（动物学专业论文）蹦蝗属部分种类染色体核型研究.pdf

本实验采用了雄性的精巢为研究材料，制片方法在s u m e r1 9 7 2 的基础上略微改动。统计了5 个分散较好的细胞，三种蹦蝗的染色 体数目为2 n = 2 0 + x o ，大多数为近端部着丝粒，染色体分组情况相差 无几，x 染色体的相对长度及其c 带的位置在三种中都相似，常染 色体的带型上的差别较大，部分常染色体的差别成为区分种的特征。 选取了核型的3 5 个性状做为参数指标，采用谭远德的方法，进行似 近系数的聚类分析( 见聚类图) ，在d p s 上进行数据处理，作者认为 核型，特别是带型的特征作为种问差异，有较好的区分度。 我们还发现不论在何种材料，哪条染色体上，端部c 带和着丝 粒c 带的长度都是稳定的，其比值范围在1 ：1 5 3 倍之间。 3 种群分化的探讨 通过对三种蹦蝗8 个种群的c 带带型的分析和数据的处理，每种 蝗虫不同地区种群之间的带型显示出一些差异。这些种群间的差异可 充分体现种问多态现象。结合蹦蝗属小翅型这一特征，说明种群进化 和地理隔离理论是相符合的。 关键词：蹦蝗属染色体核型多态现象 i i 一、引言 1 1 动物分类学的创立和发展 分类学是一门历史悠久的基础学科，也是生命科学重要的基础性 研究领域。早在十八世纪三十年代瑞典博物就学家林奈创立了双名 法，并系统地应用于动物分类，在前人的基础上提出按纲、目、科、 属等不同层次的分类阶元归纳种类的方法。 随着各门自然科学的发展，尤其是生物各分支学科的发展，使分 类学与其他学科相结合形成了比较系统的生物系统学。传统的分类学 常以形态学、解剖学作为分类的依据，这类方法在分类学的建立和发 展过程中曾起了重要作用。在二十世纪中叶，在各种新技术飞速发展 的背景条件下，由于各类新方法和手段的应用，分类学注入了新的生 机和活力，逐步形成了“昆虫综合分类学”。昆虫的综合分类是2 0 世 纪8 0 年代在第1 6 届国际昆虫学大会上提出的一门较年轻的分枝学 科，在国外一直是较活跃的研究领域。它是在常规分类的基础上，结 合诸如胚胎学、古生物学、数值统计、生物化学、细胞遗传学、生理 学乃至分子生物学等多学科方法去验证和评估经典常规分类的结果。 由此，动物分类学已经发展成为一门综合性学科。 1 2 系统分类学的方法 1 2 1 比较解剖学( 形态学) 方法 自林奈创立双名法以来，外形特征一直是人们认识和区分昆虫的 主要依据。这一分类方法通过观察和比较各类昆虫的外部和内部形态 结构特征及外生殖器官来区分物种。形态学方法简单易行，但亦有其 局限性，如遇到一些近缘种或种下分类时常发生困难。因此在研究昆 虫的系统发育和亲缘关系时，就需要借助其他分类方法来解决这些问 题。 1 2 2 胚胎学的方法 动物的个体发育在很大程度上是系统发育史的重演。胚胎各发育 阶段的特征既能反映各个较高级分类群的特征，也能反映分类群与其 他分类群之间的亲缘关系。胚胎学方面的研究为动物的系统发育和进 化提供了大量资料。例如：不同纲的脊椎动物鱼、龟、猪、兔和人的 早期胚胎都很相似。生物的遗传性把过去的一些进化的经历保留痕迹 在胚胎早期，因而才有胚胎初期的相似。这些证据为物种间的亲缘关 系和进化提供有力支持。 1 2 3 细胞学的方法 “细胞分类学”是“综合分类”的一个重要组成部分。根据细胞 分类的通常定义，即是“细胞分类是利用细胞结构，特别是染色体性 状以辅助区别生物有机体的分类分枝学科”( b o y e s ，1 9 6 5 ) 。这需要获 取并分析生物类群细胞水平的分类性状，为分类学上鉴定分类阶元、 确定阶元的合理分类地位、探求阶元间亲缘关系等提供有关依据和佐 证。其中昆虫物种的染色体核型是一个较重要的指标。目前，在许多 生物类群中，染色体数据已同形态特征一样成为标准分类的基础数据 ( w “e y ，1 9 8 1 ：彩万志，1 9 9 4 ) 。染色体是遗传物质的载体，其数目、 大小、形状、减数分裂过程中的行为及结构异染色质( c 一带) 分布等 特征都代表了一个物种或种群内所有个体的固有状态。这就为现代分 类学中采用染色体特征作为一项参考指标提供了科学依据。大量细胞 学研究工作的结果表明，不同生物类群在许多细胞学特征方面具有各 种不同程度的差异。而且，染色体重排等重大的细胞学变化是物种形 成的一条重要途径，也已为许多事实证明，因而，细胞学方面的资料 不论在分类与系统学研究上均具有十分重要的意义。随着细胞学与细 胞遗传学的迅速发展，细胞学特征在分类学上的应用，其比重将日益 加大，其意义和作用也将日益显著。 1 2 4 生物化学的方法 近年来用生理生化的方法进行分类学研究的情况目渐增多。例 如，国外学者对不同种类的库蚊及不同地区伊蚊宗系进行游离氨基酸 的层析，可以看出天门冬氨酸，半胱氨酸等在不同种库蚊中分布不同， 而不同地区的埃及伊蚊其血淋巴细胞中氨基酸的含量有显著差异。又 例如，利用血清反应，研究蜜蜂与其他膜翅目昆虫的亲缘关系，也可 从有关数据中反映出来。再例如，国内对1 3 种水生半翅目昆虫进行 纸色层分析，能显示种间的差异和科间的一定特征。 1 2 5 分子生物学方法 近年来，由于分子生物学和生化技术的不断发展和完善，这为系 统分类学提供了一个全新的方法。d n a 的多态性是生物多样性的本质 内容。为了深入掌握生物多样性的遗传学基础，最理想的办法就是直 接观察测定d n a 的变异。分子标记即是指以d n a 多态性为基础的遗传 标记。它具有以下优点：直接以d n a 的形式出现，没有上位性效应， 不受环境和其他因素的影响；多态性几乎遍及整个基因组：表现为中 性标记；不影响目标性状的表达，与不良性状无必然连锁；有许多分 子标记为共显性；部分分子标记可分析微量d n a 。现今主要是结合基 于传统的s o u t h e r n 杂交技术的分子标记如r f l p ；基于p c r 反应的 分子标记如r a p d ，d a f 等；p c r r f l p 技术结合的a f l p 技术。在蝗 虫遗传多样性研究中应用较多的是r f l p ，r a p d 和d n a 部分基因序列分 析来估算遗传分化水平的方法。 1 3 染色体分带技术在蝗虫分类学中的应用 染色体分带技术是一种用染料对染色体进行分化染色的方法。许 多特殊的染料将中期染色体识别为均质的结构。然而，某些染色方法 产生具有种属特异性横纹的差示染色带。总的来说，这些显带图形在 发育过程中以及在同种不同组织的细胞间是恒定的。因此，染色体带 是染色质片段的展示，这些染色质片段具有相对均质性，但其功能和 结构特点截然不同，每一个均跨越足够大的区域以便在光学上与临近 的片段相区分。据认为，染色体显带技术能增强染色体结构的特有图 型，染色体结构以结构域形式存在，其大小足可通过光学显微镜观察 到。 最常用的基于染料的染色体显带技术有：c 带技术、q 带技术、g 带技术、r 带技术等。最广泛应用的基于功能的染色体显带技术为复 制显带技术。 最合适。我国从8 0 年代中期将染色体分带技术应用于蝗虫分类学至 今，已陆续报道了二百多种蝗虫的核型“。目前，一些学者已经将 d n a 位点的研究引入了细胞分类学，尤其是结合d n a 序列的分析研究 异染色质的功能，提出了一些新的观点，将细胞分类学推向了一个新 的阶段陀7 r 2 。 核型通常可以用以下几个基本特征进行表述：染色体数目、染色 体的相对长度、着丝点位置、随体的有无、以及某些派生的特征，如 反映核型对称程度的特征。对减数分裂的研究能提供上述有关染色体 方面的信息。 虽然用于分类的核型特征还较少，但它们已被广泛地应用于某些 昆虫类群的系统分类，尤其是在双翅目和直翅目中。这是因为与传统 昆虫分类方法相比，染色体分类具有几个优点：首先表现在大部分的 核型特征的变异是不连续的，这对于杂交现象和多型现象研究尤其有 价值，因为通过染色体中间型数目和其它特征很容易识别出杂交和异 质个体。因此，染色体特征常被用作鉴别依据，帮助区别那些从形态 上难以识别的类群。其次，染色体数目和其它核型特征，在一定的分 类阶元上存在广泛的一致性，因此，可根据染色体核型的相似程度， 将不同类群归成一个更高的分类单元。这可能是“属一核型”概念的 来源。最后，核型特征如染色体大小、形状等事实上也是分类学特征， 而且，它们的分析方法也与外部形态学特征的分析方法相似，因此在 分类实际中容易被接受。当然，在分类中应用染色体特征也有一些困 难，这主要表现在：染色体也受平行进化和趋同进化的影响，为了克 服这些局限，本论文拟采用似近系数聚类的方法，分析染色体的各性 状指标，来客观地反映物种间在核型上的同源性或亲缘关系的远近。 1 4 本研究的内容及目的 蹦蝗属熨力印。出黝c h a n g ，1 9 4 0 隶属于昆虫纲i n s e c t s 、直翅 目0 r t h o p t e r a 、蝗总科a c r i d o i d e a 、斑腿蝗科c a t a n t o p i d a e ，是中 国特有的一类蝗虫( 仅在中国境内有分布) 。迄今为止，已记录了1 8 种，主要分布在秦岭以南的山地。湖南省内仅有少数种类分布。有关 蹦蝗属染色体核型方面的研究，国外没有报道，国内仅对属内个别种 二、材料和方法 2 1 材料来源 标本绝大多数为本室近年在湖南省内采集，研究所用材料为蹦蝗 属及其近缘属和远缘属的雄性个体的精巢。采集时间、地点、研究数 量及具体研究内容见表2 1 。 表2 1 本研究的蝗虫种类情况表 t a b l e 2 一ls p e c i e sc o l l e c t i o ni nt h i sr e s e a r c h 2 3 2 玻片标本制备 将保存于7 5 酒精中的精巢移至体视镜下一干净载玻片上，分离 2 3 条精小管，取其末端膨大2 3 处，置于滴有5 0 冰醋酸的洁净载 玻片上软化，将洁净盖玻片( 1 8 1 8 咖) 覆于材料上，其上覆盖滤纸， 压片使细胞分散，冰箱冰冻或液氮快速冰冻，用刀片揭除盖玻片，室 温下无尘处自然干燥，老化2 7 天后，进行分带处理。 2 3 3 c 分带处理程序 a 氢氧化钡处理：将老化了几天的玻片置于饱和氢氧化钡溶液( 5 6 ) 于6 0 左右恒温水浴锅内处理5 1 5 分钟，此步骤在c 带处理 的过程中至关重要，应通过试验摸索出恰当的显带时间。玻片标本经 氢氧化钡处理后应立即置于自来水下冲洗，钡不能冲洗干净时可短时 置于0 2 n 的盐酸液中，再用双蒸水冲洗。 b 2 x s s c 浴液温育：将上述玻片标本置于6 0 温育4 6 小时，( 可 过夜) ，然后用蒸馏水冲洗。 c 吉姆萨染液染色：上述玻片标本材料用吉姆萨染液( 吉姆萨原 液：磷酸缓冲液1 ：1 5 ) 染色1 5 6 小时。为防止颗粒附着，采用 扣染法。 d 封片镜检：上述玻片标本材料置于室温下无尘处自然干燥卜2 天，在光学显微镜下观察，选择适合的分裂相用加拿大树胶封片，制 成永久玻片标本供后续观察分析。 f 显微摄影投影放大：用n i k o n 全自动显微摄影仪进行显微摄 影，并拍摄同倍率的测微尺，以备测量染色体实际长度之需。暗室放 大相片，放大相片时也要随时放大测微尺。 g 染色体的剪贴、测量：选取清晰无重叠的精原细胞有丝分裂中 期或减数分裂后期i 、中期i i 、后期1 1 分裂相照片进行剪排。用游 标卡尺测量每一染色体的长度及其c 带的长度。 2 4 分析方法 2 4 1 染色体的分析指标： 2 4 1 1 常规核型分析项目： a 染色体数目统计：每一种选取1 5 2 0 个减数分裂前期i 终变期或中 期i 细胞分裂相进行染色体计数。在本文研究中，蹦蝗属种类为 2 n = 2 0 + x o ，即在减数分裂细胞中可见1 0 个常染色体双价体以及单一 的x 染色体。 b 着丝粒位置的确定和描述：在所研究的大部分种类中，着丝粒均位 于近端部，这是在光镜看到的情形。 c 染色体长度测量：实际长度测量值按照片放大后的染色体长度与放 大后测微尺的小格长度比值进行换算求得。而相对长度则为某染色体 实测长度与染色体组总实测长度的百分比值。 d 在精巢材料制各的c 带核型玻片标本中，选取减数分裂后期i 或中 期i i 或后期1 1 分裂相进行计数、测量、统计。除此之外，在每一种 c 带核型图版上均附有减数分裂各期的剪贴照片，以便对照比较。核 型的主要统计项目如下： c 带的位置：本文研究的所有种类其c 带位置大致可划分为下 列几类： 着丝粒c 带：指着丝粒本身及其相邻部分的c 带纹。 端部c 带：指染色体末端区域的c 带纹。 居间c 带：在着丝粒c 带及端部c 带之间范围内的c 带纹。 c 带的长度统计：先测出每一染色体组中各染色体上各类带纹 所在位置及其长度。并与该条染色体长度进行百分比值计算，可 得各类带纹的相对长度。即可算出整个染色体组的异染色质总含 量( t hc ) 。 每对同源染色体上相对应的c 带是否纯合：即在某一特定位置 相配对的两条染色体是否都具有带纹，带纹大小，染色程度是否 一致，如非上述，则按杂合计。 特定染色体c 带带纹的着色程度：在同样处理程序下，染色体 组中各染色体c 带纹上存在恒定的深浅不一的着色反应，这也是 c 带分析中不可忽视的一项内容，它表示结构异染色质在质上的 差异。本文中以三级表示法：强：染色深；中强：染色程度中等； 弱：染色淡。 染色体组中，各类c 带纹的总个数。( 包括着丝粒带、端带、居 间带) 根据以上c 带各项统计结果，列表表示，并据此绘制出每一种的 c 带带型示意图。 2 4 2 聚类分析： 在对染色体进行分析的基础上，本文还采用核型似近系数( 谭远 德，1 9 9 3 ) ，对核型指标进行定量的聚类分析( 最小距离法) 。 核型似近系数：入= b y y = ，( x 。一x i ) ：l ：( x k x ，) ( x 。k x ，) 2 木( x j k x j ) 2 7 象：岸氖 u = ；l = l 譬璺薄如l d 1 = i ，i = o y 为相关系数或相似系数，b 为接近系数或距近系数，d 为和距， d 为合距，d i 内足巨，d e 夕 足巨。 采用的核型指标分别是七种蝗虫的染色体相对长度，用r l 代表； 结构异染色质含量，即每条染色体的c 带带纹总长与该染色体长度的 比值，用b r l 表示，纵向排列次序就是常染色体从大到小的次序，x 染色体排在最后，用“木”表示；v a r 代表染色体相对长度和结构异 染色质含量的方差；e x t 为染色体的极差( 极差= 最长染色体最短染 色体) ；a v 为所有染色体相对长度之和与c 带含量的平均数；b n 为 c 带条数。这种核型公式可以从整体上和单个染色体上精确地刻画出 种以上的核型差异。此外，还能精确地反映个别染色体畸变所引起的 核型变异。这些差异和变异又可通过核型似近系数入使之在数量上精 确而客观地得到表征。可以预期，物种间在分类阶梯上越远，它们的 核型差异越大，通过所求得的入就越小，反之越大。这就是核型似 近系数作为分类的可靠依据。 三、结果与分析 3 1 蹦蝗属部分种类及对照属的核型 3 1 1 山蹦蝗册l d 卵缸眦疡厅i 戚4 似 次级精母细胞大多数可见1 0 个单价体( 每个单价体又分为2 条 染色单体) 和x 染色体，因此山蹦蝗染色体的基数为2 n = 2 0 + x 0 ，所 有染色体都为棒状，具近端着丝粒。根据相对长度可将染色体组分为 四组：大型染色体3 对( 其相对长度在1 5 2 3 到1 1 5 4 之间) ；中型 染色体3 对( 其相对长度在9 9 9 到7 9 1 之间) ，小型染色体4 对( 其 相对长度在7 1 4 到5 4 7 之间) ，x 染色体为中等大小。 从染色体c 带带型来看，本种染色体无例外地都发生了深浅不一 的着丝粒c 带，另外，综合其不同地区的种群c 带带型比较，在l l ， l 2 ，m 4 ，m 5 ，m 6 ，s 7 ，s 8 ，x 染色体上均有明显的端部c 带，第1 0 号染色体无端部c 带出现。本种不同种群间带型的细微区别在下章重 点探讨。染色体组中结构异染色质总含量为2 1 7 1 ，其余各条染色 体异染色质含量及见表3 一l 及附录( 图1 5 1 6 ) 。 表3 1 山蹦蝗染色体c 带核型统计数据 t a b l e3 一lt h es t a t i s t c a ld a t ao fc h r 叩o s o m a lc - b 8 n d si n 鼬】印d 以5 船口却曲丑朋 3 1 2 武陵山蹦蝗砌d 卵幽m 4 删f ；嘲s 砌埘p e n g 西f u 本种研究的三个种群分别采自湖南省境内的武陵山，黑麇峰和衡 山。次级精母细胞大多数可见1 0 个单价体( 每个单价体又分为2 条 染色单体) 和x 染色体，这和山蹦蝗的染色体数目相同，因此武陵山 蹦蝗染色体的基数为2 n = 2 0 + x 0 ，所有染色体都为近端着丝粒，形状 呈棒状。根据相对长度可将染色体组分为四组：大型染色体4 对( 其 相对长度在1 4 1 6 到l o 5 8 之间) ：中型染色体3 对( 其相对长度在 9 6 9 到7 明之间) ，小型染色体3 对( 其相对长度在7 0 5 到5 5 0 之间) ，x 染色体的相对长度为8 8 2 ，中等大小。 综合三个种群共同的带型特点，本种染色体都发生了深浅不一的 着丝粒c 带，另外，在l l ，l 2 ，l 3 ，m 4 ，m 5 ，m 6 ，s 7 ，s 8 ，s 9 ，x 染 色体上都有明显的端部c 带，本种在不同种群间的l 1 ，l 2 ，l 4 ，m 5 ， m 7 和s 1 0 的端带带型上有差异，本种出现居间带的频率较高，重点 在下章探讨。异染色质总含量为1 9 5 7 ，其余各条染色体异染色质 含量见表3 2 及附录( 图1 7 1 9 ) 。 表3 2 武陵山蹦蝗染色体c 带核型统计数据 t a b l e3 2t h es t a t i s t c 8 1d a t ao fc h r o m o s o m 8 1c b a n d s 弧s i p o o i aw i i n g 曲a n at 姝se tt u 3 1 3 针尾蹦蝗蛳印。缸嬲枷。甜删z h e n g 盯l i a n g 由于在所观察的减数分裂后期i i 出现两种染色体，数目分别为 1 0 条和1 1 条，表明该种蹦蝗的染色体基数为2 n = 2 0 + x o ，为x o 型性 别决定机制。所有染色体都具近端着丝粒，形状大致成棒形。根据相 对长度可将染色体组分为四组：大型染色体3 对( 其相对长度在1 4 。5 1 到1 0 5 1 之间) ；中型染色体3 对( 其相对长度在9 8 5 到7 9 9 之间) ； 小型染色体4 对( 其相对长度在7 5 1 到5 6 3 之间) ；x 染色体中等 大小，相对长度为8 6 2 。 本种染色体无例外地都发生了深浅不一的着丝粒c 带，另外，在 l l ，l 3 ，凇，m 5 ，m 6 ，s 7 ，s 8 ，s 9 ，x 染色体上都有明显的端部c 带， 本种的l 1 上的居间c 带在不同种群间的出现深浅程度和杂合情况都 有区别，重点在下章探讨。异染色质总含量为1 9 6 2 ，其余各条染 色体异染色质含量见表3 3 及附录( 图2 0 2 2 ) 。 表3 3 针尾蹦蝗染色体c 带核型统计数据 t a b l e3 3t h e8 t a t i s t c a ld a t 8o fc h r o 皿o s o m 8 lc b a n d s t ns i n o p o d is m 8s p i n o c e r c a 钛m n ge tl 1 g 3 1 4 方板卵翅蝗i ) 伽如 “b 缸b i p x i a 近缘属的代表方板卵翅蝗采用马恩波的文献数据”进行参考对 照分析。 3 1 6 突颜蝗匹。溉t 船 本文研究了该属内的两种，即天祝突颜蝗e 醯挖龇f 础( c h a n g ) 和景泰突颜蝗嗥加4 如廊x i 钟z h e n g 。由于在所观察到的精原中期出 现1 8 个常染色体和1 个x 染色体( 图1 3 1 4 ) ，且初级精母细胞减数 分裂中期( 中期1 ) 出现9 个双价体和1 个x 染色体( 图3 ：t 2 和 j 2 ) ，因此这两种突颜蝗的染色体基数都为2 n ( g ) = 1 8 + x o 。所有染色 体都具近端着丝粒，形状大致呈棒形。精原中期的染色体据相对长度 可分为3 组：大型染色体4 对( 1 4 号染色体，其相对长度在1 6 2 5 o 6 9 1 2 2 3 o 6 9 之间) ；中型染色体4 对( 5 8 号染色体，其相对 长度值在9 8 6 1 1 1 5 9 3 1 7 7 之间) ；小染色体1 对( 9 号染色体， 其相对长度值在3 3 3 0 5 6 3 6 0 0 7 4 之间) ；x 染色体中等偏大或 偏小。2 种突颜蝗精原细胞有丝分裂中期除6 号和x 染色体的差值略 偏大以外，其余各对应染色体的相对长度值都较为接近。天祝突颜蝗 的异染色质总含量为1 8 6 ，景泰突颜蝗的异染色质总含量为1 9 9 ， 详见表3 5 和表3 6 及附录( 图1 3 1 4 ) 。 表3 5 天祝突颜蝗染色体c 带核型统计数据 t a b l e3 5t h es t a t i s t c a ld a t ao fc h r o s o m a lc 岫a n d si n 匠# h ( c h a n 曲 表3 6 景泰突颜蝗染色体c 带核型统计数据 垒! ! ! ! ：! 坠! ! ! ! ! ! ! 三! ! ! ! 堂! ! ! ：! ：! ! ! ! ! ! ! ! ! ：! ! 盥! ! ! 坐竺堡兰坐型壁兰! ! ! g 序号分组相对长度c 带块的位置异染色质含量 着c端c居间c 注：卵翅蝗作为蹦蝗属的近缘属，爪哇斜窝蝗和突颜蝗作为蹦蝗属的 远缘类群，以兹比较。其核型数据的3 5 项指标都将作为似近系数的 聚类分析。 3 1 7 分析 表3 7 为进行核型似近系数分析选取的3 5 个性状： 表3 7 七种蝗虫的核型数据 t a b l e3 7t h ek a r y t y p ed a t ao f7s p e c i e so fg r a s s h o p p e r s 山蹦蝗武陵山蹦蝗针尾蹦蝗卵翅蝗爪哇斜窝蝗天祝突颜蝗景泰突颜蝗 q1 l1 11 21 21 01 0 l1 5 2 31 4 1 61 4 ，5 i1 4 6 41 2 9 41 5 9 51 6 2 5 21 2 5 61 2 ，2 31 2 1 21 3 81 2 3 31 4 7 41 4 9 9 31 1 5 41 1 4 l1 0 5 71 2 81 1 3 8 1 3 91 3 8 5 49 9 9l o 5 89 8 5l o 8 69 5 l 1 2 2 31 2 8 1 59 2 99 6 99 3 69 3 88 9 9 8 69 8 6 相 67 9 l8 1 27 9 97 5 47 ，8 77 4 48 8 8 对 77 1 47 5 87 5 16 7 2 6 76 5 26 9 8 长 度 86 6 77 0 57 1 65 3 46 2 7 5 5 95 9 3 95 9 96 3 l6 6 64 7 85 0 7 3 3 33 6 声 卜 1 05 4 75 5 05 6 3 4 3 24 6 9o0 o o03 63 5 00 l l0 booo02 1 00 x8 - 3 38 8 28 6 2 i 2 2 48 7 49 9 28 5 5 轴9 7 68 6 68 8 7 1 1 0 49 4 41 2 6 21 2 6 5 e x t9 1 0 9 2 29 0 98 8 48 3 39 9 51 0 1 7 v a r 4 0 43 8 93 8 2 4 2 03 2 25 ，2 85 3 l l1 72 32 6 3 21 7 9 22 5 1 6 2 6 71 3 92 0 7 21 92 2 8 25 7 8 2 4 6 72 81 42 2 8 31 1 6 92 51 6 。5 4 2 3 。7 41 6 1 21 7 31 7 42 5 7 11 9 5 l1 9 6 72 0 3 4 1 9 ，2 71 4 92 3 2 51 2 7 1 0 2 92 2 6 31 8 6 31 8 1 8 l o 89 9 63 4 13 5 1 52 5 3 1 2 4 | 3 91 8 4 9 1 0 26 1 3 74 0 4 61 8 5 72 8 9 2 2 1 9 22 4 1 5 1 1 22 1 8 81 3 4 32 5 4 92 7 3 l 3 4 4 82 0 6 53 1 47 1 92 3 5 6 4 1 51 1 9 63 2 6 92 1 2 8 9 06 5 4 1 01 6 2 41 1 3 61 3 9 5 3 40 42 0 6 8 o0 异 1 lo00 3 7 52 7 7 oo 染x0 oo01 0 0 00 色 1 8 91 3 5 质 b3 0 3 53 4 3 82 4 8 8 1 5 7 92 2 2 2 含 b n3 64 53 8 2 72 8 3 02 3 量 a v 1 8 0 32 0 8 0 1 6 5 32 4 1 02 7 9 6 1 7 8 91 5 9 8 、，a r 1 2 、0 3 1 2 7 99 8 l9 8 3 2 i 9 72 3 3 41 7 2 7 一 e x t2 8 7 73 0 1 4 2 3 4 l2 1 7 l1 1 ，8 8 2 1 25 9 1 摹 一 t h c2 1 7 13 0 11 9 6 2 2 4 6 22 3 6 2 1 8 61 9 9 1 8 注：a v 为所有染色体相对长度之和与c 带含量的平均数，e x t 为 染色体的极差( 极差= 最长染色体一最短染色体) ，v a r 为染色体相对 长度的方差，b n 为c 带条数。表2 9 为应用似近系数和距离系数计 算的似近系数： 表3 87 种蝗虫的核型似近系数 nc )e g i b07 2 7 u i c0 8 3 2 i07 0 8 7l do 4c 1 7 jo 6 0 7 8o 4 8 5 91 l eo 0 7 4 io1 0 3 joo j 3 lo1 5 1 9l i f 02 9 4 4o 4 3 8 lo 3 3 9 40 4 0 7 70 0 4 2 6l f g o 3 8 2 40 4 2 7 9o 3 6 5 2o 3 5 5 80 0l 5 607 8 3 5l 3 1 8 聚类图： 分别将表3 7 和3 8 中的数据在d p s 软件系统进行处理，结果如 下： 由聚类图可以看出山蹦蝗与针尾蹦蝗首先聚为一类，再与武陵山 蹦蝗聚类；然后再与近缘属方板卵翅蝗聚为一类；景泰突颜蝗和天祝 突颜蝗也较早的聚为一类，这和形态分类是一致的；但是突颜蝗较爪 哇斜窝蝗先与斑腿蝗科的种类聚在一起，这与形态学分类的方法不太 相一致。 3 2 三种蹦蝗种内分化的结果 本文对3 种蹦蝗8 个种群的核型比较，发现其种群间出现明显多 态性，见表3 9 及附录( 图1 5 2 2 ) 。 表3 9 本研究的蝗虫c 带o 1 分布图 t a b l e3 9d i s t r i b u t i o no fc _ b a n d i n go fg r a s s h o p p e r si nt h i ss t u d y 注：c 带分布数据按染色体大小从左至右依次排列，x 染色体在 最后；每条染色体按端部c 带、着丝粒c 带、居问c 带从左至右依次 排列；有带为1 ，无带为o 。如：第行左起“0 1 0 1 l o ”表示山 蹦蝗八面山种群1 染色体上只有着丝粒c 带，无端部c 带和居间c 带，2 染色体上有端部c 带和着丝粒c 带，无居间c 带。 从上述实验结果来看8 个种群的带型有一些共同之处，也有一些 差异，这些差异反映了物种间的差别以及种群核型的多态性。8 个种 群的共同点如下：染色体的相对长度接近，几无差别，x 染色体 均为中等大小，l 3 上都有着丝粒c 带和端部c 带，m 4 上都有着丝 粒c 带和端部c 带，无居间带，m 5 、m 6 都有着丝粒带，而无其他带， x 染色体着丝粒带有多态现象，但都具端部c 带。以上几点可与近缘 属的方板卵翅蝗区分开来，根据马恩波公开发表的数据，方板卵翅蝗 在m 4 和x 染色体上无端带。下面对各种群最大距离的不同点进行详 细叙述( 下称山蹦蝗为a 种，山蹦蝗的八面山种群为a ，种群，江永源 口种群为a 。种群；依次，武陵山蹦蝗为b 种，武陵源种群，长沙黑麇 峰种群和衡山种群分别为b 。，& ，b 。种群；针尾蹦蝗为c 种，c l ， c ：，c ：，分别为阳明山种群，江永源口种群和舜皇l “种群) ： ( 1 ) l 1 ：三种蹦蝗在这条染色体的居间带显现了差异，a 种无居间带， b 种的b 3 种群出现了居间带，c 种的三个种群在居间带出现多态现象， c ，的居间带出现杂合现象，频率为3 0 ，c 。为纯合居间带，而c ，则无 居间带。( 见附录：图1 0 一1 2 和图1 5 2 2 ) ( 2 ) l 2 ：在b 种中不见有多态现象，其他两种变化频率也很小。( 见附 录：图1 0 1 2 和图1 5 2 2 ) ( 3 ) l 3 ：在c 种中不见有多态现象，b 种都在l 3 上出现了居间带，而a 、 c 种均无居问带，三个种8 个种群在这条染色体上变化很小。( 见附 录：图1 0 一1 2 和图1 5 2 2 ) ( 4 ) m 4 ：各种群的带型无差别，其上的端带可与卵翅蝗的m 4 无端带区 分开来。( 见附录：图1 0 1 2 和图1 5 2 2 ) ( 5 ) m 5 ：a 、b 、c 三种蝗虫在m 5 上均有深浅不一的着丝粒带，在端带 上的变化很小，c 种的c 。种群有居间带无端带，与其他两种群不同， 可能是臂内倒位引起的端部c 带易位到臂中。( 见附录：图1 0 一1 2 和 图1 5 2 2 ) ( 6 ) m 6 ：c 种在m 6 上均有深浅不一的着丝粒c 带，c 种m 6 的端带无分 化，a 种的居间带出现了种群多态现象。( 见附录：图1 0 一1 2 和图1 5 2 2 ) ( 7 ) s 7 ：在8 个种群中均不一样，变化最大的是b 种，三个种群中b 。 有三条带，& 无带，& 仅有一点着丝粒c 带。( 见附录：图1 0 1 2 和 图1 5 2 2 ) ( 8 ) s 8 ：种群分化很大，a 、c 两种无居间带，b 种只有b l 有居间带。( 见 附录：图l o 1 2 和图1 5 2 2 ) ( 9 ) s 9 ：a 种在m 9 上均有居问带，b 、c 两种均无居间带；a 、c 两种均 有着丝粒c 带，b 种的着丝粒c 带出现了种群间的不同，而端带无变 化； a 、c 两种的端带出现了种内多态现象。( 见附录：图1 0 一1 2 和 图1 5 2 2 ) ( 1 0 ) s 1 0 ：a 种种群间无分化，b 种种群间分化很小，c 种种群间分化较 大，三种在s 1 0 的区分可见种间的区分。( 见附录：图1 0 一1 2 和图1 5 2 2 ) q 1 ) x ：所有种群均有端部c 带，这一点可与卵翅蝗区分，a 、c 两种均 有着丝粒c 带，无居间带，种内较为一致，b 种的三种群均有着丝粒 c 带，与其他两种有较大差异。( 见附录：图1 0 一1 2 和图1 5 2 2 ) 综上所述，武陵山蹦蝗的种内分化较为活跃，是三种中分化较大的种 类。山蹦蝗、针尾蹦蝗和武陵山蹦蝗8 个种群有8 条带有共性，此外， 山蹦蝗、针尾蹦蝗在另7 条带上有共同之处，针尾蹦蝗和武陵山蹦蝗 在3 条带上有相同，山蹦蝗和武陵山蹦蝗在1 条带上是相近的。结合 上一章节的相似系数的比较，三个种之间的亲源关系统一为山蹦蝗、 针尾蹦蝗先聚为一类，再与武陵山蹦蝗聚类，比较得出较为一致的结 果。 四讨论与小结 4 1 三种蝗虫细胞分类研究 根据目前已知的资料来看，核型的特点以及其他方面的细胞学特 征，在不同类群中反映分类单元之间差别的作用各不相同。有些在属 以上阶元之间才显现差异，有些则在种间出现差别，有些则可鲜明地 呈现出亚种或地理种群之间的区别，即某一具体的核型可与科，属， 种，亚种等不同分类阶元等级的特征相关，并随具体类群而异。因此 在不同类群中，细胞学特征在解决分类问题上的作用程度各不相同。 本文研究的蹦蝗属的三种蹦蝗分别为：山蹦蝗贷邶印出渊 d 角d 曲鲫a ，武陵山蹦蝗s f 门0 p d 以册a 删j 增幽舢a 和针尾蹦蝗 豇门印d 出5 = 船印j 门d c 肿a 。根据传统分类学上的分类，这三种蹦 蝗的外部形态近似，如雌雄个体的大小相近，前后翅均退化短缩等， 野外用扩大镜观察其尾须有一定差别，山蹦蝗雄性尾须基部较宽厚， 顶部极向内弯曲，分为上下两枝，上枝较长，顶较钝，下枝短，顶略 尖，在上下枝间有一靠近上枝的小突起；武陵山蹦蝗雄性尾须基部较 宽，长柱型，中部不狭细，顶部略扁不分枝，顶尖圆形，向内弯曲； 针尾蹦蝗雄性的尾须也不分上下枝，突出特点是顶端下角呈尖刺状。 室内解剖其外生殖器也有较为明显的区别( 见附录：图1 - 2 ) 。作者采 用c 带技术对三种蹦蝗减数分裂中、后期染色体进行了比较研究，结 果表明：三种蹦蝗在染色体相对长度及结构异染色质含量上差别不 大，说明同属中的种类在系统进化中的亲缘关系很近，c 带位置在种 问有共同之处，也有差别，三种蹦蝗绝大多数染色体都有深浅不一的 着丝粒c 带，端带出现的频率很高，一出现即多为强带，1 ，6 ，9 ， 1 0 ，x 染色体有较相似的c 带分布；山蹦蝗3 染色体无端带和居间带， 武陵山蹦蝗3 染色体有端带和居间带，针尾蹦蝗3 染色体有端带 而无居间带；第五染色体上c 一带的位置及异染色质含量在三种蹦蝗 问也有差别；9 染色体的异染色质含量在不同种间的差别可视为三 种蹦蝗种间的区别( 见表3 一l ，3 2 ，3 3 ) 。在核型描述比较的基础 上，对其核型数据处理后，根据谭远德的似近系数理论，近缘种类采 用马恩波发表的方板卵翅蝗的数据，并加入网翅蝗科和癞蝗科的种类 进行核型似近系数的聚类分析，针尾蹦蝗和武陵山蹦蝗首先聚为一 类，山蹦蝗和其他两种蹦蝗再聚为一类，然后，方板卵翅蝗与蹦蝗属 聚为一类，较其他蝗虫先与蹦蝗属聚为一类，这与形态学上的分类是 一致的；天祝突颜蝗和景泰突颜蝗在o 。7 8 3 5 处聚为一类，体现出两 种突颜蝗之间的亲缘关系较近，然而，属于癞蝗科的突颜蝗较网翅蝗 科的斜窝蝗早与斑腿蝗科的两属聚为一类，这与形态分类上，科间的 亲缘关系不太一致，形态学上，网翅蝗科和斑腿蝗科的昆虫较近，这 使我们对c 带数据是否能应用于更高的分类阶元产生了质疑，当然从 极少的统计数据中是不能看出整个蝗总科分类的情况的。所以，作者 认为c 带数据较适用于“属种一核型”的分类情况。 其次，本文在研究中发现c 带的位置和含量与染色体的长度无 关。在各条染色体中，端部c 带的长度，着丝粒c 带的长度都几乎没 有很大的差别，不论是大型染色体还是中型染色体或小型染色体都可 能会有着丝粒c 带或端部c 带出现。 昆虫中，部分种类在常染色体数目和性染色体数目上均有明显差 异，但也有差别不明显的种类。这种情况往往与不同类群在细胞学方 面的特点和可用的技术及知识水平有关。分带技术有利于揭示出更加 细致的细胞学特征上的区别。 许多情况下，核型变化可较其他变化落后或超前，二者之间不具 明显的相关。因此根据其他特征看来亲缘较近的种类却具有差异明显 的核型。所以核型有时可成为区别姐妹种或种下阶元的优良标志，一 些“隐蔽的”姐妹种，有时首先是细胞学工作者根据核型的异常而提 出，然后再经过其他方面工作的证实而确认为独立的种的。但有时则 相反，形态上差距明显的种类，核型却十分一致，因此在运用细胞学 特征时，和其他特征相同，应根据情况具体对待。同时还须与其他方 面的特征配合使用，全面综合考虑，只根据这一方面特征作出结论时， 需要慎重。 4 2 种群细胞分类学的探讨 染色体多态现象在蝗虫中的研究并不罕见，遗传学家认为这是种 群分化向种或亚种进化过程中，染色体核型随之发生变化的现象。很 多学者一直在思考如何将物种间的核型差异与种内多态性区分开 来? 作者认为在有种群间基因交流的情况下，杂交可能会引起杂合多 态：而地理隔离的种群，其间不能进行基因交流，多态现象可能是由 于易位和丢失染色体片段产生的，b 染色体的产生可能就是被丢失的 大块结构异染色质；另一种理论认为气候变化带来核型上的差异，这 种影响是如何改变核型的呢? 我们认为，c 带是染色体相对保守的部 位，是基因不活跃的部位，由于蹦蝗属种类生境范围不大，与环境高 度适应，从而关闭了某些基因打开另外一些基因，使得c 带的位置在 染色体上发生了变化。作者认为种群间多态现象产生的原因可能还有 很多，由于本文未曾对采自各地大量种群进行系统分析，所以很难从 几个种群染色体核型得到的统计结果发现这一标准，但多态现象的存 在，毕竟是客观事实，对于三种蹦蝗8 个种群间有高度的多态现象， 我们觉得核型数据在物种间有较好的区分度，对于种群而言，多态现 象则是我们需要进一步研究解释的问题。 本研究是立足在已知种的基础上，采用的将各种群的c 带核型特 征的最大共同点逐步剖析归类，种间的差异才逐渐明朗；如果从种群 问c 带多态性角度分析，展现在我们眼前的就是一幅复杂多样的核型 图。在地域种群这个分类阶元上，c 带的多态现象体现了种群间的差 别和种间的差别。但目前，较为困难的工作就是在种间和种群间这些 染色体核型差别的程度问题。因此，现代昆虫分类学的研究手段，应 以外部和内部形态结构为基础，包括细胞学，分子生物学等分类手段 辅助形态学的方法，在一些较难从外型上进行区别的种类的归类问题 上结合应用。然而本研究中种群取样点较少，仅限于湖南省境内，标 本数量少，照片不够清晰给数据的统计造成一定的影响是导致这些疑 问的最直接的原因，这些不足之处将在今后的工作中逐步完善。 1 6 1 8 郭亚平，郑莉，马恩波蝗虫染色体c 带带型示意图的计算机绘制遗传 h e r e d i t a s ( b e i j i n g ) ，1 9 9 7 ，1 9 ( 6 ) ：3 0 3 3 郝树广，秦启联，王正军，康乐，李鸿昌，陈永林，李典谟国际蝗虫灾 害的防治策略和技术：现状与展望昆虫学报，2 0 0 2 ，4 5 ( 4 ) ：5 3 1 5 3 7 黄大卫新世纪的中国昆虫系统学昆虫学报，2 0 0 3 ，4 6 ( 1 ) ：9 0 一9 5 黄浩杰，张锡然，陈宜峰应用g 显带染色体荧光原位杂交( f i s h ) 技术 研究复杂的染色体易位遗传学报，1 9 9 6 ，2 3 ( 5 ) ：3 3 8 3 4 2 霍满鹏，郑哲民鸣蝗属和金色蝗属4 个种染色体c 带核型比较研究昆 虫学研究，1 9 9 4 梁球，林凤鸣云南省蹦蝗属一新种( 直翅目；蝗总科) 昆虫学研究， 1 9 9 4 雷富民，屈延华，冯祚建，冉成中试用聚类方法探讨中国雪雀的分类地 位动物分类学报，2 5 ( 4 ) ：4 6 7 4 7 3 马恩波，郭亚平，郑哲民斑腿蝗科l o 属n o r 定位及其细胞分类学意义 动物学研究，1 9 9 3 ，1 4 ( 3 ) ：2 7 1 2 7 6 马恩波，郭亚平伪稻蝗及其近缘属的细胞学分类昆虫学报， 1 9 9 5 ，3 8 ( 1 ) ：5 4 6 0 马恩波，姚爱玉蝗虫染色体带技术的研究遗传h e r e d i t a s ( b e i j i n g ) ， 1 9 9 9 2 l ( 3 ) ：2 8 3 0 马恩波，任竹梅，郭亚平中国小稻蝗内多态性研究山西大学学报( 自 然科学版) ，2 0 0 2 ，2 5 ( 2 ) ：1 6 3 一1 6 7 马恩波，郭亚平，任竹梅，陈建忠山稻蝗不同地域种群染色体c 带核型 研究动物分类学报，2 0 0 3 ，2 7 ( 2 ) ：2 5 2 2 5 9 2 7 明 刚 叫 l = l 幻 铂 钔 础 州 们 剐 l = 叫 圈 眩 晗 瞳 眩 眩 晗 心 晗 2 9 牛瑶，郑哲民竹蝗属部分种类的染色体分类研究( 直翅目：蝗总科昆 虫学研究，1 9 9 4 3 0 欧晓红，郑哲民中国蝗总科昆虫细胞分类学研究概况昆虫学研究， 3 1 任竹梅，马恩波，郭亚平不同地域小稻蝗m t d n a 部分序列及其相互关系 昆虫学报，2 0 0 3 ，4 6 ( 1 ) ：5 l 一5 7 3 2 邵红光关于节肢动物系统分类与进化的分子佐证动物分类学报 2 0 0 0 ，2 5 ( 1 ) ：l 一8 3 3 孙冠英，陈学新，程家安l u c i d ：多途径的分类检索和诊断专家系统动 物分类学报，2 7 ( 4 ) ：8 7 l 一8 7 5 3 4 谭远德，吴昌谋核型似近系数的聚类分析方法遗传学报，1 9 9 3 ，2 0 3 5 魏凯，印象初湖南省蝗虫的初步调查昆虫学报，1 9 9 4 ，2 9 ( 3 ) 3 6 吴昌谋核型似近系数和进化距离的估计动物分类学 报，1 9 9 6 ，2 l ( 3 )