自由生活在土壤或水域中,能独立进行固氮作用的某些细菌。以分子态氮为氮素营养,将其还原为NH3,再合成氨基酸、蛋白质。包括好氧性细菌,如固氮菌属、固氮螺菌属以及少数自养菌;兼性厌氧菌,如克雷伯氏菌属;厌氧菌,如梭状芽孢杆菌属的一些种。还有光合细菌如红螺菌属、绿菌属以及蓝细菌(蓝藻),如鱼腥藻属、念珠藻属等。