2012高三生物专题复习生物固氮教案.pdf

生物固氮 一.教学内容：生物固氮 二.学习内容：本周复习生物固氮，本周内容在高考有涉及，新课程中将固氮的基本原理降低层次，内容不多，但作为高考全面备考思想，还是希望能对此内容能加深理解，同时本周再次将重点内容光合作用做次复习，巩固知识。三.学习重点：1.光合作用的能量转换过程，有机物的生成，提高光合作用的效率 2.生物固氮，固氮微生物，氮循环 四.学习难点：1.生物固氮 五.五.复习过程：（一）固氮类型 固氮：将空气中的氮分子转化成氮化合物的过程 生物固氮：固氮微生物将空气中的还原成氨的过程 每年生物固氮的总量占地球上固氮总量的 90%左右，生物固氮在氮循环中起重要作用。（二）固氮微生物的种类 1.固氮微生物都是原核微生物，目前共发现 100 多种。主要有：根瘤菌、蓝藻、放线菌 2.类型：（1）共生固氮微生物 指与绿色植物互利共生时才能固氮的微生物 如：根瘤菌与豆科植物互利共生 弗兰克氏放线菌与桤木属、杨梅属、沙棘属等植物共生 蓝藻与红萍等水生蕨类或罗汉松等裸子植物共生，地衣即是。根瘤菌：在土壤中分布广泛，其固定的氮素占自然界生物固氮的绝大部分 形状：棒槌型、T 型、Y 型 代谢类型：需氧异养细菌，原核生物 特点：只有在侵入到豆科植物的根内才能固氮 不同的根瘤菌各自只能侵入特定种类的豆科植物 根瘤菌与豆科植物互利共生 根瘤形成：豆科植物幼苗长出后,相应的根瘤菌就侵入到根内 根瘤菌在根内不断繁殖 刺激根内薄壁细胞分裂，该处组织膨大形成根瘤 重要意义：豆科植物从根瘤中获得的氮素占所需氮素的 30%到 80%（2）自生固氮微生物 指在土壤中能够独立进行固氮的微生物，如：圆褐固氮菌 圆褐固氮菌：异养需氧原核生物（细菌）结构特点：大多是杆菌或短杆菌 通常是单生或对生生活（显微镜下观察呈 8 字型）细菌外层有一层荚膜 功能特点：异养需氧生活 能独立固氮，固氮能力较强（能在无氮培养基中生长）能分泌生长素（促进植株生长和果实发育）（三）生物固氮的意义：1.植物吸收土壤中的氨盐和硝酸盐，在体内将无机氮转化为有机氮 2.动物直接或间接以植物为食，同化形成动物有机氮 3.动植物有机氮被微生物分解成氨氨化作用 4.氨或氨盐在硝化细菌的作用下最终氧化成硝酸盐-硝化作用 5.硝酸盐被反硝化细菌等还原成亚硝酸盐，进一步形成分子态氮返回大气反硝化作用 意义：没有以生物固氮为主的固氮作用,大气中的分子态氮就不能被植物吸收利用。生物固氮在氮循环中有十分重要的意义。五.学习指导：1.通过比较，了解共生固氮微生物和自生固氮微生物的差别 2.生物固氮 氮素在自然界中有多种存在形式。其中数量最多的是大气中的氮气，总量约 3.91015t。除了少数原核生物以外，其他所有的生物都不能直接利用氮气，必须通过以生物固氮为主的固氮作用才能被植物吸收利用，动物直接或间接以植物为食获取氮。构成氮循环的主要环节是：生物体内有机氨的合成，氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用。植物吸收土壤中的铵盐和硝酸盐，进而将这些无机氮同化成植物体内的蛋白质等有机氮。动物直接或间接以植物为食物，将植物体内的有机氮同化成动物体内的有机氮。这一过程叫做生物体内有机氮的合成。动植物的遗体、排泄物的残落物中的有机氮被微生物分解后形成氨，这一过程叫做氨化作用。氨化作用和硝化作用产生的无机盐，都能被植物吸收利用。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，并且进一步还原成分子态氮，分子态氮则返回到大气中，这一过程叫做反硝化作用。大气中的分子态氮被还原成氨，这一过程叫做固氮作用。没有固氮作用，大气中的分子态氮就不能被植物吸收利用。地球上固氮作用的途径有三种：生物固氮、工业固氮和大气固氮。据科学家估算，每年生物固氮的总量占地球上固氮总量的90%左右，可见，生物固氮在地球的氮循环中具有十分重要的作用。氮素是农作物从土壤中吸收的一种大量元素，土壤每年因此要失去大量的氮素。大量施用氮素化肥能保证植物的生长需要，使粮食增产，但同时又造成土壤板结和环境污染。所以人们研究生物固氮，通过生物固氮这条途径使土壤中的氮素得到补充，有利于环保和可持续发展。3.固氮原理 生物固氮是在固氮酶的催化作用下进行，固氮酶是由两种蛋白质组成的：一种含有铁，叫做铁蛋白质，另一种含有铁和钼，叫做钼铁蛋白。只有铁蛋白和钼铁蛋白的同时存在，固氮酶才具有固氮的作用。生物固氮过程可以用下面的反应式概括表示：N26HnMgATP6e2NH3nMgADPnPi 需要说明的是：第一，ATP 一定要与 Mg 结合，形成 MgATP 复合物后才能起作用；第二，固氮酶具有底物多样性的特点，除能够催化 N2还原成NH3以外，还能催化乙炔还原成乙烯等；第三，生物固氮过程中实际上还需要黄素氧还蛋白或铁氧还蛋白的参与，这两种物质作为电子载体能够起到传递电子的作用。铁蛋白与 MgATP 结合以后，被黄素氧还蛋白或铁氧还蛋白还原，并与钼铁蛋白暂时结合以传递电子。铁蛋白每传递一个 e给钼铁蛋白，同时伴随有两个 MgATP 的水解，在这一催化反应中，铁蛋白反复氧化和还原，只有这样，e和 H才能依次通过铁蛋白和钼铁蛋白，最终传递给 N2和乙炔，使它们分别还原成NH3和乙烯。根据生物固氮原理，以下措施可以提高土壤的含氮量：（1）将圆褐固氮菌制成菌剂，施到土壤，可提高农作物产量。（2）对豆科植物进行根瘤菌拌种，也能提高豆科植物产量。（3）用豆科植物做绿肥可以增加土壤含氮量，有利于农作物的增产。（4）通过转基因技术，可将固氮基因转到非豆科植物中。【模拟试题】1.下列关于叶绿素合成和功能的叙述，错误的是（）A.光是叶绿素合成的必要条件 B.低温抑制叶绿素的合成 C.矿质元素影响叶绿素的合成 D.提取的叶绿素溶液，给予适宜的温度、光照、CO2可进行光合作用 2.下面有关叶绿体的叙述正确的是（）A.叶绿体中的色素都分布在片层结构的膜上 B.叶绿体中的色素都分布在外膜和内膜上 C.光合作用的酶只分布在叶绿体基质中 D.光合作用的酶只分布在外膜、内膜和基粒上 3.处于激发态的叶绿素 a 所具有的特点是（）A.具有很高的能量，易失去电子 B.具有很低的能量，易得到电子 C.具有很高的能量，是强氧化剂 D.具有很低的能量，是强还原剂 4.光合作用过程中，叶绿体中完成活跃的化学能转变为稳定化学能的结构是（）A.基质 B.内膜 C.外膜 D.类囊体薄膜 5.光合作用过程中，电能转换成活跃化学能的反应式之一为：HeNADP2 酶NADPH该反应式电子的根本来源是（）A.叶绿素 a B.特殊状态的叶绿素a C.吸收和传递光能的色素分子 D.参与光反应的水分子 6.在暗反应过程中，NADPH 的作用是（）A.为 C3化合物还原提供能量 B.还原 C3化合物 C.与 ATP 的作用完全相同 D.A 和 B 7.在光合作用过程中，碳同化伴随的能量变化是（）A.将 ATP 和 NADPH 中活跃的化学能，转换成贮存在有机物中稳定的化学能 B.光能转换为电能 C.电能转换为活跃的化学能 D.光能转换为活跃的化学能 8.光合作用过程中，不在叶绿体基粒囊状结构的薄膜上进行的是（）A.NADP+变为 NADPH B.氧气的生成 C.ADP 转变为 ATP D.CO2的固定和还原 9.下列关于 C3植物和 C4植物进行光合作用时，淀粉粒出现部位的叙述，正确的是（）A.C4植物叶肉细胞和维管束鞘细胞中都有淀粉粒 B.C4植物只有在维管束鞘细胞出现 C.C3植物只有发生在维管束鞘细胞。D.C3植物叶肉细胞和维管束鞘细胞中都有 10.在光照条件下，某些色素能吸收并传递光能，将光能传递给少数叶绿素 a，这时叶绿素 a 分子所处的状态为（）A.被抑制、得到电子 B.被激发、得到电子 C.被抑制、失去电子 D.被激发、失去电子 11.光合作用制造的有机物中所含有的能量与光合作用吸收光能的比值有一种蓝色染色剂 DCPIP（二氯酚靛酚），被还原后成为白色。下面条件下能使其产生最大程度颜色变化的是（）A.分离的叶绿体，置于黑暗中 B.分离的叶绿体，置于光下 C.叶绿体色素提取液，置于黑暗中 D.叶绿体基质提取液，置于光下 12.从生态系统物质生产的角度来分析，碳同化的意义为（）A.将 ATP 和 NADPH 中活跃的化学能，转化为贮存在有机物中稳定的化学能 B.光能转化为活跃的化学能 C.植物体内叶绿素的合成，是通过碳同化过程实现的 D.占植物干重 90%以上的有机物，基本上是通过碳同化合成的 13.C4植物叶肉细胞内 CO2的固定方式是（）A.CO2C5化合物C3化合物 B.CO2C3化合物C4化合物 C.CO2C4化合物C5化合物 D.CO2C4化合物C3化合物 14.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 15.豆科植物形成根瘤的原因是（）A.根瘤菌入侵根的结果 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 16.以下关于根瘤菌的说法中正确的是（）A.只要与豆科植物接触的根瘤菌都能固氮 B.根瘤菌是一种自养型生物 C.只有与豆科植物共生才能固氮 D.根瘤菌可以在所有豆科植物上形成根瘤 17.有关固氮的叙述错误的是（）A.大气中的氮必须经过生物固氮才能被利用 B.固氮微生物主要是一些细菌、放线菌、蓝藻等原核生物 C.根瘤菌在豆科植物的根外不能固氮 D.圆褐固氮菌可独立固氮 18.圆褐固氮菌除了具有固氮能力以外还能（）A.促进植物生根 B.促进植物开花 C.促进植物种子形成 D.促进植物的生长和果实发育 19.关于氮循环的叙述中，不正确的是（）A.N2经生物固氮后才能被植物吸收 B.氮元素在生物群落中以有机物形式传递 C.在缺氧时，土壤中的一些细菌可将硝酸盐最终转化为N2 D.消化细菌能把 NH3氧化为植物生命活动所需的部分能量 20.自生和共生微生物可以将（）A.大气中的 N2转化为 NH3 B.大气中的N2转化为NO3 C.土壤中的 NH3转化为 NO3 D.土壤中的 NO3转化为N2 21.下列关于自然界氮循环的反应式与转化作用名称不相符合的是（）A.N2生物固氮NH3 B.NH3硝化作用2NO C.3NO硝化作用2NO D.NH4+铵盐同化生物体有机氮 22.有一种蓝色染色剂，被还原后可成为白色，下面条件下能使试管中的这种染色剂由蓝色转为白色的是（）A.加入分离的叶绿体基粒，并将试管作遮光处理 B.加入分离的叶绿体基粒，并将试管置于光下照射 C.加入叶绿体基质提取液，并将试管作遮光处理 D.加入叶绿体基质提取液，并将试管置于光下照射 23.下图示在两种实验条件下，测定的不同光照强度对光合作用速率的影响。a 为 0.1%CO2、200C；b 为 0.03%CO2、200C。以上实验可知，对 x 和 y 点起限制作用的因素分别是（）A.光强度和 CO2浓度 B.CO2浓度和光强度 C.光强度和温度 D.温度和 CO2浓度 24.在一密闭透明薄膜大棚内，一天中的光照强度与棚内植物制造有机物量分别如下图中曲线 a 和曲线 b 所示。（图中纵轴 V示光照强度或制造有机物量；横轴 T 示时间）在采取某项措施后，棚内植物制造有机物量则如曲线 c 所示。采取的措施是（）A.低温度 B.加氧气浓度 C.高湿度 D.加二氧化碳浓度 25.下列关于光合作用的叙述中，不正确的是（）A.在光反应中产生的 NADPH 不仅为暗反应提供了还原剂，还提供了能量 B.叶绿素 a 不仅能吸收和传递能量，还能转换能量 C.C4植物维管束鞘细胞中的叶绿体没有基粒，不能合成淀粉粒 D.光照是光合作用的条件之一，但光照达到一定强度时，植物光合速率就不再提高 26.圆褐固氮菌和根瘤菌的共同特点是（）都是异养生物 都是自养生物 都 是 需氧生物 都是厌氧生物 都是原核生物 都是真核生物 A.B.C.D.27.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氨 28.光合作用受光照强度、CO2浓度、温度等影响，图中 4 条曲线（a、b、c、d）为不同光照强度和不同 CO2浓度下，马铃薯净光合速率随温度变化而变化的曲线。A 光照非常弱，CO2很少（远小于 0.03%）；b 适当遮荫（相当于全光照的 1/25），CO2浓度为0.03%；c 全光照（晴天不遮荫），CO2浓度为 0.03%；d 全光照，CO2浓度为 1.22%.请据图回答：（1）随着光照强度和 CO2浓度的提高，植物光合作用（以净光合速率为指标）最适温度的变化趋势是 。（2）当曲线 b 净光合速率为零时，真光合速率是否为零？为什么？（3）在大田作物管理中，采取下列哪些措施可以提高净光合速率？（）A.通风 B.增施有机肥 C.延长生育期 D.施碳酸氢铵 39.下图是自然界中氮循环示意图，请据图回答：（1）大气中的氮主要通过（），其次也可以通过（）和（）等途径进入生物群落。（2）生物固氮的微生物有 和 _两类，如果图中表示的是豆科植物，该微生物可能是_。（3）图中 B 物质代表 ，微生物是指 。（4）在另一些细菌作用下，NO-3转化成大气中的 N2的条件是 。这对植物不利，为此生产上常采用的措施是 。【试题答案】1.D 2.A 3.A 4.A 5.D 6.D 7.A 8.D 9.B 10.D 11.B 12.D 13.B 14.A 15.C 16.C 17.A 18.D 19.D 20.A 21.C 22.B 23.A 24.D 25.C 26.A 27.A 28.逐渐提高不为零。因为此时的呼吸速率不为零。ABD 29.（1）生物固氮 闪电固氮（或大气固氮）工业固氮（2）共生固氮微生物 自生固氮微生物 共生固氮微生物（3）氨 硝化细菌 （4）氧气不足 及时松土，防止土壤板结