如何形成
空氣中存在著大量的分子態氮，它們約占空氣成分的80%。估計在整個大氣層中，約有4×1015 t的分子態氮。然而，絕大多數的植物只能從土壤中吸收結合態氮，用來合成自身的含氮化合物（如蛋白質等）。土壤中的含氮化合物，不是土壤本身固有的，而是在生物生命活動過程中逐漸積累起來的，其中很
根瘤大一部分來自微生物的生物固氮。據估計，地球表面上每年生物固氮的總量約為10t，其中豆科植物體內根瘤菌的固氮量約為5．5×10 t，占生物固氮總量的55%左右。
發揮作用
根瘤我國的勞動人民很早就知道豆類植物具有肥田的作用。例如，公元前1世紀的《(fán)勝之書》中就談到了瓜類與豆類的間作；公元5世紀的《齊民要術》中就指出了豆類與穀類套作輪栽的好處。科學研究證明，每公頃大豆在其一生中能夠固定氮素102 kg(折合成硫酸銨是510 kg)。我國南方的水稻田中種植的綠肥作物紫雲英(又叫紅花草)，每公頃可以收穫鮮草22 500 kg左右，其中含氮素112．5 kg(折合成硫酸銨是525 kg)。因此，人們可以把豆科植物的根瘤比喻成巧妙的生物固氮工廠。
科學研究證明，純培養的根瘤菌能夠單獨固氮，但是它的固氮能力是很微弱的。根瘤菌必須在進入豆科植物的根中並形成根瘤以後，才能大量地固定空氣中的氮。這就是說，分子態氮必須經過根瘤菌體內固氮酶的催化作用才能轉化成氨和氨的化合物。根瘤菌一方面將這些結合態氮供給豆科植物吸收利用，另一方面又從豆科植物的體內吸取碳水化合物和無機鹽以維持生命活動。
根瘤菌屬裡面有十幾種根瘤菌，這些種根瘤菌與豆科植物的共生關係是比較特殊的。這就是說，並不是任何一種根瘤菌遇到任何一種豆科植物的根都能夠侵入並且形成根瘤的。例如，豌豆的根瘤菌只能在豌豆、蠶豆等植物體的根上形成根瘤；大豆的根瘤菌只能在大豆根中形成根瘤，而不能在豌豆、苜蓿的根中形成根瘤。一種根瘤菌與對應的一種或幾種豆科植物之間的這種關係叫做“互接種族”關係。屬於同一互接種族的豆科植物，可以相互利用對方的根瘤菌而形成根瘤，反之則不能。互接種族的原因在於豆科植物的根毛能夠分泌一類特殊的蛋白質，根瘤菌細胞的表面存在有多糖化合物，蛋白質與多糖化合物的結合具有選擇的專一性。
根瘤菌劑
根瘤根瘤菌經大量培養後，與適量吸附劑（如泥炭等）混合而成的菌劑。它主要接種於豆科作物的種子上，並侵染至根部而形成根瘤。根瘤通過固氮酶的作用，將大氣中的氮固定轉化為作物能直接利用的含
氮化合物。根瘤菌是生物固氮作用中固氮率最高的一類微生物。
有根瘤菌的植物——紫雲英根瘤菌劑是我國使用較廣的一種生物肥料。由於根瘤菌有強的專一性，一種根瘤菌只能適用於一種（類）作物，至今還沒有一個適合於各種作物的根瘤菌，所以根瘤菌的種類很多。常用的有大豆根瘤菌劑類（分快生型和慢生型），花生根瘤菌劑類，豆科、牧草根瘤菌劑類（苕子、紫雲英、田菁、紅豆草、紅三葉草、白三葉草、柱花草、銀合歡、大翼豆、百脈根、大紅豆、鏈莢豆和山螞蝗等）。
各地生產的根瘤菌劑所選用的菌株不同，因而固氮率及增產效果有很大的差異。為了提高根瘤菌劑的固氮
率，應根據當地土壤，氣候條件選育抗逆性強的菌株。
農業生產中使用的根瘤菌主要是採用液體深層培養-泥炭吸附工藝。此外，還有凍乾根瘤菌劑，它具有含菌量高、體積小、便於運輸貯存的優點。
根瘤根瘤菌劑主要用於拌種。其方法是：先將菌劑（1.5～3.75千克/公頃即250～500克/畝）用水（3.75～7.50千克/公頃即250～500克/畝）調成糊狀物，然後將供試作物種子拌入，拌勻，立即播種、復土。在拌種和播種過程中，不要與農藥接觸及在太陽下曝曬。為了使根瘤菌在土壤中能較快的侵染作物，必須為它們提供足夠的磷和適宜的pH。試驗證明，當土壤pH值在5.2時，施入的根瘤菌將有65%死亡；如果土壤pH值<4.5，則根瘤菌難以在土壤中存活。因此，對於酸性土壤，在作物種子和根瘤菌劑拌和後，再與泥漿，鈣鎂磷肥或者石灰等物質拌和，形成
“丸衣”。這有助於根瘤菌在土壤中的存活，易於侵染作物，多結瘤、早結瘤，以提高固氮率。
在從未種植過豆科作物的土壤上根瘤菌劑具有明顯的增產效果。但在同一互接種族豆科作物的土壤上，則必須加大根瘤菌劑的接種量，否則效果不明顯或無效果。
此外，豆科作物如果在播種時未能及時用根瘤菌劑拌種，則可將根瘤菌劑調成懸液，潑施在作物根系附近，也可使豆科作物形成根瘤，但必須及時，否則效果不佳。
為了提高根瘤菌劑的固氮效果，人們又生產了一種新型根瘤菌劑一稀土菌劑。這種含有0.1%稀土化合物的根瘤菌劑，它能增強根瘤菌的存活率和對寄主作物的侵染結瘤能力，其增產效果高於一般根瘤菌劑。
