大氣中的氮是以氣態(tài)形式存在的，約占空氣體積的78%。氣態(tài)氮不能被植物和大部分微生物直接利用。氮之友以銨根離子，硝酸根離子或亞硝酸根籽粒的形式存在使才能被植物吸收。自然界中有一些微生物在固氮酶的催化作用下能夠?qū)⒌€原為氨，這一過程被稱為生物固氨，生物中只有原核生物才具有固氮能力。

已發(fā)現(xiàn)的固氮微生物主要有固氮細(xì)菌、根瘤細(xì)菌、弗蘭克氏菌及藍(lán)綠藻等。根據(jù)固氮微生物與高等植物以及其他生物的關(guān)系，可以將固氮微生物分為3類，即自生固氮菌、聯(lián)合固氮菌和共生固氮菌。

一，自生固氮菌

自生固氮菌是指一類不依賴于其他種生物共生而能獨(dú)立固氮的微生物。最早發(fā)現(xiàn)的自生固氮微生物是厭氧的固氮梭菌。自生固氮菌能獨(dú)立地進(jìn)行固氮作用，他們將分子態(tài)的氮固定成為氨后，并不釋放到環(huán)境中去，而是用于合成自身的蛋白質(zhì)，自生固氮微生物的固氮效率比較低。

二，聯(lián)合固氮菌

聯(lián)合固氮菌是生活在植物根際、根表、葉表和動(dòng)物腸道等處時(shí)才能固氮的微生物。聯(lián)合固氮菌在自然界中分布十分廣泛，如小麥、玉米等農(nóng)作物及一些牧草等植物根上，其主要種類有：假單胞菌屬、生脂固氮螺菌、腸桿菌屬等。

三，共生固氮菌

共生固氮菌是必須與其他生物共生才能進(jìn)行固氮的微生物。這類微生物在同生物生物共生過程中產(chǎn)生了生理上密切聯(lián)系的共生組織，最常見的是根瘤。屬于共生固氮的微生物有：1，與豆科植物共生的固氮菌，根瘤菌屬、固氮留根均屬、慢性根底菌屬等；2,與非豆科植物共生的固氮菌，佛蘭克氏菌屬；3，藍(lán)細(xì)菌屬。共生孤單微生物與植物形成一種特殊的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行固氮。它的固氮效率比較高，每消耗1g葡萄糖可固定280mg氮。目前，對(duì)于根瘤菌與豆科植物的共生作用研究得比較詳細(xì)。根瘤的形成和功能的4個(gè)主要階段為：根毛的感染、根瘤的發(fā)生、根瘤的發(fā)育、氮素的同化。每個(gè)階段均受到外界環(huán)境和植物本身生長狀況的影響。