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海洋生物学发展展望

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,海洋生物资源的多层次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.表1和表2所列数据大体反映了当前海洋生物技术研发的主要特点。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。表1近期IMBC会议主要内容表2近期IMBC会议统计表及海洋生物技术杂志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。利用生物技术保护海洋环境,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,它是一个比较新的应用和发展领域。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* * *卫生学。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.重点发展领域目前,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、成熟和繁殖各个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和调控其繁殖活动,提高水产养殖的质量和产量也具有重要意义。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、海洋微生物与其他生物之间的生物学关系和互利机制、抗粘附物质的分离纯化是该领域的重要研究内容。