根瘤菌（Rhizobium）主要指與豆類(lèi)作物根部共生形成根瘤并能固氮的細菌，一般指根瘤菌屬和慢生根瘤菌屬；兩屬都屬于根瘤菌目。
根瘤菌細胞呈桿狀，有鞭毛和莢膜，鞭毛為正常的活動(dòng)器官，無(wú)芽孢，革蘭氏染色陰性，屬需氧型。在根瘤中生活的菌體形式多種多樣，有梨形、棍棒型或T、X、Y等型，這種變形的菌體成為類(lèi)菌體；類(lèi)菌體在豆科植物體內不生長(cháng)繁殖，卻能與豆科植物共同固氮，對豆科植物有良好作用。
根瘤菌侵入寄主根內，刺激根部皮層和中柱鞘的某些細胞，引起這些細胞的強烈生長(cháng)，使根的局部膨大形成根瘤；根瘤菌在根內定居，植物供給根瘤菌以礦物養料和能源，根瘤菌固定大氣中游離氮氣，為植物提供氮素養料，兩者在拮抗寄生關(guān)系中處于均衡狀態(tài)而表現共生現象。
中國地域遼闊豆科作物種類(lèi)繁多，每年大面積種植花生、大豆、豌豆、蠶豆、綠豆及苜蓿、沙打旺等豆科牧草幾十種之多。根瘤菌接種技術(shù)在豆科作物種植中的作用是其他任何技術(shù)措施無(wú)法替代的。
一、簡(jiǎn)介
經(jīng)過(guò)70年代和80年代初的研究，根瘤菌科的變化較大，現包括7屬36種，但其中的放射土壤桿菌不能引起植物異常增生。根瘤菌屬和慢生根瘤菌屬 兩屬細菌都能從豆科植物根毛侵入根內形成根瘤，并在根瘤內成為分枝的多態(tài)細胞，稱(chēng)為類(lèi)菌體。類(lèi)菌體在根瘤內不生長(cháng)繁殖，卻能與豆科植物共生固氮，對豆科植物生長(cháng)有良好作用。這兩屬細菌的表現性狀極相似，只是根瘤菌屬的細菌在酵母膏、甘露醇、無(wú)機鹽瓊脂上生長(cháng)快，3～5天的菌落直徑可達2～4毫米；在含碳水化合物的培養基上產(chǎn)酸。慢生根瘤菌屬的細菌卻與之相反，菌落生長(cháng)甚慢，5～7天其直徑還不足1毫米，在含碳水化合物的培養基上不產(chǎn)酸，反而呈堿性。
根瘤菌屬是于1889年由B．弗蘭克建立的，它包括3種：豌豆根瘤菌、苜蓿根瘤菌和百脈根瘤菌。慢生根瘤菌屬是D．C．喬丹于1982年從根瘤菌屬中分化出來(lái)的，屬內暫有一種，即曾經(jīng)稱(chēng)為大豆根瘤菌的大豆慢生根瘤菌。上述兩屬細菌時(shí)常制成細菌制劑在田間施用，作為作物或牧草增產(chǎn)的一種手段（見(jiàn)固氮微生物）。 土壤桿菌屬 1942年由H．J．康恩建立。其性狀與前述兩屬的根瘤細菌頗相似，但不能在豆科植物根上形成能共生固氮的根瘤。本屬細菌能夠通過(guò)外傷入侵多種雙子葉植物和裸子植物，致使植物細胞轉化為異常增生的腫瘤細胞，產(chǎn)生根癌、毛根和桿癭等病狀。土鑲桿菌屬內各個(gè)種誘發(fā)根癌的能力與其所特有的Ti質(zhì)粒有關(guān)。本屬細菌為土傳性植物病原菌。葉桿菌屬 1984年D．H．克內澤爾發(fā)表的1屬細菌。其表現性狀與前述3屬相近，特點(diǎn)是在紫金?？坪蛙绮菘浦心承釒ХN的葉片上形成共生葉瘤。細菌在葉瘤內也呈多態(tài)，但是否能共生固氮還沒(méi)能斷定。共有兩個(gè)種：紫金牛葉桿菌和茜草葉桿菌。
現代的分類(lèi)手段，如DNA堿基組成、DNA同源性、rRNA順?lè )醋酉嗨菩?、蛋白凝膠電泳、數值分類(lèi)等結果，都證明土壤桿菌與兩屬根瘤菌有一定的親緣關(guān)系，也證明將根瘤細菌分為兩屬是符合客觀(guān)實(shí)際的。rRNA順?lè )醋酉嗨菩缘难芯拷Y果證明葉桿菌屬與前3屬有一定關(guān)系，所以暫歸屬于根瘤菌科。
二、生存習性
這種共生體系具有很強的固氮能力。已知全世界豆科植物近兩萬(wàn)種。根瘤菌是通過(guò)豆科植物根毛、側根杈口(如花生)或其他部位侵入，形成侵入線(xiàn)，進(jìn)到根的皮層，刺激宿主皮層細胞分裂，形成根瘤，根瘤菌從侵入線(xiàn)進(jìn)到根瘤細胞，繼續繁殖，根瘤中含有根瘤菌的細胞群構成含菌組織。根瘤菌進(jìn)入這些宿主細胞后被一層膜套包圍，有些菌在膜套內能繼續繁殖，大量增加根瘤內的根瘤菌數，以后停止增殖，成為成熟的類(lèi)菌體；宿主細胞與根瘤菌共同合成豆血紅蛋白，分布在膜套內外，作為氧的載體，調節膜套內外的氧量。類(lèi)菌體執行固氮功能，將分子氮還原成NH3，分泌至根瘤細胞內，并合成酰胺類(lèi)或酰尿類(lèi)化合物，輸出根瘤，由根的傳導組織運輸至宿主地上部分供利用。與宿主的共生關(guān)系是宿主為根瘤菌提供良好的居住環(huán)境、碳源和能源以及其他必需營(yíng)養，而根瘤菌則為宿主提供氮素營(yíng)養。
三、共生過(guò)程
當豆科植物在幼苗期，土壤中的根瘤菌便被其根毛分泌的有機物吸引而聚集在根毛的周?chē)?，并大量繁殖。同時(shí)產(chǎn)生一定的分泌物，這些分泌物刺激根毛，使其先端卷曲和膨脹，同時(shí)，在根菌瘤分泌的纖維素酶的作用下，根毛細胞壁發(fā)生內陷溶解，隨即根瘤菌由此侵入根毛。 在根毛內，根瘤菌分裂滋生，聚集成帶，外面被一層粘液所包，形成為感染絲，并逐漸向根的中軸延伸。同時(shí)，在根瘤菌的刺繳下，根細胞相應地分泌出一種纖維素，包圍于感染絲之外，形成了具有纖維素鞘的內生管，又稱(chēng)侵入線(xiàn)。根瘤菌順侵入線(xiàn)進(jìn)入幼根的皮層中。
在皮層內，根瘤菌迅速分裂繁殖，皮層細胞受到根瘤菌侵入的刺繳，也迅速分裂，產(chǎn)生大量的新細胞。致使皮層出現局部的膨大。這種膨大的部分，包圍著(zhù)聚生根瘤菌的薄壁組織，從而形成了外向突出生長(cháng)的根瘤。
之后，含有根瘤菌的薄壁細胞的細胞核和細胞質(zhì)逐漸被根瘤菌所破壞而消失，根瘤菌相應地轉為擬菌體（bacterioid）。
主根瘤菌剛剛進(jìn)入豆科植物根部的時(shí)候，并不能固氮，只能發(fā)展到擬菌體階段，才能進(jìn)行固氮作用。
在根瘤內，根瘤菌從豆科植物根的皮層細胞中吸取碳水化合物、礦質(zhì)鹽類(lèi)及水分。以進(jìn)行生長(cháng)和繁殖。同時(shí)它們又把空氣中游離的氮通過(guò)固氮作用固定下來(lái)，轉變?yōu)橹参锼芾玫暮衔?，供植物生活所需。這樣，根瘤菌與根便構成了互相依賴(lài)的共生關(guān)系。
由于根菌瘤在生活過(guò)程中分泌一些有機氮到土壤中，加之，根瘤在植物的生長(cháng)末期會(huì )自行脫落，從而大大提高了土壤的肥力。據估測，一畝苜蓿年均可積累40斤氮肥，相當于200斤硫銨。并可增加土壤中的腐殖質(zhì)。
由于有些土壤中沒(méi)有與豆科植物共生的根瘤菌，同時(shí)不同豆科植物需要與不同類(lèi)型的根瘤菌共生，因此在農業(yè)上采取在播種豆科植物時(shí)，將其與根瘤菌制劑攪抖，以便給豆科作物形成根瘤創(chuàng )造條件。據調查，采用該方法播種，可使大豆、花生增產(chǎn)10%以上。
四、主要用途
雖然空氣成分中約有80%的氮，但一般植物無(wú)法直接利用，花生、大豆、苜蓿等豆科植物，通過(guò)與根瘤菌的共生固氮作用，才可以把空氣中的分子態(tài)氮轉變?yōu)橹参锟梢岳玫陌睉B(tài)氮。在種子發(fā)芽生根后，根瘤菌從根毛入侵根部，在一定條件下，形成具有固氮能力的根瘤，在固氮酶的作用下，根瘤中的類(lèi)菌體將分子態(tài)氮轉化為氨態(tài)氮，與此同時(shí)，每個(gè)根瘤就是一座微型氮肥廠(chǎng)，源源不斷地把氮輸送給植株利用。豆科作物周?chē)耐林?zhù)根瘤菌數量很少，難以滿(mǎn)足作物生長(cháng)的需要。世界上的豆科作物都需要人工接種根瘤菌劑，根瘤菌劑給農作物生產(chǎn)的氮肥不會(huì )有環(huán)境污染，不需長(cháng)途運輸，使用過(guò)程中沒(méi)有氮流失，而人工施用化學(xué)氮肥流失率往往大于50%。 當豆科作物萌發(fā)并長(cháng)出根毛后，根瘤菌受根毛分泌的凝集素的刺激和吸引，大量聚集在根際和根表上。根毛與根瘤菌接觸后，首先是細胞壁變軟，發(fā)生根毛卷曲，然后是細胞壁內陷，根瘤菌隨之侵入根毛，直至根的皮層，根瘤菌在皮層大量繁殖并轉變?yōu)轭?lèi)菌體，此時(shí)根部皮層大量增生，形成瘤狀組織，最后突出根部形成根瘤，當有效根瘤的剖面呈粉紅色時(shí)，說(shuō)明根瘤進(jìn)入成熟階段，開(kāi)始固氮，并向植株提供氮素。人工接種結瘤固氮性能優(yōu)良的根瘤菌來(lái)提高共生固氮效率。
