1、第35卷第7期 生 态 学 报 Vol.35, No.7 2015年4月 ACTA ECOLOGICA SINICA Apr.,2015 http:/ DOI: 10.5846/stxb201305311257 海洋酸化对海洋无脊椎动物的影响研究进展 赵信国, 刘广绪*( 浙江大学动物科学学院，杭州 310058 ) 摘要：人源二氧化碳（CO2）的大量排放，导致空气中CO2浓度越来越高，其中大约1/4至1/3被海洋吸收。过多CO2在海水中的溶解，除引起海水pH值降低外，还导致海水中碳酸盐平衡体系的变化，即“海洋酸化”现象。很多海洋无脊椎动物不但在海洋生态系统中发挥重要作用，还是重要的水产养殖种
2、，因此具有重要的生态与经济价值。由于海洋无脊椎动物的生活史在海水中完成，因此海洋环境的变化极易对其造成影响。大量研究已证实海洋酸化能对多种海洋无脊椎动物的受精、发育、生物钙化、基因表达等生命活动产生显著影响。本文综述了近年来海洋酸化对海洋无脊椎动物影响研究的相关报道，归纳了其对海洋无脊椎动物不同生命活动的影响，分析了其生态学效应，探讨了现有研究在方法创新、内容拓展以及机理分析等方面存在的局限与不足，并展望了海洋酸化对海洋无脊椎动物影响研究的发展方向。 关键词：海洋酸化; 海洋无脊椎动物; 生殖; 早期发育; 生物钙化; 代谢; 基因表达 Advances in the effects of o
3、cean acidification on marine invertebrates ZHAO Xinguo, LIU Guangxu*College of Animal Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China Abstract: Since the industrial revolution in the 18th century to date, carbon dioxide (CO2) released into the atmosphere as a result of the burning of fossil fu
4、els has elevated the atmospheric CO2concentration from approximately 280 mol/mol to 394 mol/mol. About a quarter or one third of the anthropogenic CO2(several billion tons per year) has been absorbed by the ocean and subsequently lowers pH of seawater, which has been firstly termed as “ocean acidifi
5、cation” in 2003. Oceanic uptake of atmospheric CO2not only acidifies the seawater, but also lowers the carbonate concentration and then causes a decrease in the saturation state () of calcium carbonate. The saturation states of calcite, aragonite, and high-magnesium calcite are critical to the forma
6、tion of supporting skeletal structures or shells in many marine invertebrates. Therefore, theoretically the CO2-driven ocean acidification will affect all marine invertebrate species through altering the chemistry property of the habitat that they live in and subsequently poses a great threaten to m
7、arine invertebrates. Marine invertebrates are one of the important components in marine ecosystem which play critical roles in both material and energy flow. Moreover, many marine invertebrates such as edible mollusks, crustaceans, and echinoderms are traditional aquaculture species which are econom
8、ical significant. In this circumstance, knowledge about the impacts of ocean acidification on marine invertebrates will definitely contribute to a comprehensive understanding of the mechanism underlying the ocean acidification effects, the precise prediction of the damage, and the aquaculture strate
9、gy designing to handle with ocean acidification in near future. Though ocean acidification has only been studied for approximately ten years, a great deal of researches have demonstrated that ocean acidification generally addressed significant negative effects on gametes traits (such as sperm swimmi
10、ng velocity and 基金项目：国家自然科学基金(31372503, 31001119); 教育部留学回国人员科研启动基金; 中央高校基本科研业务费专项资金; 浙江省近岸水域生物资源开发与保护重点实验室开放基金 * 通讯作者 Corresponding author. E-mail: guangxu_ 网络出版时间：2014-05-08 11:02网络出版地址：http:/ 生 态 学 报 2 http:/ fertility), fertilization success, early stage embryonic development, biological calcific
11、ation, and gene expression of a wide variety of marine invertebrates, including coelenterates, mollusks, nematodes, echinoderms, annelids, and arthropods. In addition, previous studies have showed that different marine invertebrates and marine invertebrates at various life stages exhibited differenc
12、es in their responses to ocean acidification. Though the influences of ocean acidification on marine organisms have been a study hotspot for marine ecologists and marine biologists for about a decade and generally it is believed that the negative impacts of ocean acidification on marine invertebrate
13、s are due to the reduction of calcium carbonate saturation state, the alternation of pH, and the subsequent responses of bio-reaction pathways. However, the mechanism underneath these reported negative impacts of ocean acidification on marine invertebrates were not fully understood. Moreover, among
14、the great number of marine invertebrate species only a few organisms such as corals, sea urchins, and blue mussels, have been well investigated. Furthermore, due to the fact that most studies are conducted in laboratory, whether they can reveal the true scene in natural environment is debatable. In
15、this article, results of previous researches about the influences of CO2-driven ocean acidification on the gametes, fertilization, embryonic development, calcification, metabolism, and gene expression of various marine invertebrates were summarized. The potential impacts of ocean acidification on ma
16、rine ecosystem were also discussed. The authors suggest that to precisely reflect the future scenario studies on the interaction between ocean acidification and marine invertebrates should be carried out in a wider range of species and take the complexity of marine ecosystem and environment into acc
17、ount. Key Words: ocean acidification; marine invertebrates; reproduction; early-stage development; biological calcification; metabolism; gene expression 自18世纪工业革命以来，由于燃烧化石燃料等人类活动的影响，大气CO2浓度不断增长，已经从工业革命前的280 mol/mol，增长至2013年的394 mol/mol，增长了约40%，并仍将以每年0.5%的速率继续增长1。人类活动排放的CO2约有1/4至1/3被海洋吸收，这极大缓解了大气CO2浓
18、度增长的趋势，却造成了海水酸度的增大和碳酸盐平衡体系的变化2-4。Caldeira等2003年第一次在著名科学杂志Nature阐述了这种现象，并将其命名为“海洋酸化”（Ocean Acidification）3。与工业革命前相比，当前表层海水的pH值已经降低了0.1个单位，如果继续以当前速率排放CO2，到本世纪末表层海水的pH值就会降低0.30.4个单位，而到2300年将降低0.70.8个单位3, 5。海洋酸化所导致的海水化学环境的变化势必会对海洋生物与海洋生态系统产生深远的影响。鉴于此，2009年8月13日，在联合国教科文组织倡导下，来自全球26个国家的155位顶尖海洋研究人员齐聚于摩纳哥，
19、签署了摩纳哥宣言（Monaco Declaration），对海洋酸化严重影响全球海洋生态系统表达了深度关切6。 海洋无脊椎动物占海洋动物的绝大部分，是其中门类最为繁多的一类，具有极大的生态与经济价值7。例如，珊瑚不仅可以作为旅游资源供人类欣赏，其形状复杂的骨骼也是其他海洋生物生活的基础和依存物，在珊瑚礁生态系统的形成和维持中发挥着不可替代的作用；牡蛎、贻贝、扇贝、鲍鱼、海蟹、对虾等传统养殖种类，是人类重要的动物性蛋白质来源之一；有壳翼足目动物和有孔虫处在食物链的底端，对海洋生态系统的稳定起着重要作用。由于海洋无脊椎生物终生生活在海水中，海洋酸化导致的海水化学环境的改7期 生 态 学 报 3 h
20、ttp:/ 变将会对其配子发生、受精、发育、生物钙化等生命过程产生影响（表1）。因此开展海洋酸化对海洋无脊椎动物的影响研究具有重要意义，不仅可以指导海洋渔业生产，也可以评估海洋生态安全。本文综述了相关研究进展，探讨了目前研究中存在的不足，提出了相应改进方法，并对未来的研究方向进行了展望。 表1 海洋酸化对海洋无脊椎动物配子、受精、早期发育、生物钙化、代谢的影响 Table 1 Effects of CO2-driven ocean acidification on gametes, fertilization, early-stage development, biological calci
21、fication and metabolism of marine invertebrates 分类 （Taxon） 物种 （Species） 参数 （Parameters） 研究对象 （Objectives）影响 （Effects） 文献 （References）腔肠动物指形鹿角珊瑚（Acropora digitifera） pH 1200 mol/mol 成体 足丝附着能力减弱 20翡翠贻贝（Perna viridis） pH 7.77.4 成体 滤食减少；呼吸减弱；排泄减少 15栉孔扇贝（Chlamys farreri） pH 8.17.0 成体 钙化率减低；呼吸减弱 21华贵栉孔扇贝（
22、C. nobilis） pH 7.77.4 成体 滤食减少；呼吸减弱；排泄减少 15海扇贝（Placopecten magellanicus） pH 7.09.0 精子；卵细胞多精受精现象增多 22沟纹蛤仔（Ruditapes decussatus） pH 8.07.5 幼虫 致死 23玉黍螺（Littorina littorea） pH 8.07.7 幼虫 生物钙化减弱；代谢减弱 24节肢动物刺尾纺锤水蚤（Acartia spinicauda） pH 7.836.89 成体 卵母细胞减少；线粒体受损 25中华哲水蚤（Calanus sinicus） pH 7.836.89 成体 卵母细胞减少
23、；线粒体受损 25斯式纺锤水蚤（A. steueri） pH 7.46.8 幼虫；成体 孵化率降低；致死 26, 27红纺锤水蚤（A. erythraea） pH 7.46.8 幼虫；成体 孵化率降低；致死 26, 27华美盘管虫（Hydroides elegans） pH 7.97.4 幼虫 生物钙化破坏；晶体结构改变 28蓝蟹（Callinectes sapidus） pCO24002900 mol/mol 幼虫 钙化率提高 29脆壳蟹（Petrolisthes cinctipes） pH 7.6 幼虫 无显著影响 30堪察加拟石蟹（Paralithodes camtschaticus）
24、pH 8.07.5 幼虫 生长发育减缓；致死 31拜氏楚蟹（Chionoecetes bairdi） pH 8.07.5 幼虫 生长发育减缓；致死；钙化率降低 317期 生 态 学 报 4 http:/ 分类 （Taxon） 物种 （Species） 参数 （Parameters） 研究对象 （Objectives）影响 （Effects） 文献 （References）东方巨对虾（Penaeus plebejus） pCO24002900 mol/mol 幼虫 钙化率提高 29棘皮动物紫海胆（Heliocidaris erythrogramma） pH 7.7 精子 精子运动能力减弱；受精率
25、降低 32梅式长海胆（Echinometra mathaei) pH 7.86.8 精子 受精率降低 27, 33马粪海胆（Hemicentrotus pulcherrimus） pH 7.86.8 卵细胞；幼虫致畸；生长发育减缓 27, 33紫球海胆（Strongylocentrotus purpuratus） pH 7.7 幼虫 生长发育减缓；代谢增强 34红海胆（S. franciscanus） pH 8.07.5 精子 受精率降低；多精受精现象增多 35海蛇尾（Amphiura filiformis） pH 8.06.8 幼虫 代谢增强；钙化率提高 36表中Pinctada marte
26、nsii和Pinctada fucata是同一个物种。中文名：马氏珠母贝，也可称为合浦珠母贝。 1 海洋酸化对生殖的影响 不同于体内受精的生物，大多数海洋无脊椎动物（如：海洋双壳贝类）直接将配子排放到海水中，并在海水中完成受精过程37。因此，配子和受精过程均易受到海水环境扰动的威胁。 1.1 海洋酸化对配子的影响 精子的游动速率和能游动精子的比例是受精成功的关键因素37。另外，卵细胞的状态和精卵比也对受精有重要影响37, 38。因此，海洋无脊椎动物配子对海洋酸化的响应成为研究的一个重要方面。2008年Havenhand等用pH值7.7的CO2酸化海水处理紫海胆（H. erythrogramma
27、）的精子，发现精子的游动速率和能游动精子的百分比均显著降低32；Morita等对指形鹿角珊瑚（A. digitifera）进行研究，发现当海水pH值低于7.7时，精子尾部的摆动能力被严重削弱8，Nakamura等在此基础上进一步研究发现海水中CO2浓度与精子尾部摆动能力的下降之间存在着正相关性9。虽然众多研究表明，海洋酸化会对海洋无脊椎动物的精子产生不利影响，但是不同物种的精子对海洋酸化的耐受力也有所不同。例如，Havenhand等对太平洋牡蛎（C. gigas）的精子研究，发现精子游动速率和能游动精子的比例并未有显著变化11。 相较于精子，海洋酸化对卵细胞的影响则少有报道。仅见张达娟等报道中
28、华哲水蚤（C. sinicus）和刺尾纺锤水蚤（A. spinicauda）卵母细胞的电子密度随海洋酸化的加剧而降低，同时受损线粒体数目增加，球形颗粒内缩或瓦解，导致卵排出后球形颗粒不能正常释放25。 海洋酸化对配子的影响研究，目前仍以精子为主要对象，且仅见于个别物种，因此研究的广度有待进一步拓展。 1.2 海洋酸化对受精的影响 海洋酸化对海洋无脊椎动物配子的影响，可能会引起受精难度的增加，进而导致受精率的降低。例如，Kurihara与Shirayama采用HCl酸化和CO2酸化的方式处理梅式长海胆（E. mathaei）和马粪海胆（H. pulcherrimus）的精子，发现受精率显著降低，
29、相比而言CO2酸化对受精率的影响更大，这可能与CO2不7期 生 态 学 报 5 http:/ 仅导致海水酸度的增加，还引起海水碳酸盐平衡体系的变化，而HCl仅导致海水酸度增加有关33；Havenhand等用pH值为7.7的酸化海水处理紫海胆（H. erythrogramma）精子后，用其与正常卵子做受精实验，发现受精率比对照组低24%32；Parker等对悉尼岩石牡蛎（S. glomerata）的研究发现，受精率随着海洋酸化加剧而显著下降13。 除了对受精率的影响，海洋酸化还表现出对多精受精现象的诱导作用。Desrosiers 等发现当海水pH值小于7.5时，海扇贝（P. magellanic
30、us）多精受精现象显著增加22。Reuter等在红海胆（S. franciscanus）中的研究也表明海洋酸化能显著诱导多精受精现象的发生35。 但是，目前的研究多为对受精率的简单考察，普遍存在忽视受精动力学原则的问题（例如：采用来源于多个亲本的混合配子而非单对受精实验分析，忽略配子性状差异对受精率的影响，采用单一且过高而非梯度设计的精卵比例进行受精实验，不量化受精率等）35, 37, 39。因此，许多研究结论值得推敲。例如，Byrne等报道称海洋酸化对四种海胆（H. erythrogramma，H. tuberculata，Tripneustes gratilla，Centrostephan
31、us rodgersii）、海星（Patiriella regularis）及鲍鱼（Haliotis coccoradiata）的受精率没有显著影响40，但是其实验设计明显忽略了配子性状差异对受精的影响，且采用了过高的精卵比例（100:1）38，另外没有按受精动力学原则要求量化受精率，因此其结论有待商榷。例如，在卵子未受影响的前提下，精卵比例过高（100:1），即使海洋酸化使90%的精子丧失受精能力，仍有十倍于卵子数目的精子能使几乎全部卵子受精，从而可能掩盖海洋酸化对受精产生影响的事实。 2 海洋酸化对早期发育及生物钙化的影响 2.1 海洋酸化对早期发育的影响 发育是一个有机体从其生命开始到成
32、熟的变化，也是生物有机体的自我构建和自我组织的过程。与成体相比，海洋无脊椎动物的早期胚胎和幼虫对环境扰动更加敏感，因此其发育过程更容易受到海洋酸化的威胁。 研究表明海洋酸化会导致许多海洋无脊椎动物的早期胚胎和幼虫发育延迟，并产生致畸、致死效应。例如，Kurihara等发现海洋酸化引起马粪海胆（H. pulcherrimus）幼虫生长发育速度减慢，畸形率增加33；Michaelidis和Kurihara则分别报道了地中海贻贝（M. galloprovincialis）幼虫受海洋酸化的影响，出现生长发育放缓的现象18, 19；Kurihara等报道了海洋酸化对太平洋牡蛎（C. gigas）幼虫的致
33、畸和致死效应41；Parker等在悉尼岩石牡蛎（S. glomerata）中的研究表明随着海洋酸化程度的加剧，悉尼岩石牡蛎（S. glomerata）D形幼虫存活率明显降低，畸形率显著增高，同时生长发育迟滞13；Stumpp等对紫球海胆（S. purpuratus）的研究表明海洋酸化同样会使其幼虫生长发育速度减慢34；Gaylord和Range则分别报道了海洋酸化对加州贻贝（M. Californianus）及沟纹蛤仔（R. decussatus）的致畸和致死效应16, 23；刘文广等对马氏珠母贝（P. martensii）幼虫的研究表明海洋酸化导致其发育受阻，存活率降低14；Long等则报道
34、了海洋酸化对堪察加7期 生 态 学 报 6 http:/ 拟石蟹（P. c a m t s c h a t i c u s）和拜氏楚蟹（C. bairdi）生长发育的阻碍作用31。 此外，海洋酸化对孵化率和附着率也表现出不利影响。例如，Kurihara等发现海洋酸化导致斯式纺锤水蚤（A. steueri）和红纺锤水蚤（A. erythraea）的幼虫孵化率降低26；Mayor等发现海洋酸化使中华哲水蚤（Calanus finmarchicus）的孵化率降低42；Gazeau等研究发现海洋酸化引起紫贻贝（M. edulis）孵化率和附着率的降低17。 值得一提的是大量研究结果表明不同物种甚至同一
35、物种在不同生活史阶段对海洋酸化的响应不尽相同。例如，何盛毅等 43发现虽然pH值为7.70的酸化海水对马氏珠母贝（P. martensii）自养阶段的胚胎发育没有明显不利影响，但对其异养阶段的幼虫发育却有明显致畸作用，原因可能是早期胚胎完全依靠卵黄提供物质和能量，而幼虫开始进行呼吸、摄食等活动，使得其对环境的依赖性更高，从而表现出对海洋酸化更高的敏感性。 2.2 海洋酸化对生物钙化的影响 过多CO2在海水中的溶解不仅导致海水pH值的降低，还使碳酸钙饱和度（）下降2, 44。而海洋无脊椎动物生物钙化的速度与碳酸钙饱和度水平密切相关，碳酸钙饱和度越大，对碳酸钙沉积即生物钙化越有利4, 45, 46
36、。 受海洋酸化的影响，地中海贻贝（M. galloprovincialis）与马氏珠母贝（P. martensii）幼虫的壳体生长缓慢并出现畸形14, 18, 43；Fine等发现海洋酸化引起多种造礁珊瑚（Oculina patagonica等）碳酸钙骨架的消融，以水螅体的形式生存47；Chan等研究华美盘管虫（H. elegans）的生物钙化作用发现，受海洋酸化影响，其形成的石灰质栖管的晶体结构杂乱无序，硬度和弹性明显改变，且易溶解文石的比例显著增加28。由此可见，海洋酸化不仅会显著阻碍海洋无脊椎动物壳体和碳酸钙骨架的生长，还会严重影响壳体和碳酸钙骨架的内部晶体结构，甚至引起壳体和碳酸钙骨架
37、的消融。 海洋酸化对生物钙化作用的影响也存在物种间的差异，这可能与不同物种的壳体或碳酸钙骨架的形成机制、调节钙离子的能力及文石与方解石的比例不同有关4。例如，Wood等以海蛇尾（A. filiformis）为研究对象，发现其能通过增加代谢强度和提高钙化率来补偿海洋酸化对其壳体生长造成的不利影响36；Ries等发现蓝蟹（C. sapidus）和东方巨对虾（P. plebejus）在海洋酸化的影响下，理应降低的钙化率反而显著升高29。这很可能是由于其壳体形成机制与具有碳酸钙质骨架及壳体的其它海洋无脊椎动物不同造成的，因为甲壳纲无脊椎动物的壳体一般是由几丁质构成。 3 海洋酸化对代谢的影响 目前，海
38、洋酸化对海洋无脊椎动物代谢的影响研究主要是围绕分解代谢展开，通过耗氧量的变化来揭示代谢强度的变化，至于代谢途径以及合成代谢方面尚缺乏足够的研究。例如，Wood等对海蛇尾（A. filiformis）研究发现其能通过增强代谢和提高钙化率来补偿海洋酸化对其壳体生长造成的不良影响，但是7期 生 态 学 报 7 http:/ 由于这种代谢的增强是以诸如肌肉组织分解等为代价的，必然会对其健康状况和生存能力造成不利影响，是一种不可持续的应激反应36；Carter等对脆壳蟹（P. cinctipes）研究发现海洋酸化使其幼虫分解代谢的底物由以脂肪为主变为以蛋白质为主，推测这是为了维持体内pH稳定，导致能量消
39、耗增加的结果30。虽然Lannig等研究发现太平洋牡蛎（C. gigas）的代谢途径在海洋酸化的影响下发生了变化12，但其它海洋无脊椎动物在海洋酸化的影响下代谢途径变化与否尚不得知。 另外，海洋酸化条件下代谢强度的变化也存在种属差异。例如，Beniash等对美洲牡蛎（C. virginica）研究发现，海洋酸化对包括生物钙化在内的一系列生理活动产生不利影响，同时使幼贝期的标准代谢率显著增加48；Nakamura等则发现海洋酸化使指形鹿角珊瑚（A. digitifera）耗氧量减少、代谢减弱10；Thomsen等甚至发现海洋酸化并不会长时间抑制紫贻贝（M. edulis）的代谢49；刘文广等对马
40、氏珠母贝（P. fucata）、华贵栉孔扇贝（C. nobilis）和翡翠贻贝（P. v i r i d i s）研究，虽然表明海洋酸化对三者的滤食、呼吸及排泄过程均产生不利影响，但严重程度却存在着明显不同15。代谢强度变化的种属差异可能与维持体内酸碱平衡的能力不同有关15。维持体内酸碱平衡能力强的物种，在面对海洋酸化时因为维持pH值的稳定需要大量能量的供给，因此需要加强代谢，以提供能量；维持体内酸碱平衡能力弱的物种，反而因为其能力不足以补偿pH变化带来的影响，在适宜环境条件恢复前，不得不通过降低代谢强度以减少物质和能量消耗的方式来维持生存50。 4 海洋酸化对基因表达的影响 迄今为止，海洋酸
41、化影响海洋无脊椎动物的具体机理尚不明确4, 51-53。为了阐明具体的机制，科学家在基因表达水平展开了研究，并取得了一系列极具参考价值的结果（表2）。 表2 海洋酸化对海洋无脊椎动物基因表达的影响 Table 2 Effects of CO2-driven ocean acidification on gene expression of marine invertebrates 分类 （Taxon） 物种 （Species） 方法 （Methods） 转录组情况 （Transcriptome)验证基因 （Tested genes） 参考文献 （References）腔肠动物鹿角杯形珊瑚（Po
42、cillopora damicornis） 转录组测序；荧光定量PCR 完整转录组 48个未命名基因 54多孔鹿角珊瑚（A. millepora） 转录组测序；荧光定量PCR 完整转录组 7个未命名基因 55软体动物马氏珠母贝（P. fucata） 荧光定量PCR - aspein； calmodulin；nacrein； she-7-f10；hsp70 56紫贻贝（M. edulis） cDNA文库构建；荧光定量PCR 外套膜转录组 chi；chs；nacr；nka等33个基因 577期 生 态 学 报 8 http:/ 分类 （Taxon） 物种 （Species） 方法 （Methods
43、） 转录组情况 （Transcriptome)验证基因 （Tested genes） 参考文献 （References）棘皮动物马粪海胆（H. pulcherrimus） 荧光定量PCR - msp130；sm30；sm50 58白海胆（Lytechinus pictus）基因芯片 - - 59紫球海胆 (S. purpuratus) 荧光定量PCR - wnt8；pmar1；alx1；vegfr；sm30b；msp130；sm50 60基因芯片 完整转录组 - 61荧光定量PCR - hsp70；gp96；nka；nbc3；nhe3等26个基因 62基因芯片；荧光定量PCR - cyclop
44、hilin； msp130； colp3； p16； suclg1； idh3a； sdhb； atp5d； cox5b； ndufs6 63在种类繁多的海洋无脊椎动物中，海胆不但已完成了全基因组测序，且具有重要的生态学地位，因此目前的研究多以海胆为对象展开。例如，2009年，Todgham与Hofmann以紫球海胆（S. purpuratus）幼虫为对象，利用基因芯片和荧光定量PCR的方法对选定的大约1000个生命进程相关基因在海洋酸化条件下的表达情况进行了研究，发现生物矿化、应激反应、代谢及细胞凋亡相关基因的表达水平下调，表明应激、代谢、细胞凋亡等生命进程和生物钙化一样受到了海洋酸化的严重
45、影响63；Stumpp等同样以紫球海胆（S. purpuratus）为对象，对26个可能基因进行了荧光定量PCR检测，发现代谢相关基因表达量上调，生物钙化相关基因表达量下调，但离子调节相关基因中有的表达量上调（如Na+/K+-ATPase），有的表达量下调（如nhe3）62；Hammond与Hofmann为了解海洋酸化对原肠胚和骨针形成的影响，利用荧光定量PCR检测了7个细胞通路相关基因的表达水平，发现紫球海胆（S. purpuratus）早期胚胎发育基因wnt8和生物矿化基因sm30b的表达量上调60；为了探明海洋酸化对生物钙化影响的机制，Kurihara等利用荧光定量PCR技术研究发现马粪
46、海胆（H. pulcherrimus）钙离子转运基因msp130的表达受到了抑制，基因sm30和基因sm50的表达则未见明显影响58。 虽然上述报道在一定程度上反映了海洋酸化对海胆基因表达水平的影响，但这些研究主要针对预选基因展开，限制了新分子调节机制的发现。为克服这一缺陷，Evans等利用基因芯片方法对紫球海胆（S. purpuratus）的整个转录组进行检测，分析发现钙离子稳态、离子转运、信号转导及基因转录相关基因的表达发生了变化，推测其能以调整钙离子生物利用率、改变骨骼发生途径的方式适应海洋酸化的威胁，以维持生物钙化作用的正常进行61。 除海胆外，一些具有重要价值的海洋无脊椎动物（如造礁
47、珊瑚、马氏珠母贝及紫贻贝）也有少量海洋7期 生 态 学 报 9 http:/ 酸化影响基因表达的研究报道。例如，Hning等利用荧光定量PCR方法检测了紫贻贝（M. edulis）外套膜的基因表达情况，为揭示海洋酸化条件下壳体形成及能量代谢的分子机制奠定了基础57；Vidal-Dupiol等利用转录组测序技术和荧光定量PCR对鹿角杯形珊瑚（P. d a m i c o rn i s）整个转录组进行了研究，发现与生物钙化相关的离子转运基因及能量代谢相关基因表达水平上调 54；刘文广等将海洋酸化和水温升高相结合，研究了马氏珠母贝（P. fucata）特定基因的表达情况，此结果对预测气候变化的影响更具现实意义56。 5 海洋酸化对海洋无脊椎动物影响的生态学效应 如前所述，海洋酸化会对多种海洋无脊椎动
