フランキア属
菌糸、ベシクル、胞子(胞子のう)の3つのタイプの細胞に分化する。通常は、一般的な放線菌と同様に菌糸として生育する。細胞間には細胞壁(隔壁)が存在し、多細胞性の菌糸である。培地中の窒素源が欠乏すると、ベシクルと呼ばれる球状の細胞を分化させ、そこで窒素固定反応を行う。ベシクルを分化させて窒素固定を行う生物は、フランキアしか見つかっていない。根粒内では、ほとんどのフランキアの細胞はベシクルに分化している。ただし、モクマオウの根粒は例外で、ベシクルへの分化がまったく見られない。窒素やリンが欠乏すると、胞子(胞子のう)を形成する。胞子の発芽率は株により大きく異なる。DNAを含まない胞子が形成されることもある。
ベシクル膜がガスの拡散を制限するという仮説は、次のような実験により支持されている。Murryらはベシクルを含む培養液と含まない(アンモニア存在下で培養した)培養液とを用いて、さまざまな酸素濃度下で呼吸活性を測定した。その結果、飽和レベルの呼吸活性を与えるために必要な酸素濃度は、ベシクルを含む培養液のほうが高かった。つまり、ベシクル膜は酸素の拡散を阻害するため、細胞内の呼吸鎖に十分な酸素を供給するためにはより高い濃度の細胞外酸素が必要だと解釈された。
フランキアを0.3 kPa以下という非常に低い酸素分圧(大気圧での酸素分圧は20 kPa)で培養すると、ベシクルを形成することなく窒素固定を行う。また、最高の窒素固定活性を与える酸素分圧は、フランキアを培養した酸素分圧によって変化する。20 kPaの酸素分圧で培養したフランキアは20 kPaで最高の窒素固定活性を示し、5 kPaの場合は5 kPaで最高値を示すという具合である。その際、ベシクル膜は酸素分圧が高いほど厚くなる。これらの結果は、窒素固定に最適なベシクル膜の厚さは酸素分圧により異なることを示唆する。すなわち、フランキアを培養時より低い酸素分圧に移す場合、既に作られているベシクル膜では厚すぎて呼吸に必要な酸素を十分獲得することができず、逆にフランキアを培養時より高い酸素分圧に移す場合は、ベシクル膜が薄すぎて酸素による窒素固定酵素の阻害が起こってしまう。