生物固氮

生物固氮

一. 教学内容：

生物固氮

二. 学习内容：

本周复习生物固氮，本周内容在高考有涉及，新课程中将固氮的基本原理降低层次，内容不多，但作为高考全面备考思想，还是希望能对此内容能加深理解，同时本周再次将重点内容光合作用做次复习，巩固知识。

三. 学习重点：

1. 光合作用的能量转换过程，有机物的生成，提高光合作用的效率

2. 生物固氮，固氮微生物，氮循环

四. 学习难点：

1. 生物固氮

五.五.复习过程：

（一）固氮类型

固氮：将空气中的氮分子转化成氮化合物的过程

生物固氮：固氮微生物将空气中的还原成氨的过程

每年生物固氮的总量占地球上固氮总量的90%左右，生物固氮在氮循环中起重要作用。

（二）固氮微生物的种类

1. 固氮微生物都是原核微生物，目前共发现100多种。主要有：根瘤菌、蓝藻、放线菌

2. 类型：

（1）共生固氮微生物

指与绿色植物互利共生时才能固氮的微生物

如：根瘤菌——与豆科植物互利共生

弗兰克氏放线菌——与桤木属、杨梅属、沙棘属等植物共生

蓝藻——与红萍等水生蕨类或罗汉松等裸子植物共生，地衣即是。

根瘤菌：在土壤中分布广泛，其固定的氮素占自然界生物固氮的绝大部分

形状：棒槌型、T型、Y型

代谢类型：需氧异养细菌，原核生物

特点：

①只有在侵入到豆科植物的根内才能固氮

②不同的根瘤菌各自只能侵入特定种类的豆科植物

③根瘤菌与豆科植物互利共生

根瘤形成：

①豆科植物幼苗长出后,相应的根瘤菌就侵入到根内

②根瘤菌在根内不断繁殖

③刺激根内薄壁细胞分裂，该处组织膨大形成根瘤

重要意义：豆科植物从根瘤中获得的氮素占所需氮素的30%到80%

（2）自生固氮微生物

指在土壤中能够独立进行固氮的微生物，如：圆褐固氮菌

圆褐固氮菌：异养需氧原核生物（细菌）

结构特点：

①大多是杆菌或短杆菌

②通常是单生或对生生活（显微镜下观察呈8字型）

③细菌外层有一层荚膜

功能特点：

①异养需氧生活

②能独立固氮，固氮能力较强（能在无氮培养基中生长）

③能分泌生长素（促进植株生长和果实发育）

（三）生物固氮的意义：

1. 植物吸收土壤中的氨盐和硝酸盐，在体内将无机氮转化为有机氮

2. 动物直接或间接以植物为食，同化形成动物有机氮

3. 动植物有机氮被微生物分解成氨——氨化作用

4. 氨或氨盐在硝化细菌的作用下最终氧化成硝酸盐----硝化作用

5. 硝酸盐被反硝化细菌等还原成亚硝酸盐，进一步形成分子态氮返回大气——反硝化作用

意义：没有以生物固氮为主的固氮作用,大气中的分子态氮就不能被植物吸收利用。

生物固氮在氮循环中有十分重要的意义。

五. 学习指导：

1. 通过比较，了解共生固氮微生物和自生固氮微生物的差别

2. 生物固氮

氮素在自然界中有多种存在形式。其中数量最多的是大气中的氮气，总量约3.9×1015t。除了少数原核生物以外，其他所有的生物都不能直接利用氮气，必须通过以生物固氮为主的固氮作用才能被植物吸收利用，动物直接或间接以植物为食获取氮。

构成氮循环的主要环节是：生物体内有机氨的合成，氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用。

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。这一过程叫做生物体内有机氮的合成。

动植物的遗体、排泄物的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。

氨化作用和硝化作用产生的无机盐，都能被植物吸收利用。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，这一过程叫做反硝化作用。

大气中的分子态氮被还原成氨，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、工业固氮和大气固氮。据科学家估算，每年生物固氮的总量占地球上固氮总量的90%左右，可见，生物固氮在地球的氮循环中具有十分重要的作用。

氮素是农作物从土壤中吸收的一种大量元素，土壤每年因此要失去大量的氮素。大量施用氮素化肥能保证植物的生长需要，使粮食增产，但同时又造成土壤板结和环境污染。所以人们研究生物固氮，通过生物固氮这条途径使土壤中的氮素得到补充，有利于环保和可持续发展。

3. 固氮原理

生物固氮是在固氮酶的催化作用下进行，固氮酶是由两种蛋白质组成的：一种含有铁，叫做铁蛋白质，另一种含有铁和钼，叫做钼铁蛋白。只有铁蛋白和钼铁蛋白的同时存在，固氮酶才具有固氮的作用。生物固氮过程可以用下面的反应式概括表示：

N2＋6H＋＋nMg－ATP＋6e－ 2NH3＋nMg－ADP＋nPi

需要说明的是：

第一，ATP一定要与Mg结合，形成Mg－ATP复合物后才能起作用；

第二，固氮酶具有底物多样性的特点，除能够催化N2还原成NH3以外，还能催化乙炔还原成乙烯等；

第三，生物固氮过程中实际上还需要黄素氧还蛋白或铁氧还蛋白的参与，这两种物质作为电子载体能够起到传递电子的作用。

铁蛋白与Mg －ATP 结合以后，被黄素氧还蛋白或铁氧还蛋白还原，并与钼铁蛋白暂时结合

以传递电子。铁蛋白每传递一个e －给钼铁蛋白，同时伴随有两个Mg －ATP 的水解，在这一催

化反应中，铁蛋白反复氧化和还原，只有这样，e －和H ＋才能依次通过铁蛋白和钼铁蛋白，最终

传递给N 2和乙炔，使它们分别还原成NH 3和乙烯。

根据生物固氮原理，以下措施可以提高土壤的含氮量：

（1）将圆褐固氮菌制成菌剂，施到土壤，可提高农作物产量。

（2）对豆科植物进行根瘤菌拌种，也能提高豆科植物产量。

（3）用豆科植物做绿肥可以增加土壤含氮量，有利于农作物的增产。

（4）通过转基因技术，可将固氮基因转到非豆科植物中。

【模拟试题】

1. 下列关于叶绿素合成和功能的叙述，错误的是（ ）

A. 光是叶绿素合成的必要条件

B. 低温抑制叶绿素的合成

C. 矿质元素影响叶绿素的合成

D. 提取的叶绿素溶液，给予适宜的温度、光照、CO 2可进行光合作用

2. 下面有关叶绿体的叙述正确的是（ ）

A. 叶绿体中的色素都分布在片层结构的膜上

B. 叶绿体中的色素都分布在外膜和内膜上

C. 光合作用的酶只分布在叶绿体基质中

D. 光合作用的酶只分布在外膜、内膜和基粒上

3. 处于激发态的叶绿素a 所具有的特点是（ ）

A. 具有很高的能量，易失去电子

B. 具有很低的能量，易得到电子

C. 具有很高的能量，是强氧化剂

D. 具有很低的能量，是强还原剂

4. 光合作用过程中，叶绿体中完成活跃的化学能转变为稳定化学能的结构是（

） A. 基质 B. 内膜

C. 外膜

D. 类囊体薄膜

5. 光合作用过程中，电能转换成活跃化学能的反应式之一为：+

+++H e NADP 2

−→−酶NADPH 该反应式电子的根本来源是（ ）

A. 叶绿素a

B. 特殊状态的叶绿素a

C. 吸收和传递光能的色素分子

D. 参与光反应的水分子

6. 在暗反应过程中，NADPH 的作用是（ ）

A. 为C 3化合物还原提供能量

B. 还原C 3化合物

C. 与A TP 的作用完全相同

D. A 和B

7. 在光合作用过程中，碳同化伴随的能量变化是（ ）