A fixação biológica de nitrogênio constitui uma tecnologia viável para o input de N na agricultura, visando sistemas agrícolas sustentáveis. Em gramíneas, a exploração do potencial das associações entre macro e microssimbionte depende, principalmente, na maioria dos casos, da identificação dos diazotróficos envolvidos. Neste trabalho, procurou-se: isolar, identificar e caracterizar serológica e bioquimicamente diazotróficos associados com estas culturas, com ênfase em milho e sorgo; avaliar as respostas de diferentes genótipos de milho cultivados em solução nutritiva à inoculação com Azospirillum spp. homólogos. A partir de amostras de solo, raízes de diferentes espécies de plantas, e seiva, estigma, grãos imaturos de milho foram obtidos e selecionados diferentes diazotróficos. Os resultados mostraram ampla distribuição das espécies A lípoferum e A. brasilense nas amostras analisadas dentre as bactérias identificadas, independentemente da planta hospedeira. Entretanto, encontrou se grande número de isolados que não se enquadrou nestas espécies de acordo com as características morfológicas, fisiológicas e bioquímicas utilizadas como parâmetros de identificação. A caracterização serológica efetuada com os soros policlonais específicos obtidos contra as espécies de A. lipoferum, A. brasilense e A. amazonense, resultou em 6 serogrupos distintos entre os 157 isolados testados, utilizando-se das técnicas de ELISA. As técnicas ELISA e DIBA foram igualmente sensíveis para a diferenciação das espécies de Azospirillum em cultura pura. Mas, para a detecção de endofíticos em seiva de plantas, o teste DIBA mostrou-se aparentemente superior. Encontrou-se predominância quase absoluta de endófitos naturais antigenicamente próximos de A. lipoferum em seiva de milho e de sorgo, sugerindo ser esta espécie importante nestas plantas e indicando uma elevada especificidade nas interações bactéria-cereais. A caracterização bioquímica, através do kit API 20E confirmou a grande variabilidade entre os isolados. A inoculação com Azospirillum spp. homólogos estimulou a atividade da redutase do nitrato em folhas de milho, bem como, resultou em maior eficiência na absorção e acúmulo da mairia dos macro nutrientes, especialmente N, e dos micronutrientes na parte aérea de milho, sendo esses efeitos dependentes do genótipo da planta. Os resultados mostram a possibilidade de se selecionar genótipos de milho superiores para fixação biológica de N₂