淡水生態與生物技術國家重點實驗室（中國科學院水生生物研究所）

淡水生態與生物技術國家重點實驗室 ^[1]  依託於中國科學院水生生物研究所，1987年8月建成。該所坐落在湖北省武漢市武昌區東郊,面對波光浩淼的東湖,背靠風景秀麗的珞珈山。所舍佔地面積26公頃，生活和工作設施齊全,環境幽雅恬靜,交通便利,自1999年6月起納入中國科學院知識創新工程建設範疇。

實驗室已基本建成了生態學技術研究平台和分子生物學技術研究平台，擁有大型儀器設備40餘台套，設備總價值2000多萬元。每台(套)大型儀器設置在各學科組，由依託單位配備專門技術人員負責管理(維護、記錄等)，實驗室給予運行費。本實驗室固定人員、研究生和實驗室流動人員(含客研究人員)無償使用。其他人員需使用的，須先預約，在不影響本實驗室正常實驗的前提下，可供使用，並收取一定的費用。

學術委員會是實驗室的學術指導機構，學術委員會副主任和委員由依託單位聘任。學術委員會主要任務是審議實驗室的目標、任務和研究方向，聽取實驗室主任的年度工作報告，審議實驗室的重大學術會動，根據國家需求和實驗室的發展方向討論並制定《淡水生態與生物技術國家重點實驗室開放課題申請指南》，審批開放研究課題等。《申請指南》和《開放課題申請表》可以在實驗室的網頁上查閲和下載。實驗室實行主任負責制。同時由實驗室主任推薦，依託單位聘任3-4個副主任和1個專職秘書組成實驗室的領導班子，其任務是組織研究人員、技術人員和客座研究人員及研究生開展科研活動和學術交流，協調本實驗室內部和與其它實驗室之間的關係。實驗室整體上講分為四個層次。一是由實驗室主任和實驗室學術委員會主任組成的決策層，對實驗室的整體發展進行決策。二是由實驗室主任、副主任和秘書組成的管理層，其主要職責是下達決策層的指令，進行組織協調工作。三是由實驗室主任或學術委員會推薦聘任的學科組長組成的實施督促層，學科組長的職責是根據科研項目的需要，聘請研究人員，確定研究計劃、步驟、分工和實施方案，合理支配課題經費，並對其科研項目的實施、驗收和結題負責。四是由研究人員、技術人員、客座人員及研究生組成的執行層，他們是課題科研任務的執行和完成者。

根據《國家重點實驗室建設管理辦法》和《中國科學院開放研究實驗室管理辦法》，本實驗室制定了《淡水生態與生物技術國家重點實驗室管理條例》，條例包括：總則，組織與運行，固定人員與流動人員，開放課題，合作與開放，運行費管理，津貼與績效獎勵，年報與檔案保存等。實驗室購置、更新、改造的儀器設備是開展科學研究的重要硬件支撐平台。先進的實驗室裝備為研究工作提供了從數據採集、分析到比較的標準、高效、準確的研究手段。對實驗室儀器設備的購置、安裝調試、上機培訓、操作規程、使用記錄、維護、報廢處置等方面管理，我們制定了《淡水生態與生物技術國家重點實驗室儀器設備管理辦法》，維繫儀器設備處於良好的運行共享狀態、提高使用效率、開發儀器設備的其它功能，確保國有資產高效運行。

中國科學院水生生物研究所是本實驗室的依託單位。從實驗室的籌備、建設、建成評估到對國內外開放，始終嚴格要求實驗室按照原國家計劃委員會制定的《國家重點實驗室建設管理辦法》和《中國科學院開放研究實驗室管理辦法》進行管理和運作。首先是研究所所級領導班子高度重視，實驗室主任連續四屆由所長擔任，這樣確保了實驗室對人力、物力和工作環境需求的滿足。第二，將實驗室定位為依託單位的一個重要的研究單元，使其具有相對的獨立性。同時實驗室也是展示依託單位研究水平的一個平台。第三，支持實驗室引進、聘任國內外知名學者來室開展多形式的合作研究工作，同時根據申請，派遣實驗室中青年研究骨幹到境外著名實驗室進行訪問、進修、講學、合作研究和參加國際學術會議。第四，對實驗室學科帶頭人在生活待遇上給予優先安排，使他們能夠全心投入到科研工作。第五，對不定期來室進行開放課題研究的所外客座研究人員在生活上給予關照。第六，配備技術人員，使實驗室的大型儀器設備處於良好的運行狀態，同時將實驗室的儀器設備加入武漢市大型儀器共用網和中科院武漢分院分析測試中心等儀器使用管理機構，提高儀器的利用效率。第七，優先安排來實驗室進行博士後研究的青年學者和實驗室研究生的招錄。

針對日趨惡化的水環境，開展水環境保護和水生生物資源可持續利用研究，為維護和改善水環境、保護淡水資源、發展淡水漁業提供理論依據和技術支撐。同時結合科學發展目標，瞄準國家需求，解決國家問題。堅持基礎性、前瞻性、戰略性原則，全面增強實驗室的科技創新跨越能力，按照國家重點實驗室建設與管理辦法，實行"開放、流動、聯合、競爭"的運行機制，建設成為高效運行的、開放的、具有國際水平的和持續發展的國家級淡水生態和生物技術知識創新中心和研發中心。同時通過人員的不斷更新，進一步凝聚科技精英，形成代表國家最高水平的、在國際上有重要地位的科學家羣體，成為淡水生態和生物技術領域高級科技創新人才培養基地和自主創新平台。

探討環境因子、特別是人類活動對淡水生態系統的結構與功能的影響,揭示水體污染的機制、危害並提出防治對策,為淡水資源的保護和持續利用提供理論基礎；開發生物技術，致力於與魚類基因工程和細胞工程相關的遺傳學和發育生物學研究,探討建立新型、高效、健康和持續發展的漁業模式。依據戰略定位、研究方向和發展目標，圍繞國際上相關學科的發展和國家對水污染控制與治理以及漁業可持續發展的重大需求，實驗室現已設立了湖泊生態學、漁業生態學、水質管理與生態毒理、魚類基因工程、魚類發育與細胞工程和藻類生物技術六個研究團隊。

實驗室圍繞上述國內外相關學科領域的發展趨勢和麪臨的國家重大需求，共承擔科研究課題134項，其中主持的973國家重大基礎研究項目2項，它們分別是"湖泊富營養化過程與藍藻水華暴發機理研究"（2002年啓動，2800萬元，首席科學家劉永定研究員）和"重要養殖魚類品種改良的遺傳和發育基礎研究" （2004年啓動，2500萬元，首席科學家桂建芳研究員），主持的863重大水專項2項，它們分別是"受污染城市水體修復技術與工程示範"（ 2003年啓動，2583萬元，首席科學家吳振斌研究員）和"受納湖灣污染負荷有效削減和生態系統重建技術與工程示範"（2005年底啓動，2000萬元，首席科學家宋立榮研究員），還主持973課題3個，863課題6個，傑出青年基金3項，重點基金6項和歐盟項目1項等。這些項目的承擔體現了實驗室在國內外相同學科領域的地位和在國家科技發展和經濟建設中的作用，同時也為實驗室的學科發展和自主創新提供了必要條件。

實驗室共發表SCI收錄論文247篇，並有相當多的論文被本學科領域國際頂尖級雜誌接受發表，如SCIENCE，PNAS，DEV. BIOL.，MOL. BIOL. EVOL.，J. VIROL.等都發表有水生所完成的論文；發表的論文被國際同行廣為引用，據不完全查證，其中105篇SCI論文被SCI刊源論文引用353次。同時，還主持編寫出版著作8本，獲授權專利23項。通過研究實踐和自主創新，一批在理論上有重大突破或在應用上有廣闊前景的研究成果已經形成。如2005年已獲得的國家科技進步獎二等獎的重大成果"長江中、下游湖泊羣漁業資源調控及高效優質模式"，採用生物操縱和生態對策原理，系統探討了湖泊無公害漁業的可行途徑及主要工藝，提出了湖泊小型魚類、食魚魚類生產力動態估算方法，建立了湖泊鱖魚規模化養殖、河蟹生態養殖和團頭魴增殖等技術，2000-2004年在長江中下游600多萬畝湖泊推廣，增加產值超過20.5億元；2002年獲湖北省科技進步獎二等獎的"熱帶、亞熱帶區域水質改善、回用與水生態系重建生物工藝學對策研究"，依據生態學原理，將垂直流構建的人工濕地用於中小城市污水的綜合治理，在水環境污染治理方面有廣闊的應用前景；2003年獲湖北省自然科學獎一等獎的"銀鯽兩種生殖方式的遺傳基礎及其育種意義"，首次以確鑿的分子遺傳證據證明銀鯽存在雌核生殖和兩性生殖兩種不同的生殖方式，並闡明瞭其遺傳基礎，取得了一系列的新發現和新認識，發表的論文廣為引用，並收入國際知名專著；2003年獲湖北省科技進步獎一等獎的"異育銀鯽營養、飼料與投餵技術"，根據魚類能量學研究結果，研製出高效、無公害、無污染營養飼料，建立了異育銀鯽的合理投餵模式，具有明顯的環境和經濟效益；2004年獲湖北省自然科學獎二等獎的"重要水產動物病毒病原的鑑定及致病機理研究"，在建立和篩選到一批用於病毒增殖的水產動物細胞的基礎上，從患病的鱉、蛙、鱖魚和牙鮃的組織中分別分離到相應的病毒病原，並對這些病毒的病原性質、理化特性、分子結構、致病機理及其免疫應答等多方面進行了系統研究；2004年獲總裝備部全軍武器裝備科技進步二等獎的"空間飛行環境的生物學效應研究"，發現重複再搭載仍然會導致性狀分離等新的空間生物學效應，發現質膜、鈣離子、細胞儲存產物(甘油)共同作用於重力感受、傳導和響應的實驗證據，設計並生產出進行空間生物學研究的通用生物培養箱；2005年獲湖北省自然科學獎二等獎的"中國土壤藻的研究"，實現了荒漠藻人工大量培養，發明了乾旱區微藻固沙技術，首次完成了利用荒漠藻固定野外流沙的試驗研究，首創性地開闢了"藻－草－灌－喬"的荒漠化綜合治理新途徑；2005年獲湖北省科技進步獎二等獎"名特優淡水魚養殖技術叢書"，將名特優魚類養殖品種和技術介紹給廣大養殖户,促進了名特優淡水魚類的健康養殖及其規模化養殖，帶動了水產行業科普作品的創作和發展，是科研服務於農村和農民的橋樑和紐帶。這些成果有的解決了我國面臨的淡水養殖與水環境保護的矛盾問題，有的推動了魚類發育遺傳學和水生病毒學以及漁業生物技術的進步和發展，有的解決了我國城市受損生態系統恢復和重建的技術難題。

此外，本實驗室在世界上率先開展轉基因魚研究，並一直處於該研究領域的前列。培育出具有完全自主知識產權的快速生長轉基因魚家系；首次系統完成了轉基因魚大規模養殖試驗，建立了高效、安全的養殖模式。在科技部組織的現場鑑定會上，由包括三名院士組成的專家組一致認定：本項目的完成，使我國在轉基因魚的理論研究和應用前景方面居國際領先水平，為轉基因魚的商品化提供了科學依據。國家科技部等主編出版的《中國生物技術發展報告》認為"我國轉基因魚育種處於國際領先水平"。針對轉基因魚的生態安全，本實驗室創造性的提出了通過構建人工模擬湖泊，在受控隔離的生態系統中進行轉基因魚生態安全評價的策略，自行設計並構建了世界上規模最大的轉基因魚生態安全研究人工模擬試驗湖泊，全面評價轉基因魚的生態安全。在轉基因魚的遺傳生態安全控制策略方面，本實驗室取得具有戰略指導意義的研究成果。採用反義轉基因技術，研製獲得性腺完全不發育的轉基因魚。迄今只有本實驗室可以通過轉基因技術，成功控制魚類性腺發育。相關研究結果被遴選為"第5屆國際魚類內分泌學學術研討會"大會報告，並分別申請了中國和美國專利。與此同時，本實驗室還首次提出組織特異性的兩性互補外源基因剔除概念，並首次建立了魚類轉植基因定點整合技術，實現了魚類性腺中的轉植基因剔除。

在魚類抗病毒基因細胞模型研究方面，應用差減技術克隆滅活病毒感染魚類培養細胞誘導的差異表達基因，已鑑定出一批參與魚類抗病毒和免疫反應的基因，尤其是干擾素系統基因。自2003年底以來，已相繼發表論文10餘篇，受到國際同行高度關注，如鯽魚的類-PKR基因於2004年10月在《魚類和貝類免疫學》發表後，很快被評為該刊的熱點論文之一，並已被他引4次，如德、美三家實驗室聯合發表在《PNAS》上的論文在評價其研究目的時説："這裏，我們對一個與哺乳類PKR最相近的來自於斑馬魚的基因進行鑑定和特徵分析，該基因的預期產物在N-端含有Z-DNA結合結構域，而不含dsRNA結合結構域。一個類似的基因最近在鯽魚中已被報道。這些發現支持Z-DNA結合結構域在魚類抗病毒應答中起了重要作用"。

在水生態毒理學和生物監測方面，已形成了一系列環境監測和評價技術的規範；建立了我國第一個符合國際標準的二噁英研究專用實驗室，按照國際標準對二噁英進行靈敏、準確的檢測；承擔了國家和地方委託的數十個環境影響評價項目；多次舉辦環境生物學監測及水污染治理的國內國際培訓班，培養了大批環境生物學監測與環境影響評價技術人員。在水污染控制技術與治理工程示範方面，開展了氧化塘與污水淨化資源化生態工程及相關技術研究；在內污染防治生態工程技術和湖區生態優化對策等方面取得了重要的成果；研發的複合垂直流構建濕地系統為主的可持續利用水質管理工藝及對策，研究成果已在德國、奧地利和中國武漢、上海、深圳等地推廣應用；圍繞城市受污染水體的生境改善、生態系統結構優化與系統穩定等問題，研發和集成了水生植物定植、湖濱人工濕地、原位水質淨化、藻類控制、基底修復、水力調度等一批水質改善技術，形成以水力調度和水生植物恢復與重建相結合的城市受污染水體修復技術方案，研究成果不僅在示範工程得到應用，而且在武漢新區的規劃和建設、"六湖連通"工程的實施中得到廣泛應用，同時為全國其他類似地區水體修復提供借鑑。

圍繞直接威脅到人類健康和生存的藍藻毒素,我們從基礎和應用兩方面開展了研究。在基礎研究方面，系統地研究了微囊藻毒素對動物、植物和其他藻類的毒性效應，此項研究加深了對微囊藻毒素環境風險的認識，為制定飲用水和水產品中的毒素閾值提供了科學依據；開展了微囊藻毒素對於水生動植物和其他藻類的生態效應的研究，發現了一種能夠吞噬微囊藻並降解其毒素的金藻，且這種金藻具有鑑別產毒和非產毒藻類的能力,此項研究工作具有重大的理論和應用價值。在應用研究方面，建立並完善了藍藻毒素及其分析技術體系，研製出的具有我國自主知識產權的微囊藻毒素標準品及微囊藻毒素ELISA檢測試劑盒在國內佔據了一席之地，打破了我國藻毒素純品緊缺及檢測方法不完善的尷尬局面。微囊藻毒素ELISA試劑盒已廣泛應用於我國環境監測部門、自來水公司、科研院所，在創造了一定經濟效益的同時，為我國尚缺的微囊藻毒素國家標準檢測方法的制訂奠定了基礎，為建設部頒佈的《城市供水水質標準》中對微囊藻毒素將於2006年6月起進行檢驗的要求提供方法學依據。

與世界上從事藻類學和藻類生物技術研究的機構相比較，本實驗室具有全面、系統而且相互銜接的特徵。我們的研究覆蓋了系統分類、生理生化、分子遺傳和環境生物學4個層次。在基礎研究方面，有關微囊藻毒素對動物、植物和其他藻類的生態效應的研究與國外同類研究相比是較為突出的；有關藍藻適應力的遺傳學研究在選題和研究方法上能夠與國外生物學主流相接軌，發現了一些藍藻生存適應或細胞分化必需的新基因；鞘藻目的系統學依然是我所藻類學研究的特色之一。在應用研究方面，對於荒漠藻類在生物結皮中作用的研究和人工結皮技術的開發達到國外同類研究水平；發展了葛仙米優良藻種篩選和培養技術，在我國率先實現規模化養殖。

底棲動物生態研究旨在定量闡明底棲羣落的結構和功能，從而為底層系統調控提供操作依據。在經濟底棲動物方面，首次建立了以實現河蟹最大持續產量為目的的放養量模型，2005年底，鑑定專家認為"該項成果在河蟹增殖領域居國際領先水平"；區域湖沼學的研究致力於運用比較湖沼學的方法和預測生態學的理論探討氾濫平原生態系統的宏觀規律。開展長江中下游富營養湖泊的比較湖沼學研究，旨在定量揭示大尺度上富營養化機理。同時，開展長江江湖複合系統的生境破碎過程與對策研究，以期提出整體保護長江水系生物多樣性的戰略對策。

隨着人口的增加，對水產品的需求量在增加，水產養殖也迅速發展。同時，隨着社會的進步，人們對環境意識的加強，水產發展越來越面臨食物安全、食品安全和環境安全的挑戰。但是由於對水產養殖尤其是集約化養殖中水產動物的營養學、飼料技術和養殖技術等的研究在我國起步較晚，導致水產養殖出現效益低、飼料浪費、環境污染、產品質量差等問題，而這些問題產生的根本就是對其營養需求、營養素利用、飼料配方等有關水產動物對環境因子的反應不清楚造成的。針對這些問題，從基礎入手，研究水產養殖動物的營養需求、蛋白源利用、投餵技術、能量學利用模式等，為無公害水產養殖提供理論基礎。有關魚類的營養學研究基本上達到國際同類水平，在魚類能量學模型、補償生長等方面居國際前沿。本實驗室對國家對水產健康發展的根本需求，研究結果不僅可以具有一定的理論意義，而且對指導飼料配方、水產養殖均有重要的意義。部分研究結果表明，通過合理的飼料配方和投餵技術改進，可以明顯地節約飼料，降低對環境的氮磷排放，降低養殖成本，減少漁業污染。

水環境工程示範在全國產生了重大影響，如"滇池藍藻水華污染控制技術研究"課題受到國家領導人的高度關注，課題通過驗收後，路甬祥院長髮來賀信；武漢新區水專項示範工程已得到科技部和地方政府的肯定，科技部李學勇副部長在視察時説，搞水污染治理只有在藍藻水華最嚴重的地方做才最有意義，你們有一支隊伍在這裏，做出了效果，國家要繼續支持，你們要繼續做下去。

針對水環境和水生生物安全提出的重大建議也引起了國家領導人的高度重視，如為《2001高技術發展報告》第五章"生物技術對社會的影響"撰寫的開篇文章《轉基因安全與對策研究》，提出了轉基因安全問題的三條對策建議；2004年，為中共中央黨校撰寫了理論學習材料"轉基因及其安全性"，闡述了轉基因研究的起源及發展，分析了轉基因安全爭論的實質，提出瞭如何正確認識轉基因及其安全性的思路。培育的魚類品種支持地方政府組建了國家良種場，形成了明顯的社會經濟效益。

實驗室的國際合作渠道不斷拓寬，已成功主辦了"水環境保護與水污染治理國際培訓班" 等8次國際和多邊學術會議，有10多人次在國際學術組織中任職，與德國、日本、英國、法國、歐盟等研究機構保持着長期友好的合作關係，組織承擔並完成了1項歐盟項目。國際合作形式也發生了深刻變化,由我室研究人員出國接受培訓、攻讀學位或作博士後研究到外國人來我室接受培訓、攻讀學位或作博士後研究。

總之，實驗室全體研究人員堅持解放思想，開拓創新，紮實工作，積極面向國家需求和國際科學前沿，辛勤探索淡水生態與生物技術前沿領域的難點和熱點問題，努力尋求保護健康水環境和發展可持續漁業的理論和技術，研究工作取得了重大進展；與此同時，實驗室也全面完成了更新改造，依託單位中國科學院水生生物研究所投資1400多萬元，已基本建成了生態學技術研究平台和分子生物學技術研究平台；並通過研究人員的不斷引進和更新，實驗室已有50歲以下研究員15人，國家傑出青年基金資助者5人；中科院百人計劃入選者6人，入選國家百千萬人才工程3人，通過課題開放等措施，有40多位高級訪問學者來室合作研究，進室博士後20多人，一支年齡結構合理、知識結構優化、業務水平較強的高素質人才隊伍已經形成。實驗室在國內外相同學科領域的地位和在國家科技發展和經濟建設中的作用得到了明顯增強。