當拔起豆科植物，如大豆、紫云英時，大家會發(fā)現這些植物的根部有一些小小的顆粒，那些顆粒便是土壤中的根瘤菌和植物共同形成的根瘤。
根瘤菌家族數量龐大，現包括7屬36種, 一般指的是根瘤菌屬和慢生根瘤菌屬；兩屬都屬于根瘤菌目。根瘤菌屬是1889年由B．弗蘭克建立的，包括豌豆根瘤菌、苜蓿根瘤菌和百脈根瘤菌。根瘤菌生活在土壤中，當人們還沒有在土壤上種植豆科植物的時候，根瘤菌只能依靠地里的枯枝嫩葉過著默默無聞的腐生生活。一旦土壤里種上了豆科植物，并長出幼苗，根瘤就立即啟動搬家的進程，住進大豆的根內，同豆科植物的根相結合，形成共生關系。慢生根瘤菌屬是D．C．喬丹于1982年從根瘤菌屬中分化出來的，屬內暫有一種，即曾經稱為大豆根瘤菌的大豆慢生根瘤菌。
根瘤菌的搬家，跟豆科植物的主動迎接是分不開的。豆科植物的根毛可以分泌一種特殊的蛋白質，專門“招待”根瘤菌，而且每一種根瘤菌只和一種豆科植物相結合，對其他根瘤菌是不理睬的，好像一把鎖對應一把鑰匙似的，科學家把這種現象叫做根瘤菌的專一性。根瘤菌聚集到某種豆科植物的根毛表面，就會從根毛鉆進根的皮層細胞，同時會分泌出物質，刺激根的皮層細胞不斷分裂新細胞，幾天后向外鼓起，形成了肉眼可見的小根瘤。根瘤就是根瘤菌的“營房”，也是根瘤菌固定空氣中氮素的工作場所。
根瘤菌在大豆根瘤中安營扎寨后，就開始形成互助組，相互幫助對方成長，直到大豆成熟。大豆通過根部吸收來的水和無機鹽及由葉子制造的有機物質，除了滿足自身的需要外還會留出一部分送給根瘤菌，作為我們制造氮肥所需的物質和能源，而根瘤菌則發(fā)揮自身的特長，依靠“金剛鉆”----固氮酶，把空氣中的分子態(tài)氮加工成氨和氨的化合物。二者配合得很默契，互通有無。這種相互合作的關系，一直到豆子收獲才暫告結束。大豆收獲后，大豆根部開始腐爛，根瘤也隨之被破壞，于是，根瘤菌又回到了土壤懷抱中去，來年再種大豆時，重新跟大豆合作。
每個根瘤都是一個小小的氮肥廠。有科學家推算豆科植物的氮肥廠比世界上任何一個氮肥廠的產量都要高得多。地球上每年由根瘤菌固定空氣中的氮素相當于26180萬噸硫酸銨氮肥提供的氮數量。如果設計年產量為3000噸的合成氨廠來生產這些氮肥，那么就得興建87266個，可以設想根瘤菌每年為人類節(jié)省多少開支！
由于根瘤菌生產氮肥不需要花錢辦工廠，也不需要特別的機器和勞動力，只要豆科植物在播種的時候讓根瘤菌親一親，抱一抱就行。因此，人們利用根瘤菌這種特異功能為作物生產更多的氮肥。據科學家試驗，用0．5公斤大豆根瘤菌劑拌5畝地的大豆種子的播種量，大豆可增產12％～18％；用花生根瘤菌拌種，花生可增產10％～26％。
根瘤菌不僅能為植物提供氮肥，也能為土壤增加氮的含量。在一些地區(qū)，為了提高土壤肥力，農民大量種植豆科綠肥作物，如紫云英、苜蓿等，根瘤菌與這些綠肥作物共同生長的過程中，會把空氣中的氮氣轉換為能被綠肥作物利用的氮素，固定在植物中，這樣每一株作物就是一個微型肥料加工廠，當植物長大后，通過整株還田的方式，氮素全部進入土壤，土壤有機質含量和氮素含量都不斷提高，為生產更多的糧食打下了堅實的基礎。
根瘤菌
根瘤菌對比實驗