誰都知道，要想使莊稼獲得豐產，重要的條件就是要有足夠的肥料。說起肥料，自然離不開各種各樣的化肥，例如常見的硫酸銨、尿素、碳酸氫銨，還有人畜糞尿和綠肥。
令人感到奇怪的是，在貧瘠的土地上，普通的莊稼長不好，可是豆科植物卻能在不施肥料的情況下長勢良好，這是為什麼呢？秘密就在豆科植物的根部。
如果你仔細觀察豆科植物的根部，就會發現那兒有許多圓鼓鼓的小疙瘩，它們好像一個個小瘤子，因此被科學家稱為“根瘤”。根瘤看上去很普通，把它擠破後，裏麵會流出一些帶腥臭味的“紅水”。但是，這種“紅水”並不尋常，把它放到顯微鏡下觀察，在紅紅的汁液中可以看見許多微小的生命在活動，有的像小木棍，有的像小圓球，這些小家夥們就是大名鼎鼎的根瘤菌。
我們知道，在空氣中含有大量的氮，它是植物生長中不可缺少的重要營養元素。但是，空氣中的氮都處於遊離狀態，無法被植物直接吸收，隻有把空氣中遊離的分子氮變為氮的化合物，才能被植物吸收利用。要做到這一切，就需要固氮微生物幫忙了，而豆科植物的根瘤菌正是其中的重要成員。
很多年來，科學家們一直在探索豆科植物固氮的奧秘，竭盡全力試圖解開根瘤菌的固氮之謎，因為這項研究太重要了，如果成功，它將意味著每年能省去數百億甚至數千億美元的人造氮肥費用。美國的著名共生學專家威廉·特拉格，經過認真計算後得出驚人的數據：全世界豆科植物每年在土壤中固氮的數量達9000萬噸。
對豆科植物固氮本領的研究，可追溯到1838年，法國農業化學家波辛格魯特首次發現，豆科植物能固定大氣中分子狀態的氮。1866年，俄國學者沃羅寧又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。到了1888年，荷蘭科學家別依林克應用分離方法，第一次獲得了根瘤菌的純菌種，此後，人們漸漸揭開了植物固氮之謎的最外麵幾層帷幕。
科學家們發現，根瘤菌在土壤中單獨生存時並不具有固氮作用，隻有把豆科植物的種子播到土壤中，待幼根形成後，根係的分泌物吸引根瘤菌，讓根瘤菌通過根毛侵入根的內部組織，在那兒進行大量繁殖，使根部膨大形成根瘤，這時，根瘤中的根瘤菌與豆科植物結成了一種特殊的共生關係，根瘤菌才開始發揮固氮作用，供給植物氮素養料。
科學家們還發現，根瘤菌的種類有很多，每種根瘤菌隻能在一種或幾種植物根部形成根瘤。例如，豌豆根瘤菌隻能在豌豆、蠶豆的根部形成根瘤；苜蓿根瘤菌隻能在紫花苜蓿、金花菜的根部形成根瘤；豇豆根瘤菌隻能在豇豆、綠豆、花生的根部形成根瘤；而紫雲英根瘤菌隻能在紫雲英的根部形成根瘤。
經過許多年的研究探索，科學家們對根瘤菌固氮機製的認識越來越多，但遇到的問題和迷惑之處也同樣越來越多。當人們清楚地了解到微生物進入植物根組織，會改變模樣成為變形菌之後，擺在科學家麵前的主要問題是：變形菌能繁殖嗎？它們是如何傳宗接代的？它們能接連不斷地使根瘤菌完成生命循環嗎？