Bakteri "Rhizobium" memfiksasi N

Pada tumbuhan kacang-kacangan, yang berperan adalah species bakteri dari tiga genus yang sekerabat "Rhizobium" , Bradyrhizobium dan Azorhizobium. Rhizobium umumnya efektif hanya pada satu species kacang-kacangan. 

Semua bakteri rhizobium adalah bakteri aerobik yang bertahan secara saprofit di dalam tanah sampai mereka menginfeksi bulu akar atau kadang-kadang sel epidermis yang rusak. 

Pembentukan bintil akar 

• rambut akar mengeriting dan mengelilingi bakteri, pengeritingan ini disebabkan oleh molekul yang tidak dikenal yang dilepaskan dari bakteri. Gen rhizobium yang mengendalikan produksi molekul tersebut yang menyebabkan pengeritingan diaktifkan mula-mula oleh senyawa yang dilepaskan oleh akar.
• Enzim dari bakteri merombak bagian dinding sel sehingga bakteri dapat masuk ke dalam sel rambut akar.
• Rambut akar membentuk struktur seperti benang yang disebut benang infeksi, yang terdiri dari membran plasma lurus dan memanjang dari sel yang terserang, bersamaan dengan pembentukan selulosa baru disebelah dalam membran ini.
• Bekteri membelah dengan cepat di dalam benang yang menjalar masuk dan menembus melalui dan diantara sel korteks.
• Di sel korteks sebelah dalam, bakteri dilepas ke dalam sitoplasma dan merangsang beberapa sel (khususnya sel tetraploid) untuk membelah.
• Pembelahan menyebabkan proliferasi jaringan, membentuk bintil akar dewasa yang terbuat sebagian besar dari sel tetraploid yang mengandung bakteri dan beberapa sel diploid tanpa bakteri.
• Tiap bakteri yang membesar dan tidak bergerak disebut bakteroid. Sel bintil akar lazimnya mengandung beberapa ribu bakteroid. 

Bakteroid biasanya berada di sitoplasma dalam kelompok, biasanya dikelilingi oleh membran yang disebut membran peribakteroid. Antara membran peribakteroid dan kelompok bakteroid terdapat daerah yang disebut ruang peribakteroid. Di luar ruang peribakteroid, di sitoplasma tumbuhan terdapat protein yang dinamakan leghemoglobin, molekul ini berwarna merah karena gugus heme menempel sebagai gugus protestik ke protein globin yang tidak berwarna. Leghemoglobin menyebabkan bintil akar kacang-kacangan berwarna merah muda. Leghemoglobin diperkirakan berfungsi mengangkut O2 ke bakteroid. Penambatan nitrogen di bintil akar terjadi secara langsung di dalam bakteroid. Tumbuhan inang menyediakan karbohidrat bagi bakteroid yang akan dioksidasi sehingga diperoleh energi. Sukrosa adalah bentuk karbohidrat yang umum dan banyak diangkut, paling tidak pada tumbuhan kacang-kacangan. 

Pada umumnya, faktor yang meningkatkan fotosintesis seperti kelembaban yang cukup, suhu hangat, sinar matahari yang terang dan konsentrasi CO2 yang tinggi, terbukti meningkatkan penambatan nitrogen. 

Tahap pertumbuhan juga mempengaruhi penambatan N2. Laju penambatan tertinggi setelah pembungaan ketika permintaan akan nirogen di dalam biji dan buah yang sedang berkembang meningkat. Sekitar 90% penambtan N2 pada tanaman tersebut terjadi selama periode perkembangan reproduktif dan 10% pada dua bulan pertama masa vegetatif. Hasil tanaman kacang-kacangan biasanya tidak dapat ditingkatkan dengan pupuk nitrogen, sebab penambatan N2 menurun sejalan dengan penambatan jumlah pupuk nitogen yang diserap, penurunan ini akibat dari penghambatan penempelan rhizobium ke rambut akar, pelambatan tumbuhnya bintil akar, penghambatan penambatan di dalam bintil akaryang telah terbentuk, dan kematian bintil akar yang lebih cepat apabila NO3- atau NH4+ ditambahkan. 

Perubahan Nitrogen Selama Perkembangan Tumbuhan 

Metabolisme nitrogen pada biji yang berkecambah 

• Di sel penyimpanan pada semua biji, protein cadangan disimpan pada struktur ikatan membran yang dinamakan benda protein. Benda protein bukan merupakan protein murni, tapi juga mengandung banyak fosfat, magnesium dan kalsium cadangan biji.
• Fosfat diesterifikasi menjadi enam gugus hidroksil dari gula alkohol enam karbon yang dinamakan myoinositol. Produk dari esterifikasi disebut fitat, dan ionisasi H+ dari guguis fosfat memungkinkan Mg2+, Ca2+, Zn2+, dan mungkin K+ untuk membentuk garam yang dinamakan fitin atau kadangkala fitat. Fitin biasanya menempel pada protein di benda protein.
• Imbibisi air oleh biji kering menyebabkan berlangsungnya berbagai reaksi kimia sehingga terjadi perkecambahan dan perkembangan kecambah. Protein di dalam benda protein dihidrolisis oleh proteinase (protease) dan peptidase menjadi asam amino dan amida.
• Beberapa asam amino dan amida yang dilepaskan selama proses hidrolosis protein di dalam biji akan digunakan untuk membentuk protein baru yang khusus, asam nukleat dsb. Tapi sebagian besar diangkut melalui floem ke sel yang sedang tumbuh di akar dan tajuk.
• Akar muda segera menyerap NO3- dan NH4+, dan asimilasi nitrogen untuk tumbuhan yang sedang tumbuh lainnya mulai lagi.