Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Environment

Anvendelse af Chironomidae (Diptera) Overflade-Floating puppe Exuviae som Rapid Bioassessment protokol for vandområder

doi: 10.3791/52558 Published: July 24, 2015

Abstract

Hurtige bioassessment protokoller anvender bentiske smådyrfauna assemblager med succes er blevet anvendt til at vurdere de menneskelige påvirkninger af vandkvaliteten. Desværre traditionelle bentiske larve prøvetagningsmetoder, såsom dip-net, kan være tidskrævende og dyrt. En alternativ protokol indebærer indsamling af Chironomidae overflade-floating puppe exuviae (SFPE). Chironomidae er en artsrige familie af fluer (Diptera) hvis umodne stadier opstår typisk i akvatiske naturtyper. Voksne chironomider komme ud af vandet, der forlader deres puppe skind eller exuviae, flyder på vandets overflade. Exuviae ofte ophobes langs bredden eller bag forhindringer ved påvirkning af vind eller vand strøm, hvor de kan samles for at vurdere chironomid mangfoldighed og rigdom. Chironomider kan anvendes som vigtige biologiske indikatorer, da nogle arter er mere tolerante over for forurening end andre. Derfor er den relative overflod og artssammensætningen af ​​indsamlede SFPE afspejlerændringer i vandkvaliteten. Her er fremgangsmåder ved at indsamle felt, laboratorium forarbejdning, slide montage, og identifikation af chironomid SFPE beskrevet i detaljer. Fordele ved SFPE metoden omfatter minimal forstyrrelse på en prøveudtagning område, effektiv og økonomisk prøvetagning og laboratorium behandling, nem identifikation, anvendelighed i næsten alle vandmiljøer, og en potentielt mere følsomme mål for økosystemet stress. Begrænsninger omfatter den manglende evne til at bestemme larvernes microhabitat brug og manglende evne til at identificere puppe exuviae arter, hvis de ikke er blevet forbundet med voksne mænd.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Biologiske overvågningsprogrammer, som bruger levende organismer til at vurdere miljø og sundhed, der ofte anvendes til at vurdere vandkvaliteten eller overvåge succes økosystem restaurering programmer. Hurtige bioassessment protokoller (RBP) anvender bentiske smådyrfauna assemblager har været populære blandt statslige vand ressource agenturer siden 1989 1. Traditionelle metoder til prøveudtagning bentiske makroinvertebrater for RBP'er, såsom dip-net, Surber sampler, og Hess sampler 2, kan være tids- tidskrævende, dyrt og kan kun måle assemblager fra en bestemt microhabitat 3. Et effektivt alternativ RBP for generering biologiske oplysninger om en bestemt vandområde indebærer samling af Chironomidae overflade flydende puppe exuviae (SFPE) 3.

Den Chironomidae (Insecta: Diptera), almindeligt kendt som ikke-bidende mitter, er holometabolous fluer, der typisk forekommer i vandmiljøer, før fremstår som voksne 60, og på vandets overflade. Den chironomid familien er artsrige, med cirka 5.000 arter er beskrevet i hele verden; imidlertid vurderes så mange som 20.000 arter at eksistere 4. Chironomider er nyttige dokumentere vand og habitat kvalitet i mange akvatiske økosystemer på grund af deres høje diversitet og variable forurening tolerancetærskler 5. Desuden er de ofte de mest udbredte og udbredte bentiske makroinvertebrater i akvatiske systemer, der typisk tegner sig for 50% eller flere af de arter i samfundet 5,6. Efter fremkomsten af den terrestriske voksen, den puppe exuviae (støbt puppe hud) forbliver flyder på vandets overflade (figur 1). Puppe exuviae ophobes langs bredden eller bag forhindringer gennem virkningen af vind eller vand strøm og kan let og hurtigt opsamlet for at give en omfattende stikprøve af chironomid arter, der er opstået i den foregående 24-48 timer 7.

ntent "> Den relative overflod og taksonomiske sammensætning af indsamlede SFPE afspejler vandkvaliteten, i betragtning af at nogle arter er meget forurening tolerant, mens andre er meget følsomme 5 SFPE metode har mange fordele frem for traditionelle larve chironomid stikprøveundersøgelser herunder:. (1) minimal Eventuelle opstår forstyrrelse levested ved en prøveudtagning område, (2) prøver ikke fokusere på at indsamle levende organismer, men snarere det ikke-levende hud, så bane community dynamik påvirkes ikke, (3) identifikation til slægt, og ofte arter er forholdsvis let gives passende nøgler og beskrivelser 3, (4) indsamling, behandling, og identificere prøver er effektiv og økonomisk i forhold til de traditionelle prøveudtagningsmetoder 3,8,9 (5) akkumulerede exuviae repræsenterer taxa, der stamme fra en bred vifte af mikrohabitater 10; (6) metoden er anvendelig i næsten alle vandmiljøer, herunder vandløb og floder, flodmundinger, lakes, damme, rock pools, og vådområder; og (7) SFPE måske være en mere følsom indikator for økosystemets sundhed, fordi de repræsenterer personer, der har afsluttet alle umodne stadier og med held opstået som voksne 11.

Den SFPE metode er ikke en ny tilgang til indsamling af oplysninger om chironomid fællesskaber. Anvendelse af SFPE blev først foreslået af Thienemann 12 i begyndelsen af 1900-tallet. En række undersøgelser har brugt SFPE for taksonomiske undersøgelser (f.eks 13-15), biodiversitet og økologiske undersøgelser (f.eks 7,16-19), og biologiske vurderinger (f.eks 20-22). Derudover har nogle undersøgelser behandlet forskellige aspekter af prøven design, stikprøvestørrelse, og antallet af prøver begivenheder, der kræves for at opnå forskellige afsløring niveauer af arter eller slægter (f.eks 8,9,23). Disse undersøgelser viser, at relativt høje procenter af arter eller slægter kan påvises med moderat effort eller udgifter i forbindelse med prøve behandling. For eksempel, Anderson og Ferrington 8 bestemt, at baseret på en 100-count delprøve blev 1/3 rd mindre tid, der kræves til at samle SFPE prøver sammenlignet med dyppe-net prøver. En anden undersøgelse fastslået, at 3-4 SFPE prøver kunne sorteres og identificeres for hver dip-net prøve, og at SFPE prøverne var mere effektive end dip-net prøver ved afsløre arter artsrigdom steg 3. For eksempel, på steder med artsrigdom værdier på 15-16 arter, den gennemsnitlige dip-net effektivitet var 45,7%, mens SFPE prøver var 97,8% effektiv 3.

Vigtigere er SFPE metoden blevet standardiseret i EU 24 (kendt som chironomid puppe exuviae teknik (CPET)) og Nordamerika 25 for økologisk vurdering, men metoden er ikke blevet beskrevet i detaljer. En anvendelse af SFPE metode blev beskrevet af Ferrington et al.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. Fremstilling af Field Collection Supplies

  1. Bestem antallet af SFPE prøver, der skal indsamles på grundlag af undersøgelsen design og erhverve én prøve krukke (f.eks 60 ml) for hver prøve.
  2. Forbered to date og beliggenheden etiketter for hver prøve krukke. Placer en på indersiden og anbringer den anden på ydersiden af ​​krukken. Sikre, at hver dato og lokalitet etiket indeholder følgende oplysninger: land, stat, amt, by, vandområde, GPS-koordinater, dato og navn på person (er) opsamling af prøven.
  3. Indsamle andre specifikke materialer og udstyr (se tabel for specifikke materialer / udstyr).

2. Field Collection

  1. Hold en larve bakke i den ene hånd og en sigte i den anden. Dyp larve bakke i vandet, hvor SFPE ophobes (fx skum ophobninger, rifter, emergent vegetation, vragrester, ryg strømhvirvler, og langs bank kanter) (figur 2A), tillade watis, at exuviae og snavs ind i larve bakke, og hæld dette materiale gennem sigten. Hvis prøveudtagning i et lotic system begynder ved den nedstrøms ende af prøven rækkevidde og arbejde opstrøms (figur 2B). Hvis prøveudtagning i et lentic system begynder ved vindretningen kystlinje.
    1. Gentag trin 2.1 i 10 min (eller andet defineret for en særlig ordning prøveudtagning) inden for hver foruddefineret prøve rækkevidde (typisk 100-200 m for prøver fra vandløb, men afhænger af det samlede areal af det akvatiske overvågning site); flytte mellem SFPE ophobning områder efter behov.
  2. Koncentrat rester i et område af sigten ved anvendelse af en sprøjteflaske fyldt med vand fra prøven stedet og omhyggeligt overføre SFPE prøve at pre-mærkede prøve krukke ved hjælp af pincet og en strøm af ethanol fra en sprøjteflaske. Fyld prøve krukke med ethanol.
  3. Gentag trin 2.1 og 2.2 for alle prøver.

3. Prøve Picking

BEMÆRK: Resten af ​​denne protokol vedrører en 300 SFPE delprøve og skal måske ændres til andre delprøve størrelser. Se Bouchard og Ferrington s 9 subsampling og frekvens prøvetagning retningslinjer for at skræddersy SFPE metoder til at imødekomme studere-specifikke mål og ressourcer.

  1. Afsætte en 1-dram hætteglas for hver SFPE prøve; udarbejde en dato og lokalitet label til at placere inde hvert hætteglas og fyld hætteglasset ¾ fuld med ethanol.
  2. Fjern låget fra den tilsvarende prøve krukken og tjekke for vedhæftet puppe exuviae. Skylles forsigtigt indhold låget på en petriskål ved anvendelse af en sprøjteflaske fyldt med ethanol. Finde og fjerne etiketten fra indersiden af ​​prøven krukken med pincet og forsigtigt skylle indholdet off etiket på petriskålen. Sæt etiket til side.
  3. Overfør indholdet af prøven krukken ind i en larve bakke, skylning med ethanol for at sikre, at ingen SFPE forbliver i prøven krukken. Overfør en del af den puppe exuviae, resigrund, og ethanol fra bakken til petriskål. Sikres, at prøven er dækket i ethanol.
  4. Placer petriskålen under et stereomikroskop. Systematisk scanne indholdet af petriskålen for puppe exuviae. Pluk alle puppe exuviae fra fadet ved hjælp af pincet og sted i hætteglasset. Ikke vælge prøver, der er brudt (dvs. ikke har mindst halvdelen af cephalothorax og underliv), tørret, eller komprimeret for at undgå senere problemer identifikation.
    BEMÆRK: Identifikation arter kræver ofte, at hele prøven er til stede, men i nogle tilfælde, kan identifikationen genus-niveau være muligt med partielle prøver.
    1. Swirl fad og scanne for yderligere puppe exuviae, herunder enhver, der kan blive hængende til siderne af skålen, samt, enhver lille og gennemsigtige enheder, der måske ikke har påvises i første omgang. Gentag indtil to på hinanden følgende scanninger viser ingen yderligere puppe exuviae.
  5. Gentag trin 3,3 og3.4 indtil alle eller 300 puppe exuviae er blevet plukket. Når 300 puppe exuviae er blevet plukket, returnerer resten fra petriskålen til larve bakke og skyl petriskålen med ethanol. Derefter overføre rest fra larve bakke til den tomme prøve krukke, tilføje dato og lokalitet label, og lægge låg på krukken. Beholde eller afhænde rest efter projektspecifikke protokoller.

4. Prøve Sortering

  1. Hæld alle plukket puppe exuviae fra det mærkede hætteglas i en petriskål fyldt med nok ethanol til blot dække prøver.
  2. Under et stereo mikroskop, separate enheder til forskellige morfologiske grupper (dvs. morphotaxa) og placere hver morphotaxon i særskilt en mærket hætteglas fyldt 3/4 th fuld med ethanol.
    1. Udnyt eksterne morfologiske karakteristika til at adskille chironomid morphotaxa. For eksempel fra cephalothorax, brug forskelle i nærvær, størrelse, form, ogfarvning af de cefale Tuberkler, frontale vorter, frontal setae og thorax horn. Fra maven, brug pigge, hookrows, shagreen, setae og udløbere af de abdominale segmenter, foruden de anale lapper til morphotaxa separation (figur 4A). Se Ferrington, et al. 5, Sæther 26, Pinder og Reiss 27 for yderligere beskrivelser og figurer af morfologiske karakteristika.
    2. Brug yderligere ethanol, hvis prøver begynder at tørre.

5. Skub Montering

  1. Fyld en brønd i en multi-brønds plade for hver morphotaxon med 95% ethanol.
    1. Placere flere repræsentationer (fx 25% af total) for hver morphotaxon der skal slide monteret i individuelle brønde i pladen. Tillad prøver at sidde i godt i mindst 10 minutter til at dehydrere tilstrækkeligt.
  2. Label lysbilleder med passende sted, indsamling og identifikation oplysniden (figur 3).
  3. Placer slide på stereomikroskop.
    BEMÆRK: En skabelon af slæden tapede til scenen er nyttigt for konsekvent placering.
  4. Placer en dråbe Euparal på diaset; sprede Euparal så det tilnærmer størrelsen af ​​dækglasset. Brug ordentlig ventilation ved arbejde med Euparal.
    BEMÆRK: Brug ordentlig ventilation ved arbejde med Euparal.
  5. Integrer en repræsentant fra det første morphotaxon i Euparal med pincet.
    BEMÆRK: For at annullere overskydende ethanol fra prøven ved hjælp af en pincet, forsigtigt trykke prøven på laboratoriet Gazeviskere før indlejring det i Euparal.
  6. Adskil cephalothorax fra maven under anvendelse spids pincet og / eller dissektion prober (figur 4A).
    1. Split cephalothorax langs ecdysial sutur (figur 4B) og åbn cephalothorax så sutur kanter er på modsatte sider (figur 4C).
    2. Orientere cephalothorax så den ventrale side vender opad (figur 4C).
    3. Placer maven dorsale opad; placere umiddelbart under cephalothorax (figur 4C).
  7. Placer et dækglas på prøven. Hold dækglas i en vinkel, med en kant rører dias, og derefter langsomt lavere og slip dækglasset for at reducere luftboble formation. Tryk let på dækglasset at flade prøven.
  8. Gentag trin 5.3 gennem 5,7 for alle dehydrerede prøver.

6. Genus Identifikation

  1. Bestem slægt af slide-monterede prøver vha en forbindelse mikroskop. Identificer prøver slægten bruge nøgler og diagnoser i Wiederholm 28 og Ferrington, et al. 5. Hvis det er nødvendigt, bekræfter identifikationen familie-niveau ved hjælp Ferrington, et al. 5. BEMÆRK: Der har været mange generiske beskrivelser og revisioner siden Wiederholm 28 og Ferrington,et al. 5, derfor disse taster og diagnoser er ufuldstændige og skal suppleres med primær litteratur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Figur 1 illustrerer chironomid livscyklus; umodne stadier (æg, larve, puppe) typisk finder sted i eller tæt forbundet med, et vandmiljø. Ved afslutningen af ​​larvestadiet livsfase, larve konstruerer en rørlignende læ og lægger sig med silkebløde sekreter til den omgivende substrat og pupation forekommer. Når den voksne udvikler er modnet, den puppe frigør sig og svømmer til overfladen af ​​vandet, hvor den voksne kan komme ud af den puppe exuviae. Den exuviae fyldes med luft, og i kraft af et ydre voksagtigt lag af kutikula, det forbliver flydende på vandoverfladen, indtil bakterierne begynder at dekomponere vokslaget.

Vand strømme eller vind koncentrat flydende puppe exuviae i områder af ophobning, såsom hvor vandløbsnære vegetation eller væltede træer komme i kontakt med vandoverfladen, illustreret i figur 2A. En larve bakke og si kan bruges til at indsamle puppe &# 160; fra disse naturlige akkumuleringsområder og evaluere fremkomsten af Chironomidae fra et bredt spektrum af mikrohabitater, som vist i figur 2B. For visse anvendelser, er det vigtigt at indsamle prøver på en konsistent, standardiseret måde, så sammenligninger kan foretages blandt flere eksempler sites eller over tid på en given prøve site. Ti-minutters indsamling perioder har vist sig at give tilstrækkelige evalueringer af chironomid relativ overflod 3,25. F.eks Ferrington et al. 3 undersøgte fremspiring estimater af arten Chironomus riparius og fandt, at estimater ikke varierede væsentligt efter 12 pan dips blev analyseret. Inden for en 10-min indsamlingsperioden, mange flere end 12 dips typisk opnås, så vi føler tillid til, at de fleste af rigelige arter i en prøve rækkevidde vil blive opdaget i denne tidsramme. 3

Når SFPE prøver er blevet indsamlet, plukket og sorteres, specimens er slide monteret slægt eller arter identifikation og oprettelse af kupon prøver. Anbefales, som i figur 3. Mærkning af lysbilleder med passende sted, indsamling og identifikationsoplysninger Typisk viser beliggenheden mærkningen oplysninger om landet, staten, vandområde, GPS-koordinater, studere stedet ID, indsamling dato og navnet på person, der har indsamlet prøven. Derudover vil denne etiket har en unik slide nummer for hver slide-monterede prøve. Identifikationen label viser slægt og art (hvis relevant) identifikation og navnet på den person, der identificerede prøven.

Puppe exuviae skal dissekeres og orienteret til identifikation slægt og gavekort prøvepræparation korrekt. 4A viser den korrekte dorsalsiden op puppe exuviae placering på diaset. Under placering på dias, kan prøver ikke i første omgang ligge dorsalsiden op, fordi de er Cylindhjælpe- i form og ofte fyldt med ethanol og luftbobler. Derfor bruger pincet eller en dissektion sonde til lidt komprimere maven ind i Euparal mod slæden er foreslået. Kompression bør orientere modellen i dorsale udsigt og udvise de fleste af ethanol og luftbobler. Figur 4B viser dissektion, der adskiller cephalothorax fra maven. Under denne dissektion er det typisk for begyndere at rive maven mellem den første og anden abdominal segment. Forsigtighed bør placeres i at opretholde den første abdominale segment med resten af maven. Figur 4C viser den korrekte dissektion og orienteringen af puppe exuviae før placering af dækglasset. For nogle prøver kan det være vanskeligt at åbne cephalothorax således at sutur kanter er på modsatte sider og cephalothorax er orienteret i ventrale visning. Igen, at en mindre dorsoventral kompression af cephalothorax opnå dette PlaceMent anbefales.

Samlinger af SFPE har været anvendt med succes i byområder søer i Minnesota for at bestemme ophobning af arter (figur 5A) og slægten rigdom (figur 5B) og kumulativ artssammensætningen langs en ​​gradient af koncentration gennemsnitlige fosfor / betyde sø dybde (figur 6) 23. Baseret på disse resultater, har en proof-of-concept studie blevet gennemført for langsigtet overvågning af Chironomidae i relation til klimaændringer i sentinel søer i hele Minnesota ( http://midge.cfans.umn.edu/research/biodiversity/chironomidae -slice-søer / ). Rufer og Ferrington 23 fastslået, at fire SFPE prøver pr sø per sæson genvundet størstedelen af chironomid samfund og opdaget vigtigt sæsonvariation i byområder søer (figur 5A B,). I alle 16 søer, april prøver indeholdt Forskelnt taxa end maj til september prøver. Derfor, i det nordlige-tempererede områder, prøveudtagning fire gange per sæson anbefales, med en prøve i april og tre prøver mellem maj og september. Men for forskellige geografiske områder og klimaer, hvilken ordning for prøvetagning skal skræddersys til regionen for at maksimere den del af fællesskabet indsamlet.

Figur 1
Figur 1. Chironomid livscyklus. Der er fire livsstadier, æg, larve, puppe og voksen, i chironomid livscyklus. Voksne hunner lægge æg på overfladen af ​​vandet. Æg synke til bunds og typisk udklækkes i flere dage til en uge. Efter at have forladt ægget masse, larver graver ind i mudder eller konstruere små rør, hvor de bor, foder, og udvikle sig. Larver forvandle pupper, mens du stadig i deres rør. Efter pupation, pupper aktivt svømme til overfladen afvand og voksne kommer ud af puppe exuviae. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 2
Figur 2. Eksempler på et areal på SFPE ophobning og indsamling felt teknikker i en strøm. (A) Et eksempel på, hvor SFPE ville akkumulere opstrøms for et log. Det hvide, skummende materiale er en kombination af organisk materiale, såsom makrofytter og alger, og kan indeholde hundredvis til tusindvis af puppe exuviae. (B) Et eksempel på hvordan en opkøber ville bruge en sigte og larve bakke at indsamle SFPE fra vandløbsnære bredden af åen. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 3
Figur 3. Diagram viser placeringer af slide dato og lokalitet etiket (til venstre), identifikation etiket (til højre), og skub monteret puppe exuviae under dækglas (i midten). Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 4
Figur 4. Trin-for-trin puppe exuviae dissektion og orientering. (A) Undissected puppe exuviae (cephalothorax og mave med segmenter nummereret i dorsal view). (B) dissekeret puppe exuviae (cephalothorax og mave i dorsal view). (C) dissekeret og orienteret puppe exuviae (cephalothorax: ventrale visning; maven:. dorsal view) Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 5
Figur 5: Taxonomiske ophobning kurver for SFPE prøver indsamlet fra 16 byområder søer i Minnesota. For begge paneler, hver farvet linje repræsenterer en af ​​de 16 søer. Se Rufer og Ferrington 23 for en nærmere beskrivelse af de særlige kendetegn ved hver enkelt sø. Hvert datapunkt repræsenterer et månedligt 10-min SFPE prøve indsamlet langs vindretningen shore under isfrie måneder af 2005 (april til oktober). A) Arter ophobning kurver for SFPE prøver. B) Genus ophobning kurver for SFPE prøver. Klik her for at se en større version af this figur.

Figur 6
Figur 6: Kumulative arter detekteret tværs af en gradient af lake kemier fra flere SFPE prøver som en funktion af middelkoncentration epilimnetic phosphor (ug / l) i løbet af gennemsnitlig sø dybde (m) fra 16 bymæssige søer i Minnesota. Hvert datapunkt repræsenterer en af ​​de 16 søer; søer er sorteret fra laveste til højeste gennemsnitlige fosfor / betyde dybde. Se Rufer og Ferrington 23 for en nærmere beskrivelse af de særlige kendetegn ved hver enkelt sø. Samlede antal arter stødt stiger som forholdet mellem koncentrationen gennemsnitlige fosfor løbet betyde sø dybde stiger.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

De mest kritiske trin for en vellykket SFPE prøvetagning, plukning, sortering, slide montering, og identifikation er: (1) at lokalisere områder med høj SFPE ophobning inden for undersøgelsesområdet under indsamlingen felt (figur 2A); (2) langsomt scanne indholdet af petriskålen til påvisning af alle SFPE under prøven plukning; (3) at udvikle den nødvendige håndelag at dissekere cephalothorax fra maven under slide montering (figur 4A); og (4) anerkendelse centrale morfologiske tegn i chironomid puppe exuviae til korrekt at identificere til slægten.

Afsløring områder med høj SFPE akkumulation (figur 2A) er det vigtigste skridt i en vellykket SFPE prøvetagning. Puppe exuviae er fanget i vandplanter eller menneskelige strukturer som båd ramper, og bølgerne kan koncentrere flydende materiale i offshore "skår" 30. For større vandområder,identifikation af naturområder ophobning kan kræve lokalisering undersøgelse sites baseret på vind mønstre eller bruge fartøjer at få adgang til områder, hvor puppe exuviae der samle. En prøve med et tilstrækkeligt antal SFPE skal indsamles til at påvise tilstedeværelsen af ​​nye arter og anslå den relative forekomst af individuelle arter med en høj grad af nøjagtighed. Under prøven sortering, er det nødvendigt at langsomt scanne petriskålen flere gange for mindre (3-6 mm i længde), let pigmenterede prøver. SFPE ofte holde sig til alger, blade, pinde, frø og blomster, og derfor kan der ikke påvises i den indledende scanning. Også denne protokol kræver omhyggelig dissektion og slide montering af cephalothorax fra maven for slægten identifikationer (figur 4A). Brug spids pincet og / eller dissektion sonder at dissekere exuviae mellem cephalothorax og første abdominal segment. Endelig kan slægten identifikation være svært for nye taksonomer.Tag dig tid til at studere morfologi og terminologi chironomid pupper, før du begynder at identificere prøver til slægten. Se Wiederholm 28 og Ferrington, et al. 5 for nøgler og diagnoser af chironomid slægter. Hvis identifikation færdigheder er en bekymring, kan alle dias eller en delmængde af kupon prøver sendes til et laboratorium med de relevante evner.

Baseret på forskudte voksne emergences i de fleste samfund, rådes flere prøveudtagning begivenheder og for langtidsundersøgelser, kan et pilotprojekt bestemme de mest nyttige prøvetagningstidspunkter før færdiggørelsen metoder. Selv med flere, sæsonmæssigt målrettede prøveudtagning begivenheder, vil en del af fællesskabet forblive uopdaget, selv om disse er ofte sjældne taxa 31. For samplingfrekvens anbefalinger, se Bouchard og Ferrington 9 for vandløb og Rufer og Ferrington 23 for søer. Den største bekymring vedrørende prøveudtagningsmetoder vedrører SFPE flydende afstand. I vandløb, typisk drift er mellem 50-250 m, mens der i større floder exuviae kan flytte op til 2 km 30. Felt tyder på, at halvtreds procent eller flere af exuviae ikke fortrænger mere end 100 meter nedstrøms for, hvor den voksne dukker 20. Derfor, hvis man indsamler SFPE over en prøve rækkevidde på 500 meter nedstrøms fra en mistænkt forureningskilde, er det sandsynligt, at størstedelen af de prøver udtaget afsluttet deres livscyklus i den formodede anslagsområde 25. I søer, damme og bassiner vil puppe exuviae bevæge sig med overfladestrømme og ofte samle sig i stort tal på vindretningen side af vandområdet.

Selvom omkostningseffektiv, der er potentielle begrænsninger forbundet med denne fremgangsmåde, herunder: (1) manglende evne til at bestemme mikrohabitater anvendes af larver 32; (2) den manglende evne til at vurdere større livscyklus begivenheder og stadiums varighed før eclosion, da voltinism er ofteen udfordrende at bestemme 7; (3) stærk sæsonmæssige variation til assemblager opdaget 30; (4) en bias mod arter med let chitinized exuviae der nedbrydes eller synke i et hurtigere tempo 33; (5) ikke er i stand til at identificere prøver arter hvis pupper og voksne mænd har tidligere ikke været forbundet 5; og (6) vanskeligheden ved at estimere arealdensitet eller biomasse.

Som beskrevet ovenfor puppe exuviae er blandt de mest nyttige og omkostningseffektive livsstadier at medtage i akvatiske bioovervågnings undersøgelser 5. Fremtidige undersøgelser for at forbedre SFPE metoden omfatter test: (1) relevante replikationer; (2) delprøve størrelser; (3) passende hyppighed af prøvetagning begivenheder afhængig lokalitet og vandområde af interesse; og (4) forlis og opdeling for exuviae under forskellige betingelser for temperatur, fugtighed, nedbrydningsmidlet podning, og mekaniske forstyrrelser. Desuden bør fremtidige undersøgelser omfatter raffinementaf molekylære baserede identifikation teknikker, såsom DNA barcoding, at knytte puppe exuviae med larver og voksne 34-35.

Her har vi beskrevet chironomid SFPE prøvetagning, laboratorie behandling, slide montering, og slægten identifikation i detaljer. Den SFPE metoden er effektiv til at vurdere forskellige, udbredte chironomid fællesskaber og kan forøge bentiske prøver i studier af biologiske reaktioner på skiftende vandkvaliteten. Denne omkostningseffektive, alternativ RBP tilbyder flere forskellige fordele, der gør det velegnet til storskala analyser, som omfatter gentagne prøveudtagningstilfældene over længere tidsperioder.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne erklærer, at de ikke har nogen konkurrerende finansielle interesser.

Acknowledgments

Midler til at komponere og udgive dette papir blev tilvejebragt gennem flere tilskud og kontrakter til Chironomidae Research Group (LC Ferrington, Jr., PI) ved Institut for Entomologi ved University of Minnesota. Tak til Nathan Roberts til deling feltarbejde fotografier, der bruges som tal i videoen er forbundet med dette håndskrift.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Ethanol Fisher Scientific S25309B  70-95%
Plastic wash bottles Fisher Scientific 0340923B
Sample jar Fisher Scientific 0333510B Glass or plastic, 60-mL recommended
Testing sieve Advantech 120SS12F 125-micron mesh size
Larval tray BioQuip 5524 White
Stereo microscope
Glass shell vials Fisher Scientific 0333926B 1-dram size
Plastic dropper Thermo Scientific 1371110 30 to 35 drops/mL
Fine forceps BioQuip 4524 #5
Petri dish Carolina 741158 Glass or plastic
Multi-well plate Thermo Scientific 144530 Glass or plastic
Glass microslides Thermo Scientific 3010002 3 x 1 in.
Glass cover slips Thermo Scientific 12-519-21G Circular or square
Euparal mounting medium  BioQuip 6372B
Pigma pen BioQuip 1154F Black
Probe BioQuip 4751
Kimwipes Kimberly-Clark Professional™ 34120

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Southerland, M. T., Stribling, J. B. Biological Assessment and Criteria: Tools for Water Resource Planning and Decision Making. Davis, W. S., Simon, T. P. Lewis Publishers. 81-96 (1995).
  2. Merritt, R. W., Cummins, K. W., Resh, V. H., Batzer, D. P. An Introduction to the Aquatic Insects of North America. Merritt, R. W., Cummins, K. W., Berg, M. B. 4th edition, Kendall/Hunt Publishing Company. 15-37 (2008).
  3. Ferrington, L. C., et al. Sediment and Stream Water Quality in a Changing Environment: Trends and Explanation. International Association of Hydrological Sciences Press. 181-190 (1991).
  4. Ferrington, L. C. Freshwater Animal Diversity Assessment in Hydrobiology. Balian, E. V., Lévêque, C., Segers, H., Martens, K. Springer. Netherlands. 447-455 (2008).
  5. Ferrington, L. C., Berg, M. B., Coffman, W. P. An Introduction to the Aquatic Insects of North America. Merritt, R. W., Cummins, K. W., Berg, M. B. 4th ed, Kendall/Hunt Publishing Company. 847-989 (2008).
  6. Armitage, P. D., Cranston, P. S., Pinder, L. C. V. The Chironomidae: Biology and Ecology of Non-Biting Midges. 572, Chapman & Hall. (1995).
  7. Coffman, W. P. Energy Flow in a Woodland Stream Ecosystem: II. The Taxonomic Composition of the Chironomidae as Determined by the Collection of Pupal Exuviae. Archiv fur Hydrobiologie. 71, 281-322 (1973).
  8. Anderson, A. M., Ferrington, L. C. Proceedings of 18th International Symposium on Chironomidae on Fauna norvegica. Ekrem, T., Stur, E., Aagaard, K. 31, (2011).
  9. Bouchard, R. W., Ferrington, L. C. The Effects of Subsampling and Sampling Frequency on the Use of Surface-Floating Pupal Exuviae to Measure Chironomidae (Diptera) Communities in Wadeable Temperate Streams. Environmental Monitoring and Assessment. 181, 205-223 (2011).
  10. Wilson, R. S. Monitoring the Effect of Sewage Effluent on the Oxford Canal Using Chironomid Pupal Exuviae. Water and Environment Journal. 8, 171-182 (1994).
  11. Wentsel, R., McIntosh, A., McCafferty, W. P. Emergence of the Midge Chironomus tentans when Exposed to Heavy Metal Contaminated Sediment. Hydrobiologia. 57, 195-196 (1978).
  12. Thienemann, A. Das Sammeln von Puppenhäuten der Chironomiden. Eine Bitte um Mitarbeit. Archiv fur Hydrobiologie. 6, 213-214 (1910).
  13. Anderson, A. M., Kranzfelder, P., Egan, A. T., Ferrington, L. C. Survey of Neotropical Chironomidae (Diptera) on San Salvador Island, Bahamas. Florida Entomologist. 97, 304-308 (2014).
  14. Coffman, W. P., de la Rosa, C. Taxonomic Composition and Temporal Organization of Tropical and Temperate Assemblages of Lotic Chironomidae. Journal of the Kansas Entomological Society. 71, 388-406 (1998).
  15. Brundin, L. Transantarctic Relationships and their Significance, as Evidenced by Chironomid Midges. With a Monograph of the Subfamilies Podonominae and Aphroteniinae and the Austral Heptagyiae. Svenska Vetenskapsakademiens Handlingar. 11, 1-472 (1966).
  16. Anderson, A. M., Ferrington, L. C. Resistance and Resilience of Winter-Emerging Chironomidae (Diptera) to a Flood Event: Implications for Minnesota Trout Streams. Hydrobiologia. 707, 59-71 (2012).
  17. Anderson, T. Contributions to the Systematics and Ecology of Aquatic Diptera-A Tribute to Ole A. Saether. Caddis Press. 99-105 (2007).
  18. Bouchard, R. W., Ferrington, L. C. Winter Growth, Development, and Emergence of Diamesa mendotae (Diptera: Chironomidae) in Minnesota Streams. Environmental Entomology. 38, 250-259 (2009).
  19. Hardwick, R. A., Cooper, P. D., Cranston, P. S., Humphrey, C. L., Dostine, P. L. Spatial and Temporal Distribution Pattens of Drifting Pupal Exuviae of Chironomidae (Diptera) in Streams of Tropical Northern Australia. Freshwater Biology. 34, 569-578 (1995).
  20. Wilson, R. S., Bright, P. L. The Use of Chironomid Pupal Exuviae for Characterizing Streams. Freshwater Biology. 3, 283-302 (1973).
  21. Raunio, J., Paavola, R., Muotka, T. Effects of Emergence Phenology, Taxa Tolerances and Taxonomic Resolution on the Use of the Chironomid Pupal Exuvial Technique in River Biomonitoring. Freshwater Biology. 52, 165-176 (2007).
  22. Ruse, L. Lake Acidification Assessed using Chironomid Pupal Exuviae. Fundamental and Applied Limnology. 178, 267-286 (2011).
  23. Rufer, M. R., Ferrington, L. C. Sampling Frequency Required for Chironomid Community Resolution in Urban Lakes with Contrasting Trophic States. Boletim do Museu Municipal do Funchal (História Natural) Supplement. 13, 77-84 (2008).
  24. CEN. 15196, European Committee for Standardization. Brussels. 1-13 (2006).
  25. Ferrington, L. C. Collection and Identification of Surface Floating Pupal Exuviae of Chironomidae for Use in Studies of Surface Water Quality. Standard Operating Procedure No. FW 130A. (1987).
  26. Saither, O. A. Glossary of Chironomid Morphology Terminology (Chironomidae Diptera). Entomologica Scandinavica Supplement. 14, 51 (1980).
  27. Pinder, L. C. V., Reiss, F. Chironomidae of the Holarctic region. Keys and Diagnoses Part 2. Pupa. Wiederholm, T. 28, Entomologica Scandinavica Supplement. 299-456 (1986).
  28. Wiederholm, T. Chironomidae of the Holarctic region - Keys and Diagnoses, Part 2, Pupae. 28, Entomologica Scandinavica Supplement. (1989).
  29. Merritt, R. W., Webb, D. W. An Introduction to the Aquatic Insects of North America. 4th edition, Kendall/Hunt Publishing Company. (2008).
  30. Wilson, R. S., Ruse, L. P., Sutcliffe, D. W. A Guide to the Identification of Genera of Chironomid Pupal Exuviae Occurring in Britain and Ireland (including Common Genera from Northern Europe) and Their Use in Monitoring Lotic and Lentic Fresh Waters. Freshwater Biological Association. (2005).
  31. Egan, A. T. Communities in Freshwater Coastal Rock Pools of Lake Superior, with a Focus on Chironomidae (Diptera). University of Minnesota. (2014).
  32. Raunio, J., Heino, J., Paasivirta, L. Non-Biting Midges in Biodiversity Conservation and Environmental Assessment: Findings from Boreal Freshwater Ecosystems. Ecological Indicators. 11, 1057-1064 (2011).
  33. Kavanaugh, R. G., Egan, A. T., Ferrington, L. C. Factors affecting decomposition rates of chironomid (Diptera) pupal exuviae. Chironomus: Newsletter on Chironomidae Research. 27, 16-24 (2014).
  34. Anderson, A. M., Stur, E., Ekrem, T. Molecular and Morphological Methods Reveal Cryptic Diversity and Three New Species of Nearctic Micropsectra (Diptera: Chironomidae). Freshwater Science. 32, 892-921 (2013).
  35. Ekrem, T., Willassen, E. Exploring Tanytarsini Relationships (Diptera: Chironomidae) using Mitochondrial COII Gene Sequences. Insect Systematics & Evolution. 35, 263-276 (2004).
  36. Ekrem, T., Willassen, E., Stur, E. A Comprehensive DNA Sequence Library is Essential for Identification with DNA Barcodes. Molecular Phylogenetics and Evolution. 43, 530-542 (2007).
Anvendelse af Chironomidae (Diptera) Overflade-Floating puppe Exuviae som Rapid Bioassessment protokol for vandområder
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kranzfelder, P., Anderson, A. M., Egan, A. T., Mazack, J. E., Bouchard, Jr., R. W., Rufer, M. M., Ferrington, Jr., L. C. Use of Chironomidae (Diptera) Surface-Floating Pupal Exuviae as a Rapid Bioassessment Protocol for Water Bodies. J. Vis. Exp. (101), e52558, doi:10.3791/52558 (2015).More

Kranzfelder, P., Anderson, A. M., Egan, A. T., Mazack, J. E., Bouchard, Jr., R. W., Rufer, M. M., Ferrington, Jr., L. C. Use of Chironomidae (Diptera) Surface-Floating Pupal Exuviae as a Rapid Bioassessment Protocol for Water Bodies. J. Vis. Exp. (101), e52558, doi:10.3791/52558 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter