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1、名校名 推荐生物固氮【知识结构】生物固氮的概念：固氮微生物将大气中的氮还原成氨的过程共生固氮 与一些绿色植物互利共生的固氮微微生物根瘤的形成生举例：根瘤的形态特征固氮微生物的种专一性物根瘤菌的生理特固互利共生氮自生固氮概念：在土壤中能够独立进行固氮的微生微生物举例：圆褐固氮菌生物固氮在氮循环和农业生产中的作用【教学目的】1固氮微生物的种类（知道）2. 生物固氮的基本过程（选学）3. 生物固氮的意义（识记）4. 生物固氮在农业生产中的应用（知道）【授课建议】1固氮生物的类型固氮生物都属于个体微小的原核生物，所以，固氮生物又叫固氮微生物。根据固氮微生物的固氮特点以及与植物的关系，可以将它们分为自生
2、固氮微生物、共生固氮微生物和联合固氮微生物三类。（ 1）共生固氮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，以及与桤木属、杨梅属和沙棘属等非豆科植物共生的弗兰克氏放线菌；另一类是与红萍 (又叫做满江红 ) 等水生蕨类植物或罗汉松等裸子植物共生的蓝藻。由蓝藻和某些真菌形成的地衣也属于这一类。明确根瘤菌的代谢类型、生理特性以及根瘤的形成。（ 2）自生固氮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包括以圆褐固氮菌为代表的好氧性自生固氮菌、以梭菌为代表的厌氧性自生固氮菌，以
3、及以鱼腥藻、念珠藻和颤藻为代表的具有异形胞的固氮蓝藻 (异形胞内含有固氮酶，可以进行生物固氮 )。明确圆褐固氮菌的生理特性。（ 3）有些固氮微生物如固氮螺菌、雀稗固氮菌等，能够生活在玉米、雀稗、水稻和甘蔗等植物根内的皮层细胞之间。这些固氮微生物和共生的植物之间具有一定的专一性，但是不形成根瘤那样的特殊结构。这些微生物还能够自行固氮，它们的固氮特点介于自生固氮和共生固氮之间，这种固氮形式叫做联合固氮。2生物固氮意义生物固氮在自然界氮循环中具有十分重要意义 ,。氮循环的主要环节是： 固氮作用 ,生物体内有机氮的合成、氨化作用、硝化作用、反硝化作用等。（ 1）固氮作用1名校名 推荐大气中的分子态氮还
4、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 (用高温、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。（ 2）生物体内有机氮的合成植物吸收 土壤中的铵盐和硝酸盐，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内的有机氮。这一过程
5、叫做生物体内有机氮的合成。（ 3）氨化作用动植物的遗体、排出物和残落物中的有机氮被微生物分解后形成氨，这一过程叫做氨化作用。（ 4）硝化作用在有氧的条件下，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；这一过程叫做硝化作用。（ 5）反硝化作用氨化作用和硝化作用产生的无机氮，都能被植物吸收。在氧气不足的条件下，土壤中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，这一过程叫做反硝化作用。3.生物固氮在农业生产中的应用（ 1）固定氮素肥料 , 减少化肥使用量 , 节约能源 , 保护环境。（ 2）对豆科植物进行瘤菌拌种 , 提高产量。（ 3）用豆
6、科植物做绿肥 , 提高土壤肥力和有机质 , 改良土壤肥力 , 改良土壤结构 , 增加土壤的通气性和保水性。（ 4）使用自生固氮菌制剂提供农作物氮素营养。（ 5）通过生物工程手段实现非豆科植物自行固氮 。【参考资料】提高生物固氮能力，是一个很有经济效益的研究领域，科学家已经在固氮基因从细菌向植物转移，扩大共生体系的宿主范围和增加共生细菌的固氮效率等许多方面进行了卓有成效的研究。固氮基因在高等植物的转移和表达都是很复杂的，因为固氮酶对氧不稳定，根瘤内固氮菌本身靠快速呼吸降低氧分压，又依赖于豆根瘤血红蛋白 , 把一定量的氧带到类菌体 , 而不是使固氮酶失活，现在已经知道，仅仅把固氮酶基因导入宿主植物，远远不能自动固氮，因为尚缺需一系列与细菌侵染有关的宿主基因来修饰这个体系，才能使固氮酶具备完整的工作条件，目前这方面的研究还处于起步阶段。更有意思的是，科学家在非洲巴布亚新几内亚区调查时发现，那里人的饮食非常简单，每天仅吃一些山芋和蔬菜，至多加一些豆类和花生，每人每天仅从食物中获得 22g 蛋白质，只有世界卫生组织最低标准的 1/3 。然而那里的老少都很健康强壮，研究发现这些人的肠道里有固氮菌，可以吸收和固定空气中的氮气，继而合成蛋白质，他们设想在不久的将来可以培养这种能在人和动物体内生存的固氮菌，并将其置入人或家畜体内，以合成蛋白质，如此只要有大气中的氮气，人类生存就有保证。2