劉青,袁鋒,王碧雪,王仁峰

(大連海洋大學(xué)遼寧省水生生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧大連116023)

強(qiáng)壯箭蟲的染色體核型分析

劉青,袁鋒,王碧雪,王仁峰

(大連海洋大學(xué)遼寧省水生生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧大連116023)

以強(qiáng)壯箭蟲Sagitta crassa為試驗(yàn)材料,采用秋水仙素溶液浸泡、冷滴片、空氣干燥及Giemsa染色等方法,對其染色體核型進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:強(qiáng)壯箭蟲有9對染色體,其中6對為中部著絲點(diǎn)染色體(M);1對為亞中部著絲點(diǎn)染色體(SM);2對為端著絲粒染色體(T);其核型公式為2n=18=12M+2SM+ 4T。文中還比較了兩種箭蟲的染色體核型的差異。

強(qiáng)壯箭蟲;染色體;核型

有關(guān)浮游動物染色體的研究,國外主要集中在20世紀(jì)70年代以后,其中對橈足類染色體的研究最多,如Goswami等[1-3]先后對60多種橈足類的染色體進(jìn)行了研究。國內(nèi)關(guān)于浮游動物染色體的研究不多,截至2009年僅對20種浮游動物的染色體數(shù)目及組型進(jìn)行了研究[4-13],其中鹵蟲1種[5],水母類4種[5],橈足類7種[6-8],枝角類7種[4,9-12]。關(guān)于毛顎動物染色體的研究,僅見對百陶箭蟲Sagitta bedoti的研究報(bào)道[13]。強(qiáng)壯箭蟲隸屬于毛顎動物門、箭蟲綱,主要分布于北太平洋西部,是黃、渤海浮游動物的優(yōu)勢種[14]。毛顎動物屬于肉食性動物,以橈足類等小型浮游動物為食,同時(shí)它又是許多游泳生物的優(yōu)質(zhì)餌料,在海洋生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能中起著重要的調(diào)控作用。但在毛顎動物的進(jìn)化地位和系統(tǒng)分類中常出現(xiàn)混亂的現(xiàn)象[15]。本試驗(yàn)中,作者對強(qiáng)壯箭蟲Sagitta crassa的染色體組型進(jìn)行了研究,旨在為解決毛顎動物的分類學(xué)中的某些疑難問題及了解強(qiáng)壯箭蟲的遺傳學(xué)背景提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 材料

強(qiáng)壯箭蟲于2010年4月采自大連市黑石礁海區(qū)。采回樣品后立即在體式解剖鏡下進(jìn)行分類鑒定。選取健壯無畸形的個(gè)體在室內(nèi)暫養(yǎng)一周,并投喂蒙古裸腹溞。試驗(yàn)前挑選活力強(qiáng),體長為11～ 15 mm的個(gè)體20條,先饑餓12 h,使其排空消化道內(nèi)的食物殘?jiān)?/p>

1.2 方法

1.2.1 體細(xì)胞染色體標(biāo)本的制備 選取10條活力強(qiáng)且通體透明、消化道內(nèi)無食物殘留的蟲體,置于含體積分?jǐn)?shù)為0.04%秋水仙素的海水溶液中30 h,再從中選取5條活力強(qiáng)的個(gè)體置于0.1 mol/L的KCl溶液中,4℃下低滲處理120 min。取出蟲體,在新配制且在4℃下預(yù)冷的卡諾氏液(φ(無水甲醇)∶φ(冰乙酸)=3∶1)中固定3次,前2次每隔5 min更換固定液,第3次固定后放入冰箱(-20℃)中冷凍12 h。將蟲體轉(zhuǎn)移至潔凈預(yù)冷的表面皿中,在解剖鏡下迅速切除尾節(jié),挑除卵巢。將去除尾節(jié)與卵巢的蟲體轉(zhuǎn)入-20℃下預(yù)冷的體積分?jǐn)?shù)為60%的冰乙酸中,然后切成2～3 mm長度的小段浸泡軟化30 min。軟化完畢后用移液槍小心吹打數(shù)次,使細(xì)胞分散成細(xì)胞懸液。吸取細(xì)胞懸液在預(yù)冷的玻片上方約50 cm處進(jìn)行滴片,然后置于酒精燈下微烤,烤干后在體積分?jǐn)?shù)為10%的Giemsa染液(用pH為6.8的磷酸緩沖液稀釋)中染色40 min。用凈水小心沖去染液,在空氣中干燥后用中性樹脂封片。

1.2.2 精巢染色體的制備 取制備體細(xì)胞染色體標(biāo)本余下的尾節(jié)在體積分?jǐn)?shù)為60%預(yù)冷的冰乙酸中軟化10 min。用解剖針小心撕裂尾腔,輕輕擠壓尾腔,使腔內(nèi)成團(tuán)的精細(xì)胞流出,再用移液槍輕輕

吹打使細(xì)胞分散均勻,滴片染色,方法同體細(xì)胞染色體制備。

1.2.3 染色體核型分析 在Olympus顯微鏡下觀察,選擇染色體分散良好、形態(tài)清晰的分裂相進(jìn)行顯微照相。統(tǒng)計(jì)體細(xì)胞、精巢細(xì)胞分裂相染色體數(shù)目。選取清晰的照片,使用Photoshop軟件進(jìn)行染色體測量[16],根據(jù)染色體大小依次編號并排列成核型圖。按以下公式計(jì)算所測染色體的相對長度、臂比值和著絲點(diǎn)指數(shù),并按Levan等[17]的標(biāo)準(zhǔn)劃分染色體形態(tài)類型。

2 結(jié)果

2.1 染色體數(shù)目

在顯微鏡下檢查強(qiáng)壯箭蟲體細(xì)胞染色體分散較好的分裂相有56個(gè)。從表1可見:其染色體眾數(shù)為18條的細(xì)胞有29個(gè),占51.8%;少于18條的細(xì)胞數(shù)有25個(gè),占44.6%;多于18條的有2個(gè),占3.6%。基于以上數(shù)據(jù)初步確定,強(qiáng)壯箭蟲的二倍體染色數(shù)目為2n=18。

從表2可見,共統(tǒng)計(jì)強(qiáng)壯箭蟲精巢細(xì)胞分裂相有137個(gè),其染色體眾數(shù)為9的細(xì)胞有42個(gè),占30.7%;染色體數(shù)為18的細(xì)胞有11個(gè),占8.0%。這也證明強(qiáng)壯箭蟲的二倍體染色數(shù)目為2n=18; 21個(gè)細(xì)胞染色體為36個(gè)的4n分裂相,占15.3%。

表1 強(qiáng)壯箭蟲體細(xì)胞的染色體數(shù)目Tab.1 The chromosome number in body cells in Sagitta crassa

表2 強(qiáng)壯箭蟲精巢細(xì)胞的染色體數(shù)目Tab.2 The chromosome number of testis cells in Sagitta crassa

2.2 染色體核型

測定并分析10個(gè)分裂相的染色體核型(圖1、2),按照Levan[17]分類標(biāo)準(zhǔn),強(qiáng)壯箭蟲9對染色體可分為三組類型:6對為中部著絲點(diǎn)染色體(M), 1對為亞中部著絲點(diǎn)染色體(SM),2對為端部著絲點(diǎn)染色體(T)。故強(qiáng)壯箭蟲的核型公式為2n= 18=12M+2SM+4T。表3中的編號是按染色體的相對長度從大到小排列而成。

表3 強(qiáng)壯箭蟲的染色體核型分析測量Tab.3 Measurements of karyotypes in Sagitta crassa

圖1 強(qiáng)壯箭蟲的體細(xì)胞核型Fig.1 Metaphase chromosome and karoytype in body cells in Sagitta crassa

圖2 強(qiáng)壯箭蟲的次級精母細(xì)胞核型Fig.2 Metaphase chromosome and karoytypes in the secondary spermatocytes

3 討論

3.1 毛顎動物染色體核型的制備方法

目前有關(guān)毛顎動物核型的研究報(bào)道很少,主要是由于制備毛顎動物染色體標(biāo)本比較困難。目前常用于染色體核型分析的動物細(xì)胞主要有四種:首先是用植物凝集素(PHA)處理動物后取得的血細(xì)胞,常用于魚類、小鼠等脊椎動物;其次是胚胎細(xì)胞,常用于不易取得血液的小型動物,如蝦、蟹等甲殼類;再是動物新生組織細(xì)胞,常用于那些具有高度再生能力的動物,如渦蟲、水蛭等;最后是體細(xì)胞,常用于世代周期短、體細(xì)胞分裂頻率高的小型動物,如浮游生物中的枝角類與橈足類。

強(qiáng)壯箭蟲的體型較小,成體為1～2 cm,無血液循環(huán)系統(tǒng),常用的制備具有大量分裂期細(xì)胞的方法均不適用。因此,制備具有高分裂比例的細(xì)胞群是該類動物核型分析的關(guān)鍵。多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),采用降低秋水仙素濃度、延長處理時(shí)間的方法會提高處于分期細(xì)胞的比例,但長時(shí)間處理可能會導(dǎo)致染色體高度螺旋,不利于核型分析。本試驗(yàn)中采用低秋水仙素濃度(體積分?jǐn)?shù)為0.04%)并浸泡30 h的處理方法。由于處理時(shí)間長,得到的分裂相大部分染色體高度濃縮,可用于染色體計(jì)數(shù),但若對染色體組進(jìn)行分帶染色等進(jìn)一步的核型分析,還需要改進(jìn)制片方法。在制備強(qiáng)壯箭蟲精巢染色體標(biāo)本時(shí),要挑選尾腔中有大量的性細(xì)胞團(tuán)隨尾腔液一起流動的個(gè)體,此類個(gè)體精巢發(fā)育處于第三時(shí)期,精巢細(xì)胞分裂旺盛,制片效果最好。另外,值得一提的是,在精巢染色體中還觀測到21個(gè)細(xì)胞染色體為36個(gè)的4n分裂相,占15.3%(圖3)。由于制備精巢染色體標(biāo)本時(shí)采用的是整個(gè)尾節(jié),因此,這部分分裂相除了初級精母細(xì)胞外還可能含有體細(xì)胞。

3.2 與其它毛顎動物核型分析的比較

本試驗(yàn)結(jié)果表明,強(qiáng)壯箭蟲染色體數(shù)目為2n= 18,這與Bone等[18]在《毛顎動物生物學(xué)》中記述的肥胖箭蟲S.enflata染色體數(shù)目(2n=18)一致。

曹文清等[13]對百陶箭蟲染色體的核型進(jìn)行了分析,結(jié)果為2n=16,與強(qiáng)壯箭蟲接近。進(jìn)一步比較強(qiáng)壯箭蟲與百陶箭蟲的核型,發(fā)現(xiàn)兩者核型非常相似。百陶箭蟲的8對染色體中,5對為中部著絲點(diǎn)染色體;1對為亞中部著絲點(diǎn)染色體;2對為亞端部著絲點(diǎn)染色體。即兩者都有一條亞中部著絲點(diǎn)染色體,兩條端部或亞端部著絲點(diǎn)染色體,僅相差一條中部著絲點(diǎn)染色體。

圖3 強(qiáng)壯箭蟲出現(xiàn)的4n分裂相Fig.3 Metaphase tetraploid chromosome in Sagitta crassa

毛顎動物的結(jié)構(gòu)特殊,同種個(gè)體隨環(huán)境變化常發(fā)生明顯的形態(tài)變化,其進(jìn)化地位、系統(tǒng)分類常出現(xiàn)混亂現(xiàn)象[15],強(qiáng)壯箭蟲染色體數(shù)目與肥胖箭蟲一致,核型與百陶箭蟲接近。這顯示了彼此間的親緣關(guān)系,同時(shí)也顯示了種間的差異。當(dāng)然,地理位置和生活環(huán)境的改變會導(dǎo)致動物染色體出現(xiàn)多態(tài)現(xiàn)象。對毛顎動物箭蟲綱的各種類進(jìn)行進(jìn)一步的核型分析研究,將有助于解決毛顎動物分類學(xué)中的某些疑難問題,這是一項(xiàng)非常有意義的工作。

[1] Goswami U,Goswami S C.Karyology of the genus Labidocera Lubbock from the Laccadive Sea(Lakshadweep)[J].Indian Journal of Marine Sciences,1979,8:259-261.

[2] Goswami U,Goswami S C.Chromosomal aberrations found in Paracalanus aculeatus(Giesbrecht)at the time of solar eclipse[J]. Mahasagar-Bull Nation-Inst Ocean,1982,15(1):59-62.

[3] Goswami U,Goswami S C.A note on chromosomes of Pontellopsis herdmani and Pontella princeps(Copepoda)from the Laccadive Sea [J].Mahasagar-Bulletion of the National Institute of Oceanography,1984,17(2):129-132.

[4] 張明鳳,曾錯(cuò),陳寅山,等.隆線溞生殖細(xì)胞成熟分裂過程中染色體的組型觀察[J].中國水產(chǎn)科學(xué),2009,16(6):868-877.

[5] 曹文清,方旅平,林元燒,等.我國海洋浮游動物染色體研究進(jìn)展[J].海洋科學(xué),2003,27(12):23-26.

[6] 曹文清,林元燒,林加涵.幾種海洋浮游動物染色體組型的初步研究[J].臺灣海峽,1994,13(3):275-278.

[7] 曹文清,林元燒,張躍軍.火腿許水蚤染色體組型的初步研究[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,1994,33(6):853-856.

[8] 毛連菊,張從堯,趙文.2種橈足類的染色體組型分析[J].中國水產(chǎn)科學(xué),2002,9(2):129-132.

[9] 曹文清,王永聰,林元燒.多刺裸腹溞染色體實(shí)驗(yàn)研究[J].臺灣海峽,1995,14(3):284-287.

[10] 曹文清,林元燒,郭東輝,等.蒙古裸腹溞染色體組型研究[J].臺灣海峽,1999,18(1):71-75.

[11] 趙文,張鵬,霍元子,等.西藏?cái)M溞的染色體核型研究[J].大連水產(chǎn)學(xué)院學(xué)報(bào),2004,19(3):167-170.

[12] 張鵬,趙文,孫靜嫻.5種裸腹溞的核型及親緣進(jìn)化關(guān)系的研究[J].大連水產(chǎn)學(xué)院學(xué)報(bào),2009,24(2):109-113.

[13] 曹文清,張躍軍,林加涵.廈門港百陶箭蟲染色體核型的研究[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,1994,33(增刊):121-124.

[14] 鄭執(zhí)中,肖貽昌.毛顎動物作為中國海及其鄰近水域海流指標(biāo)種的初步探討[C]//中國海洋湖沼學(xué)會1963年學(xué)術(shù)年會論文摘要匯編.北京:科學(xué)出版社,1964:84-86.

[15] 肖貽昌.中國動物志:無脊椎動物第三十八卷毛顎動物門箭蟲綱[M].北京:科學(xué)出版社,2004.

[16] 楊大翔.用Adobe Photoshop進(jìn)行核型分析[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息,2005(3):45-46.

[17] Levan A,Fredga K,Sandbergm A A.Nomenclature for centrometric position on chromosomes[J].Hereditas,1964,52(2):201-220.

[18] Bone Q,Kapp H,Pienot-Bults A C.The Biology of Chaetognaths [M].Oxford:Oxford University Press,1991:16-17.

Analysis of chromosome karyotypes in Chaetognath Sagitta crassa

LIU Qing,YUAN Feng,WANG Bi-xue,WANG Ren-feng
(Key Laboratory of Hydrobiology in Liaoning Province,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China)

The chromosome karyotypes of Chaetognath Sagitta crassa,a popular zooplankton species in the Yellow Sea and the Bohai Sea,were studied in the samples collected in Heshijiao bay in April of 1995 by means of cooldropping method.The results showed that the metaphase chromosome number of the samples were found n=9,2n= 18,with karyotypic formula 2n=12M+2SM+4T.A comparison,analysis and discussion on the chromosome karyotypes of the Chaetognaths Sagitta crassa and Sagitta enflata were submitted.

Sagitta crassa;chromosome;karyotype

2095-1388(2011)03-0260-04

Q178.53;Q343.2

A

2010-08-18

遼寧省教育廳創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2008T022)

劉青(1965-),女,副教授。E-mail:liuqing@dlou.edu.cn