4.生物固氮 (1)固氮微生物的种类 自然界中固氮微生物有两类:共生固氮微生物和自生固氮微生物. 共生固氮微生物是指与一些绿色植物互利共生的固氮微生物.如根瘤菌等.共生固氮微生物只有和植物互利共生时.才能固定空气中分子态氮.根瘤菌固定的氮素占自然界生物固氮问题的绝大部分. 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.多数是一类称为处生固氮菌的细菌.自生固氮微生物的固氮过程对植物没有依存关系. (1)根瘤菌与豆科植物的共生关系 根瘤菌性中的每一种细菌都与某几种豆科植物专一性地对应.每种根瘤菌只和与其有专一性对应的几种豆科植物建立共生关系形成根瘤.不与其他种类的植物共生形成根瘤.原因是豆科植物的根毛能够分泌一类特殊的蛋白质.根瘤菌细胞的表面存在着多糖物质.只有同族豆科植物根毛分泌的蛋白质与同族根瘤菌表面的多糖物质才能产生特异性的结合. 根瘤菌与豆科植物共生过程中.建立了互利的关系.豆科植物为根瘤菌提供碳水化合物和能量.根瘤菌为豆科植物提供化合态的氮(NH3). (2)固氮的原理 生物固氮是指固氮微生物将大气中的氮还原成氨的过程.完成生物固氮必须在固氮酶的参与下才能完成.固氮酶是一种能够将分子氮还原成氨的酶.生物固氮可以用下面的反应式概括表示: N2+6H++nMg一ATP+6e-2NH3+nMg一ADP+nPi 从上面的反应可以看出.分子氮的还原过程是在固氮酶的催化作用下进行的.在固氮酶将N2还原成NH3的过程中.需要e和H+.e和H+来自植物体内的其它化学反应.还需要ATP提供能量.同时必须在Mg的参与下才能完成.生物固氮的过程非常复杂.简单地说.在ATP酶提供能量的情况下.e和H+通过固氮酶传递给N2和乙炔(C2H2).使它们分别还原成NH3.和乙烯(C2H4).如下图所示. 固氮酶是由两种蛋白质组成的:一种含有铁.叫做铁蛋白.另一种含铁和钼.称为钼铁蛋白.只有钼铁蛋白和铁蛋白同时上.固氮酶才具有固氮的作用. 固氮微生物需氧.而固氮必须是在严格的厌氧微环境中进行.组成固氮酶的两种蛋白质.钼铁蛋白和铁蛋白.对氧极端敏感.一旦遇氧就很快导致不可恢复的失活.而多数的固氮菌都是好氧菌.它们要利用氧气进行呼吸和产生能量.固氮菌在进化过程中.发展出多种机制来解决既需氧又防止氧对固氮酶的操作损伤的矛盾.其中之一是固氮菌以较强的呼吸作用迅速地将周围互不干涉中的氧消耗掉.使细胞周围处于低氧状态.保护固氮酶不受损伤. (4)自然界中氮的循环 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3.9×1015t.除了少量原核生物以外.目前.陆地上生物体内储存的有机氮的总量达1.1×1010-1.4×1010t.这部分氮素数量尽管不算多.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 3.0×1011t.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 ×1011t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. 生物体内有机氮的合成是指:植物吸收土壤中的氨盐和硝酸盐.进而将这些无机氮同化成植物体内的蛋白质等有机氮.动物直接或间接以植物为食物.将植物体内的有机氮同化成动物体中的有机氮.这一过程称为生物体内有机氮的合成. 氨化作用是指:动植物的遗体.排出物和残落物中的有机氮被微生物分解后形成氨的过程. 硝化作用是指:在有氧的条件下.土壤中的氨或铵盐在硝化细菌的作用下最终氧化成硝酸盐的过程. 反硝化作用是指:在氧气不足的条件下.土壤中的硝酸盐被反硝化细菌等多种微生物还原成亚硝酸盐.并且进一步还原成分子态氮.分子态氮则返回到大气中. 大气中的分子态氮被还原成氨.这一过程叫做固氮作用.没有固氮作用.大气中的分子态氮就不能被植物吸收利用.地球上固氮作用的途径有三种:生物固氮.工业固氮(高温.高压和化学催化的方法将氮转化成氨)和高能固氮(如闪电等高空瞬间放电所产生的高能.可以使空气中的氮与水中的氢结合.形成氨和硝酸.氨和硝酸则由雨水带到地面).据科学家估算.每年生物固氮的总量占地球上固氮总量的90%左右.可见生物固氮在地球的氮循环中具有十分重要的作用. (5)生物在农业生产中的应用 ①固定氮素肥料.减少化肥使用量.既节约了能源.又保护了环境. ②对豆科作物进行根瘤菌拌种.提高产量. ③用豆科植物做绿肥.提高土壤肥力和有机质.发育土壤结构.改良土壤通气性和保水性. ④使用自生固氮菌菌剂提供农作物氮素营养和促进农作物生长. (6)固氮酶及其基因与现代生物技术 人们曾经希望从固氮微生物中得到所有固氮所需的基因.然后将其转人到非固氮生物中.使非固氮生物具有固氮功能.并希望非固氮微生物在导入基因后能维持固氮所需的生理条件.但仍未实现. 查看更多

 

题目列表(包括答案和解析)

自然界中存在着几十万种微生物,虽然说有的微生物给人类带来了疾病甚至灾难,但它们却是自然界中不可缺少的组成成员。下列有关自然界中各种微生物的叙述正确的是(    )

A.所有微生物在细胞结构上都无成形的细胞核

B.只有附着在豆科植物根部的微生物才能进行生物固氮

C.所有微生物在生态系统中均属于分解者

D.维生素是某些微生物生长和发育所必需的生长因子

 

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自然界中存在着几十万种微生物,虽然说有的微生物给人类带来了疾病甚至灾难,但它们却是自然界中不可缺少的组成成员。下列有关自然界中各种微生物的叙述正确的是


  1. A.
    所有微生物在细胞结构上都无成形的细胞核
  2. B.
    只有附着在豆科植物根部的微生物才能进行生物固氮
  3. C.
    所有微生物在生态系统中均属于分解者
  4. D.
    维生素是某些微生物生长和发育所必需的生长因子

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自然界中存在着几十万种微生物,虽然说有的微生物给人类带来了疾病甚至灾难,但它们却是自然界中不可缺少的组成成员。下列有关自然界中各种微生物的叙述正确的是(    )

A.所有微生物在细胞结构上都无成形的细胞核

B.只有附着在豆科植物根部的微生物才能进行生物固氮

C.所有微生物在生态系统中均属于分解者

D.维生素是某些微生物生长和发育所必需的生长因子

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自然界中存在着几十万种微生物,虽然说有的微生物给人类带来了疾病甚至灾难,但它们却是自然界中不可缺少的组成成员。下列有关自然界中各种微生物的叙述正确的是(   )

A.所有微生物在细胞结构上都无成形的细胞核
B.只有附着在豆科植物根部的微生物才能进行生物固氮
C.所有微生物在生态系统中均属于分解者
D.维生素是某些微生物生长和发育所必需的生长因子

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下图为自然界氮循环示意图。据图回答: (每空3分,共30分)

图2—2—1

(1)①②③依次代表:                                             。

(2)生物固氮是指固氮微生物将大气中的氮还原成氨的过程。自然界中有两类固氮微生物,分别是:

                  ,如根瘤菌;                 ,如圆褐固氮菌。

(3)固氮微生物的固氮过程是在细胞内的             催化作用下进行的。

(4)土壤中获得氮素的两条主要途径:一是                  ,二是                 

(5)氮是催化光合作用过程中各种酶以及                                 的重要组成成分。

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