能夠將大氣中的氮氣轉化為植物可獲取的含氮化合物的細菌稱為固氮細菌。這些細菌既存在於土壤中，也存在於與植物的共生關係中。它們將氮轉化為銨化合物的能力與細胞中的特定酶有關。這種能力完成了地球上的氮循環，據信 90% 的固氮是通過生物方法發生的。

有兩種固氮細菌是公認的。第一類，自由生活（非共生）細菌，包括藍藻（或藍綠藻）魚腥藻和髮菜，以及固氮菌、拜氏菌和梭菌等屬。第二種包括共生（共生）細菌；例子包括與豆科植物相關的根瘤菌（例如，豌豆科的各種成員）； Frankia，與某些雙子葉植物（放線植物）有關；和某些與穀類草有關的固氮螺菌屬物種。

共生固氮細菌侵入寄主植物的根毛，在那裡繁殖並刺激根瘤的形成，植物細胞和細菌密切相關。在根瘤內，細菌將游離氮轉化為氨，宿主植物利用氨來發育。為確保豆類（例如苜蓿、豆類、三葉草、豌豆、大豆）充分形成根瘤和最佳生長，種子通常接種合適的根瘤菌種類的商業培養物，尤其是在貧瘠或缺乏所需細菌的土壤中。

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