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长足大竹象（Cyrtotrachelus buqueti Guer）属鞘翅目象甲科，是目前竹林的最主要有害虫类之一，对丛生的竹林的危害率达到50%~90%[1]，2003年，长足大竹象已被列为我国林业危险性有害生物的一种。该虫主要分布在我国四川、广东、广西、贵州等地，国外主要分布泰国、缅甸、越南等东南亚国家[2-3]。在长足大竹象的探究方面，李涛、聂学文等研究了长足大竹象生物学特性及防治试验[2-3]，鞠瑞亭、玉鹏等分别研究报道了该虫的在四川地区、上海地区及广西地区的发生、危害及防治[4-5]，杨桦等一些学者研究了长足大竹象的繁殖行为和交配行为[6]，忙定泽等人提取和鉴定了长足大竹象成虫体表的信息化学物质[7]，蒲远凤等分析和评价了该虫的营养成分[8]，杨瑶君等研究了长足大竹象的前胸背板、鞘翅、触角的超微结构及对竹笋挥发物的触角电位反应，研究了该虫的生殖系统、呼吸系统的形态及超微结构，虫口密度与虫孔数、竹笋受害率的关系以及幼虫种群动态对气候的预测模型等[9-14]。尚未有长足大竹象染色体核型分析的研究报道，而染色体核型分析是遗传学、分子生物学、分类学等研究的基础。本研究以长足大竹象精巢为研究材料，研究了长足大竹象染色体的数目、形态等，并分析其核型特征，为期为长足大竹象的进一步研究提供基础资料。
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供试材料为长足大竹象成虫，采集自四川省乐山市沐川县大楠镇（经度104.00，纬度28.96），在实验室条件下进行人工饲养。室内饲养温度25℃、相对湿度75%、光周期12L∶12D，以新鲜竹笋进行饲养至性成熟期，每2d更换1次竹笋，待解剖用[10]。
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选取10只性成熟期的长足大竹象雄虫制作标本，参照汪淑芳的方法[11]，挑取解剖出来的精巢，在盛有生理盐水的培养皿中除去其他组织，将取得的精巢置于EP管中，在卡诺固定液（无水乙醇∶冰醋酸=3∶1）中固定过夜（8~12 h），挑出置于0.1 mol·L−1的醋酸洋红染液中染色10~15 min，取出置于清洁的载破片上，加一滴制成压片，用解剖针捣碎，盖上盖玻片，用镊子透轻敲盖玻片使材料分散如云雾状，然后用滤纸吸去多余的醋酸洋红，再进行压片，使组织进一步分散开。
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将制备好的染色体玻片在Olympus BX51显微镜下观察，在40倍物镜下选择染色体分散良好，形态清晰的分裂相终变期或中期进行染色体数目统计，然后转至100倍油镜下进行显微照相。
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每个个体选取10个以上形态清晰、分散适度、染色体数目完整的分裂相细胞进行显微拍照并计数[15]，选择拍摄的比较好的照片放大后测量染色体的臂长（Arm ratio），分析其相对长度（Relative length）实际长度（Physical length）、以及着丝粒指数（Centromeric index），染色体分类按照Levan、Kuo提出的标准进行划分[16-17]，核型对称性分类按Stebbins的标准进行划分[18]，数据处理、作图采用Excel 2003，染色体核型分析采用Adobe photoshop 7.0。性别决定机制是根据Dias等通过性染色体的形态特征分析得出的方法[19]。根据染色体的长短进行编号。
$$ \begin{split} {\text{相对长度}} =& {\text{某条染色体的长度}}/\\ & {\text{一个染色体组的长度}} \times 100 {\text \%} \end{split} $$ (1) $${\text{臂比}} = {\text{某条长臂长度}}/{\text{某条短臂长度}}$$ (2) $${\text{着丝粒指数}} = {\text{某条短臂长度}}/{\text{某条染色体长度}} \times 100$$ (3) -
通过显微镜观察，共选择出中期分裂相较好的细胞112个，染色体计数统计结果见表1。结果表明，染色体数目低于等于18条的细胞占总数的7.4%；染色体数目介于18至22条的细胞有21个，占总数的10.7%；而染色体数目等于22条的细胞73个，占总数的65.2%；而高于22条的细胞有18个，所占比例为16.1%。由此可知，长足大竹象的染色体众数为22，核型为2n=22，染色体臂数NF=22。
表 1 长足大竹象中期分裂相染色体计数统计
Table 1. Metaphase chromosome count statictics of Cyrtotrachelus buqueti Guer
染色体数 分裂相数目 占比/% ≤18 9 8.0 18<，≥21 12 10.7 22 73 65.2 >22 18 16.1 总计 112 100.0 -
采用Adobe photoshop 7.0软件对长足大竹象处理并编号（见图1B）。长足大竹象核型分析数据见表2。可以看出，长足大竹象的染色体数目为2n=22，性别决定机制为Xyp型，都有着丝粒结构，此外，在试验中未观察到次级缢痕及随体的特征。其中16条为中部着丝粒染色体（m），4条为亚中部着丝粒染色体（sm），核型公式为：2n=22=16 m+4 sm+Xyp，X染色体为中部着丝粒染色体，属于中长染色体，在整个染色体组中排第4位，其相对长度为10.22±0.62 μm，Y染色体呈圆点状，相对长度为3.93±0.08 μm，在整个染色体中最小（图1箭头所示）。1号染色体相对长度最长，为17.92±0.27 μm，是一对中部着丝粒染色体。染色体中最长与最短染色体比大于4∶1，臂比大于2∶1的染色体百分比为0.1，故长足大竹象的染色体核型为2C型。
图 1 长足大竹象中期分裂相染色体（A）及染色体核型（B）图谱
Figure 1. Chromosome (A) and karyotype (B) of metaphase of Cyrtotrachelus buqueti Guer
表 2 长足大竹象核型指数
Table 2. Karyotype index of Cyrtotrachelus buqueti Guer
染色体编号
Chromosome NO.实际长度
Physical length/μm相对长度
Relative length/μm着丝点指数
Arm ratio臂比值
Centromeric index/%类型
Type1 5.05±0.70 17.92±0.27 0.4 1.52±0.04 m 2 4.28±0.30 15.18±0.20 0.46 1.20±0.09 m 3 3.74±0.36 13.28±0.14 0.41 1.51±0.31 m 4 2.43±0.14 8.62±0.01 0.31 2.27±0.10 sm 5 2.26±0.41 8.04±0.17 0.37 1.70±0.12 m 6 2.07±0.03 7.36±0.05 0.475 1.23±0.23 m 7 1.99±0.51 7.07±0.20 0.343 1.99±0.04 sm 8 1.90±0.60 6.73±0.27 0.42 1.39±0.03 m 9 1.51±0.42 5.35±0.18 0.43 1.35±0.02 m 10 1.43±0.18 5.06±0.13 0.4 1.52±0.05 m X 2.88±1.07 10.22±0.62 0.39 1.58±0.23 m Y 1.11±0.10 3.93±0.08 − − − -
长足大竹象细胞在减数第一次分裂的四分体时期，显微镜明场和荧光观察可以清晰的看到11对同源染色体正在联会（见图2：A、B、C、D），同时在联会时，同源染色体表现为明显的“8”“0”“X”等形状（见图2E、F）。
图 2 长足大竹象精母细胞中期核型
Figure 2. Chromosome kyrotype of spermatospore in mitotic metaphase of Cyrtotrachelus buqueti Guer
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在实验材料的筛选过程中发现一些多倍体（见图3），特别是幼虫的组织，其中成虫精巢组织中也有相应数量的多倍体细胞，可能是脂肪体细胞，脂肪体细胞是昆虫的营养物质贮存的主要器官，也是中间代谢的主要组织，与生长、变态和生殖等生理机能密切相关[20]。
图 3 长足大竹象脂肪体细胞
Figure 3. Fat body cell of Cyrtotrachelus buqueti Guer
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昆虫染色体压片制备的选择很重要，不同种类的昆虫其染色体压片材料的制备方法也不尽相同。很多人在制备染色体标本时选用神经节、胚胎等组织匀浆后离心处理[21-22]，由于精巢（卵巢）相比其他组织而言，更容易匀浆，而繁殖期雌虫体内存在大量的受精卵，使解剖卵巢存在很大难度。因此，根据前期预实验对实验材料的筛选，选择成虫的精巢作为最佳的实验材料。
通过对长足大竹象染色体的制片、镜检、数据统计分析得出：长足大竹象染色体数目2n=22，其中常染色体10对，性染色体1对，均为中部/亚中部着丝粒染色体，NF=22；性别决定机制为Xyp型，核型公式为：2n=22=16 m+4 sm+Xyp；最长染色体与最短染色体比大于4∶1，臂比大于2∶1的染色体百分比为0.1，故长足大竹象的染色体核型为2C型，未观察到次级缢痕及随体的特征。这一结果与Alexandra A等人在2015年对四个地区的玉米象的核型分析是一致的[23]，但试验中发现有少数细胞的染色体多于或少于2n=22，可能是在制片过程中少数染色体丢失或者染色体分散不好造成的，由于除此之外，在某些细胞中发现一些非正倍体，（1~2个较小的染色体）(见图1)，推断这可能是B染色体，B染色体的存在会对A染色体的形态和行为产生影响，对特定基因的表达具备积极意义，同时B染色体数量会影响生物个体的生长、发育等。Silva等研究了不同地区玉米象的核型分析，并发现不同地区的玉米象中B染色体的数目不同[23]。B染色体数目的差异在一定程度上会影响种群密度的变化，在不同的地区，B染色体的数量不定。这一观点Moraes研究一致[24]。但不同物种的染色体的组成，着丝粒的位置以及染色体的形态结构存在一定差别。由于本试验的实验材料没有相应的比对库，所以不能对其进行荧光显带技术处理。
本研究发现长足大竹象具有大量的多倍体细胞，这一现象与七星瓢虫成虫脂肪体细胞核具有多倍性一致[25]，同时也与白蚁脂肪体核有多倍体相应证[26]。脂肪体能储存蛋白质、糖类和脂肪等养分，供形成成虫出土之前的休眠中、蛹期和成虫期的需求，因此，幼虫以及蛹含有丰富的脂肪体与长足大竹象的生活史中11个月生活在地下有大的关系。
长足大竹象的细胞在减数第一次分裂的四分体期间，同源染色体间的联会，其形态表现为“0”、“8”、“X”等形状。这一结论与甜菜夜蛾细胞分裂期染色体的形态结构以及蝗虫减数分裂时期的染色体形态结构是一致的[27-28]。同源染色体形成环状、端部交叉、尾尾对的构型（见图2E、F）。染色体交叉频率越高，说明在减数分裂过程中，姐妹染色体及姐妹染色单体的互换频率越高，染色体行为越复杂，越活跃，反之染色体越稳定[28]。这一细胞生物学现象对研究生物的遗传多样性以及进化具有十分重要的作用。
Karyotype Analysis of Cyrtotrachelus buqueti Guer
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摘要: 以长足大竹象Cyrtotrachelus buqueti Guer雄性成虫精巢为实验材料，采用醋酸洋红压片法观察了长足大竹象染色体的数目、形态等，并对其染色体核型特征进行分析。结果表明，长足大竹象染色体数目2n=22，其中常染色体10对，性染色体1对，均为中部/亚中部着丝粒染色体，NF=22；性别决定机制为Xyp型，核型公式为2n=22=16m+4sm+Xyp；最长染色体与最短染色体比大于4∶1，臂比大于2∶1的染色体百分比为0.1，故长足大竹象的染色体核型为2C型，未观察到次级缢痕及随体的特征。Abstract: Taking the testis of male adults of Cyrtotrachelus buqueti Guer as the experimental materials, the chromosome number and morphology of C. buqueti were observed by acetic acid magenta tabletting method, and the karyotype characteristics were analyzed in this study. The results showed that the chromosome number of C. buqueti was 2n = 22, including 10 pairs of autosomes and 1 pair of sex chromosomes, all of which were centromeres of middle/sub middle, NF = 22. The sex determination mechanism of C. buqueti was Xyp type, and the karyotype formula was 2n = 22 = 16m + 4sm + Xyp. The percentage of chromosome with the longest chromosome to the shortest chromosome ratio greater than 4∶1, and the percentage of chromosome with the arm ratio greater than 2∶1 was 0.1. So the karyotype of C. buqueti was 2C type, and no secondary constriction and satellite characteristics were observed. The results supplemented the blank of the basic research on the classification characteristics of C. buqueti chromosome.
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Key words:
- Cyrtotrachelus buqueti;
- Chromosome;
- Karyotype
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图 1 长足大竹象中期分裂相染色体（A）及染色体核型（B）图谱
Fig. 1 Chromosome (A) and karyotype (B) of metaphase of Cyrtotrachelus buqueti Guer
图 2 长足大竹象精母细胞中期核型
Fig. 2 Chromosome kyrotype of spermatospore in mitotic metaphase of Cyrtotrachelus buqueti Guer
表 1 长足大竹象中期分裂相染色体计数统计
Tab. 1 Metaphase chromosome count statictics of Cyrtotrachelus buqueti Guer
染色体数 分裂相数目 占比/% ≤18 9 8.0 18<，≥21 12 10.7 22 73 65.2 >22 18 16.1 总计 112 100.0 
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表 2 长足大竹象核型指数
Tab. 2 Karyotype index of Cyrtotrachelus buqueti Guer
染色体编号
Chromosome NO.实际长度
Physical length/μm相对长度
Relative length/μm着丝点指数
Arm ratio臂比值
Centromeric index/%类型
Type1 5.05±0.70 17.92±0.27 0.4 1.52±0.04 m 2 4.28±0.30 15.18±0.20 0.46 1.20±0.09 m 3 3.74±0.36 13.28±0.14 0.41 1.51±0.31 m 4 2.43±0.14 8.62±0.01 0.31 2.27±0.10 sm 5 2.26±0.41 8.04±0.17 0.37 1.70±0.12 m 6 2.07±0.03 7.36±0.05 0.475 1.23±0.23 m 7 1.99±0.51 7.07±0.20 0.343 1.99±0.04 sm 8 1.90±0.60 6.73±0.27 0.42 1.39±0.03 m 9 1.51±0.42 5.35±0.18 0.43 1.35±0.02 m 10 1.43±0.18 5.06±0.13 0.4 1.52±0.05 m X 2.88±1.07 10.22±0.62 0.39 1.58±0.23 m Y 1.11±0.10 3.93±0.08 − − −
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[1] 杨瑶君,汪淑芳,弓加文,等. 长足大竹象虫口密度与虫孔数、竹笋受害率的关系[J]. 应用生态学报,2009,20(8):1980−1985. [2] 李涛,高志兴,邓光明. 长足大竹象的危害特性及防治技术[J]. 四川林业科技,2005,26(6):43−46. doi: 10.3969/j.issn.1003-5508.2005.06.012 [3] 聂学文. 长足大竹象生物学特性及防治试验初报[J]. 林业调查规划,2010,2:99−102. doi: 10.3969/j.issn.1671-3168.2010.01.026 [4] 鞠瑞亭,夏翠华,徐俊华,等. 上海地区长足大竹象初报[J]. 中国森林病虫,2005,24(2):7−9. doi: 10.3969/j.issn.1671-0886.2005.02.003 [5] 玉鹏,周宇. 长足大竹象防治试验研究[J]. 现代农业科技,2008(13):144−145. doi: 10.3969/j.issn.1007-5739.2008.13.101 [6] 杨桦,杨伟,杨春平,蔡艳,蒲远凤,付焱文,何芝然. 长足大竹象交配行为[J]. 昆虫学报,2015,1:60−67. [7] 忙定泽,罗庆怀,舒敏,韦卫. 长足大竹象成虫体表信息化学物质的提取和鉴定[J]. 昆虫学报,2012,3:291−302. [8] 蒲远凤,杨桦,杨伟,杨春平,方睿,王保新. 长足大竹象营养成分分析与评价[J]. 营养学报,2015,3:310−312. [9] 梁梓,汪淑芳,杨瑶君,刘忠,范晶,胡霞,曾伟. 长足大竹象成虫前胸背板及鞘翅超微结构观察[J]. 四川动物,2013,3:423−425. doi: 10.3969/j.issn.1000-7083.2013.03.022 [10] 杨瑶君,秦虹,汪淑芳,王玉平,廖鸿,刘超,李仕贵. 长足大竹象的触角超微结构和对竹笋挥发物的触角电位反应[J]. 昆虫学报,2010,10:1087−1096. [11] 汪淑芳,杨瑶君,刘超,等. 长足大竹象生殖系统的形态解剖研究[J]. 四川动物,2009,28(1):79−81. [12] Yang Yaojun, Qin Hong, Deng Guangming, et al. 长足大竹象幼虫种群动态及其气候预测模型[J]. Scientia Silvae Sinicae, 2011, 47(9): 82−87. [13] 梁爽,龙文聪,梁梓,等. 不同种群密度地区长足大竹象生殖系统的超微结构研究[J]. 四川动物,2018,37(5):563−568, 574. doi: 10.11984/j.issn.1000-7083.20170277 [14] 刘阳,龙文聪,刘安萱,等. 长足大竹象消化道的解剖形态及电镜扫描结构研究[J]. 西南师范大学学报(自然科学版),2019,44(7):30−36. [15] 苏丽娟,张鸿飞,徐卫,等. 四种天牛的核型比较研究[J]. 昆虫学报,2013,56(3):299−305. [16] Kuo SR, 19 72. Karyotype analysis of some Formosan gymnosperms[J]. Taiwania, 1972, 17(11): 66−80. [17] Levan A, Fredga K, Sandberg A A. Nomenclature for Centromeric Position on Chromosomes[J]. Hereditas, 2009, 52(2): 201−220. doi: 10.1111/j.1601-5223.1964.tb01953.x [18] Stebbins G L. Chromosomal evolution in higher plants [M]. Chromosomal evolution in higher plants. Edward Arnold, 1971. [19] Dias G, Yotoko K S C, Gomes L F, et al. Uncommon formation of two antiparallel sperm bundles per cyst in tenebrionid beetles (Coleoptera)[J]. The Science of Nature, 2012, 99(9): 773−777. doi: 10.1007/s00114-012-0949-6 [20] 关雪辰. 昆虫体内脂肪体细胞核DNA含量的细胞光度法测定[J]. 中国细胞生物学学报,1984(1):39−42. [21] 刘平. 松墨天牛、光肩星天牛、桑天牛染色体核型研究[D]. 南京林业大学, 2009. [22] 刘平,嵇保中,刘曙雯,等. 桑天牛染色体核型及制备材料的选择[J]. 南京林业大学学报(自然科学版),2010,34(6):5−8. doi: 10.3969/j.issn.1000-2006.2010.06.002 [23] Silva A A D, Braga L S, Guedes R N C, et al. Cytogenetic analyses using C-banding and DAPI/CMA3 staining of four populations of the maize weevil Sitophilus zeamais Motschulsky, 1855 (Coleoptera, Curculionidae)[J]. Comparative Cytogenetics, 2015, 9(1): 89−102. doi: 10.3897/CompCytogen.v9i1.4611 [24] Moraes MM, Milleo J, Artoni RF, Almeida MC(2003)Analise citogenetica de duas especies do genero sitophilus(Curculionidae): Cariotipo e meisose. Proceedings of the 49° Congresso Brasileiro de Genetica, Aguas de Lindoia, september 16−19, 2003. Aguas de Lindoia, 174. [25] 关雪辰,陈娥英. 七星瓢虫成虫脂肪体细胞核的多倍性现象[J]. 昆虫学报,1983,26(4):368−374. [26] Nozaki T, Matsuura K. Termite queens have disproportionately more DNA in their fat body cells: reproductive division of labor and endoreduplication[J]. Entomological Science, 2015, 19(1): 67−71. [27] 杨国辉,王凯,毛本勇,等. 2种短翅型蝗虫减数分裂比较研究[J]. 生物学通报,2015,50(12):44−48. [28] 付建业,张青文,蔡青年,等. 甜菜夜蛾细胞分裂期染色体的观察[J]. 昆虫学报,2005,48(1):135−138. doi: 10.3321/j.issn:0454-6296.2005.01.021 -
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图(3) / 表(2)
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