Method Article

المعالجة التلقائية للصور لتحديد هيكل حجم المجتمع لللافقاريات النهرية الكبيرة

DOI:

10.3791/64320

⸱

January 13th, 2023

 ,  ,  , 
1Center for the Study of Mediterranean Rivers (CERM), Universitat de Vic - Universitat Central de Catalunya, 2Laboratoire Evolution et Diversité Biologique (EDB), UMR5174, Université Toulouse 3 Paul Sabatier, Centre national de la recherche scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD), 3Department of Marine Biology and Oceanography, Institut de Ciències del Mar, Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), 4Aquatic Ecology Group, Universitat de Vic - Universitat Central de Catalunya

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تستند المقالة إلى إنشاء بروتوكول مكيف لمسح واكتشاف وفرز وتحديد الأشياء الرقمية المقابلة لللافقاريات الكبيرة في الأنهار القاعية باستخدام إجراء تصوير شبه آلي. يسمح هذا الإجراء بالحصول على توزيعات الحجم الفردية ومقاييس الحجم لمجتمع اللافقاريات الكبيرة في حوالي 1 ساعة.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

حجم الجسم هو سمة وظيفية مهمة يمكن استخدامها كمؤشر حيوي لتقييم آثار الاضطرابات في المجتمعات الطبيعية. يستجيب هيكل حجم المجتمع للتدرجات الأحيائية وغير الحيوية ، بما في ذلك الاضطرابات البشرية المنشأ عبر الأصناف والنظم الإيكولوجية. ومع ذلك، فإن القياس اليدوي للكائنات الصغيرة الجسم مثل اللافقاريات القاعية الكبيرة (على سبيل المثال، >500 ميكرومتر إلى بضعة سنتيمترات) يستغرق وقتا طويلا. لتسريع تقدير هيكل حجم المجتمع ، قمنا هنا بتطوير بروتوكول لقياس حجم الجسم الفردي لللافقاريات النهرية المحفوظة بشكل شبه تلقائي ، والتي تعد واحدة من المؤشرات الحيوية الأكثر استخداما لتقييم الحالة البيئية للنظم الإيكولوجية للمياه العذبة. تم تكييف هذا البروتوكول من منهجية موجودة تم تطويرها لمسح العوالق البحرية المتوسطة باستخدام نظام مسح مصمم لعينات المياه. ويتألف البروتوكول من ثلاث خطوات رئيسية هي: (1) مسح العينات الفرعية (كسور حجم العينة الدقيقة والخشنة) من اللافقاريات النهرية الكبيرة ومعالجة الصور الرقمية لإضفاء الطابع الفردي على كل كائن مكتشف في كل صورة؛ و (2) مسح العينات الفرعية (كسور حجم العينات الدقيقة والخشنة) من اللافقاريات النهرية الكبيرة ومعالجة الصور الرقمية لإضفاء الطابع الفردي على كل كائن مكتشف في كل صورة؛ و (2) مسح العينات الفرعية (كسور حجم العينات الدقيقة والخشنة) من اللافقاريات النهرية الكبيرة ومعالجة الصور الرقمية لإضفاء الطابع الفردي على كل كائن مكتشف في كل صورة؛ و (2) مسح (2) إنشاء وتقييم والتحقق من صحة مجموعة التعلم من خلال الذكاء الاصطناعي لفصل الصور الفردية لللافقاريات الكبيرة بشكل شبه تلقائي عن المخلفات والتحف في العينات الممسوحة ضوئيا ؛ و (3) يصور هيكل حجم مجتمعات اللافقاريات الكبيرة. بالإضافة إلى البروتوكول ، يتضمن هذا العمل نتائج المعايرة ويعدد العديد من التحديات والتوصيات لتكييف الإجراء مع عينات اللافقاريات الكبيرة والنظر في مزيد من التحسينات. وبشكل عام، تدعم النتائج استخدام نظام المسح المقدم للقياس التلقائي لحجم جسم اللافقاريات النهرية الكبيرة وتشير إلى أن تصوير طيف حجمها هو أداة قيمة للتقييم البيولوجي السريع للنظم الإيكولوجية للمياه العذبة.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تستخدم اللافقاريات القاعية الكبيرة على نطاق واسع كمؤشرات حيوية لتحديد الحالة البيئية للمسطحات المائية1. تركز معظم المؤشرات لوصف مجتمعات اللافقاريات الكبيرة على المقاييس التصنيفية. ومع ذلك ، يتم تشجيع أدوات التقييم البيولوجي الجديدة التي تدمج حجم الجسم لتوفير منظور بديل أو تكميلي لنهج التصنيف 2,3.

يعتبر حجم الجسم مشط شعر مرتبط بسمات حيوية أخرى مثل التمثيل الغذائي والنمو والتنفس والحركة4. علاوة على ذلك ، يمكن أن يحدد حجم الجسم الموقف الغذائي والتفاعلات5. تعرف العلاقة بين حجم الجسم الفردي والكتلة الحيوية الطبيعية (....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ملاحظة: يعتمد البروتوكول الموصوف هنا على النظام الذي طوره Gorsky et al.27 للعوالق البحرية المتوسطة. يمكن العثور على وصف محدد للماسح الضوئي (ZooSCAN) ، وبرنامج المسح الضوئي (VueScan 9x64 [9.5.09]) ، وبرنامج معالجة الصور (Zooprocess ، ImageJ) ، وبرنامج التعرف التلقائي (معرف العوالق) في المراجع السابقة32،33. لضبط أحجام اللافقاريات القاعية بشكل أفضل فيما يتعلق بالعوالق الحيوانية المتوسطة ، بمجرد إنشاء المشروع وفقا للبروتوكولالأصلي 32,33 ، قم بتغيير معلمة الحجم الأدنى (minsizeesd_mm) إلى 0.3 مم والمعلمة من الحجم الأقصى (maxsizeesd_mm....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

اقتناء الصور الرقمية لعينات اللافقاريات الكبيرة
الفروق الدقيقة في المسح الضوئي: ترسيب الإيثانول في درج المسح الضوئي
أثناء اختبار النظام بحثا عن اللافقاريات الكبيرة ، كانت العديد من عمليات المسح ذات جودة رديئة. منعت منطقة مشبعة داكنة في الخلفية المعالجة الطبيعية للصورة وقياس الأحجام الفردية لللافقاريات الكبيرة (الشكل 2). تم تقديم عدة أسباب لظهور مناطق مشبعة في الخلفية أو صور عالية البكسل: (1) وجود عدد كبير جدا من الكائنات الحية على درج المسح ؛ (2) وجود .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يسمح تكييف المنهجية التي وصفها Gorsky et al. 2010 لللافقاريات النهرية الكبيرة بدقة تصنيف عالية في تقدير هيكل حجم المجتمع في اللافقاريات الكبيرة للمياه العذبة. تشير النتائج إلى أن البروتوكول يمكن أن يقلل من الوقت اللازم لتقدير بنية الحجم الفردية في العينة إلى حوالي 1 ساعة. وهكذا، فإن البروتوكول المقترح يهدف إلى تعزيز الاستخدام الروتيني لأطياف حجم اللافقاريات الكبيرة كمؤشر بيولوجي سريع وتكاملي لتقييم أثر الاضطرابات في النظم الإيكولوجية للمياه العذبة. تم بالفعل استخدام طيف حجم اللافقاريات الكبيرة كمؤشر ناجح لتقييم الحالة ال.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعلن المؤلفون عدم وجود مصالح متنافسة محتملة.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم دعم هذا العمل من قبل وزارة العلوم والابتكار والجامعات الإسبانية (رقم المنحة RTI2018-095363-B-I00). نشكر أعضاء CERM-UVic-UCC إيليا بريتكسا ، وآنا كوستاروسا ، ولايا خيمينيز ، وماريا إيزابيل غونزاليس ، ومارتا جوتجلار ، وفرانسيسك لاخ ، ونوريا سيلاريس على عملهم في أخذ العينات الميدانية لللافقاريات الكبيرة والفرز المختبري وديفيد ألبيسا على التعاون في مسح العينات. وأخيرا نشكر جوزيب ماريا جيلي ومعهد علوم مار (ICM-CSIC) على استخدام مرافق المختبر وجهاز الماسح الضوئي.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
استخدام حاوياتديونية
المياهIcopresa  8420239600123لتخفيف قمع الإيثانول
Vitlab41094
قوارير زجاجية 8 ملLabboxSVSN-C10-1951 قارورة / عينة فرعية
ImageJ Software الوصولالمجاني الإصدار 4.41o/ برامج معالجة الصور
إطار كبيرHydroptic  مقدمة من ZooScan24.5 سم × 15.8 سم
Monalcol 96 (Ethanol 96)Montplet1050JE001
Plankton Identifier Softwareالوصولالإصدار 1.2.6 / برنامج تحديد الهوية التلقائي
غربالCisa26852.2الفتحة الاسمية 500 & الفتحة الصغيرة والفتحة الاسمية 0,5 سم
ملاقطBondlineB5SAغير القابل للصدأ ، مضاد للمغناطيسية ، مضاد للأحماض
VueScan 9 × 64 (9.5.09) برنامجHydropticالإصدار 9.0.51 / برنامج Sacn
إبرةيمكن استخدام أي إبرة بلاستيكية أو خشبية
Zooprocess Software   ؛المجانيالإصدار 7.14 / برنامج معالجة الصور
ZooScan الهيدروبتيك54الإصدار الثالث / الماسح
يمكن أخرى المجاني خشبية الوصول الضوئي

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Birk, S., et al. Three hundred ways to assess Europe's surface waters: An almost complete overview of biological methods to implement the Water Framework Directive. Ecological Indicators. 18, 31-41 (2012).
  2. Basset, A., Sangiorgio, F., Pinna, M.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Image ProcessingMacroinvertebrate Size StructureRiver MacroinvertebratesAutomatic Body Size MeasurementCommunity Size SpectrumFreshwater BioassessmentScanning SystemArtificial Intelligence ClassificationRandom Forest MethodManual Validation

Related Articles