海洋生物技術

海洋生物技術

海洋科學 漁業 生物技術

例如，世界上第一個轉基因的魚，就是把人的一種生長基因從人的細胞里提取出來，移值到魚的脫氧核糖核酸里去。這種轉基因的魚它的個體比一般同類魚要大得多。這項技術是1985年由中國科學院水生所首次使用。1991年美國科學界公開承認了這項生物技術。這種生物技術的應用前景十分廣闊，它廣泛應用於海水養殖業中，包括育種、性別控制、養殖新技術和病害防治等。在歐洲的尤里卡計劃中，就有支持挪威和西班牙開發改善牡蠣營養和遺傳的新技術。1986年，美國科學家將虹鱒的生長激素基因轉移到鯰魚中，使鯰魚的養殖期從18個月縮短到12個月。目前，世界各國海洋生物技術的研究又有新的發展。一是探索有價值的海洋生物種群；二是利用生物技術開發新的海洋動植物優良品種，用於水產養殖業；三是利用海洋生物技術從天然生物中提取或者加工各種化工產品；四是從基因工程理論上闡明生物的特殊功能，並在可能的範圍內加以利用；五是用基因工程理論闡明海洋生態系統存在與發展的規律，並對其進行人為的控制；六是建立海洋生物利用系統，包括海水養殖新技術和海洋生物生產系統。

科學家認為，現代人類社會的進步，是由一系列的“技術時代”所構成，即從化學時代(塑料)到原子時代(核能)，再到微電子時代(電腦)；再下來，就是現代正初露端倪的生物技術時代。從廣義上講，生物技術就是利用有機體或其中的一部分，生產出各種生物製品，或者，為適用目的而定向改良動植物遺傳特性，培養具有某種特殊用途的微生物技術。因此，生物技術是一門綜合性很強的交叉學科，其研究基礎是生物學、化學和生物工程學。那麼，何為海洋生物技術呢？海洋生物技術，就是利用海洋生物或其組成部分，生產出有用的生物產品，以及定向改良海洋生物的某些遺傳特性的綜合性科學技術。

海洋生物技術興起於20世紀80年代，是傳統海洋生物學發展的一門新興研究領域。目前，世界各國正在進行的海洋生物技術研究的內容，主要是以海洋生物為對象，綜合應用基因工程、細胞操作技術和細胞培養等技術手段，進行海洋生物遺傳性改造，或生產對人們有用的海洋生物產品。隨著神經生物學、海洋生態學、海洋工程學、電子學，以及遙感技術和深海探測技術不斷向海洋生物技術領域滲透，並與之相結合，海洋生物技術的研究範圍將逐步拓寬。現在，人們正在研究的內容大體有三個方面：一是開發、生產和改造海洋生物天然產物，以便用作藥物、食品、新材料；二是定向改良海洋動物、植物遺傳特性，為海水養殖業提供具有生長快、品質高和抗病害的優良品種；三是培養具有特殊用途的“超級細菌”，用來清除海洋環境的污染，或者生產具有特定生物治理的物質。

利用生物技術，改良具有重要經濟價值的海水養殖生物遺傳特性，是各國海洋生物技術的主攻方向之一。美國、加拿大、英國、法國和日本等發達國家的生物學家，將基因工程、細胞工程和傳統養殖技術相結合，在海水養殖生物新品種培養方面，取得重要進展。美國科學家應用染色體組織操作技術，獲得了雌性發育和雄性發育的虹鱒魚。在貝類養殖上，用相同的技術，獲得三倍體牡蠣。1988年，這種牡蠣的產量佔總產量的50%以上。加拿大科學家已將北極魚類的抗凍蛋白基因，轉移到鮭魚的體內，使轉基因魚的生長速度比對照魚提高4～6倍；同時，還建立起通過生殖細胞(精子)傳遞給子代，構建了全魚基因庫。在我國已有十多種海洋無脊椎動物誘導三倍體獲得成功，並逐漸轉化為規模生產。尤其值得一提的是，在生長激素基因技術上已有重大突破，人們已從鮭魚、墨鰻、金槍魚、幼魳魚、牙鮃魚和鯛中，分離出來。這是為人們長期期待的應用生長激素基因生產轉基因魚類，培養出速生海洋魚類新品種，奠定了基礎。

另一主攻方向是利用某些化學方法，從海洋生物中提取人類所需的生物化學成分。比如殼聚糖等一些糖類，以及藥用脂肪、蛋白質、膽固醇等。

在改造海藻類的研究中，也有重要突破。海藻可分為大型海藻和微型海藻兩類。在大型海藻方面，人們已成功地從紫菜和海帶中，成功分離出原生質，並進行培養，進行了細胞融合技術的研究。同時，人們還發現大型海藻類的質粒，這為開發藻類基因工程奠定了基礎。另外，人們還進行核酸分子雜交和序列測定，並廣泛用來研究藻類的系統發生、親緣關係和地理分佈等。

在微藻研究方面，在淡水球藻和螺旋藻中已分離出質粒，以及將克隆出藍藻質粒，與其他藻類構建重組質粒。人們還利用基因槍噴射技術，把帶有野生型葉綠體基因的克隆化DNA片段，導入到衣藻細胞中，使該基因能穩定地結合到葉綠體基因組中。

在海洋微生物技術的研究中，也取得了令人興奮的成績。20世紀70年代，美國率先開展了利用細菌消除海洋石油污染的研究。目前，已發現約有40個屬的細菌，在不同條件下能夠降解石油。隨後，一些發達國家也開始了這項技術的研究。近些年來，有關降解石油的“超級細菌”的研究，成為當今海洋微生物學研究的“熱點”之一。研究表明，隨著細菌中某些烴降解質粒的發現，和分子技術的不斷發展，使構建消除石油污染的“超級細菌”成為可能。人們將TOL質粒導入TOD降解途徑中，某些關鍵酶的基因缺陷型菌株，使之達到完全降解這類芳香化合物的目的。

海洋生物技術除在海洋動物、海藻和微生物方面取得成績外，還有更為廣闊的用途。例如，純種保存技術，實現了能對部分海洋生物成功地進行冷凍保存。將海產顯花植物大葉藻的種子進行冷凍，對鮭科魚類、貝類、甲殼類的生殖細胞進行收集和保存。再如，成功地進行了生物反應器和感測器的研究。人們成功地製成了氨生物感測器，其基本工作原理是用雙層醋酸纖維膜將硝化細菌固定化，以溶解氧探針作為換能器。製成的恆溫水浴控感器，其工作原理是以磷酸緩衝液，控制溶液的pH值，用於廢水或河水品質監測。在海洋環境保護里，在污染物和廢水處理等環境凈化領域，可採用生物技術。將基因工程和技術應用到降解特殊化合物上，其操作技術是提高某些微生物體內特異性酶類水平對污染物進行特異性生物降解轉化，使酶工程在環境凈化中得以廣泛應用。英國科學家用含氰化水合酶的真菌來處理氰化物。美國科學家使用辣根過氧化物酶，消除廢水中的酚和胺。在利用生物技術進行疾病和防治上，採用的核酸探針已成功地運用於對蝦傳染性皮下組織和造血器官壞死病毒及斑節對蝦桿狀病毒的測定。除了核酸探針之外，單克隆抗體也被用來對海洋生物的疾病進行靈敏而又準確的診斷。已研製出傳染性胰壞死病毒、傳染性造血器官壞死病毒等主要魚類病毒的單克隆抗體，用於多種魚類病原診斷，並取得良好效果。人們在海洋藥物篩選分離方面，已從海綿、海鞘、珊瑚和海兔等海洋生物中，成功分離出尿核苷、醯胺類、聚醯類、萜類、大環內酯、直鏈肽等多種化合物，其中有些已被批准為抗癌新葯或正在進行臨床試驗。發現海洋魚類、貝類和藻類中含有豐富的EPA和二十二碳六烯酸(DHA)，這些都具有降低血壓、降低高脂血質患者血漿中的甘油三酯、低密度脂蛋白和膽固醇等功能。有些已被正式批准為治療心血管病的藥物。此外，人們還從海洋生物中分離出一批具有抗菌活性的物質。

80年代興起的海洋生物技術，其長遠目標在於實現海洋農牧化生產，以使人們獲得更豐富的海洋產品，開發出更多的海洋藥物。