共生固氮微生物

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。

共生固氮和联合固氮的名词解释
共生固氮:微生物与植物紧密生活在一起，由固氮微生物进行固氮，微生物在与植物共生状态下直接将大气中分子态氮转化成化合态氮。

联合固氮:自然界只有某些微生物能直接将大气中的氮通过固氮酶还原成NH4+，这类微生物包括细菌、蓝绿藻、放线菌等。

在固氮的细菌中有一类属于自由生活的类群，它们定殖于植物根表(有的能侵入根表皮和外皮层的细胞间隙)和近根土壤中，靠根系分泌物生存，繁延，与植物根系有密切的关系。

但宿主植物并不形成特异分化的结构。

植物与细菌之间的这种共生关系称联合共生固氮。

这类固氮菌称联合固氮菌。

高二生物生物固氮试题1.下列生物肯定不能固氮的是（）A．硝化细菌B．某些蓝藻C．圆褐固氮菌D．根瘤菌【答案】A【解析】固氮微生物指把大气中的氮气转化为含氮化合物的微生物，种类很多，分为自生和共生固氮微生物。

前者独立存在于土壤之中，如圆褐固氮菌，蓝藻；后者与高等植物等共生时才能固氮，如根瘤菌，固定的氮素除供自身生长发育外，部分以无机状态或简单的有机氮化物分泌于体外，供植物吸收利用。

硝化细菌是利用NH3氧化分解释放的能量，将CO2和H2O合成有机物，释放O2。

【考点】本题考查固氮微生物的有关知识，意在考查考生理解所学知识的要点，把握知识间的内在联系的能力。

2.生物固氮中的固氮酶是由下列哪两个亚基组成。

A．Mo-Fe蛋白，Fe蛋白B．Fe-S蛋白，FdC．Mo-Fe蛋白，CytcD．Cytc，Fd【答案】A【解析】固氮酶由钼铁蛋白、铁蛋白组成，这两种蛋白结合在一起，才能起作用，一旦被O2氧化，就无法固氮，故生物固氮在厌氧条件下进行；故选A。

【考点】固氮酶。

点评：本题相对简单，属识记内容。

3.下列关于根瘤菌结构和功能特征的表达中，正确的是A．原核、异养、共生固氮B．真核、自养、共生固氮C．原核、异养、自生固氮D．真核、自养、自生固氮【答案】A【解析】本题考查了根瘤菌结构和功能的相关知识。

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。

能促使植物异常增生的一类革兰氏染色阴性需氧杆菌。

在根瘤内，根瘤菌从豆科植物根的皮层细胞中吸取碳水化合物、矿质盐类及水分。

以进行生长和繁殖。

同时它们又把空气中游离的氮通过固氮作用固定下来，转变为植物所能利用的含氮化合物，供植物生活所需。

这样，根瘤菌与根便构成了互相依赖的共生关系。

故选A。

4.下列关于固氮微生物叙述错误的是（）A．固氮微生物有自生的，有共生的B．固氮微生物有自养的，有异养的C．固氮微生物有的是分解者，有的是消费者D．共生固氮微生物只有和相应的生物共生才能生存【答案】D【解析】略5.圆褐固氮菌除了具有固氮能力外，还能A．产生生长素，进行激素调节B．促进植物花粉发育和受精C．产生生长素，是其生命不可缺少的物质D．促进植物生长和果实发育【答案】D【解析】略6.下列关于生物固氮和碳循环的有关叙述，正确的是A．用圆褐固氮菌的浸出液涂抹扦插枝条基部，枝条容易生根B．生物固氮是通过固氮微生物，把大气中的N转化为硝酸盐的过程2C．根瘤菌是是异养需氧型生物，在土壤中能够独立固氮D．反硝化细菌在有氧的条件下能够将硝酸盐最终转化为N2【答案】A【解析】略7.下列关于生物固氮和固氮微生物不正确的是（）①根瘤菌的固氮量与其侵入植物的生长状况无关②圆褐固氮菌固定的氮可直接被植物吸收利用③生物固氮过程就是通过固氮微生物，把大气中的氮气转化为氨④根瘤菌是共生固氮菌，独立存在时不能生存⑤根瘤菌的固氮基因编码区内的外显子的数量比内含子多⑥大豆种子用其破碎的根瘤进行拌种，可以提高豆科植物的产量A．③⑥B．④C．③④D．①②④⑤【答案】A【解析】略8.有关氮循环中微生物代谢类型、相关生理过程及生态地位全部正确的一组是（）【答案】A【解析】略9.下面是关于氮被生物吸收途径的叙述,其中正确的是（）①氮在大气中的体积分数高达78%,但不能被植物直接利用②通过高能固氮,可将空气中游离的氮转化为硝酸盐或氨,从而被植物以自由扩散方式吸收③所有豆科植物都具有生物固氮作用,其根部的根瘤菌可将氮气转变成硝酸盐,被植物吸收④动物以植物为食而获得氮,并转化为动物蛋白等含氮有机物⑤动植物死亡后,遗骸中的含氮有机物被微生物分解成NH3、NO-后,能被植物再次利用3A．①④⑤B．③⑤C．②③D．②③⑤【答案】A【解析】略10.如图表示的是生态系统中的氮循环示意图。

微生物在固定氮中的作用及其调控机制氮是生命的基本元素之一，是构成生物体的核酸、蛋白质等必需元素。

然而，在自然界中，氮的存在形式主要是空气中的氮气(N2)，这种形式的氮却不能直接被植物吸收利用，因为固氮的反应需要高能量的化学键的断裂。

然而，在自然界中一些微生物能够利用高级别的氮化合物为能源，将空气中的氮转化成小分子低能级的氮化合物，从而实现对氮的固定。

这种过程称为生物固氮，也被认为是生态系统中最重要的氮素转化途径之一。

一、微生物固氮的类型固氮的微生物主要包括自由生活的和共生生活的两类，其中，大多数自由生活的固氮微生物属于泛菌门的一种，称为氢化菌(Hydrogenobacter)和蓝藻(Anabaena)。

1. 自由生活的微生物固氮自由生活的微生物固氮是指能独立生存，在土壤、水体等环境中自由活动并能进行固氮的微生物。

其中，最常见的是一些泛菌门的微生物，包括许多细菌属，如Azotobacter、Azospirillum、Klebsiella、Pseudomonas等，其中，Azotobacter和Azospirillum是目前应用较广的固氮微生物。

对于这类微生物，为了增加自身的固氮量，一些根据渗透压、营养要求不同的固氮微生物会发生栖息的现象，形成根结菌留在植物根系上，这时的微生物被称为共生生物。

2. 共生微生物固氮共生微生物固氮即多种微生物（一般为革兰氏气单胞菌与根瘤菌）与植物共生，形成定殖在植物根系中的根瘤菌。

根瘤菌通过有氧呼吸供植物能量，同时通过固氮向植物提供生长所需的氮。

广义上说，共生微生物固氮包括具有根瘤菌能力或寄生植物的微生物。

其中，根瘤菌是利用植物根部平面细胞中“受原体”抗体结构与植物根细胞接合后进入植物体内异化并生长发育具有固氮能力的一类菌群。

二、微生物固氮的作用与意义1. 微生物对植物固氮的帮助植物只有在植物根系中生存的共生根瘤菌的固氮作用下才能生长和繁殖。

微生物不仅利用可以耐受固氮的植物成分，而且利用解毒酶诱导因子固氮。