硝化細菌在高中生物試題中的相關考查

于偉東

硝化細菌在人教版高中生物必修一和必修三中曾多次出現，在現實生產和生活中也與人們的生活息息相關。硝化細菌是一種好氧性細菌，包括亞硝酸菌和硝酸菌，生活在有氧的水中或砂層中，在氮循環水質凈化過程中，扮演著很重要的角色。水族箱中，投加硝化細菌制劑后，海水水族箱內氨氧化細菌、亞硝酸鹽氧化細菌可在短時間內形成優勢，使氨氮、亞硝酸氮維持在較低濃度水平。在硝化細菌的作用下，土壤中往往出現較多的酸性物質。這些酸性物質可以提高多種磷肥在土壤中的速效性和持久性，甚至可以使堿性土壤得到一定程度的改良。所以說，硝化細菌與人類的關系十分密切。

1 硝化細菌的結構

硝化細菌為原核生物，細胞核無核膜包裹，只存在稱作擬核區（或擬核）的裸露DNA。由于DNA不與蛋白質結合，所以無染色體。主要由細胞壁（主要成分是由糖類和蛋白質結合而成的化合物）、細胞膜、細胞質等部分構成，細胞質中無除核糖體以外的其他細胞器。由于細胞中無染色體，因此硝化細菌的遺傳不遵循孟德爾的遺傳定律，硝化細菌的可遺傳變異只有基因突變，沒有基因重組和染色體變異。

【例1】 對硝化細菌的敘述正確的是（ ）

① 含有核糖體不含葉綠體 ② 含有DNA和RNA，且DNA位于染色體上 ③ 因為它是需氧型生物，所以含有線粒體 ④ 遺傳不遵循基因的分離定律和自由組合定律 ⑤ 在遺傳中會發生基因突變

A. ②③④ B. ①④⑤

C. ①②③⑤ D. ①②④⑤

參考答案：B

2 硝化細菌的代謝類型和繁殖方式

2.1 代謝類型

從同化作用類型來看，硝化細菌能將土壤中的氨氧化成亞硝酸或硝酸，從中獲得的能量將二氧化碳和水合成有機物，由此可以看出其為自養型生物。從異化作用類型看，硝化細菌在氧化分解體內的有機物時需要消耗氧氣，所以是需氧型生物。所以硝化細菌的代謝類型為自養需氧型細菌。

2.2 繁殖方式

硝化細菌的繁殖方式與大多數的細菌一樣，屬二分裂的分裂繁殖。二分裂是指一個細胞通過分裂而形成兩個子細胞的過程，典型的二分裂是一個細胞在其對稱中心形成一個隔膜，進而分裂成兩個形態、大小和構造完全相同的子細胞。細菌分裂可分4步：① 核復制，細胞延長；② 形成橫隔膜；③ 形成明顯的細胞壁；④ 細胞分裂，子細胞分離。絕大多數的細菌都借助這種分裂方式進行繁殖。

【例2】 （2010·四川卷）與酵母菌相比，硝化細菌具有的特點是（ ）

A. 無線粒體，只能通過無氧呼吸獲得能量

B. 無固氮酶，只能以含氮有機物作為氮源

C. 無細胞核，只能通過出芽生殖方式繁殖后代

D. 無染色體，只能在DNA水平產生可遺傳變異

參考答案：D。

【例3】 （2012·海南卷）關于微生物的敘述，錯誤的是（ ）

A. 硝化細菌雖然不能進行光合作用，但是自養生物

B. 藍藻雖然無葉綠體，但在生態系統中屬于生產者

C. 酵母菌呼吸作用的終產物可通過自由擴散運出細胞

D. 大腸桿菌遺傳信息在細胞核中轉錄，在細胞質中翻譯

參考答案：D。

3 硝化細菌的化能合成作用

硝化細菌是能夠氧化無機氮化物氨氣，并獲取能量，從而把二氧化碳合成為有機物的一類細菌。由于把二氧化碳合成有機物利用的能量不是光能而是化學能，因此也稱為化能合成作用。硝化細菌化能合成作用的過程表示如下：2NH3+3O2→（硝化細菌）2HNO2+2H2O+能量；2HNO2+O2→（硝化細菌）2HNO3+能量；CO2+H2O+能量→（CH2O）+O2。

【例4】 下列有關硝化細菌的敘述，錯誤的是（ ）

A. 土壤中的硝化細菌有利于植物礦質營養的吸收

B. 硝化細菌變異的來源只有基因突變和染色體變異

C. 硝化細菌是一類有細胞壁但沒有成形細胞核和復雜細胞器的生物

D. 硝化細菌與小麥同屬于自養生物，但所利用的能量來源不同

參考答案：B。

【例5】 硝化細菌通過化能合成作用形成有機物，需要的環境條件是（ ）

A. 具有氨氣和氧氣 B. 具有氨氣，缺氧

C. 具有硝酸和氧氣 D. 具有硝酸，缺氧

參考答案：A。

4 硝化細菌在生態系統中的地位

硝化細菌通過化能合成作用，利用化學能，把二氧化碳和水合成有機物（C6H12O6），因此在生態系統中它是生產者，同時能夠將NH3氧化成HNO3或者HNO2，因此在N循環中也有非常重要的作用。

【例6】 藍藻、硫化細菌、硝化細菌在生態系統中屬于（ ）

A. 生產者 B. 消費者

C. 分解者 D. 非生物部分

參考答案：A。

結語：通過對硝化細菌的分析和歸納，有助于學生更好的學習硝化細菌在試題中出現的形式和考查方式，也有助于更進一步的掌握與硝化細菌相關的應用。