海洋酸化(ocean acidification, OA)是指由于吸收大气中过量二氧化碳(CO2)而导致的海水逐渐变酸的现象。自工业革命开始，人类的各种活动产生的的CO2量非常巨大，空气中的CO2浓度从工业革命前的280ppm上升到现在的300-380ppm，预计到2100年将达到450-1000ppm。自1880年以来，海洋表面pH值下降了0.12个单位，相当于海水中的H+浓度上升了30%，按此估算，到2100年，海洋平均pH值将比现在下降0.3-0.5个单位，即从现在的8.1左右下降至7.6左右。关于海洋酸化的研究最早的是珊瑚，调查显示，1990年至今，大堡礁珊瑚平均钙化率下降了14%。这是由于不断增加的大气CO2，能够显著降低珊瑚的有效钙化累积，减缓珊瑚礁的形成进程。随着全球气候变化的日益恶化，海洋酸化对海洋生物的影响也备受关注，对海洋酸化与海洋生物间的相互作用的研究也越加深入。海胆是海洋浅海动物的代表动物，其作为发育生物学的模式生物已有100多年的历史，由于海胆浮游幼体和成体具有骨针、棘、齿及壳等钙化结构，因此也是研究生物钙化作用的重要模式生物。目前，国外利用实验室模拟方法研究海洋酸化对海胆生长发育影响的基础理论研究工作已逐渐开展起来，而针对海洋酸化对海胆，尤其是海胆经济种类潜在影响的研究鲜有报道。本研究首先在实验室条件下模拟未来海洋酸化条件，初步明确了未来海洋酸化对我国海域海水碳酸体系的影响，随后，以我国北方沿海最重要的经济海胆之一——中间球海胆（又称虾夷马粪海胆，Strongylocentrotus intermedius）为对象，按照IPCC预测2100年地球海洋酸化水平设置OA1（自然海水pH-0.3），OA2（自然海水pH-0.4），OA3（自然海水pH-0.5）三个海洋酸化条件，通过观察自然海水以及不同海洋酸化条件下，中间球海胆浮游幼体的上浮和存活情况，计算中间球海胆浮游幼体的上浮率和存活率；利用显微观察、软件测量和扫描电镜超显微观察等技术手段探明了海洋酸化对中间球海胆浮游幼体骨针钙化生长、平均钙化生长速率以及钙化结构的影响。结果显示：1、通过实验室模拟海洋酸化研究发现，由于CO2过量排放引起的海洋酸化对海水温度、盐度和总碱度并无显著影响，而对海水碳酸体系各组份的影响却十分显著。其中，海水中的CO2分压随着CO2释放的增加而增高，海水pH值随着CO2释放的增加而降低，海水中碳酸氢根的浓度随着CO2释放的增加而增加，而海水中碳酸根的浓度却随着CO2释放的增加而降低，海水主要碳酸盐（方解石和霰石）饱和度也随着随着CO2的不断释放而逐渐降低。2、对海洋酸化条件下中间球海胆浮游幼体上浮率、死亡率和形态学的研究发现，海洋酸化对中间球海胆幼体的上浮率并无显著影响；但对中间球海胆浮游幼体的存活率的影响十分显著，随海洋酸化程度的加深，中间球海胆浮游幼体的存活率逐渐降低；海洋酸化对中间球海胆四腕浮游幼体的形态具有显著影响，主要表现为幼体对称性丧失和钙化骨针外露。3、对海洋酸化条件下中间球海胆四腕浮游幼体骨针钙化生长、平均钙化生长速率的研究结果显示：(1)与自然海水组骨针总长度相比，不同程度海洋酸化处理组中间球海胆四腕幼体期骨针总长度呈现极显著性差异(p<0.01)，其中，OA1组骨针总长较自然海水组短5.17±1.54%；OA2组骨针总长较自然海水组短7.09±0.59%；OA3组骨针总长较自然海水组短17.98±1.56%。分别测量中间球海胆浮游幼体骨棒和口后腕骨针长度，发现不同程度海洋酸化组中间球海胆四腕幼体骨针骨棒长度与自然海水培养组相比并无显著性差异；而口后腕的长度则明显比自然海水组短，其中，OA1组口后腕长度较自然海水组短10.26±0.72%，OA2组口后腕长度较自然海水组短14.80±1.47%；OA3组口后腕长度较自然海水组短33.97±2.28%。(2)由结果(1)进一步计算发现，从骨针开始发育至受精后70小时，自然海水组中间球海胆骨针的平均钙化速度为7.56±0.56μm/h，OA1组中间球海胆骨针的平均钙化速度为7.16±0.42μm/h，OA2组中间球海胆骨针的平均钙化速度为7.03±0.57μm/h，OA3组中间球海胆骨针的平均钙化速度为6.21±0.58μm/h。这一结果提示，海洋酸化可以显著影响中间球海胆浮游幼体的钙化生长速度，且主要是通过抑制海胆浮游幼体口后腕的钙化生长来影响海胆浮游幼体骨针的整体钙化过程。4、通过扫描电镜观察发现，自然海水组中间球海胆四腕幼体骨针表面较为光滑，内部结构均匀且致密。OA1、OA2组、OA3组中间球海胆四腕幼体骨针表面结构和内部结构均出现溶蚀显现，且溶蚀程度随海水酸化程度的加剧而加深。综上所述，本研究的结果将为进一步研究海洋酸化对中间球海胆生命早期阶段钙化生长的影响及其机制，明确海洋酸化对中间球海胆渔业经济的潜在影响提供理论依据，对我国北方海胆经济种类的可持续发展具有一定的指导意义。