光合作用与生物固氮
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光合作用和生物固氮
第一节 光合作用
【知识网络】
光能在叶绿体中的转换: 光能→电能→活跃的化学能→稳定的化学能
C3植物和C4植物的区别:概念、结构特点
提高农作物的光能利用率
固氮微生物种类:自生固氮微生物和共生固氮微生物
生物固氮的意义
生物固氮在农业生产中的应用
【考点透视】
一、考纲指要
1．了解能量在叶绿体中的转换。
2．掌握C3植物和C4植物的区别。
3．应用提高农作物的光合作用效率的方法。
二、命题落点
1．能量在叶绿体中的转换或叶绿体中色素的功能。
2．比较C3植物和C4植物固定CO2的方式。
3．C3植物和C4植物在结构上的区别。
4．C3植物和C4植物在光合代谢上的区别。
5．C3植物和C4植物利用CO2的特点比较。
6．同位素示踪法跟踪C的转移途径。
7．提高农作物的光合作用效率。
【典例精析】
例1．胡萝卜素和叶黄素在光合作用中的作用是 （ ）
A．传递光能、传送电子 B．传递光能、转变光能
C．吸收光能、转变光能 D．吸收光能、传递光能
解析：叶绿体内类囊体薄膜上的色素，可以分为两类：一类具有吸收和传递光能的作用，包括绝大多数的叶绿素a，以及全部的叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素；另一类是少数处于特殊状态的叶绿素a，这种叶绿素a不仅能够吸收光能，还能使光能转换成电能。答案：D。
例2．下列能鉴别野牛草是否为C4植物的简便方法是 （ ）
A．制作叶表皮临时装片，观察气孔大小
B．制作叶横切临时装片，观察叶脉结构
C．分离、测定叶片中各种色素的含量
D．用碘液测定叶片中淀粉的含量
解析：本题考查C3和C4植物细胞结构的差别。C4植物的叶片中，围绕着维管束的是呈“花环型”的两圈细胞：里面的一圈是维管束鞘细胞，外面的一圈是一部分叶肉细胞。C4植物中构成维管束鞘的细胞比较大，里面含有没有基粒的叶绿体，这种叶绿体不仅数量比较多，而且个体比较大，叶肉细胞则含有正常的叶绿体。答案：B。
例3．右图表示在适宜的温度、水分和CO2条件下，两种植物光合作用强度的变化情况。下列说法错误的是（ ）
A．C3植物比C4植物光合作用强度更容易达到饱和
B．C4植物比C3植物光能利用率高
C．水稻是阴生植物，玉米是阳生植物
D．当光照强度增加到一定程度时，光合作用强度不再增加，即达到饱和
解析：本题考查了C3植物和C4植物进行光合作用的区别。C4植物进行光合作用最大的特点是能利用较低浓度的CO2，即在较低浓度CO2的情况下也能正常进行光合作用。右图可知当光照强度增加到一定程度时，光合作用强度均不再增加。而在较强光照下，CO2成为限制光合作用强度的因素，C3植物比C4植物光合作用强度更容易达到饱和，由图中水稻曲线也可知，所以C4植物比C3植物光能利用率高。但并不意味水稻是阴生植物，水稻也是阳生植物。答案：C。
例4．在相同光照和温度条件下，空气中CO2含量与植物光合产量（有机物积累量）的关系如图所示。理论上某种C3植物能更有效地利用CO2，使光合产量高于m点的选项是（ ）
0 a1 a a2 b1 b b2 二氧化碳含量
A．若a点在a2，b点在b2时 B． 若a点在a1，b点在b1时
C．若a点在a2，b点在b1时 D． 若a点在a1，b点在b2时
解析：图中该曲线与横轴交于点a，在二氧化碳含量为b时，光合产量达到最大，a1点CO2浓度比a低，如果C3植物能有效利用CO2，最低限度的CO2应比a点低即在a1点，光合产量比m点高对应的CO2量应在b2点。答案：D。
例5．在光照下，供给玉米离体叶片少量的14CO2，随着光合作用时间的延续，在光合作用固定CO2形成的C3化合物和C4化合物中，14C含量变化示意图正确的是 （ ）
解析：本题考查的知识点是C4植物中C的转移途径。玉米是C4植物，光合作用中固定CO2的途径是先进行C4途经后进行C3途经。C4途经：在C4植物叶肉细胞的叶绿体中在相关酶的作用下，一个CO2被一个PEP所固定，形成一个C4；C3途经：C4化合物进入维管束鞘细胞的叶绿体中，释放出一个CO2和一个丙酮酸，CO2被一个C5化合物固定后形成两个C3化合物。在C4途经中，开始时随CO2的增多，所形成的C4随之增多，同时C4释放的丙酮酸也会增多，丙酮酸在相关酶作用下，通过ATP供能，转化成PEP，最后达到一定时保持动态平衡，C4化合物维持在一定的含量；随后在C3途经中，随着C4化合物释放的CO2的增多，被C5固定后形成的C3化合物不断增多积累。答案：B。
【常见误区】
1．忽略基本知识的识记。
2．忽视特殊状态下的叶绿素a的作用。如例2中的特殊状态下的叶绿素a具有转变光能的作用，与其它色素不同，考试时经常会以教材中的特例作为考题，考生要引起注意。
3．误认为C4植物的叶片中，围绕着维管束的两圈细胞都是维管束鞘细胞。其实，外面的一圈是一部分叶肉细胞，而里面的一圈才是维管束鞘细胞。
4．对植物的分类常识不清，阴生植物和阳生植物分辨不明。
5．无法活用C3植物和C4植物的区别。
【基础演练】
1．下图是关于C3植物和C4植物叶片横切面图形,下列说法正确的是 （ ）
A．甲是C3植物，光合作用过程发生于“1”、“2”和“3”细胞
B．甲是C4植物，光合作用过程发生于“1”、“2”和“3”细胞
C．乙是C3植物，光合作用过程发生于“1”和“2”细胞
D．乙是C4植物，光合作用过程发生于“1”和“2”细胞
2．合理施肥的实质是提高了光能的利用率。下列叙述与提高光合作用效率密切相关的是 （ ）
①氮使叶面积增大，增大了光合面积 ②氮是光合产物氨基酸的必需元素
③磷是NADP+和ATP的组成成分，可提高光合能力 ④钾促进光合产物的运输
A．①③ B．②④ C．②③④ D．①③④
3．C4植物叶片内进行光合作用的细胞是 （ ）
A．栅栏组织 B．海绵组织
C．保卫细胞 D．维管束鞘细胞和叶肉细胞
4．能使光能转变成电能的最小结构是 （ ）
A．少数叶绿素a B．全部叶绿素b
C．多数胡萝卜素 D．叶绿体中的囊状结构
5．光照与光合效率关系正确的是 （ ）
A．光照越强，光合效率越高
B．阴生植物在光照条件下，光合效率为零
C．适宜的光照可以提高光合效率
D．阴生植物的光照强度与光合强度和光合效率成反比
6．下列措施中哪项不利于光合作用效率的提高 （ ）
A．将人参、田七种植在遮阴处 B．在苹果树周围地面铺反光膜
C．白天降低温室内温度 D．向温室内输入一定浓度的CO2
7．科学家发现C4和C3植物光合作物的叶片中，合成淀粉等有机物的具体部位是 （ ）
A．前者只在维管束鞘细胞；后者只在叶肉细胞
B．前者只在叶肉细胞；后者只在维管束鞘细胞
C．前者在维管束鞘细胞和叶肉细胞；后者只在叶肉细胞
D．前者只在维管束鞘细胞；后者在叶肉细胞和维管束鞘细胞
8．用含同位素18O的水浇灌植物，经光照后，18O可发现于 （ ）
A．生成的葡萄糖中 B．生成的淀粉中
C．合成的蛋白质中 D．周围的空气中
9．下面是某种植物叶片的结构示意图，请据此回答：
（1）该图是_________植物的叶片结构，如向该植物提供14C标记的CO2，该CO2转移的途径为______________________________________________。
（2）图中④称为_________，它的功能是_______________。
（3）该植物中CO2的固定发生在_________处的细胞，CO2与
C5结合发生在_________，含有完整的叶绿体，却不能
进行完整的光合作用的细胞是_________。
（4）有这种叶片结构的植物的光合作用较没有这种叶片结
构的植物的光合作用积累的有机物要_________，原因是
_______________________________________________。
10．C4植物与C3植物的光合作用能力不同，这与它们的结构、生理有关。
Ⅰ．科学家发现C4植物进行光合作用时，叶片中只有叶脉的维管束鞘细胞内出现淀粉粒，叶肉细胞中没有淀粉粒；C3植物的情况正好相反。请你完成以下支持该发现的实验：
（1）选取天竺葵（C3植物）和玉米（C4植物）为实验材料，用___________作为染色剂。
（2）实验前，先让天竺葵、玉米在光下照射几小时，分别摘取二者新鲜的正常叶片，经退绿处理后滴加染色剂，然后用肉眼观察，其被染色的部位分别是_________________。
Ⅱ．植物单个叶片的光合作用强度可用通气方式测定，如模式简图所示，将叶片置于同化箱中，在适宜的光照、温度条件下，让空气沿箭头方向流动。
（1）当B处气体的CO2浓度低于A处气体的CO2浓度时，说明________________________。
（2）请判断A、B两处气体的CO2浓度是否可能相等，并说明原因：___________________。
（3）用上述方法，在各自适宜的条件下分别测定天竺葵、玉米的光合作用强度，结果如曲线图所示，其中_________________表示玉米的光合作用强度曲线。
第一节 光合作用（参考答案）
1．D 2．C 3．D 4．A 5．C 6．C 7．A 8．D
9．（1）C4 /CO2→C4→C3→糖类等有机化合物；（2）维管束/运输物质（有机物和无机物）；（3）①②/①/②；（4）多/能利用较低浓度的二氧化碳。
10．Ⅰ（1）碘液；（2）叶肉、叶脉；Ⅱ（1）光合作用强度大于呼吸作用强度；（2）有可能，因为光合作用强度有可能等于呼吸作用强度；（3）甲。
第二节 生物固氮
【考点透视】
一、考纲指要
1．了解固氮微生物的种类。
2．了解生物固氮的意义。
3．理解氮循环的途径。
4．生物固氮在农业生产中的应用。
二、命题落点
1．考查生物固氮的概念。
2．考查自生固氮菌和共生固氮菌的区别。
3．以氮循环为素材考查氮循环的全过程或几种重要微生物的代谢特点、作用及其在生态系统中的地位。
4．与学科内其他章节综合考查。
5．与化学科进行小综合考查。
【典例精析】
例1．自生和共生固氮微生物可以将 （ ）
A．大气中的N2转化为NH3 B．大气中的N2转化为NO3－
C．土壤中的NH3转化为NO3－ D．土壤中的NO3－转化为N2
解析：本题考查选修教材中生物固氮的概念。教材对生物固氮的概念有清楚的陈述：“生物固氮是指固氮微生物将大气中的氮还原成氨的过程”，不论是自生固氮微生物还是共生固氮微生物，只要是固氮微生物，就应该符合这个概念。答案：A。
例2．下列有关生物固氮的描述错误的是 （ ）
A．豆科植物的根瘤是发生固氮作用的部位
B．土壤中独立生活的根瘤菌也能固氮
C．不同的根瘤菌只能侵入特定种类的豆科植物
D．根瘤菌通过固氮作用形成氨
解析：根瘤菌为共生固氮微生物，只有侵入豆科植物的根内才能固氮，自生固氮微生物是能够独立进行固氮的微生物。不同的根瘤菌，各自只能侵入特定种类的豆科植物，具有专一性。答案：B。
例3．右图为生态系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．C类微生物只能是异养厌氧型的，否则只能得到氮氧化物
C．进行C过程的微生物，有的是自生的，有的是共生的，分
别作为生态系统中的生产者或分解者、消费者
D．A和C的活动可增加土壤肥力，而B的活动导致土壤氮素丧失
解析：本题主要考查参与氮循环过程中的几种重要微生物的代谢特点、作用及其在生态系统中的地位。A为硝化细菌（自养需氧型），B为反硝化细菌（异养厌氧型），C为固氮微生物，包括自生固氮菌（异养需氧型）、共生固氮菌（异养需氧型）和固氮蓝藻（光能自养需氧型）等。所以，A和C的活动可增加土壤氮素，而B的活动导致土壤氮素丧失。由于固氮酶对氧极端敏感，一旦遇氧就很快导致不可逆的失活，而大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固氮反应所需大量能量。所以，固氮微生物的固氮过程须在严格的厌氧环境中进行。答案：B。
例4：大气中的N2，经过固氮形成的化合物中，哪一组化合物被植物吸收后直接可用于蛋白质的合成 （ ）
A．NH3和N03— B．NH4＋和N02— C．NH4＋和NH3 D．NO3—和N02—
解析：这是一道生化综合题，有一定的难度，分析时首先应该知道的是，蛋白质或其他有机态氮化合物中的氮都是高度还原状态，而N03—和N02—中的氮却是高度氧化状态。植物和微生物体，把氧化态的硝酸盐还原成还原态的氮化物后，才可用于蛋白质的合成。答案：C。
例5：完成下列问题：
（1）豆科植物与根瘤菌的关系是 。
（2）各种固氮微生物之所以具有奇特的固氮本领，是因为它有独特的固氮酶，而根本原因是它具有独特的 。
（3）日本科学家把固氮基因转移到水稻根系微生物中，通过指导合成固氮所需的 ，进而起到固氮作用。而更为理想的是直接将固氮基因重组到稻、麦等经济作物细胞中，让植物直接固氮，可免施氮肥。如果这种能实现的话，那么固氮基因最终实现表达的遗传信息转移途径是 。
解析： （1）豆科植物通过光合作用制造有机物，一部分供给根瘤菌，根瘤菌通过生物固氮制造氨，供给豆科植物，故二者属于互利共生关系；（2）固氮酶是一种特定的蛋白质，它是由特定的基因控制合成的，基因控制性状是通过基因控制蛋白质的合成来实现的，故答案为固氮基因；（3）由于基因能指导蛋白质的合成，因此，固氮基因将指导固氮酶的合成，故答案为固氮酶；固氮基因最终实现表达的遗传信息转移途径即基因对蛋白质的控制——中心法则。
答案：（1） 互利共生；（2）固氮基因；（3）酶/固氮基因mRNA蛋白质（固氮酶）。
【常见误区】
1．误认为生物固氮的结果是形成N2。如例1中错选D选项。这类同学平时读书不够细心，不得要领，读生物概念时没有抓住“关键词”。
2．误认为根瘤菌只有一种，能侵入所有的豆科植物。不同的根瘤菌，各自只能侵入特定种类的豆科植物，具有专一性。如例3。
3．分不清硝化细菌、反硝化细菌、固氮细菌的区别及硝化作用、反硝化作用、氨化作用及固氮作用的区别。如例8。
【基础演练】
1．圆褐固氮菌除了具有固氮能力外还能 （ ）
A．促进植物生根 B．促进植物开花
C．促进植物种子形成 D．促进植物的生长和果实发育
2．生物固氮是固氮微生物将大气中的氮变成一种产物，下列哪项是正确的 （ ）
A．氧化成氨 B．还原成氨 C．氧化成铵盐 D．还原成铵盐
3．下列说法正确的是 （ ）
A．NH3·H2O可以被豆科植物直接利用
B．最好37℃左右条件下培养圆褐固氮菌
C．圆褐固氮菌除了能够固氮外，还能够促进植物细胞的分裂
D．利用不含氮盐的培养基将自生固氮菌分离出来
4．根瘤菌、硝化细菌在生态系统中的地位分别是 （ ）
A．生产者、生产者 B．消费者、生产者
C．分解者、消费者 D．分解者、分解者
5．为确定某固氮菌的固氮产物，做了如下实验。由此可以推断，该微生物固氮产物最可能是 （ ）
①把固氮菌培养在含15N2的空气中，细胞迅速固定氮素，短期内细菌的谷氨酸中出现大量的15N；
②如果把细菌培养在含有15NH3的培养基中，固氮能力立刻停止，但吸入氨态氮迅速转入谷氨酸中。
A．谷氨酸 B．N02 C．N03－ D．NH3
6．从大豆的根瘤中分离出来的根瘤菌能侵入的根是 （ ）
A．豆根 B．蚕豆根 C．大豆根 D．豇豆根
7．分离自生固氮菌时，下列操作中，错误的一项是 （ ）
A．使用无氮培养基 B．在37℃恒温箱中培养
C．在28℃～30℃条件下培养 D．无氮培养基应选用没有其它微生物的
8．关于根瘤菌体内的固氮酶特性的叙述中错误的是 （ ）
A．高效性 B．专一性 C．底物多样性 D．受环境的PH影响
9．下面对氮循环的说法中，正确的一项是 （ ）
A．生物固氮过程就是通过固氮微生物，将大气中的N2转化为硝酸盐
B．动物产生的尿素通过转化可被植物吸收利用
C．氮素一旦进入生物体内部不会再形成氮气
D．生物体内的氮的来源主要是由于闪电的固氮作用
10．下图是自然界中氮循环以及有机物在生物体代谢的部分过程示意图，请分析回答：
（1）根瘤菌能完成生物固氮的过程为图中________________（用图中序号表示），根瘤菌在生态系统中的成分属于________________。
（2）在人体内，发生在细胞外的过程是________________（用图中序号表示）。图中［H］的代谢去向及这个过程的意义是____________________________________________。
（3）中耕松土有利于植物体吸收矿质元素的原因是_______________________________，同时松土还抑制了图中③的过程，原因是_____________________________________。
（4）请列举氮元素在植物光合作用中的作用：
①________________________________________________________________________
②_______________________________________________________________________。
（5）如果N、P等矿质元素大量进入水体可能会发生以下变化导致富营养化，其变化的顺序是____________________________________（用序号表示）。
①水中含氧量下降 ②需氧微生物迅速繁殖分解尸体 ③水中含氧量增加 ④厌氧微生物迅速繁殖分解尸体产生的有毒气体增加 ⑤浮游藻类等迅速繁殖 ⑥鱼类等水生生物死亡
第二节 生物固氮 (参考答案)
1．D 2．B 3．D 4．B 5．D 6．C 7．B 8．D 9．B
10．（1）①/消费者；）（2）④⑥/与氧气结合生成水释放大量能量；（3）提高土壤的通气性，增加氧气的含量，减少二氧化碳的含量，促进有氧呼吸为主动运输提供更多的能量/实现过程③的细菌异化作用的类型是厌氧型；（4）N是ATP的组成成分/N是叶绿素的组成成分/N是NADPH的组成成分/N是催化光合作用过程中酶的重要组成成分/N是叶绿体膜的结构的组成成分(至少答出两项) ；（5）⑤③②①④⑥或⑤③②①⑥④。
第二章 光合作用和生物固氮
(单元测试题)
一、选择题(每题2分,共40分)
1．光合作用过程中，叶绿体中能量转换的正确顺序为 （ ）
A．光能→电能→稳定的化学能→活跃的化学能
B．光能→活跃的化学能→电能→稳定的化学能
C．光能→电能→活跃的化学能→稳定的化学能
D．光能→稳定的化学能→电能→活跃的化学能
2．轮作是在同一块地上，按预定的种植计划，轮换种植不同作物，这样做可以提高作物产量。对于轮作能提高每种作物的产量，下列说法解释不够恰当的一项是 （ ）
A．可以充分利用光能 B．能够改变原来的食物链，防止病虫害
C．可以充分利用土壤中的矿质元素 D．能防止土壤肥力的枯竭
3．下列关于NADPH的叙述中，不正确的是 （ ）
A．NADPH形成于叶肉细胞中叶绿体的囊状结构薄膜上
B．NADPH为暗反应合成有机物提供能量和还原剂
C．NADPH的消耗主要发生于叶绿体的基质中
D．NADPH的生成标记着光能转变成电能
4．一株菠菜和一株苋菜，分别置于大小相同的两个钟罩内。钟罩内与外界空气隔绝，每天照光12h，共照光若干天。一星期后，菠菜死亡，苋菜依旧存活。原因是 （ ）
A．苋菜在夜间的呼吸需氧较少
B．苋菜能够从土壤中得到需要的养料而菠菜不能
C．苋菜进行光合作用需要的原料少于菠菜
D．苋菜能利用低浓度二氧化碳进行光合作用而菠菜不能
5．有人曾做过实验，把玉米和小麦的叶子从植株上切下后，立即分别放在保持高温度、光照充足的容器内(保持生活状态)，叶子的含水量，由于蒸腾而徐徐减少，然后，测定叶子在发生水分亏缺情况下，相对光合作用强度，正确的图示是 （ ）
6．下列关于甘蔗、玉米叶结构及其光合作用过程的叙述正确的是 （ ）
①围绕着维管束的叶肉细胞排列疏松
②因为叶肉细胞的叶绿体有正常的基粒，所以，水的光解发生在叶肉细胞
③NADPH储存了能量，并具有还原性
④CO2中的C首先转移到C4中，然后才转移到C3中
⑤光能转化为电能时，电子的最终受体是ATP和NADP+
A．①③⑤ B．②③④ C．②④⑤ D．①②③
7．用碘酒检验经相当一段时间饥饿的植物在光下是否进行光合作用，会发现 （ ）
A．C3植物的维管束鞘细胞和叶肉细胞都有蓝色颗粒
B．C4植物的维管束鞘细胞和叶肉细胞都有蓝色颗粒
C．C3植物的叶肉细胞中没有蓝色颗粒，而其维管束鞘细胞中有蓝色颗粒
D．C4植物的叶肉细胞中没有蓝色颗粒，而其维管束鞘细胞中有蓝色颗粒
8．下图是两类不同植物叶片部分结构的示意图。在CO2浓度低时，下列叙述合理的是（ ）
A．乙是C4植物，CO2的移动途径是：CO2→含四碳的有机酸→三碳化合物
B．甲是C3植物，CO2的移动途径是：CO2→三碳化合物→葡萄糖
C．甲是C4植物，CO2的移动途径是：CO2→含四碳的有机酸→三碳化合物
D．乙是C3植物，CO2的移动途径是：CO2→三碳化合物→四碳化合物
9．通过测定CO2的交换量，用下图表示光强和CO2浓度对光合速度的影响。图中从A至D，哪一点上只有光是限制因子 （ ）
A．A点B．B点C．C点D．D点
10．下图表示在一定的光照强度下植物A和B在不同CO2浓度下光合作用强度的变化，据图分析，下列叙述中正确的是 （ ）
A．植物A是C4植物，因为它在高CO2浓度下有较高的光合作用强度
B．光合作用强度为0时，植物A和B既不吸收CO2也不释放CO2
C．如果CO2浓度进一步增加．则植物A的光合作用强度始终随之增加
D．植物B是C4植物，因为在CO2浓度为200PPM时，比植物A具有更
高的光合作用效率
11．下图表示在75%的全日照下一个叶片在不同的CO2浓度下净CO2交换速度的变化，下列叙述正确的是 （ ）
A．植物A是C4植物，因为它在高CO2浓度下有较高的CO2光转换速度
B．在CO2交换速度等于0时，两种植物A和B没有光合作用和呼吸作用。
C．如果光强度保持恒定，CO2浓度进一步增加，则植物A的CO2交换速度将达到饱和点
D．在CO2浓度为200×10—6时，C3植物比C4植物有较高的光能利用效率
12．下列措施中,与提高农作物光合作用效率无关的是 （ ）
A．增加光照强度 B．通风透光
C．增施农家肥 D．轮作和间作
13．农田土壤的表层，自生固氮菌的含量比较多。将用表土制成的稀泥浆，接种到特制的培养基上培养，可将自生固氮菌与其他细菌分开。对培养基的要求是 （ ）
①加抗生素 ②不加抗生素 ③加氮素 ④不加氮素 ⑤加葡萄糖 ⑥不加葡萄糖 ⑦37℃恒温培养箱 ⑧28℃～30℃温度下培养
A．①③⑤⑦ B．②④⑥⑧ C．②④⑤⑧ D．①④⑥⑦
14．下列关于根瘤菌结构和功能特征的表达中，正确的是 （ ）
A．原核、异养、共生固氮 B．真核、自养、共生固氮
C．原核、异养、自生固氮 D．真核、自养、自生固氮
15．从土壤中提取圆褐固氮菌并与其他细菌分离开来，应将它接种在 （ ）
A．加入氮源和杀菌剂的培养基上 B．不含氮源含有杀菌剂的培养基上
C．加入氮源不加杀菌剂的培养基上 D．不含氮源和杀菌剂的培养基上
16．通过某些微生物的作用，把空气中游离的氮素固定转变为含氮化合物，这一过程就是一种生物固氮作用。为确定固氮的最终产物，做了如下两个实验：
（1）把固氮菌培养在含15N2的空气中，细胞迅速固定氮素，短期内细菌的谷氨酸中出现大量的15N。
（2）如果把细菌培养在含有15NH3的培养基中，固氮能力立刻停止，但吸入氨态氮迅速转入谷氨酸中。由此可以推断，该微生物固氮最终产物是 （ ）
A．NH3 B．NO2 C．NO3- D．谷氨酸
17．有关生物固氮及固氮生物的叙述错误的是 （ ）
A．根瘤菌只有与豆科植物共生才能固氮，每种根瘤菌只能与一种豆科植物共生
B．土壤中反硝化细菌在氧气不足时，将硝酸盐转化成亚硝酸盐，并最终转化成氮气
C．根瘤菌在根内不断繁殖并刺激根薄壁细胞分裂，进而使该处组织膨大形成根瘤
D．圆褐固氮菌不仅有固氮能力，还能够分泌生长素促进植物的生长和果实发育
18．关于氮循环的叙述中，不正确的是 （ ）
A．N2经固氮作用后才能被植物吸收
B．氮元素在生物群落中以有机物形式传递
C．在缺氧时，土壤中的一些细菌可将硝酸盐最终转化为氮气
D．硝化细菌能把NH3氧化为植物生命活动需要的部分氮源
19．下列有关硝化细菌的叙述正确的是 （ ）
A．细胞无成型的细胞核、无核膜，但有核糖体、内质网等简单的细胞器
B．在生态系统中，硝化细菌属于分解者
C．硝化细菌变异的来源只有基因突变和染色体变异两种
D．土壤中的硝化细菌对植物的矿质营养的吸收是有利的
20．以下是某农牧生态系统氮循环平衡示意图。某同学据图所作的分析中正确的是（ ）
A．①、②、③途径的氮素输入量之和等于④、⑤、⑥途径的氮素输出量之和
B．参与该循环的生物是植物、动物和固氮微生物
C．该过程所涉及的生理活动是植物、动物和硝化细菌的同化作用
D．为减轻①对环境可能造成的负面影响，应推广种植固氮牧草
二、简答题
21．（7分）世界权威科学杂志《自然》3月18日以封面文章形式，发表了由中国科学院生物物理所、植物研究所合作完成的“菠菜主要捕光复合物(LHC-Ⅱ)晶体结构”研究成果。叶绿体中主要捕捉光能的复合物的晶体结构首次被测定出来。
（1）叶绿体内的色素一类具有吸收和传递光能的作用，包括__________________；另一类是少数处于特殊状态的叶绿素a，不仅能吸收光能，还能___________。下述反应中，表示光反应发生的变化包括：_________________________________________。
（2）C4植物比C3植物具有更高的光合效率，我国科学家证明来自C4植物中的高光效基因PEPC是提高光合效率的关键基因，此研究成果对于提高C3植物的光合效率有什么启发？____________________________________________________。(2分)
（3）将一株植物置于密闭的容器中，用红外测量仪进行测量，测量时间均为1小时，测定的条件和结果如下表(数据均为标准状态下测得，单位mL)：
仔细分析上述结果，如果一天有10小时充分光照，其余时间在黑暗下度过，如果光照时的温度为25℃，黑暗时的温度为15℃，则一昼夜积累葡萄糖___________g。从以上计算可知，种在新疆地区的西瓜比种在江浙一带的甜，其原因之一是______________。
22．（13分）科学家发现生长在高温、强光照和干旱环境中的植物气孔关闭，C4植物能利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用，C3植物则不能。
（1）取自热带不同生境下的甲、乙两种长势良好，状态相似的草本植物，已知甲是C4植物，乙不知其光合作用固定CO2的类型。请利用一个密闭大玻璃钟罩，完成初步判别乙植物是C3植物还是C4植物的实验：
原理：__________________________________________________________（2分）
方法：将植物甲和植物乙一同栽种于密闭钟罩下，给予_______________________条件培养。连续若干天观察记录它们的生长情况。（1分）
预期结果：
①___________________________________________________________（2分）
②___________________________________________________________（2分）
对结果的分析：_______________________________________________。（2分）
（2）对于以上的分析，用显微镜从形态学方面加以进一步验证。
方法：制作乙植物的叶片过叶脉横切的临时切片，用显微镜观察。
结论：如果视野中看到______________________________，乙是C3植物；如果看到的是____________________________________，则乙是C4植物。（2分）
（3）研究性学习小组欲观察两种植物光合作用形成的淀粉粒在叶片内的位置有何不同，用碘液对叶片染色后制成的横切片在显微镜下只能看到绿色颗粒，却看不到淀粉粒，这一操作过程的错误是______________________________________________。（2分）
23．（10分）下图是C4植物光合作用过程示意图。依图回答：
（1）当CO2进入叶肉细胞的叶绿体中，首先被［1］_________固定形成_________。
（2）当C4进入［2］_________，释放［3］_________，被C5固定形成［4］_________。
（3）在［5］供_________和［6］供_________以及多种酶催化作用下还原成（CH2O）。
（4）C4植物比C3植物具有较强光合作用的原因之一是_______________________。（3分）
24．（10分）农业上大量使用化肥存在许多负面影响，“生物固氮”已成为一项重要的研究课题。生物固氮就是利用某些微生物(如根瘤菌、蓝藻等)将空气中的N2固定成NH3的过程。
（1）与人工合成NH3所需的高温、高压条件相比，生物固氮的顺利进行是因为这些生物体内含有特定的___________，这类物质的化学本质是__________。
（2）根瘤菌与豆科植物的关系在生物学上称为____________。人们正致力于转基因固氮植物的研究，科学家已通过____________技术将根瘤菌的固氮基因转移到了水稻细胞中，并在水稻细胞中发现了固氮物质。这说明根瘤菌的固氮基因被整合到了水稻细胞的____________结构中。
（3）在水稻细胞中得到了与某根瘤菌细胞相同的物质，这表明固氮基因在表达时使用了相同的____________________。
（4）写出固氮基因控制固氮物质合成的表达式______________________________。(2分)
（5）有一种土壤微生物能将氨态氮转化为硝态氮，此种微生物是__________，该微生物的代谢类型是____________________。
25．（11分）右图为生态系统中氮循环和碳循环及其相互关系的简图。分析后回答：
（1）图中过程①称为 ，过程②称为 ；
（2）反硝化细菌的生理过程是由图中的哪个标号体现的 。如果地球上没有反硝化细菌这类生物，你预测会出现什么情况
（3）如果土壤板结或长期水淹，陆生植物通过④过程获得的氮素能否满足其生理需要 ，其原因是 。
（4）如果图示是一个封闭的大棚生态系统，遇到连续阴雨天气，你认为采取何种措施对植物的生长较为有利 。采取这种措施的目的是
。
（5）施氮肥过多可能对植物及环境造成的影响主要有哪些方面 （3分）
26．（9分）某农场从美国引进一种高产豆科植物，但是在国内种植时却发现这种植物植株矮小，叶片发黄，产量很低。远不及原产地的长势。
（1）请根据所学知识，分析造成这种现象最可能的原因是什么？_______________。（1分）
（2）可以采用什么方法解决这个问题？（不考虑施肥） ______________________。（2分）
（3）假设你手里有一包原产地的土壤，有制备培养基所需的各种药品，材料及工具，请你设计一个实验来解决这个问题_____________________________________。（6分）
第二章 光合作用和生物固氮(单元测试题参考答案）
一、选择题(40分)
1CADDA；6BDCDD；11CDCAD；16AADDD。
二、简答题(60分)
21．(1)绝大多数的叶绿素a，以及全部的叶绿素b、胡萝卜和叶黄素/转化光能/1、4、5；(2)将高光效基因PEPC通过基因工程的方法导入到C3植物细胞内，并表达，从而定向地改造C3植物；(3)0.39 新疆地区比江浙地区光照时间长；昼夜温差大；光照强度大，这样，光合作用产生的有机物多，呼吸作用消耗的有机物少，导致有机物积累多。
22．(1)原理：在高温、干旱和强光照下，随着植物光合作用的进行，造成密闭钟罩内CO2浓度逐渐降低，C4植物能利用较低浓度的CO2生长良好，而C3植物不能//方法：高温、强光照和干旱//预测结果：①乙植物与甲植物生长状态相似/②乙植物逐渐枯萎，而甲依然健壮//对结果的分析：若出现第①种情况，乙植株为C4植物；出现第②种情况，乙植株为C3植物；(2)没有“花环型”结构或维管束鞘细胞中没有叶绿体；有“花环型”结构或维管束鞘细胞有叶绿体；(3)绿色叶片应该先在热的酒精中脱去叶绿素，再去染色、制片。
23．（1）C3（PEP）/C4；（2）维管束鞘中的叶绿体/CO2/C3；（3）还原剂/能量；（4）C4途径固定CO2的酶，对CO2具有很强的亲合力，可以促使PEP把大气中浓度很低的CO2固定下来，并通过C4集中到维管束鞘细胞内的叶绿体中再次固定，进而形成（CH2O）等有机物。
24．⑴固氮酶/蛋白质；⑵互利共生/基因工程/DNA ⑶密码子；⑷固氮基因信使RNA固氮酶；⑸硝化细菌/自养需氧型。
25．(1)光合作用/呼吸作用；⑵⑥/空气中氮气越来越少；⑶不能/土壤中缺氧，呼吸作用减弱，吸收的氮素少，所以不能满足植物生理活动的需要；⑷适当降温以降低呼吸消耗(或给予人工光照)；⑸①会使土壤浓度过高，从而造成植物的萎蔫甚至“烧苗”现象/②植物吸收的氮素过多，会出现叶色深绿、生长剧增、营养体徒长，其生殖生长受影响，成熟期延迟，尤其使利用其花和果实的植物(如棉花、大豆等大多数农作物)产量下降/③容易造成环境污染：未被利用的氮肥，一部分经土壤微生物的转化，以氮氧化物的形式进入大气，造成大气污染(如形成酸雾、光化学烟雾、破坏臭氧层等)，另一部分随水土流失进入水体，是造成水体富营养化的主要元素等。
26．(1)缺氮；(2)根瘤菌拌种；(3) ①将这一小包土壤与无菌水混合，制出土壤浸出液/②将浸出液涂抹在不含氮元素的固体培养基上/③植于适宜的环境下培养一段时间/④土壤浸出液中的其他杂菌因缺氮而死亡，只有固氮细菌因为能利用空气中的氮，所以能活下来，并且繁殖出很多后代/⑤扩大培养/⑥根瘤菌拌种。
光合作用与生物固氮
光合作用
生物固氮
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光合作用和生物固氮
第一节 光合作用
【知识网络】
光能在叶绿体中的转换: 光能→电能→活跃的化学能→稳定的化学能
C3植物和C4植物的区别:概念、结构特点
提高农作物的光能利用率
固氮微生物种类:自生固氮微生物和共生固氮微生物
生物固氮的意义
生物固氮在农业生产中的应用
【考点透视】
一、考纲指要
1．了解能量在叶绿体中的转换。
2．掌握C3植物和C4植物的区别。
3．应用提高农作物的光合作用效率的方法。
二、命题落点
1．能量在叶绿体中的转换或叶绿体中色素的功能。
2．比较C3植物和C4植物固定CO2的方式。
3．C3植物和C4植物在结构上的区别。
4．C3植物和C4植物在光合代谢上的区别。
5．C3植物和C4植物利用CO2的特点比较。
6．同位素示踪法跟踪C的转移途径。
7．提高农作物的光合作用效率。
【典例精析】
例1．胡萝卜素和叶黄素在光合作用中的作用是 （ ）
A．传递光能、传送电子 B．传递光能、转变光能
C．吸收光能、转变光能 D．吸收光能、传递光能
解析：叶绿体内类囊体薄膜上的色素，可以分为两类：一类具有吸收和传递光能的作用，包括绝大多数的叶绿素a，以及全部的叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素；另一类是少数处于特殊状态的叶绿素a，这种叶绿素a不仅能够吸收光能，还能使光能转换成电能。答案：D。
例2．下列能鉴别野牛草是否为C4植物的简便方法是 （ ）
A．制作叶表皮临时装片，观察气孔大小
B．制作叶横切临时装片，观察叶脉结构
C．分离、测定叶片中各种色素的含量
D．用碘液测定叶片中淀粉的含量
解析：本题考查C3和C4植物细胞结构的差别。C4植物的叶片中，围绕着维管束的是呈“花环型”的两圈细胞：里面的一圈是维管束鞘细胞，外面的一圈是一部分叶肉细胞。C4植物中构成维管束鞘的细胞比较大，里面含有没有基粒的叶绿体，这种叶绿体不仅数量比较多，而且个体比较大，叶肉细胞则含有正常的叶绿体。答案：B。
例3．右图表示在适宜的温度、水分和CO2条件下，两种植物光合作用强度的变化情况。下列说法错误的是（ ）
A．C3植物比C4植物光合作用强度更容易达到饱和
B．C4植物比C3植物光能利用率高
C．水稻是阴生植物，玉米是阳生植物
D．当光照强度增加到一定程度时，光合作用强度不再增加，即达到饱和
解析：本题考查了C3植物和C4植物进行光合作用的区别。C4植物进行光合作用最大的特点是能利用较低浓度的CO2，即在较低浓度CO2的情况下也能正常进行光合作用。右图可知当光照强度增加到一定程度时，光合作用强度均不再增加。而在较强光照下，CO2成为限制光合作用强度的因素，C3植物比C4植物光合作用强度更容易达到饱和，由图中水稻曲线也可知，所以C4植物比C3植物光能利用率高。但并不意味水稻是阴生植物，水稻也是阳生植物。答案：C。
例4．在相同光照和温度条件下，空气中CO2含量与植物光合产量（有机物积累量）的关系如图所示。理论上某种C3植物能更有效地利用CO2，使光合产量高于m点的选项是（ ）
0 a1 a a2 b1 b b2 二氧化碳含量
A．若a点在a2，b点在b2时 B． 若a点在a1，b点在b1时
C．若a点在a2，b点在b1时 D． 若a点在a1，b点在b2时
解析：图中该曲线与横轴交于点a，在二氧化碳含量为b时，光合产量达到最大，a1点CO2浓度比a低，如果C3植物能有效利用CO2，最低限度的CO2应比a点低即在a1点，光合产量比m点高对应的CO2量应在b2点。答案：D。
例5．在光照下，供给玉米离体叶片少量的14CO2，随着光合作用时间的延续，在光合作用固定CO2形成的C3化合物和C4化合物中，14C含量变化示意图正确的是 （ ）
解析：本题考查的知识点是C4植物中C的转移途径。玉米是C4植物，光合作用中固定CO2的途径是先进行C4途经后进行C3途经。C4途经：在C4植物叶肉细胞的叶绿体中在相关酶的作用下，一个CO2被一个PEP所固定，形成一个C4；C3途经：C4化合物进入维管束鞘细胞的叶绿体中，释放出一个CO2和一个丙酮酸，CO2被一个C5化合物固定后形成两个C3化合物。在C4途经中，开始时随CO2的增多，所形成的C4随之增多，同时C4释放的丙酮酸也会增多，丙酮酸在相关酶作用下，通过ATP供能，转化成PEP，最后达到一定时保持动态平衡，C4化合物维持在一定的含量；随后在C3途经中，随着C4化合物释放的CO2的增多，被C5固定后形成的C3化合物不断增多积累。答案：B。
【常见误区】
1．忽略基本知识的识记。
2．忽视特殊状态下的叶绿素a的作用。如例2中的特殊状态下的叶绿素a具有转变光能的作用，与其它色素不同，考试时经常会以教材中的特例作为考题，考生要引起注意。
3．误认为C4植物的叶片中，围绕着维管束的两圈细胞都是维管束鞘细胞。其实，外面的一圈是一部分叶肉细胞，而里面的一圈才是维管束鞘细胞。
4．对植物的分类常识不清，阴生植物和阳生植物分辨不明。
5．无法活用C3植物和C4植物的区别。
【基础演练】
1．下图是关于C3植物和C4植物叶片横切面图形,下列说法正确的是 （ ）
A．甲是C3植物，光合作用过程发生于“1”、“2”和“3”细胞
B．甲是C4植物，光合作用过程发生于“1”、“2”和“3”细胞
C．乙是C3植物，光合作用过程发生于“1”和“2”细胞
D．乙是C4植物，光合作用过程发生于“1”和“2”细胞
2．合理施肥的实质是提高了光能的利用率。下列叙述与提高光合作用效率密切相关的是 （ ）
①氮使叶面积增大，增大了光合面积 ②氮是光合产物氨基酸的必需元素
③磷是NADP+和ATP的组成成分，可提高光合能力 ④钾促进光合产物的运输
A．①③ B．②④ C．②③④ D．①③④
3．C4植物叶片内进行光合作用的细胞是 （ ）
A．栅栏组织 B．海绵组织
C．保卫细胞 D．维管束鞘细胞和叶肉细胞
4．能使光能转变成电能的最小结构是 （ ）
A．少数叶绿素a B．全部叶绿素b
C．多数胡萝卜素 D．叶绿体中的囊状结构
5．光照与光合效率关系正确的是 （ ）
A．光照越强，光合效率越高
B．阴生植物在光照条件下，光合效率为零
C．适宜的光照可以提高光合效率
D．阴生植物的光照强度与光合强度和光合效率成反比
6．下列措施中哪项不利于光合作用效率的提高 （ ）
A．将人参、田七种植在遮阴处 B．在苹果树周围地面铺反光膜
C．白天降低温室内温度 D．向温室内输入一定浓度的CO2
7．科学家发现C4和C3植物光合作物的叶片中，合成淀粉等有机物的具体部位是 （ ）
A．前者只在维管束鞘细胞；后者只在叶肉细胞
B．前者只在叶肉细胞；后者只在维管束鞘细胞
C．前者在维管束鞘细胞和叶肉细胞；后者只在叶肉细胞
D．前者只在维管束鞘细胞；后者在叶肉细胞和维管束鞘细胞
8．用含同位素18O的水浇灌植物，经光照后，18O可发现于 （ ）
A．生成的葡萄糖中 B．生成的淀粉中
C．合成的蛋白质中 D．周围的空气中
9．下面是某种植物叶片的结构示意图，请据此回答：
（1）该图是_________植物的叶片结构，如向该植物提供14C标记的CO2，该CO2转移的途径为______________________________________________。
（2）图中④称为_________，它的功能是_______________。
（3）该植物中CO2的固定发生在_________处的细胞，CO2与
C5结合发生在_________，含有完整的叶绿体，却不能
进行完整的光合作用的细胞是_________。
（4）有这种叶片结构的植物的光合作用较没有这种叶片结
构的植物的光合作用积累的有机物要_________，原因是
_______________________________________________。
10．C4植物与C3植物的光合作用能力不同，这与它们的结构、生理有关。
Ⅰ．科学家发现C4植物进行光合作用时，叶片中只有叶脉的维管束鞘细胞内出现淀粉粒，叶肉细胞中没有淀粉粒；C3植物的情况正好相反。请你完成以下支持该发现的实验：
（1）选取天竺葵（C3植物）和玉米（C4植物）为实验材料，用___________作为染色剂。
（2）实验前，先让天竺葵、玉米在光下照射几小时，分别摘取二者新鲜的正常叶片，经退绿处理后滴加染色剂，然后用肉眼观察，其被染色的部位分别是_________________。
Ⅱ．植物单个叶片的光合作用强度可用通气方式测定，如模式简图所示，将叶片置于同化箱中，在适宜的光照、温度条件下，让空气沿箭头方向流动。
（1）当B处气体的CO2浓度低于A处气体的CO2浓度时，说明________________________。
（2）请判断A、B两处气体的CO2浓度是否可能相等，并说明原因：___________________。
（3）用上述方法，在各自适宜的条件下分别测定天竺葵、玉米的光合作用强度，结果如曲线图所示，其中_________________表示玉米的光合作用强度曲线。
第一节 光合作用（参考答案）
1．D 2．C 3．D 4．A 5．C 6．C 7．A 8．D
9．（1）C4 /CO2→C4→C3→糖类等有机化合物；（2）维管束/运输物质（有机物和无机物）；（3）①②/①/②；（4）多/能利用较低浓度的二氧化碳。
10．Ⅰ（1）碘液；（2）叶肉、叶脉；Ⅱ（1）光合作用强度大于呼吸作用强度；（2）有可能，因为光合作用强度有可能等于呼吸作用强度；（3）甲。
第二节 生物固氮
【考点透视】
一、考纲指要
1．了解固氮微生物的种类。
2．了解生物固氮的意义。
3．理解氮循环的途径。
4．生物固氮在农业生产中的应用。
二、命题落点
1．考查生物固氮的概念。
2．考查自生固氮菌和共生固氮菌的区别。
3．以氮循环为素材考查氮循环的全过程或几种重要微生物的代谢特点、作用及其在生态系统中的地位。
4．与学科内其他章节综合考查。
5．与化学科进行小综合考查。
【典例精析】
例1．自生和共生固氮微生物可以将 （ ）
A．大气中的N2转化为NH3 B．大气中的N2转化为NO3－
C．土壤中的NH3转化为NO3－ D．土壤中的NO3－转化为N2
解析：本题考查选修教材中生物固氮的概念。教材对生物固氮的概念有清楚的陈述：“生物固氮是指固氮微生物将大气中的氮还原成氨的过程”，不论是自生固氮微生物还是共生固氮微生物，只要是固氮微生物，就应该符合这个概念。答案：A。
例2．下列有关生物固氮的描述错误的是 （ ）
A．豆科植物的根瘤是发生固氮作用的部位
B．土壤中独立生活的根瘤菌也能固氮
C．不同的根瘤菌只能侵入特定种类的豆科植物
D．根瘤菌通过固氮作用形成氨
解析：根瘤菌为共生固氮微生物，只有侵入豆科植物的根内才能固氮，自生固氮微生物是能够独立进行固氮的微生物。不同的根瘤菌，各自只能侵入特定种类的豆科植物，具有专一性。答案：B。
例3．右图为生态系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．C类微生物只能是异养厌氧型的，否则只能得到氮氧化物
C．进行C过程的微生物，有的是自生的，有的是共生的，分
别作为生态系统中的生产者或分解者、消费者
D．A和C的活动可增加土壤肥力，而B的活动导致土壤氮素丧失
解析：本题主要考查参与氮循环过程中的几种重要微生物的代谢特点、作用及其在生态系统中的地位。A为硝化细菌（自养需氧型），B为反硝化细菌（异养厌氧型），C为固氮微生物，包括自生固氮菌（异养需氧型）、共生固氮菌（异养需氧型）和固氮蓝藻（光能自养需氧型）等。所以，A和C的活动可增加土壤氮素，而B的活动导致土壤氮素丧失。由于固氮酶对氧极端敏感，一旦遇氧就很快导致不可逆的失活，而大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固氮反应所需大量能量。所以，固氮微生物的固氮过程须在严格的厌氧环境中进行。答案：B。
例4：大气中的N2，经过固氮形成的化合物中，哪一组化合物被植物吸收后直接可用于蛋白质的合成 （ ）
A．NH3和N03— B．NH4＋和N02— C．NH4＋和NH3 D．NO3—和N02—
解析：这是一道生化综合题，有一定的难度，分析时首先应该知道的是，蛋白质或其他有机态氮化合物中的氮都是高度还原状态，而N03—和N02—中的氮却是高度氧化状态。植物和微生物体，把氧化态的硝酸盐还原成还原态的氮化物后，才可用于蛋白质的合成。答案：C。
例5：完成下列问题：
（1）豆科植物与根瘤菌的关系是 。
（2）各种固氮微生物之所以具有奇特的固氮本领，是因为它有独特的固氮酶，而根本原因是它具有独特的 。
（3）日本科学家把固氮基因转移到水稻根系微生物中，通过指导合成固氮所需的 ，进而起到固氮作用。而更为理想的是直接将固氮基因重组到稻、麦等经济作物细胞中，让植物直接固氮，可免施氮肥。如果这种能实现的话，那么固氮基因最终实现表达的遗传信息转移途径是 。
解析： （1）豆科植物通过光合作用制造有机物，一部分供给根瘤菌，根瘤菌通过生物固氮制造氨，供给豆科植物，故二者属于互利共生关系；（2）固氮酶是一种特定的蛋白质，它是由特定的基因控制合成的，基因控制性状是通过基因控制蛋白质的合成来实现的，故答案为固氮基因；（3）由于基因能指导蛋白质的合成，因此，固氮基因将指导固氮酶的合成，故答案为固氮酶；固氮基因最终实现表达的遗传信息转移途径即基因对蛋白质的控制——中心法则。
答案：（1） 互利共生；（2）固氮基因；（3）酶/固氮基因mRNA蛋白质（固氮酶）。
【常见误区】
1．误认为生物固氮的结果是形成N2。如例1中错选D选项。这类同学平时读书不够细心，不得要领，读生物概念时没有抓住“关键词”。
2．误认为根瘤菌只有一种，能侵入所有的豆科植物。不同的根瘤菌，各自只能侵入特定种类的豆科植物，具有专一性。如例3。
3．分不清硝化细菌、反硝化细菌、固氮细菌的区别及硝化作用、反硝化作用、氨化作用及固氮作用的区别。如例8。
【基础演练】
1．圆褐固氮菌除了具有固氮能力外还能 （ ）
A．促进植物生根 B．促进植物开花
C．促进植物种子形成 D．促进植物的生长和果实发育
2．生物固氮是固氮微生物将大气中的氮变成一种产物，下列哪项是正确的 （ ）
A．氧化成氨 B．还原成氨 C．氧化成铵盐 D．还原成铵盐
3．下列说法正确的是 （ ）
A．NH3·H2O可以被豆科植物直接利用
B．最好37℃左右条件下培养圆褐固氮菌
C．圆褐固氮菌除了能够固氮外，还能够促进植物细胞的分裂
D．利用不含氮盐的培养基将自生固氮菌分离出来
4．根瘤菌、硝化细菌在生态系统中的地位分别是 （ ）
A．生产者、生产者 B．消费者、生产者
C．分解者、消费者 D．分解者、分解者
5．为确定某固氮菌的固氮产物，做了如下实验。由此可以推断，该微生物固氮产物最可能是 （ ）
①把固氮菌培养在含15N2的空气中，细胞迅速固定氮素，短期内细菌的谷氨酸中出现大量的15N；
②如果把细菌培养在含有15NH3的培养基中，固氮能力立刻停止，但吸入氨态氮迅速转入谷氨酸中。
A．谷氨酸 B．N02 C．N03－ D．NH3
6．从大豆的根瘤中分离出来的根瘤菌能侵入的根是 （ ）
A．豆根 B．蚕豆根 C．大豆根 D．豇豆根
7．分离自生固氮菌时，下列操作中，错误的一项是 （ ）
A．使用无氮培养基 B．在37℃恒温箱中培养
C．在28℃～30℃条件下培养 D．无氮培养基应选用没有其它微生物的
8．关于根瘤菌体内的固氮酶特性的叙述中错误的是 （ ）
A．高效性 B．专一性 C．底物多样性 D．受环境的PH影响
9．下面对氮循环的说法中，正确的一项是 （ ）
A．生物固氮过程就是通过固氮微生物，将大气中的N2转化为硝酸盐
B．动物产生的尿素通过转化可被植物吸收利用
C．氮素一旦进入生物体内部不会再形成氮气
D．生物体内的氮的来源主要是由于闪电的固氮作用
10．下图是自然界中氮循环以及有机物在生物体代谢的部分过程示意图，请分析回答：
（1）根瘤菌能完成生物固氮的过程为图中________________（用图中序号表示），根瘤菌在生态系统中的成分属于________________。
（2）在人体内，发生在细胞外的过程是________________（用图中序号表示）。图中［H］的代谢去向及这个过程的意义是____________________________________________。
（3）中耕松土有利于植物体吸收矿质元素的原因是_______________________________，同时松土还抑制了图中③的过程，原因是_____________________________________。
（4）请列举氮元素在植物光合作用中的作用：
①________________________________________________________________________
②_______________________________________________________________________。
（5）如果N、P等矿质元素大量进入水体可能会发生以下变化导致富营养化，其变化的顺序是____________________________________（用序号表示）。
①水中含氧量下降 ②需氧微生物迅速繁殖分解尸体 ③水中含氧量增加 ④厌氧微生物迅速繁殖分解尸体产生的有毒气体增加 ⑤浮游藻类等迅速繁殖 ⑥鱼类等水生生物死亡
第二节 生物固氮 (参考答案)
1．D 2．B 3．D 4．B 5．D 6．C 7．B 8．D 9．B
10．（1）①/消费者；）（2）④⑥/与氧气结合生成水释放大量能量；（3）提高土壤的通气性，增加氧气的含量，减少二氧化碳的含量，促进有氧呼吸为主动运输提供更多的能量/实现过程③的细菌异化作用的类型是厌氧型；（4）N是ATP的组成成分/N是叶绿素的组成成分/N是NADPH的组成成分/N是催化光合作用过程中酶的重要组成成分/N是叶绿体膜的结构的组成成分(至少答出两项) ；（5）⑤③②①④⑥或⑤③②①⑥④。
第二章 光合作用和生物固氮
(单元测试题)
一、选择题(每题2分,共40分)
1．光合作用过程中，叶绿体中能量转换的正确顺序为 （ ）
A．光能→电能→稳定的化学能→活跃的化学能
B．光能→活跃的化学能→电能→稳定的化学能
C．光能→电能→活跃的化学能→稳定的化学能
D．光能→稳定的化学能→电能→活跃的化学能
2．轮作是在同一块地上，按预定的种植计划，轮换种植不同作物，这样做可以提高作物产量。对于轮作能提高每种作物的产量，下列说法解释不够恰当的一项是 （ ）
A．可以充分利用光能 B．能够改变原来的食物链，防止病虫害
C．可以充分利用土壤中的矿质元素 D．能防止土壤肥力的枯竭
3．下列关于NADPH的叙述中，不正确的是 （ ）
A．NADPH形成于叶肉细胞中叶绿体的囊状结构薄膜上
B．NADPH为暗反应合成有机物提供能量和还原剂
C．NADPH的消耗主要发生于叶绿体的基质中
D．NADPH的生成标记着光能转变成电能
4．一株菠菜和一株苋菜，分别置于大小相同的两个钟罩内。钟罩内与外界空气隔绝，每天照光12h，共照光若干天。一星期后，菠菜死亡，苋菜依旧存活。原因是 （ ）
A．苋菜在夜间的呼吸需氧较少
B．苋菜能够从土壤中得到需要的养料而菠菜不能
C．苋菜进行光合作用需要的原料少于菠菜
D．苋菜能利用低浓度二氧化碳进行光合作用而菠菜不能
5．有人曾做过实验，把玉米和小麦的叶子从植株上切下后，立即分别放在保持高温度、光照充足的容器内(保持生活状态)，叶子的含水量，由于蒸腾而徐徐减少，然后，测定叶子在发生水分亏缺情况下，相对光合作用强度，正确的图示是 （ ）
6．下列关于甘蔗、玉米叶结构及其光合作用过程的叙述正确的是 （ ）
①围绕着维管束的叶肉细胞排列疏松
②因为叶肉细胞的叶绿体有正常的基粒，所以，水的光解发生在叶肉细胞
③NADPH储存了能量，并具有还原性
④CO2中的C首先转移到C4中，然后才转移到C3中
⑤光能转化为电能时，电子的最终受体是ATP和NADP+
A．①③⑤ B．②③④ C．②④⑤ D．①②③
7．用碘酒检验经相当一段时间饥饿的植物在光下是否进行光合作用，会发现 （ ）
A．C3植物的维管束鞘细胞和叶肉细胞都有蓝色颗粒
B．C4植物的维管束鞘细胞和叶肉细胞都有蓝色颗粒
C．C3植物的叶肉细胞中没有蓝色颗粒，而其维管束鞘细胞中有蓝色颗粒
D．C4植物的叶肉细胞中没有蓝色颗粒，而其维管束鞘细胞中有蓝色颗粒
8．下图是两类不同植物叶片部分结构的示意图。在CO2浓度低时，下列叙述合理的是（ ）
A．乙是C4植物，CO2的移动途径是：CO2→含四碳的有机酸→三碳化合物
B．甲是C3植物，CO2的移动途径是：CO2→三碳化合物→葡萄糖
C．甲是C4植物，CO2的移动途径是：CO2→含四碳的有机酸→三碳化合物
D．乙是C3植物，CO2的移动途径是：CO2→三碳化合物→四碳化合物
9．通过测定CO2的交换量，用下图表示光强和CO2浓度对光合速度的影响。图中从A至D，哪一点上只有光是限制因子 （ ）
A．A点B．B点C．C点D．D点
10．下图表示在一定的光照强度下植物A和B在不同CO2浓度下光合作用强度的变化，据图分析，下列叙述中正确的是 （ ）
A．植物A是C4植物，因为它在高CO2浓度下有较高的光合作用强度
B．光合作用强度为0时，植物A和B既不吸收CO2也不释放CO2
C．如果CO2浓度进一步增加．则植物A的光合作用强度始终随之增加
D．植物B是C4植物，因为在CO2浓度为200PPM时，比植物A具有更
高的光合作用效率
11．下图表示在75%的全日照下一个叶片在不同的CO2浓度下净CO2交换速度的变化，下列叙述正确的是 （ ）
A．植物A是C4植物，因为它在高CO2浓度下有较高的CO2光转换速度
B．在CO2交换速度等于0时，两种植物A和B没有光合作用和呼吸作用。
C．如果光强度保持恒定，CO2浓度进一步增加，则植物A的CO2交换速度将达到饱和点
D．在CO2浓度为200×10—6时，C3植物比C4植物有较高的光能利用效率
12．下列措施中,与提高农作物光合作用效率无关的是 （ ）
A．增加光照强度 B．通风透光
C．增施农家肥 D．轮作和间作
13．农田土壤的表层，自生固氮菌的含量比较多。将用表土制成的稀泥浆，接种到特制的培养基上培养，可将自生固氮菌与其他细菌分开。对培养基的要求是 （ ）
①加抗生素 ②不加抗生素 ③加氮素 ④不加氮素 ⑤加葡萄糖 ⑥不加葡萄糖 ⑦37℃恒温培养箱 ⑧28℃～30℃温度下培养
A．①③⑤⑦ B．②④⑥⑧ C．②④⑤⑧ D．①④⑥⑦
14．下列关于根瘤菌结构和功能特征的表达中，正确的是 （ ）
A．原核、异养、共生固氮 B．真核、自养、共生固氮
C．原核、异养、自生固氮 D．真核、自养、自生固氮
15．从土壤中提取圆褐固氮菌并与其他细菌分离开来，应将它接种在 （ ）
A．加入氮源和杀菌剂的培养基上 B．不含氮源含有杀菌剂的培养基上
C．加入氮源不加杀菌剂的培养基上 D．不含氮源和杀菌剂的培养基上
16．通过某些微生物的作用，把空气中游离的氮素固定转变为含氮化合物，这一过程就是一种生物固氮作用。为确定固氮的最终产物，做了如下两个实验：
（1）把固氮菌培养在含15N2的空气中，细胞迅速固定氮素，短期内细菌的谷氨酸中出现大量的15N。
（2）如果把细菌培养在含有15NH3的培养基中，固氮能力立刻停止，但吸入氨态氮迅速转入谷氨酸中。由此可以推断，该微生物固氮最终产物是 （ ）
A．NH3 B．NO2 C．NO3- D．谷氨酸
17．有关生物固氮及固氮生物的叙述错误的是 （ ）
A．根瘤菌只有与豆科植物共生才能固氮，每种根瘤菌只能与一种豆科植物共生
B．土壤中反硝化细菌在氧气不足时，将硝酸盐转化成亚硝酸盐，并最终转化成氮气
C．根瘤菌在根内不断繁殖并刺激根薄壁细胞分裂，进而使该处组织膨大形成根瘤
D．圆褐固氮菌不仅有固氮能力，还能够分泌生长素促进植物的生长和果实发育
18．关于氮循环的叙述中，不正确的是 （ ）
A．N2经固氮作用后才能被植物吸收
B．氮元素在生物群落中以有机物形式传递
C．在缺氧时，土壤中的一些细菌可将硝酸盐最终转化为氮气
D．硝化细菌能把NH3氧化为植物生命活动需要的部分氮源
19．下列有关硝化细菌的叙述正确的是 （ ）
A．细胞无成型的细胞核、无核膜，但有核糖体、内质网等简单的细胞器
B．在生态系统中，硝化细菌属于分解者
C．硝化细菌变异的来源只有基因突变和染色体变异两种
D．土壤中的硝化细菌对植物的矿质营养的吸收是有利的
20．以下是某农牧生态系统氮循环平衡示意图。某同学据图所作的分析中正确的是（ ）
A．①、②、③途径的氮素输入量之和等于④、⑤、⑥途径的氮素输出量之和
B．参与该循环的生物是植物、动物和固氮微生物
C．该过程所涉及的生理活动是植物、动物和硝化细菌的同化作用
D．为减轻①对环境可能造成的负面影响，应推广种植固氮牧草
二、简答题
21．（7分）世界权威科学杂志《自然》3月18日以封面文章形式，发表了由中国科学院生物物理所、植物研究所合作完成的“菠菜主要捕光复合物(LHC-Ⅱ)晶体结构”研究成果。叶绿体中主要捕捉光能的复合物的晶体结构首次被测定出来。
（1）叶绿体内的色素一类具有吸收和传递光能的作用，包括__________________；另一类是少数处于特殊状态的叶绿素a，不仅能吸收光能，还能___________。下述反应中，表示光反应发生的变化包括：_________________________________________。
（2）C4植物比C3植物具有更高的光合效率，我国科学家证明来自C4植物中的高光效基因PEPC是提高光合效率的关键基因，此研究成果对于提高C3植物的光合效率有什么启发？____________________________________________________。(2分)
（3）将一株植物置于密闭的容器中，用红外测量仪进行测量，测量时间均为1小时，测定的条件和结果如下表(数据均为标准状态下测得，单位mL)：
仔细分析上述结果，如果一天有10小时充分光照，其余时间在黑暗下度过，如果光照时的温度为25℃，黑暗时的温度为15℃，则一昼夜积累葡萄糖___________g。从以上计算可知，种在新疆地区的西瓜比种在江浙一带的甜，其原因之一是______________。
22．（13分）科学家发现生长在高温、强光照和干旱环境中的植物气孔关闭，C4植物能利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用，C3植物则不能。
（1）取自热带不同生境下的甲、乙两种长势良好，状态相似的草本植物，已知甲是C4植物，乙不知其光合作用固定CO2的类型。请利用一个密闭大玻璃钟罩，完成初步判别乙植物是C3植物还是C4植物的实验：
原理：__________________________________________________________（2分）
方法：将植物甲和植物乙一同栽种于密闭钟罩下，给予_______________________条件培养。连续若干天观察记录它们的生长情况。（1分）
预期结果：
①___________________________________________________________（2分）
②___________________________________________________________（2分）
对结果的分析：_______________________________________________。（2分）
（2）对于以上的分析，用显微镜从形态学方面加以进一步验证。
方法：制作乙植物的叶片过叶脉横切的临时切片，用显微镜观察。
结论：如果视野中看到______________________________，乙是C3植物；如果看到的是____________________________________，则乙是C4植物。（2分）
（3）研究性学习小组欲观察两种植物光合作用形成的淀粉粒在叶片内的位置有何不同，用碘液对叶片染色后制成的横切片在显微镜下只能看到绿色颗粒，却看不到淀粉粒，这一操作过程的错误是______________________________________________。（2分）
23．（10分）下图是C4植物光合作用过程示意图。依图回答：
（1）当CO2进入叶肉细胞的叶绿体中，首先被［1］_________固定形成_________。
（2）当C4进入［2］_________，释放［3］_________，被C5固定形成［4］_________。
（3）在［5］供_________和［6］供_________以及多种酶催化作用下还原成（CH2O）。
（4）C4植物比C3植物具有较强光合作用的原因之一是_______________________。（3分）
24．（10分）农业上大量使用化肥存在许多负面影响，“生物固氮”已成为一项重要的研究课题。生物固氮就是利用某些微生物(如根瘤菌、蓝藻等)将空气中的N2固定成NH3的过程。
（1）与人工合成NH3所需的高温、高压条件相比，生物固氮的顺利进行是因为这些生物体内含有特定的___________，这类物质的化学本质是__________。
（2）根瘤菌与豆科植物的关系在生物学上称为____________。人们正致力于转基因固氮植物的研究，科学家已通过____________技术将根瘤菌的固氮基因转移到了水稻细胞中，并在水稻细胞中发现了固氮物质。这说明根瘤菌的固氮基因被整合到了水稻细胞的____________结构中。
（3）在水稻细胞中得到了与某根瘤菌细胞相同的物质，这表明固氮基因在表达时使用了相同的____________________。
（4）写出固氮基因控制固氮物质合成的表达式______________________________。(2分)
（5）有一种土壤微生物能将氨态氮转化为硝态氮，此种微生物是__________，该微生物的代谢类型是____________________。
25．（11分）右图为生态系统中氮循环和碳循环及其相互关系的简图。分析后回答：
（1）图中过程①称为 ，过程②称为 ；
（2）反硝化细菌的生理过程是由图中的哪个标号体现的 。如果地球上没有反硝化细菌这类生物，你预测会出现什么情况
（3）如果土壤板结或长期水淹，陆生植物通过④过程获得的氮素能否满足其生理需要 ，其原因是 。
（4）如果图示是一个封闭的大棚生态系统，遇到连续阴雨天气，你认为采取何种措施对植物的生长较为有利 。采取这种措施的目的是
。
（5）施氮肥过多可能对植物及环境造成的影响主要有哪些方面 （3分）
26．（9分）某农场从美国引进一种高产豆科植物，但是在国内种植时却发现这种植物植株矮小，叶片发黄，产量很低。远不及原产地的长势。
（1）请根据所学知识，分析造成这种现象最可能的原因是什么？_______________。（1分）
（2）可以采用什么方法解决这个问题？（不考虑施肥） ______________________。（2分）
（3）假设你手里有一包原产地的土壤，有制备培养基所需的各种药品，材料及工具，请你设计一个实验来解决这个问题_____________________________________。（6分）
第二章 光合作用和生物固氮(单元测试题参考答案）
一、选择题(40分)
1CADDA；6BDCDD；11CDCAD；16AADDD。
二、简答题(60分)
21．(1)绝大多数的叶绿素a，以及全部的叶绿素b、胡萝卜和叶黄素/转化光能/1、4、5；(2)将高光效基因PEPC通过基因工程的方法导入到C3植物细胞内，并表达，从而定向地改造C3植物；(3)0.39 新疆地区比江浙地区光照时间长；昼夜温差大；光照强度大，这样，光合作用产生的有机物多，呼吸作用消耗的有机物少，导致有机物积累多。
22．(1)原理：在高温、干旱和强光照下，随着植物光合作用的进行，造成密闭钟罩内CO2浓度逐渐降低，C4植物能利用较低浓度的CO2生长良好，而C3植物不能//方法：高温、强光照和干旱//预测结果：①乙植物与甲植物生长状态相似/②乙植物逐渐枯萎，而甲依然健壮//对结果的分析：若出现第①种情况，乙植株为C4植物；出现第②种情况，乙植株为C3植物；(2)没有“花环型”结构或维管束鞘细胞中没有叶绿体；有“花环型”结构或维管束鞘细胞有叶绿体；(3)绿色叶片应该先在热的酒精中脱去叶绿素，再去染色、制片。
23．（1）C3（PEP）/C4；（2）维管束鞘中的叶绿体/CO2/C3；（3）还原剂/能量；（4）C4途径固定CO2的酶，对CO2具有很强的亲合力，可以促使PEP把大气中浓度很低的CO2固定下来，并通过C4集中到维管束鞘细胞内的叶绿体中再次固定，进而形成（CH2O）等有机物。
24．⑴固氮酶/蛋白质；⑵互利共生/基因工程/DNA ⑶密码子；⑷固氮基因信使RNA固氮酶；⑸硝化细菌/自养需氧型。
25．(1)光合作用/呼吸作用；⑵⑥/空气中氮气越来越少；⑶不能/土壤中缺氧，呼吸作用减弱，吸收的氮素少，所以不能满足植物生理活动的需要；⑷适当降温以降低呼吸消耗(或给予人工光照)；⑸①会使土壤浓度过高，从而造成植物的萎蔫甚至“烧苗”现象/②植物吸收的氮素过多，会出现叶色深绿、生长剧增、营养体徒长，其生殖生长受影响，成熟期延迟，尤其使利用其花和果实的植物(如棉花、大豆等大多数农作物)产量下降/③容易造成环境污染：未被利用的氮肥，一部分经土壤微生物的转化，以氮氧化物的形式进入大气，造成大气污染(如形成酸雾、光化学烟雾、破坏臭氧层等)，另一部分随水土流失进入水体，是造成水体富营养化的主要元素等。
26．(1)缺氮；(2)根瘤菌拌种；(3) ①将这一小包土壤与无菌水混合，制出土壤浸出液/②将浸出液涂抹在不含氮元素的固体培养基上/③植于适宜的环境下培养一段时间/④土壤浸出液中的其他杂菌因缺氮而死亡，只有固氮细菌因为能利用空气中的氮，所以能活下来，并且繁殖出很多后代/⑤扩大培养/⑥根瘤菌拌种。
光合作用与生物固氮
光合作用
生物固氮
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