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(dǎo)師，中國科學(xué)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(xué)農(nóng)學(xué)院土壤農(nóng)化學(xué)系。1958年獲前蘇聯(lián)季米里亞捷夫農(nóng)學(xué)院副博士學(xué)位。1959年1月回國后在北京農(nóng)業(yè)大學(xué)（現(xiàn)中國農(nóng)業(yè)大學(xué)）生物學(xué)院微生物及免疫學(xué)系工作至今，一直從事土壤微生物學(xué)與細(xì)菌分類學(xué)的教學(xué)和科學(xué)研究。

自二十世紀(jì)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(xué)者榜單公布以來，她連年入選免疫和微生物學(xué)領(lǐng)域榜單;主編出版了《中國根瘤菌》（科學(xué)出版社）;她先后獲得農(nóng)業(yè)部科技進(jìn)步一等獎 （2項(xiàng)），國家教委科技進(jìn)步二等獎（2項(xiàng)），國家自然科學(xué)二等獎、教育部高等學(xué)校自然科學(xué)一等獎等獎項(xiàng)。她2009年當(dāng)選新中國成立60周年“三農(nóng)”模范人物，2017年當(dāng)選中國有機(jī)肥行業(yè)突出貢獻(xiàn)人物。

她的工作在國際上有較大影響，1996年當(dāng)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(xué)者一道撰寫“伯杰系統(tǒng)細(xì)菌學(xué)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?yàn)橛懈鼍c植物根系建立了互惠互利的共生關(guān)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?dú)廪D(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(xué)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(lǐng)團(tuán)隊(duì)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(xué)家、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授、中國科學(xué)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(tuán)隊(duì)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(xué)運(yùn)和工運(yùn)的領(lǐng)導(dǎo)者之一，曾參加北伐戰(zhàn)爭、南昌起義，也是毛澤東當(dāng)年在湖南第一師范求學(xué)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(jǐn)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(xué)習(xí)是一件極其奢侈的事情。

當(dāng)時陳文新的大姐在當(dāng)?shù)氐男W(xué)教書，白天，她就跟著大姐上學(xué)，晚上則伴著媽媽的紡車借著微弱的燈光學(xué)習(xí)。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(yuǎn)赴武岡國立第十一中學(xué)求學(xué)。

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(xué)后于1948年考入武漢大學(xué)并毫不猶豫的選擇了農(nóng)學(xué)院的農(nóng)業(yè)化學(xué)系。在回憶中陳文新說道：“生于農(nóng)村，自己對當(dāng)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?！?/p>

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

大三時，著名植物病毒學(xué)家高尚英講授《普通微生物學(xué)》，著名土壤微生物學(xué)家陳華癸講授《土壤微生物學(xué)》，這些專業(yè)課教師很多都從國外留學(xué)歸來，不論是教學(xué)方法還是內(nèi)容的講授，都能讓同學(xué)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(xué)習(xí)情況，以及在武漢大學(xué)農(nóng)學(xué)院學(xué)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(xué)習(xí)或工作，繼承你父親的遺志，為人民為國家的建設(shè)服務(wù)。問候你的母親。祝進(jìn)步！”

同年，在北京華北農(nóng)科所（現(xiàn)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院）實(shí)習(xí)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(xué)習(xí)你父親的精神”，并為她寫下了“努力學(xué)習(xí)”四個字。陳文新暗下決心牢記毛主席的教導(dǎo)，為人民和國家服務(wù)。

與菌相知

1954年，陳文新在北京外國語學(xué)院留蘇預(yù)備班學(xué)習(xí)。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(xué)習(xí)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(xué)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)?！标愇男抡f。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(xué)習(xí)土壤學(xué)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(yīng)該有更多的人學(xué)農(nóng)?！碑?dāng)談到土壤改良時，陳文新談了從書本上學(xué)到的有關(guān)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(dá)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(shí)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(yàn)是不行的，理論必須聯(lián)系實(shí)際。

這一次見面長達(dá)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(guān)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?dú)庾兂煞柿希I(yè)和農(nóng)業(yè)都應(yīng)該多利用空氣。

這次談話之后不久，陳文新便進(jìn)入蘇聯(lián)季米里亞捷夫農(nóng)學(xué)院學(xué)習(xí)土壤微生物學(xué)專業(yè)，成為當(dāng)時年輕的土壤微生物學(xué)家費(fèi)德羅夫博士的第一名中國研究生。在蘇聯(lián)，中國留學(xué)生接觸到了全新的研究思想，也學(xué)習(xí)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(xué)到更多東西”。

費(fèi)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(xì)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(shí)驗(yàn)，陳文新在論文中對土壤中兩類細(xì)菌對各種有機(jī)物質(zhì)作用的特點(diǎn)和差異，對材料分解的速度、產(chǎn)氨量等進(jìn)行了全面闡述。同時，她還研究了這些細(xì)菌在土壤中對無機(jī)鹽、含氮化合物如何轉(zhuǎn)化和兩類細(xì)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(xué)位。

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

謹(jǐn)記毛主席的重托

1973年，陳文新恢復(fù)教學(xué)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(xì)菌的總稱，這類細(xì)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?dú)庾鳛闋I養(yǎng)供植物生長，這種高效、節(jié)能、環(huán)保的微生物能夠?yàn)檗r(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(jì)發(fā)現(xiàn)根瘤菌的固氮作用以來，人類對它已進(jìn)行了一百多年的研究，但人們對這類資源依然沒有完全認(rèn)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(biāo)本，用先進(jìn)的生物學(xué)技術(shù)方法進(jìn)行分類，研究植物與根瘤菌的共生關(guān)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(guān)系，首先要有足夠量的根瘤菌樣本資源做基礎(chǔ)，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(shí)的“冷學(xué)問”。作為一種高效、節(jié)能、環(huán)保的微生物，根瘤菌能夠?yàn)檗r(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(yuǎn)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(xué)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?！疤焐侥媳?、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?！霸谛陆畷r，我們早上8點(diǎn)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(diǎn)鐘?！?/p>

陳文新和她的團(tuán)隊(duì)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(diǎn)，記錄了他們曾經(jīng)戰(zhàn)斗過的地方。

最終，陳文新帶領(lǐng)學(xué)生并組織同行100多人，對32個?。ㄊ?、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(jìn)行了挖掘調(diào)查，采集植物根瘤標(biāo)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(rèn)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(jìn)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(fù)，不斷地重復(fù)。

他們分析了7000株菌的100多項(xiàng)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(qiáng)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(fù)一日的實(shí)驗(yàn)中，陳文新團(tuán)隊(duì)獲得了對根瘤菌—豆科植物共生關(guān)系的新認(rèn)識，修正了國際上的一些傳統(tǒng)觀點(diǎn)，作出了理論貢獻(xiàn);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(xué)者發(fā)現(xiàn)并命名的根瘤菌新屬。

在這些分析實(shí)驗(yàn)過程中，陳文新還帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)確立了一套科學(xué)的根瘤菌分類、鑒定技術(shù)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(jìn)水平的現(xiàn)代根瘤菌分類實(shí)驗(yàn)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(xì)菌分類人才，而由她領(lǐng)導(dǎo)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(xué)的開拓者和引領(lǐng)者的身份，帶領(lǐng)著我國根瘤菌分類研究的發(fā)展與進(jìn)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(xué)獎二等獎。此外，她還先后獲得了農(nóng)業(yè)部科技進(jìn)步一等獎 （2項(xiàng)），國家教委科技進(jìn)步二等獎（2項(xiàng)），教育部高等學(xué)校自然科學(xué)一等獎等多個獎項(xiàng)。2009年，陳文新當(dāng)選新中國成立60周年“三農(nóng)”模范人物，2017年當(dāng)選中國有機(jī)肥行業(yè)突出貢獻(xiàn)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(jì)，她仍在科研應(yīng)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(dāng)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(dāng)?shù)氐耐烁€林還草、修復(fù)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(xué)家共同上書國家有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)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(fèi)者造成經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，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(guān)部門提出建議，希望制訂相應(yīng)政策，鼓勵農(nóng)民更多地使用有機(jī)肥和生物技術(shù)來減少化肥和農(nóng)藥的施用量，并加大對有機(jī)肥、有機(jī)農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)和生物技術(shù)研究機(jī)構(gòu)的支持力度。她強(qiáng)調(diào)，大力發(fā)展農(nóng)業(yè)生物技術(shù)與廣泛應(yīng)用有機(jī)肥和有機(jī)農(nóng)藥相結(jié)合，

既能提高糧食產(chǎn)量和質(zhì)量，又可保護(hù)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?，F(xiàn)在，陳文新的同事和學(xué)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(shù)，在北京、河北、山東、內(nèi)蒙古、河南等地進(jìn)行了多年田間試驗(yàn)與示范推廣，實(shí)現(xiàn)了根瘤菌對豆科植物氮素需求的精準(zhǔn)匹配。

而對陳文新和中國農(nóng)大根瘤菌研究中心研究團(tuán)隊(duì)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(yīng)用是他們從未停止的研究主題。

“我過去做的是基礎(chǔ)工作，理論要為實(shí)踐服務(wù)，我不能讓那么多株菌老死在庫里?！标愇男氯目杀怼Ｋ诖恳粋€合作機(jī)會，希望快一點(diǎn)將研究成果推廣應(yīng)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(jǐn)研究，帶領(lǐng)中國根瘤菌分類研究進(jìn)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?，F(xiàn)在，她希望這分量重些，再重些。