根瘤菌細胞皇桿狀，有鞭毛和莢膜，不生芽孢。革蘭氏染色陰性。在根瘤中生活的菌體呈梨形、棍棒形或“T”“X”“Y”等形狀，這種變形的菌體稱類菌體。每種根瘤菌都只能在一種或幾種豆科生物上形成根瘤，建立共生關(guān)系，表現(xiàn)出各自的專一性。 [3]

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的，屬內(nèi)暫有一種，即曾經(jīng)稱為大豆根瘤菌的大豆慢生根瘤菌。上述兩屬細菌時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。本屬細菌能夠通過外傷入侵多種雙子葉植物和裸子植物，致使植物細胞轉(zhuǎn)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(nèi)各個種誘發(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(nèi)澤爾發(fā)表的1屬細菌。其表現(xiàn)性狀與前述3屬相近，特點是在紫金牛科和茜草科中某些熱帶種的葉片上形成共生葉瘤。細菌在葉瘤內(nèi)也呈多態(tài)，但是否能共生固氮還沒能斷定。共有兩個種：紫金牛葉桿菌和茜草葉桿菌。

主根瘤菌剛剛進入豆科植物根部的時候，并不能固氮，只能發(fā)展到擬菌體階段，才能進行固氮作用。
在根瘤內(nèi)，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)鹽類及水分。以進行生長和繁殖。同時它們又把空氣中游離的氮通過固氮作用固定下來，轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锼芾玫暮衔铮┲参锷钏琛＿@樣，根瘤菌與根便構(gòu)成了互相依賴的共生關(guān)系。

由于根菌瘤在生活過程中分泌一些有機氮到土壤中，加之，根瘤在植物的生長末期會自行脫落，從而大大提高了土壤的肥力。據(jù)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)。

由于有些土壤中沒有與豆科植物共生的根瘤菌，同時不同豆科植物需要與不同類型的根瘤菌共生，因此在農(nóng)業(yè)上采取在播種豆科植物時，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(jù)調(diào)查，采用該方法播種，可使大豆、花生增產(chǎn)10%以上。

在實驗室里，根瘤菌生長在一種叫作酵母甘露醇瓊脂的特殊培養(yǎng)基上。根瘤菌主要分為快速生長的根瘤菌和緩慢生長的慢生根瘤菌兩個屬。快速生長的根瘤菌在培養(yǎng)基上一般2~3天內(nèi)明顯生長，產(chǎn)生酸生長反應(yīng)，豌豆、蠶豆、苜蓿和鷹嘴豆等分離出的根瘤菌生長迅速；