斑腿蝗科2種短翅型蝗蟲染色體的比較

張曉明，張建春，常懷艷，柳 青，3

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院/云南省生物資源保護(hù)與利用國家重點實驗室，云南昆明 650201；2.云南省紅河熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，云南河口 661300； 3.保山學(xué)院資源環(huán)境學(xué)院，云南保山 678000)

蝗蟲是蝗總科(Acridoidea)昆蟲的總稱，全世界記載有10 000多種蝗蟲。斑腿蝗科(Catantopidae)是蝗總科中最大的科，已知有760多個屬近4 000種，種類多、分布廣，其中有少數(shù)種類是農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)和林業(yè)生產(chǎn)上的重要害蟲。我國記錄的有100多個屬430多種斑腿蝗科昆蟲，主要分布于我國南方地區(qū)[1-2]。

染色體是生物遺傳物質(zhì)的載體。在各生物類群中，染色體結(jié)構(gòu)特征具有相對穩(wěn)定性，不同類群的染色體數(shù)目、大小、形態(tài)、組型、減數(shù)分裂行為及異染色質(zhì)分布等亦有不同[3]。因此，通過研究和分析染色體數(shù)目、結(jié)構(gòu)和行為等細(xì)胞學(xué)特征，可以為昆蟲近緣種的鑒別、物種演化及親緣關(guān)系分析提供依據(jù)和參考[4]。蝗總科昆蟲因其染色體大而數(shù)目少，且材料易得，是開展此類研究的極好類群[5]。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前已有1 000多種蝗總科昆蟲涉及染色體研究，其中斑腿蝗科中有近1/3的種已被相關(guān)研究報道[2，5]。

云南云禿蝗[Yunnanacrisyunnaneus(Ramme)]和云南擬裸蝗(ConophymacrisyunnanensisCheng)是在云南省境內(nèi)分布的2種短翅型蝗蟲，分別隸屬斑腿蝗科云禿蝗屬(Yunnanacris)、擬裸蝗屬(Conophymacris)，未見其染色體的相關(guān)報道。因此，本研究采用常規(guī)的液氮冰凍壓片法及BSG顯帶法對2種蝗蟲的染色體核型和C帶帶型進(jìn)行研究，以期為蝗總科昆蟲的細(xì)胞遺傳學(xué)研究提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用標(biāo)本均采自野外，具體的采集時間、采集地點和個體數(shù)量等信息見表1。

表1 標(biāo)本來源與研究個體數(shù)量

1.2 試驗方法

1.2.1 染色體標(biāo)本制備 將采集到的蝗蟲雄蟲按個體編號，并依據(jù)個體大小活體腹腔注射4～6 μL 0.05%秋水仙素溶液，經(jīng)6～8 h后取出精巢，放入0.08%生理鹽水中低滲 10～15 min，再浸入體積比為3：1的甲醇冰醋酸固定液內(nèi)固定6～12 h，然后移入75%乙醇內(nèi)常溫保存。取出預(yù)先保存好的蝗蟲精巢材料，用解剖針挑取精小管2～3根，置于潔凈的載玻片上，除去其表面的結(jié)締組織，然后切下精小管盲端部分。滴加45%冰醋酸進(jìn)行軟化，5～10 min后加蓋玻片壓片，然后置于液氮罐中冷凍3～5 min，取出后快速揭開蓋玻片，室溫下自然干燥老化2～6 d[1]。

1.2.2 C帶核型分析 C帶處理采用BSG顯帶法進(jìn)行。將老化好的載玻片置于5%新配制的飽和Ba(OH)2溶液中 50 ℃ 恒溫水浴處理15～20 min，取出后用相同溫度的蒸餾水沖洗，再經(jīng)2×檸檬酸鈉緩沖液于60 ℃恒溫水浴中處理1 h，用相同溫度的蒸餾水沖洗晾干，用5% Giemsa染液(pH值=6.8)染色 10～15 min，用蒸餾水沖洗后自然干燥，鏡檢[6-7]。使用Nikon ECLIPSS E800進(jìn)行顯微拍照，每種蝗蟲選取5～10個染色體形態(tài)清晰、分散良好的分裂相細(xì)胞進(jìn)行染色體數(shù)目統(tǒng)計、測量和計算。

染色體相對長度(relative length，簡稱RL)=每條染色體實測長度/染色體組總實測長度×100%；臂指數(shù)=長臂長度/短臂長度×100%；著絲點指數(shù)(centromere index，簡稱CI)=短臂長度/該條染色體全長×100%；各染色體異染色質(zhì)含量(heterochromatic content，簡稱HC)=各條染色體C帶帶紋總實測長度/該條染色體實測長度×100%；染色體組異染色質(zhì)總含量(total heterochromatic content，簡稱THC)=染色體組C帶帶紋總實測長度/染色體組總實測長度×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 云南云禿蝗染色體C帶核型

由圖2可知，云南云禿蝗染色體有16條C帶帶紋，其中有11條著絲粒帶，5條端帶，端帶分別位于L1、L2、L3、M4、M6上，性染色體無端帶。

由表2可知，云南云禿蝗異染色質(zhì)在整個染色體組中的總含量為22.26%，M6染色體異染色質(zhì)含量最高，為 48.34%，M4次之，為33.14%，M8染色體的異染色質(zhì)含量在整個染色體組中最低，為13.10%，性染色體X的異染色質(zhì)含量為13.33%。

2.2 云南擬裸蝗染色體C帶核型

表2 云南云禿蝗有絲分裂中期染色體數(shù)據(jù)測量記錄結(jié)果

注：∞表示染色體短臂長度為0；t表示端著絲粒染色體；st表示亞端著絲粒染色體。下表同。

由圖4可知，云南擬裸蝗染色體有18條C帶帶紋，其中有12條著絲粒帶，還有6條端帶，分別位于L2、L3、M4、M6、M7、M9染色體上。

由表3可知，云南擬裸蝗異染色質(zhì)在整個染色體組中的總含量為22.99%，M9染色體異染色質(zhì)含量最高，為 41.85%，M4染色體次之，為32.20%，性染色體X的異染色質(zhì)含量在整個染色體組中最低，為12.63%。

3 結(jié)論與討論

與形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)一樣，染色體特征資料已經(jīng)成為生物鑒別分類和親緣關(guān)系界定的基本數(shù)據(jù)之一[8-9]。大量的研究表明，染色體的數(shù)目、組式可以作為科級或?qū)偌夒A元的分類指標(biāo)，而染色體C帶異染色質(zhì)分布位置、大小、數(shù)量、異染色質(zhì)總含量及性染色體X的位次等可以作為屬、種及種下階元的分類指標(biāo)[3，10-17]。研究的2種短翅型蝗蟲云南云禿蝗和云南擬裸蝗屬同科不同屬，兩者除了具有相同的性別決定機(jī)制外，在染色體核型和C帶帶型等方面均表現(xiàn)出一定差異(表4)，研究結(jié)果進(jìn)一步證實了上述觀點。

表3 云南擬裸蝗有絲分裂中期染色體數(shù)據(jù)測量記錄結(jié)果

表4 2種短翅型蝗蟲染色體性狀比較

此外，研究發(fā)現(xiàn)云南擬裸蝗少數(shù)個體細(xì)胞中具有1個超數(shù)染色體，呈小點狀。有關(guān)超數(shù)染色體在云南擬裸蝗種群中的起源、數(shù)量分布、遺傳學(xué)意義與作用還須進(jìn)行更深入地研究。