主根瘤菌剛剛進入豆科植物根部的時候，并不能固氮，只能發展到擬菌體階段，才能進行固氮作用。
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，轉變為植物所能利用的含氮化合物，供植物生活所需。這樣，根瘤菌與根便構成了互相依賴的共生關系。
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。
慢生根瘤菌在培養基上需要6~8天才能明顯地生長并產生堿性反應，大豆和豇豆根瘤菌生長緩慢。實驗室培養的根瘤菌在顯微鏡下呈短桿狀。像大多數生物一樣，它們需要空氣（O2）的供應才能生存，可以通過一種叫作鞭毛的特殊絲狀結構移動。
并非所有的根瘤菌都能使所有的豆科植物結瘤，特定的根瘤菌與特定的豆科植物或豆科植物群形成共生關系。當豆科植物和根瘤菌匹配良好時，有效瘤體內部呈深紅色；內部綠色或白色的瘤體是無效的。不同生態系統中存在的根瘤菌種類繁多，而今確定的有15屬130種。當某些新的豆科作物被引入新的地區或當土壤中存在無效和不相容的根瘤菌時，需要接種根瘤菌。接種根瘤菌菌株，是發揮共生固氮作用、減少氮肥用量的可行途徑。
土壤中根瘤菌的數量受植被、種植歷史、降雨、土壤溫度、pH值等因素影響。在許多農用土壤中，豆科植物、非豆科植物都能促進根瘤菌的生長，豆科植物栽培區土壤中根瘤菌數量非豆科植物栽培區，且根際土壤中根瘤菌的數量較大。
多年未種植豆科植物的土壤中只有少量的根瘤菌。降雨充足的地區往往有大量的根瘤菌，根瘤菌喜歡潮濕但不積水的土壤。根瘤菌適宜土壤溫度是25~30℃，適pH值為6.0~6.8。
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