞分 裂——组织膨大——形成根瘤
2、自生固氮微生物
形态：杆菌或短杆菌、荚膜
好氧性
独立
结构：原核单细胞 厌氧性
实例：圆褐固氮菌 有异形胞的蓝藻
作用： ①固氮；
②分泌生长素，
促进植株生长和果实发育
• 概念： 指在土壤中能够独立进行固氮的微生物。多数是自 生固氮菌（细菌）
将固氮基因转移到非豆科作物细胞 内，使其自行固氮 意义：①减少施氮肥费用，降低粮 食生产成本； ②减少氮肥生产，有 利于节省能源； ③避免氮肥施用过 量造成水体富营养化,有利于环境的 保护。
四 生物固氮过程
• 固氮过程： ATP e + H+ C 2H 4
铁蛋白 铁钼蛋白
ADP+Pi
N2
C 2H 2
• 氮在植物体中的含量与作用
• 氮素吸收的形式： 植物所吸收的氮素主要是无机态氮，即铵态氮 和硝态氮，也可以吸收利用有机态氮，如尿素等。
生物固氮
一、生物固氮概念
固氮微生物将大气中的氮还原成氨的过程
二、固氮微生物的种类 ◆ 共生固氮微生物
Leabharlann Baidu
◆ 自生固氮微生物
1、共生固氮微生物 与植物共生时才能固氮
2）固氮酶具有底物多样性的特点， 即N2→NH3，乙炔→乙烯 固氮酶催化乙炔还原乙烯的化学反应， 常被科学家用来测定固氮酶的活性。
（五）氮循环
生物 固氮
高能 固氮
有机氮 合成
工业 固氮
亚硝 酸盐
反硝化细菌 硝化作用 硝化细菌 氨化作用
O2不足 反硝化作用
N2
+e+H+
固氮酶
ATP
NH3
N2+3H2
高温高压 催化剂
2NH3
高能固氮 生物固氮 闪电 N2+O2 NO
2NO+O2 3NO2 +H2O 2NO2
工业固氮
2HNO3 +NO
生物固氮 (NH3)
高能固氮 (HNO3)
工业固氮 (NH3)
反硝化 氨化
硝化
大气中的N2
固氮
尿素及动 植物遗体 土壤中的微生物
NO3-
NO3-
氮素化肥
NH3
• 生物群落中的氮素是以什么形式传递的呢？
NH3
固氮酶
• 生物固氮需要哪些条件？
N2、e、H+、ATP和酶 • 生物固氮的反应式：
N2 + e + H+ + ATP
固氮酶
NH3 + ADP + Pi
N2 + 6e + 6H+ + C2H2+16ATP
固氮酶 2NH + C2H4+16ADP + 16Pi 3
• 固氮酶的特点： 1）固氮酶由两种蛋白质构成， 分别是铁蛋白和铁钼蛋白，只有两种蛋 白质同时存在，固氮酶才具有固氮作用。
• 根瘤菌与豆科植物的关系是什么？ 互利共生关系 • 二者的互利共生关系具体表现在？ 根瘤菌→豆科植物： 豆科植物→根瘤菌： 提供可直接利用的氮素 提供有机养料和生活环境
• 根瘤菌的新陈代谢类型：
异养需氧型的细菌(有氧呼吸的场所在细胞膜) • 根瘤菌的固氮特点： 1）根瘤菌只有侵入豆科植物根内才能固氮。 2）不同的根瘤菌各自只能侵入特定种类的豆科植 物。（特异性）
杆菌、短杆菌，单生或 对生。 “8”字形排列，外面 有荚膜。
常见类型：圆褐固氮菌 （应用最多）
共生固氮微生物
根瘤菌→豆科植物 放线菌→非豆科植物 蓝藻→水生蕨类等 圆褐固氮菌（好氧） 梭菌（厌氧） 鱼腥藻等为代表的固氮蓝藻
自生固氮微生物
常见 类型
共生 固氮微 根瘤菌 生物
生活方式
代谢类型
对植物 的作用
【答案】D
解 析
这是一道考查根瘤和根瘤菌关系的题目。因 我们知道，根瘤是豆科植物的根部在生长发育过程 中，被土壤中一些相适应的根瘤菌侵入后，通过大 量繁殖，并刺激根部细胞不断分裂，进而使该处组 织逐渐膨大后形成的。 根瘤可以单独着生，也可以在任意根上聚集 形成，但主根上的根瘤菌固氮能力强。当植物衰老 死亡后，根瘤也要破溃，其内的根瘤菌便进入土壤， 进入土壤的根瘤菌不一定死亡。