固氮微生物是一类能通过固氮酶将大气氮气（N₂）还原为氨（NH₃）的原核生物（细菌和蓝藻），按与植物关系分为共生、自生和联合三类；其核心机制依赖对氧敏感的固氮酶，需厌氧微环境、大量ATP及电子供体催化N₂ + 6H⁺ + 6e⁻ → 2NH₃。固氨微生物包括细菌、放线菌和蓝细菌等原核微生物，共有200余属(截至2006年统计)。有自养菌，也有异养菌，有光能营养型，也有化能营养型；有好氧菌、厌氧菌，也有兼性型。‌‌

·         1、‌共生固氮‌：共生固氮微生物一般需要，与其他种生物共生，才能固定N2，或者才表现旺盛的固氮作用。如‌根瘤菌属‌（与豆科植物）或‌弗兰克氏菌属‌（与桤木、沙棘等非豆科植物），在根瘤或泡囊中形成专一结构，植物提供碳源与低氧环境（豆血红蛋白缓冲O₂），微生物表达‌nif基因编码的钼铁固氮酶‌（FeMoCo活性中心）固定N₂。

·         2、‌自生固氮‌：自生固氮微生物能独立固氮，在固氮酶作用下将 N2转化成NH3,不释放到环境中，进一步合成氨基酸，组成自身蛋白质。只有当固氮微生物死亡后，通过氨化作用才被植物吸收。它的固氮效率低。自生固氮微生物的种类很多，包括好氧、兼性厌氧和厌氧的各个类群。如‌固氮菌属‌（好氧，靠呼吸保护）、‌梭菌属‌（厌氧）、‌鱼腥藻/念珠藻等蓝藻‌（具异形胞隔绝O₂），独立生活，固氮仅在低化合氮（如NH₄⁺）条件下启动，受‌nif调控网络‌抑制（高氮阻遏）。

·         3、‌联合固氮‌：联合固氨微生物是一类必须生活在植物根系、叶面或动物肠道等处才能固氮的微生物，如产脂固氮螺菌、雀稗固氮菌(Azotobacterpaspali)。它们既不同于共生固氨微生物(不形成根瘤等特殊结构)，也不同于自生固氮微生物，它们有较强的宿主专一性，并且固氮作用比在自生条件下强得多。如‌固氮螺菌属‌定殖于甘蔗、水稻根表或皮层间隙，不形成根瘤但受根系渗出物刺激增强固氮，效率介于共生与自生之间。‌‌

4、固氮微生物作用：生物固氮能提高土壤肥力。长期以来人们一直重视利用其固氮特性。现已制成根瘤菌剂、联合固氮菌剂等各种固氮菌剂用于农业生产，增产效果显著。固氮酶由‌铁蛋白（Fe蛋白）‌ 和‌钼铁蛋白（MoFe蛋白）‌ 组成，反应需‌Mg-ATP供能（每N₂约16–24 ATP）‌、‌铁氧还蛋白/黄素氧还蛋白递电子‌，且‌严格厌氧‌（氧可致不可逆失活）；产物NH₃被宿主或微生物同化为氨基酸，驱动氮循环。全球年生物固氮量约 ‌63–175 Tg N‌，占自然固氮90%以上，是可持续农业关键氮源。‌‌

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