根瘤菌侵入寄主根內(nèi)，刺激根部皮層和中柱鞘的某些細(xì)胞，引起這些細(xì)胞的強(qiáng)烈生長(zhǎng)，使根的局部膨大形成根瘤；根瘤菌在根內(nèi)定居，植物供給根瘤菌以礦物養(yǎng)料和能源，根瘤菌固定大氣中游離氮?dú)?，為植物提供氮素養(yǎng)料，兩者在拮抗寄生關(guān)系中處于均衡狀態(tài)而表現(xiàn)共生現(xiàn)象。

根瘤菌屬是于1889年由B．弗蘭克建立的，它包括3種：豌豆根瘤菌、苜蓿根瘤菌和百脈根瘤菌。慢生根瘤菌屬是D．C．喬丹于1982年從根瘤菌屬中分化出來(lái)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。上述兩屬細(xì)菌時(shí)常制成細(xì)菌制劑在田間施用，作為作物或牧草增產(chǎn)的一種手段（見(jiàn)固氮微生物）。 土壤桿菌屬 1942年由H．J．康恩建立。其性狀與前述兩屬的根瘤細(xì)菌頗相似，但不能在豆科植物根上形成能共生固氮的根瘤。本屬細(xì)菌能夠通過(guò)外傷入侵多種雙子葉植物和裸子植物，致使植物細(xì)胞轉(zhuǎn)化為異常增生的腫瘤細(xì)胞，產(chǎn)生根癌、毛根和桿癭等病狀。土鑲桿菌屬內(nèi)各個(gè)種誘發(fā)根癌的能力與其所特有的Ti質(zhì)粒有關(guān)。本屬細(xì)菌為土傳性植物病原菌。葉桿菌屬 1984年D．H．克內(nèi)澤爾發(fā)表的1屬細(xì)菌。其表現(xiàn)性狀與前述3屬相近，特點(diǎn)是在紫金牛科和茜草科中某些熱帶種的葉片上形成共生葉瘤。細(xì)菌在葉瘤內(nèi)也呈多態(tài)，但是否能共生固氮還沒(méi)能斷定。共有兩個(gè)種：紫金牛葉桿菌和茜草葉桿菌。

由于根菌瘤在生活過(guò)程中分泌一些有機(jī)氮到土壤中，加之，根瘤在植物的生長(zhǎng)末期會(huì)自行脫落，從而大大提高了土壤的肥力。據(jù)估測(cè)，一畝苜蓿年均可積累40斤氮肥，相當(dāng)于200斤硫銨。并可增加土壤中的腐殖質(zhì)。

雖然空氣成分中約有80%的氮，但一般植物無(wú)法直接利用，花生、大豆、苜蓿等豆科植物，通過(guò)與根瘤菌的共生固氮作用，才可以把空氣中的分子態(tài)氮轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锟梢岳玫陌睉B(tài)氮。在種子發(fā)芽生根后，根瘤菌從根毛入侵根部，在一定條件下，形成具有固氮能力的根瘤，在固氮酶的作用下，根瘤中的類(lèi)菌體將分子態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮，與此同時(shí)，每個(gè)根瘤就是一座微型氮肥廠，源源不斷地把氮輸送給植株利用。豆科作物周?chē)耐林鼍鷶?shù)量很少，難以滿足作物生長(zhǎng)的需要。世界上的豆科作物都需要人工接種根瘤菌劑，根瘤菌劑給農(nóng)作物生產(chǎn)的氮肥不會(huì)有環(huán)境污染，不需長(zhǎng)途運(yùn)輸，使用過(guò)程中沒(méi)有氮流失，而人工施用化學(xué)氮肥流失率往往大于50%。 當(dāng)豆科作物萌發(fā)并長(zhǎng)出根毛后，根瘤菌受根毛分泌的凝集素的刺激和吸引，大量聚集在根際和根表上。根毛與根瘤菌接觸后，是細(xì)胞壁變軟，發(fā)生根毛卷曲，然后是細(xì)胞壁內(nèi)陷，根瘤菌隨之侵入根毛，直至根的皮層，根瘤菌在皮層大量繁殖并轉(zhuǎn)變?yōu)轭?lèi)菌體，此時(shí)根部皮層大量增生，形成瘤狀組織，后根部形成根瘤，當(dāng)有效根瘤的剖面呈粉紅色時(shí)，說(shuō)明根瘤進(jìn)入成熟階段，開(kāi)始固氮，并向植株提供氮素。人工接種結(jié)瘤固氮性能優(yōu)良的根瘤菌來(lái)提高共生固氮效率。

根瘤菌不僅在生物固氮中發(fā)揮重要作用，還有助于提高土壤生產(chǎn)力和肥力，為植物生長(zhǎng)創(chuàng)造適宜的環(huán)境。此外，根瘤菌對(duì)不同屬的土壤植物病原真菌如鐮刀菌、根核菌、菌核菌和大孢菌的生長(zhǎng)具有明顯的抑制作用，可以降低作物的發(fā)病率。

多年未種植豆科植物的土壤中只有少量的根瘤菌。降雨充足的地區(qū)往往有大量的根瘤菌，根瘤菌喜歡潮濕但不積水的土壤。根瘤菌適宜土壤溫度是25~30℃，適pH值為6.0~6.8。