生物固氮过程_第2节生物固氮

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第2节 生物固氮
知识方面
（1）知道固氮微生物的种类和生物固氮过程。
（2）识记生物固氮的意义。
（3）了解生物固氮在自然界氮循环中的作用及其在农业生产中的应用。
重点
1．固氮微生物的种类；
2．生物固氮的意义。
重点 生物固氮的基本过程
所有的生物都需要氮元素。在活细胞内，氮是所有氨基酸、核酸（dna和rna）及其他许多重要分子的主要成分，大部分生物不能直接利用大气中的氮，仅能利用氮的某种形式的化合物。形成这些化合物的过程统称为“固氮”，这时氮与其他元素结合，被“固定”在含氮的化合物中。某些豆科植物含氮元素较丰富，氮素如何获得？（根瘤中的根瘤菌将大气中的氮“固定”供给植物。）
    如果小麦、水稻也能固氮，将给人类带来哪些方面的好处？  每年，大气中被固定下来的氮，大都是由微生物“固定”的，再经过一系列复杂的生化过程成为生物体内所需要的含氮有机物。  什么是生物固氮？哪些生物可完成生物固氮？生物固氮如何完成？
一、生物固氮的概念  固氮微生物将大气中分子态氮还原为氨的过程。
二、固氮微生物种类
1．什么是共生固氮微生物？以根瘤菌为例研究：（1）了解根瘤菌的形态特征和生理特点、某些根瘤菌与豆科植物互利共生且具一定专一性的关系以及根瘤菌的代谢类型。（2）根瘤的形成及作用。（3）共生固氮微生物概念。
2．什么是自生固氮微生物？（1）自生固氮菌的形态特点。（2）实例：圆褐固氮菌 介绍其生活环境，分析其代谢类型，在农业生产中的作用。
三、生物固氮过程简介。提出问题：为什么固氮微生物可在常温常压下完成“固氮”有关反应？（酶的作用）固氮酶：由固氮基因编码控制。固氮过程简介。
1．比较：根据固氮微生物与非固氮微生物的特点，思考：如何将自生固氮微生物与土壤中的其他细菌等微生物分离？
2．练习题：(略)
氮元素是生命所必需的。分子态氮在大气中的含量很丰富，约占79％（v/v），但绝大多数生物无法直接利用。只有当游离氮被“固定”成为含氮化合物后，才能被这些生物吸收利用，氮成为活细胞的一部分并进入生态系统中的食物链。氮循环是生态系统物质循环的重要组成部分（复习概念和特点）。
氮在生态系统中的循环涉及一系列相当复杂的过程，这些过程大多是由微生物调节的。
一、自然界氮循环过程的分析。
1．大气中的氮气可通过三条途径被“固定”。2．生物群落中的氮素传递是以有机氮形式通过生物的同化作用实现的。3．动植物遗体、排出物（如尿素等）、残落物中的有机氮是通过微生物的氨化作用及硝化作用转变成为植物再度利用的形式。4．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，分子态氨则返回到大气中。
二、生物固氮在自然界氮循环中的重要作用。
1．比较分析工业固氮与生物固氮过程。
区别：工业固氮需要极高的温度和压力，对大气产生严重污染；生物固氮在常温常压下就可以完成，对大气没有任何不良影响。 分析原因：氮气分子中的氮—氮三键是很强的，要将此三键拆开并转化为氨，需要相当大的能量。因此，化学固氮必须在高温、高压及催化剂的作用下才能使h2与n2反应。工业固氮需高温（500 ℃）和高压（20 000—30 000kpa）条件，而生物固氮在固氮酶作用下消耗生物自身能量，在常温常压下进行，大大节约了能源，对环境无污染。    12
3．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，而且对维持生态系统平衡有重要意义。
三、生物固氮在农业生产中的应用
1．20世纪初以来，全球农作物单位面积产量不断增长，在一定程度上依赖于氮素化肥的施用量不断增加。农作物依赖于施用氮素化肥所获得的增产实际上是以消耗能源和污染环境为代价的。在现代化农业中，生物固氮具有提高农作物产量和增强土壤肥力的作用。2．土壤获得氮素消耗和补充的途径。3．生物固氮在农业生产中的应用实例：拌种、绿肥。4．人类自从发现豆科植物与根瘤菌共生结瘤固氮现象以来，对生物固氮研究己有一百多年之久，我国对生物的共生固氮现象也进行了长达六十余年的探索性研究。围绕着培育新的固氮植物，通过生物技术改造固氮微生物和现有的农作物，使新的固氮菌与新的农作物更容易形成共生固氮关系。可以肯定，生物固氮工程的研究已经进入一个新的历史阶段，扩大生物间共生固氮范围和将豆科植物的固氮能力转移到非豆科植物中的研究已呈现出希望之光。随着生物固氮研究地不断深入，将逐步实现禾本科农作物与固氮微生物共生结瘤固氮的美好愿望。

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