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1、第七章第七章转基因水生生物转基因水生生物 生物安全生物安全一、前言一、前言1 1、中国水生生物多样性面临的问题、中国水生生物多样性面临的问题藻类藻类中国海藻2458种，淡水藻1200015000种；由于对自然的过多索取和开发，藻类物种资源受到极大威胁，最严重的是淡水红藻和褐藻淡水红藻和褐藻；过多工业或生活污水污水的排放、水体重金属污染水体重金属污染和富营养化富营养化加剧，藻类物种结构多样性被破坏，某些藻类超常生长而导致有害赤潮。鱼类鱼类全世界灭绝或濒危的淡水鱼类为20%；在地中海地区，6080%的土著鱼类在未来的50年将面临灭绝或濒危。主要原因有：栖息环境恶化栖息环境恶化和丧失，污染污染，过度
2、捕捞过度捕捞，选择捕捞及外来物种引入外来物种引入。由于栖息环境的变化、捕捞和外来种的引入等原因，北美五大湖的渔获物中鲑鱼由1900年的82%82%降到1966年的0.2%0.2%，每年减产140万kg；由于选择性捕捞过去的60年里，美国五大湖的大鳞大马哈鱼的平均体重缩小了50%，平均性成熟年龄提前性成熟年龄提前2 2年年；由于河鲈的引入，新疆博斯顿湖的本地大头鲤已处于濒危状态；由于葛洲坝的建成，中华鲟已从坝上游段消失；由于捕捞过度，鲥鱼已处于濒危状态，其产量从19741974年的年的158.5158.5万万kgkg降到19861986年的年的1.21.2万万kgkg，近年已基本绝迹。甲壳类甲壳
3、类中华绒螯蟹是我国特产经济水生生物，其养殖业发展迅速，但存在不同水系间种质资源混杂的严重威胁。爬行类爬行类国外引进鳖正冲击中华鳖的种质资源；由于自然生态环境的不断恶化，扬子鳄的分布区域逐渐缩小，数量每况愈下。哺乳类哺乳类由于水利工程、工业污染、渔业及航运等，白暨豚的分布区域日益缩小，群体数量锐减。据有关报道，1974年长江鲥鱼年产量曾达157.5万公斤，1986年降至1.2万公斤，1996年一无所获，因此保守说法应该是从1996年开始，野生鲥鱼从人们的视线中消失。背景资料背景资料1 1：长江三鲜长江三鲜鲥鱼、河豚、刀鱼鲥鱼、河豚、刀鱼随着生态环境变化、捕捞过度，野生长江刀鱼产量逐年剧减，近年来
4、可谓一“刀”难求，天价野生刀鱼的新闻不时可见。今年3月刚上市时，上海知名的刀鱼捕捞地崇明岛团结沙渔港，3两以上的“大刀”在港口的交易价格达到了6000元/斤。 去年扬中地区捕捞到的野生河豚只有二三十条。渔民偶有捕获，马上就被各大酒店抢购一空。而市场上售卖的所谓野生刀鱼和河豚，绝大多数都是假冒 ，一条野生河豚的售价高达一两万元。号称“长江三鲜”的鲥鱼、刀鱼和河豚已经濒临灭绝。2 2、概念、概念转基因水生生物转基因水生生物是利用分子生物学手段，将某一特定目的基因导入水生生物体内，而使其遗传组成和遗传背景发生改变的水生生物。19851985年年，我国科学家朱作言的研究小组将小鼠重金属结合蛋白基因的启
5、动子与人生长激素基因拼接导入鲫鱼的受精卵，获得世界上第一批转基因鱼世界上第一批转基因鱼。此后，世界上先后有几十个实验室对几十种水生生物继续转基因研究，其目的从最初的提高水生生物的生长性能，发展到抗病育种、纯系快速建立、以及生产医用生物制品等。水生生物转基因技术的应用无疑会给人类带来巨大的经济和社会效益但必须高度 重视重视可能引起的人体健康、水生生态、遗传资源等安全问题，保护保护水生生物的生态环境和遗传资源不受破坏，维持维持水生生物多样性和遗传稳定性，维持维持人类所需水生生物食品、药物等的持续生产与发展二、国内外研究概况二、国内外研究概况1 1、转基因鱼、转基因鱼2020世纪世纪5050年代年代
6、，生物学家童第周教授及其合作者把鲤鱼囊胚细胞的细胞核移入鲫鱼的去核卵中，获得具有鲤鱼细胞核基因和鲫鱼细胞质基因的核质杂交鱼，其表型特征部分象鲤鱼，部分象鲫鱼。19851985年年，中科院水生所朱作言的研究小组将小鼠重金属结合蛋白基因的启动子与人生长激素基因拼接导入鲫鱼的受精卵，获得了世界上第一批转基因鱼。此后又培育出生长速度快34.6倍的转基因泥鳅。19921992年年，Du等最先使用“全鱼基因”向大西洋鲑受精卵转移生长激素基因，获得的转基因鱼个体重量比对照组平均大38倍。转基因鱼的子一代个体的平均重量比对照组大5.2倍。19931993年年，丘才良等将重组AFP基因启动子与大鳞大马哈鱼的GH
7、基因融合导入虹鳟，经形态学和生物化学检测表明所获得的转基因个体比对照鱼大46倍。19931993年年，孙孝文等用鲤鱼-肌动蛋白基因启动子和草鱼GH基因构建成全鱼GH基因表达载体，获得快速生长的转基因鲤鱼，其体重增长速度是对照鲤鱼的2-4倍。鱼类营养学和能量学的研究发现，其快速生长效应来自对饵料的高效转化和能量代谢的优化分配，是真正意义上的快速生长，显示了全鱼基因的重组基因的优势。中国科学院发育生物研究所、动物研究所、青岛海洋研究所、厦门海洋研究所、中国水产科学研究院长江水产研究所、黑龙江水产研究所淡水渔业研究中心，以及青岛海洋大学等都相继开展了鱼类转基因研究。 19981998年年，水生所生产
8、转“全鱼”生长激素基因鲤鱼苗12800尾、鲫鱼苗7600尾，转基因红鲤F1代比对照组生长平均快18.071.2%，12.5%的转基因鲫鱼个体大于对照组。同年，中国水产科学研究院黑龙江水产研究所生产转大麻哈鱼生产激素基因鲤F3代7000尾。2020世纪世纪8080年代年代以来，美国、加拿大、英国、法国、爱尔兰、德国、以色列、日本、挪威、印度、印度尼西亚、匈牙利、马来西亚、泰国及俄罗斯等国的数十个实验室先后开展了鱼类转基因的研究：涉及鱼类涉及鱼类：鲤、鲫、罗非鱼、泥鳅、金鱼、虹鳟、大麻哈鱼、鲇、鲷涉及基因涉及基因：生长激素、抗病、抗冻基因生长激素、抗病、抗冻基因英国Maclean（1984）和法国
9、Chourrout等（1986）将人GH导入虹鳟的受精卵Dunham等（1987）把人GH注入斑点叉尾鮰；日本的Ozato等（1986）将鸡晶体蛋白基因导入锵鱼；爱尔兰的Mczvoy等（1988）把半乳糖苷酶基因注入大西洋鲑；德国学者Brem等（1988）将人生长激素基因转移到罗非鱼；加拿大的Fletcher等（1988）把美洲拟蝶抗冻蛋白基因导入大西洋鲑；Stuart等（1988）将新霉素基因注入斑马鱼；Roekkones等（1988）将人GH注入到大西洋鲑鱼和虹鳟；Yoon等（1990）将新霉素基因注入到金鱼；美国学者Dunham等（1990）把人GH转移到鲶鱼；Gross等把牛GH转移到
10、狗鱼；Hopkins大学Pwers实验室将外源GH转入鲤鱼和虹鳟等。2010年美国国家地理杂志网站报道，美国罗德岛大学渔 业、动物与兽医学系的特里.布拉德利教授的研究小组经 过10年得研究，向2万个虹鳟鱼卵里注入从其它鱼种提取 的“肌抑素”基因，约300个卵完成改造，最终发育成肌肉发达的超级虹鳟鱼超级虹鳟鱼。20102010年年6 6月月1515日日，美国马萨诸塞州的水产公司AquaBounty通过修改生长激素基因来培育超大的鲑鱼，转基因鱼卵孵化一年后，转基因鲑鱼的平均重量达到1340克，而普通大西洋鲑鱼的平均重量仅为663克。转基因观赏鱼转基因观赏鱼较成熟的有转荧光蛋白基因斑马鱼、青鲔和唐鱼
11、20022002年年，邰港生物科技公司与台湾大学渔业科学研究所蔡怀桢教授合作，生产出全球第一全球第一尾尾通体发绿色荧光的转基因青鲔，采用肌肉特异性（肌动蛋白）启动子与绿色荧光蛋白基因相结合，注入青鲔胚胎中，经培育、筛选而获得。20032003年年，新加坡国立大学宫知远教授利用自己分离的斑马鱼肌球蛋白轻链2 启动子和荧光蛋白基因生产了转红色荧光基因斑马鱼和转绿色荧光基因斑马鱼。 20032003年年，中国水产科学研究院珠江水产研究所开展了转荧光蛋白基因观赏鱼的研究，成功获得了转红色荧光蛋白基因唐鱼。20042004年年，转红色荧光蛋白基因斑马鱼在美国上市，普通斑马鱼在国内观赏鱼市场售价为每尾0.
12、2 元，而转红色荧光蛋 白基因斑马鱼的美国观赏鱼市场售价折合人民币约为每尾40元。20072007年年，复旦大学医学院近利用一种“转基因斑马鱼”，可直观检测到环境雌激素污染，即便污染仅极微量程度，转基因斑马鱼的肝脏也会发射绿色荧光。 唐鱼唐鱼又名白云金丝鱼、金丝鱼、红尾鱼、红翅鱼、彩金线鱼。惟一产在中国的热带鱼。1932年，广州籍的鱼类学家林书颜在白云山发现这种小鱼，并将它带到国外，在欧美观赏鱼市场上引起轰动，因来自中国，因此得名“唐鱼” 斑马鱼斑马鱼又名蓝条鱼、花条鱼、蓝斑马鱼、印度鱼、印度斑马鱼，鲤科属转基因斑马鱼转基因斑马鱼在约克镇科技公司将荧光鱼引入市场后不久，荧光蛋白便迅速在商业上得
13、到应用。在美国，读者可以在加利福尼亚2003年对荧光鱼亮起红灯以外的任何一个州购买到荧光鱼2 2、转基因藻类、转基因藻类 藻类是地球上最重要的初级生产者，其光合作用生产的有机碳总量约是高等植物的7倍，是人类和动物极其重要的食物来源和药源。转基因微藻在商业上的应用还未见报道商业上的应用还未见报道，但转基因海带、海藻已在治理重金属污染、防止赤潮发生、作为廉价饵料和生产疫苗等方面展现出良好前景。19831983年年首次报道对单细胞衣藻莱茵衣藻的基因转移研究；此后开展了将芽孢杆菌的杀虫毒素导入蓝藻的研究；将耐寒藻株的脂肪酸脱饱和基因导入冷敏感型的蓝藻中以增加其抗寒性；将新霉素基因导入衣藻；将莹光素酶基
14、因导入小球藻；将硅藻中的乙酰辅酶A羧化酶基因导入小球藻以生产生物燃料。19961996年年Dunahay构建了能够产生生物柴油的转基因硅藻能够产生生物柴油的转基因硅藻。19991999年年Cai等报道的转基因微藻可以表达具有较强的结合重金属能力的外源金属硫蛋白，或表达吡咯啉-5-羧酸盐合成酶基因，20012001年年Zaslavskaia等通过引入人红细胞的葡萄糖转运基因，使专性光合自养的三角褐指藻能够以葡萄糖为唯一碳源在黑暗的条件下生长。20022002年年Siripornadulsil等在衣藻中诱导自由脯氨酸的积累。转基因衣藻表达致病菌鲑鱼肾杆菌的细胞外抗原蛋白（该细菌在鲑鱼中引发肾病），
15、用这种衣藻喂养鲑鱼和兔可使喂养个体体内能够产生抗体。20032003年年PharmaMar公司的sun等用转基因微藻来生产具有生物恬性的化合物（如抗肿瘤药物、疫苗）。Melis等通过遗传修饰衣藻产生氢气，这样产生的氢气廉价、干净且十分安全。衣藻插入一个反义的CrcpSulp序列来下调叶绿体硫酸盐透性酶的表达。硫的缺乏或限制使正常产氧光合作用还原，在光及大量自由氧存在的条件下，微藻通过其他细胞途径开始光合作用，产生氢气。美国蓝宝石能源公司蓝宝石能源公司创造一种超级藻，能够高效的把阳光和二氧化碳转化成脂类和油，经过提炼可加工成柴油或航空燃料。 藻类可生长在贫瘠的地方或咸水中，因此生产生物燃料不会影
16、响粮食生产。藻类可大量消耗CO2，帮助保持这种温室气体的含量，防止全球气候变暖。3 3、贝类、贝类20世纪80年代以来海卉贝类养殖发展迅速，如扇贝、牡蛎、贻贝和鲍等皆已进行了大规模人工养殖，但目前大多养殖种类仍处于野生状态，培育生长快，品质优，抗逆性强的海水养殖新品种是贝类养殖业中亟待解决的问题。目前对蛤、牡蛎、贻贝、鲍蛤、牡蛎、贻贝、鲍等均进行了转基因研究。其中转基因鲍是研究最多的，转基因鲍是研究最多的，也是最成功的也是最成功的。Powers等（1996）通过电转移法将鲑鱼的生长素基因导入红鲍卵细胞中，培育出可快速生长的转基因鲍。Tsai等（1997）用电脉冲介导的精子载体法将外源基因导入杂色鲍中，其导入率可达65。最近发现聚乙烯亚胺与精子载体法相结合在将外源基因转入皱纹盘鲍时的转导率、表达率都高（汪小龙等，2000）。在这些研究中，通过报告基因可检测到外源基因在幼体中表达，但转导率还不稳定，同时外源基因与贝类本身基因组DNA的整合等问题还有待进一步研究。4 4、虾类、虾类 对虾对虾是我国和世界主要海水养殖动物之一，但病害以及
