《【精品】2011届高考生物第一轮复习经典学案 2-6 生物固氮课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【精品】2011届高考生物第一轮复习经典学案 2-6 生物固氮课件（73页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、n1比较自生固氮微生物与共生固氮微生物的固氮特点及与其他生物的依附关系。n2明确生物固氮在自然界氮循环中的重要地位，掌握生物圈中氮循环过程，分析比较氮循环与硫循环、碳循环的异同点。n3举例说明生物固氮在农业生产中的应用。n一、概念n是指固氮微生物在固氮酶的作用下，将大气中的 还原生成 的过程。N2NH3n二、固氮微生物种类n1共生固氮微生物n(1)概念：是指与一些绿色植物 的固氮微生物互利共生互利共生n(2)举例根瘤菌n2自生固氮微生物n三、生物固氮的意义n1生物固氮在自然界 中具有十分重要的作用。n2固氮途径除生物固氮之外，还有 和n ，生物固氮具有的优点是n 。氮循环氮循环工业固氮工业固氮
2、闪电固氮闪电固氮既节约能源又保既节约能源又保护环境护环境n四、生物固氮在农业生产上的应用n氮素是农作物从 吸收的一种 (“大量”或“微量”)元素n土壤可通过两条途径获得氮素：一是n，二是 (主要)土壤土壤大量大量含氮肥料的施含氮肥料的施用用生物固氮生物固氮n1.固氮微生物n(1)功能：可将大气中的N2转化为NH3，即n(2)生物类别：全为原核微生物(包括固氮细菌、放线菌及蓝藻)。n2自生固氮微生物与共生固氮微生物比较类型比较自生固氮微生物共生固氮微生物固氮特点对其他生物无依存关系，在土壤或培养基中可独立固定空气中的氮气只有与绿色植物共生时方可固氮，单独生活状态下不能固氮在缺氮培养基中的生活状况
3、可在缺氮培养基中生活不可在缺氮培养基中生活类型比较自生固氮微生物共生固氮微生物代谢类型类型比较自生固氮微生物共生固氮微生物固氮量较少多(根瘤菌固定的氮素占自然界生物固氮总量的“绝大部分”)生物举例圆褐固氮菌、梭菌、念珠藻、颤藻类根瘤菌(与豆科植物共生)、蓝藻(与满江红共生)相同点均可将空气中的N2转化为NH3；均为原核生物(所含固氮基因均位于质粒DNA分子上，且基因的编码均是连续的)；可遗传变异的来源均为“基因突变”n3.区分“共生”与“自生”、“自养”与“异养”共生异养、自生自养n(1)“共生”与“自生”n区分“共生”与“自生”的依据是该微生物固氮时是否对其他生物有“依存”关系凡与其他生物(
4、绿色植物)具依存关系即必须与绿色植物共生在一起时方可固氮的微生物，称“共生固氮微生物”，如根瘤菌。若固氮微生物的固氮过程是“自行独立”完成的，并未依存于其他生物，该固氮微生物称为“自生固氮微生物”，如圆褐固氮菌。n(2)“自养”与“异养”n区分“自养”与“异养”的依据是能否将无机物合成有机物，即固氮微生物所需的有机物若需外源供应，如根瘤菌需豆科植物为之提供有机物(糖类)、而圆褐固氮菌需从土壤中摄取现成有机物而生存这样的固氮微生物称“异养型固氮微生物”(无论固氮是“自生”还是“共生”)。同理，若固氮徽生物代谢所需有机物源自“自身制造”而不是外源现成有机物，则应称做“自养型固氮微生物”它可能为“自
5、生”也可能为“共生”，如有些固氮蓝藻(其同化方式为自养型)是自生固氮，但也有些固氮蓝藻尽管是自养型，但其固氮时须与其他植物共生在一起方可固氮(如与满江红共生的鱼腥藻)。n特别提示n(1)凡进行共生固氮的微生物，当与其共生生物分离后便丧失固氮能力。n(2)根瘤菌只能侵入特定的豆科植物，既不可说成“只能侵入一种”，也不可说成“能侵入多种或所有豆科植物”(因为有的根瘤菌只能侵入一种豆科植物，如大豆根瘤菌，而有的根瘤菌则可侵入多种豆科植物，如蚕豆根瘤菌)。n(3)由于圆褐固氮菌不仅具有较强的固氮能力，而且能够分泌生长素，促进植株生长和果实发育。因此，将其制成菌剂施到土壤中，有利于提高农作物的产量。n【
6、例1】(2009石家庄质检)下列关于固氮生物的叙述正确的是()nA固氮生物都是厌氧型生物nB固氮生物能将NO3还原成NH3nC固氮生物都与豆科植物共生nD土壤中的氮素主要来自生物固氮n解析本题考查生物固氮和固氮微生物，为容易题。固氮微生物都能将大气中的N2还原成NH3，固氮微生物具有强大的固氮能力，土壤中的氮素主要来自于生物固氮。固氮微生物有自生的，也有共生的，但并非所有的共生固氮微生物都与豆科植物共生，很多固氮微生物是需氧型生物，如根瘤菌和圆褐固氮菌。n答案Dn下列有关根瘤菌及其生物固氮方面的叙述，正确的是()nA提取根瘤菌DNA时需用纤维素酶处理细胞壁nB根瘤菌的固氮基因编码区含有内含子和
7、外显子nC大豆种子用其破碎的根瘤拌种，不能提高固氮量nD根瘤菌与其侵入的植物是互利共生关系n解析：本题考查根瘤菌的相关知识，中等难度。根瘤菌为细菌，细胞壁成分为肽聚糖，不能被纤维素酶水解；根瘤菌是原核生物，基因的编码区是连续的，没有内含子；根瘤菌只有与相应的豆科植物互利共生时才能固氮，故将大豆种子用根瘤菌拌种，能提高固氮量。n答案：Dn1.比较碳循环、硫循环与氮循环比较项目碳循环硫循环氮循环循环图解比较项目碳循环硫循环氮循环进入生态系统的途径大气中CO2可直接作为各种生产者合成有机物的碳源大气中CO2首先进入生产者体内大气中SO2及水体中SO 均可直接被植物吸收大气中SO2(或水体中SO )首
8、先进入生产者体内N2不可直接进入绿色植物，须经以生物固氮为主的“固氮作用”形成固氮产物，方可被植物吸收利用大气中的N2首先进入固氮微生物体内进入生态系统的形式CO2SO2、SO 比较项目碳循环硫循环氮循环返回无机环境的形式CO2SO2、SON2(NO3-经反硝化细菌转化为N2)返回无机环境的途径生物者、消费者的呼吸作用，分解者的分解作用，化石燃料的燃烧化石燃料的燃烧火山爆发分解者分解作用反硝化细菌的反硝化作用稳态遭破坏后的效应温室效应酸雨水体富营养化等比较项目碳循环硫循环氮循环相同点都是从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程，且循环过程均需能量驱动在生物群落内部进行传递时，均以
9、有机物形式传递循环特点：反复利用，循环流动，具有全球性平衡被打破后，均会引发一系列环境问题，如温室效应、酸雨、光化学烟雾等n2.与氮循环相关的几种重要微生物辨析比较项目微生物种类在氮循环中的作用代谢类型在生态系统中的地位相关链接根瘤菌将N2合成氨共生固氮异养需氧型消费者对豆科作物进行相应的根瘤菌拌种是提高豆科农作物产量的有效措施比较项目微生物种类在氮循环中的作用代谢类型在生态系统中的地位相关链接圆褐固氮菌将N2合成氨自生固氮异养需氧型分解者圆褐固氮菌有较强的固氮能力，且能分泌生长素，促进植株生长和果实发育，故常将其制成菌剂施到土壤中，提高作物产量比较项目微生物种类在氮循环中的作用代谢类型在生态
10、系统中的地位相关链接腐生细菌、真菌将生物遗体中含氮化合物转化为氨氨化作用异养需氧型分解者接通氮元素从生物群落到无机环境的回路，对氮循环具有重要意义比较项目微生物种类在氮循环中的作用代谢类型在生态系统中的地位相关链接硝化细菌将氨转化为硝酸盐，可利用该原理进行沼气降臭硝化作用自养需氧型生产者可将土壤中NH3转化为植物可利用的NO3-，为植物提供氮源，松土肥田即是增加土壤含氧量，促进硝化细菌代谢，增强硝化作用比较项目微生物种类在氮循环中的作用代谢类型在生态系统中的地位相关链接反硝化细菌硝酸盐亚硝酸盐N2反硝化作用异养厌氧型分解者土壤板结、含氧量少，促进了反硝化细菌的代谢，可造成土壤肥力(NO3-)下
11、降，对植物不利，但对氮循环有利固氮蓝藻将N2合成氨自生或共生固氮自养需氧型生产者稻田养萍有利于提高水稻产量，即是利用固氮蓝藻的固氮能力来增加稻田肥力n特别提示n“与氮循环相关”“具固氮能力”n与氮循环相关的微生物有许多类群，即包括各种固氮微生物(如根瘤菌、固氮蓝藻、固氮放线菌等)，也包括各种不具有固氮功能但却参与氮循环过程的其他微生物(如硝化细菌、反硝化细菌等)。n【例2】(2009南昌高三调研)下列与固氮微生物相关的各项叙述中，正确的是()nA豆科植物从根瘤菌获得NH3，根瘤菌从豆科植物获得有机物nB圆褐固氮菌属自生固氮细菌，故其同化作用类型为自养型nC根瘤菌能侵入任何一种豆科植物的根部进行
12、固氮nD根瘤菌的固氮过程必需固氮酶的催化，圆褐固氮菌则不需要n解析考查生物固氮。豆科植物和根瘤菌之间是互利共生的关系；圆褐固氮菌是异养型生物；不同的根瘤菌各自只能侵入特定种类的豆科植物；固氮菌的固氮作用需要酶的催化。n答案An下列有关氮循环中进行固氮作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用的微生物在生态系统中的地位的叙述，正确的是()nA是分解者nB只有分解者和生产者nC只有分解者和消费者nD既有分解者、生产者，又有消费者n解析：进行固氮作用的固氮菌如根瘤菌是消费者；进行氨化作用、反硝化作用的微生物如反硝化细菌是分解者；进行硝化作用的硝化细菌是生产者。n答案：Dn1根瘤菌是一种固氮微生物，其生物学
13、特征之一是()nA在土壤中独立生活时能够固氮nB需氧的异养细菌nC所需能量由自身的线粒体提供nD单细胞真核生物n解析：本题考查根瘤菌的结构与生理特点，为容易题。根瘤菌新陈代谢类型为异养需氧型，是一种共生固氮细菌，为原核生物，无线粒体，独立生活时不能固氮。n答案：Bn2下列关于固氮菌的叙述，错误的是()nA一种根瘤菌能侵入所有种类的豆科植物nB豆科植物与其根瘤内的根瘤菌互利共生nC土壤中的根瘤菌不能固氮nD具有根瘤的豆科植物能以氮气为氮源n解析：根瘤菌是一种共生固氮菌，它必须侵入豆科植物根细胞内与豆科植物共生于一起才能固氮。脱离了豆科植物，根瘤菌将无法固氮，而且根瘤菌是专一共生类型的固氮菌，它只
14、能侵入相应豆科植物根部，并依靠豆科植物提供给有机物，同时也将固氮的产物供给豆科植物。n答案：An3圆褐固氮菌除了具有固氮能力外还能()nA促进植株生根nB促进植株开花nC促进植株种子形成nD促进植株的生长和果实的发育n解析：圆褐固氮菌是一种自生固氮菌，它不仅有固氮的能力，而且可以分泌促进植株的生长和果实的发育所需要的生长素，故答案D是正确的。n答案：Dn4关于根瘤菌生理特点的错误论述是()nA属于原核生物nB属于异养型生物nC与豆科植物共生nD只能侵入一种豆科植物n解析：根瘤菌属于细菌，因此为原核生物；根瘤菌的有机营养需依靠豆科植物光合作用制造的有机物供给，因此属异养型生物；它与豆科植物之间表
15、现为互利共生关系；根瘤菌只能与特定的豆科植物共生，具有专一性，但“特定的”不等于“只有一种”，有的根瘤菌只能侵入一种豆科植物如大豆根瘤菌，有的根瘤菌则可侵入多种豆科植物，如蚕豆根瘤菌可侵入蚕豆、菜豆和豇豆的根。n答案：Dn5关于固氮微生物的叙述正确的是()nA代谢类型是自养需氧型的微生物nB只能与豆科植物共生的微生物nC促进了自然界的氮循环nD能将NO2还原成NH3n解析：本题考查固氮微生物的代谢类型、生态类型及固氮原料与产物。固氮微生物代谢类型繁多，并不只有选项A中所述的自养需氧型，且其生态类型未必为共生，因而B项也不正确。固氮微生物固氮时是将N2转化为NH3，故D项也不正确。固氮微生物固氮
16、是大气中N2转化为植物可吸收利用氮的主要渠道，因而对自然界的氮循环具十分重要的作用。n答案：Cn6氮循环不同于硫循环的是()nA能被微生物利用nB以矿质元素的身份进入植物体内nC能通过微生物从大气进入植物体nD在生物群落内通过有机物传递n解析：氮循环与硫循环中均可涉及A、B、D所述内容，但氮循坏不同于硫循环的是可通过固氮微生物作媒介使氮素由大气进入植物体。n答案：Cn7能把植物遗体中的氮素首先进行转化的生物在生态系统中的地位是()nA生产者B消费者nC分解者 D寄生者n解析：考查生态系统中氮循环的途径。植物、动物遗体中的含氮有机物经分解者的分解作用生成NH3，又经硝化细菌的作用氧化成NO被植物
17、重新吸收利用。n答案：Cn8下列对豆科作物进行根瘤菌拌种的说法中，正确的是()nA. 将豆科作物种子沾上根瘤菌nB将豆科作物种子沾上一定浓度的根瘤菌nC将豆科作物种子沾上相应的根瘤菌nD将豆科作物种子沾上固氮微生物n解析：由于根瘤菌的共生作用具有专一性，即根瘤菌只能与特定的豆科植物共生，因此，对豆科作物进行根瘤菌拌种时应将种子沾上与该豆科作物相适应的根瘤茵。n答案：Cn9如图表示巴氏梭菌在不同含氧量时的固氮量变化曲线，请分析回答下列问题：n(1)随着含氧量的增高，巴氏梭菌的固氮量_。这说明其异化作用类型属于_。n(2)在自然自件下，巴氏梭菌常与腐生细菌生活在一起。腐生细菌吸收氧气，对巴氏梭菌有
18、何作用？_。n巴氏梭菌能产生某种抗菌素，抑制真菌的生长，有利于腐生细菌的生长繁殖。n(3)巴氏梭菌与腐生细菌的关系在生态学上可称为_。但它们又都以土壤中的腐殖质或有机物质为营养来源，因此，它们的关系还包括_。n(4)下面左侧为与氮循环相关的生物，右侧为氮循环中物质的转化过程，请将相关内容连线。n根瘤菌 将动植物遗体、排泄物中含氮有n圆褐固氮菌 机物转化为NH3n硝化细菌将土壤中NO3-转化为N2n反硝化细菌 将土壤中NH3转化为NO3-n腐生细菌、真菌 将大气N2转化为NH3n解析：(1)图中显示巴氏梭菌的固氮量随含氧量增高而减少，表明巴氏梭菌的异化作用类型为厌氧型。(2)巴氏梭菌与腐生细菌生
19、活在一起时，腐生细菌大量消耗氧气为巴氏梭菌营造厌氧环境，有利于其异化作用。(3)巴氏梭菌与腐生细菌既可表现出种间互助关系，又可因共同利用有机营养而表现为竞争。(4)根瘤菌、圆褐固氮菌均可固氮。n答案：(1)减少厌氧型n(2)为巴氏梭菌创造了缺氧条件n(3)种间互助竞争n(4)n教学建议n1掌握生物固氮在氮循环中的地位，从而更好地掌握氮循环在生产实践中的运用。n2了解固氮微生物在生态系统中的地位，准确把握生物固氮与生态系统物质循环的关系。在氮循环中的作用代谢类型在生态系统中的地位根瘤菌将N2还原为氨异养需氧型消费者圆褐固氮菌将N2还原为氨异养需氧型分解者细菌、真菌将生物遗体中含氮化合物转化为氨异
20、养需氧型分解者硝化细菌将土壤中氨转化为硝酸盐自养需氧型生产者反硝化细菌硝酸盐亚硝酸盐N2异养厌氧型分解者n3.生态系统中氮循环和碳循环及其相互关系的简图如下：n备用选题n1(2008全国卷)下列对根瘤菌的叙述，正确的是()nA根瘤菌在植物根外也能固氮nB根瘤菌离开植物根系不能存活nC土壤淹水时，根瘤菌固氮量减少nD大豆植株生长所需的氮都来自根瘤菌n解析：因为根瘤菌是共生固氮菌，但也可独立生活在含化合态氮的环境中，只是不能进行固氮作用，所以A、B选项是错误的；C项中土壤淹水时豆科植物根系缺氧，豆科植物生长不良，不利于根瘤菌的生长繁殖，固氮量会减少；大豆生活中所需要的氮元素由根瘤菌来提供的可高达8
21、0%，这也说明D项是错误的。n答案：Cn借题说明：近年高考中常涉及氮循环与生物固氮的知识，特别对于固氮微生物的类型与特点、固氮方式多有考查，对于根瘤菌和圆褐固氮菌涉及更多。根病菌是自然界中生物固氮的主力军，对自然界氮循环及植物的氮素营养供应具极其重要的作用。根瘤菌与圆褐固氮菌是两类固氮方式(共生固氮与自生固氮)的典型代表，学习本部分务必将二者的固氮特点、代谢类型进行分类与比较，从中把握其内涵。n2(2007江苏生物试题)根瘤菌与豆科植物的关系是(多选)()nA根瘤菌只有侵入豆科植物的根内才能固氮nB根瘤菌与豆科植物之间是寄生关系nC豆科植物供给根瘤菌有机物，根瘤菌供给豆科植物氨nD根瘤菌为豆科
22、植物提供生长素n解析：根瘤菌与豆科植物之间是共生关系不是寄生关系，B项错误；根瘤菌不能为豆科植物提供生长素，D项错误；A、C项能正确表示根瘤菌与豆科植物的关系。n答案：A、Cn3(2007江苏)下图是氮在土壤、植物和动物之间的转化示意图。n(1)大气中的氮主要经过_作用被还原为NH3，然后被植物利用。土壤中的NH3也可经硝化细菌的作用，转化成硝酸盐后被植物吸收。在_情况下，硝酸盐可被一些细菌最终转化为氮气，返回大气中。n(2)动物摄取的蛋白质在消化道内被分解为各种氨基酸，这些氨基酸进入细胞后有3个代谢途径，图中是_作用；是_作用；是_作用。n(3)若图中的氨基酸是丙氨酸，则图中B是_。若图中的
23、氨基酸是谷氨酸，A为丙氨酸，则过程接受氨基的糖代谢中间产物是_。若图中的氨基酸只能从食物中获得，则称为_。n(4)氮返回土壤主要有两个途径：一是图中产生的_(图中C)进入土壤；二是植物和动物遗体中的含氮物质被土壤中的_形成氨而进入土壤。n解析：生物固氮是指固氮微生物将大气中的氮还原成氨的过程，固氮微生物主要是指具有固氮功能的细菌，还包括具有固氮功能的蓝藻和放线菌；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，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；动物细胞可以通过氨基转换作用形成新的氨基酸
24、，但新的氨基酸均是非必需氨基酸；部分动物可以通过排泄排出体内多余的氮(尿素)，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。n答案：(1)生物固氮氧气不足n(2)脱氨基氨基转换(或转氨基)合成n(3)丙酮酸丙酮酸必需氨基酸n(4)尿素微生物分解n4(2007高考天津卷)为研究“圆褐固氮菌对某种植物枝条生根作用的影响”设计相关实验，结果如下图。试管内基质为灭菌的珍珠岩(起固定、通气和吸水作用)。n请据图回答：n(1)为了排除其他微生物对实验结果的影响，配制的灭菌培养液在成分上应具备的主要特点是_。n(2)A中枝条的下端切口处_(有/无)生长素，A与C对比说明：
25、_n_。n(3)上述实验综合分析表明，圆褐固氮菌能促进该植物枝条生根。为进一步探究“圆褐固氮菌是否分泌了促进生根物质”，请完成下列实验：n用灭菌培养液培养圆褐固氮菌。n将培养物过滤，得到菌体和无菌滤过液。n实验分两组，甲组试管中加入基质和灭菌水；乙组取若干试管，加入相同基质，再分别加入_。n分别插入同类枝条，培养并观察。n结果分析：如果_，则表明圆褐固氮菌分泌了促进生根物质。n解析：命题非常巧妙，把固氮微生物和植物激素调节结合起来，具有一定的综合性和新颖性。圆褐固氮菌具有较强的固氮能力，并且能够分泌生长素，促进植株的生长和果实的发育。用实验证明时需注意遵循实验设计的基本原则，结果分析要准确到位
26、，正确区分“结果”与“结论”的差别。n答案：(1)不含氮源n(2)有只有适宜浓度的生长素才能促进该植物枝条生根n(3)不同稀释浓度的等量滤过液n甲组枝条不生根，乙组部分枝条生根n资料卡片n土壤的反硝化作用n反硝化作用是硝酸盐或亚硝酸盐还原为气态氮(分子态氮和氮氧化物)的过程。它是农田土壤中氮素损失的重要途径之一，而且其产物氧化亚氮是一种温室气体并能促进大气中臭氧层的破坏，因而受到广泛的重视。土壤的反硝化势采用15N示踪气体通量法测定，对红壤反硝化势的研究结果表明，红壤的反硝化势比黄泥土、栗钙土、黑土和潮土都低。加葡萄糖使红壤花生地土壤的反硝化势从对照处理的17.6%提高到51.2%，而加入肥土上清液使其提高到28.8%。相关分析表明，土壤反硝化势与土壤有机质含量呈极显著的正相关。看来，土壤有机质含量是制约反硝化活性的主要因素，其次是微生物活性。 请同学们认真完成课后强化作业
