世界上第四個根瘤菌屬,是由中國學者發現的,當時被命名為“中華根瘤菌”。它的發現者就是陳文新,土壤微生物及細菌分類學家,2001年當選為中國科學院院士。
豆科植物能固氮,它的根上有瘤子,把空氣里的氮氣變成肥料,提高土壤肥力,工業和農業都應該多利用空氣。
因為毛主席的這一番話,陳文新院士的一生便與形成這種根瘤的固氮細菌——根瘤菌,結下了密不可分的淵源。
通過毛主席,與“根瘤菌”結緣
1926年,陳文新出生于湖南瀏陽,其父親是毛主席在湖南第一師范求學時的同窗摯友,后隨毛主席參加革命而犧牲。當時陳文新僅3歲,母親遵從其父遺志,培育陳文新姐妹三人多學知識,報效祖國。
1953年,陳文新畢業于武漢大學農學院土壤農化學系。大學期間,陳文新曾為母親代筆與毛主席通信,她收到毛主席的親筆回信:“希望你們姐妹們努力學習或工作,繼承你父親的遺志,為人民國家建設服務!”
1954年,陳文新赴蘇留學前夕,應招到毛主席家中做客。長達6個小時的談話中,毛主席和她談了起農業,談豆科植物根瘤,還談到種牧草,苜蓿能固氮,提高土壤肥力。毛主席給陳文新上了根瘤菌的第一課,他講豆科植物固氮是把空氣中間的氮氣變成肥料,工業和農業都應該多利用空氣。
這一場談話給陳文新留下了深刻的印象。話后不久,她便前往蘇聯進入季米里亞捷夫農學院學習土壤微生物學,成為土壤微生物學家費德羅夫博士的第一名中國研究生。
孜孜不倦,30年執著于根瘤菌
1959年,陳文新學成回國后,進入北京農業大學從事教學和農業科研工作。然而那個年代并不平靜,陳文新被一次次卷入到當時的政治運動中,浪費了10余年寶貴的科研時間。直到1973年恢復工作后,陳文新選擇了既艱辛耗時又偏僻生冷的研究——根瘤菌,這是毛澤東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供給植物營養。這種高效、節能、環保的微生物能夠為農田生態系統提供其所需的80%的氮,減少化學氮肥的使用,并在極大程度上改良土壤結構。
自從19世紀發現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。從此,陳文新帶領學生并組織同行100多人,開始了在中國廣袤的土地上進行豆科植物根瘤情況的調查和采集工作。
40年來,陳文新科研團隊對32個省、700個縣市,不同生態條件下的豆科植物根瘤菌資源調查,采集植物根瘤標本一萬多份,其中300多種植物結瘤情況此前未見記載。陳文新團隊分離、純化并入庫保藏根瘤菌12000株,通過表型性狀分析,發現了一批耐酸、耐堿、耐鹽、耐高溫或低溫的抗逆性強的珍貴根瘤菌種質資源,這些固氮細菌將有望為我國農業化肥減量和綠色可持續發展帶來新的希望!
見微知著,根瘤菌成就大學問
在全國根瘤菌調查的基礎上,陳文新建立了國際上最大的根瘤菌資源庫和數據庫,菌株數量和所屬寄主植物種類居世界首位,比美國數據庫多了一倍。與此同時,她還率先在我國建立起世界先進水平的細菌分子分類實驗室,確立了一套科學的根瘤菌分類、鑒定技術方法及數據處理程序。
1988年,經過八年枯燥、繁瑣的重復性實驗,陳文新發現了一個新屬——“中華根瘤菌”,這是第一個由中國學者發現并命名的根瘤菌屬。后來,陳文新率領課題組對根瘤菌進行多相分類研究后,又相繼發表了另一個新屬——“中慢生根瘤菌”及許多新種。
到現在為止,根瘤菌系統分為四個大的屬,包含60多個種,其中有26個種由陳文新團隊發現和確定,為世界根瘤菌基礎研究做出了卓越的貢獻。
在這期間,陳文新發表了SCI(最權威的國際科技文獻檢索系統)文章120余篇,在國際根瘤菌領域里聲名顯赫,1996年當選為國際根瘤菌/土壤桿菌分類分委會委員,1998年受邀撰寫有“細菌學圣經”之稱的《伯杰系統細菌學手冊》的根瘤菌部分內容。
陳文新在國內的成就同樣不菲,2009年當選新中國成立60周年“三農”模范人物,2017年當選中國有機肥行業突出貢獻人物;并先后獲得農業部科技進步一等獎 (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。
化肥減量,小根瘤發揮大作用
作為一個新興的邊緣學科,根瘤菌的產業化才剛剛起步,投入應用的試驗田面積較少,根瘤菌的生產運用還處于較低水平。近年來,陳文新熱心于優良豆科植物-根瘤菌共生體系在農牧業生產中的推廣。
據統計,我國每年消耗5900萬噸化肥,占世界消耗總量的35%,比起30年前增長了2倍。1961年1公斤化肥可生產151公斤糧食,而到了2005年,1公斤化肥只能生產9公斤糧食。40多年間,肥效下降了17倍,其主要原因就是過量施用化肥,造成土壤結構被破壞,耕地“越喂越瘦”。
過量使用化肥不僅造成土地污染,還增加了溫室氣體排放,工業制肥更是消耗了大量能源。而農作物無法吸收的過量化肥會進入地下水或江湖,造成水體富營養化,更是帶來水土污染、食品安全隱患的雙重問題。
據陳文新院士介紹,根瘤菌的固氮作用可以減少化肥大量使用造成的環境污染,提高土壤肥力,保護生態環境。西方國家根瘤菌的應用早已投入到農業領域并取得了成效,美國的四大作物小麥、玉米、大豆、苜蓿中有兩種是豆科植物,僅靠與這些豆科植物共生的根瘤菌的固氮,總量就占了全美施用氮肥量的一半以上。
對此,陳文新院士提出“有機肥與化肥結合,種地與養地結合;充分利用生物固氮,減少氮肥用量;豆科與其他作物間套輪作,發揮生物間互惠作用”等建議,希望減少化肥用量,以生物固氮代替化學肥料,實現我國綠色農業可持續發展和改善城鄉人民的生活環境。
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