很奇怪，普通的農作物在貧瘠的土地上長不好，而豆科植物不用化肥也能長得很好。為什麽？秘密在於豆科植物的根部。
如果仔細觀察豆科植物的根部，會發現有很多小突起，像小腫瘤壹樣，所以被科學家稱為“根瘤”。結節看起來很普通，壓碎後會流出壹些帶腥味的“紅水”。然而，這種“紅水”並不常見。如果妳把它放在顯微鏡下，妳可以看到許多微小的生命在紅色的汁液中移動，有些像棍子，有些像小球。這些小家夥就是著名的根瘤菌。
我們知道空氣中含有大量的氮，是植物生長不可缺少的重要營養元素。而空氣中的氮處於遊離狀態，不能被植物直接吸收。只有把空氣中的遊離分子氮變成含氮化合物，才能被植物吸收利用。要做到這壹切，需要固氮微生物，豆科植物的根瘤菌是重要的壹員。
多年來，科學家們壹直在探索豆科植物固氮的奧秘，試圖解開根瘤菌固氮的奧秘，因為這項研究如此重要，如果成功，將意味著每年節省數百億甚至數千億美元的人工氮肥。美國著名生物學專家威廉·特雷格(William trager)經過仔細計算，得出了壹個驚人的數據:全球每年固定土壤中氮素的豆科植物數量達到9000萬噸。
豆科植物固氮能力的研究可以追溯到1838。法國農業化學家波辛格·魯特首先發現豆科植物可以將氮以分子狀態固定在大氣中。1866年，俄羅斯學者沃羅寧發現豆科植物的根瘤菌中含有微生物，並指出根瘤的形成是微生物侵入植物根部的結果。1888年，荷蘭科學家Beylink利用分離法首次獲得了根瘤菌的純菌株。此後，人們逐漸揭開了植物固氮之謎的最外層。
科學家發現，根瘤菌單獨生活在土壤中時，並不具備固氮功能。只有當豆科植物的種子播種在土壤中，幼根形成後，根的分泌物吸引根瘤菌，使根瘤菌能通過根毛侵入根的內部組織並在那裏繁殖，使根膨大形成根瘤。此時，根瘤中的根瘤菌與豆科植物形成了特殊的關系，根瘤菌開始發揮固氮和供給植物的作用。
科學家還發現，根瘤菌有很多種，每種根瘤菌只能在壹種或幾種植物的根部形成根瘤。比如根瘤菌只能在豌豆和蠶豆的根部形成根瘤；苜蓿根瘤菌只能在苜蓿和花椰菜的根部形成根瘤；豇豆根瘤菌只能在豇豆、綠豆、花生的根部形成根瘤；而紫雲英根瘤菌只能在紫雲英根部形成根瘤。
經過多年的研究和探索，科學家對根瘤菌的固氮機制有了越來越多的認識，但也有越來越多的問題和困惑。當人們清楚地了解到微生物進入植物根部組織後會改變外形，變成變形桿菌時，擺在科學家面前的主要問題是:變形桿菌能繁殖嗎？它們是如何繁殖的？它們能讓根瘤菌相繼完成生命周期嗎？
科學家們對這些惱人的問題有不同的看法。很多學者認為，在Proteus存在的最後階段，他們的植物主人違背了* * *原則，消化了他們的* * *學生。如果下壹代植物想要被根瘤菌感染，它們必須通過土壤中的新細菌進行繁殖。但也有學者認為，並不是所有的細菌都會變成變形桿菌，也許有少數是消化不了的。後來，前蘇聯科學院院士米什金和他的合作者發現，小的圓形細胞——像孢子——會在變形桿菌內部形成，因此他推測根瘤菌為了避免滅絕，會以像孢子的形式留在土壤中。
舊的爭論還在繼續，新的問題接踵而至。在研究植物固氮的過程中，科學家們極為關註的壹個問題是根瘤菌離開植物後是否也能進行固氮。這是壹個打破傳統觀念的想法，因為按照以前的觀念，根瘤菌只有和豆科植物結合，才能從空氣中吸收氮，進行固氮。也就是說，根瘤菌大半輩子都獨立生活在土壤中，和土壤中的其他微生物壹樣，也是依靠吸收周圍現成的有機物來生存，但不能固定空氣中的氮。根瘤菌可以壹代壹代活幾十年，等著遇到合適的植物。壹旦遇到好的機會，根瘤菌會欣然告別土壤的生存環境，進入植物的根部，使根部組織增生，變成瘤狀。這時，根瘤菌獲得了壹個新的奇妙特性——固氮能力。
科學家已經知道是植物根瘤菌中的固氮酶使根瘤菌產生固氮能力，但問題是，固氮酶壹定要在植物和根瘤菌的配合下才能產生嗎？