如果要保證植物正常生長，三大營養元素氮、磷、鉀是不可缺少的。尤其是氮元素，對作物生長起着非常重要的作用。它是植物體內氨基酸的組成部分，氨基酸是構成蛋白質的成分，也是植物進行光合作用起決定作用的葉綠素的組成部分。
眾所周知，在我們周圍的空氣中，幾乎含有70%以上的氮氣。這樣大量的氮完全能滿足植物生長的需要，可惜，絕大多數植物無法直接吸收空氣中的氮氣，只能依靠施氮肥才能保證作物的生長和發育之需。但有一類豆科植物卻與眾不同，可以直接利用空氣中的氮。
我們很熟悉的黃豆、豌豆、蠶豆、扁豆等，都屬於豆科植物的果實或種子。為什麼豆科植物能夠利用空氣中的氮呢?原來，在土壤中有一類根瘤菌，它們體內存在着有生物活性的固氮酶，能將大氣中的氮氣還原成植物可以直接利用的氨，植物學家將這個過程稱為生物固氮作用。由於土壤中的根瘤菌侵入豆科植物的根部細胞後，引起根部細胞強烈分裂和生長，從而在根部形成一個個“小瘤子”。當豆科植物和根瘤菌之間的共生關係建立後，植物供給根瘤菌生存所需要的礦質營養和能源，而根瘤菌能固定住大氣中的遊離氮氣，為植物生長提供所需的氮元素，這是一種相互依賴的雙贏關係。
其實，土壤中還有很多具有固氮作用的微生物，根據它們的習性通常分為兩類：一類是在土壤中能獨立生活的自生性固氮微生物;另一類是需要與植物共生的共生性固氮微生物，如與豆科植物共生的根瘤菌。
