高效固氮生物学基础与农业应用重大科研任务由中国农业科学院的生物技术研究所联合深圳农业基因组研究所、农业资源与农业区划研究所和蔬菜花卉研究所5个创新团队共同承担。
该团队将针对天然生物固氮体系的能力缺陷和我国固氮微生物产业发展的瓶颈问题，在建立和完善功能基因组学、表观遗传学、合成生物学和根际微生物组学等前沿学科的基础上，揭示固氮基因模块和线路的适配机制与系统优化机制，创制新一代高效固氮微生物产品，为高效固氮体系应用于农业生产，促进我国农业高质量绿色发展提供重要理论指导和技术支撑。
项目的3~5年近期目标（生物固氮1.0版）是克服天然固氮体系缺陷，创制新一代高效根际固氮微生物产品，在田间示范条件下替代化学氮肥25%；10年中期目标（生物固氮2.0版）是扩大根瘤菌宿主范围，构建非豆科作物结瘤固氮的新体系，在确保产量的同时减少化学氮肥用量50%；15年远期目标（生物固氮3.0版）是探索作物自主固氮的新途径，在确保产量的同时大幅减少甚至完全替代化学氮肥。
不合理的氮肥施用带来严重的土壤退化、环境污染和食品安全等问题，已成为我国保障粮食安全和生态安全的重大障碍。利用生物固氮部分或完全替代化学氮肥在农业生产中应用意义重大，是当前国际合成生物学研究的前沿，也是一个世界性的农业科技难题。