การตรึงไนโตรเจน (nitrogen fixation) คือ กระบวนการที่สิ่งมีชีวิตนำแก๊สไนโตรเจนจากบรรยากาศมาเปลี่ยนเป็นโมเลกุล (ส่วนมากเป็นแอมโมเนีย) ที่สามารถนำไปใช้ได้ในสิ่งมีชีวิตได้อย่างเหมาะสม ซึ่งจะเป็นองค์ประกอบหลักของโปรตีน และสารอื่นๆ ที่มีไนโตรเจนเป็นส่วนประกอบ
การตรึง : มีความหมาย 2 ด้าน คือ

      1. กระบวนการเปลี่ยนธาตุอาหารในดินรูปที่เป็นประโยชน์ กลายเป็นรูปซึ่งพืชใช้ประโยชน์ไม่ได้ โดยปกติมักกล่าวถึงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับฟอสเฟตแอมโมเนียม และโพแทสเซียม ซึ่งทำให้ความเป็นประโยชน์ของธาตุเหล่านี้ลดลงไป

     2. กระบวนการที่เป็นประโยชน์ เช่น การตรึงไนโตรเจน คือ กระบวนการแปรสภาพแก๊สไนโตรเจนมาเป็นองค์ประกอบแอมโมเนียมหรือแอมโมเนีย ซึ่งมีอยู่ 2 แบบ คือ

         2.1 การตรึงไนโตรเจนของไรโซเบียม และจุลินทรีย์ดินที่ดำรงชีพโดยอิสระอื่นๆ (ดู nitrogen fixation ประกอบ) ดังสมการ

                

         2.2 การตรึงไนโตรเจนในกระบวนการอุตสาหกรรม เป็นการสังเคราะห์แอมโมเนียจากแก๊สไนโตรเจนและไฮโดรเจนภายใต้อุณหภูมิและความดันสูง ดังสมการ

                

         เป็นที่น่าอัศจรรย์เมื่อพบว่าสิ่งมีชีวิตที่สามารถตรึงไนโตรเจนได้เป็นพืชตระกูลถั่ว และไม่พบในพืชชั้นสูงชนิดอื่น สิ่งมีชีวิตชนิดนั้นคืออะไร คำตอบก็คือ แบคทีเรียที่ชื่อว่าไรโซเบียมนั่นเอง ซึ่งจะอาศัยอยู่ในปมรากถั่ว ดังรูป

พืชทั่วไป

พืชตระกูลถั่ว

การเจริญเติบโตของไรโซเบียมในดิน

       การเข้าสู่ราก รากพืชปลูกจะปล่อยสารประกอบกรดอะมิโน (tryptophan) ไรโซเบียมเปลี่ยน tryptophan ไปเป็น auxin กระตุ้นให้ปลายรากโค้งงอ เกิดเอนไซม์ cellulase และ pectinase มาละลายผนังเซล ไรโซเบียมสร้างหลอดหุ้มตัวมัน แล้งงอกเข้าไปในช่องที่เกิดจากการละลายผนังเซลล์

      การสร้างปม เมื่อไรโซเบียมสร้างหลอดแล้วเข้าไปในผนังเซลล์ เกิดการแบ่งตัวเพิ่มจำนวน ทำให้เซลล์พืชเกิดอาการระคายเคือง อักเสบขยายใหญ่กลายเป็นปม

สิ่งมีชีวิตที่สามารถตรึงไนโตรเจนได้

      แบคทีเรียเป็นสิ่งมีชีวิตที่สามารถตรึงไนโตรเจนได้ซึ่งแบคทีเรียบางชนิดอยู่ได้ด้วยตัวเองไม่ขึ้นอยู่กับสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น เรียกว่า แบคทีเรียตรึงไนโตรเจนแบบอิสระ ส่วนแบคทีเรียชนิดอื่นจะอาศัยร่วมกับพืช หรือ กับสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น เช่น โปรตัวซัว ตัวอย่างแสดงดังตาราง