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1、w 21 世纪海洋生物技术发展 展望 摘要本文根据近期的文献资料，分析研究了目 前国际海洋生物技术研究发展特点。重点领域及最新研究进 展，展望对世纪海洋生物技术研究的发展趋势，并就我国海 洋生物技术发展提出相应的建说。 关键词海洋生物技术发展展望 近 10 年来，由于海洋在沿海国家可持续发展 中的战略地位日益突出，以及人类对海洋环境特殊性和海洋 生物多样性特征的认识不断深入，海洋生物资源多层面的开 发利用极大地促进了海洋生物技术研究与应用的迅速发展。 1989 年首届国际海洋生物技术大会（以下简称 MPS 大会） 在日本召开时仅有几十人参加，而 1997 年第四届 IMBC 大 会在意大利召开
2、时参加入数达 1000 多人。现在 IMBC 会议 已成为全球海洋生物技术发展的重要标志，出现了火红的局 面。 IMBC 2000在澳大利亚刚刚开过， IMBC2003 的筹备工作在日本已经开始，以色列为了举办们IMBC w 2006早早作了宣传，并争到了举办权。每 3 年一届的 IMBC 不仅吸引了众多高水平的专家学者前往展示与交流研 究成果，探讨新的研究发展方向，同时也极大地推动了区域 海洋生物技术研究的发展进程。在各大洲，先后成立了区域 性学术交流组织，如亚太海洋生物技术学会、欧洲海洋生物 技术学会和泛美海洋生物技术协会等。各国还组建了一批研 究中心，其中比较著名的为美国马里兰大学海洋生
3、物技术中 心、加州大学圣地亚哥分校海洋生物技术和环境中心，康州 大学海洋生物技术中心，挪威贝尔根大学海洋分子生物学国 际研究中心和日本海洋生物技术研究所等。这些学术组织或 研究中心不断举办各种专题研讨会或工作组会议研究讨论富 有区域特色的海洋生物技术问题。1998 年在欧洲海洋生物 技术学会、日本海洋生物技术学会和泛美海洋生物技术协会 的支持下，原海洋生物技术杂志与分子海洋生物学和 生物技术合刊为海洋生物技术学报（以下简称 MBT） ， 现在它已成为一份具有权威性的国际刊物。海洋生物技术作 为一个新的学科领域已明确被定义为“海洋生命的分子生物 学如细胞生物学及其它的技术应用” 。 为了适应这种
4、快速发展的形势，美国、日本、 澳大利亚等发达国家先后制定了国家发展计划，把海洋生物 技术研究确定为 21 世纪优先发展领域。1996 年，中国也不 w 失时机地将海洋生物技术纳入国家高技术研究发展计划 （863 计划） ，为今后的发展打下了基础。不言而喻，迄今 海洋生物技术不仅成为海洋科学与生物技术交叉发展起来的 全新研究领域，同时，也是 21 世纪世界各国科学技术发展 的重要内容并将显示出强劲的发展势头和巨大应用潜力。 1发展特点 表 1 和表 2 列出的资料大体反映了当前海洋 生物技术研究发展的主要特点。 1.1 加强基础生物学研究是促进海洋生物技术 研究发展的重要基石 海洋生物技术涉及到
5、海洋生物的分子生物学、细胞生物 学、发育生物学、生殖生物学、遗传学、生物化学、微生物 学，乃至生物多样性和海洋生态学等广泛内容，为了使其发 展有一个坚实的基础，研究者非常重视相关的基础研究。在 IMBC 2000会议期间，当本文作者询问一位资深的与会 者：本次会议的主要进步是什么？他毫不犹豫的回答：分子 生物学水平的研究成果增多了。事实确实如此。近期的研究 成果统计表明，海洋生物技术的基础研究更侧重于分子水平 w 的研究，如基因表达、分子克隆、基因组学、分子标记、海 洋生物分子、物质活性及其化合物等。这些具有导向性的基 础研究，对今后的发展将有重要影。 1.2 推动传统产业是海洋生物技术应用的
6、主要方面 目前，应用海洋生物技术推动海洋产业发展主要聚焦在 水产养殖和海洋天然产物开发两个方面，这也是海洋生物技 术研究发展势头强劲。充满活力的原因所在。在水产养殖方 面，提高重要养殖种类的繁殖、发育、生长和健康状况，特 别是在培育品种的优良性状、提高抗病能力方面已取得令人 鼓舞的进步，如转生长激素基因鱼的培育、贝类多倍体育苗、 鱼类和甲壳类性别控制、疾病检测与防治、DNA 疫苗和营 养增强等；在海洋天然产物开发方面，利用生物技术的最新 原理和方法开发分离海洋生物的活性物质、测定分子组成和 结构及生物合成方式、检验生物活性等，已明显地促进了海 洋新药、酶、高分子材料、诊断试剂等新一代生物制品和
7、化 学品的产业化开发。 表 1近期 IMBC 大会研讨的主要内容 w 表 2近期 IMBC 大会和Marine Biotechnology学报论文统计表 1.3 保证海洋环境可持续利用是海洋生物技术研究应用 的另一个重要方面 利用生物技术保护海洋环境、治理污染，使海洋生态系 统生物生产过程更加有效是一个相对比较新的应用发展领域， 因此，无论是从技术开发，还是产业发展的角度看，它都有 巨大的潜力有待挖掘出来。目前已涉及到的研究主要包括生 物修复（如生物降解和富集、固定有毒物质技术等） 、防生 物附着、生态毒理、环境适应和共生等。有关国家把“生物 修复”作为海洋生态环境保护及其产业可持续发展的重要
8、生 物工程手段，美国和加拿大联合制定了海洋环境生物修复计 划，推动该技术的应用与发展。 1.4 与海洋生物技术发展有关的海洋政策始终是公 众关注的问题 w 其中海洋生物技术的发展策略、海洋生物技术的专利保 护、海洋生物技术对水产养殖发展的重要性、转基因种类的 安全性及控制问题、海洋生物技术与生物多样性关系以及海 洋环境保护等方面的政策、法规的制定与实施倍受关注。 2.重点发展领域 当前，国际海洋生物技术的重点研究发展领域主要 包括如下几个方面： 2.1 发育与生殖生物学基础 弄清海洋生物胚胎发育、变态、成熟及繁殖各个环节的 生理过程及其分子调控机理，不仅对于阐明海洋生物生长、 发育与生殖的分子
9、调控规律具有重要科学意义，而且对于应 用生物技术手段，促进某种生物的生长发育及调控其生殖活 动，提高水产养殖的质量和产量具有重要应用价值。因此， 这方面的研究是近年来海洋生物技术领域的研究重点之一。 主要包括：生长激素、生长因子、甲状腺激素受体、促性腺 激素、促性腺激素释放激素、生长一催乳激素、渗透压调节 激素、生殖抑制因子、卵母细胞最后成熟诱导因子、性别决 定因子和性别特异基因等激素和调节因子的基因鉴定、克隆 w 及表达分析，以及鱼类胚胎于细胞培养及定向分化等。 2.2 基因组学与基因转移 随着全球性基因组计划尤其是人类基因组计划的实施， 各种生物的结构基因组和功能基因组研究成为生命科学的重
10、 点研究内容，海洋生物的基因组研究，特别是功能基因组学 研究自然成为海洋生物学工作者研究的新热点。目前的研究 重点是对有代表性的海洋生物（包括鱼、虾、贝及病原微生 物和病毒）基因组进行全序列测定，同时进行特定功能基因， 如药物基因、酶基因、激素多肽基因、抗病基因和耐盐基因 等的克隆和功能分析。在此基础上，基因转移作为海洋生物 遗传改良、培育快速生长和抗逆优良品种的有效技术手段， 已成为该领域应用技术研究发展的重点。近几年研究重点集 中在目标基因筛选，如抗病基因、胰岛素样生长因子基因及 绿色荧光蛋白基因等作为目标基因；大批量、高效转基因方 法也是基因转移研究的重点方面，除传统的显微注射法、基 因
11、枪法和精子携带法外，目前已发展了逆转录病毒介导法， 电穿孔法，转座子介导法及胚胎细胞介导法等。 2.3 病原生物学与免疫 w 随着海洋环境逐渐恶化和海水养殖的规模化发展，病害 问题已成为制约世界海水养殖业发展的瓶颈因子之一。开展 病原生物（如细菌、病毒等）致病机理、传播途径及其与宿 主之间相互作用的研究，是研制有效防治技术的基础；同时， 开展海水养殖生物分子免疫学和免疫遗传学的研究，弄清海 水鱼、虾、贝类的免疫机制对于培育抗病养殖品种、有效防 治养殖病害的发生具有重要意义。因此，病原生物学与免疫 已成为当前海洋生物技术的重点研究领域之一，重点是病原 微生物致病相关基因、海洋生物抗病相关基因的筛
12、选、克隆， 海洋无脊椎动物细胞系的建立、海洋生物免疫机制的探讨、 DNA 疫苗研制等。 2.4 生物活性及其产物 海洋生物活性物质的分离与利用是当今海洋生物技术的 又一研究热点。现人研究表明，各种海洋生物中都广泛存在 独特的化合物，用来保护自己生存于海洋中。来自不同海洋 生物的活性物质在生物医学及疾病防治上显示出巨大的应用 潜力，如海绵是分离天然药物的重要资源。另外，有一些海 洋微生物具有耐高温或低温、耐高压、耐高盐和财低营养的 功能，研究开发利用这些具特殊功能的海洋极端生物可能获 得陆地上无法得到的新的天然产物，因而，对极端生物研究 w 也成为近年来海洋生物技术研究的重点方面。这一领域的研
13、究重点包括抗肿瘤药物、工业酶及其它特殊用途酶类、极端 微生物中特定功能基因的筛选、抗微生物活性物质、抗生殖 药物、免疫增强物质、抗氧化剂及产业化生产等。 2.5 海洋环境生物技术 该领域的研究重点是海洋生物修复技术的开发与应用。 生物修复技术是比生物降解含义更为广泛，又以生物降解为 重点的海洋环境生物技术。其方法包括利用活有机体、或其 制作产品降解污染物，减少毒性或转化为无毒产品，富集和 固定有毒物质（包括重金属等） ，大尺度的生物修复还包括 生态系统中的生态调控等。应用领域包括水产规模化养殖和 工厂化养殖、石油污染、重金属污染、城市排污以及海洋其 他废物（水）处理等。目前，微生物对环境反应的
14、动力学机 制、降解过程的生化机理、生物传感器、海洋微生物之间以 及与其它生物之间的共生关系和互利机制，抗附着物质的分 离纯化等是该领域的重要研究内容。 3.前沿领域的最新研究进展 3.1 发育与生殖调控 w 应用 GIH（性腺抑制激素）和 GSH（性腺刺激激素） 等激素调控甲壳类动物成熟和繁殖的技术1，研究了甲状腺 激素在金绍生长和发育中的调控作用，发现甲状腺激素受体 mRNA 水平在大脑中最高，在肌肉中最低，而在肝、肾和鳃 中表达水平中等，表明甲状腺素受体在成体金银脑中起着重 要作用1，对海鞘的同源框（Homeobox）基因进行了鉴定， 分离到 30 个同源框基因1，建立了青鳉的同源框 （H
15、omeobox）基因1，建立了青鳉胚胎干细胞系并通过细 胞移植获得了嵌合体青鳉1，建立了虹鳟原始生殖细胞培养 物并分离出 Vasa 基因2，进行斑节对虾生殖抑制激素的分 离与鉴定2，应用受体介导法筛选 GnRH 类似物，用于鱼 类繁殖2，建立了海绵细胞培养技术，用于进行药物筛选2， 建立了将海胆胚胎作为研究基因表达的模式系统2，通过基 因转移开展了海胆胚胎工程的研究2，研究了人葡糖转移酶 和大鼠已糖激酶 cDNA 在虹鳟胚胎中的表达3 ，建立了通 过细胞周期蛋白依赖的激酶活性测定海水鱼苗细胞增殖速率 的方法3，研究了几丁质酶基因在斑节对虾蜕皮过程中的表 达4 ，从海参分离出同源框基因，并进行了
16、序列的测定4。 3.2 功能基因克隆 w 建立了牙鲆肝脏和脾脏 mRNA 的表达序列标志，从 深海一种耐压细菌中分离到压力调节的操纵子，从大西洋鲑 分离到雌激素受体和甲状腺素受体基因，从挪威对虾中分离 到性腺抑制激素基因1；将 DNA 微阵列技术在海绵细胞培 养上进行了应用，构建了班节对虾遗传连锁图谱，建立了海 洋红藻 EST，从海星卵母细胞中分离出成熟蛋白酶体的催化 亚基，初步表明硬骨头鱼类 IGFI 原 E 一肽具有抗肿瘤作 用2；构建了海洋酵母 Debaryomyces hansenii 的质粒 载体，从鲤鱼血清中分离纯化出蛋白酶抑制剂，从兰蟹血细 胞中分离到一种抗菌肽样物质，从红鲍分离到一种肌动蛋白 启动子，发现依赖于细胞周期的激酶活性可用作海洋鱼类苗 种细胞增殖的标记，克隆和定序了鳗鱼细胞色素 P4501A cDNA，通过基因转移方法分析了鳗细胞色素 P450IAI 基因的启动子区域，分离和克隆了鳗细胞色素 P450IAI 基因， 建立了适宜于沟绍遗传作图的多态性 ES
