第16讲生物固氮与新陈代谢类型

第16讲生物固氮与新陈代谢类型走进高考第一关：教材关合作梳理知识体系生物固氮概念：固氮微生物将大气中的①________的过程种类自生固氮微生物概念：能独立进行固氮特点：对植物没有依存关系代表：自生固氮菌形态：杆菌或短杆菌，单生或对生代表好氧型：圆褐固氮菌较强②________能力分泌③________厌氧型：梭菌共生固氮微生物概念：必须与它种生物共生在一起时才能固氮特点：共生固氮微生物与它种生物共生时有④________代表根瘤菌：与⑤________共生蓝藻：与红萍（满江红）共生意义：在自然界氮循环中具有十分重要的作用，氮循环的主要环节是：生物体内有机氮的合成，氨化作用，⑥________,反硝化作用，⑦________。应用（1）固定氮素肥料，减少化肥使用量，节约了能源，保护了环境（2）对豆科作物进行⑧________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，改良土壤结构，增加土壤⑨________（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新陈代谢类型按同化作用分——根据同化作用过程中⑩________划分自养型定义：能够以11________为能源，以环境中的12________为碳的来源，合成有机物，并且储存能量实验光能自养型：如13______________化能自养型：如14______________异养型定义：以环境中15________作为能量和碳的来源，将这些有机物转变为自身组成物质，并且储存能量实例：如动物16________________________兼性营养型：如红螺菌，在无有机物时，可以利用光能，固定CO2合成有机物；在有有机物时，可以利用有机物生长按异化作用分——根据异化作用过程中17________情况划分需氧性定义：生物体在异化作用过程中，必须18________来氧化分解体内有机物，释放其中的能量实例：19________厌氧型定义：只有在20________条件下，才能将体内的有机物氧化，从中获取维持自身生命活动所需的能量实例：21________兼性厌氧型：如22________自我校对：①氮还原成氨②固氮③生长素④专一性⑤豆科植物⑥硝化作用⑦生物固氮作用⑧根瘤菌⑨通气性和保水性10能否利用无机物制造有机物11光能或无机物氧化时所释放的化学能12CO213绿色植物、蓝藻、光合细菌14硝化细菌、硫细菌、铁细菌15有机物16营腐生及寄生生活的真菌，大多数细菌17对氧的需求18不断地从外界环境中摄取氧19绝大多数动物和植物20无氧21破伤风杆菌、蛔虫等22酵母菌解读高考第二关：考点关考点1固氮微生物的种类根据固氮微生物的固氮特点以及与植物的关系，可以将它们分为三大类。（1）自生固氮微生物此类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有：圆褐固氮菌（好氧性）、梭菌（厌氧性）、鱼腥藻、念珠藻和颤藻（固氮蓝藻）。（2）共生固氮微生物此类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；另一类是与红萍（满江红）等水生蕨类植物共生的蓝藻，蓝藻和某些真菌形成地衣也属于这一类。（3）联合固氮微生物共生固氮微生物与自生固氮微生物区别如下：例析1-1（2008·全国Ⅱ)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.大豆植株生长所需的氮都来自根瘤菌解析：根瘤菌只有浸入到豆科植物的根细胞才能固氮；根瘤菌离开植物的根系后可以存活，但是不能固氮；根瘤菌的异化作用属于需氧型，在土壤淹水、无氧的情况下，根瘤菌的数量减少，导致固氮量减少；大豆生长需要的氮一部分由根瘤菌提供，还有一部分由根从土壤中吸收而来。答案：C例析1-2豆科植物与根瘤菌的互利共生关系体现在（）ANH3，根瘤菌从豆科植物获得糖类BNH3CN2，根瘤菌从豆科植物获得有机物DNO-3，根瘤菌从豆科植物获得NH3解析：根瘤菌与豆科植物是一种彼此有利、相互依赖的共生关系，主要体现在：豆科植物通过光合作用制造的糖类等有机物一部分供给根瘤菌；根瘤菌通过生物固氮制造的氨则供给豆科植物。答案：A互动探究1-1根瘤菌与豆科植物的关系是(多选)（）A.根瘤菌只有侵入到豆科植物的根内才能固氮B.根瘤菌与豆科植物之间是寄生关系C.豆科植物供给根瘤菌有机物，根瘤菌供给豆科植物氨D.根瘤菌为豆科植物提供生长素解析：根瘤菌为共生固氮微生物，只有侵入豆科植物根内，才能固氮，其固氮产物可为豆科植物利用。圆褐固氮菌除能固氮外还可产生生长素。答案：AC互动探究1-2以下关于固氮微生物的说法，正确的是（）ABCD解析：圆褐固氮菌不仅能独立固氮，还能分泌生长素促进植株生长，果实的发育。答案：C考点2氮循环氮循环就是指N2、无机氮化合物、有机氮化合物在自然界中相互转化过程的总称，也就是氮元素在生态系统中的生物群落和无机环境之间反复的循环运动，包括氨化作用、硝化作用、反硝化作用、固氮作用以及有机氮化合物的合成等。该过程主要是通过各种生物的作用，尤其是微生物的作用实现的（如图所示）。特别提醒：例析2下图是氮在土壤、植物和动物之间的转化示意图。（1）大气中的氮主要经过________________作用还原为NH3，然后被植物利用。土壤中的NH3也可经硝化细菌的作用，转化成硝酸盐后被植物吸收。在_____________情况下，硝酸盐可被一些细菌最终转化为氮气，返回大气中。（2）动物摄取的蛋白质在消化道内被分解为各种氨基酸，这些氨基酸进入细胞后有3个代谢途径，图中①是______________;②是_____________；③是___________。（3）若图中的氨基酸是丙氨酸，则图中B是____________。若图中的氨基酸是谷氨酸，A是丙氨酸，则②过程接受氨基的糖代谢中间产物是_____________。若图中的氨基酸只能从食物中获得，则称为________________。（4）氮返回土壤主要有两个途径：一是图中⑦产生的（图中C）进入土壤；二是植物和动物遗体中的含氮物质被土壤中的__________________形成氨而进入土壤。解析：（1）将硝酸盐转化成亚硝酸盐并最终转化为氮气的细菌为反硝化细菌，其异化作用的代谢类型是厌氧型。（2）图中①过程会产生氨基，是脱氨基作用；图中②过程产生的A能经⑥合成蛋白质，是氨基转换作用；图中③过程是合成蛋白质的过程。（3）丙氨酸经脱氨基作用会产生氨基和丙酮酸；谷氨酸在谷丙转氨酶的作用下，将氨基转移给丙酮酸，产生丙氨酸。（4）图中⑦可使氨基转变为尿素；土壤中的有机氮可被微生物分解。答案：（1）生物固氮氧气不足（2）脱氨基氨基转换（或转氨基）合成（3）丙酮酸丙酮酸必需氨基酸（4）尿素微生物分解互动探究2如右图所示是生态系统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.进行C过程的微生物，有的是自生的，有的是共生的C.A和C的活动可增加土壤肥力D.B的活动导致氮素丧失解析：从图上看出A为硝化细菌，能将NH3氧化为NO-3，能通过化能合成作用将CO2合成为（CH2O）；B细菌将NO-3还原为N2，将（CH2O）分解为CO2，可见B为反硝化细菌，代谢类型为厌氧、异养型，B的活动使得氮循环正常进行，不会导致氮素丧失；C能将N2还原为NH3，C为固氮菌，硝化细菌、固氮菌的活动使土壤中NO-3增加，供植物利用。答案：D考点3新陈代谢的类型每种生物的新陈代谢都包括同化作用和异化作用两个方面，按照同化作用和异化作用来划分新陈代谢类型只是为了突出各种生物代谢的某一重要特点。一般来说，根据生物的营养方式确定其同化作用类型，根据其生活环境的特点确定其异化作用类型。例如绿色植物因其能进行光合作用，在确认同化作用类型时属于自养型生物，如果从异化作用角度考虑，绿色植物又属于需氧型生物。因此要注意避免将生物的同化作用类型与异化作用类型割裂开来。回答一种生物的新陈代谢类型时，既要指出它的同化作用类型，又要指出它的异化作用类型。同化作用和异化作用是同时进行的，因此，生物的新陈代谢类型可以分为以下四种：各种代谢类型的异同点比较例析3破伤风杆菌存在于泥土中，也经常寄居在人和动物的肠道内，但不致病。当其进入深而狭窄的伤口内部时，则会大量繁殖并致病。由此推测破伤风杆菌的新陈代谢类型属于（）A.自养、厌氧型B.自养、需氧型C.异养、厌氧型D.异养、需氧型解析：破伤风杆菌在深而狭窄的伤口内部能大量繁殖说明从伤口处获得有机物，而伤口深处又缺少O2，因此其代谢类型为异养、厌氧型。类似的还有大肠杆菌，可生活在人的肠道中，利用人体消化后的残余有机物为营养来源，在自然条件下的水质监测中，以大肠杆菌数量做为一项重要指标，所以可以推论它的代谢类型是异养兼性厌氧型。答案：C互动探究3红螺菌的体内具有光合色素，在缺氧条件下能利用光能以有机酸、醇等为营养物质，使自身迅速增殖。下列关于红螺菌的说法错误的是()A．红螺菌与蓝细菌一样都属于原核生物B．红螺菌没有叶绿体等复杂的细胞器C．红螺菌的同化作用类型是自养型D．红螺菌的异化作用类型是厌氧型解析：红螺菌在缺氧条件下能利用光能，以有机酸、醇等现成的有机物质为营养物质，说明其代谢类型为异养厌氧型。答案：C考点4光合作用与化能合成作用的比较例析4（全国理综）下列能表示某些微生物化能合成作用的化学反应式是（）①2NH3+3O2硝化细菌2HNO2+2H2O+能量②2HNO2+O2硝化细菌2HNO3+能量③N2+2O2放电2NO2④6CO2+6H2O能量C6H12O6+6O2A.①②③④B.①②C.①②④D.①④解析：硝化细菌利用氧化NH3、HNO2释放的化学能将无机物合成有机物。答案：C互动探究4硫小杆菌是能在含有丰富硫化物环境中生长的细菌。这类菌能氧化H2S、硫磺和硫化物为硫酸，并能利用在氧化硫或硫化物过程中释放的能量来同化CO2进行生长。下列哪一种生物的结构和代谢类型与硫小杆菌一样（）A.乳酸菌B.硝化细菌C.小麦D.酵母菌解析：硫小杆菌和硝化细菌均无成形的细胞核，为原核生物。硫化细菌能氧化H2S、硫磺和硫化物为硫酸并利用该过程释放能量来同化CO2,故其代谢类型为化能自养型。答案：B笑对高考第三关：技巧关实验设计中的“控制与平衡控制原则”该原则是指要严格地操纵自变量，以获取因变量，同时，要严格地均衡无关变量，以消除额外变量对实验的干扰。即尽量消除实验误差，以取得较为精确的结果。常用的方法有单组、等组及轮组实验法。（1）单组实验法单组实验法是指对一组（或一个）对象，既用A法，又用B法，顺序随机或轮流循环，这是生物实验常用的实验方法。例如，“观察植物细胞的质壁分离与复原”实验中，通常是将制作好的紫色洋葱鳞片叶表皮细胞装片先用蔗糖溶液做质壁分离观察，接着再用清水做质壁分离复原观察，这就是单组实验法。由于对象相同，通过自身对照无关变量的影响也就被平衡和消除了。（2）等组实验法等组实验法是指将状况相等的对象分成两组，一组用A法，另一组用B法。例如，实验材料是玉米幼苗，要求品种、萌发期、大小、长势等状况都要相同，这就是等组实验法。通过空白对照对无关变量的影响起到了平衡和消除作用。（3）轮组实验法轮组实验法是指对两组或两组以上的对象，循环进行两种以上的实验处理，如果甲组—A法、B法；乙组—B法、A法等，这样能有效地平衡和抵消无关变量对实验的影响。例如，“观察植物的向光性”实验中，可随机选取2株（组）生长状况并不相同的玉米幼苗，做如下实验处理：甲组：玉米幼苗—先用“不透光”处理，然后用“单侧光”处理。乙组：玉米幼苗—先用“单侧光”处理，然后用“不透光”处理。实验结果是不透光和单侧光的比较，这就是轮组实验法。这种实验的处理，通过相互对照对平衡和消除无关变量及额外变量更有说服力。典例（2009·四川非延考区，30Ⅱ）为确定人体在运动时