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2011届高考生物第一轮专题复习课件27


第六节

生物固氮

考点
固氮微生 物的 种类 生物固氮 的意义 生物固氮 在农业

高考要求 知识 理 应用 道记 解

三年高考统计

√ √

2007(江苏) 2008( 全国) 2007(江苏)

? 1.从考查内容上:生物固氮在自然界氮循环 中具有十分重要的作用,对于提高农作物 的产量,解决粮食问题也有十分重要的意 义。本节内容在近几年的高考中涉及较多。 ? 2.从考查形式上:2007年江苏生物第33和 36题,全国Ⅰ第30题均以非选择题的形式 考查该部分内容,并且试题中生物固氮和 光合作用的有关知识,经常与新陈代谢类 型、生态系统的成分和细胞的结构等知识 联系在一起进行命题。 ? 3.从赋分和难度上:考查落在该考点,约





? 一、生物固氮的含义 ? 固氮微生物将大气中的 还原为

的过程。

? 二、固氮微生物的种类 种类 特征 项目 代表生物 代谢类型 共生固氮微 生物
根瘤菌 异养需氧型 互利共生 特异性

自生固氮微生物
圆褐固氮菌
异养需氧型 生长素

.

.
.

. 氮素 ①与豆科植 物

氮素和生长素

①独立生活

? 【思考乐园】 ? 圆褐固氮菌生活在土壤里,产生的NH3还需 经过哪些生理过程才能被植物吸收? ? ● 提示: ? 需要在土壤中硝化细菌的作用下将NH3氧 化成NO3-,以主动运输方式被植物吸收。

? ? ? ? ? ? ? ?

三、生物固氮及意义 1.氮循环 (1)氮由无机环境进入生物群落 生物固氮、工业固氮 ①氮气转化为化合态的氮: 、 生物固氮 闪电固氮,其中以 为主。 主动运输 ②植物以 的方式吸收含氮的无机盐 含氮有机物 离子。 氧气不足 (2)氮元素在生物群落中以 的形式 进行传递。 亚硝酸盐 (3)氮元素返回无机环境的途径 ①条件: 。

氮循环 ? 2.意义:在自然界的 中具有十 分重要的意义。 ? 四、生物固氮在农业生产中的应用 根瘤菌 ? 1.对豆科作物进行 拌种,是提高 豆科作物产量的一项有效措施。 绿肥 ? 2.用豆科植物做 。 圆褐固氮菌 ? 3.将 制成菌剂,施到土壤中, 可提高农作物产量。

? 一、固氮微生物的相关知识 ? 1.固氮微生物 ? (1)功能:可将大气中的N2转化为NH3。

? 2.固氮微生物的类型 ? (1)从细胞类型看:均为原核生物,包括固 氮细菌、固氮蓝藻、固氮放线菌等。

? ●特●别●提●醒 ? 自生不等于自养,共生不等于异养:自生 固氮微生物大多为异养型,如巴氏梭菌、 圆褐固氮菌;共生固氮微生物也有自养的, 如与满江红共生的某种蓝藻(鱼腥藻)即为自 养型。

? 【跟踪训练】 ? 1.关于根瘤与根瘤菌的说法中,正确的是 ? ( ) ? A.根瘤即根瘤菌 ? B.根瘤是根瘤菌的聚集体 ? C.根瘤是根瘤菌在其共生植物体内所形成 的癌变 ? D.根瘤是根的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: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。 ? 答案:D ? 点评:根瘤和根瘤菌:根瘤是根内部的一 些薄壁细胞受到根瘤菌分泌物的刺激,不 断进行细胞分裂,从而使该处的组织逐渐 膨大,最终形成根瘤。根瘤菌是形成根瘤 的微生物,只有在根瘤内根瘤菌才能固氮,

? 二、氮循环及参与氮循环的几种微生物的 比较 ? 1.过程

? 2.参与氮循环的几种微生物的比较 作用 在生态系 代谢类 统中的 型 地位

根瘤菌
圆褐固氮 菌

细菌、真 菌

固氮作用 异养需 (N2→NH 氧型 3) 固氮作用 异养需 (N2→NH 氧型 3) 氨化作用 异养需 含氮化合 氧型

消费者

分解者

分解者

? ●特●别●提●醒 ? ①根瘤菌必须侵入到相应的豆科植物的根 内才能固氮。 ? ②固氮微生物产生的NH3,经过硝化细菌的 硝化作用转化为硝酸盐,才更容易被植物 吸收利用。 ? ③禽畜粪便发酵除臭的过程是利用硝化细 菌将NH3转化为硝酸盐的过程。

? 【跟踪训练】 ? 2.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 生物是分解者如反硝化细菌;进行硝化作 用的硝化细菌是生产者。 ? 答案:D

进入 ? 三、氮循环与碳循环的比较 生 物 进入生物 返回大 参与循 群 群落起 气途 环的 落 作用的 径 生物 生物 的 方 式 生产者 、消 绿色植物 费者

? 1.在生态系统中,氮、碳的循环都离不开能 量的流动,能量是它们进行循环的驱动力。 ? 2.碳循环和氮循环二者密不可分。碳循环 中,碳元素的固定、含碳化合物的转化与 分解,离不开含氮化合物——酶的催化作用; 而含氮化合物的合成转化等也离不开含碳 化合物——糖类物质的氧化分解提供的能量。 ? 3.大气中的氮必须通过固氮作用,才能被 植物吸收利用,然后动物再直接或间接以 植物为食获取氮,这是氮循环不同于碳循 环的最大特点(大气中CO2、SO2均可被植 物直接吸收,但N2不可被植物直接吸收)。

? 【跟踪训练】 ? 3.如图表示甲、乙、丙三类微生物在生态 系统碳循环和氮循环中的作用。有关叙述 错误的是 ? ( ) ? A.硝化细菌属于甲类 ? B.乙类使土壤中的氮素含量减少 ? C.根瘤菌属于丙类 ? D.自生丙类微生物都有自养能力

? 解析:由图示分析可知甲为硝化细菌、乙 为反硝化细菌,丙为固氮微生物,自生固 氮微生物不一定是自养型,如圆褐固氮菌 就为异养型。 ? 答案:D

? 题型1 对固氮微生物的考查 ? 例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] 本题考查固氮微生物根瘤菌的固氮 具体分析 结论 作用和生理特点。分析如下: 根瘤菌是共生固氮菌,但也可独 A、B项 立生活在含化合态氮的环境中 错误 ,只是不能进行固氮作用 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 C项正确 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 瘤菌来提供的约占30%~80% D项错误

? [答案] C ? [规律方法] (1)根瘤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。 ? (2)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。

? 【变式训练】 ? 1.下列有关根瘤菌及其生物固氮方面的叙 述,正确的是 ? ( ) ? A.制备根瘤菌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.根瘤菌固氮量与其侵入植物的生长状况

? 解析:制备根瘤菌DNA,不能用纤维素酶 处理细菌细胞壁,因为其细胞壁主要成分 是肽聚糖;根瘤菌属于原核细胞生物,其 基因结构由编码区和非编码区组成,编码 区不含有内含子和外显子,是连续的、不 间隔的;大豆种子用其破碎的根瘤拌种, 使根瘤中的根瘤菌沾上种子,从而有利于 大豆结瘤固氮,提高固氮量和大豆作物产 量。根瘤菌与其侵入的植物间是互利共生 的关系,侵入植物的生长状况将影响根瘤 菌的生活状况,从而影响根瘤菌的固氮量 的多少。

? 题型2 氮循环的过程及相关生物的作用 ? 例2 如图是氮在土壤、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 是丙氨酸,则②过程接受氨基的糖代谢中

? (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] (1)大气中的N2只有还原为NH3,才 能被植物体利用,固氮的方式有生物固氮、 闪电固氮、工业固氮,其中生物固氮为主 要途径,反硝化细菌在缺氧条件下可以将 NO转化为N2返回大气中。 ? (2)氨基酸进入细胞后的代谢途径为脱氨基 作用、转氨基作用或用于合成蛋白质。

? (3)丙氨酸脱氨基后变为丙酮酸,相反丙酮 酸与其他氨基酸通过转氨基作用也可以形 成丙氨酸。构成人体的氨基酸,有些是不 能通过氨基转换作用形成的,只能从食物 中获得,称为必需氨基酸。 ? (4)氮素进入土壤的途径:①含氮肥料;② 生物固氮。而该题中没有涉及到生物固氮, 含氮肥料一方面是⑦形成的尿素,另一方 面是蛋白质等含氮废物通过氨化作用形成 NH3。

? ? ? ? ?

[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 [总结点评] 由题干可获取的主要信息有: ①氮素的循环过程中的各种生理变化;② 蛋白质代谢的过程。该题应把氮循环与蛋 白质代谢过程联系起来解答。

? ? ? ?

●互●动●探●究 (1)②④形成的氨基酸有何不同? (2)⑦⑧进行的场所主要是什么? 提示:(1)②过程只形成非必需氨基酸,④ 过程形成的氨基酸含有必需氨基酸。 ? (2)分别是肝脏和线粒体。

? 题型3 氮循环与碳循环的比较 ? 例3 (2010·海淀模拟)下列关于氮循环和 碳循环的叙述中,不正确的是 ? ( ) ? A.都能通过微生物从大气进入群落 ? B.在群落中都以有机物的形式传递 ? C.都有被分解者利用和释放的过程 ? D.有机物生成无机物都由微生物完成

? [解析] 碳循环中,自养细菌通过化能合成 作用将空气中的二氧化碳合成为有机物; 氮循环中,固氮微生物通过固氮作用将空 气中的N2合成NH3,然后通过硝化细菌的硝 化作用合成硝酸盐,供植物吸收,合成氨 基酸和蛋白质。碳和氮在群落中都以有机 物的形式传递,都有被分解者利用和释放 的过程,但碳循环中,有机物可以通过动 植物的细胞呼吸生成二氧化碳和水。 ? [答案] D ? [总结点评] 该题主要考查了碳循环与氮循 环的区别,正确理解两者的循环过程是解

? 【变式训练】 ? 2.经常松土能提高农作物的产量,这是因 为 ( ) ? ①增强植物的细胞呼吸,为矿质离子的吸 收提供更多的能量 ? ②有利于分解者的活动,提高光合作用的 速率 ? ③有利于圆褐固氮菌的活动,增加肥力促 进植物生长 ? ④促进根系吸收有机肥料,实现物质和能 量的多级利用

? 解析:植物的根系不能吸收有机肥料,有 机肥料必须经过微生物的分解作用转变成 无机物和矿质元素后才能被植物吸收;矿 质元素的吸收需消耗能量,经常松土能增 强植物的细胞呼吸,提供更多的能量;经 常松土,土壤中氧气含量增多,利于土壤 微生物的活动。 ? 答案:C


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