第十一章 生物技术与海洋 黄海之滨——前三岛（之车牛山岛）

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1 第十一章 生物技术与海洋 黄海之滨——前三岛（之车牛山岛）
连云港市黄海边上的前三岛：由车牛山岛、达山岛（也称达念山岛）、平岛（也称平山岛）三个岛组成，陆域面积共0.321平方公里。其中，平岛距车牛山岛18.8公里，长900米，宽300米，总面积0.148平方公里；达（念）山岛距车牛山岛6.8公里，距平山岛15.1公里岛长470米，宽370米，总面积0.115平方公里是前三岛中距离陆地最远的岛屿；车牛山岛长400米，宽230米总面积0.06方公里，是前三岛中最南端、面积最小的岛屿。

2 海洋——生命的摇篮，风雨的故乡，五洲的通道，资源的宝库
占地球表面的71％，生物量占地球总生物量的87％，生物种类达20多万种，利用率仅为1％； 生物活性：抗真菌，抗病毒，止血，抗凝血，抗肿瘤等活性。 环境特殊；高压、低温、高盐、黑暗、缺氧、立体 大量陆地上罕见的物种 海洋——为世界"第六大洲"。 当今世界，海洋科学正在迅速崛起，特别是进入90年代以来，由于陆地资源日益匮乏，而人类的需求日益增长，各国政府越来越重视海洋科学研究的规划和发展。海洋科学的研究热点包括海洋资源、自然灾害、生态环境等等，其中海洋生物资源的研究、开发和利用是热点。众所周知，浩瀚的海洋当中蕴含着极为丰富多样的生物体和活性物质，它是人类未来的资源库和食品库，对人类未来的生存和发展具有重要的意义环境特殊（深海的高压、极地的低温、海底热泉区的高热和高盐度） ； 大量陆地上罕见的物种（耐盐、耐高温、耐高压、耐寒、耐高渗透性，浮游、发光、吸磁性、稀有物质浓缩能力、环境治理清污能力、能量交换能力、信息传递能力、固氮、产氢、硝酸还原及加氧化合物交换能力 ） 2

3 中国地图 中国海岸线总长度3.2万千米，其中大陆海岸线1.8万千米，岛屿海岸线1.4万千米。
我国陆地面积960万km2，中国渤海、黄海、东海与南海的面积共计472万km2。

4 海洋生物技术诞生较晚，一般认为现代海洋生物技术兴起于20世纪80年代。
进入90年代以来，海洋生物基因工程专项拨款逐年增加，同时鉴于海洋生物的基础研究较为薄弱，阻碍了基因工程技术在该领域的应用，因此也普遍加强了涉及海洋生物的基础研究。目前世界上海洋生物基因工程在整体水平和规模上仍处于起步和发展阶段，部分成果已开始向商业应用转化。 前三岛之车牛山岛 在80年代以后，在世界范围内，海洋生物技术特别是基因工程的研究和应用，同其他领域相比，至少落后10年以上。 人们对海洋生物认识不足，在思维习惯上仍然只是偏重于陆地生物；另外由于海水的阻隔，对技术和资金需求更高，也限制了研究的发展。 美日等发达国家认识到海洋生物资源开发的重要性，纷纷拨款成立专项基金，成立海洋生物技术研究中心，把海洋生物技术作为研究重点。由于基因工程技术的日臻完善，且在其他领域的研究中取得了举世瞩目的成就，现在人们也开始重视基因工程在海洋生物领域的应用。 我国在80年代开展了海洋生物技术方面的工作。 基因工程技术在海洋生物方面涉及面较广，包括海洋药物、食品、海洋增殖养殖技术、海洋病原微生物研究、海洋污染及环境保护等方面。

5 我国海洋生物技术研究起步较晚,且在应用领域—特别是在提升传统产业技术含量方面有比较迫切的要求,因此,在前沿领域的研究累积明显不足。
要缩短与国际海洋生物技术研究发展的差距,一项重要的措施是加大基础生命科学的研究和先进技术的发展,加大与水产养殖、天然产物、海洋环境保护等应用领域密切相关的海洋分子生物学的研究。 海洋生物技术研究的快速发展得益于基础生命科学技术的创新和进步,全基因组测序与结构基因的分析及生物技术应用、ＤＮＡ提取纯化和分子分析的自动化等无疑大大提高和扩展了海洋生物技术的研究水平和应用范围。 因此,未来海洋生物技术的发展仍然依赖于基础生命科学技术的创新和进步,特别依赖于海洋分子生物学的研究与累积以及先进生物技术的应用。

6 当今,最能概括反映海洋生物技术前沿领域动态和研究进展的应是国际海洋生物技术大会(international marine biotechnology conference,简称IMBC)和《国际海洋生物技术学报》(Marine Biotechnology)。

7 2010年第九届大会由中国科学院海洋研究所主办，在中国青岛召开。
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）、中国（ ） 2010年第九届大会由中国科学院海洋研究所主办，在中国青岛召开。 中国科学院海洋研究所 国际海洋生物技术大会由原日本海洋生物技术研究所所长、现日本清洁地球研究所所长发起，首届大会于1989年在日本东京召开，随后不定期在美国、挪威、意大利、澳大利亚、日本、加拿大和以色列举办。 1989年首届国际海洋生物技术大会（以下简称MPS大会）在日本召开时仅有几十人参加，而1997年第四届IMBC大会在意大利召开时参加入数达1000多人。参加ＩＭＢＣ已成为海洋生物技术领域中的一件盛事,近几届参加会议的人数在500～1000人。 人们感到每三年召开一届的ＩＭＢＣ对展示和交流海洋生物技术的最新研究成果在时间间隔上长了一些,要求缩短会议的间隔时间,因此,2003年以后将每两年召开一次ＩＭ ＢＣ。第7和第8届ＩＭＢＣ分别于2005年在加拿大东岸的纽芬兰和2007年在以色列地中海沿岸的特拉维夫召开。这些足以说明ＩＭＢＣ在海洋生物研究领域的重要性和它对该领域发展的作用。

8 国际海洋生物技术学报 《国际海洋生物技术学报》(Marine Biotechnology)是1998年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,将原《海洋生物技术杂志》和《海洋分子生物学和生物技术》合刊而成的。 现在是海洋生物技术研究领域具有权威性的国际刊物。

9 11.1 海洋天然产物 指具有生物活性的海洋生物天然产物
严格来说，是指海洋生物的次级代谢产物生物碱、大环内酯、萜类、甾(zāi)醇、聚醚、脂类、多糖、多酚、醌类、蛋白质和肽类十大类 在亿万年漫长的生物进化期间，海洋生物从海水中吸取了丰富的构成生命的重要物质（蛋白质、糖类、脂肪、磷酸盐腺苷、核酸和水），并用完全不同于陆地的温度、盐度、气压等的海洋环境，在体内合成某些陆地生物中不存在的生理活性物质。这些活性物质是有助于生物种群的生存和生命的延续的重要物质。 自20世纪60年代以来，人们从海洋藻类、海洋无脊椎动物和海洋微生物中分离出数千种结构新颖的次级代谢产物，其中许多已被证明具有抗肿瘤、抗病毒、抗细菌、抗真菌和抗凝血等生物活性。 海洋药用资源蕴藏十分丰富，涉及海洋生物5个生物界、44个生物门、20278种。

10 向海洋寻找各种活性物质的困难 除了已实现大规模养殖的海洋生物外，其他的药源生物资源不易获得； 多以微量形式存在，给提取和纯化带来一定困难
结构的特殊性和复杂性增加了化学合成、半合成的难度。这些均增另了使海洋生物活性物质成为药物的难度。 有些具有已知的潜在的毒副作用，应用上受到限制

11 11.1.1 海洋药物的研究概况 国外概况 1950’：开始对海洋天然产物的研究，以抗菌目的为多
1964：日本学者开始对河豚毒素(tetrodotoxin, TTX)的研究作为开端;美国国立癌症研究所（NCI）开始筛选抗肿瘤活性物质； 1967：美国召开首次海洋药物国际学术会议 1968 年美国家癌症研究所（NIC）对海洋生物资源的抗癌活性筛选使海洋药物的研究成为一个独立的领域 1960末-1970初（第一个高潮）：开始大规模海洋天然药物的筛选，侧重抗肿瘤、抗病毒、抗炎、强心等 1980’（低谷时期）：热情退去（采样困难，活性成分含量极低，结构难以测定） NIC每年研究、检测的上万个天然产物中，1/4 来自海洋生物

12 1990’末－(发展时期)：共筛选出6000多种海洋生物活性物质，3000多种具医用价值，且有多个进入临床试验
1980’末起（重新成为热点）：（高分辨度测试仪器，光谱、质谱、NMR、HPLC、基因工程的介入等）对海洋药物的研究与开发获得不少具有突破性的成果，已从海葵、海绵、腔肠动物、被囊动物、棘皮动物和微生物体内分离得到具有抗菌、抗病毒、止血、镇痛、抗炎、抗肿瘤和心血管等生物活性的多种新型化合物。 1990’末－(发展时期)：共筛选出6000多种海洋生物活性物质，3000多种具医用价值，且有多个进入临床试验 1994年《联合国海洋法公约》正式生效，许多沿海国家都把开发利用海洋作为基本国策。 世界范围内真正意义上的海洋药物仅十几种 当前：侧重点依然在抗肿瘤、抗真菌等方面 80 年代后期，科学技术的进步，尤其是现代生物工程技术，使海洋药物的广泛开发成为可能。 美、日、英、法、俄等国分别推出包括开发海洋药物在内的“海洋生物技术计划”、“海洋蓝宝石计划”、“海洋生物开发计划”等，投入巨资发展海洋药物及其他海洋生物技术。 世界上一些著名大学也相继建立了海洋药物研究机构。 由于现代分离分析技术的发展与应用，使复杂的海洋生物微量活性成分得以快速地分离和鉴定。 新的基因工程、细胞工程和酶工程等生物技术的研究与应用，进一步促进了海洋药物的研究与开发。 海洋药物这一新生领域已成为世界关注的热点。

13 国内概况 我国是世界上最早应用海洋药物的国家。 公元一世纪的《神农本草经》：海洋药物约为10种。 1596年李时珍所写的《本草纲目》：海洋药物90余种。 1765年，《本草纲目拾遗》：海洋药物总数发展到100余种。 目前，可作药用的海洋生物达1000余种。 1978年：全国科学大会上提出“向海洋要药”、“开发海洋湖沼资源，创建中国蓝色药业”的战略设想之后，结束了缓慢发展的历史，进入高速发展的新时期的。 相继成立了中科院青岛海洋所、南海所，及农业部黄海所，青岛海洋大学，中山大学，北京大学等一批海洋生物研究及药物开发基地。

14 11.1.2 目前海洋活性生物研究的主要领域 国外： 海洋生物毒素 抗肿瘤药物 抗病毒药物 预防、治疗心脑血管疾病的药物
其他：如抗炎、抗放射性、医用生物材料、保健品等 国内： 海洋中成药 海洋现代药 海洋保健品 生物卫生材料 近20年，从海洋生物种分离得到约11大类共计300多种海洋生物活性物质，开发成产品的有10多种，100多种海洋中成药，几十种海洋保健品

15 海洋生物药物的来源 主要来自海洋无脊椎动物如海苔虫，海兔，海鞘，海绵和海藻（包括微藻与微生物）。 研究最多的是海藻、海绵，其次是珊瑚
海绵(最原始的多细胞动物：2亿年前就已经生活在海洋里;种类繁多,占海洋动物种类的l／15；分布广泛)是海洋天然药物的最大来源，也是海洋药物研究的热点 我国是最早将海洋生物用作药物的国家之一，《黄帝内经》；2000多年的临床应用历史。 海绵：分布广泛：从潮间带、深海，从热带海洋、南极冰海；海洋、河流与湖泊；奇特而强大的再生能力。

16 种 类 来 源 功 能 鲨鱼抗癌蛋白 鲨鱼 抗Lewis肺癌 棘皮动物抗癌肽 海胆 抗白血病 蛤素 硬壳蛤、巨砺 抑制非病毒性肿瘤 海扇抗癌糖蛋白 海扇 抑制肉瘤P180结节型肿瘤 海兔卵抗癌肽 海兔卵 抑制P180淋巴白血病细胞 沙群海葵素 沙群海葵 抑制P388淋巴白血病和K、B细胞生长 降钙素 鳗鱼心/鲑鱼 降低血钙和血磷/抑制骨钙流失 海蛇毒 青环海蛇 镇痛 海绵毒素 皮海绵 溶血活性 海葵毒素 黄海葵 强心作用 海绵抗生肽 海绵 抗真菌、抗细菌（G+、G-） 软体动物抗生肽 螺、鲍 抗病毒、抗细菌 抗炎肽 鲸骨 风湿性关节炎 硫酸软骨素 鲨鱼、鲸鱼骨 降血脂、抗凝血，抗动脉硬化，治疗冠心病 刺参酸性粘多糖 刺参 广谱抗肿瘤，抗凝血 几丁质 虾、蟹壳 药用赋型剂等 海参苷 海参 抗肿瘤，抗真菌，抗放射等 海星皂苷 海星

17 11.1.3 海洋毒素 （marine toxins） 指从海洋生物中分离出来的具有强烈生理活性，特别是致命毒性的化学物质
资源丰富，种类多，分布广，含量极微、结构及其复杂 估计有1000多种，其中已确定结构的有几十种 价值极高，如高纯度的河豚毒素，国际市场的价格为每克几十万美元 通常对生物神经系统或心血管系统的高特异性 Eg：西加毒素（ciguatoxin,CTX）：分布最广，源自岗比毒甲藻和西加鱼类， LD50为0.45ug/kg 肽类化合物 已报道约50多种 研究最多的是海藻毒素（anemonetoxins）、芋螺毒素（conotoxins）、海蛇毒素三大类 脂溶性酚类 海兔毒素（aplysiatoxin）和去溴海兔毒素（debromoaplysiatoxin）。 主要从巨大鞘丝藻（Lyngbra majuscula）中分离而得。

18 岩沙海葵毒素(palytoxin,PTX) (海洋生物毒素中最毒的化合物)
源自沙群海葵科的岩沙海葵； 也称为：沙海葵毒素或群体海葵毒素 最毒非蛋白物质，也是海洋生物毒素中最毒的化合物 目前最强的冠状动脉收缩剂，作用强度比血管紧张素高100倍；溶血剂；抗肿瘤，LD50为0.15ug/kg； 它的毒性不仅比神经性毒剂沙林高出几个数量级，而且比剧毒性的河豚毒素或石房蛤毒素也大数十倍。

19 河豚毒素（tetrodotoxin,TTX）
人类最熟悉的海洋毒素。一种存在于河豚、蝾螈、斑足蟾等动物中的海洋毒素，剧毒、弱碱、无色结晶； 能麻痹神经，通常只需氰化钾五百分之一就可置人于死地。中毒的人会因神经麻痹而窒息而死，其中，毒素直接进入血液中毒死亡速度最快； 细胞膜钠离子通道选择性阻断剂，细胞膜钠离子通道的阻断，导致细胞膜去极化，从而特异性地干扰了神经一肌肉的传导过程； 平时国内外每年都有不少因食河豚鱼中毒而死亡者。因其毒性剧烈，性质稳定，且国外已能人工化学合成，故引起国外军界的高度重视。美、前苏联军队早已将其列入化学战计划。 河豚毒素是细胞膜钠离子通道选择性阻断剂。细胞膜钠离子通道的阻断，导致细胞膜去极化，从而特异性地干扰了神经一肌肉的传导过程。体外实验证明，河豚毒素对细胞膜上某些部位有非常强的亲和力，即使是非常稀的溶液（10–8M），细胞膜表面上每平方微米仅吸附几十分子，就可以完全暂时性中断钠离子流透入细胞膜，而钠离子流对神经一肌肉兴奋是必须的，然而稳定状态的钾离子流（它对静止状态的膜是重要的）则完全不受影响。有证据说明，河豚毒素的胍基对阻断钠离子通道起决定性作用。 河豚毒素是河豚鱼吃了含有河豚毒素的海洋藻类，并且通过自身的转化而存在于体内。本来有毒的河豚，如果将它的幼苗弄到池塘进行人工饲养，它就能失去毒性。但是，如果给它喂食含有河豚毒素的饵料，它就会毒化，从而重新产生河豚毒素。 河豚 高效的局部麻醉药(3微克)，止痛时间长，不上瘾，广泛用于内外科止痛；

20 石房蛤毒素 （saxitoxin,STX） 石房蛤(Saxidomus giganteus)因大量摄取有毒膝沟藻(Gonyaulax catenella)而在体内积累的麻痹性聚醚神经毒素，有很强的麻醉作用；具较强的降压作用 是海洋生物中毒性最强烈的麻痹性毒素之一，作为潜在的化学生物战剂，长期以来为国外军事研究单位所高度重视，是主要的研究对象之一

21 11.1.4 海洋生物来源的抗癌药物 主要来源：藻类、海绵、珊瑚等
海绵中获得海绵尿嘧啶核苷 (spongouridine)，后研究成功合成方法，获得有效抗癌药物阿糖胞苷（有时候也称为海绵核苷）(arabinoside cytosine, Ara-C)，目前在市场上获得广泛应用 如从海蛤提取的蛤素 (mercenene) 有很好的抗癌作用； 存在于海鞘中的膜海鞘素 (didemnin) 为强的抗肿瘤、免疫抑制剂； 鲸鲨软骨中提取的 6-硫酸软骨素(chondroitin sulfate A)具有降血脂、抗动脉硬化的作用。 从黄海葵提取的新型强心药物海葵毒素 (anthoplearin) A 和 B等。

22 11.1.5海洋生物来源的抗生素 头孢菌素钠 (cephalosporin natrium)：为海洋微生物中发现并开发成功的第一个“抗生素”，开创了开发海洋新抗生药的先例。 海参中提取的海参皂苷抗真菌的有效率达88.5%，是人类历史上从动物界找到的第一种抗真菌皂苷。 广谱低毒抗生素—伊他霉素

23 11.1.6 海洋生物来源的多糖 琼胶 卡拉胶 褐藻胶 …… 植物性多糖 动物性多糖 甲壳质
蓝藻是最低级的海藻，种类较少。绿藻中的浮游植物种类繁多，为单细胞植物，广泛分布于世界大洋的浅水层海域，是海洋食物链中的初级生产者。海藻中除了浮游植物外，生长在化学组分极为复杂的海水中的海藻，其代谢产物、代谢特点与陆地植物相比差异相当大，致使海藻里含有大量的特殊碳水化合物，特别是褐藻和红藻，其碳水化合物含量约占全重的30%以上。 海藻多糖也就是海藻中所含的各种高分子碳水化合物，一般水溶性，具有高粘度或凝固能力，如褐藻中的褐藻胶，红藻中的琼胶和卡拉胶等。 海藻中多糖含量由于种类、生长环境和生长季节等不同而有很大差别。 另外，许多海洋多糖具有很强的药理活性，有独特的抗肿瘤、抗病毒、抗凝血等活性，因此从海洋活性多糖中寻找一些特效药，已为世界医药界所瞩目。 海藻是海洋植物的主体，主要由蓝藻、绿藻、红藻和褐藻四大类组成。绝大多数种类的绿藻、红藻和褐藻都是底栖的，主要生长于潮间带和低潮线以下10余米的浅深度。

24 琼胶 以半乳糖单位结合而成的半乳聚糖 是某些海藻细胞壁的主要组成成分，功能与纤维素相似
琼胶目前主要由红藻中石花菜、江蓠、紫菜、鸡毛菜等在热水中提取获得，是海藻工业重要产品之一。

25 将琼胶甲基化后，再以氯仿分级处理，可得到甲基化琼胶——琼脂糖（agarose）
琼胶中含琼脂糖越多，强度越高 琼脂糖：近似理想的凝胶基质，很适于生物聚合物的扩散和电泳移动；具很强的胶凝性，低浓度时胶凝效果好；食品、微生物培养基的胶凝剂 DNA电泳常用的介质：琼脂糖凝胶

26 卡拉胶 由D-半乳糖及其衍生物组成，分子中含有硫酸基 是某些红藻的细胞壁多糖 皮下注射卡拉胶能促进骨胶原的生长，增加骨骼对钙质的吸收
胃酸能够降解卡拉胶，以调节胃粘液中硫含量使其恢复正常，防止溃疡的发生，且可与粘膜上层上粘蛋白结合形成更具抵抗力的膜性结构，从而对胃肠粘膜起保护作用。 对胃溃疡和十二指肠溃疡有治疗作用 不同种类的红藻所获得的卡拉胶，所含成分不尽相同，在性质上也存在着很大差异。

27 褐藻胶（algin） 褐藻的细胞间多糖，在藻体中与纤维素共同构成细胞膜，大部分与钙结合，形成褐藻酸盐类。
海带科海藻含量较高，一般含量在20%-25%。 有利于人体新陈代谢，提高解毒能力，增强人体健康。 可降低人体对胆固醇的吸收，降低血压； 能缩短有毒物质与肠道接触的时间，促进胆固醇等的体外排出； 能促进肠道蠕动，防止便秘，防止肥胖 褐藻酸是褐藻细胞中普遍含有的一种多糖聚合物，

28 褐藻胶的衍生物：藻酸双酯钠（PSS） 1990’初：我国青岛海洋大学（现中国海洋大学）管华诗教授等在80年代中期以褐藻胶为原料，经分子修饰研制出来的海洋多糖类药物 具肝素样（肝素是最有效的抗凝剂）的化学结构和生理作用，但无肝素样的毒副作用，是我国首创的新型肝素海洋药物 具明显抗凝血作用；有效降低血液的粘度；明显的降血脂、改善微循环的作用 缺血性心、脑血管疾病的防治 肝素是最有效的抗凝剂，能阻止血小板聚集和破坏，抑制凝血酶的形成及活性，并能促使纤维蛋白溶解。  因为肝素极强的抗凝活性限制了其活性的发挥；因口服不能吸收，也给其广泛的临床应用造成障碍。药效与毒力之间的关系、药物效力持续时间及生物利用度、药源等问题一直是肝素类物质研究中的关键问题。 PSS的创新之处在于，找到了一种制造突出肝素某一药理作用的类肝素药物的方法，以合理工艺解决了类肝素药物药效与毒力之间的关系及口服等吸收问题。 甘糖酯和海力特，进一步推动了中国海洋药物产业的发展。

29 甲壳质（chitin） 广泛存在于真菌的细胞壁、节肢动物及甲壳动物等的外壳、昆虫的体表等 地球上仅次于植物纤维的第二大生物资源
线型氨基多糖高分子物质 基本单位：乙酰葡萄糖胺，分子量100万D以上 海洋动物中存在许多活性多糖，像源自甲壳动物的甲壳质，和鱼类、贝类等中的糖胺聚糖、酸性粘多糖等。有些海洋动物多糖已在临床中加以应用，如甲壳质及其衍生物制成的医药用品已有广泛应用，其潜在开发应用价值十分巨大。

30 甲壳质的应用 甲壳质最显著的特点：具有生物亲和性和生物可吸收性。 医药：缝合手术线、药物的缓释剂、人工皮肤 农业：农药缓释剂、种子的包衣剂
纺织印染业：植物防皱、涂料印花的固着剂 对机体而言，甲壳质最显著的特点：具有生物亲和性和生物可吸收性。所以以甲壳质为原料制成的人工皮肤，具有良好的组织相容性，并能加速创面愈合； 在外科手术中可吸收的手术缝合线通常是羊肠线，但羊肠线不易缝合，不易打结，且易产生抗原抗体反应。用甲壳质研制的手术缝合线，质地柔软，机械强度大，易被机体吸收，能用常规方法消毒，可长期存放，用于缝合伤口以后不需拆线。 由于甲壳质能够被机体吸收，可用于制造埋藏药物的胶囊。可将甲壳质制成中空纤维，将药物灌进中空纤维内，两端用粘合剂封口，即可制成埋藏药物。 采用甲壳质作为胶囊材料，能够使药物均匀而缓慢地释放。

31 11.1.7 藻胆蛋白 存在于原核藻类—蓝藻以及真核藻类--红藻、隐藻、少数甲藻
是一类寡聚体蛋白，主要由α亚基和β亚基构成。而在某些藻红蛋白中，还存在γ亚基 亚基之间先形成稳定的单体，然后再聚合成多聚体 是一种古老的蛋白质，在原始海洋出现蓝藻时，就有了这种蛋白，在叶绿素出现以前，藻胆蛋白是主要的捕光色素蛋白。在长期的进化过程中，这种蛋白质并没有消失，反而在一些藻类植物中大量存在，如在螺旋藻中，藻蓝蛋白占总重的15%。

32 藻红蛋白 藻蓝蛋白 别藻蓝蛋白 根据来源的不同，每一大类又可以分为若干小类。
每种亚基都是由脱辅基蛋白和开链四吡咯结构的色基组成，色基通过硫醚键与脱辅基蛋白的半胱氨酸残基交联。 一般地，藻胆蛋白的α亚基和β亚基先形成稳定的单体（ αβ），再由单体聚合为多聚体（ αβ）n。如从蓝藻和红藻中分离的藻胆蛋白是三聚体（ αβ）3或六聚体（ αβ）6。

33 藻胆蛋白的应用 食品、化妆品的添加剂（取代人工合成的染料） 药物：能刺激人B-淋巴细胞的增殖，提高机体的免疫力；抗癌；抗肿瘤作用。
荧光探针：80年代初 灵敏度极高，用488nm激发， 藻红蛋白的荧光强度是相同 浓度荧光素的15倍。 可取代人工合成的染料，用作食品和化妆品的添加剂，一避免人工合成物质对人体的伤害。它是一种十分有效的护肤化妆品。作为食品添加剂，它本身就是一种营养保健品，而且藻蓝蛋白特有的蓝色，可以和藻红蛋白按不同比例混合，达到其他天然或人工染料所不能达到的着色效果。 作为一种生物活性物质，藻胆蛋白能刺激人B-淋巴细胞的增殖，提高机体的免疫力； 中国科研人员以融合蛋白的方式获得了蓝藻别藻蓝蛋白在大肠杆菌中的高效表达，表达产物对小鼠肉瘤具有显著的抑制作用； 日本大油墨公司从螺旋藻中提取的藻蓝蛋白，动物实验表明其具有极强的抗癌作用，尤其是对肝癌细胞，同时此藻蓝蛋白还能够显著提高淋巴细胞的活性，因此他们申请了专利； 中科院青岛海洋所王广策研究员对藻胆蛋白的抗肿瘤作用的研究表明：藻胆蛋白结合激光辐射，可以有效地杀伤肿瘤细胞。 藻胆蛋白荧光探针的研制起始于80年代初。将藻胆蛋白和其他蛋白交联后，荧光量子产量和发射光谱都不会发生任何改变，同时藻胆蛋白荧光检测的灵敏度极高，用488nm激发，藻红蛋白的荧光强度是相同浓度荧光素的15倍。现在藻胆蛋白已经被制成荧光探针，并有产品出售。

34 11.2 现代海洋生物技术 运用现代生物学和工程学手段，利用海洋生物体生产人类所需的各种产品的一门高新技术学科
包括海洋生物的基因工程、细胞工程、蛋白质（包括酶）工程、发酵工程等 是继医药生物技术、农业生物技术之后又一竞争热点 基因工程技术在海洋生物方面涉及面较广，包括海洋药物、食品、海洋增殖养殖技术、海洋病原微生物研究、海洋污染及环境保护等方面。

35 转基因海藻 转基因鱼 克隆鱼 病害防治

36 11.2.1 藻类基因工程 目的： 构建高产、优质、抗逆的藻类新品种 构建藻类表达系统来大量生产蛋白和药物
藻类是一类无根、茎、叶分化和无胚的孢子植物，也是一种光合自养的低等植物，早在30多亿年前就存在于地球上。从江河到湖海，从温泉到冻土地带，从高山到海底，广泛分布和适应于不同的环境。从淡水、半咸水、海水道盐湖，藻类具有渗透适应和调节的机制；从冰生藻、极地藻到温泉藻，藻类也具有极端温度的适应机制。一些藻类具有自身固氮的能力，不少藻类富含大拿白质等营养成分，而且含有各种生物活性物质。 大型的海藻如紫菜和海带，它们的遗传转化工作近来也有进展，紫菜中已经发现了质粒，构建使用与紫菜转化的穿梭载体的工作正在进行。 构建藻类表达系统的关键在于将易于研究的模型藻的经验用于已实现大规模养殖的经济品种，如螺旋藻、小球藻、紫菜和海带上。

37 藻类作为基因工程研究的材料，所具有的优势
含丰富的营养和生物活性物质，耐盐，有些能耐受极端温度和其他极端环境的能力，可以从中克隆有关的基因，作为基因工程研究的基因库； 在蓝藻、红藻和硅藻中发现了质粒，经过改造可作为基因工程的载体； 有望成为植物基因表达的宿主，生产有用物质或清除海洋污染。

38 转基因海藻 70年代：最先在淡水藻类中开展 80年代初：在海洋蓝藻中成功得到了遗传转化的结果，开始了海藻基因工程研究的序幕
90年代：在海洋蓝藻和海洋真核藻类两个领域均显出蓬勃发展的局面，大型海藻基因工程的可操作性已被证实 目前，至少在7种蓝藻中获得外源基因的稳定表达。现在集中攻克的难点是将模型藻获得的经验应用到已经实现产业化生产的经济种类，如螺旋藻中。 在真核藻类方面的工作以单细胞绿藻——莱茵衣藻最为成功，目前在其核基因组、叶绿体基因组与线粒体基因组均已实现了稳定转化。 由于海洋蓝藻的分子生物学特性与海洋真核藻类有着本质的区别．反映在基因工程载体构建、基因转移系统等各个方面．二者也有着显著的不同．因此逐渐形成两个并行发展的领域；

39 海洋动物基因工程 生长激素——脊椎动物脑下垂体前叶分泌的一种单链蛋白，能促进幼体生长发育、加速蛋白质合成、脂类降解等。鱼生长激素基因是中国第一个拥有自主知识知识产权的海洋生物基因（海洋三所，徐洵院士）。 抗冻蛋白——抗冻 病毒外壳蛋白——抗病 1985：中科院武汉水生所朱作言，世界上首次转基因鱼 鱼类，特别是一些高档经济鱼类（如石斑鱼、鲈鱼、鳗鱼等），肉质鲜美，深受消费者的喜爱。随着经济的发展和人民生活水平的提高，天然捕捞已经不能满足目前的需求。我国海岸线十分漫长，从南到北港湾星罗棋布，水质环境优良，使得网箱养殖迅速成为当前主要经济鱼类的养殖方法。但是，一般海水鱼类的养成周期需要1年以上，养殖成本和风险比较高，所以如何稳产、高产、降低养殖成本及风险已成为当今养殖业急需解决的问题。 自从80年代初将外源生长激素基因导入小鼠获得快速生长的超级小鼠以来，应用转基因技术获得具有速生、抗病、优质等性状的优良品种就引起了人们的极大兴趣，相继开展了兔子、鱼、鸡、猪、羊、牛等动物的基因工程试验。 水生动物方面的转基因研究，目前主要集中在转基因鱼上。 1985年我国武汉中科院水生所朱作言等首次报道了转基因鱼的工作。到现在，世界各国几十个实验室在十几种鱼上进行了转基因研究，现在已将多种外源基因导入鲑鱼、鳟鱼、斑马鱼等并获得了表达。 许多试验都已证明鱼生长激素是加速鱼类生长发育、增加抗病能力的首要因子。

40 11.2.3 克隆鱼 核移植技术应用于鱼类生产克隆鱼开始于1963年，由我国科学家童第周首先进行
1973年，童第周等首次获得核质杂种鱼。这里的克隆鱼都把尚未分化的胚胎细胞核移植到去核卵子中获得的。 直到目前，世界上有关克隆鱼的研究也主要集中在我国。但主要集中在淡水鱼上 有关海水鱼克隆的研究，目前才刚刚起步 1973年，童第周等首次获得核质杂种鱼，后来又在金鱼不同品系、鲤鱼和鲫鱼之间以及金鱼和泥鳅之间进行了核移植试验，也都获得了核质杂种鱼。 80年代后，有科研人员将鲤鱼已经分化的血红细胞核移植到金鱼的去核卵中。经过继代核移植后，最终获得了核质杂种鱼。这说明鱼类已经分化的血细胞核也仍具有全能性。1986年，将鲫鱼的肾细胞核移植到同种鱼去核卵中，得到性成熟的核移植鲫鱼。说明已分化的体细胞核也具有全能性。 克隆鱼的研究最早在我国开展。

41 病害防治 对虾病毒（90’末：海洋三所，徐洵院士，对危害最大的对虾白斑杆状病毒进行全基因组测序（世界上第一个被破解的海洋动物病毒的基因组序列），为病害防治打下基础） 对虾病毒（对虾大部分组织都曾被用来进行细胞培养） 鱼类病毒（鱼类细胞培养，我国对于鱼类细胞培养的研究始于70年代，迄今已建立了大约20个细胞系） 贝类病毒（贝类细胞培养，贝类细胞培养仍然只限于原代培养，继代培养尚未成功。因此，用贝类培养细胞进行病毒增殖和分离的研究受到了阻碍。） 我国对于鱼类细胞培养的研究始于70年代，迄今已建立了大约20个细胞系。鱼类细胞培养是鱼类病毒学研究的主要生物学工具，广泛地应用于鱼类病毒的分离、检测及血清学定性实验等。从大量实验表明，鱼类细胞系在一定条件下可用来对其他种类动物病毒病原进行体外复制、扩增及检测等研究。 开展对虾细胞培养研究对病毒病原分离鉴定乃至疫苗制备都是极为必要的。近10年来，有关对虾细胞培养的研究工作逐渐多起来。但主要集中在培养基和培养条件优化方面。目前，已有大约10种培养基用于对虾细胞培养试验。

42 展望 当前亟需加强海洋生物基因克隆方面的研究。只有在基础科学基本框架已经基本形成时，才能有所谓的“工程” 出现。目前海洋生物技术研究水平比较落后，主要原因在于基础科学知识积累薄弱，从海洋生物当中至今未分离出多少具有应用价值的基因。 海洋生物技术具有广泛的应用前景，但要真正实现这一点，还必须进行大量研究，以阐明海洋生物群落的结构及其对环境正常改变和人为胁迫条件下的动态变化。

43 Further reading: 张朝晖，蔡宝昌主编。 2003 。《海洋药物研究与开发》。人民卫生出版社。
许实波主编， 2002。 《海洋生物制药》。化学工业出版社。 曾呈奎等主编。1998。《海洋生物技术》。山东科学技术出版社。 范晓等编著。1999。《海洋生物技术新进展》。北京：海洋出版社。