党巍

　　广阔无垠的海洋是自然界赋予人类的巨大资源库。据科学家测定：海洋为我们提供了数量充沛、种类繁多的食物资源。据统计，海洋水产食物资源每年可以向人类提供鱼、虾、贝、藻等 6 亿吨，占目前人类食用量的 20% 以上。1999 年，我国海洋水产品总量达 2472 万吨，占世界渔业总产量的 1/4，居世界第一；我国海水养殖业成为大农业中发展最快、活力最强的支柱产业之一；海洋在解决“吃”的问题方面可以发挥重大作用：我国近海有 2.4 亿亩浅海，以其中的 20% 用于海水养殖和增殖，形成规模巨大的海上农牧场，就可以提供数量巨大的海产食品。为此，海洋农牧化已作为一项战略性课题，列入国家科技发展规划。其中，海水养殖放牧技术、海洋生物深加工技术、基因工程技术、生物信息学和高效表达技术等主要技术，对于揭示生命起源，发展“蓝色农业”及研究生物多样性、海洋健康与环保等具有重要意义。

科技兴海意义重大

　　海洋是如此富饶，它可以为人类提供食物、能源、矿物、水源、化工原料以及当今社会所面临的食物资源匮缺等问题，几乎都可以从海洋中找到出路。人类要维持自身的生存与发展，在现实的条件下，充分利用海洋———地球上这块最后的资源丰富的宝地，是最为切实可行的。因此，海洋科学技术目前已成为世界各国争先发展的高科技领域，在 21 世纪必将成为人类最为重要的、支柱性的高科技之一。

　　海洋生物技术是上世纪 80 年代形成的生物技术新领域。海洋生物技术是运用现代生物学和工程学的手段，利用海洋生物体、生命系统和生命过程进行生产的一门高技术科学。它是海洋生物学和生物技术的交叉领域，是未来生物经济时代的重要表征之一。目前，海洋高新技术已成为众多国家新世纪的发展战略，而海洋生物技术是这些发展战略中的重要环节。它使人类更有效地开发海洋生物资源，从海洋中获得更多的食品、蛋白、营养品、治疗疑难杂症的特效药物和具有特殊功能的生化产品等，对于我国人多、地少的生存发展现状及开辟海洋应用领域具有重大意义。海洋生物技术是继医药生物技术、农业生物技术之后的又一竞争环节，世界各国围绕着海水养殖、海洋环保、海洋天然产物开发等方面开展的新一轮技术竞争热点所在。美、日、英、法、俄竞相推出“海洋生物技术计划”、“海洋蓝宝石计划”、“海洋生物开发计划”等研究计划；各国纷纷成立专门研究海洋生物技术的基地。我国由于具有海洋资源优势及一定的研究基础，在海洋生物技术发展初期就参与了这一竞争。1996 年 7 月，国家将海洋技术作为第 8 个领域列入国家高技术研究计划，即 863 计划。国家基金、攀登、863 攻关工程技术研究中心、星火、火炬和科技兴海等一系列计划将我国海洋生物技术的研发集中在海水养殖、海洋食品开发和海洋天然产物开发等各个方面。加大海洋生物技术研发力度、抢占技术制高点，对于我国形成高水平、高产值、高效益的新型高技术产业，实现建设海洋经济、开发蓝色农业的战略目标具有重要意义。

海洋食品浮出海面

　　海洋生物富含大量易于消化的蛋白质和氨基酸。海洋水产食物蛋白的营养价值主要取决于氨基酸的组成。海洋中鱼、虾、贝、蟹等生物蛋白质含量丰富，人体所必需的 8 种氨基酸含量充足，尤其是赖氨酸含量更比植物性食物高出许多，且易于被人体吸收。日本等国研制的浓缩鱼蛋白、功能性蛋白、海洋风味肉等，均以鱼类为主要原料制成。海洋生物含有独特的脂肪酸，尤其是含有一定量的高度不饱和脂肪酸，为禽畜肉和植物性食物所不含，这种脂肪酸有助于防止动脉粥样硬化。以鱼油为原料制成的药品和保健食品对心血管疾病有特殊疗效。

　　海洋生物还是无机盐和微量元素的宝库。海虾、海鱼中钙的含量是禽畜肉的几倍至几十倍；海带中富含碘元素；鱼肉中的铁最易被人体吸收；用鱼骨等加工制成的“海洋钙素”、“生物活性钙”对防治缺钙有独特疗效。海洋占地球总面积的 71%，其中，海洋浮游生物总量可达 5000 亿吨，较高等的海洋生物总量可达 700 亿吨；海洋中已知的鱼类有 2 万多种，其中经济鱼类 200 多种；人类从海洋中获取的食物资源主要集中在鱼、虾、贝、藻等各类动植物中。在目前人类的食品中，海洋水产品虽然提供了较高的蛋白质，但若以干品来计算，仅占人类食品总量的 1% 左右。虽然整个海洋的初级食品总量相当高（可达 55×109 吨），但海洋中的食物链比陆地长得多，可获取的终极食品就相对少得多。海洋虽然是个丰富的食品库，但它不是一个无穷无尽的资源库。

基因工程揭示生命

　　我国科技工作者利用先进生物基因工程手段对海洋资源研究起步较早，至今已取得大批在国际上有较大影响的成绩。
1. 结合文昌鱼早期发育的研究，开展了文昌鱼同源框基因和 LIM 类基因在早期发育中基因调控作用的研究，分离了文昌鱼 mRNA，构建了 cDNA 文库，分析了 LLM 类基因序列，进行了原位杂交分析，初步探讨了同源框基因在文昌鱼早期发育中的调控作用。
2. 进行海洋生物有用基因的开发。该项研究从鱼生长激素基因、别藻蓝蛋白基因，到海葵毒素基因的分离均取得了一定的成绩。其中，别藻蓝蛋白基因和细菌活性蛋白 MBP 基因重组，可获得高效表达融合蛋白的菌株，并完成了 5 升发酵罐试验，每升菌液能生产 35 毫克重组蛋白，经动物实验证明其抑瘤和促免疫系统功能活性都较螺旋藻天然藻蓝蛋白显著。为了将抗菌肽基因应用于海水养殖动物的病害防治，研究人员采用 PCR 技术，扩增了家蚕的抗菌肽 cecropinB 基因片段，以 pUC19 质粒为载体转化到大肠杆菌中，并利用阳性克隆中分离出的 cecropinB 基因测定了其 DNA 序列。
3. 开展海水鱼类转基因研究，构建了“全鱼”生长激素基因重组体，将其导入真鲷和牙鲆受精卵，培育出批量转基因真鲷和牙鲆。其外源基因整合率达到 38%，表达率达到 22.6%。转基因真鲷比对照组鱼体长增长 9.3%，体重增长 42%。此外，还用斑马鱼进行了转β－半乳糖苷酶基因实验和组织特异性表达分析，构建了转基因斑马鱼模型。将大洋条鳕抗冻蛋白基因及其酶连接后的成串基因用显微注射法导入金鱼受精卵中，用成串基因获得的转基因鱼的稳定性和成功率都高。此外，用显微注射法将鲑鱼类胰岛素生长因子（IGF）基因导入泥鳅和白鲫受精卵内，其外源基因整合率达到 50%，转基因白鲫的体长和体重都明显高于对照组。
4. 构建了载有鱼生长激素基因和萤火虫荧光素酶基因的重组质粒，用脉冲导入法进行了转基因贝实验。DNA 斑点杂交阳性率为 11%～12%，Southern 杂交阳性率为 3%～7%。转基因贝比对照组体积增加了 29.9%。此外，研究人员还构建了中国对虾、海湾扇贝和栉孔扇贝基因文库。从扇贝基因文库中，利用鱼生长激素基因作探针筛选出 6 个阳性克隆，证明了扇贝含有与鱼生长激素基因同源的序列。
5. 建立了海带基因工程的遗传转化模式系统。从钝顶螺旋藻分离了别藻蓝蛋白基因，进行了全序列分析。发现海带的组织块和雌配子体是基因工程的理想受体，目前已找出提高愈伤组织诱导率和再生孢子体的最佳条件。用基因枪法将报告基因和选择标记基因导入海带的组织块、雌配子体和幼孢子体中，获得了瞬间表达和长期表达的结果，发现了海带的有效启动子。通过对 6 种抗生素选择标记的研究，发现氯霉素可以作为有效的选择标记，并将其转入海带中，筛选出了抗性基因稳定表达的植株。
6. 利用分离出的大鳞大马哈鱼的生长激素基因 cDNA 和λpL 启动子构建了重组质粒 pλpchGH 并转化大肠杆菌 M5219 品系，获得能高效表达这种鱼生长激素的工程菌，建立了从包涵体中提取分离表达产物的方法。

海洋药物踏浪而来

　　海洋不仅为人类提供食品、能源和矿产，而且是人类未来的大药房。据估计，从海洋生物中提制的药品达 2 万余种。海洋药物按其用途大致可分为心脑血管药物、抗癌药物、抗微生物感染药物、愈合伤口药物、保健药物等。生长在海洋这一特殊生态环境中的海洋生物，其生长和代谢过程中产生并积累了大量的天然产物，这些产物具有抗癌、抗菌、抗病毒、免疫等多种生物活性物质。随着生命科学的发展，人们发现在许多生物资源中含有对生物体和人体具有重要的调控生理功能作用的有效成分，其中不少对维系生态环境和生命的最佳状态具有重要意义。科学家将这类有效成分命名为生物活性物质，如海藻中含有的牛磺酸，可有效防止膳食脂肪吸收，具有降低血胆固醇、降低血压等功效；海参中的海参素、刺参酸等活性成分有抗癌作用等。海洋药物研制正成为各国新药研究的新热点，海洋药物资源的开发利用已取得令人瞩目的进展。日本、美国和英国等国家迄今已在海洋生物中发现并提取出了 3000 多种具有医用价值的生物活性物质，这些药物在获取抗细菌、抗病毒、抗癌和抗心血管等疾病方面已取得了明显的成效。

海洋环保造福子孙

　　以食物来说，人类通过肥料的人工合成和生物技术引起的“绿色革命”使新增加的 20 几亿人免于困境和饥荒。那么，21 世纪的头 50 年增加的食物需求量从何解决？人类赖以生存的陆地面积是有限的，陆地非再生资源是人类社会赖以生存发展的重要支柱，而这部分非再生资源的储量也是有限的。除此以外，一些可再生资源，如水资源也面临着枯竭的危机。20 世纪 80 年代以来，世界淡水用量剧增，农业用水比 20 世纪初增加了 40 倍，工业用水增加了近 30 倍，城市生活用水增加了近 15 倍。还有被誉为“地球之肺”的森林资源，与 19 世纪相比地球的肺功能是大大下降了；相反的，人类的工业、以及汽车、飞机、货车、轮船所排出的废气与有害气体却大大增加了。今天，人类社会经济的高速发展使得人类社会正在以前所未有的速度向前迈进，我们必须看到，这些问题的解决会再次促进人类社会的巨大进步，同时也必须看到，这些难题的解决在很大程度上需要依赖于海洋中丰富的资源。

　　然而，近几十年来，人类对海洋进行的几乎是掠夺性的开发。在四五十年轰轰烈烈的发展之后，应该冷静了。人类的食物过去主要来源于陆地，在可以预见的未来，也必将是来源于陆地，海洋只是一个补充。近 20 年来，渔业捕捞品的质量迅速下降，资源枯竭，这是大海给我们人类上的沉重的一课。人类对于海洋的开发必定要遵循其规律，否则它必将以生态的失衡来惩罚我们。新时代、新科技的到来，使得新能源的利用、新材料的开发、新工艺的应用深入人心，人们的衣、食、住、行、将会有大量″新材料″的替代品充斥其中。在这个承前启后的年代里，海洋将成为人类索取生存物质、拓展生存空间的跳板。

世纪展望灿烂辉煌

　　21 世纪海洋生命科学的发展可能具备下面若干走向：宏观拓展研究大尺度、中长期、全球性的变化规律。微观变化在海洋生物的基因研究上与陆地生命科学研究水平接轨。宏观微观相得益彰以基因之深奥结合海洋之广袤，从 DNA 角度洞察海洋生态系统。多学科融合与多界面操作物理学、化学、数学、信息学、计算机科学等学科的介入为破译海洋生命的遗传语言提供了基础。在核酸、细胞器、细胞等各个界面展开操作，在分子、细胞、个体、生态系、大洋生态系等各个层次上诠释海洋生命。

　　21 世纪海洋开发将进入迅速发展时期。海藻良种化技术、海洋动物倍性育种和性别控制、病害防治技术等都将在生产中开始应用。海洋药物、诊断试剂、功能食品、轻化工产品等高值化的产品将被开发出来。基因工程等的应用基础研究成果将引入，学科的交叉加速成果转化，使得生化工程等薄弱环节创彩出新。技术的创新使得海洋产业焕发新的生命活力。

　　回想人类与海洋相处的历史，人类曾付出了多么惨重的代价；然而，人类也曾得到良多。想一想人类从只能进行滩涂采集到今天在全球范围内进行海洋资源的立体开发利用，是多么地令人振奋。当我们开始正视人类与海洋的关系时，就会感到人类与海洋的真正联系才刚开始，前面的路还很遥远，也很艰难，但却灿烂辉煌。