高考生物一轮复习考能专项突破第四单元 第19课时生物固氮Word格式.docx

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D．自生固氮菌的代谢类型属于自养需氧型

答案　D

解析　自生固氮菌的代谢类型大多为异养需氧型。

三、生物固氮在农业生产中的应用

1．土壤获得氮素的途径：

氮素

是农作物从土壤中吸收的一种大量元素，土壤可通过两条途径获得氮素，一条是来自含N肥料，另一条是生物固氮，其中生物固氮提供的氮素更多。

2．农业生产应用的举例

（1）对豆科作

物进行根瘤菌拌种，是提高该作物产量的一条有效措施。

（2）用豆科作物做绿肥。

（3）通过转基因技术，可将固氮基因转到非豆科植物中。

考点56　生物固氮的过程及主要微生物

1．生物固氮概念理解

（

1）图示过程：

N2固氮微生物,NH3

（2）信息解读

原料——N2；

直接产物——NH3；

主体是固氮微生物。

2．固氮微生物

（1）生物类别：

全为原核微生物（包括固氮细菌、放线菌及蓝藻）。

（2）固氮原因

（3）固氮方式

3．固氮微生物的类型

种类

举例

与豆科植物关系

代谢类型

固氮产物

对植物的作用

缺氮培养基

固氮量

共生固氮微生物

根瘤菌

共生，有专一性

异养需氧型

氨

提供氮素

不能存活

较多

自生固氮微生物

圆褐固氮菌

无

提供氮素和生长素

可以存活

较少

1．从代谢类型看

2．从生态系统的成分看

3．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，形成的瘤状结构。

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，分布在土壤中的根瘤菌不能固氮。

1．下列有关圆褐固氮菌及其生物固氮方面的叙述，正确的是（　　）

A．去除圆褐固氮菌的细胞壁需用纤维素酶

B．圆褐固氮菌的新陈代谢类型与黄色短杆菌不同

C．用圆褐固氮菌制成的菌剂，不能提高农作物产量

D．可用无氮培养基从土壤中分离得到圆褐固氮菌

解析　圆褐固氮菌是原核生物，细胞壁的组成成分中不含纤维素；

圆褐固氮菌和黄色短杆菌的新陈代谢类型都是异养需氧型。

圆褐固氮菌具有较强的固氮能力，并且能分泌生长素，促进植株的生长和果实的发育，因此，将圆褐固氮菌制成菌剂，施到土壤中，可以提高农作物的产量；

圆褐固氮菌在土壤中能够独立进行固氮，因而可用无氮培养基分离。

2．圆褐固氮菌和根瘤菌的共同特点是（　　）

①都是异养生物　②都是自养生物　③合成固氮酶的基因结构都相同　④合成固氮酶的基因结构不相同　⑤都是原核生物　⑥都是真核生物

A．①③⑤B．②③⑥C．①④⑥D．②④⑤

答案　A

考点57　氮循环

1．固氮方式

（1）生物固氮：

（2）高能固氮：

在闪电等高空瞬间放电所产生的高能作用下，空气中的氮与氧气结合，形成硝酸的过程。

（3）工业固氮：

用高温、高压和化学催化的方法，将氮转化为氨。

2．氮循环路线

（1）植物吸收N的两种形式及方式：

NH

和NO

，都以主动运输方式吸收。

（2）尿素的生成

动物体内氨基酸通过脱氨基作用形成含氮部分，再进一步转化成尿素（在肝脏中完成），再经肾脏排出体外。

（3）氨化作用：

微生物将动植物遗体、排出物、残落物中的有机氮分解后形成氨的过程。

（4）硝化作用：

在有氧条件下，土壤中的氨或铵盐在硝化细菌的作用下最终转化为硝酸盐的过程。

（5）反硝化作用：

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，并进一步还原成分子态氮返回到大气中，这一过程叫做反硝化作用。

3．氮循环中几种微生物的作用及其在生态系统中的地位

在氮循环中的作用中的地位

在生态系统

固氮作用

将N2合成氨

消费者

分解者

细菌、真菌

氨化作用

将生物遗体中含氮化合物转化为氨

硝化细菌

硝化作用

将土壤中的氨转化为硝酸盐

自养需氧型

生产者

反硝化细菌

反硝化作用

硝酸盐→亚硝酸盐→N2

异养厌氧型

3．阴雨连绵的天气雨水浸泡了白菜地，则下列生理作用最不可能会因此而降低的是（　　）

A．白菜：

根部吸收的Ca2＋

叶中的Ca2＋

B．白菜：

土壤中的K＋

白菜中的K＋

C．微生物：

NH3

HNO3

D．微生物：

NO

N2

解析　因雨水浸泡导致土壤中O2减少，则需氧活动将减弱而受影响——B和C的过程；

不需氧气的生理过程加强——D中反硝化细菌的代谢类型为异养厌氧型；

A中离子的运输因阴雨天气蒸腾作用下降而降低。

4．如图表示几种含氮物质之间相互转化的关系，下列关于此图的叙述，错误的是（　　）

A．能进行2和4过程的生物，其新陈代谢的类型分别是异养厌氧型、自养需氧型

B．能进行1过程的生物，其基因内含子的碱基序列发生改变也属于基因突变

C．人体内6过程可在肝细胞中进行，甘氨酸可通过7过程合成

D．不能独立进行8过程的生物，其遗传物质是DNA或RNA

答案　B

解析　2是反硝化作用，通过反硝化细菌来完成，代谢类型为异养厌氧型；

4是硝化作用，其相应生物代谢类型为自养需氧型；

1为生物固氮，全为原核生物，

基因结构无外显子和内含子之分；

甘氨酸为非必需氨基酸，可通过体内转氨基形成；

不能独立合成蛋白质的生物为病毒。

　　　　　氮循环的综合考查

生物固氮是因为固氮微生物细胞内有固氮基因，从而能合成固氮酶，把空气中的氮转化成氨。

在农业生产上可以减少化肥的使用量，节约能源，保护环境。

用豆科植物做绿肥，可改良土壤结构，增加透气性和保水性；

对豆科植物用根瘤菌拌种，可以提高产量；

使用自生固氮菌制剂，为农作物提供氮素营养；

通过基因工程，将固氮基因转移到非豆科植物中，大大减少了化肥的使用量，减少水体富营养化等现象的发生。

　如图是生态系统中氮循环和碳循环及其相互关系的简图。

请仔细分析后回答：

（1）完成⑦过程的生物的同化作用方式是______，图中过程①称为______，过程②称为______。

如果一个封闭的大棚生态系统，遇到连续阴雨天气，应______，目的是________。

（2）在完成图中⑤过程的生物中，根瘤菌发挥了重要作用，它在豆科植物的根部形成根瘤，与豆科植物是共生关系，具体表现为________________________________________

________________________________________________________________________。

根瘤菌的代谢类型是________________________。

（3）植物完成图中④过程的主要方式是________，如果土壤板结或长期水淹，陆生植物通过该过程获得的氮素不能满足其生理需要，其原因是__________________________。

（4）有些农民将大豆的秸秆在农田中燃烧以提高土壤肥力，这种做法的危害是_________。

（5）人们正致力于转基因固氮植物的研究，科学家已通过______技术将根瘤菌的固氮基因转移到了水稻细胞中，并在水稻细胞中发现了固氮物质。

固氮基因的结构与水稻基因相比一般比较简单，主要是固氮基因的编码区没有______。

固氮基因控制固氮物质合成的表达式：

________________________________________________________________________

__________________________________。

解析　从图中看出①、②、⑤、⑥、⑦分别是光合作用、呼吸作用、固氮作用、反硝化作用和硝化作用。

生物固氮是固氮作用的主要形式，可以固氮的微生物有根瘤菌、圆褐固氮菌、固氮蓝藻和固氮放线菌等。

根瘤菌是共生固氮微生物，和相应豆科植物构成互利共生关系。

硝化细菌是化能自养型生物。

植物对矿质元素是以主动运输的方式吸收的，根细胞必须获得足够的氧气才能保证这一过程的顺利进行。

秸秆焚烧不仅使土壤肥力降低，而且污染环境。

理论上利用基因工程可以使固氮基因在非豆科植物体内表达，使非豆科植物具备固氮能力。

答案　

（1）化能自养型　光合作用　呼吸作用　适当降温　降低呼吸消耗　

（2）豆科植物为根瘤菌提供有机物，根瘤菌为豆科植物提供氮源　异养需氧型　（3）主动运输　土壤中缺氧，呼吸作用减弱，提供的能量少，吸收的氮素少　（4）使大豆秸秆中的氮素、碳素以气体形式散失，土壤肥力降低，而且污染环境　（5）基因工程　内含子　固氮基因

mRNA

固氮酶

　　　　　　　对固氮菌的作用特点模糊不清

　在新开垦的土地上，种植用蚕豆根瘤菌拌种的豇豆、菜豆、大豆和小麦，能提高其产量的一组作物是（　　）

A．菜豆和豇豆B．豇豆和小麦

C．菜豆和大豆D．大豆和豇豆

错因分析　对不同根瘤菌与不同豆科作物之间的关系模糊不清。

解析　不同的根瘤菌只能侵入特定种类的豆科植物：

大豆根瘤菌只能侵入大豆的根，蚕豆根瘤菌可以侵入蚕豆、菜豆和豇豆的根。

小麦为非豆科植物，目前还不能使其生长根瘤。

纠错笔记　对共生固氮菌和共生豆科作物特点不清楚

根瘤菌属中

有十几种根瘤菌，这些根瘤菌与豆科植物具有特殊的互利共生关系，也就是一种根瘤菌只能在一种或若干种豆科植物的根上形成根瘤。

一种豆科植物只有一种互利共生菌，体现共生的专一性。

题组一　固氮微生物

1．下列关于固氮微生物的叙述，正确的是（　　）

A．都是原核生物B．都是异养型的

C．都是厌氧型的D．都是共生的

解析　A正确，从细胞类型看，固氮微生物均为原核生物，包括固氮细菌、固氮蓝藻、固氮放线菌等；

B错误，有的固氮微生物是自养型的，如固氮蓝藻，有的是异养型的，如根瘤菌、圆褐固氮菌等；

C错误，有的固氮微生物为需氧型，如根瘤菌、圆褐固氮菌等，也有少数为厌氧型，如巴氏梭菌等；

D错误，还有自生固氮微生物。

2．圆褐固氮菌固氮后形成的产物（　　）

A．可以直接被植物吸收利用

B．经过分解者作用后才能被植物吸收

C．经过动物代谢后才能被植物吸收利用

D．经某种生产者的作用后才能被植物吸收利用

解析　圆褐固氮菌固氮后形成的产物是NH3，而植物不能直接利用NH3，一般需经硝化细菌的化能合成作用，将其氧化为硝酸盐后才能被植物吸收利用。

硝化细菌是一种生产者。

题组二　氮循环及农业实践应用

3．在一块从未种过豆科植物的贫瘠土地上种植大豆，为提高产量，下列措施最具有生态效益的是（　　）

A．加施氮肥，合理密植

B．根瘤菌在土壤中广泛分布，故无需施肥

C．播种前在避光条件下进行根瘤菌拌种

D．播种前对种子进行消毒处

理

答案　C

解析　加施氮肥易造成水体的富营养化，故A项与题意明显不符。

在未种过豆科植物的贫瘠土地里缺乏根瘤菌，故B项也不正确。

播种前对种子进行消毒处理，与提高产量无关。

4．氮气是空气的主要成分，氮还是构成蛋白质的重要元素，空气中的氮气只有转变成化合物,

才能成为植物生长所需的含氮养料。

下图是生物利用自然界中氮元素的图解，请据图回答下列问题：

（1）图中[　]表示生物固氮。

参与此过程的微生物是____，它生活在豆科植物根内，利用豆科植物光合作用制造的有机物生存，通过生物固氮制造的氨供给豆科植物。

因此它与豆科植物的这种特殊关系在生物学上称为__________现象。

（2）图中参与③过程的细菌是_________

_，它属于自养生物，因为它能从环境中利用____________的能量把______合成为有机物。

（3）上图说明组成生物体的一些基本化学元素在生物群落和无机环境之间是可以不断地______出现的，无机环境中的物质是可以被生物群落______利用的，这与生态系统的能量流动是不同的，能量在流经生态系统的各个营养级时，其特点是____________和__________。

（4）写出与②过程有关的化学反应方程式：

____________________________。

答案　

（1）①　根瘤菌　互利共生　

（2）硝化细菌　无机物氧化释放　CO2和H2O　（3）循环　反复　逐级递减　单向流动（或不循环）　（4）N2＋3H2

2NH3

解析　此题通过氮循环的过程综合考查生物固氮、硝化细菌的化能合成作用、生态系统的物质循环和能量流动及化学知识中的合成氨。

与豆科植物互利共生的根瘤菌能将大气中的N2还原成NH3被植物利用。

硝化细菌是化能合成作用的细菌，能将NH3氧化成NO

，并利用该过程释放的能量将H2O和CO2合成有机物。

N元素在生物群落和无机环境之间是反复循环利用的。

能量流动是逐级递减、单向流动的。

②表示工业合成氨，N2和H2在高温、高压、催化剂的作用下合成NH3。

【组题说明】

考　点

题　号

错题统计

错因分析

氮循环

1、2、8、16、17

生物固氮

4、12、13

固氮微生物

3、5、6、10、14、15

生物固氮的应用

7、9、11

特别推荐

识图析图题——17

1．以下说法不正确的是（　　）

A．土壤中的氨经过硝化细菌的作用，最终转化成硝酸盐

B．土壤中的某些细菌在氧气充足的条件下，将硝酸盐转化成亚硝酸盐，并最终转化成氮

气

C．高等植物只能利用土壤中的硝酸盐和铵盐，而不能直接利用空气中的氮气

D．生物固氮在自然界物质循环中具有十分重要的作用

解析　土壤中的某些细菌在氧气不足时可将硝酸盐转化成亚硝酸盐，并最终转化成氮气。

2．圆褐固氮菌所固定的氮素参与氮循环全过程的是（　　）

A．N2→NH3→NO

→生物体有机氮→NH3→NO

→N2

B．N2→NH3→生物体有机氮→NH3→NO

C．N2→NH3→生物体有机氮→NO

D．N2→NH3→NO

→生物体有机氮→NH3→N2

解析　圆褐固氮菌为自生固氮菌，

它能将N2转化为NH3，NH3必须被硝化细菌转化为NO

之后才能被植物体吸收和利用；

生物体有机氮经代谢转化为NH3，NH3被硝化细菌再次转化为NO

，然后经反硝化细菌分解成N2返回到大气中，从而完成一次氮循环。

3．关于根瘤及根瘤菌的叙述中，不正确的一项是（　　）

A．根瘤可以单独着生，也可以聚集在一起着生在根上

B．一般豆科植物的主根和侧根上都可以着生根瘤

C．根瘤是由根瘤菌进入根细胞内部，刺激根组织膨大而成的

D．根瘤破溃后，根瘤菌全部死亡进入土壤

解析　根瘤是豆科植物的根部在生长发育过程中，被土壤中一些相适应的根瘤菌侵入后，根瘤菌在根内大量繁殖，并刺激根部的一些薄壁细胞分裂，进而使该处的组织逐渐膨大后形成的。

根瘤可以单独着生，也可以在任意根上聚集在一起。

当植物衰老死亡后，根瘤也要破溃，其内的根瘤菌便进入土壤，但进入土壤的根瘤菌不一定死亡。

4．下列关于生物固氮的说法中错误的是（　　）

A．生物固氮

是指固氮微生物将氮气还原成氨的过程

B．自生固氮微生物是指在土壤中能够独立进行固氮的微生物

C．共生固氮微生物是指与豆科植物互利共生的固氮微生物

D．将固氮基因转移到水稻的细胞内，有望使水稻自行固氮

解析　共生固氮微生物是指与一些绿色植物互利共生的固氮微生物，如与豆科植物共生的根瘤菌。

5．用抗生素（如链霉素）处理红萍，并把红萍培养在无氮培养液中，红萍生长停止；

而未用链霉素处理的红萍放在同样的无氮培养液中却生长良好。

对以上现象的解释正确的是（　　）

A．链霉素破坏了红萍的固氮酶，使红萍不能固定氮素

B．链霉素杀死了与红萍共生的固氮蓝藻，使红萍没有蓝藻固定的氮素供应而导致氨基酸

合成受阻，蛋白质合成亦受阻

C．链霉素破坏了蛋白质合成酶，使红萍蛋白质合成受阻

D．以上都对

解析　抗生素可杀死原核生物。

因与红萍共生的固氮蓝藻，可通过生物固氮作用为红萍提供固氮产物满足红萍对氮素的需求，当抗生素将固氮蓝藻杀死时，将使红萍失去氮素来源（因培养液为无氮培养液），从而使其生长停止。

6．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。

7．如图，农业生产中为提高作物产量，常将玉米和大豆间行种植（间作），下列有关间作优点

的叙述错误的是（　　）

A．可以充分利用光能，从而提高光合作用强度

B．能够保证通风良好，从而提高光合效率

C．玉米是须根系，大豆是直根系，可以充分利用不同层次的水和矿质元素

D．大豆根瘤菌固氮，可以提高土壤氮素含量

解析　植物间作可以充分吸收太阳的辐射能，提高光能利用率，但不能提高光合作用强度；

间作能够保证通风良好，满足叶肉细胞对CO2的需求，提高光合效率；

不同层次的根系可以吸收土壤中不同深度的水和矿质元素；

大豆根瘤菌通过生物固氮，将空气中的氮气转化成植物可吸收的氮素，提高土壤氮素含量。

8．如图为氮循环示意图，下列有关叙述不正确的是（　　）

A．①过程中通过生物固定的氮素远多于其他途径固定的氮素

B．进行②过程的生物的代谢类型为自养需氧型

C．进行③和④过程的生物分别主要是生产者和消费者

D．⑥过程能增加土壤的肥力，有利于农业生产

解析　图中⑥过程将硝酸盐转化为N2后，可导致土壤氮素流失，土壤肥力下降，不利于农业生产。

9．经常松土能提高农作物的产量。

这是因为（　　）

①增强植物的呼吸作用，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，提高光能利用率

③有利于圆褐固氮菌的活动，增加土壤的肥力，促进植物果实的成熟

④促进硝化细菌将氨态氮转化为硝态氮，提高氮肥的利用率

⑤促进根系吸收有机肥料，实现物质和能量的多级利用

A．①②④B．①②④⑤

C．①②③④D．①③④

解析　根系不能直接吸收有机肥，故⑤是错误的。

10．下列关于固氮微生物的叙述中，错误的是（　　）

A．能够将大气中的氮气转化为植物可以利用的含氮养料

B．细胞中没有线粒体、内质网、高尔基体等复杂的细胞器

C．在自然界的氮循环中发挥重要的作用

D．只能生活在一种或几种豆科植物中，与豆科植物存在互利共生关系

解析　所有固氮微生物均可将大气中的氮气转化为植物可以利用的含氮养料，且固氮微生物均为原核生物，其细胞中不含线粒体、内质网、高尔基体等复杂的细胞器。

生物固氮在自然界的氮循环中发挥着重要作用，故A、B、C选项所述均正确。

但固氮微生物未必与

植物共生，如自生固氮微生物即可自行固氮，故D项所述错误。

11．“三农问题”是关系国计民生

的大事。

农业上使用化肥可以大大提高农作物产量，但持续、大量使用化肥存在许多负面影响。

“生物固氮”已成为一项重要的研究性课题。

下列说法不正确的是（　　）

A．长期使用化肥导致土壤板结，使土壤不易流失，对植物生长有利

B．土壤板结，会加快某些细菌对NO

→N2的转化

C．与人工合成NH3所需的高温、高压相比，生物固氮的顺利进行是因为这些生物体内

含有特定的固氮酶

D．中耕松土可促进植物对水分和矿质元素的吸收，松软土壤也有利于根瘤菌、硝化细

菌的生命活动

解析　土壤板结会促进反硝化细菌的活动，不利于矿质元素的吸收和固氮微生物的生命活动，因此对植物生长不利。

12．根瘤菌与豆科植物的关系是（　　）

①根瘤菌只有侵入到豆科植物的根内才能固氮　②根瘤菌与豆科植物之间是寄生关系　③豆科植物供给根瘤菌有机物，根瘤菌供给豆科植物氨　④根瘤菌为豆科植物提供生长素

A．①②B．②④C．①③D．③④

解析　本题考查根瘤菌的固氮特点及其与豆科植物的关系。

根瘤菌和豆科植物是互利共生的关系，故②错。

根瘤菌只有侵入到豆科植物的根内才能固氮，故①正确。

豆科植物通过光合作用制造的有机物，一部分供给根瘤菌；

根瘤菌通过生物固氮制造的氨，则供给豆科植物，故③正确。

土壤中的自生固氮微生物圆褐固氮菌不但有较强的固氮能力，也可分泌生长素，促进植株的生长和果实的发育，而根瘤菌不能分泌生长素。

13．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有关

解析　根瘤菌属于细菌，细胞壁的成分不是纤维素和果胶而是肽聚糖。

原核基因中编码区是连续的、不间隔的，没有内含子和外显子之分。

大豆种子用其破碎的根瘤拌种，能提

高固氮量。

根瘤菌固氮量与其侵入植物的生长状况有关，在开花前达到最佳状态。

14．农田土壤的表层，自生固氮菌的含量比较多。

将用表层土制成的稀泥浆，接种到特制的培养基上培养，可将自生固氮菌与其他细菌分开。

对培养基的要求是（　　）

①加抗生素　②不加抗生素　③加氮素　④不加氮素

⑤加葡萄糖　⑥不加葡萄糖　⑦