知識提升經濟，技術催生產業。海洋生物技術是指利用海洋生物及其組分生產有用的生物產品以及定向改良海洋生物遺傳特性的綜合性科學技術。歐盟科學家認為“海洋生物技術廣義簡潔的定義是：海洋生物學知識與技術用於開發制品和為人類謀利”。美國基礎科學委員會與美國科學技術委員會聯合編寫的報告《21 世紀的生物技術：新地平線》中，列舉了農業、環境生物技術、制造與生物加工和海洋生物技術與水產養殖等 4 個優先發展的重點領域。 美國國家科學基金委員會提出，“伴隨著在海洋生物和生態系統中的生物技術、分子和細胞生物學等現代工具的深入應用，海洋科學的革命已經開始。預期這是壹種根本性的變革，在速度上是按幾何級數增長的，在科學和經濟意義上是史無前例的。10 年內，不僅在創新知識的數量，還是在洞察海洋中長期懸而未決的基礎性重大科學問題上都將取得重要進展。”20 世紀 90 年代以來，海洋水產養殖、海洋天然產物開發和海洋環境保護等 3 方面成為世界各國競相發展的熱點。世界沿海各國都認識到海洋生物技術在開發和利用海洋生物資源中的重要作用，紛紛加大投資研究和開發海洋生物技術。各國科學家相繼在日本 (1989)、美國 (1991)、挪威 (1994)、意大利 (1997)、澳大利亞 (2000)、日本 (2003)、加拿大 (2005)、以色列 (2007) 和中國 (2010, 青島 ) 召開第 2 到第 9 次國際海洋生物技術大會。中國政府審時度勢，非常及時地於 1996 年正式批準實施了國家海洋“863”高技術計劃，設立了海洋生物技術主題，標誌著我國海洋生物技術走向新的階段。 跨越 21 世紀的海洋科學技術前沿主要包括 ：海洋生物組學、生物有機化學和合成生物學、免疫學和病害學、內分泌和發育與生殖生物學以及環境和進化生物學等 5 個學科方面。 1 海洋生物組學各種組學技術包括基因組、轉錄組學、蛋白質組學和代謝組學在海洋生物和生態系統中得到越來越廣泛和深入的應用。基於全基因組測序的組學研究能夠全面解析生物的基因結構、功能，使人們可以從基因組水平，而不是孤立的單個基因來認識和理解生物的各種生命過程，如生長、發育、抗性等，從而為人們設計和優化生物性狀提供了可能。 各種不同演化等級的模式生物的基因組被相繼測定，海洋模式生物也加入到基因組學研究的熱潮中。 海鞘 Ciona intestinalis、紫海膽 Strongylocentrotuspurpuratus、星狀海葵 Nematostella vectensis、Florida文昌魚 Amphioxus、淡水枝角水蚤 Daphniapulex和鹿角珊瑚 Acropora digitifera等海洋 ( 或水生 ) 模式生物的全基因組測序相繼完成。20 世紀90 年代末，美國、日本、加拿大、澳大利亞等國先後宣布啟動了包括對蝦、牡蠣、羅非魚、鯰魚和鮭魚等水產經濟動物基因組研究計劃。羅非魚的全基因組 7 倍覆蓋深度的測序以及序列的拼接組裝正在進行。近年來，我國加大了在水產生物基因組測序方面的支持力度，尤其是國際金融危機期間，相對發達國家的縮減經費而言，我國政府強化了對科技的投入，科學家奮起直追，後來居上，我國的牡蠣、半滑舌鰨、大黃魚、石斑魚和鯉魚的全基因組測序新近先後均在我國宣告完成。我國基因組研究已跨入國際先進行列。 在水產養殖中，提高養殖對象生長速度和抗逆性，壹直是科學家追求的目標。我國朱作言先生在世界上率先開展了水產動物的轉基因工作，近 20年來魚類轉生長激素基因的研究取得了長足進步，可望率先準入市場。生活在寒帶的魚可以產生壹種奇妙的抗凍蛋白，加拿大的丘才良先生和其同事將這種自然抗凍基因分離出來並通過轉基因的方法轉到海洋生物體，從而提高寒冷環境下生物的生長率和存活率。 宏基因組 (metogenomics) 可以分析給定生物群落的全部基因，而避開壹壹鑒別物種的困難，特別適合於海洋環境微生物群落的研究。深海微生物具有相當稀有、珍貴的基因，它們可表達產生如耐高溫、高壓特性的蛋白，人們運用分子基因方法克隆耐高溫、高壓的基因並研究壓力和溫度的調控在基因中的表達機制。 2 生物有機化學和生物合成學隨著從陸地上植物和微生物發現的真正的新化合物數量日益減少，海洋天然產物化學家們揭示 ：幾乎所有階元的海洋生物都具有廣泛的獨特分子結構。藥物學家、生理學家和生化學家已經證明海洋生物獨特結構的各種分子構成了整個生命體系的基本框架，這意味著海洋生物在醫藥和化學工業新產品開發領域具有廣闊的前景。不同物種的海洋生物會產生壹些化合物，來保護自身被捕食、被感染或有利於生存競爭。科學家證明這些化合物很多可以應用在農業和醫學上。確定這些化合物產生的代謝途徑和查明控制生產過程的環境或生理激發機理，可以幫助人們開發規模生產這些化合物的技術。 運用計算機可以構建和改造來源於海洋生物的某些分子，通過基因技術就可以大量開發生產許多稀有藥物。 科學家們從鯊魚中提取的壹種物質可以通過切斷腫瘤血液的供應來抑制腫瘤的生長。從海綿和海藻中提取的某些物質在止疼，消炎，降低血壓、血脂等方面都具有獨特的藥效。另外，研究發現許多生命活性物質都來源於海洋細菌。 合成生物學 (synthetic biology)，最初由 HobomB. 於 1980 年提出來表述基因重組技術，隨著分子系統生物學的發展，2000 年 Kool E. 重新提出來定義為基於系統生物學的遺傳工程。2010 年，在美國文特研究所，由克雷格·文特 (Craig Venter) 帶領的研究小組成功創造了壹個新的細菌物種——“Synthia”。“合成生物學”可以用人工的方法，對現有的、天然存在的生物系統進行重新設計和改造，甚或通過人工的方法，創造自然界不存在的“人造生命”。因此，創造或改造生命系統，獲得性能改善的人工生物系統，以應對人類社會出現的環境、能源、材料、健康等需求是合成生物學的核心內容。 3 免疫學和病害學免疫學是研究生物體對抗原物質免疫應答性及其方法的生物 - 醫學科學。免疫學技術應用於預防人類和動物疾病是免疫學最重大的成就。生活在海洋環境中的多種多樣的動植物隨時面對病害、寄生蟲和組織病變 ( 如癌變 ) 的威脅。疾病所造成的生態和經濟損失是巨大的，我國和世界養蝦業被病毒感染造成嚴重損失就是令人感到切膚之痛的生動例子。 在這壹領域中，科學家們正在發展基因探針或免疫化學試劑開展對海洋生物疾病的診斷 ；創建魚和貝的細胞培養體系來支持對疾病的分子基礎研究 ；運用 DNA 重組技術開發疫苗 ；運用分子探針來評估環境體系對生物體的影響，研究生物體和環境之間相互關系。又如美國為了控制對蝦病害，大規模建立健康對蝦養殖系統，實施病毒性疾病監控，培育高度健康、優質、無特定病毒病原 (specificpathogens free, SPF) 的蝦苗。近年來，我國科學家在水產動物病原致病力和疾病流行的分子基礎、宿主免疫體系及其對病原侵染的應答機理和免疫防治的技術原理和有效途徑等方面研究取得了國際矚目的研究成果。海洋生物組學研究與國際同步發展，徐洵先生實驗室最早完成了對蝦 WSSV 全基因組序列測定；科學家還測定和分析了多種魚類虹彩病毒基因組全序列 ；在海洋無脊椎動物和魚類的免疫體系及抗病原感染的機制與網絡調控研究上，取得了許多國際認可的研究進展 ( 海洋生物病害免疫防治“973”項目總結，2010)。 海洋生態系統與人類的健康十分密切，海洋環境及海洋食品中存在著形形色色的有害微生物，無時無刻不在威脅著人類的健康。深入了解這些病原與人類免疫體系的相互識別和相互作用的過程與機理，對於確保人類的健康十分必要。 4 內分泌學、發育與生殖生物學海洋生物的繁殖、發育和生長都是在壹系列激素調節下進行的。這些激素是生物內分泌系統通過整合來自配子和環境的信息後產生的。研究神經內分泌系統在調節生長與發育過程中的中心作用，可以啟發人們開發切實有效的繁育技術，來發展名特珍優水產品的生產。目前，越來越多的增養殖生物在人工條件下繁殖成功就是很好的例子。借助於壹種獨特的轉基因技術，日本海洋生物學家應用精原幹細胞異體移植技術，成功實現異種“借腹生子”，成功地令亞洲大馬哈魚生出了“原籍”美洲的虹鱒魚。利用這種技術可能使某些瀕臨滅絕的魚類繼續繁衍下去。 結合內分泌學和分子生物學的知識，也可以利用激素來提高養殖對象的產量。如克隆重要魚類的激素和促生長因子的基因，通過轉基因的方法培育快速生長品系。人工轉基因鯉魚和鮎魚的生長速度比對照組快 50%。科學家還通過確定鮑和牡蠣產卵和附著的控制因子，大力發展經濟貝類育苗的商業化。 許多海洋生物在發育過程中都要經歷壹個高死亡率的危險期，與這壹時期相關的許多因子到目前為止還不十分清楚，如果能夠攻克這壹難關，不少重要養殖對象的育苗、養成技術將會大大改進。 5 環境和進化生物學海洋生物技術與計算機技術壹樣被認為是具有解決復雜科學問題能力的技術，它可以幫助我們了解海洋生態系統的變化乃至全球變化的壹些問題。 這些問題包括海洋生物的分布、特化、補充和搬遷，以及它們的進化、適應、相互作用和生產力的闡述。 例如某些海洋微生物在實驗室不能培養，但它們在生化要素的循環和運輸中起著非常重要的作用。我們就可以運用單克隆抗體等生物技術手段來研究這些微生物體細胞和其內的活動過程。 海洋生物中的***生關系給人們以深刻啟迪。近年來，大量文獻闡述了海洋微生物，特別是海洋***生微生物作為新藥資源的巨大潛力。就海洋無脊椎動物來說，其組織的細胞內外棲息了大量微生物，包括細菌、真菌、藍細菌等。這些***生或內生的微生物為其宿主提供了碳源和氮源，更重要的是可能參與了天然產物的生物合成。對海綿、海鞘、軟體動物、苔蘚蟲等重要藥源生物進行的研究發現，通過食物鏈攝入或***生的細菌、微藻等微生物，可能是某些海洋天然產物或其類似物的真正生產者。 從太陽能直接獲得動物蛋白並非幻想。熱帶海洋中“綠色的牛”——硨磲，依靠其***生的蟲黃藻利用陽光產生的營養物質為生，生產出高營養價值的動物蛋白。利用分子生物學可以更深刻了解和認識其代謝途徑。又如澳大利亞科學家發現珊瑚的螅狀體中含有大量內***生的蟲黃藻，它們很可能與珊瑚抗熱帶淺海強烈紫外線 (UV) 有密切關系。在熱帶珊瑚礁由於赤道上空臭氧層較薄，加上熱帶淺海的高透明度，UV 強度遠遠超過壹般海洋，可貫穿20 m 水深。澳大利亞科學家們從珊瑚中分離出“S-320”物質，具有很好的抗 UV 能力。