2019-2020年高三生物二輪復(fù)習(xí) 生物固氮教案 人教版.doc

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2019-2020年高三生物二輪復(fù)習(xí) 生物固氮教案 人教版 【本章知識(shí)框架】 【疑難精講】 1．生物體內(nèi)有機(jī)氮的合成、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用 植物吸收土壤中的銨鹽和硝酸鹽，進(jìn)而將這些無機(jī)氮同化成植物體內(nèi)的蛋白質(zhì)等有機(jī)氮。動(dòng)物直接或間接以植物為食物，將植物體內(nèi)的有機(jī)氮同化成動(dòng)物體內(nèi)的有機(jī)氮。這一過程叫做生物體內(nèi)有機(jī)氮的合成。動(dòng)植物的遺體、排出物和殘落物中的有機(jī)氮被微生物分解后形成氨，這一過程叫做氨化作用。在有氧的條件下，土壤中的氨或銨鹽在硝化細(xì)菌的作用下最終氧化成硝酸鹽；這一過程叫做硝化作用。氨化作用和硝化作用產(chǎn)生的無機(jī)氮，都能被植物吸收作用。在氧氣不足的條件下，土壤中硝酸鹽被反硝化細(xì)菌等多種微生物還原成亞硝酸鹽，并且進(jìn)一步還原成分子態(tài)氮，分子態(tài)氮?jiǎng)t返回到大氣中，這一過程叫做反硝化作用。 大氣中的分子態(tài)氮還原成氨，這一過程叫做固氮作用。沒有固氮作用，大氣中的分子態(tài)氮就不能被植物吸收利用。地球上固氮作用的途徑有三種：生物固氮、工業(yè)固氮（用高溫、高壓和化學(xué)催化的方法，將氮轉(zhuǎn)化成氨）和高能固氮（如閃電等高空瞬間放電所產(chǎn)生的高能，可以使空氣中的氮與水中的氫結(jié)合，形成氨和硝酸，氨和硝酸則由雨水帶到地面）。據(jù)科學(xué)家估算，每年生物固氮的總量占地球上固氮總量的90%左右，可見，生物固氮在地球的氮循環(huán)中具有十分重要的作用。 2．固氮生物的類型 固氮生物都屬于個(gè)體微小的原核生物，所以，固氮生物又叫固氮微生物。根據(jù)固氮微生物的固氮特點(diǎn)以及與植物的關(guān)系，可以將它們分為自生固氮微生物、共生固氮生物和聯(lián)合固氮微生物三類。 自生固氮微生物在土壤或培養(yǎng)基中生活時(shí)，可以自行固定空氣中的分子態(tài)氮，對(duì)植物沒有依存關(guān)系。常見的自生固氮微生物包括以圓褐固氮菌為代表的好氧性自生固氮菌、以梭菌為代表的厭氧性自生固氮菌，以及以魚腥藻、念珠藻和顫藻為代表的具有異形胞的固氮藍(lán)藻（異形胞內(nèi)含有固氮酶，可以進(jìn)行生物固氮）。 共生固氮微生物只有和植物互利共生時(shí)，才能固定空氣中的分子態(tài)氮。共生固氮微生物可以分為兩類：一類是與豆科植物互利共生的根瘤菌，以及與榿木屬、楊梅屬和沙棘屬等非豆科植物共生的弗蘭克氏放線菌；另一類是與紅萍（又叫做滿江紅）等水生蕨類植物或羅漢松等裸子植物共生的藍(lán)藻。由藍(lán)藻和某些真菌形成的地衣也屬于這一類。 有些固氮微生物如固氮螺菌、雀稗固氮菌等，能夠生活在玉米、雀稗、水稻和甘蔗等植物根內(nèi)的皮層細(xì)胞之間。這些固氮微生物和共生的植物之間具有一定的專一性，但是不形成根瘤那樣的特殊結(jié)構(gòu)。這些微生物還能夠自行固氮，它們的固氮特點(diǎn)介于自生固氮和共生固氮之間，這種固氮形式叫做聯(lián)合固氮。 【學(xué)法指導(dǎo)】 本部分復(fù)習(xí)2～3課時(shí)，第1課時(shí)復(fù)習(xí)生物固氮的有關(guān)知識(shí)，第2～3課時(shí)，選取部分練習(xí)題將本章內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)鞏固。 1．“生物固氮”一節(jié)先介紹固氮微生物的種類、代表微生物的形態(tài)生理特征及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用；又講述了生物固氮的原理和意義；還介紹了生物固氮在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，表現(xiàn)在三個(gè)方面：土壤中氮素的消耗和補(bǔ)充途徑，目前廣泛應(yīng)用的對(duì)豆科植物播種前進(jìn)行的根瘤苗拌種，以及農(nóng)田中種植綠肥的科學(xué)道理；并設(shè)計(jì)了一項(xiàng)課外生物科技活動(dòng)，讓我們通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)對(duì)根瘤菌拌種促進(jìn)豆科作物產(chǎn)量的認(rèn)識(shí)。“自生固氮菌的分離”這一實(shí)驗(yàn)介紹了從土壤表層中分離自生固氮菌的原理、目的要求、材料用具和方法步驟。 2．本節(jié)學(xué)習(xí)重點(diǎn)：固氮微生物的種類；生物固氮的意義。學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容，應(yīng)注意從以下方面來掌握重點(diǎn)、突破難點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)，通過學(xué)習(xí)固氮微生物的種類，生物固氮的簡要過程，生物固氮的意義和生物固氮在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用等知識(shí)，進(jìn)一步了解生物固氮的基礎(chǔ)知識(shí)，了解這些知識(shí)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用，提高自己探索生物科學(xué)奧秘的興趣。注意相關(guān)知識(shí)的比較： 共生固氮菌與自生氮菌；生物固氮、高能固氮與工業(yè)固氮；碳循環(huán)與氮循環(huán)。通過比較，培養(yǎng)自己的求同思想能力和求異思維能力。 3．初中教科書第二部分第一章“細(xì)菌”和高中必修教科書第八章第一節(jié)“生物與環(huán)境的相互關(guān)系”，分別講述了根瘤菌能夠促進(jìn)豆科植物生長以及兩者具有互利共生的關(guān)系，在學(xué)習(xí)“生物固氮”前也應(yīng)認(rèn)真復(fù)習(xí)。 4．通過實(shí)驗(yàn)初步學(xué)會(huì)從土壤表層中分離自生固氮菌，學(xué)會(huì)簡易涂片的制作方法，了解并能識(shí)別自生固氮菌的形態(tài)特征；體驗(yàn)一些研究微生物的過程和方法；實(shí)驗(yàn)中要善于自主地提出一些思維含量高的問題，如本實(shí)驗(yàn)整個(gè)操作過程每個(gè)細(xì)節(jié)都要防止雜菌污染，你認(rèn)為每個(gè)細(xì)節(jié)中為防止雜菌污染采用的措施是什么？假如黏液中有三種自生固氮菌，你能否想出一種方法，將這三種細(xì)菌分離開來，通過在教師引導(dǎo)下討論和實(shí)踐廣開思路，獲得真知；還要善于對(duì)實(shí)驗(yàn)中的某一步驟進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，如能否用土壤浸出液代替稀泥漿接種？培養(yǎng)自己實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和團(tuán)結(jié)協(xié)作精神，培養(yǎng)自己的觀察能力、實(shí)驗(yàn)操作和設(shè)計(jì)能力、科學(xué)探究能力和創(chuàng)新能力。 【典型例題精講】 ［例1］（xx年山西高考題）豆科植物與根瘤菌的互利共生關(guān)系主要體現(xiàn)在 A．豆科植物從根瘤菌獲得NH3，根瘤菌從豆科植物獲得糖類 B．豆科植物從根瘤菌獲得含氮有機(jī)物，根瘤菌從豆科植物獲得NH3 C．豆科植物從根瘤菌獲得N2，根瘤菌從豆科植物獲得有機(jī)物 D．豆科植物從根瘤菌獲得NO，根瘤菌從豆科植物獲得NH3 【解析】 根瘤菌與豆科植物是一種彼此有利、相互依賴的關(guān)系，主要體現(xiàn)在：豆科植物通過光合作用制造的糖類等有機(jī)物，一部分供給根瘤菌；根瘤菌通過生物固氮制造的氨供給豆科植物。 【答案】 A ［例2］關(guān)于根瘤及根瘤菌的敘述中，不正確的一項(xiàng)是 A．根瘤可以單獨(dú)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(jìn)入根細(xì)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(jìn)入土壤 【解析】 本題考查根瘤和根瘤菌的關(guān)系。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(xì)胞不斷分裂，進(jìn)而使該處組織逐漸膨大后形成的。根瘤可以單獨(dú)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(qiáng)。當(dāng)植物衰老死亡后，根瘤也要破潰，其內(nèi)的根瘤菌便進(jìn)入土壤，進(jìn)入土壤的根瘤菌不一定死亡。 【答案】 D ［例3］關(guān)于固氮生物的正確說法是 A．固氮生物都是異養(yǎng)的 B．固氮生物都是共生的 C．固氮生物都是細(xì)菌或放線菌 D．根瘤菌固定的氮素占生物固氮的絕大部分 【解析】 本題考查固氮生物的有關(guān)知識(shí)。固氮生物有的異養(yǎng)如根瘤菌，有的自養(yǎng)如藍(lán)藻，有的與其他植物共生如根瘤菌與豆科植物，有的自生如圓褐固氮菌。固氮生物除細(xì)菌和放射菌外，還有藍(lán)藻，其中根瘤菌固定的氮素占自然界生物固氮總量的絕大部分。 【答案】 D ［例4］關(guān)于生物固氮的正確敘述是 A．生物遺體中的含氮化合物首先被轉(zhuǎn)化成硝酸鹽 B．硝化細(xì)菌可以使氮元素回歸大氣 C．圓褐固氮菌固定的氮可直接被植物吸收利用 D．硝化細(xì)菌可以把植物不能吸收的氨轉(zhuǎn)變?yōu)槟芪盏南跛猁} 【解析】 本題考查生物固氮的有關(guān)知識(shí)。生物遺體中的含氮化合物先被微生物分解形成氨，在有氧條件下，土壤中的氨和銨鹽在硝化細(xì)菌作用下最終氧化成硝酸鹽，在氧氣不足條件下，土壤中的硝酸鹽被反硝化細(xì)菌（而不是硝化細(xì)菌）等多種微生物還原成亞硝酸鹽，并進(jìn)一步還原成分子態(tài)氮返回大氣中。圓褐固氮菌是土壤中的自生固氮菌，其固氮產(chǎn)生的NH3要經(jīng)過硝化細(xì)菌的作用轉(zhuǎn)化成NO后才能被植物體利用。 【答案】 D 【達(dá)標(biāo)訓(xùn)練】 一、選擇題 1．下列哪項(xiàng)不屬于固氮生物 A．根瘤菌 B．圓褐固氮菌 C．某些藍(lán)藻 D．豆科植物 【解析】 豆科植物本身不能固氮，只有根瘤菌侵入豆科植物的根內(nèi)才能固氮。根瘤菌為豆科植物提供氮肥，豆科植物為根瘤菌提供營養(yǎng)。 【答案】 D 2．下面對(duì)氮循環(huán)的說法中正確的是 A．生物的固氮過程就是N2吸收到植物體內(nèi)被利用了 B．氮素一旦進(jìn)入生物體內(nèi)就不會(huì)形成N2 C．生物體內(nèi)的氮主要來源于閃電固氮 D．動(dòng)物產(chǎn)生的尿素轉(zhuǎn)化成的銨鹽可被植物吸收利用 【解析】 生物固氮是指固氮微生物將大氣中的氮還原成氨的過程；生物體內(nèi)的氮主要以生物固氮為主。 【答案】 D 3．在生物固氮過程中，最終電子受體是 A．N2和乙炔 B．NH3 C．乙烯 D．NADP+ 【解析】 在固氮酶將N2還原成NH3的過程中，需要e和H+，還需要ATP提供能量。簡單地說，在ATP提供能量的情況下，e和H+通過固氮酶傳遞給N2和乙炔，使它們分別還原成NH3和乙烯。 【答案】 A 4．根瘤菌的新陳代謝類型屬于 A．自養(yǎng)需氧型 B．自養(yǎng)厭氧型 C．異養(yǎng)需氧型 D．異養(yǎng)厭氧型 【答案】 C 5．圓褐固氮菌除了具有固氮能力外還能 A．促進(jìn)植物生根 B．促進(jìn)植物開花 C．促進(jìn)植物形成種子 D．促進(jìn)植物的生長和果實(shí)發(fā)育 【解析】 圓褐固氮菌具有較強(qiáng)的固氮能力，并且能夠分泌生長素，促進(jìn)植株的生長和果實(shí)的發(fā)育。 【答案】 D 6．下列各項(xiàng)中與根瘤菌固氮過程無關(guān)的是 A．e和H+ B．ATP C．NO D．固氮酶 【答案】 C 7．下列關(guān)于根瘤菌的論述，錯(cuò)誤的是 A．能侵入任何一種豆科植物 B．能與豆科植物共生 C．屬異養(yǎng)型生物 D．屬原核生物 【解析】 不同的根瘤菌，各自只能侵入特定種類的豆科植物：有的根瘤菌只能侵入一種豆科植物，例如大豆根瘤菌只能侵入大豆的根；有的根瘤菌能夠侵入多種豆科植物，例如，蠶豆根瘤菌可以侵入蠶豆，菜豆和豇豆的根。 【答案】 A 8．根瘤菌在生態(tài)系統(tǒng)中的地位是 A．生產(chǎn)者 B．消費(fèi)者 C．分解者 D．寄生者 【答案】 B 9．圓褐固氮菌的新陳代謝類型屬于 A．自養(yǎng)需氧型 B．異養(yǎng)需氧型 C．自養(yǎng)厭氧型 D．異養(yǎng)厭氧型 【答案】 B 10．能夠侵入植物體內(nèi)發(fā)揮固氮作用的微生物是 A．酵母菌 B．真菌 C．細(xì)菌 D．霉菌 【解析】 固氮微生物主要指具有固氮功能的細(xì)菌，此外，還包括一些具有固氮功能的放線菌和藍(lán)藻。 【答案】 C 11．圓褐固氮菌固氮后形成的產(chǎn)物是 A．可以直接被植物吸收利用 B．經(jīng)過分解者作用后才能被植物吸收 C．經(jīng)過動(dòng)物代謝后才能被植物吸收利用 D．經(jīng)某種生產(chǎn)者的作用后才能被植物吸收利用 【解析】 圓褐固氮菌固氮后形成的產(chǎn)物NH3，經(jīng)過土壤中的硝化細(xì)菌（生產(chǎn)者）的作用，最終轉(zhuǎn)化成硝酸鹽，硝酸鹽可以被植物吸收利用。 【答案】 D 12．氮進(jìn)入高等植物體內(nèi)的形式是 A．N2 B．硝酸鹽和銨鹽 C．NO D．NO2 【答案】 B 13．以下說法錯(cuò)誤的是 A．土壤中的氨經(jīng)過硝化細(xì)菌的作用，最終轉(zhuǎn)化成硝酸鹽 B．土壤中的一些細(xì)菌在氧氣充足的條件下，將硝酸鹽轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽，并最終轉(zhuǎn)化成氮?dú)? C．植物只能利用土壤中的硝酸鹽和銨鹽，而不能直接利用空氣中的氮?dú)? D．根瘤菌固定的氮一部分供宿主植物利用，一部分留給自己使用 【解析】 土壤中的一些細(xì)菌（如硝化細(xì)菌）在氧氣充足條件下，把氨轉(zhuǎn)化為硝酸鹽；在氧氣不足的情況下，土壤的另一些細(xì)菌（如反硝化細(xì)菌）可以將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽并最終轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，氮?dú)鈩t返回到大氣中。 【答案】 B 14．豆科植物形成根瘤的直接原因是 A．根瘤菌入侵的結(jié)果 B．根瘤菌固定N2的結(jié)果 C．根的薄壁細(xì)胞分裂的結(jié)果 D．根內(nèi)形成NH3的結(jié)果 【解析】 豆科植物幼苗長出后，土壤中與該種豆科植物相適應(yīng)的根瘤菌就侵入到根內(nèi)。根瘤菌在根內(nèi)不斷地繁殖，并且刺激根內(nèi)的一些薄壁細(xì)胞分裂，進(jìn)而使該處的組織逐漸膨大，形成根瘤。（關(guān)鍵是“直接”原因） 【答案】 C 15．根瘤菌在根內(nèi)不斷地繁殖，并且刺激根內(nèi)的一些細(xì)胞分裂，進(jìn)而使該處的組織逐漸膨大，形成根瘤，其刺激的細(xì)胞是 A．厚壁細(xì)胞 B．薄壁細(xì)胞 C．表皮細(xì)胞 D．根冠細(xì)胞 【答案】 B 16．從大豆的根瘤中分離出來的根瘤菌能侵入的根是 A．豆根 B．蠶豆根 C．大豆根 D．豇豆根 【解析】 有的根瘤菌只能侵入一種豆科植物，例如大豆根瘤菌只能侵入大豆的根；有的根瘤菌能夠侵入多種豆科植物，例如，蠶豆根瘤菌可以侵入蠶豆、菜豆和豇豆的根。 【答案】 C 17．從土壤中分離自生固氮菌到制成臨時(shí)涂片的步驟是 A．觀察→培養(yǎng)→接種→涂片 B．接種→觀察→培養(yǎng)→涂片 C．培養(yǎng)→接種→觀察→涂片 D．接種→培養(yǎng)→觀察→涂片 【答案】 D 18．下面對(duì)氮素與光合作用的關(guān)系的表述中，不正確的是 A．土壤中氮素含量越多，光合速率越快 B．追施氮肥，促進(jìn)葉片面積增大，葉片數(shù)目增多，增加了光合面積 C．施氮肥后，葉綠素含量增加，加速了光反應(yīng) D．氮肥也能增加葉中蛋白態(tài)氮的百分率；酶數(shù)量增多，使暗反應(yīng)順利進(jìn)行 【答案】 A 19．在一塊從未種過豆科植物的貧瘠土地上種植大豆，為提高產(chǎn)量，下列措施最具生態(tài)效益的是 A．加施氮肥，合理密植 B．根瘤菌在土壤中廣泛分布，故無需施肥 C．播種前在避光條件下進(jìn)行根瘤菌拌種 D．播種前對(duì)種子進(jìn)行消毒處理 【解析】 土壤可以通過兩條途徑獲得氮素：一條是含氮肥料（包括氮素化肥和各種農(nóng)家肥料）的施用；另一條是生物固氮。對(duì)豆科作物進(jìn)行根瘤菌拌種，是提高豆科作物產(chǎn)量的一項(xiàng)有效措施。播種前，將豆科作物的種子沾上與該種豆科作物相適應(yīng)的根瘤菌，這顯然有利于該種豆科作物被相應(yīng)的根瘤菌侵入。特別是新開墾的農(nóng)田和未種植過豆科作物的土壤中，根瘤菌很少，并且常常不能使豆科作物結(jié)瘤固氮，更需要進(jìn)行根瘤菌拌種。經(jīng)過根瘤菌拌種的豆科作物，不僅能夠明顯提高糧食產(chǎn)量，而且有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。 【答案】 C 20．豆科植物根瘤菌的固氮能力最強(qiáng)的時(shí)期是 A．成長時(shí)期 B．幼苗時(shí)期 C．開花之前 D．開花之后 【答案】 C 21．大氣中的氮被植物體利用的途徑不包括 A．主要被植物體直接利用 B．以生物固氮的形式形成氨鹽 C．以工業(yè)固氮的形式形成氨鹽和硝酸鹽 D．在自然界中通過閃電等高能固氮的形式形成含氮無機(jī)鹽被植物體利用 【解析】 大氣中的N2需經(jīng)固氮微生物的固氮過程，將N2還原成NH3，NH3經(jīng)過土壤中硝化細(xì)菌的作用，最終轉(zhuǎn)化成硝酸鹽，硝酸鹽可以被植物吸收利用。 【答案】 A 二、非選擇題 22．對(duì)豆科作物進(jìn)行_________拌種是提高豆科作物產(chǎn)量的一項(xiàng)有效措施。非豆科作物一旦能夠自行固氮，不僅能夠明顯地提高糧食_________，而且有利于_________的保護(hù)。 【答案】 根瘤菌 產(chǎn)量 生態(tài)系統(tǒng) 23．共生固氮微生物與自生固氮微生物的區(qū)別是前者與綠色植物_________，只有侵入到_________時(shí)才能固氮，后者在土壤中能夠_________。 【答案】 互利共生 根內(nèi) 獨(dú)立固氮 24．下圖為生物固氮原理示意圖。據(jù)圖回答： （1）圖中［1］→［2］表示_________________。 （2）e和H+通過［ ］_________最終傳遞給_________和_________。 （3）圖中［5］是_________，［6］是_________。 （4）該原理可用反應(yīng)式概括為____________________________。 【答案】 （1）ATPADP+Pi （2）4 固氮酶 N2 乙炔 （3）NH3 C2H4 （4）N2+C2H2+e+H++ATPNH3+ C2H4+ADP+Pi 25．全世界工業(yè)合成氮肥中的氮只占固氮總量的20%，絕大多數(shù)是通過生物固氮進(jìn)行的。最常見的是生活在豆科植物根部的根瘤菌，能將大氣中游離態(tài)的氮，經(jīng)過固氮酶的作用生成氮的化合物，以利于植物的利用，而豆科植物為根瘤菌提供營養(yǎng)物質(zhì)。 （1）根瘤菌和豆科植物的關(guān)系在生物學(xué)上稱為_________。 （2）根瘤菌之所以能進(jìn)行固氮作用，是因?yàn)樗歇?dú)特的固氮酶，根本原因是它具有獨(dú)特的_________。 （3）日本科學(xué)家把固氮基因轉(zhuǎn)移到水稻根系微生物中，通過指導(dǎo)合成固氮所需的_________，進(jìn)而起到固氮作用，從而減少氮肥的施用量。而更為理想的是直接將固氮基因重組到稻、麥等經(jīng)濟(jì)作物的細(xì)胞中，建立“植物的小化肥廠”，讓植物本身直接固氮，這樣就可以免施氮肥。如果這種重組能實(shí)現(xiàn)的話，那么固氮基因最終實(shí)現(xiàn)表達(dá)的途徑是________________。 （4）這種生物固氮和工業(yè)合成氨比較，它是在_________、_________條件下進(jìn)行的，從而節(jié)省了大量的器材、設(shè)備和能源。 【解析】 （1）根瘤菌通過生物固氮作物為豆科植物提供含氮的無機(jī)鹽，豆科植物通過光合作用為根瘤菌提供有機(jī)物，故兩者是互利共生關(guān)系。 （2）固氮酶是由固氮基因控制合成的，故答案為固氮基因。 （3）固氮基因轉(zhuǎn)移到水稻根系微生物中后，可控制合成固氮所需的固氮酶。此途徑是固氮基因→信使RNA→固氮酶。 （4）生物固氮所需條件往往比較溫和，常溫、常壓下就可進(jìn)行；工業(yè)合成氮必需要求高溫、高壓條件。因此生物固氮比工業(yè)合成氮節(jié)省了大量器材、設(shè)備和能源。 【答案】 （1）互利共生 （2）固氮基因 （3）酶 固氮基因信使RNA固氮酶 （4）常溫 常壓 26．閱讀下列材料，回答相關(guān)問題。 材料1 在自然界中有將游離態(tài)氮轉(zhuǎn)化成化合態(tài)氮的生物，也有將化合態(tài)氮轉(zhuǎn)化成游離態(tài)氮的細(xì)菌，由于其生理過程與硝化細(xì)菌相反，故稱為反硝化過程，該細(xì)菌被稱為反硝化細(xì)菌，反硝化細(xì)菌對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是不利的，會(huì)降低土壤的肥力，但對(duì)于氮的循環(huán)來說是必不可少的。 材料2 生態(tài)系統(tǒng)中氮循環(huán)和碳循環(huán)及其相互關(guān)系的簡圖如下。 材料3 由于鳥類對(duì)飛翔生活的適應(yīng)，要減輕體重，所以鳥類的消化道相對(duì)較短。在養(yǎng)雞場里，由于雞的消化道相對(duì)較短，食物中的有機(jī)物消化不充分。在其排出的糞便中還有很多有機(jī)物未被充分利用，所以常將雞糞發(fā)酵除臭后摻到其他的飼料中喂豬，可以節(jié)省飼料，提高經(jīng)濟(jì)效益。 （1）上圖中過程①稱為_________，過程②稱為_________。如果圖示是一個(gè)封閉的大棚生態(tài)系統(tǒng)，遇到連續(xù)陰雨天氣，你認(rèn)為采取何種措施對(duì)植物生長較為有利？______________________。采取這種措施的目的是___________________________。 （2）在完成圖中⑤過程的生物中，根瘤菌是非常有名的，它活躍在豆科植物的根部形成根瘤，與豆科植物呈現(xiàn)良好的共生關(guān)系，請(qǐng)你具體說出豆科植物與根瘤菌之間的互惠關(guān)系：_______________________________。 （3）植物完成圖中④過程的主要方式是_________，如果土壤板結(jié)或長期水淹，陸生植物通過該過程吸收的氮素是否能滿足其生理需要？_________，其原因是____________________________。 （4）你認(rèn)為材料1中提到的反硝化細(xì)菌的生理過程是由圖中的哪個(gè)標(biāo)號(hào)體現(xiàn)的？_______。 （5）圖中哪個(gè)標(biāo)號(hào)代表的內(nèi)容能體現(xiàn)出這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)能力的大??？_________。 （6）你認(rèn)為雞糞發(fā)酵除臭是何種細(xì)菌的作用？在圖中哪個(gè)標(biāo)號(hào)所示的過程能反映除臭的生理過程_______________________。 【解析】 本題目是一個(gè)綜合性題目，綜合了植物代謝、生態(tài)等有關(guān)知識(shí)。 （1）圖中①過程是植物通過光合作用將大氣中CO2合成有機(jī)物的過程；②過程是植物通過呼吸作用分解有機(jī)物釋放CO2的過程。在陰雨天氣，光照較弱，光合作用弱，故可采取增強(qiáng)光照措施提高植物光合作用；另外也可以通過降低棚內(nèi)溫度來降低呼吸作用來促進(jìn)植物生長。 （2）豆科植物通過光合作用為根瘤菌提供有機(jī)物，根瘤菌通過生物固氮過程為豆科植物提供氮源。 （3）NH3溶于水形成NO，NO通過主動(dòng)運(yùn)輸方式被植物根吸收，如果土壤板結(jié)或長期水淹，會(huì)影響植物根的呼吸作用，進(jìn)而影響根對(duì)礦質(zhì)元素的吸收。 （4）從圖示中可看出⑥過程是反硝化細(xì)菌的生理過程。 （5）圖中⑨代表食物鏈、食物網(wǎng)，既生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，其自動(dòng)調(diào)節(jié)能力越大，反之越小。 （6）雞糞發(fā)酵有臭味是因?yàn)樯蒒H3，細(xì)菌可以將NH3氧化成亞硝酸鹽和硝酸鹽，故可除臭；圖中⑦過程正反映了這一過程。 【答案】 （1）光合作用 呼吸作用 增強(qiáng)光照，降低棚內(nèi)溫度 增加光合作用強(qiáng)度，減少呼吸消耗 （2）豆科植物為根瘤菌提供有機(jī)物，根瘤菌為豆科植物提供氮源 （3）主動(dòng)運(yùn)輸 不能 土壤中缺氧，影響呼吸作用，進(jìn)而影響氮的吸收 （4）⑥ （5）⑨ （6）硝化細(xì)菌，⑦ 【資料補(bǔ)充】 1．光合作用中與物理化學(xué)知識(shí)相聯(lián)系的知識(shí)點(diǎn)有：葉綠體色素與光譜、波長，棱鏡與光的色散，光反應(yīng)中的光電效應(yīng)、光合作用與示蹤原子等以上學(xué)科間交叉點(diǎn)較多。 2．生物固氮與物理、化學(xué)知識(shí)相聯(lián)系的知識(shí)點(diǎn)有：地球上固氮作用的途徑（生物固氮、閃電固氮、工業(yè)固氮），構(gòu)成氮循環(huán)的主要環(huán)節(jié)：生物體內(nèi)有機(jī)氮的合成、氮化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用。 ［例1］早在一百多年前（1883年）德國生物學(xué)家C．Engelmann用巧妙的實(shí)驗(yàn)研究了光合作用的作用光譜。他將棱鏡產(chǎn)生的光譜投射到絲狀綠藻上，并在絲狀綠藻的懸液中放入一些細(xì)菌，然后在顯微鏡下觀察細(xì)菌在絲狀綠藻各部分的聚集情況（第十五章） （1）絲狀綠藻多聚集在懸液中的什么位置？________________________。 （2）若細(xì)菌的聚集位置與絲狀綠藻的位置相同。則其異化作用的類型是_________。 （3）寫出A、B、C、D、E、F、G不同波長光的顏色：_____________________。 （4）如果將該絲狀綠藻長期放在D色光下照射，絲狀綠藻將會(huì)_________，原因是____________________________。 （5）什么情況下絲狀綠藻周圍的細(xì)菌呈均勻分布？____________________________。 （6）太陽輻射中的紅外光和紫外光能否被絲狀綠藻利用？____________________________。 【解析】 根據(jù)物理知識(shí)。A、B、C、D、E、F、G分別代表紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫各色光，又根據(jù)生物學(xué)的光合作用知識(shí)。綠藻所含的色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，因此，絲狀綠藻將分布在紅光和藍(lán)紫光對(duì)應(yīng)的懸液上下兩端；絲狀綠藻光合作用放出氧氣，而細(xì)菌聚集在氧氣含量高的位置，說明它們是需氧型生物。因?yàn)镈代表綠光，而絲狀綠藻幾乎不吸收綠光，長期在綠光下的綠藻不能進(jìn)行光合作用，就會(huì)死亡。除去棱鏡的分光作用，給以正常的可見光照射，各部位絲狀綠藻光合作用速率等同，其周圍的細(xì)菌就呈均勻分布。太陽輻射中的紅外光和紫外光不屬于可見光，葉綠素不能吸收，因此絲狀綠藻不能利用。 【答案】 （1）紅光和藍(lán)紫光 （2）需氧型生物 （3）紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫 （4）死亡 絲狀綠藻幾乎不吸收綠光，不能進(jìn)行光合作用 （5）正常可見光照射 （6）不能利用 ［例2］硫酸銨是農(nóng)村常用的一種銨態(tài)氮肥，試回答下列問題； （1）某硫酸銨肥料。實(shí)驗(yàn)測得氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，該樣品中可能混有_________。 A．碳酸氫銨 B．硝酸銨 C．氯化銨 D．磷酸氫二氨 （2）下列物質(zhì)不能跟硫酸銨肥料混合施用的是_________。 A．碳酸氫銨 B．草木灰 C．過磷酸鈣 D．氯化鉀 （3）田間一次施用該化肥過多會(huì)使植物變得枯萎發(fā)黃，俗稱“燒苗”，其原因是 A．根細(xì)胞從土壤中吸收的養(yǎng)分過多 B．根細(xì)胞不能從土壤中吸水 C．根系不能將水向上運(yùn)輸 D．根系加速了呼吸作用，釋放的能量過多 （4）有人給農(nóng)作物施用15N標(biāo)記的肥料，結(jié)果，在食用此農(nóng)作物的動(dòng)物尿中可查出15N，試問： ①含15N的化肥從土壤溶液中先后經(jīng)_________和_________的過程而進(jìn)入根細(xì)胞的。 ②含15N的物質(zhì)在植物體細(xì)胞內(nèi)的_________處合成為植物蛋白質(zhì)，以后被動(dòng)物攝??；這種植物的蛋白質(zhì)，在消化道內(nèi)，先后經(jīng)_________等酶的作用，又分解為含15N的氨基酸。 ③含15N的氨基酸被吸收進(jìn)入動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)，又經(jīng)_________作用被分解為含15N的物質(zhì)，進(jìn)而轉(zhuǎn)變成_________隨尿排出體外。 （5）在土地中施用（NH4）2SO4肥料時(shí)，植物吸收的NH多于SO，會(huì)不會(huì)造成細(xì)胞內(nèi)酸堿度的不平衡？ 【解析】 （1）純凈（NH4）2SO4中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.2%。則樣品中必混有氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于20%的物質(zhì)。該物質(zhì)只能是碳酸氫銨。 （2）草木灰施用于土壤中會(huì)發(fā)生水解而呈堿性，硫酸銨與堿性物質(zhì)作用會(huì)逸出NH3，使肥效損失。 （3）施用化肥過多，會(huì)使根細(xì)胞不能從土壤中吸水，導(dǎo)致“燒苗”。 【答案】 （1）A （2）B （3）B （4）交換吸附 主動(dòng)運(yùn)輸 核糖體 蛋白酶、肽酶 脫氨基 尿素 （5）植物根表面在交換吸附過程中，每吸附一個(gè)NH，主要交換下來一個(gè)H+，這種交換是對(duì)等的，細(xì)胞液有多種無機(jī)鹽、有機(jī)酸，實(shí)際上是一種緩沖液；NH大部分被細(xì)胞內(nèi)生理活動(dòng)所利用，如合成蛋白質(zhì)和核酸需要N元素等。所以，正常情況下植物大量吸收NH不會(huì)造成細(xì)胞內(nèi)酸堿度不平衡。 ［例3］固氮有三種方式：生物固氮、工業(yè)合成氮和放電條件下氮?dú)夂脱鯕饣?。全世界工業(yè)合成氮肥中的氮只占固氮總量的20%，其余絕大部分是通過生物固氮進(jìn)行的，最常見的是豆科植物根部的根瘤菌，能將大氣中游離態(tài)的氮，經(jīng)固氮酶的作用生成氮的化合物，以利于植物利用。 （1）根瘤菌與豆科植物的關(guān)系在生物學(xué)上稱為_________。 （2）根瘤菌之所以有固氮作用，是因?yàn)樗仟?dú)特的固氮酶，而根本原因是它具有獨(dú)特的_________。 （3）日本科學(xué)家把固氮基因轉(zhuǎn)移到水稻根系微生物中，通過指導(dǎo)合成固氮所需的_________進(jìn)而引起固氮作用。更為理想的是直接將固氮基因轉(zhuǎn)移到稻、麥等糧食、經(jīng)濟(jì)作物的細(xì)胞中，讓植物本身直接固氮，這樣可以免施氮肥。如果這種愿望實(shí)現(xiàn)的話，那么固氮基因中遺傳信息表達(dá)途徑為____________________________。 （4）這種生物固氮與工業(yè)合成氨比較，它是在_________條件下進(jìn)行的，從而節(jié)省了大量的器材、設(shè)備和能源。 （5）俗話說“雷雨發(fā)莊稼”，因電閃雷鳴的雨天，氮?dú)庠诳諝庵邪l(fā)生一系列的反應(yīng)，產(chǎn)生了植物可利用的含氮化合物，寫出有關(guān)的三個(gè)反應(yīng)方程式：__________________________________。 【答案】 （1）共生 （2）固氮基因 （3）固氮酶 固氮基因→信使RNA→固氮酶 （4）常溫、常壓 （5）N2+O22NO，2NO+O2==== 2NO2，4NO2+O2+2H2O==== 4HNO3 3．相關(guān)網(wǎng)（頁）站 （1）北方科普網(wǎng) bjkp.gov.cn （2）洪恩在線：化學(xué)模擬生物固氮 hongen/edu/kxdt/hxsj/kb011501.htm （3）中國公眾科技網(wǎng)： database.cpst.net.cn/popul/farms/gradn/artic/10810152505.html 【知識(shí)拓展】 1．或許你生活在鄉(xiāng)村，你能否鑒別出身邊常見綠色植物是C3植物還是C4植物？鑒別的依據(jù)是什么？你能否設(shè)計(jì)出提高身邊常見農(nóng)作物產(chǎn)量的合理方案？ 2．或許你生活在城市，你能否鑒別出公園里、校園里常見植物和家庭栽培的綠色植物是C3植物還是C4植物？鑒別的依據(jù)是什么？你能否設(shè)計(jì)出提高你家栽培的綠色植物光合作用效率的合理方案？ 3．請(qǐng)嘗試對(duì)豆科作根瘤菌拌種，并且對(duì)比它們的生長發(fā)育狀況；搜集有關(guān)生物固氮研究新進(jìn)展的有關(guān)資料。 4．探究表層土壤中是否含有自生固氮菌： （1）材料用具： 農(nóng)田的表層土壤（土壤溶液的pH不低于6.5）、無菌研缽、無菌玻璃棒接種環(huán)、天平、存放在載玻片的酒精缸、蓋玻片、顯微鏡、酒精燈、火柴、鑷子、恒溫箱、量筒、玻璃鉛筆、滅過菌的盛有無氮培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿、結(jié)晶紫染液、無菌水。 （2）請(qǐng)?jiān)谙旅娣娇蚶锇刺骄宽樞蛱顚懞喴椒ú襟E： （3）你認(rèn)為從表層土壤中分離自生固氮菌的關(guān)鍵步驟是什么？每步應(yīng)當(dāng)注意哪些問題，采取的對(duì)應(yīng)措施是什么？ （4）你是否成功地從表層土壤中分離出了自生固氮菌？若不成功，請(qǐng)分析出原因在哪里？應(yīng)如何改正操作才能成功？ （5）有的同學(xué)在探究中用表層土壤浸出液代替稀泥漿接種，你認(rèn)為能否這樣做？你還能設(shè)計(jì)出更簡便、更有效、結(jié)果和現(xiàn)象明顯的探究方案嗎？