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。
衆所周知，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衆不同，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。爲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爲生物固氮作用。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，爲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爲兩類：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。
在實際的農業生產過程中，爲使豆科植物多生小瘤子，可用根瘤菌製成的菌肥拌種。有時候爲了提高作物產量，還可以將豆科作物與其他莊稼作物輪作，因爲種過豆科植物後，土壤中可直接被其他植物利用的氮素會有所增加。值得注意的是，一種豆科植物通常只能與一種或少數幾種相應的根瘤菌系共生，如豌豆根瘤內的根瘤菌只能在豌豆、蠶豆等根部形成根瘤，大豆只能從大豆根瘤中的根瘤菌形成根瘤。
爲什麼豆科植物的根部會長小瘤子的科學故事點評生物固氮是一個重要的生命活動現象，它能在常溫常壓下完成固氮過程。因此，科學家都非常注重研究這一現象和機理，希望有一天能夠人工模擬這一過程製造氮肥，使非豆科植物也能參與共生固氮。
