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，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?？坪蛙绮菘浦心承釒ХN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能斷定。共有兩個種：紫金牛葉桿菌和茜草葉桿菌。

現(xiàn)代的分類手段，如DNA堿基組成、DNA同源性、rRNA順反子相似性、蛋白凝膠電泳、數(shù)值分類等結(jié)果，都證明土壤桿菌與兩屬根瘤菌有一定的親緣關(guān)系，也證明將根瘤細(xì)菌分為兩屬是符合客觀實(shí)際的。rRNA順反子相似性的研究結(jié)果證明葉桿菌屬與前3屬有一定關(guān)系，所以暫歸屬于根瘤菌科。 [2]

當(dāng)豆科植物在幼苗期，土壤中的根瘤菌便被其根毛分泌的有機(jī)物吸引而聚集在根毛的周圍，并大量繁殖。同時(shí)產(chǎn)生一定的分泌物，這些分泌物刺激根毛，使其先端卷曲和膨脹，同時(shí)，在根菌瘤分泌的纖維素酶的作用下，根毛細(xì)胞壁發(fā)生內(nèi)陷溶解，隨即根瘤菌由此侵入根毛。 在根毛內(nèi)，根瘤菌分裂滋生，聚集成帶，外面被一層粘液所包，形成為感染絲，并逐漸向根的中軸延伸。同時(shí)，在根瘤菌的刺繳下，根細(xì)胞相應(yīng)地分泌出一種纖維素，包圍于感染絲之外，形成了具有纖維素鞘的內(nèi)生管，又稱侵入線。根瘤菌順侵入線進(jìn)入幼根的皮層中。

主根瘤菌剛剛進(jìn)入豆科植物根部的時(shí)候，并不能固氮，只能發(fā)展到擬菌體階段，才能進(jìn)行固氮作用。
在根瘤內(nèi)，根瘤菌從豆科植物根的皮層細(xì)胞中吸取碳水化合物、礦質(zhì)鹽類及水分。以進(jìn)行生長和繁殖。同時(shí)它們又把空氣中游離的氮通過固氮作用固定下來，轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锼芾玫暮衔铮┲参锷钏?。這樣，根瘤菌與根便構(gòu)成了互相依賴的共生關(guān)系。

由于根菌瘤在生活過程中分泌一些有機(jī)氮到土壤中，加之，根瘤在植物的生長末期會自行脫落，從而大大提高了土壤的肥力。據(jù)估測，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)。
由于有些土壤中沒有與豆科植物共生的根瘤菌，同時(shí)不同豆科植物需要與不同類型的根瘤菌共生，因此在農(nóng)業(yè)上采取在播種豆科植物時(shí)，將其與根瘤菌制劑攪抖，以便給豆科作物形成根瘤創(chuàng)造條件。據(jù)調(diào)查，采用該方法播種，可使大豆、花生增產(chǎn)10%以上。
并非所有的根瘤菌都能使所有的豆科植物結(jié)瘤，特定的根瘤菌與特定的豆科植物或豆科植物群形成共生關(guān)系。當(dāng)豆科植物和根瘤菌匹配良好時(shí)，有效瘤體內(nèi)部呈深紅色；內(nèi)部綠色或白色的瘤體是無效的。不同生態(tài)系統(tǒng)中存在的根瘤菌種類繁多，而今確定的有15屬130種。當(dāng)某些新的豆科作物被引入新的地區(qū)或當(dāng)土壤中存在無效和不相容的根瘤菌時(shí)，需要接種根瘤菌。接種根瘤菌菌株，是發(fā)揮共生固氮作用、減少氮肥用量的可行途徑。
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，為植物生長創(chuàng)造適宜的環(huán)境。此外，根瘤菌對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具有明顯的抑制作用，可以降低作物的發(fā)病率。