高三生物复习 第41讲 生物固氮

第六部分 生物技术与生命科学新进展

第41讲 生物固氮

一、考点内容全解

（一）本讲考点是什么

2.生物固氮

3.氮的循环

（二）考点例析

[例1]自生和共生固氮微生物可以将 （ ）

A ．大气中的N 2转化为NH 3

B ．大气中的N 2转化为NO 3－

C ．土壤中的NH 3转化为NO 3－

D ．土壤中的NO 3－转化为N 2

[解析]本题考查生物固氮的基本概念。生物固氮是指固氮微生物将大气中的氮还原成氨

的过程，固氮微生物包括共生固氮微生物和自生固氮微生物两种类型，在固氮酶的催化下，它们均能将大气中的分子态的N 2转化为化合态的NH 3。

[答案]A

[例2]固氮酶具有底物多样性的特点，所有的固氮酶除了能催化N 2→NH 3的反应外还能催

化：

①NO 2→N2+H 2O ②N 3→N 2+ NH 3 ③C 2H 2→C 2H 4 ④2H +→H 2

请结合上面的生物固氮原理示意图，回答：

(1)生物固氮需要的条件有

(2)试概括出生物固氮的反应式：

固氮酶

[解析]不同固氮微生物的固氮催化作用情况基本相同：需要N 2为原料，需要e 、H ＋

，以

及ATP 提供能量来源，还需要固氮酶作为该反应的催化剂。主要产物为NH 3。

[答案](1) N 2、e 、H ＋、ATP 和酶

(2)

N 2＋e → NH 3 ＋ADP ＋Pi

[同类变式]微生物固氮的反应要求钼铁蛋白和铁蛋白的存在，工业合成氨，也是用含铁

的钼盐作催化剂的。下列叙述最能体现这两种固氮方式的区别 （ ）

A ．生物固氮是酶促反应，工业固氮是氧化还原反应

B ．固氮微生物为固氮酶

的载体

C ．生物固氮与微生物固氮没有本质区别

D ．生物固氮的产物是有

机物

[解析]本题主要变化是考查对生物固氮本质的认识。生物固氮是固氮微生物特有的一种

才具有固氮的作用。即：

所以，与工业上从空气中取氮以制造氨，也用含铁的钼盐作催化剂不同的是：在生物体

内，含钼和铁的催化剂都是酶蛋白。

[答案]B

[解题警示]生物固氮也是氧化还原反应，所以选项A 不能体现这两种固氮方式的本质区

别。

[例3] 右图是自然界中的氮以蛋白质的形式在生物体内转化的部分过程示意图。请回答： (1)自然界中将NH 3转化成N03－的生物叫 ，该种生物的同化方式主要通过 作用来完成；自然界

中将NH 3转化成N 2的生物的新陈代谢类型是 。

(2)植物的根从土壤中吸收N03－是通过 完成的，吸收的N03－与有机物合成为植物蛋白质。 (3)图中①、②、酶和血浆蛋白虽都为蛋白质，但功能各

不相同，从分子结构上看，直接原因是 ；而由于血红蛋白质异常的镰刀型细胞贫血症的根本原因是 。

(4)过程⑤是 ；过程⑥是 ；细胞中⑦的合成场所是 ；

不含氮部分彻底氧化的场所是 。

[解析]本题以生物体蛋白质代谢为问题切入点，考查氮循环的全过程。构成氮循环的主

要环节是：生物体内有机氮的合成（植物吸收土壤中的铵盐和硝酸盐，进而将这些无机氮同

化成植物体内的蛋白质等有机氮；动物直接或间接以植物为食物，将植物体内的有机氮同化

成动物体内的有机氮）、氨化作用（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）、硝化作用（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）、反硝化作用（在氧气不足的条件下，土壤中的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氮，分子态氮则返回到大气中）和固氮作用（大气N 2 6H 2NH

中的分子态氮被还原成氨，这一过程叫做固氮作用）。

至于生物体氨基酸的代谢的知识可由人体氨基酸的代谢的过程分析解答。

[答案] (1)硝化细菌；化能合成；异养厌氧型 (2)主动运输 (3) 蛋白质分子结构不同；

基因突变 (4)脱氨基作用；氨基转换作用；核糖体；线粒体

二、能力提升技巧

具体分析氮循环中几种微生物的特殊作用及其在生态系统中的地位：

[例4]图为生态系中碳循环和氮循环的一部分，A 、B 、C 三类微生物参

与其中，下列说法错误的是 ( )

A ．A 类细菌是自养需氧型，

B 类细菌是异养厌氧型

B ．

C 类微生物只能是异养厌氧型的，否则只能得到氮氧化物

C ．进行C 过程的微生物，有的是自生的，有的是共生的，分别作为生

态系统中的生产者、消费者

D ．A 和C 的活动可增加土壤肥力，而B 的活动导致土壤氮素丧失

[解析]本题主要考查参与氮循环过程中的几种重要微生物的代谢特点、作用及其在生态

系统中的地位。A 为硝化细菌（自养需氧型），B 为反硝化细菌（异养厌氧型），C 为固氮微生

物，包括自生固氮菌（异养需氧型）、共生固氮菌（异养需氧型）和固氮蓝藻（光能自养需氧

型）等。所以，A 和C 的活动可增加土壤氮素，而B 的活动导致土壤氮素丧失。由于固氮酶对

氧极端敏感，一旦遇氧就很快导致不可逆的失活，而大多数的固氮菌都是好氧菌，它们要利

用氧气进行呼吸和产生固氮反应所需大量能量。所以，固氮微生物的固氮过程须在严格的厌

氧微环境中进行。

[答案]B

[解题技巧]由于生物固氮的机理是生命科学领域重大基础性理论问题，生物固氮的机制

的阐明，对于解决作物增产和氮肥的大量使用所带来的水体富营养化等问题具有突破性意义。

所以本部分内容既可结合蛋白质代谢的知识，又可考查微生物的相关知识，还可切入到转基

因固氮工程方面，此外，氮循环还可作为学科间知识的交汇点。

三、基础能力测试

1．右图为根瘤菌入侵豆科植物根的示意图，则将来形成根瘤的

细胞是 （ ）

A ．根毛细胞

B ．内皮层细胞

C ．木质部细胞

D ．韧

皮部细胞

2．豆科植物与根瘤菌的互利共生关系主要体现在 （ ）

A ．豆科植物从根瘤菌获得NH 3，根瘤菌从豆科植物获得糖类