深圳大学理科选修《生物安全与人类生活》课件第七章转基因水生生物安全课件

第七章转基因水生生物生物安全一、前言1、中国水生生物多样性面临的问题藻类——中国海藻2458种，淡水藻12000~15000种；由于对自然的过多索取和开发，藻类物种资源受到极大威胁，最严重的是淡水红藻和褐藻；过多工业或生活污水的排放、水体重金属污染和富营养化加剧，藻类物种结构多样性被破坏，某些藻类超常生长而导致有害赤潮。鱼类——全世界灭绝或濒危的淡水鱼类为20%；在地中海地区，60~80%的土著鱼类在未来的50年将面临灭绝或濒危。主要原因有：栖息环境恶化和丧失，污染，过度捕捞，选择捕捞及外来物种引入。由于栖息环境的变化、捕捞和外来种的引入等原因，北美五大湖的渔获物中鲑鱼由1900年的82%降到1966年的0.2%，每年减产140万kg；由于选择性捕捞——过去的60年里，美国五大湖的大鳞大马哈鱼的平均体重缩小了50%，平均性成熟年龄提前2年；由于河鲈的引入，新疆博斯顿湖的本地大头鲤已处于濒危状态；由于葛洲坝的建成，中华鲟已从坝上游段消失；由于捕捞过度，鲥鱼已处于濒危状态，其产量从1974年的158.5万kg降到1986年的1.2万kg，近年已基本绝迹。甲壳类中华绒螯蟹是我国特产经济水生生物，其养殖业发展迅速，但存在不同水系间种质资源混杂的严重威胁。爬行类国外引进鳖正冲击中华鳖的种质资源；由于自然生态环境的不断恶化，扬子鳄的分布区域逐渐缩小，数量每况愈下。哺乳类由于水利工程、工业污染、渔业及航运等，白暨豚的分布区域日益缩小，群体数量锐减。据有关报道，1974年长江鲥鱼年产量曾达157.5万公斤，1986年降至1.2万公斤，1996年一无所获，因此保守说法应该是从1996年开始，野生鲥鱼从人们的视线中消失。背景资料1：长江三鲜——鲥鱼、河豚、刀鱼随着生态环境变化、捕捞过度，野生长江刀鱼产量逐年剧减，近年来可谓一“刀”难求，天价野生刀鱼的新闻不时可见。今年3月刚上市时，上海知名的刀鱼捕捞地崇明岛团结沙渔港，3两以上的“大刀”在港口的交易价格达到了6000元/斤。去年扬中地区捕捞到的野生河豚只有二三十条。渔民偶有捕获，马上就被各大酒店抢购一空。而市场上售卖的所谓野生刀鱼和河豚，绝大多数都是假冒，一条野生河豚的售价高达一两万元。号称“长江三鲜”的鲥鱼、刀鱼和河豚已经濒临灭绝。2、概念转基因水生生物是利用分子生物学手段，将某一特定目的基因导入水生生物体内，而使其遗传组成和遗传背景发生改变的水生生物。1985年，我国科学家朱作言的研究小组将小鼠重金属结合蛋白基因的启动子与人生长激素基因拼接导入鲫鱼的受精卵，获得世界上第一批转基因鱼。此后，世界上先后有几十个实验室对几十种水生生物继续转基因研究，其目的从最初的提高水生生物的生长性能，发展到抗病育种、纯系快速建立、以及生产医用生物制品等。水生生物转基因技术的应用无疑会给人类带来巨大的经济和社会效益但必须高度重视可能引起的人体健康、水生生态、遗传资源等安全问题，

保护水生生物的生态环境和遗传资源不受破坏，

维持水生生物多样性和遗传稳定性，

维持人类所需水生生物食品、药物等的持续生产与发展二、国内外研究概况1、转基因鱼20世纪50年代，生物学家童第周教授及其合作者把鲤鱼囊胚细胞的细胞核移入鲫鱼的去核卵中，获得具有鲤鱼细胞核基因和鲫鱼细胞质基因的核质杂交鱼，其表型特征部分象鲤鱼，部分象鲫鱼。1985年，中科院水生所朱作言的研究小组将小鼠重金属结合蛋白基因的启动子与人生长激素基因拼接导入鲫鱼的受精卵，获得了世界上第一批转基因鱼。此后又培育出生长速度快3~4.6倍的转基因泥鳅。1992年，Du等最先使用“全鱼基因”向大西洋鲑受精卵转移生长激素基因，获得的转基因鱼个体重量比对照组平均大38倍。转基因鱼的子一代个体的平均重量比对照组大5.2倍。1993年，丘才良等将重组AFP基因启动子与大鳞大马哈鱼的GH基因融合导入虹鳟，经形态学和生物化学检测表明所获得的转基因个体比对照鱼大4~6倍。1993年，孙孝文等用鲤鱼β-肌动蛋白基因启动子和草鱼GH基因构建成全鱼GH基因表达载体，获得快速生长的转基因鲤鱼，其体重增长速度是对照鲤鱼的2-4倍。鱼类营养学和能量学的研究发现，其快速生长效应来自对饵料的高效转化和能量代谢的优化分配，是真正意义上的快速生长，显示了全鱼基因的重组基因的优势。中国科学院发育生物研究所、动物研究所、青岛海洋研究所、厦门海洋研究所、中国水产科学研究院长江水产研究所、黑龙江水产研究所淡水渔业研究中心，以及青岛海洋大学等都相继开展了鱼类转基因研究。1998年，水生所生产转“全鱼”生长激素基因鲤鱼苗12800尾、鲫鱼苗7600尾，转基因红鲤F1代比对照组生长平均快18.0~71.2%，12.5%的转基因鲫鱼个体大于对照组。同年，中国水产科学研究院黑龙江水产研究所生产转大麻哈鱼生产激素基因鲤F3代7000尾。20世纪80年代以来，美国、加拿大、英国、法国、爱尔兰、德国、以色列、日本、挪威、印度、印度尼西亚、匈牙利、马来西亚、泰国及俄罗斯等国的数十个实验室先后开展了鱼类转基因的研究：涉及鱼类：鲤、鲫、罗非鱼、泥鳅、金鱼、虹鳟、大麻哈鱼、鲇、鲷涉及基因：生长激素、抗病、抗冻基因英国Maclean（1984）和法国Chourrout等（1986）将人GH导入虹鳟的受精卵Dunham等（1987）把人GH注入斑点叉尾鮰；日本的Ozato等（1986）将鸡晶体蛋白基因导入锵鱼；爱尔兰的Mczvoy等（1988）把半乳糖苷酶基因注入大西洋鲑；德国学者Brem等（1988）将人生长激素基因转移到罗非鱼；加拿大的Fletcher等（1988）把美洲拟蝶抗冻蛋白基因导入大西洋鲑；Stuart等（1988）将新霉素基因注入斑马鱼；Roekkones等（1988）将人GH注入到大西洋鲑鱼和虹鳟；Yoon等（1990）将新霉素基因注入到金鱼；美国学者Dunham等（1990）把人GH转移到鲶鱼；Gross等把牛GH转移到狗鱼；Hopkins大学Pwers实验室将外源GH转入鲤鱼和虹鳟等。2010年美国国家地理杂志网站报道，美国罗德岛大学渔业、动物与兽医学系的特里.布拉德利教授的研究小组经过10年得研究，向2万个虹鳟鱼卵里注入从其它鱼种提取的“肌抑素”基因，约300个卵完成改造，最终发育成肌肉发达的超级虹鳟鱼。2010年6月15日，美国马萨诸塞州的水产公司AquaBounty通过修改生长激素基因来培育超大的鲑鱼，转基因鱼卵孵化一年后，转基因鲑鱼的平均重量达到1340克，而普通大西洋鲑鱼的平均重量仅为663克。转基因观赏鱼——较成熟的有转荧光蛋白基因斑马鱼、青鲔和唐鱼2002年，邰港生物科技公司与台湾大学渔业科学研究所蔡怀桢教授合作，生产出全球第一尾通体发绿色荧光的转基因青鲔，采用肌肉特异性（肌动蛋白）启动子与绿色荧光蛋白基因相结合，注入青鲔胚胎中，经培育、筛选而获得。2003年，新加坡国立大学宫知远教授利用自己分离的斑马鱼肌球蛋白轻链2启动子和荧光蛋白基因生产了转红色荧光基因斑马鱼和转绿色荧光基因斑马鱼。2003年，中国水产科学研究院珠江水产研究所开展了转荧光蛋白基因观赏鱼的研究，成功获得了转红色荧光蛋白基因唐鱼。2004年，转红色荧光蛋白基因斑马鱼在美国上市，普通斑马鱼在国内观赏鱼市场售价为每尾0.2元，而转红色荧光蛋白基因斑马鱼的美国观赏鱼市场售价折合人民币约为每尾40元。2007年，复旦大学医学院近利用一种“转基因斑马鱼”，可直观检测到环境雌激素污染，即便污染仅极微量程度，转基因斑马鱼的肝脏也会发射绿色荧光。唐鱼又名白云金丝鱼、金丝鱼、红尾鱼、红翅鱼、彩金线鱼。惟一产在中国的热带鱼。1932年，广州籍的鱼类学家林书颜在白云山发现这种小鱼，并将它带到国外，在欧美观赏鱼市场上引起轰动，因来自中国，因此得名“唐鱼”斑马鱼又名蓝条鱼、花条鱼、蓝斑马鱼、印度鱼、印度斑马鱼，鲤科属转基因斑马鱼在约克镇科技公司将荧光鱼引入市场后不久，荧光蛋白便迅速在商业上得到应用。在美国，读者可以在加利福尼亚——2003年对荧光鱼亮起红灯——以外的任何一个州购买到荧光鱼2、转基因藻类

藻类是地球上最重要的初级生产者，其光合作用生产的有机碳总量约是高等植物的7倍，是人类和动物极其重要的食物来源和药源。转基因微藻在商业上的应用还未见报道，但转基因海带、海藻已在治理重金属污染、防止赤潮发生、作为廉价饵料和生产疫苗等方面展现出良好前景。1983年首次报道对单细胞衣藻——莱茵衣藻的基因转移研究；此后开展了将芽孢杆菌的杀虫毒素导入蓝藻的研究；将耐寒藻株的脂肪酸脱饱和基因导入冷敏感型的蓝藻中以增加其抗寒性；将新霉素基因导入衣藻；将莹光素酶基因导入小球藻；将硅藻中的乙酰辅酶A羧化酶基因导入小球藻以生产生物燃料。1996年Dunahay构建了能够产生生物柴油的转基因硅藻。1999年Cai等报道的转基因微藻可以表达具有较强的结合重金属能力的外源金属硫蛋白，或表达吡咯啉-5-羧酸盐合成酶基因，2001年Zaslavskaia等通过引入人红细胞的葡萄糖转运基因，使专性光合自养的三角褐指藻能够以葡萄糖为唯一碳源在黑暗的条件下生长。2002年Siripornadulsil等在衣藻中诱导自由脯氨酸的积累。转基因衣藻表达致病菌鲑鱼肾杆菌的细胞外抗原蛋白（该细菌在鲑鱼中引发肾病），用这种衣藻喂养鲑鱼和兔可使喂养个体体内能够产生抗体。2003年PharmaMar公司的sun等用转基因微藻来生产具有生物恬性的化合物（如抗肿瘤药物、疫苗）。Melis等通过遗传修饰衣藻产生氢气，这样产生的氢气廉价、干净且十分安全。衣藻插入一个反义的CrcpSulp序列来下调叶绿体硫酸盐透性酶的表达。硫的缺乏或限制使正常产氧光合作用还原，在光及大量自由氧存在的条件下，微藻通过其他细胞途径开始光合作用，产生氢气。美国蓝宝石能源公司创造一种超级藻，能够高效的把阳光和二氧化碳转化成脂类和油，经过提炼可加工成柴油或航空燃料。

藻类可生长在贫瘠的地方或咸水中，因此生产生物燃料不会影响粮食生产。藻类可大量消耗CO2，帮助保持这种温室气体的含量，防止全球气候变暖。3、贝类

20世纪80年代以来海卉贝类养殖发展迅速，如扇贝、牡蛎、贻贝和鲍等皆已进行了大规模人工养殖，但目前大多养殖种类仍处于野生状态，培育生长快，品质优，抗逆性强的海水养殖新品种是贝类养殖业中亟待解决的问题。目前对蛤、牡蛎、贻贝、鲍等均进行了转基因研究。其中转基因鲍是研究最多的，也是最成功的。Powers等（1996）通过电转移法将鲑鱼的生长素基因导入红鲍卵细胞中，培育出可快速生长的转基因鲍。Tsai等（1997）用电脉冲介导的精子载体法将外源基因导入杂色鲍中，其导入率可达65％。最近发现聚乙烯亚胺与精子载体法相结合在将外源基因转入皱纹盘鲍时的转导率、表达率都高（汪小龙等，2000）。在这些研究中，通过报告基因可检测到外源基因在幼体中表达，但转导率还不稳定，同时外源基因与贝类本身基因组DNA的整合等问题还有待进一步研究。4、虾类

对虾是我国和世界主要海水养殖动物之一，但病害以及品质下降等问题，严重制约了对虾养殖业的发展。培育用抗病、高产、优质品种能有效解决上述问题。目前对虾转基因成为国内外研究的热点之一，但离商业化还有相当距离。1996年Pimentel等用显微注射把lacZ基因导入南方白对虾的受精卵中，并得到瞬时表达。2000年Arenal等通过对L.schmitti受精卵进行电脉冲和对成虾进行肌肉注射开展转lacZ基因研究，他们发现鲤鱼-actin、CMV和SV403种启动子在对虾中都有活力，检测到19.4%幼体为阳性。Tseng等用电脉冲仪将含细菌碱性磷酸酶基因的质粒导入斑节对虾受精卵中。刘萍等（1996）曾尝试了将羊生长激素基因导入中国对虾受精卵。刘志毅等（2000）采用基因枪将外源DNA导入中国对虾受精卵和2、4细胞胚胎，他们将含SV40启动子、GFP基因和核酶基因的质粒pGTR导入虾卵，通过显微荧光观察和RT-PCR检测，获得了转GFP基因的中国对虾成体。Shike等（2000）以逆转录病毒为载体，对蓝对虾的精巢和卵巢的原代培养细胞进行了转染，报告基因为Luc基因，试验了4种启动子，均得到了很好的表达。Bensheng等（1997）把带有荧光素酶基因显微注射到沼虾的胚胎中，10天后仍高效表达。Li等（2000）用精荚显微注射技术将外源DNA导入罗氏沼虾，Southern杂交显示70%的基因组整合有外源DNA。Sarmasik等（2001）以逆转录病毒为载体，携带neoR基因，注射到克氏螫虾的精巢和卵巢中，50%得到表达，并且子代中也可检测到neoR基因表达。转基因虾的研究方法以显微注射、电脉冲、基因枪、精荚注射法为主。受体主要是受精卵和2、4细胞胚等材料，有多种外源基因与不同的启动子重组后被导入对虾的基因组内。虾类转基因遗传操作难度很大。目前研究刚刚起步，大都是尝试将外源基因转入虾细胞中，观察外源基因表达情况，缺乏进一步的表达整合及传代的研究。5、有待突破的瓶颈技术启动子和结构基因的选配——异源启动子和结构基因在水生生物体内的表达效率低，稳定性差；结构基因选用的启动子不同，在受体内的表达差异较大。外源基因在受体生物内的定点整合——随机整合易导致插入突变（10%~20%）；若是嵌合形式则不能稳定遗传。外源基因在受体水生生物中的可控表达转基因水生生物的培育——随机插入的外源基因会影响内源基因的正常功能，使有的转基因水生生物生活力弱、抗逆性差、易死亡。转基因水生生物应用的安全性问题——人体健康、生态环境安全（“基因污染”）三、转基因水生生物的应用水生生物（尤其是鱼类）与其他脊椎动物相比，具有以下几个显著的优点：繁殖潜力大一次可产成千上万个卵细胞，提供大量遗传组成一致的受体材料，可用于多种目的基因的转移研究和不同结构基因的表型差异研究。体外受精、体外发育，外源基因导入简单、便利，基因导入后不必像哺乳动物那样把受精卵移入母体内发育。孵化及幼体培育时间短可较早地进行外源基因导入检测，了解外源基因在受体内的整合情况。水生生物能对多种高等动物的生长激素做出反应转基因水生生物研究的重要性：是研究基因表达和调控等基本分子生物学问题的理想动物模型水产养殖业的迅速发展迫切需要培育高产、优质及抗逆的水生生物新品种，保护水生生物的濒危物种也迫切需要基因工程技术和手段的支持。1、快速育种

传统养殖是利用选种选配、世代选育来达到育成优良品种的目的，耗时长、选育效率低。转基因技术可在很短的时间内创造自然界原来没有的品种或品系。2、改良养殖性能

通过特定基因的导入，能显著改善水生生物受体的有关养殖性能，如加快受体的生长速度、搞高饵料的利用率、提高抗病力和抗逆性等。提高饵料利用率，加快水生生物受体的生长速度

有研究表明，外源生长激素通过3个途径来提高饵料转化率，促进鱼体生长：促进脂肪代谢，使饲料脂肪分解为能源，体内吸收的氨基酸更多用于生长促进蛋白质的合成，降低营养消耗，增加营养积累；影响胰岛素合成与释放，促进生长激素分秘，加速鱼体生长。不少试验表明，如果转入人或其他动物的生长激素基因，转基因鱼生长速度可提高11-30%，有的甚至高达几倍，故有所谓的“超级鱼”之说。提高水生生物受体的抗病力和环境耐受力

导入外源基因可赋予受体生物新的生理特性，如耐极端温度、盐度、低氧、污染和疾病感染等，扩大转基因水生生物的生存范围，改变水产养殖的格局。例1：1991年Shears等利用美洲大绵尉的抗冻蛋白基因研制转基因鲑鱼，培育出适合在10℃或更低温度中生长的鲑鱼。例2：在北美洲，传染性造血坏死病毒是大马哈鱼和虹鳟大批死亡的主要原因。IHNV糖蛋白可以诱导鱼类产生一种中性抗体并对受体鱼起抗病作用（Engelking，1989）。利用IHNV衣壳蛋白基因转移，可以培育出抗IHNV的鲑鳟鱼品系。例3：草鱼是我国“四大家鱼”之一，草鱼出血病的流行，给我国的淡水渔业生产造成了巨大损失。草鱼出血病毒变异较快，很难利用常规方法预防其发生，更难阻止其大面积流行。通过克隆和转移草鱼干扰素基因，培育具有抗病特性的转基因草鱼的研究正在进行之中。改变水生生物的习性

某些水生生物的摄食、繁殖、区域防卫、迁移以及是否摄食同类的卵和幼苗等习性受体内激素水平的调节。通过相关的基因转移改变其体内的激素代谢水平或类型，以调节受体的习性、甚至改变某种行为，将有助于提高养殖水平。例1：具有不同乳酸脱氢酶表型的虹鳟在特定的溶氧条件下表现出不同的游泳耐力，受精卵的孵化时间也不同（DiMichele等,1982）。例2：肝脏中磷酸葡萄糖变位酶表型不同的虹鳟，其受精卵孵化时间和胚胎发育速度均不相同，子代个体大小和性成熟年龄方面亦显示出差异（Alleadorf等，1983）。例3：剑尾鱼的性成熟受垂体促性腺激素分泌细胞的单一基因控制（Kallerman等，1983）。通过基因转移，这些激素代谢水平和相关习性有望得以调节或改变。例4：大部分软体动物到一定地点产卵，是受特定化学信号的驱使，通过基因转移方法改变软体动物产卵所需的化学信号，可以控制其产卵位置和时间，提高其养殖水平和效率。生物反应器

相对于细菌、酵母、细胞、乳腺以及植物等表达体系的生物反应器而言，水生生物反应器具有自身的优点，如：藻类生物反应器的培养不需要苛刻的培养基以及特定的培养条件等，培养过程相对简单，大大降低产品成本；同时，藻类繁殖速度很快，利于工业化生产。鱼类繁殖群体大，生长速度快，饲养费用低，生产单位蛋白成本低、活性物质可随时提取等优点，在生产医药生物制品方面也开始显示出巨大的潜力。如将人类胰岛素基因转入鱼类，以鱼类来生产人胰岛素，将有巨大的市场前景。水生生物反应器的研究是在藻类细胞的去壁、原生质体培养以及植株再生技术获得突破后迅速发展起来的。1994年Kubler等报道了利用紫菜表达报告基因GUS的研究；秦松等以海带雌配子体为受体，用cat为选择标记，利用基因枪法建立海带的遗传转化系统；目前将tPA基因导入海带染色体上的研究已获得成功，生产出的重组tPA经检测具有明显的溶栓活性；欧美一些生物技术公司利用微藻生物技术成功生产出ω-脂肪酸和L-维生素C，与野生型藻类相比，脂肪酸的产量提高了2-3个数量级，维生素的含量则提高了70倍；日本有公司，以单细胞杜氏盐藻生产β-胡萝卜素（Hejazi，2004）；以海洋菌生产二十碳五烯酸；以水华束丝藻制取石房蛤毒索；以海洋细菌生产河豚毒素等（Haruko，1997）；厦大科晟基因工程公司在螺旋藻中“生产”出表达量≥总蛋白6%的胸腺素α1，目前已完成农业部转基因生物安全评价的中试阶段，进入环境释放阶段。生物能源

转基因水生生物在生物柴油和生物制氢方面具有较大的应用前景。生物柴油

生物柴油的生产方法有化学法、生物酶法和工程微藻法3种。化学法成本过高；生物酶法日益受到重视，但反应成分对酶的毒性是亟待解决的问题；工程微藻法以富油的基因工程藻类为原料。美国国家可再生能源实验室通过现代生物技术建成“工程微藻”，即硅藻类的一种“工程小环藻”。在实验室条件下可使“工程微藻”中脂质含量增加到60%以上，户外生产也可到40%以上，而一般自然状态下微藻的脂质含量为5~20%。“工程微藻”中脂质含量的提高主要由于乙酰辅酶A羧化酶基因在微藻细胞中的高效表达，在控制脂质积累水平方面起到了重要作用。利用“工程微藻”生产柴油具有重要经济意义和生态意义，其优越性在于：微藻生产能力高、用海水作为天然培养基可节约农业资源；比陆生植物单产油脂高出几十倍；生产的生物柴油不含硫，燃烧时不排放有毒有害气体，不污染环境。发展富含油脂的微藻或者“工程微藻”是生产生物柴油的一大趋势。利用基因工程将油脂合成基因等转入固氮蓝藻中并表达成功，可望通过规模化养殖提高生物柴油产出率、降低成本。生物制氢

已知小球藻、衣藻等16种绿藻和3种红藻能利用太阳光能把水分解成氢和氧。例1：蓝藻（蓝细菌）中的柱状鱼腥藻，能利用光能把水分解成氢和氧，同时也是好氧固氮蓝细菌之一，固氮放氢。例2：聚球藻、颤藻等微型蓝藻都具产氢能力，每小时每克底物产氢20mL。例3：除原核藻类外，真核绿藻，如莱因哈德衣等均具有产氢能力，其产氢量只达到理论值的15%，它们均可通过大规模生产获得氢能。目前德国建立了“藻类农场”，为开发无污染的洁净氢能源开辟一条重要途径。基因免疫

在水产动物疾病防治上，传统疫苗是用灭活菌体疫苗或弱毒性的菌体疫苗，前者往往效果不明显，后者却仍可造成轻微感染或回复突变为病原株的危险。鱼用DNA疫苗主要针对的是病毒性鱼病，目前研究应用的有：出血性败血病毒、传染性造血组织坏死病毒、传染性胰脏坏死病毒、鳗鱼病毒、草鱼呼肠弧病毒、文蛤病毒等基因工程疫苗。1999年Lorenzen针对VHSV病毒G蛋白构建DNA疫苗，能诱导70%的虹鳟产生较高的免疫保护性。1999年Traxler等以IHNV病毒G蛋白的裸DNA免疫大麻哈鱼，8周后病毒攻击，保护率达40~100%。性别控制

不同性别的动物生长速度往往不同。如中国对虾在体长10cm后，雌虾生长速度明显快于雄虾；牙鲆在二龄后，雌鱼的生长速度也明显加快；某些鱼类中则是雄性生长速度快于雌性，如罗非鱼。我国科学家应用雌核发育技术培育出了全雄牙鲆，并显示出良好生长优势和市场前景。四、转基因水生生物的安全性评价涉及实验研究、中间试验及环境释放等过程，主要研究内容包括以下10方面：1、供体的生物学研究——主要包括以下几方面：供体的基因特征研究与受体的亲缘关系、形态特征、分布范围、养殖性能供体的生理学、行为学及遗传学等特征研究供体的代谢特征——对食物的选择性和利用率，基因转移对食性和食物利用率的影响。供体的行为特征——洄游习性、逆水窜逃能力大小、对人类有无攻击性等。目的基因在供体生物的遗传稳定性、供体生物后代特定性状的遗传状况。供体的生态学研究供体在水域中的栖息、分布特征及对水体空间的利用情况。供体生长规律、长势及不同环境下的生长情况，评价遗传因子与环境因子对生长的作用。供体的性成熟年龄、性周期、生殖习性、繁殖力等特性，胚胎与幼体发育条件。供体对环境理化因子（如温度、盐度、pH值、低氧等）的耐受力，以及供体对重金属元素及其他有毒有害物质的富集能力。供体对人体健康和生态环境的危害性研究供体是否含有致毒性、致病性及过敏原、对人体健康产生危害以及在一定条件诱导下产生对人体健康有害的物质是否对水生态环境和水生生物多样性产生现实或潜在危害。目的基因的表达产物在供体生物中的直接作用研究目的基因表达产物在供体生物中的直接作用，对于评价基因转移效果、预测转基因水生生物的表型改变具有重要的指导意义。例：对于转生长激素基因，应了解该生长激素基因对供体生物的促生长情况；对于转抗冻蛋白基因，应了解供体生物对低温的抵御能力。2、受体的生物学研究

包括受体水生生物的形态特征、分类地位、分布情况、生长发育特点、生理代谢、行为特性、繁殖及生命史特征、生理和遗传特征、食物利用情况、对有毒或有害物质的富集能力、在水生态环境及水生生物多样性中所起的作用、对种群调节因子的抗性等。3、基因操作过程的安全性

目的基因的安全性载体的安全性基因转移方法研究目的基因的整合与表达安全性4、转基因水生生物的生物学研究

转基因一方面使受体水生生物的表型发生某些有利改变，另一方面也可能给人类健康、水生态系统和水生生物的多样性和遗传稳定性带来危害。外源基因的检测——外源基因的整合检测、转录检测、表达检测转基因水生生物的表型特征研究

形态特征研究生长、行为特征研究生理、遗传代谢特征研究繁殖、生命史特征研究对理化因子的耐受性研究对有毒、有害物质的富集能力研究抗痛力研究对人体健康的危害5、拟接受转基因水生生物的水体的调查

转基因生物的释放应不损害水体原有的生态结构、危及其他水生生物的生存。调查包括：水生生物区系调查；水生态系统结构，如物种间相互作用、食物和空间利用情况；水生态系统演替过程，如与食物链相关的能流和营养模式；水生态系统的稳定性，如现有统结构和种类组成随时间变化的稳定性等。6、转基因水生生物与其他水生生物的相互作用

捕食与被捕食相互作用竞争、共生和寄生相互作用间接相互作用转基因水生生物与同种或近缭种的相互作用7、转基因水生生物释放（逃逸）对水生态系统的影响

转基因生物的引入，可能会干扰水生态系统的种群结构和演替进程，打破原有的规律和平衡，甚至导致系统退化。有关的担心集中在3个方面：转基因生物逃逸或释放到外界环境后与野生种交配，造成“基因污染”。诱发自然生物种群的改变。通常转基因个体存活能力比普通野生种强，对环境具有更强的适应性和竞争力，一旦释放到自然水体中，可能破坏原有的种群生态平衡，加速其他生物种群的灭绝进程，使生物多样性受到损害与沦丧。一种动物越是野生，那它对应的转基因生物对生态环境带来的风险就越大，如转基因鲑鱼对生态环境带来的风险远大于转基因奶牛。对转基因个体的影响。由于转基因整合的随机性，所转移的基因很可能被整合到含有非常重要基因所在的区域内，而引起插人突变。在自然水域，随着转基因个体的释放、同种或近缘物种之间婚配，转移基因将逐渐掺入水生生态系统的基因库，一旦可育转基因个体生存能力的提高对水体自然种群的生存能力造成威胁，就会导致原有生物种群遗传致死速率的提高。8、转基因水生生物的遗传安全性

转基因水生生物进入水体后，会对水体生态系统的遗传多样性、物种多样性、生物群落及生态环境类型多样性产生不同程度的胁迫作用。由于水域的流通性和水生生物的游动性，转基因生物被释放到开放水体中后，对生态环境可能产生的影响将比转基因农作物更为严重，而且污染几乎不可能被消除。解决问题的途径是让所获得的转基因个体不育，即将转基因技术和多倍体诱变技术相结合，以获得转基因三倍体，或者通过性别控制技术，防止外源基因外流对水生生物天然种质基因库所造成的污染。9、转基因水生生物的消费安全性转基因水生生物可能存在的食用安全性问题

营养方面：营养成分构成的改变和不利营养因素的产生；毒理方面：传统的毒理学安全性问题、是否增加本身的毒素或产生新的有毒物质；抗生素标记基因是否可能产生人或动物对致病菌的耐药性；机体过敏转基因水产品安全性评价的原则和方法

国际上对转基因食品安全评价遵循：以科学为基础、个案分析、实质等同性和逐步完善的原则。安全评价的主要内容有：毒性、过敏性、营养成分、抗营养因子、标记基因转移和非预期效应等。目前，转基因食品安全评价体系按照：

3个类别（植物、动物、微生物）

4个安全等级

5个阶段（实验研究、中间试验、环境释放、生产性试验和申请安全证书）进行报告或审批判断树法则2001年，国际食品生物技术委员会与FAO，WHO专家提出判断树法则。判断树的内容是了解被评价食品的遗传学背景与基因改造方法，检测食品中可能存在的毒素及进行毒理学实验。10、转基因水生生物的扩散途径及防范措施扩散途径

主动扩散

指转基因水生生物为了适应生存的需要，如索饵、繁殖、洄游等，从一个生活水域转移到另一个生活水域。被动扩散

主要是由人类有意或无意造成，包括：通过航运将水生生物将一个水域带到另一个水域；开挖运河和水渠，为水域问生物的迁移提供新通道；国家或地区间的鲜水产品交易，不仅扩散水生生物本身，还将有关病原带到其他水域；观赏鱼类或其他水生生物的逃逸或丢弃；人类有目的的放养和引种驯化。防范措施

在开展转基因水生生物研究前，首先应当选择安全的饲养场所。例如，建立室内水循环养殖系统，采取隔离方式培育转基因水生生物；尽可能使实验型养殖场所远离自然水域或水产品生产单位。控制进出水系统途径传播，利用物理或化学方法，在出水口杀死全部逃逸的转基因个体。例如，提高出水温度或pH值，利用高浓度氯、溴或臭氧来处理排出水。由于不同水生生物的致死条件不同，需要针对不同对象采取不同的处理办法。饲养转基因水生生物的水源也要经过特殊处理，杜绝引进其他水生生物。同时，要有适当的机械设备对进出水进行过滤。控制非水源途径传播。水生生物的传播不仅通过水源途径，还有非水源途径。某些水生生物可以在水体之外生活很长的时间。例如，当环境温度降低时，成年双壳贝类可以离开水体生活3天以上。另外双壳贝类的幼虫非常小，在孵化时幼虫可通过空气传播。许多水生生物的卵黏附性强，容易随网具或其他用具带出实验场地。必须防止转基因个体的上述非水源性传播。生物学途径

把转基因水生生物个体限制在其生活周期的一定阶段，阻止繁殖，或降低逃逸个体在自然水体繁殖和生存的可能性，是实现转基因水生生物安全利用的重要手段。例如，在到达繁殖阶段前捕获和清除所有转基因个体，或饲养性别单一的转基因个体，或研制完全不育的转基因个体等，均可防止转基因水生生物的扩散。加强实验场所的安全管理，限制管理人员的活动范围，禁止外来人员进入实验点，防止捕食动物接近实验点等。案例：转基因鱼的安全性研究——重要内容主要包括：转基因鱼的生物学背景调查研究

调查转基因鱼的生物学背景是开展基因转移研究的基础。包括详细了解受体鱼的分布、形态、摄食、繁殖及生活史，生理、代谢和行为特征，对理化因子的耐受力，对有毒或有害物质的富集能力，在水体生态环境及水生生物多群性中所起到的作用，对种群调节因子（如疾病等）的抗性等。在保证对环境和人类健康无害的基础上，评价对受体鱼实施基因转移研究的可行性。转基因操作过程的安全性研究了解目的基因的来源、结构、功能，克隆裁体的来源、特征，确保使用载体的安全性；核实目的基因与载体的连接方法、重组DNA分子结构及复制特性，保证重组体不在水体中自我复制；用体外表达实验对重组基因表达产物进行再确认。此外，要选择有效和安全的基因导入途径，并进一步研究目的基因在受体生物的整合、表达与性腺传递，建立相应的转基因鱼模型。

转基因赋予受体新特性研究

对转基因在受体鱼中的功能进行研究，揭示赋予受体鱼的表型变化。这些变化主要表现在形态、生理、代谢、行为、对理化因子耐受力及生活史等方面。转基因鱼的这些新特性，只有在对人类健康，生态环境和遗传多样性有利、而且部分不利之处可以被控制时才有应用价值。转基因鱼与其他生物的相互作用研究

主要包括：捕食者与被捕食者之间的作用；竞争、共生或寄生的相互作用；间接相互作用，如转基因鱼个体使环境条件改变，导致不适合某些物种的生存；转基因鱼与同种和近缘物种的相互作用。转基因个体成熟后，与同种或近缘物种的交配，使转基因在一定范围内扩散，危及生态平衡。转基因鱼释放对水生态系统的影响研究

在不受外界干扰的状态下，水体生态系统的演化总是遵循一定的演变规律，利用这一规律可以预测水体生物群落结构及不同种群的变化。转基因个体的引入可能会干扰水生态系统的种群结构和演替进程，打破已有的变化规律，甚至导致水生态系统的退化。目前准确预测释放水体生物群落各种变化还有一定的难度。因此，要认真研究转基因鱼对水体生态系统的影响，在未了解这些影响之前，对转基因鱼在水体中的释放应保持严肃和谨慎的态度。评价转基因鱼放养的综合经济效益的研究转基因鱼的应用，不仅考虑水体生态和遗传资源安全，还要考虑水体的总体渔业经济效益。例如，在一个综合养殖的水体中，某中转基因鱼产量的提高，是否是基于其摄食竞争的优势，并以胁迫其他养殖种类的摄食为条件。如果是，必然会降低其他种群的生产量，影响水体总的养殖水平和经济效益。转基因鱼的消费安全性研究确保水体生态系统和鱼类遗传资源安全性，是转基因鱼应用的前提条件。研制转基因鱼的最终目的是服务于人类的消费需求，只有在对人类健康有益的前提下，才能实现转基因鱼的应用价值。为此，需要开展转基因鱼生化组成、营养成分和消费安全的研究。背景资料：转基因鲑鱼美国AquaBountyTechnologies公司的研究人员将三种鱼：

大西洋三文鱼——肉质最佳

奇努克三文鱼——体形最庞大

大洋鳕鱼——血液中含抗冻蛋白，可在寒冷水域中生存进行基因改造，培育出的全新三文鱼。具体做法：在大西洋三文鱼的受精卵中植入从奇努克三文鱼体内提取的生长激素基因序列，以及从大洋鳕鱼体内提取的抗冻蛋白基因序列。普通的野生大西洋三文鱼，通常只会在春夏季节的温暖水流中发育成长，需要三年才能长大。但转基因的AquAdvantage三文鱼则不同，在合成基因的作用下，它在寒冷的气候中依然能分泌生长激素，这样它的生长周期更短，上市时间从三年缩短为一年半，而且身材也比普通野生三文鱼要大得多。提取奇努克三文鱼生长激素基因序列提取大洋鳕鱼抗冻蛋白基因序列以大西洋三文鱼为母体AquAdvantage三文鱼同龄野生大西洋三文鱼体形对比在AquaBounty公司递给FDA的试验数据中，转基因三文鱼在口感、色泽、维生素、矿物质、脂肪酸、蛋白质等方面，都与大西洋三文鱼进行了对比，结果显示没有任何区别。FDA1994年批准了第1例转基因西红柿的商业种植，

1995年收到了AquAdvantage三文鱼的申请。直到2009年，AquaBounty公司才将FDA认证所需的全部材料提交完毕。整个过程用了14年。原因：有关基因变异的研究需要耗费较长的时间；FDA自身没有明确应该如何规范转基因动物2009年1月，FDA决定将转基因动物归入到“动物药品”类别中。据此，FDA