1.蓝藻固氮
微藻细胞有着天然超强的生物固氮作用，是唯一非固氮菌固氮方式，它含有的固氮酶能固定大气中的分子态氮，合成氨基酸和蛋白质，从而减少植物对氮素肥料的需求＞20- 30%；
2.氮的转化
氮是核酸和蛋白质等生物大分子的主要化学成分，是构成生物体的必需元素。大气中有79%的氮以N2形式存在。所有动、植物和大多数微生物不能直接利用分子态氮，而只能利用离子态氮。氮在自然界中的循环包括着许多转化作用，诸如固氮作用，硝化作用(包括氨的氧化、亚硝酸的氧化)、反硝化作用、氨化作用等。大气中的分子态的氮，被固氮微生物(根瘤菌,弗兰克氏菌,光合细菌等)固定形成氨，可被微生物和植物吸收利用转化为有机氮化合物，或被微生物和植物协同作用，转变为NO3-可供植物吸收利用。
存在于植物和微生物体内的有机氮化合物，为动物食用，摄取而转化为动物含氮有机化合物。在此过程中,动物也可将部分的有机氮转变成为氨，当动、植物和微生物中的有机氮化物(尸体,排泄物)被微生物分解时，其中的有机氮部分转化为微生物有机氮化物，大部分以氨的形式释放出来，以再供植物和微生物利用，或被硝化细菌氧化为硝酸盐；硝酸盐可被植物或微生物经过同化硝酸盐还原作用而合成有机氮化物，或可在厌氧条件下反硝化细菌的异化硝酸盐还原作用(反硝化作用)还原为气态氮而返回大自然，这样氮素循环得以完成。
固氮蓝藻的固氮作用需要固氮酶的催化作用，而固氮酶存在于一种特殊的细胞—异形胞，异形胞可以为固氮酶提供无氧环境，因此蓝藻固氮作用的主要场所是异形胞。异形胞和营养细胞是互相共存的，固氮蓝藻在氮充足的情况下不会分化成异形胞，只有受到缺氮胁迫时，在 30℃条件下，异形胞由营养细胞转化而来的特殊细胞。因此，具有固氮能力的标志是：异形胞。铁蛋白和钼铁蛋白是组成固氮酶的两种蛋白质，固氮酶对氧气特别敏感，如果遇到氧气固氮酶就会失去活性。固氮生物大多数是需氧生物，它们通过呼吸作用产生的能量来生存，利用氧气进行呼吸。由于固氮生物的固氮作用必须有固氮酶的参与，所以固氮作用需要在无氧的环境中才可以进行。成熟的异形胞的阻止外界氧气的进入，从而为固氮酶提供微氧环境。
3.氮的重要性
粮食危机严重地影响着人类的生存和发展，是当今世界面临的重大问题之一。而氮是植物所必需的生命元素之一。大气中约有 4 /5 是 N2，但它并不能直接为植物所利用。而固氮蓝藻具有固氮作用，可固定大气中的分子态氮成为氮化合物，同时其具有光合作用，可将CO2 变为碳化合物并放出氧气，从而为自身的固氮提供能源和还原剂。固氮蓝藻一方面利用这些氮化合物提供给自身生长发育，同时还将体内谷氨酸转变成谷氨酰胺和其他氨基酸等含氮化合物，而藻体死亡后经分解又可释放出大量的氨态氮，这些都能提高土壤肥力，改善土壤结构，提高产量。
继1939 年印度学者 De对固氮蓝藻为水稻提供肥料的报道后，美、英等国科学家也进行了试验，证明固氮蓝藻具有肥效；随后，利用在稻田放养固氮蓝藻增肥增产的工作在许多国家如日本、印度、埃及、意大利、美国、菲律宾和以色列都开展起来。瑞典曾测定过在含念珠藻较丰富的旱地里，固氮量可达15～51 kg /hm2。还有人测定森林土壤里固氮蓝藻的固氮量约为10.9kg /hm2，由此可表明固氮蓝藻的固氮量是很可观的，它们就像是大自然中的天然生物氮肥厂，可制造出大量的氮化合物。而且蓝藻固氮在提高了土壤肥力同时还可避免因为施用化肥给土地带来的不良影响，因此其在农业及自然界的氮素循环中都有重要意义。而具有异形胞的蓝藻就是其中的一种固氮蓝藻，研究如何将其应用于农业生产具有深远意义。