生物固氮Word文件下载.docx

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【学法指导】

本部分复习2～3课时，第1课时复习生物固氮的有关知识，第2～3课时，选取部分练习题将本章内容进行复习巩固。

1．“生物固氮”一节先介绍固氮微生物的种类、代表微生物的形态生理特征及其在农业生产实践中的应用；

又讲述了生物固氮的原理和意义；

还介绍了生物固氮在农业生产中的应用，表现在三个方面：

土壤中氮素的消耗和补充途径，目前广泛应用的对豆科植物播种前进行的根瘤苗拌种，以及农田中种植绿肥的科学道理；

并设计了一项课外生物科技活动，让我们通过对比实验加强对根瘤菌拌种促进豆科作物产量的认识。

“自生固氮菌的分离”这一实验介绍了从土壤表层中分离自生固氮菌的原理、目的要求、材料用具和方法步骤。

2．本节学习重点：

固氮微生物的种类；

生物固氮的意义。

学习本节内容，应注意从以下方面来掌握重点、突破难点，以实现学习目标，通过学习固氮微生物的种类，生物固氮的简要过程，生物固氮的意义和生物固氮在农业生产中的应用等知识，进一步了解生物固氮的基础知识，了解这些知识在农业生产上的应用，提高自己探索生物科学奥秘的兴趣。

注意相关知识的比较：

共生固氮菌与自生氮菌；

生物固氮、高能固氮与工业固氮；

碳循环与氮循环。

通过比较，培养自己的求同思想能力和求异思维能力。

3．初中教科书第二部分第一章“细菌”和高中必修教科书第八章第一节“生物与环境的相互关系”，分别讲述了根瘤菌能够促进豆科植物生长以及两者具有互利共生的关系，在学习“生物固氮”前也应认真复习。

4．通过实验初步学会从土壤表层中分离自生固氮菌，学会简易涂片的制作方法，了解并能识别自生固氮菌的形态特征；

体验一些研究微生物的过程和方法；

实验中要善于自主地提出一些思维含量高的问题，如本实验整个操作过程每个细节都要防止杂菌污染，你认为每个细节中为防止杂菌污染采用的措施是什么？

假如黏液中有三种自生固氮菌，你能否想出一种方法，将这三种细菌分离开来，通过在教师引导下讨论和实践广开思路，获得真知；

还要善于对实验中的某一步骤进行创新设计，如能否用土壤浸出液代替稀泥浆接种？

培养自己实事求是的科学态度和团结协作精神，培养自己的观察能力、实验操作和设计能力、科学探究能力和创新能力。

【典型例题精讲】

［例1］（2000年山西高考题）豆科植物与根瘤菌的互利共生关系主要体现在

A．豆科植物从根瘤菌获得NH3，根瘤菌从豆科植物获得糖类

B．豆科植物从根瘤菌获得含氮有机物，根瘤菌从豆科植物获得NH3

C．豆科植物从根瘤菌获得N2，根瘤菌从豆科植物获得有机物

D．豆科植物从根瘤菌获得NO，根瘤菌从豆科植物获得NH3

【解析】根瘤菌与豆科植物是一种彼此有利、相互依赖的关系，主要体现在：

豆科植物通过光合作用制造的糖类等有机物，一部分供给根瘤菌；

根瘤菌通过生物固氮制造的氨供给豆科植物。

【答案】A

［例2］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，根瘤菌全部死亡后进入土壤

【解析】本题考查根瘤和根瘤菌的关系。

因我们知道，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，通过大量繁殖，并刺激根部细胞不断分裂，进而使该处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形成，但主根上的根瘤菌固氮能力强。

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，进入土壤的根瘤菌不一定死亡。

【答案】D

［例3］关于固氮生物的正确说法是

A．固氮生物都是异养的

B．固氮生物都是共生的

C．固氮生物都是细菌或放线菌

D．根瘤菌固定的氮素占生物固氮的绝大部分

【解析】本题考查固氮生物的有关知识。

固氮生物有的异养如根瘤菌，有的自养如蓝藻，有的与其他植物共生如根瘤菌与豆科植物，有的自生如圆褐固氮菌。

固氮生物除细菌和放射菌外，还有蓝藻，其中根瘤菌固定的氮素占自然界生物固氮总量的绝大部分。

［例4］关于生物固氮的正确叙述是

A．生物遗体中的含氮化合物首先被转化成硝酸盐

B．硝化细菌可以使氮元素回归大气

C．圆褐固氮菌固定的氮可直接被植物吸收利用

D．硝化细菌可以把植物不能吸收的氨转变为能吸收的硝酸盐

【解析】本题考查生物固氮的有关知识。

生物遗体中的含氮化合物先被微生物分解形成氨，在有氧条件下，土壤中的氨和铵盐在硝化细菌作用下最终氧化成硝酸盐，在氧气不足条件下，土壤中的硝酸盐被反硝化细菌（而不是硝化细菌）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大气中。

圆褐固氮菌是土壤中的自生固氮菌，其固氮产生的NH3要经过硝化细菌的作用转化成NO后才能被植物体利用。

【达标训练】

一、选择题

1．下列哪项不属于固氮生物

A．根瘤菌B．圆褐固氮菌

C．某些蓝藻D．豆科植物

【解析】豆科植物本身不能固氮，只有根瘤菌侵入豆科植物的根内才能固氮。

根瘤菌为豆科植物提供氮肥，豆科植物为根瘤菌提供营养。

2．下面对氮循环的说法中正确的是

A．生物的固氮过程就是N2吸收到植物体内被利用了

B．氮素一旦进入生物体内就不会形成N2

C．生物体内的氮主要来源于闪电固氮

D．动物产生的尿素转化成的铵盐可被植物吸收利用

【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；

生物体内的氮主要以生物固氮为主。

3．在生物固氮过程中，最终电子受体是

A．N2和乙炔B．NH3

C．乙烯D．NADP+

【解析】在固氮酶将N2还原成NH3的过程中，需要e和H+，还需要ATP提供能量。

简单地说，在ATP提供能量的情况下，e和H+通过固氮酶传递给N2和乙炔，使它们分别还原成NH3和乙烯。

4．根瘤菌的新陈代谢类型属于

A．自养需氧型B．自养厌氧型

C．异养需氧型D．异养厌氧型

【答案】C

5．圆褐固氮菌除了具有固氮能力外还能

A．促进植物生根

B．促进植物开花

C．促进植物形成种子

D．促进植物的生长和果实发育

【解析】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。

6．下列各项中与根瘤菌固氮过程无关的是

A．e和H+B．ATP

C．NO

D．固氮酶

7．下列关于根瘤菌的论述，错误的是

A．能侵入任何一种豆科植物

B．能与豆科植物共生

C．属异养型生物

D．属原核生物

【解析】不同的根瘤菌，各自只能侵入特定种类的豆科植物：

有的根瘤菌只能侵入一种豆科植物，例如大豆根瘤菌只能侵入大豆的根；

有的根瘤菌能够侵入多种豆科植物，例如，蚕豆根瘤菌可以侵入蚕豆，菜豆和豇豆的根。

8．根瘤菌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

【答案】B

9．圆褐固氮菌的新陈代谢类型属于

A．自养需氧型B．异养需氧型

C．自养厌氧型D．异养厌氧型

10．能够侵入植物体内发挥固氮作用的微生物是

A．酵母菌B．真菌

C．细菌D．霉菌

【解析】固氮微生物主要指具有固氮功能的细菌，此外，还包括一些具有固氮功能的放线菌和蓝藻。

11．圆褐固氮菌固氮后形成的产物是

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NH3，经过土壤中的硝化细菌（生产者）的作用，最终转化成硝酸盐，硝酸盐可以被植物吸收利用。

12．氮进入高等植物体内的形式是

A．N2B．硝酸盐和铵盐

C．NOD．NO2

13．以下说法错误的是

A．土壤中的氨经过硝化细菌的作用，最终转化成硝酸盐

B．土壤中的一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．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．根瘤菌固定的氮一部分供宿主植物利用，一部分留给自己使用

【解析】土壤中的一些细菌（如硝化细菌）在氧气充足条件下，把氨转化为硝酸盐；

在氧气不足的情况下，土壤的另一些细菌（如反硝化细菌）可以将硝酸盐转化为亚硝酸盐并最终转化为氮气，氮气则返回到大气中。

14．豆科植物形成根瘤的直接原因是

A．根瘤菌入侵的结果

B．根瘤菌固定N2的结果

C．根的薄壁细胞分裂的结果

D．根内形成NH3的结果

【解析】豆科植物幼苗长出后，土壤中与该种豆科植物相适应的根瘤菌就侵入到根内。

根瘤菌在根内不断地繁殖，并且刺激根内的一些薄壁细胞分裂，进而使该处的组织逐渐膨大，形成根瘤。

（关键是“直接”原因）

15．根瘤菌在根内不断地繁殖，并且刺激根内的一些细胞分裂，进而使该处的组织逐渐膨大，形成根瘤，其刺激的细胞是

A．厚壁细胞B．薄壁细胞

C．表皮细胞D．根冠细胞

16．从大豆的根瘤中分离出来的根瘤菌能侵入的根是

A．豆根B．蚕豆根

C．大豆根D．豇豆根

【解析】有的根瘤菌只能侵入一种豆科植物，例如大豆根瘤菌只能侵入大豆的根；

有的根瘤菌能够侵入多种豆科植物，例如，蚕豆根瘤菌可以侵入蚕豆、菜豆和豇豆的根。

17．从土壤中分离自生固氮菌到制成临时涂片的步骤是

A．观察→培养→接种→涂片

B．接种→观察→培养→涂片

C．培养→接种→观察→涂片

D．接种→培养→观察→涂片

18．下面对氮素与光合作用的关系的表述中，不正确的是

A．土壤中氮素含量越多，光合速率越快

B．追施氮肥，促进叶片面积增大，叶片数目增多，增加了光合面积

C．施氮肥后，叶绿素含量增加，加速了光反应

D．氮肥也能增加叶中蛋白态氮的百分率；

酶数量增多，使暗反应顺利进行

19．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

【解析】土壤可以通过两条途径获得氮素：

一条是含氮肥料（包括氮素化肥和各种农家肥料）的施用；

另一条是生物固氮。

对豆科作物进行根瘤菌拌种，是提高豆科作物产量的一项有效措施。

播种前，将豆科作物的种子沾上与该种豆科作物相适应的根瘤菌，这显然有利于该种豆科作物被相应的根瘤菌侵入。

特别是新开垦的农田和未种植过豆科作物的土壤中，根瘤菌很少，并且常常不能使豆科作物结瘤固氮，更需要进行根瘤菌拌种。

经过根瘤菌拌种的豆科作物，不仅能够明显提高粮食产量，而且有利于生态环境的保护。

20．豆科植物根瘤菌的固氮能力最强的时期是

A．成长时期B．幼苗时期

C．开花之前D．开花之后

21．大气中的氮被植物体利用的途径不包括

A．主要被植物体直接利用

B．以生物固氮的形式形成氨盐

C．以工业固氮的形式形成氨盐和硝酸盐

D．在自然界中通过闪电等高能固氮的形式形成含氮无机盐被植物体利用

【解析】大气中的N2需经固氮微生物的固氮过程，将N2还原成NH3，NH3经过土壤中硝化细菌的作用，最终转化成硝酸盐，硝酸盐可以被植物吸收利用。

二、非选择题

22．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。

非豆科作物一旦能够自行固氮，不仅能够明显地提高粮食_________，而且有利于_________的保护。

【答案】根瘤菌产量生态系统

23．共生固氮微生物与自生固氮微生物的区别是前者与绿色植物_________，只有侵入到_________时才能固氮，后者在土壤中能够_________。

【答案】互利共生根内独立固氮

24．下图为生物固氮原理示意图。

据图回答：

（1）图中［1］→［2］表示_________________。

（2）e和H+通过［］_________最终传递给_________和_________。

（3）图中［5］是_________，［6］是_________。

（4）该原理可用反应式概括为____________________________。

【答案】

（1）ATP

ADP+Pi

（2）4固氮酶N2乙炔（3）NH3C2H4（4）N2+C2H2+e+H++ATP

NH3+C2H4+ADP+Pi

25．全世界工业合成氮肥中的氮只占固氮总量的20%，绝大多数是通过生物固氮进行的。

最常见的是生活在豆科植物根部的根瘤菌，能将大气中游离态的氮，经过固氮酶的作用生成氮的化合物，以利于植物的利用，而豆科植物为根瘤菌提供营养物质。

（1）根瘤菌和豆科植物的关系在生物学上称为_________。

（2）根瘤菌之所以能进行固氮作用，是因为它有独特的固氮酶，根本原因是它具有独特的_________。

（3）日本科学家把固氮基因转移到水稻根系微生物中，通过指导合成固氮所需的_________，进而起到固氮作用，从而减少氮肥的施用量。

而更为理想的是直接将固氮基因重组到稻、麦等经济作物的细胞中，建立“植物的小化肥厂”，让植物本身直接固氮，这样就可以免施氮肥。

如果这种重组能实现的话，那么固氮基因最终实现表达的途径是________________。

（4）这种生物固氮和工业合成氨比较，它是在_________、_________条件下进行的，从而节省了大量的器材、设备和能源。

【解析】

（1）根瘤菌通过生物固氮作物为豆科植物提供含氮的无机盐，豆科植物通过光合作用为根瘤菌提供有机物，故两者是互利共生关系。

（2）固氮酶是由固氮基因控制合成的，故答案为固氮基因。

（3）固氮基因转移到水稻根系微生物中后，可控制合成固氮所需的固氮酶。

此途径是固氮基因→信使RNA→固氮酶。

（4）生物固氮所需条件往往比较温和，常温、常压下就可进行；

工业合成氮必需要求高温、高压条件。

因此生物固氮比工业合成氮节省了大量器材、设备和能源。

【答案】

（1）互利共生

（2）固氮基因（3）酶固氮基因

信使RNA

固氮酶（4）常温常压

26．阅读下列材料，回答相关问题。

材料1在自然界中有将游离态氮转化成化合态氮的生物，也有将化合态氮转化成游离态氮的细菌，由于其生理过程与硝化细菌相反，故称为反硝化过程，该细菌被称为反硝化细菌，反硝化细菌对农业生产是不利的，会降低土壤的肥力，但对于氮的循环来说是必不可少的。

材料2生态系统中氮循环和碳循环及其相互关系的简图如下。

材料3由于鸟类对飞翔生活的适应，要减轻体重，所以鸟类的消化道相对较短。

在养鸡场里，由于鸡的消化道相对较短，食物中的有机物消化不充分。

在其排出的粪便中还有很多有机物未被充分利用，所以常将鸡粪发酵除臭后掺到其他的饲料中喂猪，可以节省饲料，提高经济效益。

（1）上图中过程①称为_________，过程②称为_________。

如果图示是一个封闭的大棚生态系统，遇到连续阴雨天气，你认为采取何种措施对植物生长较为有利？

______________________。

采取这种措施的目的是___________________________。

（2）在完成图中⑤过程的生物中，根瘤菌是非常有名的，它活跃在豆科植物的根部形成根瘤，与豆科植物呈现良好的共生关系，请你具体说出豆科植物与根瘤菌之间的互惠关系：

_______________________________。

（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吸收的氮素是否能满足其生理需要？

_________，其原因是____________________________。

（4）你认为材料1中提到的反硝化细菌的生理过程是由图中的哪个标号体现的？

_______。

（5）图中哪个标号代表的内容能体现出这个生态系统自动调节能力的大小？

_________。

（6）你认为鸡粪发酵除臭是何种细菌的作用？

在图中哪个标号所示的过程能反映除臭的生理过程_______________________。

【解析】本题目是一个综合性题目，综合了植物代谢、生态等有关知识。

（1）图中①过程是植物通过光合作用将大气中CO2合成有机物的过程；

②过程是植物通过呼吸作用分解有机物释放CO2的过程。

在阴雨天气，光照较弱，光合作用弱，故可采取增强光照措施提高植物光合作用；

另外也可以通过降低棚内温度来降低呼吸作用来促进植物生长。

（2）豆科植物通过光合作用为根瘤菌提供有机物，根瘤菌通过生物固氮过程为豆科植物提供氮源。

（3）NH3溶于水形成NO

，NO

通过主动运输方式被植物根吸收，如果土壤板结或长期水淹，会影响植物根的呼吸作用，进而影响根对矿质元素的吸收。

（4）从图示中可看出⑥过程是反硝化细菌的生理过程。

（5）图中⑨代表食物链、食物网，既生态系统的营养结构，生态系统的营养结构越复杂，其自动调节能力越大，反之越小。

（6）鸡粪发酵有臭味是因为生成NH3，细菌可以将NH3氧化成亚硝酸盐和硝酸盐，故可除臭；

图中⑦过程正反映了这一过程。

【答案】

（1）光合作用呼吸作用增强光照，降低棚内温度增加光合作用强度，减少呼吸消耗

（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（3）主动运输不能土壤中缺氧，影响呼吸作用，进而影响氮的吸收（4）⑥（5）⑨（6）硝化细菌，⑦

【资料补充】

1．光合作用中与物理化学知识相联系的知识点有：

叶绿体色素与光谱、波长，棱镜与光的色散，光反应中的光电效应、光合作用与示踪原子等以上学科间交叉点较多。

2．生物固氮与物理、化学知识相联系的知识点有：

地球上固氮作用的途径（生物固氮、闪电固氮、工业固氮），构成氮循环的主要环节：

生物体内有机氮的合成、氮化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用。

［例1］早在一百多年前（1883年）德国生物学家C．Engelmann用巧妙的实验研究了光合作用的作用光谱。

他将棱镜产生的光谱投射到丝状绿藻上，并在丝状绿藻的悬液中放入一些细菌，然后在显微镜下观察细菌在丝状绿藻各部分的聚集情况（第十五章）

（1）丝状绿藻多聚集在悬液中的什么位置？

________________________。

（2）若细菌的聚集位置与丝状绿藻的位置相同。

则其异化作用的类型是_________。

（3）写出A、B、C、D、E、F、G不同波长光的颜色：

_____________________。

（4）如果将该丝状绿藻长期放在D色光下照射，丝状绿藻将会_________，原因是____________________________。

（5）什么情况下丝状绿藻周围的细菌呈均匀分布？

____________________________。

（6）太阳辐射中的红外光和紫外光能否被丝状绿藻利用？

【解析】根据物理知识。

A、B、C、D、E、F、G分别代表红、橙、黄、绿、青、蓝、紫各色光，又根据生物学的光合作用知识。

绿藻所含的色素主要吸收红光和蓝紫光，因此，丝状绿藻将分布在红光和蓝紫光对应的悬液上下两端；

丝状绿藻光合作用放出氧气，而细菌聚集在氧气含量高的位置，说明它们是需氧型生物。

因为D代表绿光，而丝状绿藻几乎不吸收绿光，长期在绿光下的绿藻不能进行光合作用，就会死亡。

除去棱镜的分光作用，给以正常的可见光照射，各部位丝状绿藻光合作用速率等同，其周围的细菌就呈均匀分布。

太阳辐射中的红外光和紫外光不属于可见光，叶绿素不能吸收，因此丝状绿藻不能利用。

【答案】

（1）红光和蓝紫光

（2）需氧型生物（3）红、橙、黄、绿、青、蓝、紫（4）死亡丝状绿藻几乎不吸收绿光，不能进行光合作用（5）正常可见光照射（6）不能利用

［例2］硫酸铵是农村常用的一种铵态氮肥，试回答下列问题；

（1）某硫酸铵肥料。

实验测得氮的质量分数为20%，该样品中可能混有_________。

A．碳酸氢铵B．硝酸铵

C．氯化铵D．磷酸氢二氨

（2）下列物质不能跟硫酸铵肥料混合施用的是_________。

A．碳酸氢铵B．草木灰

C．过磷酸钙D．氯化钾

（3）田间一次施用该化肥过多会使植物变得枯萎发黄，俗称“烧苗”，其原因是

A．根细胞从土壤中吸收的养分过多

B．根细胞不能从土壤中吸水

C．根系不能将水向上运输

D．根系加速了呼吸作用，释放的能量过多

（4）有人给农作物施用15N标记的肥料，结果，在食用此农作物的动物尿中可查出15N，试问：

①含15N的化