第2節 生物固氮
第2節 生物固氮
知識方面
（1）知道固氮微生物的種類和生物固氮過程。
（2）識記生物固氮的意義。
（3）了解生物固氮在自然界氮循環中的作用及其在農業生產中的應用。
重點
1.固氮微生物的種類；
2.生物固氮的意義。
重點 生物固氮的基本過程
所有的生物都需要氮元素。在活細胞內，氮是所有氨基酸、核酸（dna和rna）及其他許多重要分子的主要成分，大部分生物不能直接利用大氣中的氮，僅能利用氮的某種形式的化合物。形成這些化合物的過程統稱為“固氮”，這時氮與其他元素結合，被“固定”在含氮的化合物中。某些豆科植物含氮元素較豐富，氮素如何獲得？（根瘤中的根瘤菌將大氣中的氮“固定”供給植物。）
如果小麥、水稻也能固氮，將給人類帶來哪些方面的好處？ 每年，大氣中被固定下來的氮，大都是由微生物“固定”的，再經過一系列復雜的生化過程成為生物體內所需要的含氮有機物。 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 固氮微生物將大氣中分子態氮還原為氨的過程。
二、固氮微生物種類
1.什么是共生固氮微生物？以根瘤菌為例研究：（1）了解根瘤菌的形態特征和生理特點、某些根瘤菌與豆科植物互利共生且具一定專一性的關系以及根瘤菌的代謝類型。（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）自生固氮菌的形態特點。（2）實例：圓褐固氮菌 介紹其生活環境，分析其代謝類型，在農業生產中的作用。
三、生物固氮過程簡介。提出問題：為什么固氮微生物可在常溫常壓下完成“固氮”有關反應？（酶的作用）固氮酶：由固氮基因編碼控制。固氮過程簡介。
1.比較：根據固氮微生物與非固氮微生物的特點，思考：如何將自生固氮微生物與土壤中的其他細菌等微生物分離？
2.練習題：(略)
氮元素是生命所必需的。分子態氮在大氣中的含量很豐富，約占79％（v/v），但絕大多數生物無法直接利用。只有當游離氮被“固定”成為含氮化合物后，才能被這些生物吸收利用，氮成為活細胞的一部分并進入生態系統中的食物鏈。氮循環是生態系統物質循環的重要組成部分（復習概念和特點）。
氮在生態系統中的循環涉及一系列相當復雜的過程，這些過程大多是由微生物調節的。
一、自然界氮循環過程的分析。
1.大氣中的氮氣可通過三條途徑被“固定”。2.生物群落中的氮素傳遞是以有機氮形式通過生物的同化作用實現的。3.動植物遺體、排出物（如尿素等）、殘落物中的有機氮是通過微生物的氨化作用及硝化作用轉變成為植物再度利用的形式。4.在氧氣不足的條件下，土壤中的硝酸鹽被反硝化細菌等多種微生物還原成亞硝酸鹽，并且進一步還原成分子態氮，分子態氨則返回到大氣中。
二、生物固氮在自然界氮循環中的重要作用。
1.比較分析工業固氮與生物固氮過程。
區別：工業固氮需要極高的溫度和壓力，對大氣產生嚴重污染；生物固氮在常溫常壓下就可以完成，對大氣沒有任何不良影響。 分析原因：氮氣分子中的氮—氮三鍵是很強的，要將此三鍵拆開并轉化為氨，需要相當大的能量。因此，化學固氮必須在高溫、高壓及催化劑的作用下才能使h2與n2反應。工業固氮需高溫（500 ℃）和高壓（20 000—30 000kpa）條件，而生物固氮在固氮酶作用下消耗生物自身能量，在常溫常壓下進行，大大節約了能源，對環境無污染。