生物固氮专题

生物固氮专题

《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N3 - B NH-+4和N2- NH+4-和NH3 D N3-和N2-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N3-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。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属于异养型生物与豆科植物共生 D只能侵入一种豆科植物（2）在根瘤