Cuando las plantas no pueden obtener por sí solas del suelo todos los nutrientes necesarios para su desarrollo recurren a establecerse en simbiosis con los microorganismos que puedan proporcionárselos. Unas veces, caso de las leguminosas, le ceden nitrógeno, y otras, como los hongos formadores de micorrizas, diferentes elementos y especialmente fósforo.
El nitrógeno es el factor limitante más importante en la producción vegetal cuando las necesidades de los cultivos por el agua están cubiertas, por lo que ha de ser aplicado en grandes cantidades para conseguir rendimientos aceptables. Hay un grupo de bacterias del suelo que es capaz de proporcionar directa o indirectamente a las plantas este nutriente transformando en asimilable el nitrógeno del aire. Las bacterias conocidas como rizobios pasan ese nitrógeno inerte a las plantas a través de sus raíces donde forman unas tumoraciones, que se llaman nódulos, cuyas células están ocupadas por estos microorganismos. Funcionan como auténticas fábricas biológicas de amoníaco.
Realizan la misma labor que la industria fabricante de abonos, utilizando los productos de la fotosíntesis que llegan a la raíz desde las hojas en lugar de combustibles fósiles como utiliza aquella. Es una forma limpia y barata de suministrar a las plantas el nitrógeno que requieren.
Sin embargo, este sistema presenta una gran limitación, pues esta asociación sólo se da entre rizobios y leguminosas, quedando fuera cultivos tan importantes en la alimentación humana y animal como el trigo, arroz o maíz. No es necesario fertilizar, por tanto, con nitrógeno las habas, lentejas, garbanzos, soja, etc., y al mismo tiempo que el ahorro económico y el bajo coste ecológico que esto supone, estas plantas enriquecen el suelo para cosechas posteriores de cereales. De ahí, la rotación de cultivos.
El uso de inóculos preparados con rizobios se lleva a cabo prácticamente desde su descubrimiento en 1888. La mayoría de los suelos contienen ya estas bacterias, pero dada la especificidad que presentan por su hospedador es ineludible inocular cuando se cultiva una leguminosa en un lugar donde no ha crecido nunca, por ejemplo, soja fuera del oriente asiático, o bien quieren utilizarse otras bacterias seleccionadas que muestran mejores características que las naturales del suelo.
El avance en los conocimientos conseguidos en los últimos tiempos sobre esta simbiosis rizobio-leguminosa, permite augurar para un futuro no muy lejano la transferencia a plantas no leguminosas de la capacidad de utilizar el nitrógeno del aire, redimiendo así de la servidumbre de la fertilización nitrogenada a los cereales base de la alimentación. Tarea ardua por la complejidad del sistema pero no imposible.
En el fósil de plantas más antiguo que se conoce, de unos 420 millones de años, ya se puede apreciar la presencia de hifas de hongos en sus raíces. Prácticamente todas las plantas forman con hongos lo que se conoce como micorrizas, una simbiosis que permite una mayor exploración del suelo y por tanto una mejor nutrición de la planta al actuar las hifas del hongo como una prolongación natural de la raíz.
Las setas que se ven en el suelo de los bosques son la parte aérea de los hongos que han infectado las raíces de las plantas cercanas y crecen aprovechándose de la fotosíntesis de su hospedador. A cambio de esta servidumbre, la planta recibe nutrientes que sin su concurso no podría adquirir, entre ellos el fósforo, muy poco móvil en el suelo y bastante más rápido a lo largo de las hifas. Muchos hongos que forman micorrizas no se ven, unos por no salir al aire, como las trufas, y otros por ser microscópicos, pero todos realizan la misma función; aparte de su papel en la nutrición, también proporcionan una mayor protección a condiciones ambientales desfavorables, como la sequía.
Un inconveniente que presenta la utilización de los microorganismos, que forman endomicorrizas con el 80 por ciento de las especies vegetales, frente a los rizobios, es su incapacidad para crecer en ausencia de la planta lo que limita la preparación de los correspondientes inoculantes. Hoy por hoy esta limitación se salva en parte utilizando suelo proveniente de la rizosfera (zona de suelo que rodea el sistema radical de las plantas) de un cultivo bien micorrizado.
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