一. 教學(xué)內(nèi)容：
生物固氮
二. 學(xué)習(xí)內(nèi)容：
本周學(xué)生物固氮，掌握生物固氮的概念，固氮微生物的類(lèi)群。共生固氮菌根瘤的特點(diǎn)，自生固氮菌、圓褐固氮菌的特點(diǎn)。了解生物固氮的原理。過(guò)程。掌握氮元素的循環(huán)過(guò)程，以及生物固氮的應(yīng)用。掌握土壤自生，固氮菌的分離實(shí)驗(yàn)，理解實(shí)驗(yàn)原理，初步學(xué)會(huì)制作臨時(shí)涂片的方法。
三. 學(xué)習(xí)重點(diǎn)：
1. 固氮微生物的種類(lèi)
2. 生物固氮的基本過(guò)程
3. 生物固氮的意義以及在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用
4. 掌握土壤自生固氮菌的分離原理
四. 學(xué)習(xí)難點(diǎn)：
1. 固氮微生物的種類(lèi)（自生固氮菌，共生固氮菌）
2. 生物固氮的基本過(guò)程
3. 生物固氮的意義以及在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用
4. 掌握土壤自生固氮菌的分離
五. 學(xué)習(xí)過(guò)程
（一）固氮類(lèi)型
固氮：將空氣中的氮分子轉(zhuǎn)化成氮化合物的過(guò)程
生物固氮：固氮微生物將空氣中的還原成氨的過(guò)程
高能固氮：雷電（形成氮的氧化物）
固氮 化能固氮：工業(yè)合成氨（高溫、高壓、催化劑）
生物固氮：固氮微生物作用
每年生物固氮的總量占地球上固氮總量的90%左右。生物固氮在氮循環(huán)中起重要作用。
（二）固氮微生物的種類(lèi)
1. 固氮微生物都是原核微生物，目前共發(fā)現(xiàn)100多種。主要有：根瘤菌、藍(lán)藻、放線菌
2. 類(lèi)型：
（1）共生固氮微生物
指與綠色植物互利共生時(shí)才能固氮的微生物
如：
根瘤菌——與豆科植物互利共生
弗蘭克氏放線菌——與榿木屬、楊梅屬、沙棘屬等植物共生
藍(lán)藻——與紅萍等水生蕨類(lèi)或羅漢松等裸子植物共生，地衣即是。
根瘤菌：在土壤中分布廣泛，其固定的氮素占自然界生物固氮的絕大部分
形狀：棒槌型、T型、Y型
代謝類(lèi)型：需氧異養(yǎng)細(xì)菌，原核生物
特點(diǎn)：
① 只有在侵入到豆科植物的根內(nèi)才能固氮
② 不同的根瘤菌各自只能侵入特定種類(lèi)的豆科植物
③ 根瘤菌與豆科植物互利共生
根瘤形成：
① 豆科植物幼苗長(zhǎng)出后，相應(yīng)的根瘤菌就侵入到根內(nèi)
② 根瘤菌在根內(nèi)不斷繁殖
③ 刺激根內(nèi)薄壁細(xì)胞分裂，該處組織膨大形成根瘤
重要意義：豆科植物從根瘤中獲得的氮素占所需氮素的30%到80%
（2）自生固氮微生物
指在土壤中能夠獨(dú)立進(jìn)行固氮的微生物，如：圓褐固氮菌
圓褐固氮菌：異養(yǎng)需氧原核生物（細(xì)菌）
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
① 大多是桿菌或短桿菌
② 通常是單生或?qū)ι睿@微鏡下觀察呈8字型）
③ 細(xì)菌外層有一層莢膜
功能特點(diǎn)：
① 異養(yǎng)需氧生活
② 能獨(dú)立固氮，固氮能力較強(qiáng)（能在無(wú)氮培養(yǎng)基中生長(zhǎng)）
③ 能分泌生長(zhǎng)素（促進(jìn)植株生長(zhǎng)和果實(shí)發(fā)育）
生產(chǎn)應(yīng)用：常制作成菌劑，投入到土壤中，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量
① 作用對(duì)象：小麥，水稻，棉花，玉米
② 主要菌種：圓褐固氮菌，棕色固氮菌
③ 施用方式：
a. 基施 以基肥的形式使用
b. 追施 追加在作物的根部，覆蓋土壤
c. 拌種 陰涼處晾干后使用
④ 增產(chǎn)效果：?jiǎn)渭兪褂镁鷦┎荒軡M(mǎn)足農(nóng)作物對(duì)氮營(yíng)養(yǎng)的全部需要，只能是一種補(bǔ)充措施
菌落特點(diǎn)：
① 色澤土褐色
② 表面光滑呈黏稠狀（具有莢膜）
③ 形狀不規(guī)則（通常具有菌毛，具運(yùn)動(dòng)能力）
（3）聯(lián)合固氮微生物（高中了解部分內(nèi)容）
必須生活在根際、葉面或動(dòng)物的腸道等處才能固氮的微生物
如：
雀稗固氮菌、固氮螺菌——生活在玉米、雀稗、水稻和甘蔗等植物根內(nèi)的皮層細(xì)胞間
特點(diǎn)：具有一定的專(zhuān)一性，但不形成根瘤那種特殊結(jié)構(gòu)
可以進(jìn)行自行固氮，介于自生固氮和共生固氮之間
（三）生物固氮過(guò)程：
1. 生物固氮是在細(xì)胞內(nèi)的固氮酶的催化下進(jìn)行的，不同固氮微生物的固氮酶的催化作用基本相同
2. 基本過(guò)程：
（1）將N2還原成NH3，將C2H2還原成C2H4
（2）需要e和H+（來(lái)自植物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)）
（3）需要ATP提供能量是一個(gè)釋能過(guò)程
3. 固氮酶：有兩種蛋白質(zhì)組成，只有兩種蛋白質(zhì)同時(shí)存在時(shí)才能起固氮作用
（1）兩種蛋白質(zhì)分別是：含鐵的蛋白質(zhì)——鐵蛋白；含有鐵和鉬的蛋白質(zhì)——鉬鐵蛋白
（2）電子先傳遞給鐵蛋白，然后傳遞給鉬鐵蛋白，最終被或接受
（3）ATP一定要與Mg結(jié)合，形成Mg—ATP復(fù)合物才能起作用
（4）具有底物多樣性
（四）生物固氮的意義：
1. 植物吸收土壤中的氨鹽和硝酸鹽，在體內(nèi)將無(wú)機(jī)氮轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮
2. 動(dòng)物直接或間接以植物為食，同化形成動(dòng)物有機(jī)氮
3. 動(dòng)植物有機(jī)氮被微生物分解成氨——氨化作用
4. 氨或氨鹽在硝化細(xì)菌的作用下最終氧化成硝酸鹽——硝化作用
5. 硝酸鹽被反硝化細(xì)菌等還原成亞硝酸鹽，進(jìn)一步形成分子態(tài)氮返回大氣——反硝化作用
意義：沒(méi)有以生物固氮為主的固氮作用，大氣中的分子態(tài)氮就不能被植物吸收利用。生物固氮在氮循環(huán)中有十分重要的意義。
（五）生物固氮在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用：
1. 補(bǔ)充土壤損失的氮元素（兩種途徑：a. 施用氮素化肥，農(nóng)家肥補(bǔ)充 b. 生物固氮補(bǔ)充）
2. 提高豆科作物的產(chǎn)量根（瘤菌拌種種植增產(chǎn)10%~20%）
3. 豆科作物做綠肥明顯提高土壤的氮素含量
4. 讓非豆科農(nóng)作物自行固氮不僅能提高產(chǎn)量，還有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)
（六）自生固氮菌的分離：
1. 原理：農(nóng)田表層土壤制成的稀泥漿接種到無(wú)氮培養(yǎng)基中，只有自生固氮菌才能生長(zhǎng)繁殖。其他細(xì)菌因?yàn)闆](méi)有生長(zhǎng)繁殖所必須的氮素營(yíng)養(yǎng)，所以無(wú)法生長(zhǎng)。從而將自生固氮菌分離開(kāi)來(lái)。
2. 方法步驟：
（1）接種：
① 將滅過(guò)菌的無(wú)氮培養(yǎng)基，在37攝氏度恒溫箱中培養(yǎng)一兩天，挑選沒(méi)有生長(zhǎng)任何微生物的使用
② 取10克土壤混5mL無(wú)菌水用無(wú)菌玻璃棒攪勻
③ 無(wú)菌操作在挑選的培養(yǎng)基上接種
④ 標(biāo)記內(nèi)容
（2）培養(yǎng)：
在恒溫箱中，28至30攝氏度條件下培養(yǎng)3到4天
（3）觀察：
觀察接種效果，泥漿周?chē)舫霈F(xiàn)黏液，先為無(wú)色透明，以后為乳白色，最后變成褐色，表明含有自生固氮菌
（4）鏡檢：
① 制作臨時(shí)涂片：
載玻片用酒精消毒，中央滴入無(wú)菌水
無(wú)菌操作條件下挑粘液涂在載玻片水滴中，用結(jié)晶紫染液染色
另取載玻片做推片，推出均勻菌膜
② 干燥：
涂片自然干燥（不用加熱，以免破壞菌膜）
③ 觀察
依次用低倍鏡，高倍鏡觀察，自生固氮菌染成紫色
【模擬試題】
1. 根瘤菌的代謝類(lèi)型是（ ）
A. 異養(yǎng)、需氧型 B. 自養(yǎng)、需氧型
C. 自養(yǎng)、厭氧型 C. 異養(yǎng)、厭氧型
2. 生物固氮的說(shuō)法中正確的是（ ）
A. 固氮微生物將空氣中的氮還原成氨
B. 豆科植物能進(jìn)行生物固氮
C. 自生固氮微生物的能量最終來(lái)源是光能
D. 共生固氮微生物的能量最終來(lái)源是化學(xué)能
3. 關(guān)于根瘤菌的說(shuō)法正確的是（ ）
A. 根瘤是根瘤菌的聚合體
B. 根瘤是根瘤菌刺激共生植物產(chǎn)生癌變的結(jié)果
C. 根瘤是根的內(nèi)皮層薄壁細(xì)胞受到根瘤菌的分泌物刺激產(chǎn)生分裂，組織肥大形成
D. 根瘤菌在根瘤內(nèi)是一種無(wú)氧環(huán)境
4. 下列生物中不可能具有固氮能力的微生物的是（ ）
A. 放線菌 B. 硝化細(xì)菌
C. 根瘤菌 D. 藍(lán)藻
5. 下列各項(xiàng)中與生物固氮過(guò)程無(wú)關(guān)的是（ ）
A. 固氮酶 B. 硝酸根
C. 三磷酸腺苷 D. 質(zhì)子氫
6. 有關(guān)圓褐固氮菌的說(shuō)法正確的是（ ）
A. 能促進(jìn)植物開(kāi)花
B. 促進(jìn)植物的生長(zhǎng)和果實(shí)的發(fā)育
C. 促進(jìn)果實(shí)的成熟
D. 促進(jìn)植物對(duì)氮元素的吸收和利用
7. 生物固氮過(guò)程中，最終的電子受體是（ ）
A. N2和C2H2 B. NH3
C. 乙烯 D. NADP+
8. 豆科植物固氮能力最強(qiáng)的時(shí)期是（ ）
A. 成長(zhǎng)時(shí)期 B. 幼苗時(shí)期
C. 開(kāi)花時(shí)期 D. 開(kāi)花后
9. 根瘤菌體內(nèi)的固氮酶特性的敘述中錯(cuò)誤的是（ ）
A. 高效性 B. 專(zhuān)一性
C. 底物多樣性 D. 受環(huán)境的PH值影響
10. 關(guān)于自生固氮菌的說(shuō)法不正確的是（ ）
A. 通常細(xì)菌外面具有一層莢膜
B. 一般情況是單生或?qū)ι?/span>
C. 大多是桿菌或短桿菌
D. 是自養(yǎng)需氧代謝類(lèi)型
11. 分離自生固氮菌的培養(yǎng)基的配置中不能加入下列那種成分（ ）
A. 瓊脂 B. K2HPO4
C. Mg（NO3）2 D. 葡萄糖
12. 圓褐固氮菌生長(zhǎng)處形成的菌落狀態(tài)是（ ）
A. 乳白色，粘稠狀光滑不規(guī)則菌落
B. 乳白色，干燥態(tài)規(guī)則圓滑菌落
C. 土褐色，粘稠狀光滑不規(guī)則菌落
D. 土褐色，干燥態(tài)規(guī)則圓滑菌落
13. 制作圓褐固氮菌的裝片時(shí)方法是（ ）
A. 挑少許黏液，用結(jié)晶紫染色自接壓片，晾干觀察
B. 挑少許黏液，用結(jié)晶紫染色制作推片，晾干觀察
C. 挑少許黏液，用結(jié)晶紫染色自接壓片，烘干觀察
D. 挑少許黏液，用結(jié)晶紫染色制作推片，烘干觀察
14. 生物固氮過(guò)程中所利用的ATP來(lái)自于（ ）
A. 光合作用過(guò)程 B. 根的呼吸作用
C. 氨的氧化過(guò)程 D. 固氮菌的呼吸作用
15. 下列關(guān)于生物固氮的說(shuō)法中正確的是（ ）
A. 固氮微生物將自然界中的含氮化合物還原成氨的過(guò)程
B. 固氮微生物將空氣中的N2還原成氨的過(guò)程
C. 將空氣中游離的氮轉(zhuǎn)化成氮的化合物的過(guò)程
D. 生物將大氣中的氮及其化合物轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮的過(guò)程
16. 下列對(duì)豆科作物進(jìn)行根瘤菌拌種的說(shuō)法中正確的是（ ）
A. 將豆科作物種子沾上根瘤菌即可
B. 將豆科作物沾上一定濃度的根瘤菌即可
C. 將豆科作物種子沾上相應(yīng)的根瘤菌即可
D. 將豆科作物種子沾上固氮微生物即可
17. 固氮菌的生物固氮過(guò)程理解錯(cuò)誤的是（ ）
A. 電子和氫離子由根瘤菌的有氧呼吸過(guò)程提供
B. 該過(guò)程是一個(gè)氧化還原反應(yīng)，其還原劑是N2
C. 固氮酶不僅起催化反應(yīng)作用，它還具有傳遞電子和H+功能
D. ATP在該反應(yīng)中是一個(gè)水解釋能過(guò)程
18. 通過(guò)某些微生物的作用，把空氣中游離的氮素固定轉(zhuǎn)變?yōu)楹衔?，這一過(guò)程就是一種生物固氮作用。為確定固氮的最終產(chǎn)物，做了如下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：（1）把固氮菌培養(yǎng)在含15N2的空氣中，細(xì)胞迅速固定氮素，短期內(nèi)細(xì)菌的谷氨酸中出現(xiàn)大量的15N。（2）如果把細(xì)菌培養(yǎng)在含有15NH3的培養(yǎng)基中，固氮能力立刻停止，但吸入氨態(tài)氮迅速轉(zhuǎn)入谷氨酸中。由此可以推斷，該微生物固氮最終產(chǎn)物是（ ）
A. NH3 B. NO2 C. D. 谷氨酸
19. 下列哪些關(guān)于生物固氮的說(shuō)法是正確的（ ）
（1）固氮生物都是原核生物 （2）固氮菌都是共生的
（3）固氮菌都是厭氧型細(xì)菌 （4）所有的固氮酶都對(duì)氧敏感
A.（1）（2） B.（3）（4） C.（1）（3） D.（1）（4）
20. 豆科植物與根瘤菌的共生關(guān)系主要體現(xiàn)在（ ）
A. 根瘤菌為豆科植物提供氮肥，豆科植物為根瘤菌提供氧氣
B. 根瘤菌為豆科植物提供氧氣，豆科植物為根瘤菌提供氮肥
C. 根瘤菌為豆科植物提供氮肥，豆科植物為根瘤菌提供水和二氧化碳
D. 根瘤菌為豆科植物提供氮肥，豆科植物為根瘤菌提供有機(jī)物
21. 不能為植物提供氮源，但可以使含氮無(wú)機(jī)鹽成為氮?dú)夥祷氐娇諝庵械纳锸?/span>（ ）
A. 根瘤菌 B. 圓褐固氮菌 C. 硝化細(xì)菌 D. 反硝化細(xì)菌
22. 栽種農(nóng)作物時(shí)要“正其行，通其風(fēng)”，有利于提高產(chǎn)量。其原因是（ ）
A. 有利于充分利用光能 B. 有利于釋放氧氣
C. 有利于吸收較多的CO2 D. 有利于充分吸水
23. 硝化細(xì)菌通過(guò)化能合成作用形成有機(jī)物，需要下列哪種環(huán)境條件（ ）
A. 具有氮及缺氧 B. 具有氨和氧
C. 具有硝酸和氧 D. 具有硝酸及缺氧
24. 給含氨較多的土壤中耕松土，有利于提高土壤肥力，其原因是（ ）
A. 改善土壤通氣，根呼吸作用加強(qiáng)
B. 增加土壤中的含量
C. 改善土壤通氣，硝化細(xì)菌繁殖快，有利于土壤中硝酸鹽增加
D. 改善土壤營(yíng)養(yǎng)狀況，使根瘤菌繁殖加快
25. C4植物體內(nèi)的光合作用（ ）
A. 產(chǎn)生丙酮酸 B. 須在暗中進(jìn)行 C. 需要ATP D. 釋放CO2
26. C4植物比C3植物更有效率，這是因?yàn)?/span>（ ）
A. 在最適條件下C4植物光合作用可用更少的光量子來(lái)固定1mol CO2
B. C4植物光合作用比C3植物光合作用可在更低的CO2濃度下進(jìn)行
C. C4植物光合作用需要更少種類(lèi)的礦質(zhì)元素
D. C4植物光合作用用水量更經(jīng)濟(jì)
27. 施用農(nóng)家肥能提高光合作用效率的原因是農(nóng)家肥（ ）
A. 含有較多氮，磷，鉀 B. 被分解后產(chǎn)生較多CO2
C. 含有較多固氮微生物 D. 能使土壤疏松涵養(yǎng)水分
28. 蠶豆根瘤菌的入侵對(duì)象是（ ）
A. 大豆的根 B. 豇豆的根 C. 菜豆的根 D. 蠶豆的根
29. 圓褐固氮菌在固氮過(guò)程中需要（ ）
A. 固氮酶 B. 電子 C. 氫離子 D. ATP
30. 土壤中的氮素來(lái)自（ ）
A. 氮素化肥 B. 固氮微生物 C. 農(nóng)家肥 D. 閃電打雷
31. 下圖為生態(tài)系統(tǒng)中氮循環(huán)和碳循環(huán)及其相互關(guān)系圖。分析回答：
（1）圖中①過(guò)程為__________________，過(guò)程②為_________________。
（2）反硝化細(xì)菌的生理過(guò)程在何種情況下發(fā)生？______________。是由圖中的哪個(gè)標(biāo)號(hào)體現(xiàn)的？____。如果地球上沒(méi)有反硝化細(xì)菌這類(lèi)生物，你預(yù)測(cè)會(huì)出現(xiàn)什么情況？__________________。
（3）如果土壤板結(jié)或長(zhǎng)期水淹，陸生植物通過(guò)④過(guò)程獲得的氮素能否滿(mǎn)足其生理需要？________。其原因是_________________。
（4）如果圖示是一個(gè)大棚生態(tài)系統(tǒng)，遇到連續(xù)陰雨天氣，你認(rèn)為采取何種措施對(duì)植物的生長(zhǎng)較為有利？____________。采取這種措施的目的是_______________。
（5）施氮肥過(guò)多可能對(duì)植物及環(huán)境造成的影響主要有哪些方面？____________
【試題答案】
1. A 2. A 3. C 4. B 5. B 6. B 7. A 8. C 9. C 10. D
11. C 12. C 13. B 14. D 15. B 16. C 17. A 18. A 19. D 20. D
21. D 22. C 23. B 24. C 25. AC 26. BD 27. ABD 28. BCD
29. BCD 30. ABCD
31.
（1）光合作用；呼吸作用
（2）氧氣不足；⑥；空氣中氮?dú)庠絹?lái)越少
（3）不能；土壤中缺氧，呼吸作用減弱，吸收的氮素減少，所以不能滿(mǎn)足植物生理活動(dòng)的需要
（4）適當(dāng)降溫；降低呼吸消耗（或答：補(bǔ)充人工光照；增強(qiáng)植物的光合作用）
（5）① 會(huì)使土壤濃度過(guò)高，從而造成植物的萎蔫甚至“燒苗”現(xiàn)象；
② 植物吸收的氮素過(guò)多，會(huì)出現(xiàn)葉色深綠，生長(zhǎng)過(guò)旺，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)周期延長(zhǎng)，生殖生長(zhǎng)受影響，成熟期延遲，產(chǎn)量下降（尤其是利用其花和果實(shí)的植物，如棉花，大豆等大多數(shù)農(nóng)作物）；容易造成環(huán)境污染：一部分經(jīng)土壤微生物的轉(zhuǎn)化，以氮氧化物的形式進(jìn)入大氣，造成大氣污染，另一部分隨水土流失進(jìn)入水體，造成水體富營(yíng)養(yǎng)化。
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