精品备考高考生物高效学习方案考点专项 26生物固氮 新人教版.docx
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精品备考高考生物高效学习方案考点专项26生物固氮新人教版
备考2011高效学习方案生物考点专项
1．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。
2．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。
3．举例说明生物固氮在农业生产中的应用。
一、概念
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。
N2
NH3
二、固氮微生物种类
1．共生固氮微生物
（1）概念：
是指与一些绿色植物的固氮微生物
互利共生
（2）举例——根瘤菌
2．自生固氮微生物
三、生物固氮的意义
1．生物固氮在自然界中具有十分重要的作用。
2．固氮途径除生物固氮之外，还有和
，生物固氮具有的优点是
。
氮循环
工业固氮
闪电固氮
既节约能源又保
护环境
四、生物固氮在农业生产上的应用
氮素是农作物从吸收的一种（“大量”或“微量”）元素
土壤可通过两条途径获得氮素：
一是
，二是（主要）
土壤
大量
含氮肥料的施
用
生物固氮
1.固氮微生物
（1）功能：
可将大气中的N2转化为NH3，即
（2）生物类别：
全为原核微生物（包括固氮细菌、放线菌及蓝藻）。
2．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
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”
3.区分“共生”与“自生”、“自养”与“异养”——共生≠异养、自生≠自养
（1）“共生”与“自生”
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（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。
（2）“自养”与“异养”
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）。
特别提示
（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。
（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）。
（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。
【例1】 （2009·石家庄质检）下列关于固氮生物的叙述正确的是（ ）
A．固氮生物都是厌氧型生物
B．固氮生物能将NO3还原成NH3
C．固氮生物都与豆科植物共生
D．土壤中的氮素主要来自生物固氮
[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。
[答案] D
下列有关根瘤菌及其生物固氮方面的叙述，正确的是（ ）
A．提取根瘤菌DNA时需用纤维素酶处理细胞壁
B．根瘤菌的固氮基因编码区含有内含子和外显子
C．大豆种子用其破碎的根瘤拌种，不能提高固氮量
D．根瘤菌与其侵入的植物是互利共生关系
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。
答案：
D
1.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
CO2
SO2、SO
比较项目
碳循环
硫循环
氮循环
返回无机环境的形式
CO2
SO2、SO
N2（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
①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
②在生物群落内部进行传递时，均以有机物形式传递
③循环特点：
反复利用，循环流动，具有全球性
④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
2.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
特别提示
“与氮循环相关”≠“具固氮能力”
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）。
【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（ ）
A．豆科植物从根瘤菌获得NH3，根瘤菌从豆科植物获得有机物
B．圆褐固氮菌属自生固氮细菌，故其同化作用类型为自养型
C．根瘤菌能侵入任何一种豆科植物的根部进行固氮
D．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
[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。
[答案] A
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（ ）
A．是分解者
B．只有分解者和生产者
C．只有分解者和消费者
D．既有分解者、生产者，又有消费者
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。
答案：
D
1．根瘤菌是一种固氮微生物，其生物学特征之一是（ ）
A．在土壤中独立生活时能够固氮
B．需氧的异养细菌
C．所需能量由自身的线粒体提供
D．单细胞真核生物
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。
答案：
B
2．下列关于固氮菌的叙述，错误的是（ ）
A．一种根瘤菌能侵入所有种类的豆科植物
B．豆科植物与其根瘤内的根瘤菌互利共生
C．土壤中的根瘤菌不能固氮
D．具有根瘤的豆科植物能以氮气为氮源
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。
答案：
A
3．圆褐固氮菌除了具有固氮能力外还能（ ）
A．促进植株生根
B．促进植株开花
C．促进植株种子形成
D．促进植株的生长和果实的发育
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。
答案：
D
4．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
C．与豆科植物共生
D．只能侵入一种豆科植物
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。
答案：
D
5．关于固氮微生物的叙述正确的是（ ）
A．代谢类型是自养需氧型的微生物
B．只能与豆科植物共生的微生物
C．促进了自然界的氮循环
D．能将NO2还原成NH3
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。
答案：
C
6．氮循环不同于硫循环的是（ ）
A．能被微生物利用
B．以矿质元素的身份进入植物体内
C．能通过微生物从大气进入植物体
D．在生物群落内通过有机物传递
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。
答案：
C
7．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（ ）
A．生产者 B．消费者
C．分解者D．寄生者
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被植物重新吸收利用。
答案：
C
8．下列对豆科作物进行根瘤菌拌种的说法中，正确的是（ ）
A.将豆科作物种子沾上根瘤菌
B．将豆科作物种子沾上一定浓度的根瘤菌
C．将豆科作物种子沾上相应的根瘤菌
D．将豆科作物种子沾上固氮微生物
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。
答案：
C
9．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：
（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____________。
（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，对巴氏梭菌有何作用？
___________________________。
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。
（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____________。
（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。
根瘤菌 将动植物遗体、排泄物中含氮有
圆褐固氮菌 机物转化为NH3
硝化细菌将土壤中NO3-转化为N2
反硝化细菌将土壤中NH3转化为NO3-
腐生细菌、真菌将大气N2转化为NH3
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。
答案：
（1）减少 厌氧型
（2）为巴氏梭菌创造了缺氧条件
（3）种间互助 竞争
（4）
●教学建议
1．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。
2．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
3.生态系统中氮循环和碳循环及其相互关系的简图如下：
●备用选题
1．（2008·全国卷Ⅱ）下列对根瘤菌的叙述，正确的是（ ）
A．根瘤菌在植物根外也能固氮
B．根瘤菌离开植物根系不能存活
C．土壤淹水时，根瘤菌固氮量减少
D．大豆植株生长所需的氮都来自根瘤菌
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80%，这也说明D项是错误的。
答案：
C
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。
2．（2007·江苏生物试题）根瘤菌与豆科植物的关系是（多选）（ ）
A．根瘤菌只有侵入豆科植物的根内才能固氮
B．根瘤菌与豆科植物之间是寄生关系
C．豆科植物供给根瘤菌有机物，根瘤菌供给豆科植物氨
D．根瘤菌为豆科植物提供生长素
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。
答案：
A、C
3．（2007·江苏）下图是氮在土壤、植物和动物之间的转化示意图。
（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。
（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①是____________作用；②是____________作用；③是____________作用。
（3）若图中的氨基酸是丙氨酸，则图中B是____________。
若图中的氨基酸是谷氨酸，A为丙氨酸，则②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____________。
（4）氮返回土壤主要有两个途径：
一是图中⑦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。
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，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。
答案：
（1）生物固氮 氧气不足
（2）脱氨基 氨基转换（或转氨基） 合成
（3）丙酮酸 丙酮酸 必需氨基酸
（4）尿素 微生物分解
4．（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）。
请据图回答：
（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__________________________________。
（2）A中枝条的下端切口处____________（有/无）生长素，A与C对比说明：
______________________________
________________________________________________________________________。
（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：
①用灭菌培养液培养圆褐固氮菌。
②将培养物过滤，得到菌体和无菌滤过液。
③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_______。
④分别插入同类枝条，培养并观察。
结果分析：
如果______________________，则表明圆褐固氮菌分泌了促进生根物质。
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，正确区分“结果”与“结论”的差别。
答案：
（1）不含氮源
（2）有 只有适宜浓度的生长素才能促进该植物枝条生根
（3）③不同稀释浓度的等量滤过液
④甲组枝条不生根，乙组部分枝条生根
●资料卡片
土壤的反硝化作用
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。
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