农科讲坛2016年第4期即将开谈 李付广讲述棉花基因工程遗传改良
发表日期：2016-07-12 10:36AM 阅览次数：
李付广长期从事棉花转基因、体细胞胚胎再生机理研究和抗逆基因发掘和功能验证等工作。建立了棉花规模化转基因技术体系，克服了农杆菌介导法转化效率低、周期长的问题。创制抗虫种质材料1479份，上交国家中期库性状稳定材料865份，相当于我国棉花中期库50年来收集、引进、保存材料的1/10，对丰富棉花种质材料具有十分重要的意义；利用创制的各类转基因抗虫种质新材料，与育种家合作，先后培育出中棉所41等不同生态类型的转基因抗虫棉花新品种32个，转基因种质材料经全国育种家进一步引用，又衍生新品种20多个；培育的各类抗虫棉新品种累计推广面积1亿多亩，对促进国产抗虫棉从市场占有率的5%提升到97%以上发挥了重要作用，并创造了显著的社会经济效益。研究了棉花体细胞分化规律，发明了其分化性状的纯化方法，将生产品种中棉所24的体细胞分化率筛选纯化到95%、转化率提高到51.8%，使棉花成为可进行大规模基因功能验证的目标农作物，为全国从事棉花基础研究单位提供候选基因的快速功能验证创造了条件，为国内24个实验室转化验证候选基因156个，促进了基础研究成果在棉花遗传育种中的应用进程。
李付广及其研究团队通过“棉花规模化转基因技术体系平台建设及其应用”及“棉花组织培养性状纯化及外源基因功能验证平台构建”，构建了我国棉花“基因转化-种质创新-品种培育-产业化”的研发体系，使全国棉花研发的上中下游优势力量成为一个整体，从而实现了我国棉花基础研究领域和应用研究领域的强强联合、优势互补，使我国棉花基因工程研发的国际竞争力大大提高。
李付广在国际上率先实施棉花基因组计划，完成了棉种雷蒙?允厦蕖⒀侵廾藓吐降孛薜娜??蜃椴庑颍?畈沽嗣藁?挥胁慰蓟?蜃榈目瞻祝???髅藁ǖ钠鹪础⒔??⒔沂舅谋短迕拗旨捌渌?啾短逦镏中纬晒?痰於?嘶?。??币参?夜?谑澜缑藁ɑ?蜃檠а芯糠矫嬲嫉孟然?Ｉ昵牍?首ɡ?项、国家发明专利10项（授权8项），发表论文60多篇，其中《Nature Genetics》2篇、《Nature Biotechnology》1篇，出版著作3部。以第一完成人获得国家科技进步二等奖一项、国家技术发明二等奖一项，以第二完成人获得国家科技进步奖一项。获得国家杰出青年基金资助（考核结果为优秀）。
李付广1998年获中国农业科学院优秀共产党员称号；1999年获安阳市新长征突击手称号；2001年荣获河南青年五四奖章；2003年获得安阳市劳动模范称号；2004年获河南省劳动模范称号；2005年被评为农业部有突出贡献的中青年专家；2006年获国务院特殊政府津贴；2007年获“新世纪百千万人才工程国家级人选”称号。2008年获中国科协求实杰出青年成果转化奖，2011年度国家杰出青年基金获得者。2012年获何梁何利基金科学与技术创新奖。2015年获第五届中华农业英才奖。
李付广——在棉花殿堂里绽放“广阔”人生
《中国农村科技》记者 张文娟
秋日的清晨，薄雾刚刚散去，棉田里棉叶上还挂着晶莹剔透的露珠，在河南安阳大寒村的一片棉花地里，早有一个人的身影在那里忙碌着，他看看这株棉花，又摸摸那株棉花，并在记录本上详细地作着记录。他几乎能够清楚地记得每一行棉花，甚至哪一株棉花与其他棉花长得不同的地方。
这块棉花地是中国农科院棉花研究所的试验田，这个忙碌的人叫李付广——中国农科院棉花研究所的所长，2012年何梁何利基金科学与技术创新奖获得者，第五届中华农业英才奖获得者，农业部有突出贡献的中青年专家、国务院政府特殊津贴获得者、新世纪百千万人才工程国家级人选、全国优秀科技工作者。走进棉花王国
“从1989年大学毕业即分配至中国农业科学院棉花研究所工作，至今已20多年了，这一生算是与棉花结下了不解之缘。小时候，帮家人种棉花，大学毕业后‘研究棉花’，没想到这竟成为我毕生的事业。”李付广为我们娓娓道来。棉花是我国重要的经济作物，是2亿棉农的重要经济来源，涉及到1900万纺织及相关行业工人的就业问题。上世纪90年代初期，一场大规模的棉铃虫危害在人们毫无防范之中悄悄袭来，并迅速席卷了我国黄河流域和长江流域棉区，企盼丰收的棉农伤心欲绝，棉铃虫的猖獗危害给国家和棉农带来了巨大的经济损失。为控制棉铃虫的危害，在棉花生长季节，棉农喷施农药的次数超过20次，不仅增加了生产成本和劳动强度，还严重破坏了生态环境，同时也损害了棉农的身心健康。据不完全统计，1992～1996年因防治棉铃虫而中毒的人数超过24万人次，棉铃虫危害猖獗，给国家造成上百亿元的经济损失。
就在我们面对棉铃虫束手无策时，国外跨国公司首先涉足农业生物技术研究领域，全方位研究农作物转基因技术，并第一个拥有Bt杀虫基因专利权，培育的转基因抗虫棉迅速得到推广应用。面对传统农药对棉铃虫已失去杀伤力，跨国公司带着转基因这一高科技“武器”进入中国，并迅速占领了我国抗虫棉市场份额的95%。
这对我国棉花科技工作者来说是一个严峻的挑战和考验。在国家有关部门的大力支持下，与棉铃虫赛跑的攻坚战在我国全面展开。如何培育具有竞争力的国产转基因抗虫棉，并快速应用于棉花生产，是摆在我国科学家面前的难题。
作为一名年轻的棉花科技工作者，李付广深感肩上的担子很重。他说：“当时，我国棉花转基因生产规模还很小，基本上处于实验室研究阶段，转基因水平仅相当于国外跨国公司水平的1/100左右，可提供的转基因棉花育种材料很少，这成为我们培育重大抗虫棉花品种的技术‘瓶颈’。”
1998年，在中国农业科学院棉花研究所领导的支持下，由李付广牵头组建了棉花转基因实验室。由于当时的基础条件比较薄弱，他一边学习一边探索，一边攻克难关，一刻也不敢懈怠，整日沉浸于实验室之中。
好在功夫不负有心人，有付出就会有收获，经过与实验室同仁的不懈努力，成功迈出了第一步。
“被我视如珍宝、为数不多的一批转基因棉花苗从实验室移栽到大田试验地，温室里的花朵要接受风雨的洗礼，几乎每隔两三天，我和同事们都要到试验地里仔细观察一下它们的长势，并一一作下记录，如果它们当中有一棵受伤了（比如有一片叶子被碰伤了），我的心会隐隐作痛。”说起当时的情景，李付广仿佛还记忆犹新，“有一个星期天我回了一趟老家，当我匆匆从老家赶回来的时候，尽管天色已晚，我还是情不自禁地绕到试验地里，看了一眼棉花，才又安心地回到家里。妻子由于担心我，问我怎么回来这么晚？我告诉她又到试验地里看了一下棉花，妻子的一句话让我醍醐灌顶，‘唉，棉花就是你的第二个儿子！一天看不到，你就不安心！’”
不过被李付广视若生命的那几棵棉花苗，没有辜负他的期望，最终修成正果。秋天收获了，结下了种子，他把种子攥在手里握得紧紧的，这是他和团队辛苦付出的结晶。
不断提高棉花转化效率
初尝成功喜悦的李付广干劲更足了，工作的热情更高涨。李付广与他的博士生导师——中国抗虫基因专利获得者、我国著名科学家郭三堆研究员以及棉花育种家郭香墨研究员合作，2002年培育出我国第一个拥有自主知识产权并通过国家审定的双价转基因抗虫棉新品种——中棉所41，该品种得到大规模推广应用，深受棉农欢迎。该棉花品种2009年获得国家科技进步二等奖。
此后，他开始将工作的重点转移到实验方法的改进和技术创新上，立足于提高转化效率，建立规模化转基因技术体系。
农杆菌介导法是国际上常用的转基因方法，该方法以下胚轴切段为外植体，是棉花转基因的始点，经“下胚轴切段—愈伤组织—胚性愈伤—胚状体—转基因植株”等一系列组培程序后，才最终获得转基因植株，其转化周期一般在10～12个月，费工费时、效率低。
李付广和他的研究团队通过技术创新，将转基因始点后移，有效缩短了转化周期。该方法的另一缺点是幼苗移栽成活率低，一般只有30%左右。经探索研究，他们成功地将传统的嫁接技术应用于转基因研究，将幼苗移栽成活率从30%提高到90%以上，转化效率显著提高。
通过上述改进与创新，棉花转基因周期由10～12个月缩短至6个月左右，受体品种中棉所24的转化率也提高到15.1%（与国际上常用的美国品种——珂字棉201的转化效率相当）。此后，为进一步提高棉花遗传转化效率，发明了棉花组织培养分化性状的纯化方法，将棉花受体材料的分化率提高到95%以上。以筛选获得的高分化率“纯系”为受体品种，利用高效植物表达载体进行转基因，转化率从原来的15.1%提高51.8%。
建立高效基因转化验证平台
创新无止境。在转基因棉花育种上取得突破进展之后，李付广系统地分析了我国棉花育种的经验和教训。在他看来，我国棉花常规育种和栽培技术水平总体处于国际领先地位，同时我国又是世界上第二个拥有抗虫基因自主知识产权的国家，但在上世纪90年代，国产抗虫棉在中国市场却遭到惨败，其原因主要包括以下几个方面。
第一，转基因规模小、转化效率低。当时，我国棉花转基因植株生产规模相当小，年生产能力为100株左右，基本上处于实验室研究阶段，仅相当于孟山都公司水平的1/100左右，能真正提供给育种家应用的转基因抗虫种质材料很少，是培育棉花重大品种的瓶颈。
第二，上中下游单位缺乏合作。我国棉花基础研究单位、科研教学单位及企业有上百家，但基本上各自为战，未能形成上中下游优势互补的合作机制，资源不能共享，低水平重复工作严重，以至于在生产上被国外企业各个击破，导致国产抗虫棉即使在国内市场也无立足之地。
第三，产业体系不健全。我国绝大多数涉农企业都不具备产品研发能力，很少有完善的服务和推广网络等配套环节，公司实力差且短视行为严重，多数企业“挣得起，赔不起”，根本没有与国外公司竞争的实力，所以在国产抗虫棉的研发、生产和产业化方面，企业难以发挥主导作用。
恰在此时，科技部和农业部先后立项“转基因棉花中试及产业化基地”条件建设项目。李付广带领的团队通过努力和技术攻关，建立了棉花高效规模化基因转化验证技术平台。
该平台年产转基因棉花植株6000～8000株，使得棉花成为可直接进行大规模基因功能验证的目标农作物，并为北京大学、清华大学、中科院等国内17个单位24个实验室转化验证候选基因156个；将抗虫基因转入到了20多个主栽棉花品种中，使转基因受体材料遗传背景大大拓宽。
截至2010年，该平台共创制出具有一定利用价值的各类抗虫材料1479份，并将其中865份遗传稳定的种质材料上交国家棉花中期库，相当于我国棉花中期库50年来收集、引进、保存材料的1/10，对丰富棉花种质材料具有十分重要的意义。该成果于2010年获国家技术发明二等奖。
利用这些材料，与育种家合作培育出中棉所41、中棉所45、中棉所47、中棉所50、中棉所60、中棉所70等不同生态类型的转基因抗虫棉花新品种32个，累计推广面积超过1亿亩，对促进国产抗虫棉从1999年市场占有率的5%提升到2010年的97%发挥了重要作用。
李付广团队以棉花规模化转基因技术体系平台为纽带，采取双赢互利的发展模式，通过协作关系，在尊重知识产权、成果利益共享的前提下，与我国从事基因构建的上游基础研究单位开展全面合作，将上游（基因克隆和育种价值评估）、中游（规模化转化和育种）和下游（中试和产业化）有机衔接起来，使基础研究成果能尽快应用于棉花育种。该平台创造的转基因新材料迅速发放给全国育种单位研究利用，有利于培育出适宜不同生态类型的国产转基因棉花新品种。这在我国棉花界形成上中下游优势互补、强强联合、产学研结合的格局，提升国际竞争力，加快了国产转基因棉花新品种的 培育进程和产业化力度。
继续攀登棉花科研最高峰
当谈及这辈子对从事棉花研究事业的感受时，李付广为我们讲述了这样一个故事。那还是在1997年，一次出差在火车上与另一位乘客闲聊，当他得知李付广是一名农业科技工作者，是专门研究“棉花”的科技人员时，他满腹狐疑地盯着李付广问道：“就是地里长的棉花？”李付广点头应了一声，“是！”“那有啥可研究的？以前我爷爷在农村就种棉花，我见过，春天种到地里，秋天就可以收棉花了，农民都会！”
李付广会意地笑了一下，说：“我就是农村长大的，我们家就是棉花产区，我从小也会种棉花。不过，种棉花和研究棉花可是两回事，没有良好的棉花品种和科学的栽培技术，棉农就不能获得高产量，研究棉花是为了更好地种好棉花！”那位乘客也许并没有真正理解“研究棉花”的含义，但他点头笑了一下，算是对李付广的回应。
“当年我考取农业大学的时候，邻居们都不理解，他们认为，十年寒窗苦读，而今就要‘鲤鱼跃龙（农）门了’怎么还干‘农业’？再说祖辈都是农民，‘农业’还用学？！如今，几十年过去了，在我看来，农学不仅要学，还是我一生的事业，仿佛就是命中注定的！”李付广颇有感慨地说道。
“我国是一个人口众多的农业大国，科研任务任重而道远。就棉花来说，我国与国外抗虫棉的竞争，其中仅涉及到抗虫一个性状，但棉花有几万个基因，若干重要经济性状需要改良……科学无止境，我们尚需不懈努力，继续攀登棉花科研最高峰。”李付广最后这样对记者说道。
