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知识提升经济，技术催生产业 。海洋生物技术是指利用海洋生物及其组分生产有用的生物产品以及定向改良海洋生物遗传特性的综合性科学技术。欧盟科学家认为“海洋生物技术广义简洁的定义是：海洋生物学知识与技术用于开发制品和为人类谋利 ” 。美国基础科学委员会与美国科学技术委员会联合编写的报告《21 世纪的生物技术：新地平线》中 ，列举了农业 、环境生物技术 、制造与生物加工和海洋生物技术与水产养殖等 4 个优先发展的重点领域 。美国国家科学基金委员会提出 ，“伴随着在海洋生物和生态系统中的生物技术、分子和细胞生物学等现代工具的深入应用，海洋科学的革命已经开始。预期这是一种根本性的变革 ，在速度上是按几何级数增长的 ，在科学和经济意义上是史无前例的 。10 年内，不仅在创新知识的数量 ，还是在洞察海洋中长期悬而未决的基础性重大科学问题上都将取得重要进展 。 ”20 世纪 90 年代以来 ，海洋水产养殖 、海洋天然产物开发和海洋环境保护等 3 方面成为世界各国竞相发展的热点。世界沿海各国都认识到海洋生物技术在开发和利用海洋生物资源中的重要作用，纷纷加大投资研究和开发海洋生物技术 。各国科学家相继在日本 (1989) 、美国 (1991)、挪威 (1994) 、意大利 (1997) 、澳大利亚 (2000)、日本 (2003) 、加拿大 (2005) 、以色列 (2007) 和中国 (2010, 青岛 ) 召开第 2 到第 9 次国际海洋生物技术大会 。中国政府审时度势，非常及时地于 1996 年正式批准实施了国家海洋“863”高技术计划 ，设立了海洋生物技术主题 ，标志着我国海洋生物技术走向新的阶段。跨越 21 世纪的海洋科学技术前沿主要包括 ：海洋生物组学、生物有机化学和合成生物学、免疫学和病害学 、内分泌和发育与生殖生物学以及环境和进化生物学等 5 个学科方面。1 海洋生物组学各种组学技术包括基因组 、转录组学、蛋白质组学和代谢组学在海洋生物和生态系统中得到越来越广泛和深入的应用 。基于全基因组测序的组学研究能够全面解析生物的基因结构 、功能，使人们可以从基因组水平 ，而不是孤立的单个基因来认识和理解生物的各种生命过程 ，如生长 、发育、抗性等，从而为人们设计和优化生物性状提供了可能 。各种不同演化等级的模式生物的基因组被相继测定 ，海洋模式生物也加入到基因组学研究的热潮中。海鞘 Ciona intestinalis 、紫海胆 Strongylocentrotuspurpuratus 、星状海葵 Nematostella vectensis、Florida文昌鱼 Amphioxus 、淡水枝角水蚤 Daphniapulex和鹿角珊瑚 Acropora digitifera等海洋 ( 或水生 ) 模式生物的全基因组测序相继完成 。20 世纪90 年代末 ，美国 、日本、加拿大 、澳大利亚等国先后宣布启动了包括对虾 、牡蛎、罗非鱼、鲶鱼和鲑鱼等水产经济动物基因组研究计划 。罗非鱼的全基因组 7 倍覆盖深度的测序以及序列的拼接组装正在进行。近年来，我国加大了在水产生物基因组测序方面的支持力度 ，尤其是国际金融危机期间 ，相对发达国家的缩减经费而言，我国政府强化了对科技的投入 ，科学家奋起直追 ，后来居上，我国的牡蛎 、半滑舌鳎 、大黄鱼、石斑鱼和鲤鱼的全基因组测序新近先后均在我国宣告完成 。我国基因组研究已跨入国际先进行列 。在水产养殖中，提高养殖对象生长速度和抗逆性 ，一直是科学家追求的目标。我国朱作言先生在世界上率先开展了水产动物的转基因工作 ，近 20年来鱼类转生长激素基因的研究取得了长足进步，可望率先准入市场 。生活在寒带的鱼可以产生一种奇妙的抗冻蛋白 ，加拿大的丘才良先生和其同事将这种自然抗冻基因分离出来并通过转基因的方法转到海洋生物体 ，从而提高寒冷环境下生物的生长率和存活率 。宏基因组 (metogenomics) 可以分析给定生物群落的全部基因，而避开一一鉴别物种的困难 ，特别适合于海洋环境微生物群落的研究。深海微生物具有相当稀有 、珍贵的基因 ，它们可表达产生如耐高温 、高压特性的蛋白，人们运用分子基因方法克隆耐高温、高压的基因并研究压力和温度的调控在基因中的表达机制 。2 生物有机化学和生物合成学随着从陆地上植物和微生物发现的真正的新化合物数量日益减少 ，海洋天然产物化学家们揭示 ：几乎所有阶元的海洋生物都具有广泛的独特分子结构 。药物学家 、生理学家和生化学家已经证明海洋生物独特结构的各种分子构成了整个生命体系的基本框架 ，这意味着海洋生物在医药和化学工业新产品开发领域具有广阔的前景。不同物种的海洋生物会产生一些化合物，来保护自身被捕食 、被感染或有利于生存竞争。科学家证明这些化合物很多可以应用在农业和医学上 。确定这些化合物产生的代谢途径和查明控制生产过程的环境或生理激发机理 ，可以帮助人们开发规模生产这些化合物的技术 。运用计算机可以构建和改造来源于海洋生物的某些分子 ，通过基因技术就可以大量开发生产许多稀有药物。科学家们从鲨鱼中提取的一种物质可以通过切断肿瘤血液的供应来抑制肿瘤的生长 。从海绵和海藻中提取的某些物质在止疼，消炎，降低血压、血脂等方面都具有独特的药效 。另外 ，研究发现许多生命活性物质都来源于海洋细菌。合成生物学 (synthetic biology) ，最初由 HobomB. 于 1980 年提出来表述基因重组技术，随着分子系统生物学的发展 ，2000 年 Kool E. 重新提出来定义为基于系统生物学的遗传工程 。2010 年 ，在美国文特研究所，由克雷格·文特 (Craig Venter) 带领的研究小组成功创造了一个新的细菌物种——“Synthia ” 。“合成生物学 ”可以用人工的方法 ，对现有的 、天然存在的生物系统进行重新设计和改造 ，甚或通过人工的方法，创造自然界不存在的“人造生命”。因此 ，创造或改造生命系统 ，获得性能改善的人工生物系统，以应对人类社会出现的环境 、能源、材料 、健康等需求是合成生物学的核心内容 。3 免疫学和病害学免疫学是研究生物体对抗原物质免疫应答性及其方法的生物 - 医学科学 。免疫学技术应用于预防人类和动物疾病是免疫学最重大的成就。生活在海洋环境中的多种多样的动植物随时面对病害 、寄生虫和组织病变 ( 如癌变 ) 的威胁 。疾病所造成的生态和经济损失是巨大的 ，我国和世界养虾业被病毒感染造成严重损失就是令人感到切肤之痛的生动例子 。在这一领域中 ，科学家们正在发展基因探针或免疫化学试剂开展对海洋生物疾病的诊断 ；创建鱼和贝的细胞培养体系来支持对疾病的分子基础研究 ；运用 DNA 重组技术开发疫苗 ；运用分子探针来评估环境体系对生物体的影响，研究生物体和环境之间相互关系。又如美国为了控制对虾病害，大规模建立健康对虾养殖系统 ，实施病毒性疾病监控 ，培育高度健康、优质、无特定病毒病原 (specificpathogens free, SPF) 的虾苗。近年来，我国科学家在水产动物病原致病力和疾病流行的分子基础 、宿主免疫体系及其对病原侵染的应答机理和免疫防治的技术原理和有效途径等方面研究取得了国际瞩目的研究成果 。海洋生物组学研究与国际同步发展 ，徐洵先生实验室最早完成了对虾 WSSV 全基因组序列测定；科学家还测定和分析了多种鱼类虹彩病毒基因组全序列 ；在海洋无脊椎动物和鱼类的免疫体系及抗病原感染的机制与网络调控研究上 ，取得了许多国际认可的研究进展 ( 海洋生物病害免疫防治“973 ”项目总结，2010) 。海洋生态系统与人类的健康十分密切 ，海洋环境及海洋食品中存在着形形色色的有害微生物 ，无时无刻不在威胁着人类的健康。深入了解这些病原与人类免疫体系的相互识别和相互作用的过程与机理，对于确保人类的健康十分必要 。4 内分泌学 、发育与生殖生物学海洋生物的繁殖、发育和生长都是在一系列激素调节下进行的 。这些激素是生物内分泌系统通过整合来自配子和环境的信息后产生的。研究神经内分泌系统在调节生长与发育过程中的中心作用 ，可以启发人们开发切实有效的繁育技术 ，来发展名特珍优水产品的生产 。目前，越来越多的增养殖生物在人工条件下繁殖成功就是很好的例子 。借助于一种独特的转基因技术 ，日本海洋生物学家应用精原干细胞异体移植技术 ，成功实现异种“借腹生子 ”，成功地令亚洲大马哈鱼生出了“原籍”美洲的虹鳟鱼。利用这种技术可能使某些濒临灭绝的鱼类继续繁衍下去 。结合内分泌学和分子生物学的知识，也可以利用激素来提高养殖对象的产量 。如克隆重要鱼类的激素和促生长因子的基因 ，通过转基因的方法培育快速生长品系。人工转基因鲤鱼和鲇鱼的生长速度比对照组快 50% 。科学家还通过确定鲍和牡蛎产卵和附着的控制因子 ，大力发展经济贝类育苗的商业化 。许多海洋生物在发育过程中都要经历一个高死亡率的危险期，与这一时期相关的许多因子到目前为止还不十分清楚 ，如果能够攻克这一难关 ，不少重要养殖对象的育苗 、养成技术将会大大改进。5 环境和进化生物学海洋生物技术与计算机技术一样被认为是具有解决复杂科学问题能力的技术，它可以帮助我们了解海洋生态系统的变化乃至全球变化的一些问题。这些问题包括海洋生物的分布 、特化、补充和搬迁 ，以及它们的进化 、适应 、相互作用和生产力的阐述 。例如某些海洋微生物在实验室不能培养 ，但它们在生化要素的循环和运输中起着非常重要的作用 。我们就可以运用单克隆抗体等生物技术手段来研究这些微生物体细胞和其内的活动过程。海洋生物中的共生关系给人们以深刻启迪 。近年来，大量文献阐述了海洋微生物 ，特别是海洋共生微生物作为新药资源的巨大潜力 。就海洋无脊椎动物来说 ，其组织的细胞内外栖息了大量微生物，包括细菌、真菌 、蓝细菌等。这些共生或内生的微生物为其宿主提供了碳源和氮源 ，更重要的是可能参与了天然产物的生物合成 。对海绵 、海鞘、软体动物 、苔藓虫等重要药源生物进行的研究发现 ，通过食物链摄入或共生的细菌 、微藻等微生物，可能是某些海洋天然产物或其类似物的真正生产者 。从太阳能直接获得动物蛋白并非幻想。热带海洋中“绿色的牛 ”——砗磲，依靠其共生的虫黄藻利用阳光产生的营养物质为生 ，生产出高营养价值的动物蛋白 。利用分子生物学可以更深刻了解和认识其代谢途径 。又如澳大利亚科学家发现珊瑚的螅状体中含有大量内共生的虫黄藻 ，它们很可能与珊瑚抗热带浅海强烈紫外线 (UV) 有密切关系。在热带珊瑚礁由于赤道上空臭氧层较薄，加上热带浅海的高透明度 ，UV 强度远远超过一般海洋 ，可贯穿20 m 水深 。澳大利亚科学家们从珊瑚中分离出“S-320 ”物质，具有很好的抗 UV 能力 。
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