有人说现代农作物的增长一靠优良的品种，二靠化肥。足以证明化肥在农业上的作用已被升高到了一个极为重要的地位。目前我们所应用于农作物的化肥不外乎氮、磷、钾三大类，而氮肥又居这些化肥之首，因为氮是植物生长不可缺少的元素。
在我们呼吸的空气中氮气占据了极大的比重，约为79％。然而，空气中的氮对于农作物来说是爱莫能助的，因为空气中的氮是由二个氮原子组成的氮分子，即氮气，而植物体只能吸收利用单个游离的氮原子。植物每天面对着这巨大的天然的氮原料却不能利用，这不能不说是一种遗憾。但是空气中的氮分子也并不是一点作用也不起的，当受到雷击、火山爆发或流星撞击时，空气中的氮分子同样也可以分解成为游离的氮原子与氢、氧等元素结合而被植物体所利用。可是这种天然制造的机会太少了，远远不能满足植物生长的需求。于是全世界各地建成了数以十万计的大中型氮肥厂，来满足植物生长的需要，这仍没有完全解决农作物肥料危机的问题。
在对于氮化肥的研究中，科学家们设计了许多方法，其中最为著名的就是固定氮法，简称固氮法。就是使空气中的游离氮转变成氮化物。然而如要人工固氮建立一个较大的氮肥厂的话，其造价和工程技术都是难以逾越的障碍。科学家们发现一些微生物自身能够将空气中游离的氮气转化为机体所能利用的氮化物，于是科学家们将这些微生物称为之固氮微生物。固氮微生物一般分为两类：一类为在土壤中能独立生活的自生性固氮微生物，包括喜气性的自生性固氮菌、厌气性的固氮梭菌以及某些能固氮的蓝藻等。另一类为与植物营共生的共生性固氮微生物，包括与豆科植物共生的根瘤菌以及其他细菌、放线菌等。由于这些固氮微生物的存在，能够使土壤中的氮含量增加，从而促进农作物的生长。科学家根据观察统计，地球上的微生物年固氮量相当于现今全世界氮肥厂年产量的3倍。这个数字对于我们来说，简直是太可观了。如果将微生物这种固氮方法应用到氮肥的制造上，那么完全可以关闭全世界2／3的氮肥厂。
关于微生物固氮的奥秘，科学家们已有了初步的认识：原来这些微生物体内有一种特殊的酶——固氮酶，尽管众多固氮微生物之间分布与形态上的差别很大，但是在固氮酶的组成上却有着极为相同之处：这些固氮酶都是由钼铁蛋白和铁蛋白组成的复合物，它们将氮分子转化成可利用的氨分子只消一瞬间，其工作效率比工业合成氨高出近千倍。但是这种固氮酶却十分惧怕氧气，只要一遇到氧，就立刻失去了活性，这与其他酶比较起来是较为特别的了。固氮酶在氧的环境中，既没有催化活性，也不能进行生物合成。这些固氮微生物也深知道这种不利的因素，于是它们有的利用高强度呼吸使固氮酶周围的氧迅速耗尽，为固氮创造一个无氧环境，有的将固氮酶包绕在细胞内，以防止氧气的接触。
对于固氮酶为何惧氧，科学家们也作了认真的研究，他们认为：氧可能从四个部位抑制固氮酶的生物活性，即电子受体部分、电子光化学传递部分、三磷酸腺苷水解部分和固氮酶与底物结合的中心部分。至于这些学说是否正确，我们目前还尚无法解答。并且微生物固氮过程对于我们来说也只是一个大概认识，其中的细节过程，我们还并没有完全探明，希望早日揭开这个秘密，将这种固氮的基因转移到农作物上，这样的话我们就无需那么多的氮肥厂了。这一目标能够实现么？目前还无法推测。