高二生物生物固氮

1、第十課 人體什么活動的調(diào)節(jié)和免疫,第二課時生 物 固 氮,要點、疑點、難點,1 固氮微生物的種類,要點、疑點、難點,2 生物固氮與氮循環(huán),生物固氮與氮循環(huán)過程,要點、疑點、難點,3 生物固氮的應(yīng)用,①將圓褐固氮菌制成菌劑，施到土壤，可提高農(nóng)作物產(chǎn)量；,②對豆科植物可進行根瘤菌拌種，也能提高豆科植物產(chǎn)量；,③通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，可將固氮基因轉(zhuǎn)到非豆科植物中,課前熱身,一、選擇題1生物固氮是指(

2、 )A固氮微生物將大氣中的氮還原成氨的過程B豆科植物將大氣中的氮轉(zhuǎn)化成氨的過程C固氮微生物將大氣中的氨氧化成氮的過程D豆科植物將大氣中的氮氧化成氮的過程2根瘤菌屬于( )A寄生固氮菌B自生固氮菌C腐生固氮菌D共生固氮菌3根瘤菌生長在根瘤內(nèi)，其新陳代謝類型屬于( )A異養(yǎng)厭氧型B自養(yǎng)厭氧型C異養(yǎng)需氧型D自養(yǎng)需氧型,

3、A,D,C,課前熱身,4圓褐固氮菌屬于 （ )A寄生固氮菌B自生固氮菌C腐生固氮菌D共生固氮菌5圓褐固氮菌生活在( )A空氣中 B水體里C土壤表層 D土壤深層6硝化細菌在自然界的氮循環(huán)中具有重要作用，其重要性主要體現(xiàn)在( )A將游離氮轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮(NO-3)B把有機

4、氮轉(zhuǎn)化成氨(NH3)C把硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化成游離氮(N2)D把氨轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮(NO-3),B,C,D,課前熱身,1自然界中的固氮微生物大致可分為兩大類，即共生固N微生物和自生固N微生物，二者主要區(qū)別是能否獨立固氮；共同點是將大氣中氮還原成氨。2根瘤菌屬于共生固氮微生物，它的固氮能力只有侵入到豆科植物根內(nèi)才能得以表現(xiàn)，根瘤菌的種類不同，各自功能的發(fā)揮需要侵入與其相應(yīng)的特定種類的豆科植物。3圓褐固氮菌屬于自生固氮微生物，主要生存在

5、土壤表層，其呼吸類型是需氧型，它具有較強的固N能力，還能分泌生長素，促進植株生長和果實的發(fā)育，用它制成的菌肥對所有作物都具有效力。 4大氣中的氮必須通過以生物固氮為主的固氮作用，才能被植物吸收利用；動物則必須通過直接或間接吃入植物才能獲得氮素；而動物體內(nèi)的部分蛋白質(zhì)在分解中產(chǎn)生的含氮廢物和動植物尸體中的含氮物質(zhì)，必須經(jīng)過微生物的分解作用，轉(zhuǎn)化成氨，再經(jīng)過硝化細菌的作用，最終轉(zhuǎn)化成硝酸鹽，才能被植物吸收利用；或在缺氧情況下，經(jīng)另一細菌

6、將其轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽，最終轉(zhuǎn)化成氮氣，返回大氣中。,能力、思維、方法,【例1】關(guān)于根瘤和根瘤菌的敘述中，不正確的一項是( )A根瘤可以單獨著生，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根瘤是由根瘤菌進入根細胞內(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入土壤,【答案】D,【解析】這是一道考查根瘤和根瘤菌關(guān)系的題目。因我們知道，根瘤是豆科植物的根部在生長發(fā)育過程中，被土壤中

7、一些相適應(yīng)的根瘤菌侵入后，通過大量繁殖，并刺激根部細胞不斷分裂，進而使該處組織逐漸膨大后形成的。根瘤可以單獨著生，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。當(dāng)植物衰老死亡后，根瘤也要破潰，其內(nèi)的根瘤菌便進入土壤，進入土壤的根瘤菌不一定死亡。,【點評】此題易出現(xiàn)的思維障礙是搞不清根瘤和根瘤菌的關(guān)系。排除障礙的方法是：根瘤如同人患腫瘤，根瘤菌如同引起腫瘤發(fā)生的病毒。不同的是根瘤對植物有益而無害，而腫瘤對人體有百害而無一益。,

8、能力、思維、方法,【例2】大氣中的N2，經(jīng)過固氮后形成的化合物中，哪一組化合物被植物體吸收后直接可用于蛋白質(zhì)的合成( )ANH3和NO-3 BNH+4和NO-2CNH+4和NH3 DNO-3和NO-2,【答案】C,【解析】這是一道生化綜合題，有一定的難度。分析時首先應(yīng)該知道的是，蛋白質(zhì)或其他有機態(tài)氮化合物中的氮都是高度還原狀態(tài)，而NO-3和NO-2中的氮卻是高度氧化狀態(tài)。

9、植物和微生物體，把氧化態(tài)的硝酸鹽還原成還原態(tài)的氮化物后，才可用于蛋白質(zhì)的合成。,【點評】此題的思維障礙主要是判斷不清氧化態(tài)氮與還原態(tài)氮。排除障礙的方法是：蛋白質(zhì)中的氮主要是指氨基酸中的—NH2部分，它主要通過轉(zhuǎn)氨基作用形成的。所以無機態(tài)氮化合物中凡含有—NH2的，就可直接用于蛋白質(zhì)的合成，否則就不行。,延伸、拓展,【例3】像根瘤菌那樣在常溫常壓下把游離態(tài)氮固定下來供作物吸收，這種方法稱之為生物模擬固氮。近年來，國內(nèi)外科學(xué)家正在探索這

10、一課題，紛紛把目光集中在根瘤菌上，研究具有非凡固氮功能的固氮酶的組成和結(jié)構(gòu)。固氮酶由二氮酶和二氮還原酶兩種蛋白質(zhì)組成，含有一定數(shù)量的鉬原子、鐵原子和酸溶性的硫原子。由于二氮還原酶在空氣中暴露30秒活性就會喪失一半，故至今仍未搞清固氮酶的固氮機理。但使非豆科植物的根部也結(jié)出根瘤的研究卻取得令人欣喜的突破。,(1)氮的固定是指( )A植物從土壤中吸收含氮養(yǎng)料B豆科植物根瘤菌將含氮化合物轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锏鞍踪|(zhì)C

11、將氨轉(zhuǎn)變成硝酸及其他氮的化合物D將空氣中的氮氣轉(zhuǎn)變?yōu)楹幕衔?2)二氮酶這種蛋白質(zhì)的1%水溶液滲透壓在24℃是112Pa，該蛋白質(zhì)的含鐵量是0814%。請根據(jù)滲透壓值，算出二氮酶的分子量(答數(shù)不滿1000就舍去)。,延伸、拓展,(3)為確定固氮的最終產(chǎn)物，做了如下實驗：a把固氮菌培養(yǎng)在含15N2的空氣中，細胞迅速固定N元素，短期內(nèi)細胞的谷氨酸便出現(xiàn)大量的15N。b如果把細胞培養(yǎng)于含有15NH3的培養(yǎng)基中，固氮能力

12、立刻停止，但吸入的氣態(tài)氮迅速轉(zhuǎn)入谷氨酸中。①由此可推出固氮的最終產(chǎn)物為。②工業(yè)上固氮的方法是(寫出反應(yīng)條件)。若生物固氮也是按此反應(yīng)進行，你認為何者效率高?簡述理由?(4)某生態(tài)系統(tǒng)中氮循環(huán)簡圖如下圖所示：①哪一類生物能將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為氨()A分解者B藻類C化能合成類生物②該生態(tài)系統(tǒng)的豆科植物不施氮肥，仍能表現(xiàn)出良好的長勢，其原因是。③雷雨中常含有微量的硝酸而為農(nóng)作物所利用，用化學(xué)方程式解釋HNO3的形成過程。④硝化

13、細菌能夠?qū)H3氧化為硝酸和亞硝酸，寫出有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)方程式。,延伸、拓展,①哪一類生物能將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為氨()A分解者B藻類C化能合成類生物②該生態(tài)系統(tǒng)的豆科植物不施氮肥，仍能表現(xiàn)出良好的長勢，其原因是。③雷雨中常含有微量的硝酸而為農(nóng)作物所利用，用化學(xué)方程式解釋HNO3的形成過程。④硝化細菌能夠?qū)H3氧化為硝酸和亞硝酸，寫出有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)方程式。,延伸、拓展,(5)很久以前，澳大利亞有著大片大片荒蕪的土地，近幾十年來，他

14、們重視對生物固氮的研究利用，培育和引進了優(yōu)良的豆科牧草良種，選育了高效的、適應(yīng)性強的根瘤菌，結(jié)果形成了一望無際的優(yōu)良牧場。褐球固氮菌于有氧狀態(tài)下，在無氮培養(yǎng)中生長時，通過固定空氣中的氮取得它所需要的氮，在標準大氣壓和303K時，多少體積的空氣能夠供應(yīng)1dm3的細菌所需要的氮氣?已知該細菌每立方厘米重為084mg，含氮量為7%，空氣中N2的體積百分比為78%。,【解析】這是一道生物同化學(xué)學(xué)科交叉滲透的綜合題。主要考查知識的綜合及遷移能力

15、，運用兩學(xué)科的基礎(chǔ)知識，即可順利解答。,延伸、拓展,【答案】(1)D(2)二氮酶相對分子質(zhì)量為M，它的1%水溶液比重為1g·mL-1，取1L水溶液，溶液的物質(zhì)的量濃度為10Mmol·L-1，代入滲透壓公式：112×1×10-3＝10M×8314×(273+24)M＝220 000(3)①NH3②N2+3H2 500℃高壓 催化劑2NH3；生物固氮效率高；因

16、為生物固氮是由特殊的固氮酶催化而進行的，而酶的催化特性中有一條為高效性。(4)①A②根瘤菌將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的氮，從而滿足自身營養(yǎng)的需要。③N2+O2放電2NO；2NO+O22NO2；3NO2+H2O2HNO3+NO④2NH3+3O2硝化細菌2HNO2+2H2O；2HNO2+O2硝化細菌2HNO3(5)已知p＝1atm＝101325PaT＝303K樣品比重＝084(mg·cm-3)樣品的質(zhì)量m＝084g。

17、則樣品中N2的質(zhì)量mN2＝084×007＝00588(g)?！鄋N2＝00588 28＝210×10-3(mol)根據(jù)pV＝nRT則V＝Nrt p＝210×10-3×8314×303 101325＝0052(L)設(shè)x為空氣體積，有100∶78＝x∶00 52x＝00667(L),AG亞游 http://we