1、第2讲 生物固氮 高频考点突破 实验专题探究 命题视角剖析 第2讲 生物固氮基础自主梳理 即时达标训练 基础自主梳理 一、生物固氮的含义 固氮微生物将大气中的_的过程。氮还原为氨二、固氮微生物的种类种类特征项目 共生固氮微生物 自生固氮微生物 代表生物 根瘤菌 圆褐固氮菌 代谢类型 异养需氧型 异养需氧型 种类特征项目 共生固氮微生物 自生固氮微生物 生活习性 与豆科植物_具有一定的专一性 独立生活能分泌_，促进植株的生长和果实的发育 对植物的作用 提供_提供氮素和少量_互利共生生长素氮素生长素三、生物固氮及意义1氮循环(1)氮由无机环境进入生物群落氮气转化为化合态的氮：_、工业固氮、闪电固氮
2、，其中以_为主。植物以_的方式吸收含氮的无机盐离子。(2)氮元素在生物群落中以_的形式进行传递。(3)氮元素返回无机环境的途径条件：_。参与生物：反硝化细菌。过程：硝酸盐亚硝酸盐_。生物固氮生物固氮主动运输含氮有机物氧气不足氮气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。2用_植物做绿肥。3将_制成菌剂，施到土壤中，可提高农作物产量。氮循环根瘤菌豆科圆褐固氮菌思考感悟圆褐固氮菌能够促进植物生长的直接原因是什么？【提示】能分泌生长素。高频考点突破 固氮微生物类型及固氮原因 1固氮微生物的类型(1)从细胞类型看：
3、均为原核生物，包括固氮细菌、固氮蓝藻、固氮放线菌等。(2)从同化作用类型看自养型：蓝藻异养型：根瘤菌、圆褐固氮菌(3)从异化作用类型看需氧型：根瘤菌、圆褐固氮菌厌氧型：巴氏梭菌(4)从生态学角度看共生固氮微生物：根瘤菌自生固氮微生物：圆褐固氮菌(5)从生态学成分看生产者：某些蓝藻消费者：根瘤菌分解者：圆褐固氮菌2固氮微生物功能(1)功能：可将大气中的 N2 转化为 NH3。2固氮原因直接原因：具有固氮酶根本原因：具有固氮基因该基因位于固氮微生物的质粒DNA分子上 3固氮方式共生固氮必须与绿色植物共生在一起方可行使固氮功能自生固氮可自行独立固氮不必与其他生物共生即可固氮【名师点拨】自生不等于自养
4、，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。即时应用(随学随练，轻松夺冠)1下列有关硝化细菌和固氮菌的叙述正确的是()A硝化细菌生命活动所需要的能量直接来源于氨氧化释放的能量B圆褐固氮菌和根瘤菌都是异养型生物C圆褐固氮菌在土壤中不能独立固氮D豆科植物由于自生固氮菌的大量增殖而形成根瘤解析：选B。硝化细菌生命活动所需要的能量直接来源是ATP，圆褐固氮菌是一种自生固氮菌，而使豆科植物产生根瘤的是根瘤菌，根瘤菌是共生固氮菌。1氮循环就是指N2、无机氮化合物、有机氮化合物在自然界中相互转化过程的总称，也就
5、是氮元素在生态系统中的生物群落和无机环境之间反复的循环运动，包括氨化作用、硝化作用、反硝化作用、固氮作用以及有机氮化合物的合成等。该过程主要是通过各种生物的作用，尤其是微生物的作用实现的。(如下图所示)解读氮循环 2对上图的解读序号 生理作用 物质转化过程 代表生物 在生态系统中的地位 生物固氮 将大气中的氮还原成氨 某些蓝藻根瘤菌圆褐固氮菌 生产者消费者分解者 高能固氮 闪电、高能放电使空气中的氮与氧结合后形成HNO3 的过程 工业固氮 用高温、高压和化学催化法将氮转化为氨 序号 生理作用 物质转化过程 代表生物 在生态系统中的地位 主动运输吸收 吸收无机盐分子 绿色植物 生产者 同化作用或
6、异化作用 将无机氮转化为含氮有机物 绿色植物 生产者 固氮微生物 三者都有 异化作用 将含氮有机物转化为尿素 动物 消费者 序号 生理作用 物质转化过程 代表生物 在生态系统中的地位 氨化作用 将动植物遗体、排出物、残落物中有机氮分解成氨 土壤中腐生细菌、真菌 分解者 硝化作用 将土壤中的NH3氧化成硝酸盐 硝化细菌 生产者 反硝化作用 氧气不足时，将硝酸盐还原成N2的过程 反硝化细菌 分解者【名师点拨】根瘤菌必须侵入到相应的豆科植物的根内才能固氮。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。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
7、。即时应用(随学随练，轻松夺冠)2下图表示生态系统中碳循环和氮循环的一部分，A、B、C三类微生物参与其中，下列说法错误的是()AA类细菌是自养需氧型，B类细菌是异养厌氧型B进行C过程的微生物，有的是自生的，有的是共生的，分别作为生态系统的生产者、消费者CA和C的活动可增加土壤肥力，而B的活动则导致土壤氮素丧失DC类细菌只能是异养厌氧型的，否则只能得到氮氧化物解析：选D。本题主要考查参与氮循环过程的几种重要微生物的代谢特点、作用及其在生态系统中的地位。A为硝化细菌(自养需氧型)，B为反硝化细菌(异养厌氧型)，C为固氮微生物，包括自生固氮菌(异养需氧型)、共生固氮菌(异养需氧型)和固氮蓝藻(光能自
8、养需氧型)等。所以，A和C的活动可增加土壤氮素，而B的活动则导致土壤氮素丧失。由于固氮酶对氧极端敏感，一旦遇氧就很快导致不可逆的失活，而大多数的固氮菌都是好氧菌，它们要利用氧气进行呼吸和产生固氮反应所需的大量能量，所以固氮微生物的固氮过程须在严格的厌氧环境中进行，但代谢类型都是异养需氧型。实验专题探究 探究实验设计的基本题型【理论指导】高考生物探究实验的基本题型主要有4种：分析结论型、设计预测型、问题假设型和评价修正型。这4种基本题型的命题立意是，重视考查学生参与科学探究活动的能力。近年来主要以分析结论、设计预测的题型为主，有的考题又包含12种组题类型，其中以实验设计或分析结论为主，而问题假设
9、型、评价修正型的试题较少。1.分析结论型 该题型的特点是题目给出实验的目的、方法和过程，侧重于考查同学们对实验过程的观察与理解的能力、对实验现象的解释和分析的能力以及对实验结论的归纳与总结的能力。2设计预测型 该题型的特点是题目列出生物学的结论、事实，要求学生选用适当的实验材料，依据科学的实验原则，设计合理的实验步骤，对实验可能的结果做出预测，并对预测的结果进行解释和分析，推理出实验的结论，此类试题侧重于对学生推理能力的考查。3问题假设型 该题型的特点是题目陈述生产和生活中的一些生物学问题，要求学生提出合理的假设，选用恰当的方法验证或解释提出的假设，并根据提出的假设做出合理的预测。此类题型重在
10、考查同学们提出，问题、解决问题的探究能力。4评价修正型 该题型的特点是题目给出实验的目的，列出一些实验设计的基本思路，学生通过给出的实验思路进行分析，评价能否达到实验的目的，考查学生的科学思维能力和判断推理能力；同时要求学生结合自己的评价，对错误的实验设计加以修正，提出恰当合理的实验思路。实战演练(专项提能，小试牛刀)为研究“圆褐固氮菌对某种植物枝条生根作用的影响”，设计相关实验，结果如下图。试管内基质为灭菌的珍珠岩(起固定、通气和吸水作用)。请据图回答：(1)为了排除其他微生物对实验结果的影响，配制的灭菌培养液在成分上应具备的主要特点是_。(2)A中枝条的下端切口处_(有/无)生长素，A与C
11、对比说明：_。(3)上述实验综合分析表明，圆褐固氮菌能促进该植物枝条生根。为进一步探究“圆褐固氮菌是否分泌了促生根物质”，请完成下列实验：用灭菌培养液培养圆褐固氮菌。将培养物过滤，得到菌体和无菌滤过液。实验分两组：甲组试管中加入基质和灭菌水。乙组取若干试管，加入相同基质，再分别加入_。分别插入同类枝条，培养并观察。结果分析：如果_，则表明圆褐固氮菌分泌了促生根物质。解析：本题命题非常巧妙，把固氮微生物和植物激素调节结合起来，具有一定的综合性和新颖性。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。用实验证明时需注意遵循实验设计的基本原则，结果分析要准确到位，正确区
12、分“结果”与“结论”的差别。答案：(1)不含氮源(2)有 只有适宜浓度的生长素才能促进该植物枝条生根(3)不同稀释浓度的等量滤过液甲组枝条不生根，乙组部分枝条生根视角1 洞察高考热点氮循环(2009年高考北京卷)为研究森林群落在生态系统物质循环中的作用，美国一研究小组在某无人居住的落叶林区进行了3年实验。实验区是两个毗邻的山谷(编号1、2)，两个山谷各有一条小溪。1965年冬，研究人员将2号山谷中的树木全部砍倒留在原地。通过连续测定两条小溪下游的出水量和硝酸盐含量，发现2号山谷小溪出水量比树木砍倒前升高近40%。两条小溪中的硝酸盐含量变化如下图所示。命题视角剖析 例1请回答问题：(1)大 气
13、中 的 N2 进 入 该 森 林 群 落 的 两 种 途 径 有_。在森林群落中，能从环境中直接吸收含氮无机物的两大类生物是_。(2)氮元素以 N2、NO3 和_的形式被生物吸收，进入细胞后主要用于合成_两类生物大分子。(3)图中显示，1 号山谷溪水中的硝酸盐含量出现季节性 规 律 变 化，其 原 因 是 不 同 季 节 生 物_。(4)1966 年 5 月后，2 号山谷溪水中的硝酸盐含量 急 剧 升 高，主 要 的 两 个 原 因 是_。(5)硝酸盐含量过高的水不宜饮用。在人体消化道中，硝酸盐可转变成亚硝酸盐。NO2 能使DNA 中 CG 碱基对中的“C”脱氨成为“U”。上述发生突变的碱基对
14、经两次复制后，在该位点 上 产 生 的 碱 基 对 新 类 型 是 _、_。(6)氮元素从森林群落输出的两种途径是_。(7)该实验结果说明森林群落中植被的两个主要作用是_。【尝试解答】(1)生物固氮、闪电固氮 植物和微生物(2)NH4 蛋白质、核酸(3)对硝酸盐的利用量不同(4)丧失了植被对硝酸盐的吸收动植物遗体分解后，产生的硝酸盐进入小溪(5)TA UA(6)通过细菌的作用将硝酸盐最终变成 N2 返回大气；雨水的冲刷(7)涵养水源、同化无机环境中的氮元素【解析】(1)大气中的 N2 通过生物固氮、闪电固氮和工业固氮三种途径进入生物群落。而森林群落无肥料的施入，故大气中的 N2 进入森林群落的
15、途径有生物固氮和闪电固氮两种途径。(2)植物和微生物能从环境中直接吸收 NO3、NH4 等含氮无机物。进入细胞内的氮主要用于合成含氮的化合物，如蛋白质、核酸等。(3)因不同季节生物对硝酸盐的利用量不同(如 12月5 月植物对硝酸盐吸收量较少)，故 1 号山谷溪水中的硝酸盐含量出现季节性变化。(4)2 号山谷溪水中硝酸盐含量急剧升高，说明硝酸盐来源增多(即动植物遗体分解后，产生的硝酸盐进入小溪)，而硝酸盐的去路(即植物对硝酸盐的吸收)丧失。(5)由题意知：NO2 导致 CG变为 UG，只有发生碱基替换的DNA链经两次复制后能产生碱基对新类型，即 TA、UA。(6)通过反硝化细菌的作用，可将 NO
16、3 还原成 N2 返回大气，也可以通过雨水冲刷由河流带出森林群落。视角2突破易错疑点自生和自养概念的理解自生是相对于共生的一个概念，指的是生物能够独立生活而不借助于其他活体生物的生活方式，它强调的是生物的生存状态；而自养是相对于异养的一个概念，指的是生物能够直接将二氧化碳等无机物合成自身需要的有机物，它强调的是新陈代谢的类型。有关大豆与土壤中自生固氮菌的叙述正确的是()A大豆虽然是自养生物，但自己不能单独地利用氮元素B由于细菌没有线粒体，自生固氮菌只能进行无氧呼吸C大豆属于生产者，自生固氮菌属于分解者D大豆与自生固氮菌的同化类型相同，异化类型不同例2【尝试解答】C【解析】大豆能单独从土壤中吸收利用氮无素。细菌虽然没有线粒体，但仍有好氧性细菌，可以进行有氧呼吸。大豆与自生固氮菌的同化类型不同，大豆是自养型，自生固氮菌是异养型，二者的异化作用类型是需氧型。即时达标训练 本部分内容讲解结束 点此进入课件目录按ESC键退出全屏播放谢谢使用