光合菌在農業應用方面，光合菌常被用來做為土壤改良資材，不僅能修復因長期使用化學肥料與農藥導致酸化、鹽化的土地，也可提昇作物的品質、產量以及抗病能力 (ref)。光合菌幫助作物提升產量與品質的機制如下：
1. 生成植物生長賀爾蒙
光合菌具有合成多種植物生長賀爾蒙的能力，如吲垛乙酸 (indole-3-acetic acid, IAA) 及 5-氨基酮戊酸 (5-aminolevulinic acid, ALA) (Rajasekhar et al., 1999)，前者是主要的植物生長激素，能刺激細胞分裂，促進植物根系發展，讓植物吸收更多的水份和養份，也有助於植株地上部的發育，包括擴大葉面積及莖的延長，可增進植物行光合作用的效率 (Koh et al., 2007)；而 ALA 為維生素 B12、血紅素、葉綠素等的前驅體，低濃度的 ALA 可提升植株的葉綠素含量，提高植物的光合作用效率，進而增加對於鹽害等逆境的耐受性。此外，高濃度的 ALA 亦可作為一種生物可降解性除草劑 (Koh and Song, 2007)。
2. 固氮作用
紫色非含硫光合菌 (purple non-sulfur bacteria) 可利用細胞內的固氮酵素 (nitrogenase) 將空氣中的氮氣轉化成生物體可利用的氨態氮 (NH4+) (Drews and Imhoff, 1991; Ludden and Roberts, 1995; Madigan, 1995)。當光合菌 Rhodopseudomonas capsulata 添加到缺氮的水田中，可以有效提升植株重量及組織中的氮含量，而藉由 15N 同位素標定的方式知道水稻幼苗植株中的氮來自於光合菌的固氮作用 (Maudinas et al., 1981)。
3. 溶解土壤中不溶性磷化物
磷酸根離子 (PO43-) 易與土壤礦石中之陽離子（鈣、鐵、鋁、鎂等）結合，形成不溶性的無效磷化合物，加上磷的流失性小，及作物不易吸收利用等特性，常會造成磷在農田中累積。利用光合菌能溶解這些無效性的磷化合物，並將之轉化成植物能利用的有效性磷，進而增加作物產量 (Koh et al., 2007)。
4. 合成營養物質
光合細菌利用植物根的分泌物來合成多糖類、胺基酸、核酸、維生素等養分，並再度分泌到根圈中，可以直接被植物吸收。此外，其次級代謝產物亦有抑制病原菌的效果，在水稻根圈更可以有效除去硫化氫等有害物質，降低根腐病的發生 (Daly & Stewart, 1999; Elbadry et al., 1999; Harada et al., 2005; Higa & Wididana, 1991; Higa & Parr, 1994; Hirotani et al., 1991; Hunter et al., 2009; Hussain et al., 1999; Hussain et al., 2002; Lee et al., 2009; Parr & Hornick, 1992; Sasikala et al., 1995)。
5. 去除土壤中有毒物質
長期使用慣行農法耕作的農地，由於土壤理化性質惡化，常會累積許多有毒物質，如硫化氫，胺類化合物等，某些光合菌對於這些有毒物質具有相當的耐受性，甚至能以硫化物作為光合作用的電子供給者 (Hansen and Imhoff, 1985; Hansen and van Gemerden, 1972; Imhoff, 1983; Neutzling et al., 1984)，進而達到分解硫化物的作用，例如常見的紫色非含硫光合菌 Rhodopseudomonas palustris。
文／國立臺灣大學生物科技研究所 劉啟德助理教授