21世纪海洋生物技术发展前景？
发展前景近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，以及对海洋环境特殊性和海洋生物多样性特点认识的不断深化，海洋生物资源的多方位开发利用极大地促进了海洋生物技术研究和应用的快速发展。1989年在日本召开第一届国际海洋生物技术大会(以下简称MPS大会)时，只有几十人参加，而1997年在意大利召开第四届IMBC大会时，与会人数达到1000多人。现在IMBC会议已经成为全球海洋生物技术发展的重要标志，出现了火热的局面。IMBC 2000年奥运会刚刚在澳洲开幕，IMBC 2003年奥运会的筹备工作已经在日本展开，日本为主办IMBC 2006年奥运会做了前期宣传，并赢得了主办权。每三年举办一次的IMBC不仅吸引了众多高水平的专家学者展示和交流研究成果，探索新的研发方向，也极大地推动了区域海洋生物技术研究的发展进程。在各大洲都建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。各国也建立了许多研究中心，其中比较著名的有马里兰大学海洋生物技术中心、加州大学圣地亚哥分校海洋生物技术与环境中心、康涅狄格大学海洋生物技术中心、贝尔根大学海洋分子生物学国际研究中心、日本海洋生物技术研究所等。这些学术组织或研究中心举办各种研讨会或工作组会议，研究和讨论具有区域特色的海洋生物技术。从65438到0998，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》和《分子海洋生物学与生物技术》联合出版为《海洋生物技术杂志》(以下简称MB T)，现已成为国际权威刊物。作为一个新的学科领域，海洋生物技术已被明确定义为“海洋生物的分子生物学如细胞生物学和其他技术应用”。
为了适应这种快速发展的形势，美国、日本、澳大利亚等发达国家相继制定了国家发展计划，将海洋生物技术研究确定为21世纪的优先发展领域。从65438到0996，中国还不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)，为以后的发展奠定了基础。不言而喻，到目前为止，海洋生物技术不仅已成为海洋科学与生物技术交叉发展的新的研究领域，而且是21世纪世界各国科技发展的重要组成部分，并将表现出强劲的发展势头和巨大的应用潜力。
1.发展特点
1.1加强基础生物学研究是推动海洋生物技术研究和发展的重要基石，海洋生物技术涉及的范围很广，如分子生物学、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、生物多样性和海洋生态学等。为了使其发展有坚实的基础，研究者非常重视相关的基础研究。在IMBC 2000年会议期间，当笔者问一位资深与会者:这次会议的主要进展是什么？他毫不犹豫地回答:分子生物学水平的研究成果增加了。确实如此。对近期研究成果的统计表明，海洋生物技术的基础研究更多地集中在分子水平，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。这些指导性的基础研究将对未来发展产生重要影响。
1.2促进传统产业是海洋生物技术应用的主要方面。目前，应用海洋生物技术促进海洋产业发展主要集中在水产养殖和海洋天然产物的开发上，这也是海洋生物技术研发的强劲动力。精力充沛的原因。在水产养殖方面，在改善重要水产养殖物种的繁殖、发育、生长和健康方面取得了令人鼓舞的进展，特别是在培育品种的优良性状和提高抗病性方面，如培育生长激素转基因鱼、贝类多倍体育种、鱼类和甲壳类性别控制、疾病检测和预防、DNA疫苗和营养强化等。在海洋天然产物的开发中，利用生物技术的最新原理和方法，开发和分离海洋生物的活性物质，确定分子组成和结构，生物合成方式，测试生物活性，明显促进了新药、酶、高分子材料、诊断试剂等新一代海洋生物制品和化学品的产业化发展。
1.3确保海洋环境的可持续利用是海洋生物技术研究和应用的另一个重要方面。保护海洋环境，控制污染，使海洋生态系统的生物生产过程更加有效，是一个比较新的应用和发展领域。因此，从技术发展和产业发展的角度来看，都有很大的潜力可以挖掘。目前涉及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。)，抗生物粘附，生态毒理学，环境适应和共生。有关国家把“生物修复”作为保护海洋生态环境和海洋产业可持续发展的重要生物工程手段。美国和加拿大联合制定了海洋环境生物修复计划，以促进这一技术的应用和发展。
1.4与海洋生物技术发展相关的海洋政策一直备受公众关注，其中海洋生物技术的发展战略、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、转基因物种的安全与控制、海洋生物技术与生物多样性的关系、海洋环境保护的制定与实施等备受关注。
2.关键发展领域
目前，国际海洋生物技术的重点研发领域主要包括以下几个方面:
2.1发育和繁殖的生物学基础了解海洋生物胚胎发育、变态、成熟和繁殖各环节的生理过程和分子调控机制，不仅对阐明海洋生物生长、发育和繁殖的分子调控规律具有重要的科学意义，而且对应用生物技术促进生物的生长发育，调控其繁殖活动，提高水产养殖的质量和产量具有重要的应用价值。因此，这项研究是近年来海洋生物技术领域的研究热点之一。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-催乳素激素、渗透压调节激素、生殖抑制因子、卵母细胞最终成熟诱导因子、性别决定因子和性别特异性基因的基因鉴定、克隆和表达分析，以及鱼类胚胎的细胞培养和定向分化。
2.2基因组学和基因转移随着全球基因组计划特别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的研究成为生命科学的重点研究内容，海洋生物基因组特别是功能基因组的研究自然成为海洋生物学家的新热点。目前的研究重点是代表性海洋生物(包括鱼、虾、贝类、病原微生物和病毒)的全序列测定，以及特定功能基因的克隆和功能分析，如药物基因、酶基因、激素多肽基因、抗病基因、耐盐基因等。在此基础上，基因转移作为对海洋生物进行遗传改良、培育生长迅速、抗逆性强的优良品种的有效技术手段，已成为该领域应用技术研发的重点。近年来，研究主要集中在目标基因的筛选上，如抗病基因、胰岛素样生长因子基因和绿色荧光蛋白基因。大规模高效的转基因方法也是基因转移研究的关键方面。除了传统的显微注射法、基因枪法和精子携带法外，还发展了逆转录病毒介导法、电穿孔法、转座子介导法和胚胎细胞介导法。
2.3病原生物学和免疫随着海洋环境的逐渐恶化和海水养殖的大规模发展，病害问题已成为制约世界海水养殖发展的瓶颈因素之一。研究病原生物(如细菌、病毒)的致病机理、传播途径及其与宿主的相互作用，是发展有效防治技术的基础。同时，开展海水养殖的分子免疫学和免疫遗传学研究，了解海水鱼、虾、贝的免疫机制，对于培育抗病养殖品种，有效防控养殖病害具有重要意义。因此，病原生物学和免疫已成为目前海洋生物技术的重点研究领域之一，主要集中在病原微生物相关基因、海洋生物抗病相关基因的筛选和克隆、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疫苗的研制等方面。
2.4生物活性及其产物海洋生物活性物质的分离利用是海洋生物技术的另一个研究热点。现代研究表明，独特的化合物广泛存在于各种海洋生物中，以保护自己不在海洋中生活。不同海洋生物的活性物质在生物医学和疾病预防方面显示出巨大的应用潜力。例如，海绵是分离天然药物的重要资源。此外，一些海洋微生物具有耐高低温、耐高压、耐高盐、低营养的功能，研究开发这些具有特殊功能的海洋极端微生物，有可能获得陆地上无法获得的新的天然产物。因此，对极端微生物的研究已成为近年来海洋生物技术研究的重点。该领域的研究重点包括抗肿瘤药物、工业用酶和其他专用酶、极端微生物中特定功能基因的筛选、抗菌活性物质、抗生殖药物、免疫增强剂、抗氧化剂和工业化生产。
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和应用。生物修复技术是一种海洋环境生物技术，其含义比生物降解更广泛，以生物降解为核心。其方法包括利用生物或其产物降解污染物，降低毒性或将其转化为无毒产物，富集和固定有毒物质(包括重金属)，大规模生物修复还包括生态系统中的生态调节。应用领域包括大规模水产养殖和工厂化养殖、石油污染、重金属污染、城市污水排放和其他海洋废弃物(水)处理。目前，微生物对环境反应的动力学机制、降解过程的生化机制、生物传感器、海洋微生物和其他生物之间的共生关系和互利机制、抗粘附物质的分离纯化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发育和生殖的调控利用GIH(性腺抑制激素)和GSH(性腺刺激激素)调控甲壳动物成熟和生殖的技术[1]，研究了甲状腺激素对金少生长发育的调控。结果发现，甲状腺激素受体的mRNA水平在脑中最高，在肌肉中最低，在肝、肾和鳃中的表达水平中等。说明甲状腺素受体在成人金银脑中起重要作用[1]。鉴定了柄海鞘的同源盒基因，分离出30个同源盒基因[1]，建立了青鳉的同源盒基因[1]。建立了虹鳟鱼原始生殖细胞培养并分离出Vasa基因[2]，分离鉴定了斑节对虾生殖抑制激素[2]。通过受体介导法筛选GnRH类似物用于鱼类繁殖[2]，建立海绵细胞培养技术用于药物筛选[2]，建立研究基因表达的模型系统，通过基因转移研究海胆胚胎工程[研究人葡萄糖基转移酶和大鼠己糖激酶cDNA在虹鳟鱼胚胎中的表达[3]，建立通过细胞周期蛋白依赖性激酶活性测定海洋鱼苗细胞增殖率的方法[3]。研究了斑节对虾蜕皮过程中几丁质酶基因的表达[4]，从海参中分离出同源盒基因并测序[4]。
3.2功能基因的克隆建立了牙鲆肝脏和脾脏中mRN A的表达序列标记，从一株深海耐压细菌中分离出压力调节操纵子，从大西洋鲑鱼中分离出雌激素受体和甲状腺素受体基因，从挪威对虾中分离出性腺抑制激素基因[1]；将DNA微阵列技术应用于海绵细胞培养，构建了南美白对虾的遗传连锁图谱，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单位，初步表明硬骨鱼IGF-I pro-E肽具有抗肿瘤作用[2]；构建了海洋酵母de-baryomycetes Hansen II质粒载体，从鲤鱼血清中分离纯化了蛋白酶抑制剂，从青蟹血细胞中分离了抗菌肽样物质，从红鲍鱼中分离了肌动蛋白启动子。发现细胞周期依赖性激酶活性可作为海洋鱼苗细胞增殖的标志，并克隆和测序了鳗鲡细胞色素P4501A cD-NA。用基因转移法分析了鳗鲡细胞色素P450IAI基因的启动子区，分离克隆了鳗鲡细胞色素P450IAI基因，建立了适用于沟邵遗传作图的多态性EST标记，构建了牙鲆EST数据库并鉴定了一些新基因，建立了斑节对虾的一些组织特异性EST标记，从感染平鱼弹状病毒的淋巴细胞EST中分离出596个cDNA克隆[3用PCR克隆了一条自花受精的两性鱼？从金鲷鱼CDNA文库中分离出一个肌动蛋白基因，多肽延伸因子EF-2CDNA克隆，在湖鳟基因组中发现了TC1样转座子元件[4]；已鉴定和克隆的基因包括:南美白对虾抗菌肽基因、牡蛎过敏原基因、大西洋鳗鲡和大西洋鲑抗体基因、虹鳟鱼Vasa基因、青鳉P53基因、鞭毛藻真核起始因子5A基因、条纹鲈鱼GtH受体cDNA、鲍鱼肌动蛋白基因、蓝藻丙酮酸激酶基因、鲤鱼视紫红质基因调控序列等。
3.3通过基因转移分离克隆了鲑鱼IGF基因及其启动子，构建了鲑鱼IGF(胰岛素样生长因子)基因的表达载体[1]。利用核定位信号因子[1]提高了外源基因转移到斑马鱼卵中的整合率，建立了快速生长的转基因罗非鱼品系，并对其安全性进行了评价。对转基因罗非鱼进行三倍体诱导，发现三倍体转基因罗非鱼比转基因二倍体鱼生长快，但比非转基因二倍体鱼好。同时转基因三倍体雌鱼完全不育，值得推广[2]。研究了超声波处理促进外源DNA与金鲷鱼精子结合的技术方法，并以GFP作为细胞和生物体内基因表达的指标。结果表明，转基因鲶鱼比对照组生长速度快33%，转基因鱼逃敌能力差，可以放归自然，不会对生态环境造成大的危害[3]；以GFP为遗传标记研究了斑马鱼转基因条件的优化和表达效率[3]；在抗病基因工程育种方面，构建了海洋抗菌肽和溶菌酶基因的表达载体，并进行了基因转移实验[2]；目前，转基因研究的品种已经从经济养殖的鱼类逐渐扩展到养殖的虾类、贝类和一些观赏鱼[2.3]。通过基因轰击将外源基因转移到虹鳟鱼肌肉中，并获得稳定表达[4]。
3.4分子标记技术与遗传多样性研究了利用鱼类基因内含子作为遗传多样性评价指标的可行性，并利用SSCP和测序方法研究了大西洋和地中海几种海洋生物的遗传多样性[1]，研究了南美白对虾消化酶基因的多态性[1]。利用寄生原生动物和有毒甲藻基因组DNA的间隔区序列作为标记检测这些病原体在环境水体中的污染程度，利用18S和5.8 S核糖体RNA基因之间的第一个内部间隔区(ITC-1)序列作为标记研究甲壳动物的种间和种内遗传多样性[2]；对斑节对虾三个群体的线粒体DNA多态性进行了研究，并用PCR技术鉴定了夏威夷虾虎鱼幼苗的物种特异性。通过测定内含子序列揭示了南美白对虾的种内遗传多样性，并利用同工酶、微卫星DNA和RAPD标记评价了不同群体褐鳟的遗传变异。从比目鱼中鉴定分离出12种微卫星DNA，在加州鱿鱼中发现了高度变异的微卫星DNA[3]。一种深水鱼(Gonostoma gracile)的线粒体基因组的结构被阐明，并且在硬骨鱼类中发现了第一个tRNA基因重组的例子。测定了具有重要商业价值的海洋轮虫的卫星DNA序列。利用RAPD技术从泥鳅和鳎鱼中筛选微卫星重复序列，从多毛类动物中分离出高度多态的微卫星DNA。利用RAPD技术研究了泰国东部泥蟹的遗传多样性。利用AFLP方法分析了母系遗传物质对雌核发育条纹鲈基因组的贡献[4]。
3.5DNA疫苗与疾病预防构建了针对鱼坏死病毒的DNA疫苗[1]；对虹鳟鱼IHNV DNA疫苗的构建和疾病预防进行了研究。结果表明，用编码IHNV糖蛋白基因的DNA疫苗免疫虹鳟，诱导了非特异性免疫保护反应，证明了鱼类DNA免疫途径的可行性，并从虹鳟细胞系中鉴定出干扰素诱导的蛋白激酶[2]；建立了检测养殖对虾病毒病原的ELISA试剂盒，并利用PCR等分子生物学技术对对虾病毒病原进行了鉴定。利用鱼类的非特异性免疫指标对海洋环境进行监测，研究了通过抗病基因转移提高鲷科鱼类抗病能力的可行性，并研究了文蛤唾液酸化蛋白的抗菌防御反应[2]。研究了一种海洋多糖及其衍生物的抗病毒活性[3]；建立了检测牡蛎病原体的PCR—ELISA方法[3]；研究了Latrunculin B毒素在红色海绵中的免疫定位[4]。
3.6生物活性物质从海藻中分离出新的抗氧化剂[1]，建立了大量生产生物活性化合物的海藻细胞和组织培养技术，建立了体外海绵细胞培养制备抗肿瘤化合物的方法[1]；从不同生物(如对虾和细菌)中鉴定并分离出抗菌肽及其基因，从鱼类水解液中分离出可作为微生物生长底物的活性物质，海洋生物中存在抗粘附活性物质。从蟹和虾中提取免疫激活剂，从海藻和蓝细菌中纯化发光细菌致死化合物。海星提取物显示了小鼠精子细胞形成的效果。从海洋植物大叶藻中分离出一种无毒的抗粘附活性化合物，从海绵和海鞘提取物中分离出一种抗肿瘤化合物，开发出一种珊瑚变态的天然诱导剂，从海胆中分离出一种新的抗氧化药物，在海洋甲藻植物中鉴定出一种长碳链的高度不饱和脂肪酸(C28)，表明海洋真菌是分离抗菌肽等生物活性化合物的理想来源[2]；发现海洋假单胞菌硫酸多糖及其衍生物具有抗病毒活性。从硬壳蛤中分离出谷胱甘肽-S-转移酶，从鲤鱼血清中分离出丝氨酸蛋白酶抑制剂，从海绵中分离出氨刺激脯氨酸二肽酶，从一种珊瑚中分离出具有类DNA酶活性的物质，建立了开放式海绵培养体系，为生物活性物质的大量制备提供了充足的海绵原料[3]。从虾肌肉水解产物中分离抗氧化肽[4]；
3.7生物修复、极端微生物和抗附着研究了转重金属硫蛋白基因藻类对海水环境中重金属的吸附能力，表明明显大于野生藻类[1]，研究了石油降解微生物在修复石油污染的海水环境中的修复能力和应用潜力[1]。研究了海洋磁性细菌在海水环境中去除和回收重金属的应用潜力[1]。利用芽孢杆菌去除渔场污水中的氮，利用分子技术筛选用作海水养殖饵料的微藻，开发六价铬在生物修复中的应用潜力，分离耐冷癸烷降解菌，研究海洋环境中多环芳烃的微生物降解技术[2]；从嗜盐菌中分离渗透压调节基因，生产重组四氢嘧啶(渗透压调节因子)。从2650米深海分离到一株耐热细菌，可用于分离耐热酶和耐热酶。在一种耐热细菌古菌中发现了d-氨基酸和厌氧氨基酸消旋酶，并测定了三种海洋火灾球菌的基因组DNA序列。借助于CROSS/BLAST分析，筛选出特定的功能基因，从海底沉积物、海水和北冰洋中收集到65，438+0，000多种嗜冷细菌，并从这些细菌中分离出多种适冷酶[2]。建立了藤壶附着诱导物质的简易测定方法，研究了绿藻门与共生菌的形态相互作用，研究了珊瑚抗附着物质(dterpene)类似物的抗附着和麻醉作用[3]。分析海岸环境污染的初始过程，检测沉积物和附着物的影响[4]。
4.前景和建议
以上研究分析表明，海洋生物技术作为一门全新的学科，已经成为21世纪海洋研究开发的重要领域，并沿着三个应用方向快速发展。一是水产养殖，其目标非常明确，就是提升传统产业，推动水产养殖在优良品种培育、疾病预防、规模化生产等多方面的跨越式发展；二是海洋天然产物开发，旨在发掘和开发新的高附加值海洋资源，促进新型海洋药物、高分子材料和具有特殊功能的海洋生物活性物质的产业发展；第三，海洋环境保护，其目标是确保海洋环境的可持续利用和工业的可持续发展。令人欣慰的是，这种应用发展趋势与我国海洋事业的发展需求相一致，特别是与海洋生物资源可持续开发利用的高科技需求相一致[5]。事实上，在过去的五年里，我国海洋生物技术研究和应用取得了长足的进步，取得了一批世界一流的研究成果，对海洋事业的发展起到了重要的推动作用。21世纪，加大海洋863的支持力度，进一步推动我国海洋生物技术的快速发展，不仅具有现实意义，而且具有战略价值。此外，面对科技全球化的挑战，多渠道加强国际合作与交流，推动我国海洋生物技术创新和产业化向更高水平发展也非常重要。
从技术应用的角度来看，海洋生物技术主要是利用海洋环境的特殊性和生物多样性的特点，在分子和细胞水平上，即在高科技水平上开发利用海洋生物类群资源。遗传资源和天然产物资源，那么与此相关的基础研究就非常重要。其实这也是国际研发的一个趋势。为了弥补这一不足，我国海洋生物技术的发展需要多方面的支持和配合，不仅要与国家重点基础研究发展计划、国家自然科学基金等相关计划进行沟通和衔接，还要加强基础建设。要加强中试和产业化基地以及开放实验室、研究基地、生物多样性资源库、种子库、信息数据库等基础设施建设。这些措施对我国海洋生物技术向更高水平发展具有深远意义。
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