Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Environment

Gebruik van Chironomidae (Diptera)-Surface Drijvende Pupal Exuviae als Rapid Protocol Bioassessment voor Water Bodies

doi: 10.3791/52558 Published: July 24, 2015

Abstract

Snelle protocollen bioassessment met benthische macro-invertebraat levensgemeenschappen assemblages zijn met succes gebruikt om de menselijke invloed op de waterkwaliteit te beoordelen. Helaas, traditionele benthonische larvale bemonsteringsmethoden, zoals de dip-net kan tijdrovend en duur. Een alternatief protocol gaat collectie Chironomidae oppervlak zwevende pupal exuviae (SFPE). Chironomidae is een soortenrijke familie van vliegen (Diptera), waarvan de onvolwassen stadia typisch voorkomen in aquatische habitats. Adult chironomiden komen uit het water, het verlaten van hun pupal skins, of exuviae, drijvend op het wateroppervlak. Larvenhuidje accumuleren vaak langs de oevers of achter obstakels door de werking van de wind of stroming, waar ze kunnen worden verzameld om de diversiteit en rijkdom chironomid beoordelen. Chironomiden kan als belangrijke biologische indicatoren, aangezien sommige soorten beter bestand tegen vervuiling dan andere. Daarom is de relatieve overvloed en soortensamenstelling van verzamelde SFPE weerspiegelenveranderingen in de kwaliteit van het water. Hier werkwijzen geassocieerd met dataverzamelauto, laboratorium verwerken, glijbaan montage en identificatie van chironomiden SFPE worden beschreven. Voordelen van de SFPE methode omvatten minimale verstoring op een sampling gebied, efficiënt en economisch monstername en laboratorium verwerken, het gemak van identificatie, toepasbaarheid in bijna alle aquatische milieu, en een potentieel gevoeliger maatstaf van ecosysteem stress. Beperkingen zijn onder andere het onvermogen om larvale microhabitat gebruik en het onvermogen te bepalen pupal exuviae identificeren soorten, als zij zijn niet geassocieerd met volwassen mannen.

Introduction

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

Biologische monitoring programma's, die levende organismen gebruiken om milieu en gezondheid te evalueren, worden vaak gebruikt om de waterkwaliteit te beoordelen of monitor succes van het ecosysteem restauratie programma. Rapid bioassessment protocollen (RBP) met behulp van macro-invertebraat levensgemeenschappen bodemdieren assemblages zijn populair onder water staat resource agentschappen sinds 1989 1. De traditionele methoden van bemonstering benthische macroinvertebraten voor RBPs, zoals de dip-net, Surber sampler en Hess sampler 2, kunnen worden tijd- consumeren, dure, en mag alleen assemblages te meten van een bepaalde microhabitat 3. Een efficiënte, alternatieve RBP voor het genereren van biologische informatie over een bepaald waterlichaam gaat collectie Chironomidae oppervlak zwevende pupal exuviae (SFPE) 3.

De Chironomidae (Insecta: Diptera), algemeen bekend als non-bijten midges, zijn holometabolous vliegen die typisch voorkomen in het aquatisch milieu vóór opkomst als volwassenen 60, op het oppervlak van het water. De chironomid familie rijk zijn aan soorten, met ongeveer 5.000 soorten wereldwijd beschreven; worden echter wel 20.000 soorten schatting bestaan ​​4. Chironomiden zijn nuttig in het documenteren van het water en de habitat kwaliteit in vele aquatische ecosystemen vanwege hun hoge diversiteit en variabele tolerantie vervuiling niveau 5. Bovendien zijn ze vaak de meest voorkomende en wijdverbreide bentische macrofauna in aquatische systemen, doorgaans goed voor 50% of meer van de soorten in de gemeenschap 5,6. Na de opkomst van de aardse volwassene, de pupal exuviae (pupal huid te brengen) blijft drijven op het oppervlak van het water (figuur 1). Pupal exuviae ophopen langs banken of achter obstakels door de werking van wind of water stroom en kan gemakkelijk en snel worden verzameld om een uitgebreide steekproef van chironomid soorten die tijdens de vorige 24-48 uur 7 naar voren zijn gekomen geven.

ntent "> De relatieve overvloed en taxonomische samenstelling van de verzamelde SFPE weerspiegelt waterkwaliteit, gezien het feit dat sommige soorten zijn erg tolerant vervuiling, terwijl anderen heel gevoelig 5 De SFPE methode heeft veel voordelen ten opzichte van traditionele larvale chironomid sampling technieken, waaronder:. (1) minimale , indien van toepassing, habitat verstoring optreedt bij een sampling gebied, (2) monsters niet gericht op het verzamelen van levende organismen, maar de niet-levende huid, zodat het traject van de gemeenschap dynamiek wordt niet beïnvloed, (3) de identificatie naar geslacht, en vaak species, is relatief eenvoudig gegeven betreffende toetsen en beschrijvingen van 3; (4) het verzamelen, verwerken, en het identificeren van monsters is efficiënt en economisch in vergelijking met de traditionele steekproefmethoden 3,8,9; (5) geaccumuleerde exuviae vertegenwoordigen taxa die zijn ontstaan ​​uit een breed scala van microhabitats 10; (6) de methode is toepasbaar in bijna alle aquatische milieu, met inbegrip van beken en rivieren, estuaria, lakes, vijvers, rock zwembaden, en wetlands; en (7) SFPE misschien een meer gevoelige indicator van de gezondheid van het ecosysteem, omdat ze individuen dat alle onvolwassen stadia hebben voltooid en met succes naar voren als volwassenen 11 vertegenwoordigen.

De SFPE methode is niet een nieuwe aanpak voor het verzamelen van informatie over chironomid gemeenschappen. Gebruik van SFPE werd voor het eerst voorgesteld door Thienemann 12 in het begin van 1900. Een verscheidenheid van studies hebben SFPE gebruikt voor taxonomische enquêtes (bv 13-15), biodiversiteit en ecologische studies (bv 7,16-19), en biologische evaluaties (bijvoorbeeld, 20-22). Daarnaast hebben sommige studies gericht verschillende aspecten van het monster ontwerp, steekproefomvang, en het aantal van het monster gebeurtenissen die nodig zijn voor het bereiken van verschillende niveaus detectie van soorten of genera (bijv, 8,9,23). Deze studies geven aan dat relatief hoge percentages soorten of genera kunnen worden gedetecteerd met matige effort of kosten in verband met het monster verwerking. Bijvoorbeeld, Anderson en Ferrington 8 bepaald dat op basis van een 100-count subgroep, werd 1/3 rd minder tijd nodig om SFPE monsters in vergelijking met dip-net samples halen. Een andere studie vastgesteld dat 3-4 SFPE monsters kunnen worden gesorteerd en geïdentificeerd voor elke dip-net monster en dat SFPE monsters waren efficiënter dan dip-net monsters bij het ​​opsporen van soorten als soortenrijkdom gestegen 3. Bijvoorbeeld, in inrichtingen met soortenrijkdom waarden van 15-16 species, de gemiddelde dip-net efficiency was 45,7%, terwijl SFPE monsters waren 97,8% efficiënt 3.

Belangrijk is dat de werkwijze SFPE gestandaardiseerd in de Europese Unie 24 (zogenaamde chironomiden pupal larvenhuidje techniek (CPET)) en Noord-Amerika 25 ecologische beoordeling, maar de werkwijze is niet in detail beschreven. Een toepassing van de SFPE methode beschreven door 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. Voorbereiding van het veld Collection Supplies

  1. Bepaal het aantal SFPE monsters die op basis van de studie ontwerp moet worden verzameld en het verwerven van één monster pot (bv 60 ml) voor elk monster.
  2. Bereid twee datum en plaats etiketten voor elk monster pot. Plaats een aan de binnenzijde en bevestig de andere naar de buitenzijde van de pot. Zorg ervoor dat elke datum en plaats label bevat de volgende informatie: land, staat, provincie, stad, water lichaam, GPS-coördinaten, datum en naam van de persoon (s) het verzamelen van het monster.
  3. Verzamel andere specifieke materialen en apparatuur (zie Tabel van specifieke materialen / Equipment).

2. Het gebied Collection

  1. Houd een larvale dienblad in één hand en een zeef in de andere. Dompel de larvale lade in het water waar SFPE accumuleren (bijvoorbeeld, schuim ophopingen, haken en ogen, opkomende vegetatie, puin, rug draaikolken, en langs bank randen) (Figuur 2A), laat wateh, exuviae, en puin op de larvale lade te voeren, en giet dit materiaal door de zeef. Bij bemonstering in een macrofyten systeem beginnen bij het ​​stroomafwaartse einde van de sample bereik en werken upstream (figuur 2B). Als bemonstering in een LENTIC systeem, beginnen op de wind mee kustlijn.
    1. Herhaal stap 2.1 voor 10 min (of zoals anders gedefinieerd voor een specifieke regeling bemonstering) binnen elke vooraf gedefinieerde sample bereik (typisch 100-200 m voor monsters verzameld uit beken, maar afhankelijk van de totale oppervlakte van het water toezicht op site); bewegen tussen SFPE accumulatie gebieden aangewezen.
  2. Concentreer puin in een gebied van de zeef met behulp van een spuitfles gevuld met water uit het monster plaats voorzichtig overbrengen SFPE monster gelabelde monster pot met behulp van forceps en een stroom van ethanol uit een spuitfles. Vul monster pot met ethanol.
  3. Herhaal stap 2,1-2,2 voor alle monsters.

3. Steekproef Picking

NB: De rest van dit protocol heeft betrekking op een 300 SFPE subgroep en moet mogelijk worden aangepast voor andere submonster maten. Zie Bouchard en Ferrington's 9 subsampling en bemonsteringsfrequentie richtlijnen voor tailoring SFPE methoden om te studeren-specifieke doelen en middelen te voldoen.

  1. Wijs een 1-dram flesje voor elk SFPE monster; bereiden een datum en plaats label te plaatsen in elk flesje en vul de flacon ¾ vol met ethanol.
  2. Verwijder het deksel van het overeenkomstige monster pot en controleer bevestigd pupal exuviae. Voorzichtig Spoel de inhoud van de deksel op een petrischaal met behulp van een spuit fles gevuld met ethanol. Zoek en verwijder het etiket van de binnenkant van het monster pot met behulp van een tang en voorzichtig spoel de inhoud van de label op de petrischaal. Stel label opzij.
  3. Breng de inhoud van de pot in een monster larvale lade spoelen met ethanol zodat er geen SFPE blijven het monster pot. Overdracht van een deel van de pupal exuviae, Resiverschuldigd, en ethanol uit de lade naar de petrischaal. Zorg ervoor dat het monster is bedekt met ethanol.
  4. Plaats de petrischaal onder een stereo-microscoop. Systematisch scannen van de inhoud van de petrischaal voor pupal exuviae. Pak alle pupal exuviae van het gerecht met behulp van een tang en plaats in de flacon. Heeft exemplaren die zijn gebroken niet halen (dat wil zeggen, niet ten minste de helft van het kopborststuk en de buik), gedroogd, of gecomprimeerd om later identificatie problemen te voorkomen.
    OPMERKING: identificatie species vereist vaak dat het gehele specimen aanwezig is, hoewel in sommige gevallen, kan genus niveau identificatie mogelijk met gedeeltelijke specimens.
    1. Swirl schotel en scannen extra pupal larvenhuidje, inclusief die kunnen worden geplakt wanden van de capsule, evenals eventuele kleine en doorzichtige monsters die niet zijn aanvankelijk gedetecteerd. Herhaal dit tot twee opeenvolgende scans laten geen extra pupal exuviae.
  5. Herhaal stap 3.3 en3.4 totdat alle of 300 pupal exuviae zijn geplukt. Bij 300 pupal exuviae zijn geplukt, de terugkeer van de residu van de petrischaal op de larvale lade en spoel de petrischaal met ethanol. Vervolgens overdracht van de residu van de larvale lade om de lege monster pot, voeg de datum en plaats label, en doe de deksel op de pot. Behoudt of van residuen volgens de project-specifieke protocollen.

4. Steekproef sorteren

  1. Giet al geplukt pupal exuviae van de gelabelde flacon in een petrischaal gevuld met voldoende ethanol om gewoon exemplaren dekken.
  2. Onder een stereomicroscoop, aparte specimens in verschillende morfologische groepen (dwz morphotaxa) en plaats elke morphotaxon in afzonderlijk een gelabelde flesjes gevuld 3/4 ste vol met ethanol.
    1. Gebruik maken van externe morfologische kenmerken te chironomid morphotaxa scheiden. Bijvoorbeeld, de cephalothorax gebruikt verschillen bij aanwezigheid, grootte, vorm, enverkleuring van de Cephalic tuberkels, frontale wratten, frontale setae, en thoracale hoorn. Uit de buik, gebruikt stekels, hookrows, chagrijnleer, setae en uitlopers van de buiksegmenten, naast de anale lobben voor morphotaxa scheiden (Figuur 4A). Zie Ferrington, et al. 5, Sæther 26, Pinder en Reiss 27 voor bijkomende omschrijvingen en figuren van morfologische kenmerken.
    2. Gebruik extra ethanol als specimens beginnen te drogen.

5. Schuif Montage

  1. Vul een putje van een plaat met meerdere holtes voor elk morphotaxon met 95% ethanol.
    1. Plaats meerdere representaties (bijvoorbeeld 25% van het totaal) van elk morphotaxon te glijden aangebracht in afzonderlijke putjes van de plaat. Laat exemplaren om goed te zitten voor ten minste 10 minuten voldoende uitdrogen.
  2. Label dia's met de juiste site, verzamelen, en de identificatie information (Figuur 3).
  3. Plaats dia op de stereo-microscoop.
    Opmerking: Een model van de schuif met plakband aan de fase is nuttig voor consistente plaatsing.
  4. Plaats een druppel Euparal op de dia; verspreid het Euparal zodat benadert de grootte van het dekglaasje. Gebruik een goede ventilatie bij het werken met Euparal.
    OPMERKING: Gebruik een goede ventilatie bij het werken met Euparal.
  5. Insluiten een vertegenwoordiger van de eerste morphotaxon in de Euparal behulp van een tang.
    OPMERKING: Om overtollige ethanol vervallen van het monster, met behulp van een tang, tik monster op laboratorium doekjes voorafgaand aan de inbedding in Euparal.
  6. Scheid de kopborststuk van de buik met behulp van fijne punt tang en / of dissectie sondes (Figuur 4A).
    1. Splits het kopborststuk langs de ecdysial hechtdraad (Figuur 4B) en open het kopborststuk, zodat de hechtdraad randen aan weerszijden (Figuur 4C).
    2. Richt de cephalothorax zodat de buikzijde naar boven (Figuur 4C).
    3. Plaats de buik dorsale kant naar boven; plaats direct onder de cephalothorax (Figuur 4C).
  7. Plaats een dekglaasje op het monster. Houd dekglaasje op een hoek, met een rand aanraken van de glijbaan, en dan langzaam lager en laat de dekglaasje om de vorming luchtbel te verminderen. Druk lichtjes op het dekglaasje om het monster af te vlakken.
  8. Herhaal stap 5.3 tot 5.7 voor alle gedroogde exemplaren.

6. Genus Identification

  1. Bepaal geslacht van-slide gemonteerde exemplaren met behulp van een samengestelde microscoop. Identificeer exemplaren tot het genus met de toetsen en diagnoses in Wiederholm 28 en Ferrington, et al. 5. Indien nodig, bevestigt familie-niveau identificatie met behulp Ferrington, et al. 5. OPMERKING: Er zijn tal van generieke omschrijvingen en revisies sinds Wiederholm 28 en Ferrington geweest,et al. 5 derhalve deze toetsen en diagnoses onvolledig en moeten worden aangevuld met primaire literatuur.

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

Figuur 1 illustreert de chironomid levenscyclus; onvolwassen stadia (ei, larve, pop) neemt doorgaans plaats in, of nauw verbonden met een aquatisch milieu. Na voltooiing van de larvale levensfase, de larve construeert een slangvormig shelter en hecht zich met zijden afscheidingen op de omringende substraat en verpopping plaatsvindt. Nadat de ontwikkeling van volwassen gerijpt, de pop losmaakt en zwemt naar de oppervlakte van het water waarin de volwassene kan voortkomen uit het popstadium exuviae. De larvenhuidje vult met lucht, en uit hoofde van een buitenste waslaag van de cuticula, blijft drijven op het wateroppervlak tot bacteriën beginnen de waslaag ontleden.

Water stromen of wind concentraat drijvende pupal exuviae naar gebieden van de accumulatie, zoals waar oevervegetatie of omgevallen bomen maken contact met het wateroppervlak, geïllustreerd in figuur 2A. Een larvale tray en zeef kan worden gebruikt voor het verzamelen en popstadium# 160, van deze natuurlijke accumulatie gebieden en het ontstaan ​​van Chironomidae evalueren van een breed spectrum van microhabitats, zoals getoond in figuur 2B. Voor bepaalde toepassingen is het belangrijk om monsters te nemen op een consistente, gestandaardiseerde wijze zodat er vergelijkingen kunnen worden gemaakt tussen verschillende bemonsteringspunten of in de tijd bij een gegeven monster plaats. Tien minuten verzamelperioden bleken adequate evaluaties van chironomiden relatieve abundantie 3,25 verschaffen. Bijvoorbeeld Ferrington, et al. 3 onderzocht opkomst ramingen van de soort Chironomus riparius en vond dat de schattingen niet fundamenteel verschillen na 12 pan dips geanalyseerd. Binnen een 10-minuten collectie periode, veel meer dan 12 dips zijn meestal verkregen, dus voelen we ons ervan overtuigd dat de meerderheid van de overvloedige soorten binnen een monster te bereiken zal worden gedetecteerd in deze periode. 3

Zodra SFPE monsters zijn verzameld, geplukt en gesorteerd specimens zijn slide gemonteerd geslacht of soort identificatie en creatie van voucher exemplaren. Het labelen van de dia's met de juiste site, inzameling, en de identificatie informatie wordt aanbevolen, zoals in figuur 3. Typisch, de plaats label toont informatie over het land, staat, water lichaam, GPS-coördinaten, studie website ID, inzameling datum en de naam van de persoon die het monster verzameld. Daarnaast zal dit label een uniek nummer voor elke dia-dia gemonteerd exemplaar te hebben. De identificatie label toont het geslacht en de soort (indien van toepassing) de identificatie en de naam van de persoon die het specimen geïdentificeerd.

Pupal exuviae moeten correct worden ontleed en gericht voor identificatie genus en voucher prepareren. Figuur 4A toont de juiste dorsale zijde naar boven pupal exuviae plaatsing op de dia. Tijdens de plaatsing op de glijbaan, mag exemplaren in eerste instantie niet liegen dorsale kant naar boven, omdat ze cylindRical in vorm en vaak gevuld met ethanol en luchtbellen. Derhalve behulp van een tang of een dissectie probe enigszins comprimeren de buik in de richting Euparal de glijbaan voorgesteld. Compressie moet het monster oriënteren in dorsale uitzicht en verdrijven de meeste van de ethanol en luchtbellen. Figuur 4B toont de dissectie dat de kopborststuk van de buik scheidt. Tijdens deze dissectie, is het kenmerkend voor beginners om de buik tussen de eerste en tweede abdominaalsegment scheuren. Voorzichtigheid is geboden bij het ​​handhaven van de eerste abdominale segment met de rest van het abdomen geplaatst. Figuur 4C toont de juiste dissectie en oriëntatie van het popstadium larvenhuidje vóór plaatsing van het dekglaasje. Voor sommige monsters, kan het moeilijk zijn om de cephalothorax openen, zodat de hechtdraad randen aan weerszijden en de cephalothorax is georiënteerd in ventrale weergave. Ook een geringe dorsoventral compressie van de cephalothorax om dit te bereiken placement aanbevolen.

Collecties van SFPE zijn met succes gebruikt in de stedelijke meren in Minnesota om ophoping van soorten (Figuur 5A) en geslacht rijkdom (Figuur 5B) en cumulatief soortensamenstelling bepalen langs een helling van de gemiddelde fosforconcentratie / betekenen meer diepte (Figuur 6) 23. Gebaseerd op deze resultaten, heeft een studie proof-of-concept is voor de lange termijn monitoring van Chironomidae geïmplementeerd in relatie tot klimaatverandering in sentinel meren over Minnesota ( http://midge.cfans.umn.edu/research/biodiversity/chironomidae -slice-meren / ). Rufer en Ferrington 23 bepaald dat vier SFPE samples per meer per seizoen herstelde de meerderheid van de chironomid gemeenschap en gedetecteerd belangrijke seizoensvariatie in stedelijke meren (Figuur 5A B,). In alle 16 meren, april monsters bevatte different taxa dan mei tot en met september monsters. Daarom is in noordelijke gematigde gebieden, bemonstering vier keer per seizoen wordt aanbevolen, met een monster in april en drie monsters tussen mei en september. Voor verschillende geografische gebieden en klimaten, de bemonsteringsmethode moet worden afgestemd op het gebied naar het gedeelte van de verzamelde gemeenschap te maximaliseren.

Figuur 1
Figuur 1. Chironomid levenscyclus. Er zijn vier levensfasen, ei, larve, pop en volwassen, in de chironomid levenscyclus. Vrouw volwassenen leggen eieren op het oppervlak van het water. Eieren zinken naar de bodem en typisch uitkomen in verscheidene dagen tot een week. Na het verlaten van het ei massa, larven ingraven in de modder of bouwen kleine buizen waarin zij leven, voeden en ontwikkelen. Larven veranderen in poppen terwijl nog in de buizen. Na verpopping, poppen actief zwemmen naar het oppervlak van dewater en volwassenen komen uit de pupal exuviae. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2
Figuur 2. Voorbeelden van een gebied van SFPE accumulatie en veld verzameling technieken in een stroom. (A) Een voorbeeld van waar de SFPE stroomopwaarts van een log zou accumuleren. De witte, schuimachtige materiaal een combinatie van organisch materiaal, zoals waterplanten en algen, en kunnen honderden tot duizenden popstadium exuviae bevatten. (B) Een voorbeeld van hoe een verzamelaar een zeef en larvale lade om SFPE te verzamelen van de oeverstaten oevers van de beek zou gebruiken. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3
Figuur 3. Schematische weergave van locaties van datum glijbaan en plaats label (links), identificatielabel (rechts), en schuif gemonteerd pupal exuviae onder dekglaasje (midden). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4
Figuur 4. Stap-voor-stap pupal exuviae dissectie en oriëntatie. (A) Undissected pupal exuviae (kopborststuk en achterlijf met segmenten genummerd in dorsale view). (B) Dissected pupal exuviae (kopborststuk en de buik in dorsale view). (C) ontleed en gericht pupal exuviae (cephalothorax: ventral view; buik. dorsale view) Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 5
Figuur 5: Taxonomische accumulatie curves voor SFPE monsters verzameld uit 16 stedelijke meren in Minnesota. Voor beide panelen, elke gekleurde lijn is een van de 16 meren. Zie Rufer en Ferrington 23 voor een gedetailleerde beschrijving van de kenmerken van elk meer. Elk gegevenspunt vertegenwoordigt een maandelijkse 10-min SFPE monster tijdens de ijsvrije maanden van 2005 (april tot oktober) langs de downwind kust verzameld. A) Soort accumulatie curves voor SFPE monsters. B) Genus accumulatie curves voor SFPE monsters. Klik hier om een grotere versie van thi bekijkens figuur.

Figuur 6
Figuur 6: Cumulatieve soorten ontdekt over een helling van meer chemie van meerdere SFPE monsters als een functie van de gemiddelde epilimnetic fosfor concentratie (ug / l) dan de gemiddelde diepte meer (m) van 16 stedelijke meren in Minnesota. Elk gegevenspunt is een van de 16 meren; meren worden gesorteerd van de laagste tot de hoogste gemiddelde fosfor / gemiddelde diepte. Zie Rufer en Ferrington 23 voor een gedetailleerde beschrijving van de kenmerken van elk meer. Cumulatief aantal soorten aangetroffen neemt toe naarmate de verhouding van de gemiddelde fosforconcentratie via betekenen meerdiepte toeneemt.

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 meest kritische stappen voor een succesvolle SFPE monstername, het plukken, sorteren, glijbaan montage, en de identificatie zijn: (1) het lokaliseren van gebieden met een hoge SFPE accumulatie binnen het studiegebied tijdens veld verzameling (Figuur 2A); (2) langzaam scannen van de inhoud van de petrischaal voor detectie van alle SFPE tijdens monster picking; (3) ontwikkeling van de nodige handvaardigheid de kopborststuk van de buik ontleden tijdens slide bevestiging (figuur 4A); en (4) de erkenning van de belangrijkste morfologische kenmerken van chironomid pupal exuviae te kunnen identificeren genus.

Het detecteren van gebieden met een hoge SFPE accumulatie (Figuur 2A) is de belangrijkste stap in de succesvolle SFPE monstername. Pupal exuviae zijn gevangen in waterplanten of menselijke structuren zoals boot hellingen, en golven kunnen concentreren drijvend materiaal in de offshore "wiersen" 30. Voor grotere watermassa's,de identificatie van de natuurlijke gebieden van accumulatie kan vereisen lokaliseren studie websites op basis van windpatronen of het gebruik van waterscooters op toegang gebieden waar pupal exuviae worden vergaren. Een monster met een voldoende SFPE moeten worden verzameld om de aanwezigheid van nieuwe species te detecteren en schatten van de relatieve abondantie van afzonderlijke soorten met een hoge nauwkeurigheid. Tijdens sample sorteren, moet langzaam scannen de petrischaal meerdere malen kleinere (3-6 mm lang), licht gepigmenteerd specimens. SFPE vasthouden vaak algen, bladeren, stelen, zaden en bloemen, en daarom mogen tijdens de eerste scan worden gedetecteerd. Ook dit protocol vereist een zorgvuldige dissectie en schuif het monteren van het kopborststuk van de buik voor genus identificaties (Figuur 4A). Gebruik fijne punt tang en / of dissectie sondes naar exuviae ontleden tussen het kopborststuk en de eerste abdominale segment. Tenslotte kan genus identificatie moeilijk nieuwe taxonomists zijn.Neem de tijd om de morfologie en de terminologie van chironomid poppen te bestuderen alvorens te beginnen met monsters te identificeren genus. Zie Wiederholm 28 en Ferrington, et al. 5 voor sleutels en diagnoses van chironomid geslachten. Als identificatie vaardigheden zijn een punt van zorg, kunnen alle dia's of een subset van voucher exemplaren naar een laboratorium worden gestuurd met de juiste vaardigheden.

Op basis van de gespreide volwassen emergences in de meeste gemeenschappen, worden meerdere sampling gebeurtenissen geadviseerd, en voor de lange termijn studies, kan een proefproject de meest bruikbare bemonstering keer voorafgaand aan de afronding van methoden te bepalen. Zelfs met meerdere, seizoen gerichte bemonstering gebeurtenissen, zal een deel van de gemeenschap onopgemerkt blijven, hoewel deze vaak zeldzame taxa 31. Voor de bemonstering frequentie aanbevelingen, zie Bouchard en Ferrington 9 voor beken en Rufer en Ferrington 23 voor meren. De belangrijkste zorg met betrekking tot bemonstering methodologie heeft betrekking op SFPE drijvende afstand. In beken, typische drift tussen 50-250 m, terwijl in de grotere rivieren exuviae kunnen bewegen tot 2 km 30. Field aanwijzingen dat vijftig procent of meer van de larvenhuidje niet meer dan 100 meter stroomafwaarts van waar de volwassen komt 20 te verplaatsen. Daarom, als men verzamelt SFPE uit een steekproefomvang bereik van 500 meter stroomafwaarts van een vermoedelijke verontreiniging, is het waarschijnlijk dat het merendeel van de verzamelde monsters voltooiden hun levenscyclus in het vermoedelijke effect zone 25. In meren, vijvers en zwembaden, zal pupal exuviae bewegen met oppervlakte stromingen en vaak te verzamelen in grote aantallen op de wind kant van het water lichaam.

Hoewel kostenefficiënte en er potentiële beperkingen verbonden aan deze methode, zoals: (1) het onvermogen om microhabitats gebruikt larven 32 bepalen; (2) het onvermogen om grote levenscyclus gebeurtenissen en duur instar vóór eclosion beoordelen, omdat voltinism is often uitdagend om te bepalen 7; (3) sterk seizoensgebonden variabiliteit aan assemblages gedetecteerd 30; (4) een vooroordeel tegen soort met licht chitinized exuviae die breken of zinken in een sneller tempo 33; (5) niet in staat om exemplaren te identificeren soorten als poppen en volwassen mannetjes nog niet eerder in verband gebracht 5; en (6) het bezwaar schatten oppervlaktedichtheid of biomassa.

Zoals hierboven is beschreven, pupal larvenhuidje behoren tot de meest bruikbare en kostenefficiënte levensstadia in aquatische biomonitoringstudies 5 op te nemen. Toekomstige studies naar de SFPE methode te verbeteren zijn onder andere het testen van: (1) passende herhalingen; (2) submonster maten; (3) de juiste frequentie van de steekproeven, afhankelijk van plaats en water lichaam van belang; en (4) zinken en afbraaksnelheid van larvenhuidje onder verschillende omstandigheden van temperatuur, vochtigheid, ontleder inoculatie en mechanische storingen. Bovendien dienen toekomstige studies omvatten verfijningvan de moleculaire basis van identificatie technieken, zoals DNA-barcoding, om pupal exuviae met larven en volwassenen 34-35 associëren.

Hier hebben we beschreven chironomid SFPE monstername, laboratorium verwerken, glijbaan montage en geslacht identificatie in detail. De SFPE methode is efficiënt voor het beoordelen van diverse, wijdverspreide chironomid gemeenschappen en kunnen benthische monsters in studies van biologische reacties te vergroten op veranderende waterkwaliteit. Deze kosten-effectieve, alternatieve RBP biedt een aantal duidelijke voordelen dat het goed geschikt voor grootschalige analyses maken dat herhaalde bemonstering gebeurtenissen gedurende langere tijd onder.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs verklaren dat ze geen concurrerende financiële belangen.

Acknowledgments

De financiering voor het samenstellen en publiceren van dit artikel werd verstrekt door meerdere subsidies en contracten aan de Chironomidae Research Group (LC Ferrington, Jr., PI) in de afdeling Entomologie aan de Universiteit van Minnesota. Met dank aan Nathan Roberts voor het delen van foto's veldwerk gebruikt als cijfers in de video geassocieerd met dit manuscript.

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).
Gebruik van Chironomidae (Diptera)-Surface Drijvende Pupal Exuviae als Rapid Protocol Bioassessment voor Water Bodies
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