生物细胞内有三大重要的生理作用：几乎所有的生物进行呼吸作用，绝大多数的植物进行光合作用，某些固氮菌进行生物固氮。前两者的代谢路径早已研究清楚，也为最广大人所熟悉。生物固氮研究也有上百年的历史，可至今它的分子机理尚未完全弄清楚。生物固氮大的方面有固氮微生物资源和固氮体系、固氮的分子机理、海洋生物固氮、固氮的基因组学和蛋白质组学，归结一点，其他三者皆为分子机理服务，而弄清楚分子机理无非是获得最佳生物固氮体系（包括共生固氮、联合（内生）固氮）和建立非豆科植物的自主固氮体系，如何提高生物固氮效率、克服宿主特异性、扩大共生植物结瘤固氮范围、建立自主固氮体系所服务，进而通过适当的方式将生物固氮机制引入非豆科植物尤其是农作物中，进而建立起非豆科植物的固氮新体系，这是现代农业科学研究中当务之急而又富有挑战性的研究课题。