當拔起豆科植物，如大豆、紫云英時，大家會發(fā)現(xiàn)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(shù)量龐大，現(xiàn)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(nèi)，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(nèi)暫有一種，即曾經(jīng)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(xiàn)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(chǎn)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(shù)量。如果設計年產(chǎn)量為3000噸的合成氨廠來生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)更多的氮肥。據(jù)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(chǎn)12％～18％；用花生根瘤菌拌種，花生可增產(chǎn)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(nóng)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(chǎn)更多的糧食打下了堅實的基礎。
根瘤菌
根瘤菌對比實驗