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换兑市暧昧阳光实验学校高三生物生物固氮【本讲信息】一. 教学内容：生物固氮二. 学习内容：本周学生物固氮，掌握生物固氮的概念，固氮微生物的类群。
共生固氮菌根瘤的特点，自生固氮菌、圆褐固氮菌的特点。
了解生物固氮的原理。
过程。
掌握氮元素的循环过程，以及生物固氮的用。
掌握土壤自生，固氮菌的分离，理解原理，初步制作临时涂片的方法。
三. 学习：1. 固氮微生物的种类2. 生物固氮的基本过程3. 生物固氮的意义以及在农业生产上的用4. 掌握土壤自生固氮菌的分离原理四. 学习难点：1. 固氮微生物的种类（自生固氮菌，共生固氮菌）2. 生物固氮的基本过程3. 生物固氮的意义以及在农业生产上的用4. 掌握土壤自生固氮菌的分离五. 学习过程（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高能固氮：雷电（形成氮的氧化物）固氮化能固氮：工业合成氨（高温、高压、催化剂）生物固氮：固氮微生物作用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、沙棘属植物共生蓝藻——与红萍水生蕨类或罗汉松裸子植物共生，地衣即是。
根瘤菌：在土壤中分布广泛，其固的氮素占自然界生物固氮的绝大形状：棒槌型、T型、Y型代谢类型：需氧异养细菌，原核生物特点：①只有在侵入到豆科植物的根内才能固氮②不同的根瘤菌各自只能侵入特种类的豆科植物③根瘤菌与豆科植物互利共生根瘤形成：①豆科植物幼苗长出后，相的根瘤菌就侵入到根内②根瘤菌在根内不断繁殖③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：①大多是杆菌或短杆菌②通常是单生或对生生活（显微镜下观察呈8字型）③细菌外层有一层荚膜功能特点：①异养需氧生活②能固氮，固氮能力较强（能在无氮培养基中生长）③能分泌生长素（促进植株生长和果实发育）生产用：常制作成菌剂，投入到土壤中，提高农作物的产量①作用对象：小麦，水稻，棉花，玉米②主要菌种：圆褐固氮菌，棕色固氮菌③施用方式：a. 基施以基肥的形式使用b. 追施追加在作物的根部，覆盖土壤c. 拌种阴凉处晾干后使用④增产效果：单纯使用菌剂不能满足农作物对氮营养的需要，只能是一种补充措施菌落特点：①色土褐色②表面光滑呈黏稠状（具有荚膜）③形状不规则（通常具有菌毛，具运动能力）（3）固氮微生物（高中了解内容）必须生活在根际、叶面或动物的肠道处才能固氮的微生物如：雀稗固氮菌、固氮螺菌——生活在玉米、雀稗、水稻和甘蔗植物根内的皮层细胞间特点：具有一的专一性，但不形成根瘤那种特殊结构可以进行自行固氮，介于自生固氮和共生固氮之间（三）生物固氮过程：1. 生物固氮是在细胞内的固氮酶的催化下进行的，不同固氮微生物的固氮酶的催化作用基本相同2. 基本过程：（1）将N2还原成NH3，将C2H2还原成C2H4（2）需要e和H+（来自植物体内的化学反）（3）需要ATP提供能量是一个释能过程3. 固氮酶：有两种蛋白质组成，只有两种蛋白质同时存在时才能起固氮作用（1）两种蛋白质分别是：含铁的蛋白质——铁蛋白；含有铁和钼的蛋白质——钼铁蛋白（2）电子先传递给铁蛋白，然后传递给钼铁蛋白，最终被2N或22HC接受（3）ATP一要与Mg结合，形成Mg—ATP复合物才能起作用（4）具有底物多样性（四）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。
微生物的生物学意义和应用微生物是指体积微小的、无法裸眼看到的生物体。
它们广泛存在于地球上的各种环境中，包括水、土壤、空气、动物和植物体内等。
微生物对于地球上所有生物的生活和生存都具有极其重要的意义。
本文将阐述微生物在生物学意义和应用方面的重要性。
一、微生物的生物学意义微生物在自然界中扮演着重要的角色。
它们的繁殖能力强，数量庞大，分布广泛。
同时微生物对于生态系统、养分循环、环境污染修复等也发挥着巨大的作用。
1. 微生物在生态系统中的作用微生物是自然系统中最关键的组成部分之一，不仅能够为分解有机物、固定氮和养分循环做出重要贡献，而且还在食物链和食物网的运转中起着关键的作用。
微生物种类丰富，其中一些微生物能够通过各种代谢途径使化合物氧化和还原，从而控制环境中的化合物浓度。
例如，一些硫酸还原细菌能够利用硫酸盐和有机物产生硫化氢，这种过程在海洋和土壤中很常见。
而一些氮化细菌能够将空气中的氮气通过氮固氮还原为可以被植物吸收的氨基氮，从而促进生态系统中的植物生长。
2. 微生物在养分循环和环境修复中的作用微生物通过不同的代谢途径参与养分循环中的碳、氮、磷和硫等元素的循环。
在现代农业中，微生物在增加植物的养分含量、提高植物的生长速度和增加农作物产量方面发挥着重要作用，这种方式被称为“生物肥料技术”。
此外，微生物通过降解有机物和其他污染物质来修复环境。
对于一些对环境有害的环境污染物质（如非常规油气、重金属和有机氯农药等），微生物能够进行生物降解和生物吸收，将它们转化为更安全的化合物，减轻对人类和环境的影响。
二、微生物在应用方面的重要性随着生物工程技术和基因工程技术的发展，微生物在生物制药、环境污染治理、食品工业和古生物学等领域都得到了广泛的应用。
1. 微生物在生物制药中的应用微生物是生物制药中最重要的工具之一。
生物制药是指利用生物技术方法繁殖和生产生物分子药物。
微生物种类丰富，其中许多种微生物生产出的代谢产物具有生物活性和药用价值。
《氮的固定》讲义一、氮在自然界的重要性氮是构成生物体的重要元素之一，对于生命活动至关重要。
蛋白质、核酸等生物大分子都离不开氮元素。
然而，氮气（N₂）在大气中占了很大的比例，但大多数生物并不能直接利用氮气。
这就使得氮的固定成为了自然界氮循环中的关键环节。
氮的固定，简单来说，就是将大气中游离的氮气转化为能被生物利用的含氮化合物的过程。
这个过程对于维持生态系统的平衡和稳定，以及保障生物的生长和繁衍都有着不可替代的作用。
二、氮的固定方式氮的固定主要有三种方式：生物固氮、工业固氮和高能固氮。
1、生物固氮生物固氮是指某些微生物通过体内的固氮酶，将氮气转化为含氮化合物的过程。
能够进行生物固氮的微生物主要包括共生固氮微生物和自生固氮微生物。
共生固氮微生物中，最典型的就是根瘤菌与豆科植物的共生关系。
根瘤菌侵入豆科植物的根部，形成根瘤，在根瘤内将氮气转化为氨（NH₃）。
植物为根瘤菌提供营养和适宜的环境，而根瘤菌则为植物提供氮素。
自生固氮微生物，如圆褐固氮菌，它们可以在土壤中独立生活并固氮。
生物固氮具有条件温和、对环境友好等优点，但生物固氮的效率和范围相对有限。
2、工业固氮工业固氮是通过化学方法，在高温高压和催化剂的条件下，将氮气和氢气合成氨气（NH₃）。
这一过程被称为哈伯法，是目前人类获取大量氮素的主要途径。
工业固氮虽然能够大规模地生产氮素，但需要消耗大量的能源，并且会对环境造成一定的压力。
3、高能固氮高能固氮是指在闪电、宇宙射线等高能条件下，氮气和氧气发生反应生成一氧化氮（NO），进而氧化成二氧化氮（NO₂），最终形成硝酸（HNO₃）等含氮化合物随雨水降落到地面。
高能固氮在自然界中发生的频率相对较低，但在某些特定的环境条件下，也能为生态系统提供一定量的氮素。
三、生物固氮的机制生物固氮是一个复杂而精细的过程，其核心是固氮酶的作用。
固氮酶由铁蛋白和钼铁蛋白组成。
在固氮过程中，首先铁蛋白接受电子并将其传递给钼铁蛋白，钼铁蛋白结合氮气分子并将其还原为氨。
《应用微生物学》期末复习资料一、名词解释1.生物氧化：发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应的总称。
2.P/O比：每消耗1mol氧原子所产生的ATPmol数，用来定量表示呼吸链氧化磷酸化效率的高低。
3.无氧呼吸：又称厌氧呼吸，指一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化。
4.延胡索酸呼吸：以延胡索酸作为末端的氢受体还原产生琥珀酸的无氧呼吸。
5.发酵：指在无氧等外源氢受体的条件下，底物脱氢后所产生的还原力[H]未经呼吸链传递而直接交某一内源中间代谢物接受，以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。
6.异型乳酸发酵：凡葡萄糖经发酵后除主要产生乳酸外，还产生乙醇、乙酸和CO2等多种产物的发酵，称异型乳酸发酵。
7.Stickland 反应：以一种氨基酸作底物脱氢（即氢供体），另一种氨基酸作氢受体而实现生物氧化产能的发酵类型，称为Stickland 反应。
8.循环式光合磷酸化：可在光能驱动下通过电子的循环式传递而完成磷酸化产能的反应，是一种存在于光合细菌中的原始光合作用机制。
9.非循环式光合磷酸化：电子循环途径属非循环式的光合磷酸化反应，是各种绿色植物、藻类和蓝细菌所共有的利用光能产生ATP的磷酸化反应。
10.生物固氮：是指大气中的分子氮通过微生物固氮酶的催化而还原成氨的过程。
生物界中只有原核生物才具有固氮能力。
12.反硝化作用：又称硝酸盐呼吸。
是指在无氧条件下，某些兼性厌氧微生物利用硝酸盐作为呼吸链的最终氢受体，把它还原成亚硝酸、NO、N2O直至N2的过程，称为异化性硝酸盐还原作用，又称硝酸盐呼吸或反硝化作用。
13.同型酒精发酵：丙酮酸经过脱羧生成乙醛，以乙醛为氢受体生成乙醇，若发酵产物中只有乙醇一种有机物分子称为同型酒精发酵。
14.次生代谢物：指某些微生物生长到稳定期前后，以结构简单、代谢途径明确、产量较大的初生代谢物作前体，通过复杂的次生代谢途径所合成的各种结构复杂的化合物。
生物固氮作用的生态学及生物学意义植物需要氮素来合成蛋白质和核酸等生命组分，然而土壤中的氮素大部分是无机形式，难以被植物直接吸收利用。
因此，很多植物依赖于生物固氮作用来获取氮素，特别是生长在缺氮环境下的植物。
生物固氮作用是指某些微生物通过将氮气转化为氨或亚硝酸盐等化合物，为植物提供可利用的氮素。
通常，生物固氮活动由细菌、青藻和苔藓等微生物完成。
它们中的一些类型能够与植物形成共生关系，形成根瘤或叶瘤，为植物固氮提供场所和基地。
生物固氮作用对生态系统的运作和生物多样性等方面具有重要的意义。
在这篇文章中，我们将探讨生物固氮活动对生态系统和微生物学的贡献，以及其在生物学中的意义。
1. 生态学意义1.1 社区结构和物种多样性微生物在各种生态系统中发挥着多种重要角色。
生物固氮作用是其中的一个关键功能。
通过固氮活动，微生物可以为植物提供额外的生命能量，进而影响整个生态系统的能流和物质循环。
通过新陈代谢和固氮等生命进程，微生物可以影响周围生态环境的基本特性，包括土壤 pH 值、水分、氮素含量等。
这些环境变量的改变可以显著影响物种组成和多样性。
例如，氮素含量通常会影响植物的生长和竞争，从而对生态系统的物种丰富度和组成产生影响。
1.2 营养循环和土壤质量生物固氮还可以促进营养循环、养分转移和土壤氮素的积累。
在植物-微生物共生体系中，菌根真菌的参与可能增加了土壤有机物分解和微生物的生长速率，从而促进了营养循环。
同时，固氮活动产生的不同化合物也可以影响有机物分解和氮素的转移。
生物固氮活动还可以改善土壤质量和结构，通过减少对化学肥料的使用来减少环境污染。
由于化学肥料的使用可能导致水质污染和生物死亡等问题，所以尽可能地依赖生物固氮作用，尤其是在农业生产中，可以促进可持续农业的实现。
2. 生物学意义2.1 抗旱生物固氮还有一些生物学意义，包括提高植物对环境中水分的利用效率。
在缺水和高温的环境下，以及在干旱和半干旱地区，许多植物靠与细菌共生来固氮。
生物固氮原理简介生物固氮是指通过微生物等生物体而将氮气(N2)转化为化学上可利用的氨(NH3)、硝酸盐(NO3-)等化合物的过程。
生物固氮是自然界氮元素循环中极为重要的环节之一，它为植物的生长提供了可利用的氮源，从而帮助植物提高产量和质量。
生物固氮过程中有两种方式，分别称为自然固氮和人工固氮。
自然固氮主要是通过一些生物体，如固氮菌、蓝藻、一些真菌和苔藓等，将氮气转化为化合物的形式。
这些生物体一般生长在土壤中或水体中，能利用空气中的氮气为自己提供氮源，同时也为周围的环境提供了氮素。
人工固氮则是通过化学或物理手段将氮气转化为氨或尿素等化合物，然后应用于农作物的生长过程中。
生物固氮的原理是利用一些微生物的固氮能力将氮气转化为可利用的氨和硝酸盐等化合物。
这些微生物中最重要的是固氮菌和蓝藻。
固氮菌是一种生长在土壤中和根际里的细菌，它们具有将氮气还原为氨的能力。
固氮菌能与一些植物根部的细胞形成一种共生关系，即根瘤菌共生。
这种共生关系中，固氮菌能固定空气中的氮气并将其转化为可以供植物使用的氨形式，同时得到由植物提供的碳源作为代谢能量的来源。
蓝藻是最重要的水生固氮微生物，它们很常见于淡水和海水中，能通过光合作用固定大量的氨来提供植物生长所需的氮源。
其中，以单细胞蓝藻和微囊藻最为常见。
这些蓝藻能够利用光能将真空中的氮固定为氨，然后将氨逐渐释放到周围的介质中，为水中的植物提供氮素。
除了固氮菌和蓝藻之外，还有一些真菌和苔藓等生物体也能参与固氮过程。
其中，真菌通过与其他植物建立共生关系，然后利用植物供给的碳源将氮气固定为氨。
苔藓可以通过合成一种类似于栗子的蛋白质来吸收空气中的氮气，然后将其转化为植物可吸收的氮素。
总之，生物固氮是通过一些微生物和植物的协作作用来完成的。
这种固氮作用不仅能提高土壤中的氮素含量，而且能为植物生长提供氮素，从而促进农作物的提高产量和质量，对于生物多样性和生态平衡的维持也具有重要作用。
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：。
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固氮菌的生产应用现状及研究方向前言：固氮菌可以增加作物的产量，在农业生产中具有重要的作用。
目前应用最多的主要是根瘤菌，生物固氮越来越受到重视，它将向更深更远的方向发展。
population can increase the plant's output in agriculture has an important role. at present, the most applied largely root nodule truffles, and biological nitrogen fixation more attention, it will more further developed.引言：固氮作用是将空气中的氮气固定成氨。
人类与许多其它生物一样需要氮素作为合成蛋白质的原料，但不能自我合成有机氮。
虽然空气中有78%是氮气，但是绝大多数生物不能直接利用空气中的氮气。
关键词：固氮菌生产根瘤菌应用研究方向这里所说的固氮菌类肥料是指以自生固氮和联合固氮微生物菌生产出来的固氮菌类肥料生产中以联合固氮菌肥为。
这是由于联合固氮体系存在广泛，特异性不强，应用的范围；它的不足之处是作物与微生物只是松散的联合，它们之间没有形成共生的组织结构，因此固氮的活动容易受许多条件的制约。
例如，环境中速效氮含量高时，固氮活动受到抑制，有些芽胞细菌在有氧情况下常常停止1应用基础此类微生物肥料在生产实践中应用不少，其原因是除了它们能固定一定量的氮以外，这些微生物当中的许多菌株在生长繁殖过程中，它们能够产生多种植物激素类物质，促进作物生长。
2目前，用于生产此类微生物肥料的菌种主要有：园褐固氮菌或称为褐球固氮菌(Azotobacter chroococum)；棕色固氮菌亦称维涅兰德固氮菌(Azotobacter chroococum)；德氏拜叶林克氏固氮菌(Beijerinckia derxii)和克氏杆菌属(Klebsiella spp.)、肠道杆菌属(Enterobacter spp.)及产碱菌属(Alcaligenes spp.)中的某些菌种。
生物固氮概念、类型、复合物及机制、所需条件、前景等几方面来写，重在谈复合物及机制生物固氮摘要具有生物固氮能力的仅限于原核生物，即细菌和蓝绿藻。
通过对生物固氮机制、生物固氮微生物与生物固氮微生物和植物之间的关系的研究，将生物固氮作用应用于农业定将在增加作物氮源供应、培肥地力、减少化肥用量、提高作物产量，以及促进农业生产的持续发展和环境保护方面发挥其效力。
关键词生物固氮种类和特点固氮机制应用近20年来，生物固氮研究异常活跃，已成为世界范围的重要课题。
纵观当前生物固氮研究的内容，大致有以下三个方面，即固氮资源的有效利用，固氮的遗传工程和化学模拟固氮。
在固氮资源的有效利用方面，许多国家都在大力发展豆科作物，通过其有效的共生固氮体系，增加生物氮源，改善土壤肥力，以促进农业增产。
此外，接种根瘤菌提高豆科作物产量已在全世界范围内使用。
在稻田里接种和放养红萍和固氮蓝藻，既能增加土壤中生物氮数量，又能提高水稻的产量。
这种共生固氮途径的有效利用，在我国和东南亚一些国家已有悠久的历史。
随着分子生物学的进展，固氮的遗传工程受到了广泛重视，已成为目前最活跃的研究领域。
1 生物固氮概念1.1 生物固氮是指固氮微生物将大气中的氮气还原成氨的过程。
固氮生物都属于个体微小的原核生物，所以，固氮生物又叫做固氮微生物。
2 生物固氮的种类和特点固氮微生物多种多样，不同的划分标准满足了不同的要求。
从它们的生物固氮形式来分，有自生固氮、联合固氮、和共生固氮3种。
2.1 自生固氮微生物自生固氮微生物是指能够在自由生活状态下固氮的微生物总称。
在自然界，自生固氮微生物种类很多，分散地分布在细菌和蓝细菌的不同科、属和不同的生理群中；并大致可以分为光合细菌和非光合细菌两类。
前者如红螺菌、红硫细菌和绿硫细菌等，其中的某些种类可与其它微生物联合而相互有利；后者的种类很多。
根据非光合细菌的自生固氮菌对氧的需求，可以分为厌氧的细菌如梭状芽胞杆菌；需氧细菌如自生固氮菌、贝捷林克氏固氮菌、固氮螺菌等；以及兼性细菌如多粘芽胞杆菌、克鲁伯氏杆菌、肠杆菌等。
生物固氮能力生物固氮能力是指某些微生物或植物能够将大气中的氮气固定成氨或其他化合物的能力。
固氮是生态系统中氮循环的一个重要环节，也是植物生长发育的关键过程。
在自然界中，有许多细菌、蓝藻和高等植物都具有固氮能力，它们通过固氮作用将空气中的氮气转化为植物可利用的形式，促进植物的生长，并维持生态系统的平衡。
固氮是一种耗能的化学反应过程，通常需要一定的能量供给。
在细菌和蓝藻中，固氮能力主要通过氮酶来实现，这是一种能够将氮气还原成氨的酶。
氮酶通常需要铁和钼等微量元素的辅助，并且在低氧条件下活性最高。
在高等植物中，大部分植物不能直接固氮，但有一些植物如豆科植物和莴苣科植物等能够与一些固氮细菌共生，通过根瘤中的固氮细菌来实现氮素的固定。
固氮能力的研究在生物学、农业和生态学等领域具有重要意义。
固氮细菌对于农业生产也具有一定的帮助，通过与这些细菌的共生或者固氮化肥等方式，可以减少对化肥的依赖，降低农业生产的成本，减少对环境的污染。
同时，固氮能力也能够促进土壤中的氮素循环，提高土壤中氮素的利用效率，有利于植物的生长发育。
固氮能力的研究还有助于揭示生物间的共生关系和生态系统的运作机制。
例如，豆科植物与固氮细菌的共生关系，是一种经典的共生关系，通过这种共生方式，豆科植物能够获取固氮细菌固氮的产物，而固氮细菌则获得适宜的生长环境和营养物质。
这种共生关系有助于增加生物多样性，维持生态系统的平衡。
在现代农业生产中，固氮能力的应用也日益受到重视。
传统的氮肥施用方式会导致氮素的流失和土壤污染，而通过引入固氮细菌等方式，可以实现氮素的高效利用，降低农业对化肥的依赖，减少环境污染。
因此，固氮能力在可持续农业生产中具有潜在的应用前景。
除了在农业领域，固氮能力的研究对于了解生态系统中氮循环的机制也具有重要意义。
氮素是植物生长发育的关键元素之一，影响着植物的生长速率和产量。
固氮能力可以帮助植物获取充足的氮素，促进植物的生长，从而维持生态系统的平衡。
生物固氮的研究进展一、本文概述生物固氮，指的是生物体（特别是某些微生物）在无氧或低氧条件下，将大气中的氮气（N₂）转化为氨（NH₃）或其他含氮化合物的过程。
这一过程对于全球氮循环和生物圈的氮素供应具有至关重要的作用。
本文旨在概述生物固氮的研究进展，包括固氮微生物的种类与特性、固氮机制、固氮效率的提高方法，以及生物固氮在农业、环保和工业生产等领域的应用前景。
我们将重点介绍近年来在分子生物学、基因工程和生物技术等方面的新发现和新进展，以期为推动生物固氮的深入研究和实际应用提供参考。
二、生物固氮的微生物学基础生物固氮，又称生物氮固定，是指某些微生物在常温常压下，将大气中的氮气（N₂）转化为氨（NH₃）或其它含氮化合物的过程。
这一生物过程在地球氮循环中起着至关重要的作用，为许多生态系统和农作物提供了必要的氮源。
生物固氮的微生物主要包括两大类：自生固氮菌和共生固氮菌。
自生固氮菌，如圆褐固氮菌，能够在无植物存在的情况下独立进行固氮作用。
而共生固氮菌，如根瘤菌，必须与植物形成共生关系，在植物根部形成根瘤结构，才能有效固氮。
固氮过程的核心是固氮酶的作用。
固氮酶是一种由铁蛋白和钼铁蛋白组成的复合酶，能够在ATP的供能下，将N₂还原为NH₃。
这一过程中，铁蛋白起到传递电子的作用，而钼铁蛋白则是固氮反应的催化中心。
固氮微生物具有独特的生理生态特性，以适应其在各种环境条件下的固氮生活。
例如，它们能够分泌多种胞外酶，分解有机物质以获取能量和营养；同时，它们还能够形成特殊的细胞结构，如根瘤，以提高固氮效率。
固氮效率受到多种因素的影响，包括环境因素（如温度、湿度、光照等）、土壤条件（如pH值、有机质含量等）以及微生物自身的遗传特性。
因此，在农业生产中，通过调控这些因素，可以有效提高生物固氮的效率和效果。
随着分子生物学和基因工程技术的快速发展，对固氮微生物的遗传机制和固氮酶的作用机制有了更深入的了解。
这为通过基因工程手段改良固氮微生物、提高其固氮效率提供了可能。
生物固氮的原理意义及应用1. 引言生物固氮是一种利用生物体中特定微生物（固氮菌）将大气中的氮气转化为植物可利用的形式的生物化学过程。
生物固氮在自然界中起着至关重要的作用，对于维持生态系统的氮循环和持续的农业生产具有重要意义。
2. 生物固氮的原理生物固氮的原理是通过固氮菌中的一种酶，即氮酶，将氮气转化为氨。
这个过程主要发生在植物的根瘤或土壤中的固氮菌体内。
氮气通过植物根系进入根瘤或土壤中的固氮菌，然后酶催化将氮气转化为氨，再由植物根瘤中的植物吸收利用。
3. 生物固氮的意义•维持生态系统的氮循环：氮是生物体中必需的元素之一，对于维持生态系统中的生物多样性和生物量具有关键作用。
通过生物固氮，将大气中的氮转化为植物可利用的形式，进而通过食物链传递给其他生物，维持了生态系统中的氮循环。
•提供植物可利用的氮源：固氮菌通过将氮气转化为氨，为植物提供了植物可利用的氮源。
氮是植物生长发育的关键营养元素之一，通过固氮，植物能够获得足够的氮源，促进生长和产量的提高。
•减少对化肥的依赖：生物固氮可以降低对化学肥料的需求。
化学肥料的生产和使用往往伴随着能源消耗、土壤污染和生态系统破坏等问题。
通过利用固氮菌固氮，可以减少化肥的使用量，降低对化肥的依赖性，对环境保护和可持续农业具有重要意义。
4. 生物固氮的应用生物固氮在农业生产、生态修复和环境保护等方面有广泛的应用。
以下列举几个常见的应用领域：4.1 农业生产生物固氮可以促进农作物的生长和产量提高，减少对化学肥料的依赖。
一些作物可以与固氮菌共生，形成根瘤，通过固氮菌固氮来增加土壤氮素含量，提高作物产量。
此外，一些固氮作物如豆科植物也可以种植在农田中，起到增加土壤氮素含量的作用。
4.2 生态修复固氮菌可以在环境中固定氮气，促进土壤中氮素的循环，对于恢复受污染土壤的生态功能具有重要作用。
通过引入固氮菌，可以增加土壤肥力，促进土壤结构改良，加速污染物的降解，实现土壤的生态修复。
4.3 环境保护生物固氮可以减少农业过程中化肥的使用量，降低对水体和土壤的污染。
南开大学现代远程教育学院考试卷
2019年度秋季学期期末(2020.2) 《微生物学》
主讲教师：李明春、吴卫辉
一、请同学们在下列（20）题目中任选一题，写成期末论文。
1. 病毒在生物技术中的应用（例如噬菌体展示技术，病毒载体等）
2. 近年来重大病毒引起的传染病的特征和病毒复制、致病机制（如埃博拉出血热、
中东呼吸综合征等）
3. CRISPR-Cas9技术综述（来源，机制，应用）
4. 细菌耐药遗传水平机制
5. 微生物遗传物质水平转移方式和机制
6. 微生物遗传学技术在工农业中的应用
7. 基因组学、转录组学和蛋白组学研究进展
8. 微生物在环境污染和保护中的作用
9. 人体肠道微生物分类、功能研究进展
10. 疫苗的作用机制和对人类健康的贡献
11. 微生物作为模式系统揭示生命过程的优势
12. 试述未来微生物学发展的趋势
13. 从细胞形态结构及一些重要结构的化学成分组成等方面分析细菌、古生菌及真
核微生物三者之间的进化关系
14. 微生物营养及代谢的多样性对微生物生存能力的影响
15. 极端微生物对生命起源和生命极限的启示
16. 你认为微生物学发展过程中做出重大贡献的微生物学家及其成就
17. 微生物学中的独特技术及对发展现代生物学的贡献
18. 食药用真菌的研究进展
19. 微生物在自然界碳元素地球化学循环中的作用及意义
20. 生物固氮的原理、意义及应用
二、论文写作要求
论文题目应为授课教师指定题目，论文要层次清晰、论点清楚、论据准确；
论文写作要理论联系实际，同学们应结合课堂讲授内容，广泛收集与论文有关资料，含有一定案例，参考一定文献资料。
三、论文写作格式要求：
论文题目要求为宋体三号字，加粗居中；
正文部分要求为宋体小四号字，标题加粗，行间距为1.5倍行距；
论文字数要控制在2000－2500字；
论文标题书写顺序依次为一、（一）、1. 。
四、论文提交注意事项：
1、论文一律以此文件为封面，写明学习中心、专业、姓名、学号等信息。
论文保存为word文件，以“课程名+学号+姓名”命名。
2、论文一律采用线上提交方式，在学院规定时间内上传到教学教务平台，逾期平台关闭，将不接受补交。
3、不接受纸质论文。
4、如有抄袭雷同现象，将按学院规定严肃处理。
生物固氮的原理、意义及应用
生物固氮是指固氮微生物将大气中的氮气还原成氨的过程，固氮生物都属于个体微小的原核生物，所以，固氮生物又叫做固氮微生物。
根据固氮微生物的固氮特点以及与植物的关系，可以将它们分为自生固氮微生物、共生固氮微生物和联合固氮微生物三类。
自生固氮微生物在土壤或培养基中生活时，可以自行固定空气中的分子态氮，对植物没有依存关系。
常见的自生固氮微生物包括以圆褐固氮菌为代表的好氧性自生固氮菌，以梭菌为代表的厌氧性自生固氮菌，以及以鱼腥藻、念珠藻和颤藻为代表的具有异形胞的固氮蓝藻(异形胞内含有固氮酶，可以进行生物固氮)。
共生固氮微生物只有和植物互利共生时，才能固定空气中的分子态氮，共生固氮微生物可以分为两类:一类是与豆科植物互利共生的根瘤菌，以及与桤木属、杨梅属和沙棘属等非豆科植物共生的弗兰克氏放线菌;另一类是与红萍(又叫做满江红)等水生蕨类植物或罗汉松等裸子植物共生的蓝藻。
由蓝藻和某些真菌形成的地衣也属于这一类。
有些固氮微生物如固氮螺菌、雀稗固氮菌等。
能够生活在玉米、雀稗、水稻和甘蔗等植物根内的皮层细胞之间。
这些固氮微生物和共生的植物之间具有一定的专一性，但是不形成根瘤那样的特殊结构。
这些微生物还能够自行固氮，它们的固氮特点介于自生固氮和共生固氮之间，这种固氮形式叫做联合固氮。
在自然界中，有很多原核微生物，包括细菌和放线菌，它们可以在特定条件
下把氮气还原为氨，因而被称为固氮微生物。
固氮微生物的固氮过程完全是生物和微生物自发进行的，无须提供任何能源和设备，因而它减少了能源的消耗。
由于全部固氮过程都是生物活动，无污染物排放，有利于保护生态环境。
同时，由于减少和免除了化学氮素的投入，使农产品中硝酸和亚硝酸物质大幅度降低，提高了农产品的品质，减少致癌物质对人类的危害。
原核微生物，属于自生固氮菌，其代谢类型是异养需氧型。
利用的是土壤中的腐殖质，故在生态系统中的成分是分解者。
自生固氮微生物是指在土壤中能够独立进行固氮的微生物，其中，多数是一类叫做自生固氮菌的细菌。
自圆褐固氮菌生固氮菌大多是杆菌或短杆菌，单生或对生。
经过两三天的培养，成对的菌体呈"8"字形排列，并且外面有一层厚厚的荚膜。
自生固氮菌中，人们应用得最多的是圆褐固氮菌(Azotobocter chroococcum)。
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，因此，将圆褐固氮菌制成菌剂，施用到土壤中，可以提高农作物的产量。
根瘤菌(root nodule bacteria)是与豆科植物共生，形成根瘤并固定空气中的氮气供植物营养的一类杆状细菌。
这种共生体系具有很强的固氮能力。
已知全世界豆科植物近两万种。
根瘤菌是通过豆科植物根毛、侧根杈口(如花生)或其他部根瘤菌位侵入，形成侵入线，进到根的皮层，刺激宿主皮层细胞分裂，形成根瘤，根瘤菌从侵入线进到根瘤细胞，继续繁殖，根瘤中含有根瘤菌的细胞群构成含菌组织。
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3.9×10^15 t。
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。
目前，陆地上生物体内储存的有机氮的总量达1.1×10^10~1.4×10^10 t。
这部分氮素的数量尽管不算多，但是能够迅速地再循环，从而可以反复地供植物吸收利用。
存在于土壤中的有机氮总量约为 3.0×10^11 t，这部分氮素可以逐年分解成无机态氮供植物吸收利用。
海洋中的有机氮约为 5.0×10^11 t，这部分氮素可以被海洋生物循环利用。
构成氮循环的主要环节是:生物体内有机氮的合成、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用。
