陳文新院士：我與根瘤菌的那些年

高妍

陳文新，女，教授，博士生導師，中國科學院院士。

1926年9月23日生于湖南瀏陽，1952年畢業(yè)于武漢大學農(nóng)學院土壤農(nóng)化學系。1958年獲前蘇聯(lián)季米里亞捷夫農(nóng)學院副博士學位。1959年1月回國后在北京農(nóng)業(yè)大學（現(xiàn)中國農(nóng)業(yè)大學）生物學院微生物及免疫學系工作至今，一直從事土壤微生物學與細菌分類學的教學和科學研究。

自二十世紀70年代起，她主持研究我國根瘤菌資源調(diào)查與分類，取得了卓越的成果。多年來，她發(fā)表SCI文章130余篇，被引用4700多次，自中國高被引學者榜單公布以來，她連年入選免疫和微生物學領域榜單;主編出版了《中國根瘤菌》（科學出版社）;她先后獲得農(nóng)業(yè)部科技進步一等獎 （2項），國家教委科技進步二等獎（2項），國家自然科學二等獎、教育部高等學校自然科學一等獎等獎項。她2009年當選新中國成立60周年“三農(nóng)”模范人物，2017年當選中國有機肥行業(yè)突出貢獻人物。

她的工作在國際上有較大影響，1996年當選為國際根瘤菌/土壤桿菌分類分委會委員， 1998年被邀與美國學者一道撰寫“伯杰系統(tǒng)細菌學手冊”第二版根瘤菌部分內(nèi)容。近年來，她熱心于優(yōu)良豆科植物根瘤菌共生體系在農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)中的推廣。

在豆科植物的根系上，通常會綴著些大大小小的“瘤子”，也就是根瘤。根瘤出現(xiàn)，是因為有根瘤菌與植物根系建立了互惠互利的共生關系。

不要小看這些“瘤子”，在豆科植物生長的旺盛時期，它可以不停地把空氣中的氮氣轉(zhuǎn)化成氮肥，供植物生長享用。不夸張地說，一個根瘤就是一座微型氮肥廠，如果根瘤菌與豆科植物相匹配，其固氮效率之高，完全可以滿足植物80%的氮肥需求，大大減少化學氮肥的使用量。

但根瘤菌和豆科植物都具有極大的多樣性，誰和誰才是最匹配、固氮效率最高的呢？有一個人，在近40年的時間里，一直在帶領團隊致力于解決這個難題。

她就是我國著名土壤與環(huán)境微生物學家、中國農(nóng)業(yè)大學教授、中國科學院院士陳文新。踏遍全國32個省（市）600多個縣，發(fā)表2個根瘤菌新屬和40多個新種，保藏近2萬株根瘤菌，建成世界上最大的根瘤菌種資源庫和數(shù)據(jù)庫……便是陳文新和她的團隊在近40年的研究中交出的成績單。

1926年，陳文新出生在湖南瀏陽，其父陳昌是中國共產(chǎn)黨早期湖南學運和工運的領導者之一，曾參加北伐戰(zhàn)爭、南昌起義，也是毛澤東當年在湖南第一師范求學時的同窗摯友。1917年，陳昌與毛澤東同在湖南一師附小任教，同住長沙青山祠，一鍋吃飯，親如一家。1920年，陳文新的母親毛秉琴還操辦了毛澤東和楊開慧的婚事。但是這樣的安穩(wěn)的日子過得并不久。

1930年初，陳昌與楊開慧一起慘遭反動派殺害。母親毛秉琴謹記陳昌犧牲前對她的囑托：“好好撫育三個女兒，繼承父志”。母親心知，讀書成才是她們唯一的出路。但是在那個戰(zhàn)火紛飛的年代，學習是一件極其奢侈的事情。

當時陳文新的大姐在當?shù)氐男W教書，白天，她就跟著大姐上學，晚上則伴著媽媽的紡車借著微弱的燈光學習。這樣，從高小到初中五年的課程，她只斷斷續(xù)續(xù)讀了三年。1942年，陳文新遠赴武岡國立第十一中學求學。

1945年抗戰(zhàn)勝利，正值陳文新高中畢業(yè)，她回到家鄉(xiāng)教了兩年小學后于1948年考入武漢大學并毫不猶豫的選擇了農(nóng)學院的農(nóng)業(yè)化學系。在回憶中陳文新說道：“生于農(nóng)村，自己對當時的農(nóng)村和農(nóng)民現(xiàn)狀了然于心，我知道憑一己之力根本無法改變現(xiàn)狀，我只想往這方面努力。”

陳文新進入大學的第一堂課是著名植物生理學家石聲漢教授講授的《植物生理學》。這堂課陳文新至今還記憶猶新。在這所學術殿堂，陳文新開始了自己新的求學之路。

大三時，著名植物病毒學家高尚英講授《普通微生物學》，著名土壤微生物學家陳華癸講授《土壤微生物學》，這些專業(yè)課教師很多都從國外留學歸來，不論是教學方法還是內(nèi)容的講授，都能讓同學們大開眼界。

一直到1951年4月，陳文新利用春假回到家鄉(xiāng)，這是解放后陳文新第一次回家。期間，母親讓陳文新代筆給毛澤東寫一封信。陳文新返校以后，寫了兩封信寄給了毛澤東，一份母親的，一份自己的。信中介紹了自己的學習情況，以及在武漢大學農(nóng)學院學農(nóng)的一些簡單情況。這封信發(fā)出后，很快就收到了毛主席的回信，信中寫道：“文新同志：你的信和你母親的信都收到了，很高興。希望你們姊妹們努力學習或工作，繼承你父親的遺志，為人民為國家的建設服務。問候你的母親。祝進步！”

同年，在北京華北農(nóng)科所（現(xiàn)中國農(nóng)業(yè)科學院）實習的陳文新受邀到毛主席家做客。毛主席說：“你父親為人民而犧牲，要學習你父親的精神”，并為她寫下了“努力學習”四個字。陳文新暗下決心牢記毛主席的教導，為人民和國家服務。

與菌相知

1954年，陳文新在北京外國語學院留蘇預備班學習。即將結(jié)業(yè)時，她寫信給毛主席，說自己來北京了，過完暑假就要去蘇聯(lián)學習了。突然在一個周六的下午，毛澤東的保健醫(yī)生王鶴濱拿著陳文新給毛澤東寫的那封信，來帶她到毛澤東家做客。

可能毛澤東覺得我大學畢業(yè)了，要留蘇了，算是長大了，所以跟我談的主題是農(nóng)業(yè)。”陳文新說。毛澤東問了陳文新很多問題，從土壤結(jié)構(gòu)、培肥地力、土壤的礦物質(zhì)成分，到植物營養(yǎng)吸收和中南地區(qū)的土壤改良等，還詢問全國學習土壤學的人數(shù)，并語重心長地說：“要增產(chǎn)，不研究土壤怎么行呢？應該有更多的人學農(nóng)。”當談到土壤改良時，陳文新談了從書本上學到的有關蘇聯(lián)草田輪作制的原理和做法。毛主席說：“我們農(nóng)民人均才幾畝地，都拿去種草，吃什么呀？我們又沒有發(fā)達的畜牧業(yè)，種的草拿去干什么？”

這是毛澤東給她上的第一課。陳文新為自己脫離實際之談感到很愧疚，但毛主席簡單的話語卻讓她懂得了脫離中國國情照搬蘇聯(lián)經(jīng)驗是不行的，理論必須聯(lián)系實際。

這一次見面長達六小時，聊了很久。陳文新發(fā)現(xiàn)，毛主席對農(nóng)業(yè)、對土壤改良十分關心，他甚至還談到了苜蓿、根瘤菌、固定空氣中的氮等問題。毛主席給陳文新上了根瘤菌的第一課，他講到了空氣，說豆科植物固氮是把空氣中的氮氣變成肥料，工業(yè)和農(nóng)業(yè)都應該多利用空氣。

這次談話之后不久，陳文新便進入蘇聯(lián)季米里亞捷夫農(nóng)學院學習土壤微生物學專業(yè)，成為當時年輕的土壤微生物學家費德羅夫博士的第一名中國研究生。在蘇聯(lián)，中國留學生接觸到了全新的研究思想，也學習到了新的研究方法。“瓦波呼吸器、土壤氣體成份分析儀等，在國內(nèi)我們都沒有使用過，”陳文新感覺到，“我們能在這里學到更多東西”。

費德羅夫?qū)熃o陳文新定的畢業(yè)論文課題是《有芽孢和無芽孢的氨化細菌生理特性的比較研究》，研究這兩類菌不同的生理特性和它們對分解蛋白質(zhì)的功能差異。

經(jīng)過3年的持續(xù)研究和大量的實驗，陳文新在論文中對土壤中兩類細菌對各種有機物質(zhì)作用的特點和差異，對材料分解的速度、產(chǎn)氨量等進行了全面闡述。同時，她還研究了這些細菌在土壤中對無機鹽、含氮化合物如何轉(zhuǎn)化和兩類細菌轉(zhuǎn)化氮的方法。1958年歲末，陳文新的論文順利通過答辯，獲得副博士學位。

1959年，陳文新學成歸國，在中國農(nóng)業(yè)大學開始了教學工作。然而，她原本打算在教學崗位有一番作為，卻被一次次卷入到政治運動中。

謹記毛主席的重托

1973年，陳文新恢復教學工作后，她選擇了既艱辛耗時又偏僻生冷的研究課題——根瘤菌，以及毛主席曾指示她要研究的能固氮的苜蓿。

根瘤菌是一類共生固氮細菌的總稱，這類細菌在許多豆科植物的根或莖上形成根瘤并固定空氣中的氮氣作為營養(yǎng)供植物生長，這種高效、節(jié)能、環(huán)保的微生物能夠為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)提供其所需的80%的氮，并在極大程度上改良土壤結(jié)構(gòu)。自從19世紀發(fā)現(xiàn)根瘤菌的固氮作用以來，人類對它已進行了一百多年的研究，但人們對這類資源依然沒有完全認識和了解。

簡單來講，陳文新要做的工作就是采集豆科植物根瘤菌標本，用先進的生物學技術方法進行分類，研究植物與根瘤菌的共生關系，找出與每種豆科植物最匹配的根瘤菌，為豆科植物接種所用。要搞明白根瘤菌與豆科植物的共生關系，首先要有足夠量的根瘤菌樣本資源做基礎，才能給根瘤菌做分析、分類。這是一個“既艱辛耗時又偏僻生冷”的方向，一個名副其實的“冷學問”。作為一種高效、節(jié)能、環(huán)保的微生物，根瘤菌能夠為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的豆類提供其所需的80%的氮，且能在極大程度上改良土壤結(jié)構(gòu)。這對于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的健康、長遠發(fā)展具有十分重要的意義。

帶著毛主席的期望，帶著對農(nóng)業(yè)與農(nóng)民的寄托，陳文新毅然決然地選這個課題，還要把“冷學問”搞出“大名堂”。陳文新的工作是從野外調(diào)查和采集開始的。“天山南北、五指山麓，只要有可供研究的素材，我就會去考察。”

采集根瘤菌是一個艱苦而繁瑣的過程。“在新疆時，我們早上8點鐘出發(fā)，有時候走一兩天采不到一個。挖出的根瘤，要洗凈、干燥、稱重、放入試管、注入乙炔，一小時后再抽出氣體密閉保存。常常要做到夜里2點鐘。”

陳文新和她的團隊堅持了30年。在一份《中國豆科植物根瘤菌調(diào)查采集圖》中，遍布全國的小紅點，記錄了他們曾經(jīng)戰(zhàn)斗過的地方。

最終，陳文新帶領學生并組織同行100多人，對32個省（市、自治區(qū)）600多個縣市、不同生態(tài)條件下的各種豆科植物結(jié)瘤情況進行了挖掘調(diào)查，采集植物根瘤標本兩萬多份，其中300多種植物結(jié)瘤情況未見記載;分離、純化并回接原寄主結(jié)瘤確認后，入庫保藏根瘤菌兩萬余株，積攢了厚厚的“家底兒”。

他們要對采回的每個根瘤進行分析研究——先外部消毒，再壓碎、稀釋、平板培養(yǎng)、找出菌落，最后回接在原豆科植物上結(jié)瘤，以鑒定是不是該豆科植物的根瘤菌。然后重復，不斷地重復。

他們分析了7000株菌的100多項表型性狀，建立了國際上菌株數(shù)量最多、性狀信息最豐富的根瘤菌資源數(shù)據(jù)庫，同時發(fā)現(xiàn)了一批耐酸、耐堿、耐鹽、耐高溫或低溫下生長的抗逆性強的珍貴根瘤菌種質(zhì)資源。

這一下子，國際上最大的根瘤菌資源庫和數(shù)據(jù)庫便都從此前的美國USDA變成了中國農(nóng)大根瘤菌庫。

在這日復一日的實驗中，陳文新團隊獲得了對根瘤菌—豆科植物共生關系的新認識，修正了國際上的一些傳統(tǒng)觀點，作出了理論貢獻;同時還發(fā)現(xiàn)了不少過去根瘤菌“家族譜”中從未出現(xiàn)的新種群，發(fā)表了根瘤菌新屬“中華根瘤菌屬”、“中慢生根瘤菌屬”和新種40多個。其中“中華根瘤菌屬”發(fā)現(xiàn)于1988年，是第一個由中國學者發(fā)現(xiàn)并命名的根瘤菌新屬。

在這些分析實驗過程中，陳文新還帶領團隊確立了一套科學的根瘤菌分類、鑒定技術方法及數(shù)據(jù)處理程序，并在我國建立起了具有世界先進水平的現(xiàn)代根瘤菌分類實驗室。

更值得一提的是，40多年來，陳文新帶出了一撥又一撥年輕的細菌分類人才，而由她領導創(chuàng)立的中國農(nóng)大根瘤菌研究中心，也以我國現(xiàn)代根瘤菌分類學的開拓者和引領者的身份，帶領著我國根瘤菌分類研究的發(fā)展與進步。

2001年，陳文新主持的“中國豆科植物根瘤菌資源多樣性、分類和系統(tǒng)發(fā)育”課題榮獲國家自然科學獎二等獎。此外，她還先后獲得了農(nóng)業(yè)部科技進步一等獎 （2項），國家教委科技進步二等獎（2項），教育部高等學校自然科學一等獎等多個獎項。2009年，陳文新當選新中國成立60周年“三農(nóng)”模范人物，2017年當選中國有機肥行業(yè)突出貢獻人物。

小豆科的大作為

1999年，陳文新73歲，大多數(shù)老人頤享天年的年紀，她仍在科研應用一線積極奔走。

這一年，國家“西部大開發(fā)”戰(zhàn)略正在醞釀當中。聽到這一號令時，陳文新的心就熱了起來。她想到，如果能匹配合適的根瘤菌推廣種植到西部地區(qū)，其固氮作用更為顯著，將對當?shù)氐耐烁€林還草、修復退化的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生積極的作用。馬上，她邀請幾位科學家共同上書國家有關領導和部委，建議將“根瘤菌—豆科植物共生體系”納入西部種植計劃，讓小豆科在西部大開發(fā)退耕還林還草中發(fā)揮大作用。

多年來，國內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過度依賴化肥和農(nóng)藥的情況一直存在，這不僅破壞土壤、降低了農(nóng)作物品質(zhì)、污染了環(huán)境，而且大大增加生產(chǎn)成本，給生產(chǎn)者和消費者造成經(jīng)濟負擔，威脅生態(tài)環(huán)境安全和國家糧食安全戰(zhàn)略。

為此，她曾多次向中央有關部門提出建議，希望制訂相應政策，鼓勵農(nóng)民更多地使用有機肥和生物技術來減少化肥和農(nóng)藥的施用量，并加大對有機肥、有機農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)和生物技術研究機構(gòu)的支持力度。她強調(diào)，大力發(fā)展農(nóng)業(yè)生物技術與廣泛應用有機肥和有機農(nóng)藥相結(jié)合，

既能提高糧食產(chǎn)量和質(zhì)量，又可保護環(huán)境。利用好根瘤菌—豆科植物的共生固氮，便是從源頭上解決氮肥污染問題的有效途徑之一。現(xiàn)在，陳文新的同事和學生們，已經(jīng)利用豐富的根瘤菌種質(zhì)資源、成熟的根瘤菌篩選理論和技術，在北京、河北、山東、內(nèi)蒙古、河南等地進行了多年田間試驗與示范推廣，實現(xiàn)了根瘤菌對豆科植物氮素需求的精準匹配。

而對陳文新和中國農(nóng)大根瘤菌研究中心研究團隊來說，針對不同豆科植物選育高效結(jié)瘤固氮根瘤菌、開展豆科植物根瘤菌篩選與應用是他們從未停止的研究主題。

“我過去做的是基礎工作，理論要為實踐服務，我不能讓那么多株菌老死在庫里。”陳文新拳拳之心可表。她期待每一個合作機會，希望快一點將研究成果推廣應用，希望“為減少氮肥使用、并改良土壤、改善生態(tài)環(huán)境和農(nóng)、林、牧業(yè)持續(xù)發(fā)展盡一份力量。”

她用半生的勤謹研究，帶領中國根瘤菌分類研究進入了一個新時代，讓根瘤菌與豆科植物在中國農(nóng)業(yè)的版圖上有了新的分量。現(xiàn)在，她希望這分量重些，再重些。