2019-2020年高三生物二輪復(fù)習(xí) 生物固氮教案 人教版.doc

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2019-2020年高三生物二輪復(fù)習(xí) 生物固氮教案 人教版 【本章知識(shí)框架】 【疑難精講】 1．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(wú)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(guò)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(guò)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(guò)程叫做硝化作用。氨化作用和硝化作用產(chǎn)生的無(wú)機(jī)氮，都能被植物吸收作用。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酸鹽，并且進(jìn)一步還原成分子態(tài)氮，分子態(tài)氮?jiǎng)t返回到大氣中，這一過(guò)程叫做反硝化作用。 大氣中的分子態(tài)氮還原成氨，這一過(guò)程叫做固氮作用。沒(méi)有固氮作用，大氣中的分子態(tài)氮就不能被植物吸收利用。地球上固氮作用的途徑有三種：生物固氮、工業(yè)固氮（用高溫、高壓和化學(xué)催化的方法，將氮轉(zhuǎn)化成氨）和高能固氮（如閃電等高空瞬間放電所產(chǎn)生的高能，可以使空氣中的氮與水中的氫結(jié)合，形成氨和硝酸，氨和硝酸則由雨水帶到地面）。據(jù)科學(xué)家估算，每年生物固氮的總量占地球上固氮總量的90%左右，可見(jiàn)，生物固氮在地球的氮循環(huán)中具有十分重要的作用。 2．固氮生物的類(lèi)型 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、共生固氮生物和聯(lián)合固氮微生物三類(lèi)。 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(méi)有依存關(guān)系。常見(jiàn)的自生固氮微生物包括以圓褐固氮菌為代表的好氧性自生固氮菌、以梭菌為代表的厭氧性自生固氮菌，以及以魚(yú)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)氮。共生固氮微生物可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是與豆科植物互利共生的根瘤菌，以及與榿木屬、楊梅屬和沙棘屬等非豆科植物共生的弗蘭克氏放線菌；另一類(lèi)是與紅萍（又叫做滿(mǎn)江紅）等水生蕨類(lèi)植物或羅漢松等裸子植物共生的藍(lán)藻。由藍(lán)藻和某些真菌形成的地衣也屬于這一類(lèi)。 有些固氮微生物如固氮螺菌、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。這些固氮微生物和共生的植物之間具有一定的專(zhuān)一性，但是不形成根瘤那樣的特殊結(jié)構(gòu)。這些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，這種固氮形式叫做聯(lián)合固氮。 【學(xué)法指導(dǎo)】 本部分復(fù)習(xí)2～3課時(shí)，第1課時(shí)復(fù)習(xí)生物固氮的有關(guān)知識(shí)，第2～3課時(shí)，選取部分練習(xí)題將本章內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)鞏固。 1．“生物固氮”一節(jié)先介紹固氮微生物的種類(lèi)、代表微生物的形態(tài)生理特征及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用；又講述了生物固氮的原理和意義；還介紹了生物固氮在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，表現(xiàn)在三個(gè)方面：土壤中氮素的消耗和補(bǔ)充途徑，目前廣泛應(yīng)用的對(duì)豆科植物播種前進(jìn)行的根瘤苗拌種，以及農(nóng)田中種植綠肥的科學(xué)道理；并設(shè)計(jì)了一項(xiàng)課外生物科技活動(dòng)，讓我們通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)對(duì)根瘤菌拌種促進(jìn)豆科作物產(chǎn)量的認(rèn)識(shí)?！白陨痰姆蛛x”這一實(shí)驗(yàn)介紹了從土壤表層中分離自生固氮菌的原理、目的要求、材料用具和方法步驟。 2．本節(jié)學(xué)習(xí)重點(diǎn)：固氮微生物的種類(lèi)；生物固氮的意義。學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容，應(yīng)注意從以下方面來(lái)掌握重點(diǎn)、突破難點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)，通過(guò)學(xué)習(xí)固氮微生物的種類(lèi)，生物固氮的簡(jiǎn)要過(guò)程，生物固氮的意義和生物固氮在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用等知識(shí)，進(jìn)一步了解生物固氮的基礎(chǔ)知識(shí)，了解這些知識(shí)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用，提高自己探索生物科學(xué)奧秘的興趣。注意相關(guān)知識(shí)的比較： 共生固氮菌與自生氮菌；生物固氮、高能固氮與工業(yè)固氮；碳循環(huán)與氮循環(huán)。通過(guò)比較，培養(yǎng)自己的求同思想能力和求異思維能力。 3．初中教科書(shū)第二部分第一章“細(xì)菌”和高中必修教科書(shū)第八章第一節(jié)“生物與環(huán)境的相互關(guān)系”，分別講述了根瘤菌能夠促進(jìn)豆科植物生長(zhǎng)以及兩者具有互利共生的關(guān)系，在學(xué)習(xí)“生物固氮”前也應(yīng)認(rèn)真復(fù)習(xí)。 4．通過(guò)實(shí)驗(yàn)初步學(xué)會(huì)從土壤表層中分離自生固氮菌，學(xué)會(huì)簡(jiǎn)易涂片的制作方法，了解并能識(shí)別自生固氮菌的形態(tài)特征；體驗(yàn)一些研究微生物的過(guò)程和方法；實(shí)驗(yàn)中要善于自主地提出一些思維含量高的問(wèn)題，如本實(shí)驗(yàn)整個(gè)操作過(guò)程每個(gè)細(xì)節(jié)都要防止雜菌污染，你認(rèn)為每個(gè)細(xì)節(jié)中為防止雜菌污染采用的措施是什么？假如黏液中有三種自生固氮菌，你能否想出一種方法，將這三種細(xì)菌分離開(kāi)來(lái)，通過(guò)在教師引導(dǎo)下討論和實(shí)踐廣開(kāi)思路，獲得真知；還要善于對(duì)實(shí)驗(yàn)中的某一步驟進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，如能否用土壤浸出液代替稀泥漿接種？培養(yǎng)自己實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和團(tuán)結(jié)協(xié)作精神，培養(yǎng)自己的觀察能力、實(shí)驗(yàn)操作和設(shè)計(jì)能力、科學(xué)探究能力和創(chuàng)新能力。 【典型例題精講】 ［例1］（xx年山西高考題）豆科植物與根瘤菌的互利共生關(guān)系主要體現(xiàn)在 A．豆科植物從根瘤菌獲得NH3，根瘤菌從豆科植物獲得糖類(lèi) B．豆科植物從根瘤菌獲得含氮有機(jī)物，根瘤菌從豆科植物獲得NH3 C．豆科植物從根瘤菌獲得N2，根瘤菌從豆科植物獲得有機(jī)物 D．豆科植物從根瘤菌獲得NO，根瘤菌從豆科植物獲得NH3 【解析】 根瘤菌與豆科植物是一種彼此有利、相互依賴(lài)的關(guān)系，主要體現(xiàn)在：豆科植物通過(guò)光合作用制造的糖類(lèi)等有機(jī)物，一部分供給根瘤菌；根瘤菌通過(guò)生物固氮制造的氨供給豆科植物。 【答案】 A ［例2］關(guān)于根瘤及根瘤菌的敘述中，不正確的一項(xiàng)是 A．根瘤可以單獨(dú)著生，也可以聚集在一起生在根上 B．一般豆科植物的主根和側(cè)根上都可以著生根瘤 C．根瘤是由根瘤菌進(jìn)入根細(xì)胞內(nèi)部，刺激根組織膨大而成的 D．根瘤破潰后，根瘤菌全部死亡后進(jìn)入土壤 【解析】 本題考查根瘤和根瘤菌的關(guān)系。因我們知道，根瘤是豆科植物的根部在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，被土壤中一些相適應(yīng)的根瘤菌侵入后，通過(guò)大量繁殖，并刺激根部細(xì)胞不斷分裂，進(jìn)而使該處組織逐漸膨大后形成的。根瘤可以單獨(dú)著生，也可以在任意根上聚集形成，但主根上的根瘤菌固氮能力強(qiáng)。當(dāng)植物衰老死亡后，根瘤也要破潰，其內(nèi)的根瘤菌便進(jìn)入土壤，進(jìn)入土壤的根瘤菌不一定死亡。 【答案】 D ［例3］關(guān)于固氮生物的正確說(shuō)法是 A．固氮生物都是異養(yǎng)的 B．固氮生物都是共生的 C．固氮生物都是細(xì)菌或放線菌 D．根瘤菌固定的氮素占生物固氮的絕大部分 【解析】 本題考查固氮生物的有關(guān)知識(shí)。固氮生物有的異養(yǎng)如根瘤菌，有的自養(yǎng)如藍(lán)藻，有的與其他植物共生如根瘤菌與豆科植物，有的自生如圓褐固氮菌。固氮生物除細(xì)菌和放射菌外，還有藍(lán)藻，其中根瘤菌固定的氮素占自然界生物固氮總量的絕大部分。 【答案】 D ［例4］關(guān)于生物固氮的正確敘述是 A．生物遺體中的含氮化合物首先被轉(zhuǎn)化成硝酸鹽 B．硝化細(xì)菌可以使氮元素回歸大氣 C．圓褐固氮菌固定的氮可直接被植物吸收利用 D．硝化細(xì)菌可以把植物不能吸收的氨轉(zhuǎn)變?yōu)槟芪盏南跛猁} 【解析】 本題考查生物固氮的有關(guān)知識(shí)。生物遺體中的含氮化合物先被微生物分解形成氨，在有氧條件下，土壤中的氨和銨鹽在硝化細(xì)菌作用下最終氧化成硝酸鹽，在氧氣不足條件下，土壤中的硝酸鹽被反硝化細(xì)菌（而不是硝化細(xì)菌）等多種微生物還原成亞硝酸鹽，并進(jìn)一步還原成分子態(tài)氮返回大氣中。圓褐固氮菌是土壤中的自生固氮菌，其固氮產(chǎn)生的NH3要經(jīng)過(guò)硝化細(xì)菌的作用轉(zhuǎn)化成NO后才能被植物體利用。 【答案】 D 【達(dá)標(biāo)訓(xùn)練】 一、選擇題 1．下列哪項(xiàng)不屬于固氮生物 A．根瘤菌 B．圓褐固氮菌 C．某些藍(lán)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內(nèi)才能固氮。根瘤菌為豆科植物提供氮肥，豆科植物為根瘤菌提供營(yíng)養(yǎng)。 【答案】 D 2．下面對(duì)氮循環(huán)的說(shuō)法中正確的是 A．生物的固氮過(guò)程就是N2吸收到植物體內(nèi)被利用了 B．氮素一旦進(jìn)入生物體內(nèi)就不會(huì)形成N2 C．生物體內(nèi)的氮主要來(lái)源于閃電固氮 D．動(dòng)物產(chǎn)生的尿素轉(zhuǎn)化成的銨鹽可被植物吸收利用 【解析】 生物固氮是指固氮微生物將大氣中的氮還原成氨的過(guò)程；生物體內(nèi)的氮主要以生物固氮為主。 【答案】 D 3．在生物固氮過(guò)程中，最終電子受體是 A．N2和乙炔 B．NH3 C．乙烯 D．NADP+ 【解析】 在固氮酶將N2還原成NH3的過(guò)程中，需要e和H+，還需要ATP提供能量。簡(jiǎn)單地說(shuō)，在ATP提供能量的情況下，e和H+通過(guò)固氮酶?jìng)鬟f給N2和乙炔，使它們分別還原成NH3和乙烯。 【答案】 A 4．根瘤菌的新陳代謝類(lèi)型屬于 A．自養(yǎng)需氧型 B．自養(yǎng)厭氧型 C．異養(yǎng)需氧型 D．異養(yǎng)厭氧型 【答案】 C 5．圓褐固氮菌除了具有固氮能力外還能 A．促進(jìn)植物生根 B．促進(jìn)植物開(kāi)花 C．促進(jìn)植物形成種子 D．促進(jìn)植物的生長(zhǎng)和果實(shí)發(fā)育 【解析】 圓褐固氮菌具有較強(qiáng)的固氮能力，并且能夠分泌生長(zhǎng)素，促進(jìn)植株的生長(zhǎng)和果實(shí)的發(fā)育。 【答案】 D 6．下列各項(xiàng)中與根瘤菌固氮過(guò)程無(wú)關(guān)的是 A．e和H+ B．ATP C．NO D．固氮酶 【答案】 C 7．下列關(guān)于根瘤菌的論述，錯(cuò)誤的是 A．能侵入任何一種豆科植物 B．能與豆科植物共生 C．屬異養(yǎng)型生物 D．屬原核生物 【解析】 不同的根瘤菌，各自只能侵入特定種類(lèi)的豆科植物：有的根瘤菌只能侵入一種豆科植物，例如大豆根瘤菌只能侵入大豆的根；有的根瘤菌能夠侵入多種豆科植物，例如，蠶豆根瘤菌可以侵入蠶豆，菜豆和豇豆的根。 【答案】 A 8．根瘤菌在生態(tài)系統(tǒng)中的地位是 A．生產(chǎn)者 B．消費(fèi)者 C．分解者 D．寄生者 【答案】 B 9．圓褐固氮菌的新陳代謝類(lèi)型屬于 A．自養(yǎng)需氧型 B．異養(yǎng)需氧型 C．自養(yǎng)厭氧型 D．異養(yǎng)厭氧型 【答案】 B 10．能夠侵入植物體內(nèi)發(fā)揮固氮作用的微生物是 A．酵母菌 B．真菌 C．細(xì)菌 D．霉菌 【解析】 固氮微生物主要指具有固氮功能的細(xì)菌，此外，還包括一些具有固氮功能的放線菌和藍(lán)藻。 【答案】 C 11．圓褐固氮菌固氮后形成的產(chǎn)物是 A．可以直接被植物吸收利用 B．經(jīng)過(guò)分解者作用后才能被植物吸收 C．經(jīng)過(guò)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 【解析】 圓褐固氮菌固氮后形成的產(chǎn)物NH3，經(jīng)過(guò)土壤中的硝化細(xì)菌（生產(chǎn)者）的作用，最終轉(zhuǎn)化成硝酸鹽，硝酸鹽可以被植物吸收利用。 【答案】 D 12．氮進(jìn)入高等植物體內(nèi)的形式是 A．N2 B．硝酸鹽和銨鹽 C．NO D．NO2 【答案】 B 13．以下說(shuō)法錯(cuò)誤的是 A．土壤中的氨經(jīng)過(guò)硝化細(xì)菌的作用，最終轉(zhuǎn)化成硝酸鹽 B．土壤中的一些細(xì)菌在氧氣充足的條件下，將硝酸鹽轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽，并最終轉(zhuǎn)化成氮?dú)? C．植物只能利用土壤中的硝酸鹽和銨鹽，而不能直接利用空氣中的氮?dú)? D．根瘤菌固定的氮一部分供宿主植物利用，一部分留給自己使用 【解析】 土壤中的一些細(xì)菌（如硝化細(xì)菌）在氧氣充足條件下，把氨轉(zhuǎn)化為硝酸鹽；在氧氣不足的情況下，土壤的另一些細(xì)菌（如反硝化細(xì)菌）可以將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽并最終轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，氮?dú)鈩t返回到大氣中。 【答案】 B 14．豆科植物形成根瘤的直接原因是 A．根瘤菌入侵的結(jié)果 B．根瘤菌固定N2的結(jié)果 C．根的薄壁細(xì)胞分裂的結(jié)果 D．根內(nèi)形成NH3的結(jié)果 【解析】 豆科植物幼苗長(zhǎng)出后，土壤中與該種豆科植物相適應(yīng)的根瘤菌就侵入到根內(nèi)。根瘤菌在根內(nèi)不斷地繁殖，并且刺激根內(nèi)的一些薄壁細(xì)胞分裂，進(jìn)而使該處的組織逐漸膨大，形成根瘤。（關(guān)鍵是“直接”原因） 【答案】 C 15．根瘤菌在根內(nèi)不斷地繁殖，并且刺激根內(nèi)的一些細(xì)胞分裂，進(jìn)而使該處的組織逐漸膨大，形成根瘤，其刺激的細(xì)胞是 A．厚壁細(xì)胞 B．薄壁細(xì)胞 C．表皮細(xì)胞 D．根冠細(xì)胞 【答案】 B 16．從大豆的根瘤中分離出來(lái)的根瘤菌能侵入的根是 A．豆根 B．蠶豆根 C．大豆根 D．豇豆根 【解析】 有的根瘤菌只能侵入一種豆科植物，例如大豆根瘤菌只能侵入大豆的根；有的根瘤菌能夠侵入多種豆科植物，例如，蠶豆根瘤菌可以侵入蠶豆、菜豆和豇豆的根。 【答案】 C 17．從土壤中分離自生固氮菌到制成臨時(shí)涂片的步驟是 A．觀察→培養(yǎng)→接種→涂片 B．接種→觀察→培養(yǎng)→涂片 C．培養(yǎng)→接種→觀察→涂片 D．接種→培養(yǎng)→觀察→涂片 【答案】 D 18．下面對(duì)氮素與光合作用的關(guān)系的表述中，不正確的是 A．土壤中氮素含量越多，光合速率越快 B．追施氮肥，促進(jìn)葉片面積增大，葉片數(shù)目增多，增加了光合面積 C．施氮肥后，葉綠素含量增加，加速了光反應(yīng) D．氮肥也能增加葉中蛋白態(tài)氮的百分率；酶數(shù)量增多，使暗反應(yīng)順利進(jìn)行 【答案】 A 19．在一塊從未種過(guò)豆科植物的貧瘠土地上種植大豆，為提高產(chǎn)量，下列措施最具生態(tài)效益的是 A．加施氮肥，合理密植 B．根瘤菌在土壤中廣泛分布，故無(wú)需施肥 C．播種前在避光條件下進(jìn)行根瘤菌拌種 D．播種前對(duì)種子進(jìn)行消毒處理 【解析】 土壤可以通過(guò)兩條途徑獲得氮素：一條是含氮肥料（包括氮素化肥和各種農(nóng)家肥料）的施用；另一條是生物固氮。對(duì)豆科作物進(jìn)行根瘤菌拌種，是提高豆科作物產(chǎn)量的一項(xiàng)有效措施。播種前，將豆科作物的種子沾上與該種豆科作物相適應(yīng)的根瘤菌，這顯然有利于該種豆科作物被相應(yīng)的根瘤菌侵入。特別是新開(kāi)墾的農(nóng)田和未種植過(guò)豆科作物的土壤中，根瘤菌很少，并且常常不能使豆科作物結(jié)瘤固氮，更需要進(jìn)行根瘤菌拌種。經(jīng)過(guò)根瘤菌拌種的豆科作物，不僅能夠明顯提高糧食產(chǎn)量，而且有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。 【答案】 C 20．豆科植物根瘤菌的固氮能力最強(qiáng)的時(shí)期是 A．成長(zhǎng)時(shí)期 B．幼苗時(shí)期 C．開(kāi)花之前 D．開(kāi)花之后 【答案】 C 21．大氣中的氮被植物體利用的途徑不包括 A．主要被植物體直接利用 B．以生物固氮的形式形成氨鹽 C．以工業(yè)固氮的形式形成氨鹽和硝酸鹽 D．在自然界中通過(guò)閃電等高能固氮的形式形成含氮無(wú)機(jī)鹽被植物體利用 【解析】 大氣中的N2需經(jīng)固氮微生物的固氮過(guò)程，將N2還原成NH3，NH3經(jīng)過(guò)土壤中硝化細(xì)菌的作用，最終轉(zhuǎn)化成硝酸鹽，硝酸鹽可以被植物吸收利用。 【答案】 A 二、非選擇題 22．對(duì)豆科作物進(jìn)行_________拌種是提高豆科作物產(chǎn)量的一項(xiàng)有效措施。非豆科作物一旦能夠自行固氮，不僅能夠明顯地提高糧食_________，而且有利于_________的保護(hù)。 【答案】 根瘤菌 產(chǎn)量 生態(tài)系統(tǒng) 23．共生固氮微生物與自生固氮微生物的區(qū)別是前者與綠色植物_________，只有侵入到_________時(shí)才能固氮，后者在土壤中能夠_________。 【答案】 互利共生 根內(nèi) 獨(dú)立固氮 24．下圖為生物固氮原理示意圖。據(jù)圖回答： （1）圖中［1］→［2］表示_________________。 （2）e和H+通過(guò)［ ］_________最終傳遞給_________和_________。 （3）圖中［5］是_________，［6］是_________。 （4）該原理可用反應(yīng)式概括為_(kāi)___________________________。 【答案】 （1）ATPADP+Pi （2）4 固氮酶 N2 乙炔 （3）NH3 C2H4 （4）N2+C2H2+e+H++ATPNH3+ C2H4+ADP+Pi 25．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(guò)生物固氮進(jìn)行的。最常見(jiàn)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(guò)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）根瘤菌和豆科植物的關(guān)系在生物學(xué)上稱(chēng)為_(kāi)________。 （2）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，根本原因是它具有獨(dú)特的_________。 （3）日本科學(xué)家把固氮基因轉(zhuǎn)移到水稻根系微生物中，通過(guò)指導(dǎo)合成固氮所需的_________，進(jìn)而起到固氮作用，從而減少氮肥的施用量。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(huà)，那么固氮基因最終實(shí)現(xiàn)表達(dá)的途徑是________________。 （4）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)省了大量的器材、設(shè)備和能源。 【解析】 （1）根瘤菌通過(guò)生物固氮作物為豆科植物提供含氮的無(wú)機(jī)鹽，豆科植物通過(guò)光合作用為根瘤菌提供有機(jī)物，故兩者是互利共生關(guān)系。 （2）固氮酶是由固氮基因控制合成的，故答案為固氮基因。 （3）固氮基因轉(zhuǎn)移到水稻根系微生物中后，可控制合成固氮所需的固氮酶。此途徑是固氮基因→信使RNA→固氮酶。 （4）生物固氮所需條件往往比較溫和，常溫、常壓下就可進(jìn)行；工業(yè)合成氮必需要求高溫、高壓條件。因此生物固氮比工業(yè)合成氮節(jié)省了大量器材、設(shè)備和能源。 【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）常溫 常壓 26．閱讀下列材料，回答相關(guān)問(wèn)題。 材料1 在自然界中有將游離態(tài)氮轉(zhuǎn)化成化合態(tài)氮的生物，也有將化合態(tài)氮轉(zhuǎn)化成游離態(tài)氮的細(xì)菌，由于其生理過(guò)程與硝化細(xì)菌相反，故稱(chēng)為反硝化過(guò)程，該細(xì)菌被稱(chēng)為反硝化細(xì)菌，反硝化細(xì)菌對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是不利的，會(huì)降低土壤的肥力，但對(duì)于氮的循環(huán)來(lái)說(shuō)是必不可少的。 材料2 生態(tài)系統(tǒng)中氮循環(huán)和碳循環(huán)及其相互關(guān)系的簡(jiǎn)圖如下。 材料3 由于鳥(niǎo)類(lèi)對(duì)飛翔生活的適應(yīng)，要減輕體重，所以鳥(niǎo)類(lèi)的消化道相對(duì)較短。在養(yǎng)雞場(chǎng)里，由于雞的消化道相對(duì)較短，食物中的有機(jī)物消化不充分。在其排出的糞便中還有很多有機(jī)物未被充分利用，所以常將雞糞發(fā)酵除臭后摻到其他的飼料中喂豬，可以節(jié)省飼料，提高經(jīng)濟(jì)效益。 （1）上圖中過(guò)程①稱(chēng)為_(kāi)________，過(guò)程②稱(chēng)為_(kāi)________。如果圖示是一個(gè)封閉的大棚生態(tài)系統(tǒng)，遇到連續(xù)陰雨天氣，你認(rèn)為采取何種措施對(duì)植物生長(zhǎng)較為有利？______________________。采取這種措施的目的是___________________________。 （2）在完成圖中⑤過(guò)程的生物中，根瘤菌是非常有名的，它活躍在豆科植物的根部形成根瘤，與豆科植物呈現(xiàn)良好的共生關(guān)系，請(qǐng)你具體說(shuō)出豆科植物與根瘤菌之間的互惠關(guān)系：_______________________________。 （3）植物完成圖中④過(guò)程的主要方式是_________，如果土壤板結(jié)或長(zhǎng)期水淹，陸生植物通過(guò)該過(guò)程吸收的氮素是否能滿(mǎn)足其生理需要？_________，其原因是____________________________。 （4）你認(rèn)為材料1中提到的反硝化細(xì)菌的生理過(guò)程是由圖中的哪個(gè)標(biāo)號(hào)體現(xiàn)的？_______。 （5）圖中哪個(gè)標(biāo)號(hào)代表的內(nèi)容能體現(xiàn)出這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)能力的大??？_________。 （6）你認(rèn)為雞糞發(fā)酵除臭是何種細(xì)菌的作用？在圖中哪個(gè)標(biāo)號(hào)所示的過(guò)程能反映除臭的生理過(guò)程_______________________。 【解析】 本題目是一個(gè)綜合性題目，綜合了植物代謝、生態(tài)等有關(guān)知識(shí)。 （1）圖中①過(guò)程是植物通過(guò)光合作用將大氣中CO2合成有機(jī)物的過(guò)程；②過(guò)程是植物通過(guò)呼吸作用分解有機(jī)物釋放CO2的過(guò)程。在陰雨天氣，光照較弱，光合作用弱，故可采取增強(qiáng)光照措施提高植物光合作用；另外也可以通過(guò)降低棚內(nèi)溫度來(lái)降低呼吸作用來(lái)促進(jìn)植物生長(zhǎng)。 （2）豆科植物通過(guò)光合作用為根瘤菌提供有機(jī)物，根瘤菌通過(guò)生物固氮過(guò)程為豆科植物提供氮源。 （3）NH3溶于水形成NO，NO通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸方式被植物根吸收，如果土壤板結(jié)或長(zhǎng)期水淹，會(huì)影響植物根的呼吸作用，進(jìn)而影響根對(duì)礦質(zhì)元素的吸收。 （4）從圖示中可看出⑥過(guò)程是反硝化細(xì)菌的生理過(guò)程。 （5）圖中⑨代表食物鏈、食物網(wǎng)，既生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，其自動(dòng)調(diào)節(jié)能力越大，反之越小。 （6）雞糞發(fā)酵有臭味是因?yàn)樯蒒H3，細(xì)菌可以將NH3氧化成亞硝酸鹽和硝酸鹽，故可除臭；圖中⑦過(guò)程正反映了這一過(guò)程。 【答案】 （1）光合作用 呼吸作用 增強(qiáng)光照，降低棚內(nèi)溫度 增加光合作用強(qiáng)度，減少呼吸消耗 （2）豆科植物為根瘤菌提供有機(jī)物，根瘤菌為豆科植物提供氮源 （3）主動(dòng)運(yùn)輸 不能 土壤中缺氧，影響呼吸作用，進(jìn)而影響氮的吸收 （4）⑥ （5）⑨ （6）硝化細(xì)菌，⑦ 【資料補(bǔ)充】 1．光合作用中與物理化學(xué)知識(shí)相聯(lián)系的知識(shí)點(diǎn)有：葉綠體色素與光譜、波長(zhǎng)，棱鏡與光的色散，光反應(yīng)中的光電效應(yīng)、光合作用與示蹤原子等以上學(xué)科間交叉點(diǎn)較多。 2．生物固氮與物理、化學(xué)知識(shí)相聯(lián)系的知識(shí)點(diǎn)有：地球上固氮作用的途徑（生物固氮、閃電固氮、工業(yè)固氮），構(gòu)成氮循環(huán)的主要環(huán)節(jié)：生物體內(nèi)有機(jī)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）德國(guó)生物學(xué)家C．Engelmann用巧妙的實(shí)驗(yàn)研究了光合作用的作用光譜。他將棱鏡產(chǎn)生的光譜投射到絲狀綠藻上，并在絲狀綠藻的懸液中放入一些細(xì)菌，然后在顯微鏡下觀察細(xì)菌在絲狀綠藻各部分的聚集情況（第十五章） （1）絲狀綠藻多聚集在懸液中的什么位置？________________________。 （2）若細(xì)菌的聚集位置與絲狀綠藻的位置相同。則其異化作用的類(lèi)型是_________。 （3）寫(xiě)出A、B、C、D、E、F、G不同波長(zhǎng)光的顏色：_____________________。 （4）如果將該絲狀綠藻長(zhǎng)期放在D色光下照射，絲狀綠藻將會(huì)_________，原因是____________________________。 （5）什么情況下絲狀綠藻周?chē)募?xì)菌呈均勻分布？____________________________。 （6）太陽(yáng)輻射中的紅外光和紫外光能否被絲狀綠藻利用？____________________________。 【解析】 根據(jù)物理知識(shí)。A、B、C、D、E、F、G分別代表紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫各色光，又根據(jù)生物學(xué)的光合作用知識(shí)。綠藻所含的色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，因此，絲狀綠藻將分布在紅光和藍(lán)紫光對(duì)應(yīng)的懸液上下兩端；絲狀綠藻光合作用放出氧氣，而細(xì)菌聚集在氧氣含量高的位置，說(shuō)明它們是需氧型生物。因?yàn)镈代表綠光，而絲狀綠藻幾乎不吸收綠光，長(zhǎng)期在綠光下的綠藻不能進(jìn)行光合作用，就會(huì)死亡。除去棱鏡的分光作用，給以正常的可見(jiàn)光照射，各部位絲狀綠藻光合作用速率等同，其周?chē)募?xì)菌就呈均勻分布。太陽(yáng)輻射中的紅外光和紫外光不屬于可見(jiàn)光，葉綠素不能吸收，因此絲狀綠藻不能利用。 【答案】 （1）紅光和藍(lán)紫光 （2）需氧型生物 （3）紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫 （4）死亡 絲狀綠藻幾乎不吸收綠光，不能進(jìn)行光合作用 （5）正?？梢?jiàn)光照射 （6）不能利用 ［例2］硫酸銨是農(nóng)村常用的一種銨態(tài)氮肥，試回答下列問(wèn)題； （1）某硫酸銨肥料。實(shí)驗(yàn)測(cè)得氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，該樣品中可能混有_________。 A．碳酸氫銨 B．硝酸銨 C．氯化銨 D．磷酸氫二氨 （2）下列物質(zhì)不能跟硫酸銨肥料混合施用的是_________。 A．碳酸氫銨 B．草木灰 C．過(guò)磷酸鈣 D．氯化鉀 （3）田間一次施用該化肥過(guò)多會(huì)使植物變得枯萎發(fā)黃，俗稱(chēng)“燒苗”，其原因是 A．根細(xì)胞從土壤中吸收的養(yǎng)分過(guò)多 B．根細(xì)胞不能從土壤中吸水 C．根系不能將水向上運(yùn)輸 D．根系加速了呼吸作用，釋放的能量過(guò)多 （4）有人給農(nóng)作物施用15N標(biāo)記的肥料，結(jié)果，在食用此農(nóng)作物的動(dòng)物尿中可查出15N，試問(wèn)： ①含15N的化肥從土壤溶液中先后經(jīng)_________和_________的過(guò)程而進(jìn)入根細(xì)胞的。 ②含15N的物質(zhì)在植物體細(xì)胞內(nèi)的_________處合成為植物蛋白質(zhì)，以后被動(dòng)物攝取；這種植物的蛋白質(zhì)，在消化道內(nèi)，先后經(jīng)_________等酶的作用，又分解為含15N的氨基酸。 ③含15N的氨基酸被吸收進(jìn)入動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)，又經(jīng)_________作用被分解為含15N的物質(zhì)，進(jìn)而轉(zhuǎn)變成_________隨尿排出體外。 （5）在土地中施用（NH4）2SO4肥料時(shí)，植物吸收的NH多于SO，會(huì)不會(huì)造成細(xì)胞內(nèi)酸堿度的不平衡？ 【解析】 （1）純凈（NH4）2SO4中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.2%。則樣品中必混有氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于20%的物質(zhì)。該物質(zhì)只能是碳酸氫銨。 （2）草木灰施用于土壤中會(huì)發(fā)生水解而呈堿性，硫酸銨與堿性物質(zhì)作用會(huì)逸出NH3，使肥效損失。 （3）施用化肥過(guò)多，會(huì)使根細(xì)胞不能從土壤中吸水，導(dǎo)致“燒苗”。 【答案】 （1）A （2）B （3）B （4）交換吸附 主動(dòng)運(yùn)輸 核糖體 蛋白酶、肽酶 脫氨基 尿素 （5）植物根表面在交換吸附過(guò)程中，每吸附一個(gè)NH，主要交換下來(lái)一個(gè)H+，這種交換是對(duì)等的，細(xì)胞液有多種無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)酸，實(shí)際上是一種緩沖液；NH大部分被細(xì)胞內(nèi)生理活動(dòng)所利用，如合成蛋白質(zhì)和核酸需要N元素等。所以，正常情況下植物大量吸收NH不會(huì)造成細(xì)胞內(nèi)酸堿度不平衡。 ［例3］固氮有三種方式：生物固氮、工業(yè)合成氮和放電條件下氮?dú)夂脱鯕饣?。全世界工業(yè)合成氮肥中的氮只占固氮總量的20%，其余絕大部分是通過(guò)生物固氮進(jìn)行的，最常見(jiàn)的是豆科植物根部的根瘤菌，能將大氣中游離態(tài)的氮，經(jīng)固氮酶的作用生成氮的化合物，以利于植物利用。 （1）根瘤菌與豆科植物的關(guān)系在生物學(xué)上稱(chēng)為_(kāi)________。 （2）根瘤菌之所以有固氮作用，是因?yàn)樗仟?dú)特的固氮酶，而根本原因是它具有獨(dú)特的_________。 （3）日本科學(xué)家把固氮基因轉(zhuǎn)移到水稻根系微生物中，通過(guò)指導(dǎo)合成固氮所需的_________進(jìn)而引起固氮作用。更為理想的是直接將固氮基因轉(zhuǎn)移到稻、麥等糧食、經(jīng)濟(jì)作物的細(xì)胞中，讓植物本身直接固氮，這樣可以免施氮肥。如果這種愿望實(shí)現(xiàn)的話(huà)，那么固氮基因中遺傳信息表達(dá)途徑為_(kāi)___________________________。 （4）這種生物固氮與工業(yè)合成氨比較，它是在_________條件下進(jìn)行的，從而節(jié)省了大量的器材、設(shè)備和能源。 （5）俗話(huà)說(shuō)“雷雨發(fā)莊稼”，因電閃雷鳴的雨天，氮?dú)庠诳諝庵邪l(fā)生一系列的反應(yīng)，產(chǎn)生了植物可利用的含氮化合物，寫(xiě)出有關(guān)的三個(gè)反應(yīng)方程式：__________________________________。 【答案】 （1）共生 （2）固氮基因 （3）固氮酶 固氮基因→信使RNA→固氮酶 （4）常溫、常壓 （5）N2+O22NO，2NO+O2==== 2NO2，4NO2+O2+2H2O==== 4HNO3 3．相關(guān)網(wǎng)（頁(yè)）站 （1）北方科普網(wǎng) bjkp.gov.cn （2）洪恩在線：化學(xué)模擬生物固氮 hongen/edu/kxdt/hxsj/kb011501.htm （3）中國(guó)公眾科技網(wǎng)： database.cpst.net.cn/popul/farms/gradn/artic/10810152505.html 【知識(shí)拓展】 1．或許你生活在鄉(xiāng)村，你能否鑒別出身邊常見(jiàn)綠色植物是C3植物還是C4植物？鑒別的依據(jù)是什么？你能否設(shè)計(jì)出提高身邊常見(jiàn)農(nóng)作物產(chǎn)量的合理方案？ 2．或許你生活在城市，你能否鑒別出公園里、校園里常見(jiàn)植物和家庭栽培的綠色植物是C3植物還是C4植物？鑒別的依據(jù)是什么？你能否設(shè)計(jì)出提高你家栽培的綠色植物光合作用效率的合理方案？ 3．請(qǐng)嘗試對(duì)豆科作根瘤菌拌種，并且對(duì)比它們的生長(zhǎng)發(fā)育狀況；搜集有關(guān)生物固氮研究新進(jìn)展的有關(guān)資料。 4．探究表層土壤中是否含有自生固氮菌： （1）材料用具： 農(nóng)田的表層土壤（土壤溶液的pH不低于6.5）、無(wú)菌研缽、無(wú)菌玻璃棒接種環(huán)、天平、存放在載玻片的酒精缸、蓋玻片、顯微鏡、酒精燈、火柴、鑷子、恒溫箱、量筒、玻璃鉛筆、滅過(guò)菌的盛有無(wú)氮培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿、結(jié)晶紫染液、無(wú)菌水。 （2）請(qǐng)?jiān)谙旅娣娇蚶锇刺骄宽樞蛱顚?xiě)簡(jiǎn)要方法步驟： （3）你認(rèn)為從表層土壤中分離自生固氮菌的關(guān)鍵步驟是什么？每步應(yīng)當(dāng)注意哪些問(wèn)題，采取的對(duì)應(yīng)措施是什么？ （4）你是否成功地從表層土壤中分離出了自生固氮菌？若不成功，請(qǐng)分析出原因在哪里？應(yīng)如何改正操作才能成功？ （5）有的同學(xué)在探究中用表層土壤浸出液代替稀泥漿接種，你認(rèn)為能否這樣做？你還能設(shè)計(jì)出更簡(jiǎn)便、更有效、結(jié)果和現(xiàn)象明顯的探究方案嗎？