考點(diǎn)11生物固氮

1、考點(diǎn) 11 生物固氮固氮微生物的類型 生物固氮在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用生物固氮和生物體內(nèi)氮素代謝的綜合考查 生物固氮的研究前景經(jīng)典易錯(cuò)題會(huì)診命題角度一固氮微生物的類型1 有關(guān)根瘤菌及其生物固氮方面的敘述，正確的是 A制備根瘤菌DNA時(shí)需用纖維素酶處理細(xì)胞壁 B根瘤菌的固氮基因編碼區(qū)含有內(nèi)含子和外顯子 C大豆種子用其破碎的根瘤拌種，不能提高固氮量 D根瘤菌固氮量與其侵入植物的生長(zhǎng)狀況有關(guān)考場(chǎng)錯(cuò)解A 專家把脈對(duì)固氮微生物的分類歸屬和原核生物的結(jié)構(gòu)組成不熟悉而錯(cuò)答。固氮微生物都是原核生物，原核生物的細(xì)胞壁不含纖維素；原核細(xì)胞的基因編碼區(qū)是連續(xù)的、不間斷的，無內(nèi)含子和外顯子之分。豆科植物可與根瘤菌共生，用破

2、碎的根瘤菌與大豆種子拌種，當(dāng)然可提高固氮量。根瘤菌只有在根瘤發(fā)育成熟時(shí)才能固氮，且固氮量與其宿主生長(zhǎng)發(fā)育狀況有關(guān)。固氮量最高的時(shí)期是營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)最旺盛的時(shí)期即開花期之前。 對(duì)癥下藥D2 根瘤菌是一種固氮微生物，其生物學(xué)特征之一是 A在土壤中獨(dú)立生活時(shí)能夠固氮 B需氧的異養(yǎng)細(xì)菌 C所需能量由自身的線粒體提供 D單細(xì)胞真核生物 考場(chǎng)錯(cuò)解C 專家把脈思維定勢(shì)造成誤選，認(rèn)為根瘤菌為需氧型微生物，所以其能量應(yīng)來自線粒體。但是根瘤菌屬于原核生物，只有核糖體而沒有線粒體，它含有有氧呼吸酶系統(tǒng)，所以它的能量應(yīng)來自細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。 對(duì)癥下藥 B專家會(huì)診人們現(xiàn)在所知道的固氮生物都屬于個(gè)體微小的原核生物，所以，固氮生物又叫

3、做固氮微生物。根據(jù)固氮微生物的固氮特點(diǎn)以及與植物的關(guān)系，可以將它們分為自生固氮微生物、共生固氦微生物和聯(lián)合固氮微生物3類。 自生固氮微生物在土壤或培養(yǎng)基中生活時(shí)，可以自行固定空氣中的分子態(tài)氮，對(duì)植物沒有依存關(guān)系。常見的自生固氮微生物包括以圓褐固氮菌為代表的好氧自生固氮菌、以梭菌為代表的厭氧自生固氮菌，以及以魚腥藻、念珠藻和顫藻為代表的具有異形胞的固氮藍(lán)藻(異形胞內(nèi)含有固氮酶，可以進(jìn)行生物固氮)。 共生固氮微生物只有和植物互利共生時(shí)，才能固定空氣中的分子態(tài)氦。共生固氦微生物可以分為兩類：一類是與豆科植物互利共生的根瘤菌，以及與榿木屬、楊梅屬和消棘屬等非豆科植物共生的弗蘭克氏放線菌：另一類是與紅萍

4、(又叫滿江紅)等水生蕨類植物或羅漢松等裸子植物共生的藍(lán)藻，藍(lán)藻和某些真菌形成的地衣也屬于這一類。 有些固氦微生物，如固氮螺菌、雀稗固氮菌等，能夠生活在玉米、雀稗、水稻和甘蔗等植物根內(nèi)的皮層細(xì)胞之間。這些固氦微生物和共生的植物之間具有一定的專一性，但是不形成根瘤那樣的特殊結(jié)構(gòu)。這些固氮微生物還能夠自行固氮。它們的固氮特點(diǎn)介于自生固氮和共生固氮之間，因此叫做聯(lián)合圍氮。考場(chǎng)思維訓(xùn)練1 下列有關(guān)生物固氮的描述錯(cuò)誤的是 A豆科植物的根瘤是發(fā)生固氮作用的部位 B土壤中獨(dú)立生活的根瘤菌也能固氮 C不同的根瘤菌只能侵入特定種類的豆科植物 D根瘤菌通過固氮作用形成氨1B解析：根瘤菌只有在共生條件下且是根瘤發(fā)育完

5、成時(shí)才能固N(yùn)。2 下列有關(guān)固氮菌的敘述，錯(cuò)誤的是 A-種根瘤菌能侵入所有種類的豆科植物 B豆科植物與其根瘤內(nèi)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?dú)鉃榈?A解析：根瘤菌是共生固氮菌，不能獨(dú)立生活，只有侵入特定種類的豆科植物的根內(nèi)才能固氮。命題角度二生物固氮在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用1 培豆科植物可以提高土壤肥力，原因是與豆科植物共生的根瘤菌利用固氮酶把( ） AN2轉(zhuǎn)變?yōu)镹H3 BHN03轉(zhuǎn)變?yōu)镹H3 CN2轉(zhuǎn)變?yōu)镹03- DNH3轉(zhuǎn)變?yōu)镹03- 考場(chǎng)錯(cuò)解D 專家把脈 不會(huì)分辨固氮作用和硝化作用，生物固氮是指把N2固定成NH3，而硝化作用則是指把NH3氧化成HN3的過

6、程。對(duì)癥下藥 A專家會(huì)診1解題關(guān)鍵是要審題，明確生物固氦的應(yīng)用及其方式，一般有以下四種： 固定氮素肥料，減少化肥使用量，節(jié)約了能源，保護(hù)了環(huán)境： 對(duì)豆科作物進(jìn)行根瘸菌拌種，提高產(chǎn)量： 用豆科植物做綠肥，提高土壤肥力和有機(jī)質(zhì)，改良土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤通氣性和保水性：使用自生固氮菌劑提供農(nóng)作物氮素營(yíng)養(yǎng)并促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)。2聯(lián)系相關(guān)知識(shí)，分析其應(yīng)用的原理。考場(chǎng)思維訓(xùn)練關(guān)于生物固氮在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，不正確的是 A自然界每年通過生物固氮所提供的氮素約4×108 t B經(jīng)過根瘤菌拌種的豆科植物，可以增產(chǎn)1020 C用固氮基因工程讓非豆科作物固氮，不僅能明顯地提高糧食產(chǎn)量，而且有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)

7、D固氮菌中由核糖體合成、經(jīng)高爾基體加工后具生物活性的固氮酶，能將N2還原成HN03D解析：固氮酶能將N2還原成NH2。探究開放題解答綜合問題一生物固氮和物體內(nèi)氮素代謝的綜合考查1 下面對(duì)氮循環(huán)的說法中，正確的一項(xiàng)是 A生物固氮過程就是通過固氮微生物，把大氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為硝酸鹽 B動(dòng)物產(chǎn)生的尿素通過轉(zhuǎn)化可被植物吸收利用 C氮元素一旦進(jìn)入生物體內(nèi)就不會(huì)再形成氮?dú)?D生物體內(nèi)氮的來源，主要是由閃電的固氮作用 解題思路 生物固氮是將大氣中的氮?dú)膺€原成氨的過程，而不是轉(zhuǎn)化為銨鹽，動(dòng)物產(chǎn)生的尿素可轉(zhuǎn)化為銨鹽，然后被植物吸收利用；氮元素進(jìn)入生物體可通過反硝化細(xì)菌的作用轉(zhuǎn)化為氮?dú)?；植物體內(nèi)氮的來源主要來自植物

8、從土壤中吸收，動(dòng)物體內(nèi)的氮主要來自食物中的有機(jī)氮。 解答B(yǎng)2 圓褐固氮菌固氮后形成的產(chǎn)物 A可以直接被植物吸收利用 B經(jīng)過分解者作用后才能被植物吸收 C經(jīng)過動(dòng)物代謝后才能被植物吸收利用 D經(jīng)某種生產(chǎn)者的作用后才能被植物吸收利用 解題思路 圓褐固氮菌的產(chǎn)物是NH3，而植物并不能直接利用NH3，一般需經(jīng)硝化細(xì)菌的化能合成作用，將其氧化為硝酸鹽后才能被植物吸收利用。硝化細(xì)菌即是一種生產(chǎn)者。 解答D規(guī)律總結(jié)此類題為中等難度題，考查形式屬學(xué)科內(nèi)綜合。答題時(shí)要把生物固氮和動(dòng)植物代謝聯(lián)系起來。要會(huì)分析固氮作用產(chǎn)生的氨一般先要經(jīng)硝化作用轉(zhuǎn)化成N03-才能被綠色植物同化為自身的有機(jī)含氮化合物(如蛋白質(zhì))，動(dòng)物攝

9、食后經(jīng)消化、吸收進(jìn)而同化為自身含氦有機(jī)物(如蛋白質(zhì))，動(dòng)物體內(nèi)的含氮有機(jī)物經(jīng)分解產(chǎn)生的代謝終產(chǎn)物中，氮以尿素的形式被排出體外。由此可見只要逐步分析，此類題就可輕松作答。綜合問題二生物固氮的研究前景1蛋白質(zhì)是生物體的主要組成物質(zhì)，有若干種蛋白質(zhì)的參加才使生物得以存在和延續(xù)。各種蛋白質(zhì)都是由多種氨基酸結(jié)合而成的。氮是氨基酸的主要組成元素。全世界工業(yè)合成氮肥中的氮只占固氮總量的20，絕大多數(shù)是通過生物固氮進(jìn)行的，最常見的是生活在豆科植物根部的根瘤菌，它能將大氣中游離態(tài)的氮，經(jīng)過固氮酶的作用生成氮的化合物(NH3)，以利于植物的利用，而豆科植物為根瘤菌提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。請(qǐng)回答下列問題： (1)固氮通常有三

10、種途徑： 、 和 。根瘤菌和豆科植物的關(guān)系在生物學(xué)上稱 為 。 (2)固氮生物包括 A滿江紅 B大豆根瘤菌 C硝化細(xì)菌 D藍(lán)藻門中的念珠藻 (3)根瘤菌之所以能進(jìn)行固氮作用是因?yàn)樗歇?dú)特的固氮酶，而根本原因是它具有獨(dú)特的 。 (4)如果直接將固氮基因重組到水稻、小麥等經(jīng)濟(jì)作物細(xì)胞中，建立“植物的小型化肥廠”，讓植物本身直接固氮，這樣可以免施氮肥。這種創(chuàng)造新品種乃至新物種的重組DNA技術(shù)生物學(xué)上稱為 。 (5)這種重組DNA技術(shù)中最常見的載體是 A病毒DNA B細(xì)菌DNA C植物DNA D動(dòng)物DNA_ 解題思路 (1)固氮途徑有3種：生物固氮、高能固氮、 Clk固氮；根瘤菌與豆科植物是共生關(guān)系。

11、(2)除硝化細(xì)菌外，其余3種生物都能固氮。(3)固氮生物之所以能固氮，根本原因是它們具有固氮基因。(4)讓非固氮生物能直接固氮，只能用DNA重組技術(shù)即基因工程培育新品種。一般情況下基因工程中最常用的載體是細(xì)菌質(zhì)粒。 解答 (1)生物固氮 高能固氮 工業(yè)固氮共生 (2)ABD(3)固氮基因 (4)基因工程 (5)B2 全世界工業(yè)合成氮肥中的氮只占固氮總量的20，絕大多數(shù)是通過生物固氮進(jìn)行的。最常見的是生活在豆科植物根部的根瘤菌，能將大氣中游離態(tài)的氮，經(jīng)過固氮酶的作用生成氮的化合物，以利于植物的利用，而豆科植物為根瘤菌提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。 (1)日本科學(xué)家把固氮基因重組到水稻根系微生物中，通過指導(dǎo)合成固

12、氮所需的，進(jìn)而起到固氮作用，從而降低了水稻的需氮量，減少氮肥的施用量。而更為理想的是直接將固氮基因重組到稻、麥等經(jīng)濟(jì)作物的細(xì)胞中，建立“植物的小化肥廠”，讓植物本身直接固氮，這樣就可以免施氮肥。如果這種重組能實(shí)現(xiàn)的話，那么固氮基因最終實(shí)現(xiàn)表達(dá)的途徑是(2)這種生物固氮和工業(yè)合成氨比較，它是在條件下進(jìn)行的，從而節(jié)省了大量的 解題思路 固氮基因表達(dá)為固氮酶仍遵循中心法則。生物固氮與工業(yè)合成氨相比，不需特殊的設(shè)備、場(chǎng)所、能源等條件，在自然條件下即可完成。解答 (1)固氮酶氮酶 (2)常溫、常壓器材、設(shè)備、資源、能源規(guī)律總結(jié)解答此類題時(shí)需注意把生物固氮與基因工程聯(lián)系起來，要明白此類題的考查目的重在強(qiáng)調(diào)

13、學(xué)科內(nèi)綜合。把固氦基因?qū)氲狡渌嵌箍浦参矬w內(nèi)并使之進(jìn)行表達(dá)，就可實(shí)現(xiàn)固氮的愿望，答題時(shí)要注意與生態(tài)學(xué)建立聯(lián)系，如可降低物質(zhì)和能源消耗，減少環(huán)境污染等。 考點(diǎn)高分解題綜合訓(xùn)練1 自生固氮菌的分離實(shí)驗(yàn)的原理是 A農(nóng)田的土壤表層含有較多的自生固氮菌 B利用培養(yǎng)基在恒溫條件下培養(yǎng)稀泥漿即可得到自生固氮菌 C采取堆片的方法即可將土壤中的自生固氮菌分離 D利用無氮培養(yǎng)基將自生固氮菌分離1D解析：非固氮微生物在無氮培養(yǎng)基中不能生存和繁殖。2 根瘤菌新陳代謝的基本類型是 A異養(yǎng)需氧型 B自養(yǎng)需氧型 C異養(yǎng)厭氧型 D自養(yǎng)厭氧型2A解析：根瘤菌為共生固氮微生物，它的代謝需要相應(yīng)的豆科植物為其提供有機(jī)物，而且需氧

14、，因此為異養(yǎng)需氧型。3 與導(dǎo)致濕地生態(tài)系統(tǒng)以Nz形式失氮的微生物的異化作用類型相同的生物是 A硝化細(xì)菌 B乳酸菌 C根瘤菌 D酵母菌3B解析：能將含氮化合物中的氮以氮?dú)庑问椒懦龅氖钱愷B(yǎng)厭氧型微生物。硝化細(xì)菌是自養(yǎng)需氧型，根瘤菌為異養(yǎng)需氧型，酵母菌為兼性厭氧型。4如圖所示的氮循環(huán)途徑中四類生物的新陳代謝類型錯(cuò)誤的是A為異養(yǎng)需氧型 B為自養(yǎng)厭氧型 C為自養(yǎng)需氧型 D為自養(yǎng)需氧型4B解析：尿素是有機(jī)物，能利用尿素的生物必然是異養(yǎng)生物。5氮是以何種形式進(jìn)入高等植物體內(nèi)的 AN2 B硝酸鹽和氨鹽 CNO DN025B解析：植物能利用韻氮素是以硝態(tài)氮和銨態(tài)氮形式存在的，因此氮是以硝酸鹽和銨鹽形式進(jìn)入高等植

15、物體內(nèi)的。6下圖為氮循環(huán)的部分示意圖，af分別代表不同的生理過程，據(jù)圖分析回答：(1)完成a的生物的新陳代謝類型是 。(2)完成b的生物的同化作用方式是 。(3)完成cl 的生物的新陳代謝類型是 。(4)完成d 的生物的新陳代謝類型大多是 。(5)完成e 的生物的新陳代謝類型是 。(6)完成f的生物的新陳代謝類型是 。(7)目前，全世界每年施用的氮素肥料大約有8X107t，這樣做對(duì)環(huán)境可能帶來的負(fù)面影響是 。6(1)異養(yǎng)需氧型 (2)異養(yǎng)型 (3)硝化作用 自養(yǎng)需氧型 (4)固氮作用 自養(yǎng)需氧型或異養(yǎng)需氧型(5)反硝化作用異養(yǎng)厭氧型 (6)自養(yǎng)需氧型 (7)水體富營(yíng)養(yǎng)化 解析：根據(jù)氮循環(huán)以及與此有關(guān)的生物代謝類型有關(guān)知識(shí)進(jìn)行分析?？键c(diǎn)小資料生物體內(nèi)有機(jī)氮的合成、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用 植物吸收土壤中的銨鹽和硝酸鹽，進(jìn)而將這些無機(jī)氮同化成植物體內(nèi)的蛋白質(zhì)等有機(jī)氮。動(dòng)物直接或間接以植物為食物，將植物體內(nèi)的有機(jī)氮同化成動(dòng)物體內(nèi)的有機(jī)氮。這一過程叫做生物體內(nèi)有機(jī)氮的合成。動(dòng)植物的遺體、排出物和殘落物中的有機(jī)氮被微生物分解后形成氨，這一過程叫做氨化作用。在有氧的條件下，土壤中的氨或銨鹽在硝化細(xì)菌的作用下最終氧化成硝酸鹽；這一過程叫做硝化作用。氨化作用和硝化作用產(chǎn)生的無機(jī)氮，都能被植物吸收。在氧氣不足的條件下，土壤中硝酸鹽被反硝化細(xì)菌等多種微生物還原成亞硝