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生物固氮原理氮是植物生长所必需的元素之一，但大气中的氮气（N2）无法被植物直接吸收利用。
因此，植物需要通过其他途径获得氮元素，而其中最主要的途径就是通过固氮菌的帮助将大气中的氮气转化为可被植物利用的氨氮或硝酸盐等化合物。
本文将介绍生物固氮的原理以及其在农业生产中的应用。
一、生物固氮原理生物固氮是指利用一些微生物（如固氮菌）将大气中的氮气转化为可被植物利用的氨氮或硝酸盐等化合物的过程。
这些微生物中最常见的是根瘤菌和自由生活的固氮菌。
根瘤菌是一类寄生在豆科植物根部的细菌，它们能够与植物根部形成共生关系，利用植物提供的营养和空间来生长，同时将大气中的氮气转化为植物可利用的氨氮。
根瘤菌的固氮过程需要通过一种酶——氮酶来完成。
氮酶能够将氮气分子还原成两个氨基（NH2）基团，并且释放出大量的能量。
这些氨基基团可以与植物根部分泌的酸性物质结合，形成氨（NH3），然后再与水分子反应形成氨气（NH4OH），最终转化为植物能够利用的氨氮。
自由生活的固氮菌则不需要与植物形成共生关系，它们能够自主地在土壤或水中生长，并将大气中的氮气转化为氨氮或硝酸盐等化合物。
自由生活的固氮菌的固氮过程与根瘤菌类似，同样需要通过氮酶来完成。
不过，自由生活的固氮菌的固氮效率相对较低，因此在农业生产中应用较少。
二、生物固氮在农业生产中的应用生物固氮技术是一种绿色环保的农业生产技术，它能够提高土壤中的氮素含量，减少农药和化肥的使用量，降低农业生产对环境的污染。
因此，生物固氮技术在现代农业生产中得到了广泛的应用。
1. 根瘤菌肥料根瘤菌肥料是利用根瘤菌将大气中的氮气转化为植物可利用的氨氮或硝酸盐等化合物，制成的一种肥料。
根瘤菌肥料不仅能够提高土壤中的氮素含量，还能够促进植物生长，增加产量。
因此，根瘤菌肥料被广泛地应用于豆科作物的生产中，如大豆、花生等。
2. 固氮作物固氮作物是指那些能够与根瘤菌形成共生关系，利用根瘤菌帮助将大气中的氮气转化为氨氮或硝酸盐等化合物的作物。
生物固氮的机理和技术应用氮素是计量生产的关键营养元素，也是造林、草场恢复的重要因素，但是土壤中的氮素只有小部分可被植物利用。
过去农业生产主要是通过化肥来解决氮素的缺乏，但这种方法不但成本高，还造成了对环境的污染。
另一种途径是生物固氮，它是指通过植物和微生物之间的相互作用，将空气中的氮转化为可被植物直接吸收利用的形式，从而供给自身所需的氮素。
本文将讨论生物固氮的机理和技术应用。
一、生物固氮的机理1. 植物与根瘤菌固氮土壤中有些植物可以与一些异养生物联合作用，促进氮的固定。
爪哇山豆（Leucaena leucocephala）、三叶豆（Phaseolus vulgaris L.），以及绿豆（Vigna radiata L.）等均为优秀的固氮植物。
与其在根部共生的土壤细菌有不固氮根瘤菌（Rhizobia）和豆科紫花苜蓿（Medicago sativa L.）共生的心形根瘤菌（Sinorhizobium meliloti）等菌类。
这些菌类能够与寄主植物交换氢离子（H+）和酸的化合物，同时分泌出根瘤素等激素，使根瘤的细胞分裂迅速、增大和形成诸如根瘤的结构。
在根瘤内，存在大量的生命活动和固氮过程。
2. 土壤微生物固氮除了植物和根瘤菌的相互作用外，在土壤中还有如古菌等微生物参与的固氮过程。
如，土壤富营养微生物（Azotobacter）是一种自由生活在土壤中、二氧化碳为碳源的固氮菌，能利用土壤中的有机物进行固氮。
还有一类蓝细菌能够在水中或土壤中独立地进行固氮，其调控机制与根瘤微生物不同，在微生物固氮中具有重要的地位。
二、生物固氮的技术应用1. 植物-根瘤菌技术植物和根瘤菌具有广泛的适应性、成本低廉、安全环保等优点，被广泛应用于生态农业、林果、城市绿地等方面。
可以通过优化菌苗的筛选和接种等措施使固氮效果得到更好的发挥。
例如，澳大利亚生物技术公司Inoculink的固氮菌菌苗，能提高植物抗逆能力和生长性状，增加植物产量，同时也具有复合菌菌种数更多、存活性更强等特点。
第二节 生物固氮教学内容生物固氮：是指固氮微生物将大气中的 还原成 的过程一、固氮微生物的种类（一）共生固氮微生物 ：代表生物——根瘤菌（1） 代谢类型：（2） 共生特性：不同的根瘤菌，各自只能侵入特定种类的豆科植物。
（根瘤＝根瘤菌＋膨大的根部薄壁组织）（3） 共生关系表现：豆科植物为根瘤菌提供 ；根瘤菌为豆科植物提供 。
（二）自生固氮微生物: 代表生物——圆褐固氮菌具有一定的固氮能力，并且能够分泌 ，促进植物的生长和果实的发育二、生物固氮与氮循环１．固氮作用：２．有机氮的合成：光合产物＋固氮产物（如ＮＨ３、ＮＯ３－等）３．氨化作用：含氮有机物−−→−微生物ＮＨ３ ４．硝化作用：ＮＨ３−−−→−亚硝化细菌ＮＯ２－−−−→−硝化细菌ＮＯ３－（需氧） ５．反硝化作用：ＮＯ３－→ＮＯ２－→ＮＨ３（氧气不足时）三、在农业生产上的应用（一）土壤获取氮素的两条途径 １．含氮肥料的施用（１／６）２．生物固氮（５／６）（１）将圆褐固氮菌制成菌剂，施到土壤，可提高农作物的产量（２）对豆科植物可进行根瘤菌拌种，也能提高豆科植物产量（３）通过转基因技术，可将固氮基因转到非豆科植物中（此法不仅能明显提高农作物产量，而且有利于生态环境的保护） 随堂练习1．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NH 3，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NH 3C ．豆科植物从根瘤菌获得N 2，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NH 32．关于根瘤和根瘤菌的说法中，正确的是（ ）A ．根瘤即是根瘤菌B ．根瘤是根瘤菌的聚合体C ．根瘤是根瘤菌在其共生的植物体内所形成的癌变D ．根瘤是根的内皮层的薄壁细胞受根瘤菌分泌物的刺激进行分裂，组织膨大而形成的3．下列关于氮循环的叙述中正确的是（）A．氮无法直接被一般动、植物体利用B．大豆根瘤中的根瘤菌是一种与植物共生的真菌C．氮必须在土壤中转换成铵盐或硝酸盐，才能为生物体吸收D．微生物中只有硝化细菌，能直接利用大气中的氮4．土壤中的无机氮主要以两种形式存在：氨态氮和硝态氮。
生物固氮教案示例
一、教学目标：
1. 了解生物固氮的概念和重要性；
2. 掌握生物固氮的过程和机制；
3. 了解生物固氮的应用领域。
二、教学内容：
1. 生物固氮的概念和重要性：
生物固氮是指某些微生物通过特定的代谢途径将氮气转化为可利用的氨。
生物固氮在生态系统中具有重要的地位和功能，它能够提供植物生长所需的氮源，维持生态系统的氮平衡，并促进农田的可持续发展。
2. 生物固氮的过程和机制：
生物固氮主要通过两个过程进行：一个是氮气还原过程，另一个是氮气还原后的氨合成过程。
氮气还原是指氮气通过酶的作用还
原为氨，这一过程由生物固氮菌完成。
氮气还原后的氨合成是指将氨合成其他有机物的过程，该过程由植物或其他生物完成。
3. 生物固氮的应用领域：
生物固氮具有广泛的应用领域。
农业方面，利用生物固氮菌可以促进农作物的生长和增产，减少化肥的使用量和环境污染；生态方面，生物固氮可以维持生态系统的氮平衡，促进植物多样性和生态系统的稳定性；工业方面，生物固氮可以用于生产亚硝酸盐、硝酸盐和氨等化学品，具有重要的经济价值。
三、教学方法：
1. 讲授法：通过讲述生物固氮的概念、过程和机制，使学生了解生物固氮的基本知识；
2. 实验法：设计相关实验，让学生亲身参与生物固氮过程，提高学生的实践能力；
3. 讨论法：组织学生进行小组讨论，让学生彼此交流并分享对生物固氮的理解和应用。
四、教学步骤：。
第二节 生物固氮
教学内容
生物固氮：是指固氮微生物将大气中的 还原成 的过程
一、固氮微生物的种类
（一）共生固氮微生物 ：代表生物——根瘤菌
（1） 代谢类型：
（2） 共生特性：不同的根瘤菌，各自只能侵入特定种类的豆科植物。
（根瘤＝根
瘤菌＋膨大的根部薄壁组织）
（3） 共生关系表现：豆科植物为根瘤菌提供 ；根瘤菌为豆科植物提
供 。
（二）自生固氮微生物: 代表生物——圆褐固氮菌
具有一定的固氮能力，并且能够分泌 ，促进植物的生长和果实的发育
二、生物固氮与氮循环
１．固氮作用：
２．有机氮的合成：光合产物＋固氮产物（如ＮＨ３、ＮＯ３－等）
３．氨化作用：含氮有机物−−
→−微生物ＮＨ３ ４．硝化作用：ＮＨ３−−−→−亚硝化细菌ＮＯ２－−−−→−硝化细菌
ＮＯ３－（需氧） ５．反硝化作用：ＮＯ３－→ＮＯ２－
→ＮＨ３（氧气不足时）
三、在农业生产上的应用
（一）土壤获取氮素的两条途径 １．含氮肥料的施用（１／６）
２．生物固氮（５／６）
（１）将圆褐固氮菌制成菌剂，施到土壤，可提高农作物的产量
（２）对豆科植物可进行根瘤菌拌种，也能提高豆科植物产量
（３）通过转基因技术，可将固氮基因转到非豆科植物中（此法不仅能明显提高农作物
产量，而且有利于生态环境的保护） 随堂练习
1．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NH 3，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NH 3
C ．豆科植物从根瘤菌获得N 2，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NH 3
2．关于根瘤和根瘤菌的说法中，正确的是（ ）
A ．根瘤即是根瘤菌
B ．根瘤是根瘤菌的聚合体
C ．根瘤是根瘤菌在其共生的植物体内所形成的癌变
D ．根瘤是根的内皮层的薄壁细胞受根瘤菌分泌物的刺激进行分裂，组织膨大而形成的
3．下列关于氮循环的叙述中正确的是（）
A．氮无法直接被一般动、植物体利用
B．大豆根瘤中的根瘤菌是一种与植物共生的真菌
C．氮必须在土壤中转换成铵盐或硝酸盐，才能为生物体吸收
D．微生物中只有硝化细菌，能直接利用大气中的氮
4．土壤中的无机氮主要以两种形式存在：氨态氮和硝态氮。
氨态氮不稳定，易挥发。
硝态氮稳定。
施肥后进行中耕松土可改变氨态氮和硝态氮的比值，其比值的变化是
A．变小 B．变大 C．不变 D．无法确定
5．为确定生物固氮的最终产物，做了如下两个实验：（1）把固氮菌培养在含15N2的空气中，细菌迅速固定氮素，短期内细胞的谷氨酸中出现大量的15N。
（2）如果把该细菌培
养在含有15NH3的培养基中，固氮立刻停止，但吸收的氨态氮迅速转入谷氨酸中。
由此
可以推断，该微生物固氮的最终产物是（）
A．NH3 B．NO2 C．NO3- D．谷氨酸
6．氮是蛋白质的基本组成元素之一，所有生物体均含有蛋白质，氮循环涉及到生物圈的全部领域，以下关于氮被生物体吸收的途径正确的是（）
①氮在大气中体积分数高达78%，可被生物体直接利用
②通过高能固氮可将空气中游离的氮转化为硝酸盐和氨，而被植物吸收
③所有植物都具有生物固氮作用，其根部的根瘤菌可将氮气转化成硝酸盐，而被植物
吸收
④动物以植物为食而获得氮并转化为动物蛋白
⑤动、植物死亡后，遗体中的蛋白质被微生物分解成NH4+、NO3-、NH3，又回到土壤和水
体中，被植物再次吸收
A．①⑤ B．③⑤ C．②④ D．②④⑤
7．下右图是自然界中氮循环示意图。
依图回答：
(1)大气中的氮主要通过[ ] 进人生物群落，其次通过[ ] 和[ ] 等途径也可少量供给植物氮素
(2)图中A物质代表，可被土壤中的微生
物分解形成B物质，B 物质在土壤中细菌的
作用下形成C，C物质代表
(3)将B物质转化成C物质的细菌，其新陈代谢的
类型属于
(4)在的情况下，一些细菌可将C物质最
终转化成返回大气中，由此可见，土壤中这
些微生物在包括氮循环在内的自然界中的中
起着重要作用
(5)科学家把固氮基因转移到水稻根系的微生物中，
通过指导合成固氮所需的，进而起到固氮作用，减少氮肥的施用量，防止环境
污染问题。
（6）水稻基因的结构与固氮根瘤菌基因的结构相比，不同的是
课后作业姓名班级
1．下列对豆科作物进行根瘤菌拌种的说法中正确的是（）
A．将豆科作物种子沾上根瘤菌即可 B．将豆科作物沾上一定浓度的根瘤菌即可C．将豆科作物种子沾上相应的根瘤菌即可 D．将豆科作物种子沾上固氮微生物即可2．关于生物固氮的说法，正确的是（）
A．固氮微生物将自然界的含氮化合物还原成氨的过程
B．固氮微生物将空气中的N2还原成氨的过程
C．将空气中游离的氮转化成氮的化合物的过程
D．生物将大气中的氮及氮的化合物转化氨态氮的过程
3．给含氮素（NH3）较多的土壤中耕松土，有利于提高土壤肥力。
其原因是（）A．改善土壤通气，根呼吸作用加强 B．增加土壤总N2的含量C．改善土壤通气，硝化细菌繁殖快，有利于土壤中硝酸盐增加 D．促进氨的吸收4．下列各项中，能形成氨的是（）
①生物固氮②微生物分解动植物遗体③硝化细菌的硝化作用
A．①② B．②③ C．①③ D．①②③
5．将自生固氮菌接种到下面四个相同的培养基中，放在以下条件下培养，其中菌落形成最快的是
6．下列说法正确的是 ( )
A．NH3·H2O可以被豆科植物直接利用
B．最好37℃左右条件下培养圆褐固氮菌
C．圆褐固氮菌除了能够固氮外，还能够促进植物细胞的分裂
D．利用不含氮盐的培养基将自生固氮菌分离出来
7．根瘤菌、硝化细菌在生态系统中的地位分别是
A．生产者、生产者 B．消费者、生产者
C．分解者、消费者 D．分解者、分解者
8．培养硝化细菌的培养基中碳源、氮源、能源依次是（）
A．葡萄糖、氨、葡萄糖 B．葡萄糖、铵盐、太阳能
C．二氧化碳、硝酸盐、氨D．二氧化碳、氨、化学能
9．右图为氮循环示意图，下列有关叙述中不正确的是（）
A．①过程中通过生物固定的氮素远多于其它途径固定的氮素
B．进行②过程的生物的代谢类型为自养需氧型
C．进行③和④过程的生物分别主要是生产者和消费者
D．⑥过程能增加土壤的肥力，有利于农业生产
10．要将从土壤中的自生固氮菌与其他杂菌分离开，应将它们接种在（）A．加入氮源和杀菌剂的培养基上 B．不含氮源含有杀菌剂的培养基上C．加入氮源不加杀菌剂的培养基上 D．不含氮源和杀菌剂的培养基上11．(08理综Ⅰ)下列对根瘤菌的叙述，正确的是
A．根瘤菌在植物根外也能固氮 B．根瘤菌离开植物根系不能存活
C．土壤淹水时，根瘤菌固氮量减少 D．大豆植物生长所需的氮都来自根瘤菌12. 图为生态系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 ( )
A．A类细菌是自养需氧型，B类细菌是异养厌氧型
B．C类微生物只能是异养厌氧型的，否则只能得到氮氧化物
C．进行C过程的微生物，有的是自生的，有的是共生的，
分别作为生态系统中的生产者、消费者
D．A和C的活动可增加土壤肥力，而B的活动导致土壤氮素丧失
13.在减数分裂过程中，位于同源染色体上的基因会随着同源染色体的分离而分别进入不
同的细胞，下列有关减数分裂的说法正确的是（）
A.同源染色体发生分离，不会出现相同基因的分离
B.减数分裂形成的不同配子，都能遗传下去
C.减数分裂产生的精子数和卵细胞数相等，所以受精几率是相等的
D.在减数分裂过程中发生的交叉互换，产生了不同基因型的配子，属于基因重组14．下图是自然界中氮以蛋白质的形式在生物体内转化的部分过程示意图。
请回答：
（1）自然界中将NH3转化成NO3-的生物叫；该种生物的同化作用方式主要是通过作用不完成的。
（2）植物的根从土壤中吸收NO3-是通过完成的。
吸收的NO3-和有机物合成为植物蛋白质。
（3）图是①是，②是，③是，④是，⑤过程是，⑥过程是。
（4）细胞中⑦的合成场所是，不含氮部分彻底氧化分解的场所是。
