Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Environment

שימוש בChironomidae (כפולי כנף) גלמי Exuviae כמהיר Bioassessment פרוטוקול לגופי מים צפים-שטח

doi: 10.3791/52558 Published: July 24, 2015

Abstract

פרוטוקולי bioassessment מהירים באמצעות מכלולי macroinvertebrate benthic שימשו בהצלחה על מנת להעריך את השפעות אדם על איכות מים. למרבה הצער, שיטות מסורתיות benthic זחל דגימה, כגון הטבילה-נטו, יכולות להיות זמן רב ויקר. פרוטוקול חלופי כרוך אוסף של exuviae Chironomidae צפה משטח גלמים (SFPE). Chironomidae היא משפחה עשיר במינים של זבובים (כפולי כנף) שלבים שבשלה מתרחשים בדרך כלל בבתי גידול מימיים. chironomids המבוגר לצאת מהמים, משאיר את עורות גלמים, או exuviae, צף על פני המים. Exuviae לעתים קרובות מצטבר לאורך גדות או מאחורי חסימות על ידי פעולה של זרם הרוח או מים, שבו הם יכולים להיות שנאספו כדי להעריך גיוון ועושר chironomid. Chironomids יכול לשמש כמדדים ביולוגיים חשובים, שכן כמה מינים הם יותר סובלניים לזיהום יותר מאחרים. לכן, הרכב השפע ומינים היחסי של SFPE נאסף לשקףשינויים באיכות מים. כאן, שיטות הקשורות לאוסף שדה, עיבוד מעבדה, שקופיות הרכבה, וזיהוי של SFPE chironomid מתוארות בפירוט. יתרונות של שיטת SFPE כוללים הפרעה מינימאלית באזור דגימה, איסוף דגימה יעיל וחסכוני ועיבוד מעבדה, קלות זיהוי, תחולה כמעט בכל סביבות מימיות, ומידת פוטנציאל ליותר רגישה ללחץ מערכת אקולוגית. מגבלות כוללות חוסר היכולת לקבוע שימוש microhabitat זחל וחוסר יכולת לזהות exuviae גלמים למינים אם הם לא היו קשורים עם זכרים בוגרים.

Introduction

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

תוכניות ניטור ביולוגיות, המשתמשות באורגניזמים חיים כדי להעריך את בריאות סביבתית, משמשות לעתים קרובות כדי להעריך את איכות מים או לפקח הצלחה של תוכניות שיקום מערכת אקולוגית. פרוטוקולי bioassessment מהירים (RBP) באמצעות מכלולי macroinvertebrate benthic היו פופולריים בקרב סוכנויות משאבי מים של מדינה מאז 1989 1. שיטות מסורתיות של דגימת macroinvertebrates benthic לRBPs, כגון טבילה-נטו, סמפלר Surber, והס סמפלר 2, יכול להיות גוזלים זמן רב, יקר, ואולי רק למדוד מכלולים מmicrohabitat בפרט 3. RBP יעילה, חלופית להפקת מידע ביולוגי על גוף מים מיוחד כרוכה אוסף של exuviae Chironomidae צפה משטח גלמים (SFPE) 3.

Chironomidae (Insecta: כפולי הכנף), הידוע בכינוי ברחשים שאינם נושכים, זבובים holometabolous שמתרחשים בדרך כלל בסביבות מימיות לפני מתעורר כמו מבוגרים 60; על פני המים. משפחת chironomid היא מינים-עשירים, עם כ -5,000 מינים המתוארים ברחבי העולם; עם זאת, כ -20,000 מינים מוערכים להתקיים 4. Chironomids שימושי בתיעוד מים ואיכות סביבה במערכות אקולוגיות ימיות רבות בגלל הגיוון שלהם הגבוה ורמות סובלנות הזיהום משתנים 5. יתר על כן, הם לעתים קרובות macroinvertebrates benthic השפע והנפוץ ביותר במערכות מים, בדרך כלל היוו 50% או יותר מהמינים בקהילה 5,6. בעקבות הופעתה של המבוגרים היבשתיים, exuviae גלמים (יצוק עור גלמים) נשאר צף על פני המים (איור 1). exuviae גלמים לצבור לאורך גדות או מאחורי חסימות דרך הפעולה של זרם רוח או מים ויכול להיות שנאסף בקלות ובמהירות לתת מדגם מקיף של מיני chironomid שהתפתחו במהלך 24-48 שעות הקודמות 7.

ntent "> השפע היחסי וההרכב הטקסונומי של SFPE נאסף משקף איכות מים, בהתחשב בכך שכמה מינים מאוד זיהום סובלני, ואילו אחרים הם די רגישים 5 יש שיטת SFPE יתרונות רבים על פני שיטות דגימת chironomid זחל מסורתיות כוללים:. (1) מינימאלי , אם בכלל, הפרעת בית גידול מתרחשת באזור דגימה; (2) דגימות אינן מתמקדות באיסוף יצורים חיים, אלא העור שאינם מהחיים, כל כך את המסלול של דינמיקת קהילה אינו מושפעת; (3) זיהוי לסוג, ו לעתים קרובות מינים, הוא יחסית קלים ניתנו מפתחות ותיאורים 3 מתאימים; (4) איסוף, עיבוד, וזיהוי דגימות הוא יעיל וחסכוני בהשוואה לשיטות דגימה מסורתית 3,8,9; (5) exuviae נצבר מייצג מינים שמקורם מגוון רחב של מייקרו בתי גידול 10; (6) השיטה היא ישימה כמעט בכל סביבות מימיות, כולל נחלים ונהרות, שפכי נהרות, Lakes, בריכות, בריכות סלע, ​​וביצות; ו( 7) SFPE אולי להיות אינדיקטור רגיש יותר לבריאות מערכת אקולוגית כיוון שהם מייצגים אנשים שהשלימו את כל שלבים בוגרים ויצאו בהצלחה בבגרות 11.

שיטת SFPE אינה גישה חדשה לאיסוף מידע על קהילות chironomid. שימוש בSFPE הוצע לראשונה על ידי 12 Thienemann בתחילת 1900. מגוון מחקרים השתמש SFPE לסקרים הטקסונומית (למשל, 13-15), מגוון ביולוגי ומחקרים אקולוגיים (למשל 7,16-19), והערכות ביולוגיות (למשל, 20-22). בנוסף, חלק מהמחקרים עסקו בהיבטים שונים של עיצוב המדגם, גודל מדגם, ומספר אירועי מדגם הנדרש להשגת רמות זיהוי השונות של מינים או genera (למשל, 8,9,23). מחקרים אלו מצביעים על כך שאחוזים גבוהים יחסית של מינים או genera יכולים להיות מזוהים עם effor המתוןלא או הוצאה הקשורים לעיבוד מדגם. לדוגמא, אנדרסון וFerrington 8 נקבעו כי על הסמך subsample 100-ספירה, נדרש 1/3 RD פחות זמן כדי לאסוף דגימות SFPE לעומת לטבול נטו דגימות. מחקר נוסף קבע כי 3-4 דגימות SFPE יכולות להיות מסודרות וזיהו עבור כל מדגם לטבול-רשת וכי דגימות SFPE היו יעילה יותר מדגימות לטבול-נקי במין גילוי כעושר מינים מוגבר 3. לדוגמא, באתרים עם עושר מיני ערכים של 15-16 מינים, היעילות לטבול-הנקי הממוצעת היו 45.7%, ואילו דגימות SFPE היו 97.8% 3 יעילים.

חשוב לציין, שיטת SFPE כבר טופל באיחוד האירופי 24 (המכונה טכניקת exuviae גלמי chironomid (CPET)) ובצפון אמריקה 25 להערכה אקולוגית, אבל השיטה לא תוארה בפירוט. אחד יישומים של המתודולוגיה SFPE תוארו על ידי 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. הכנת חומרי גלם לאוסף שדה

  1. לקבוע את מספר דגימות SFPE שיש לאסוף מבוסס על עיצוב המחקר ולרכוש צנצנת אחת מדגם (למשל, 60 מיליליטר) עבור כל דגימה.
  2. הכן שתי תוויות תאריך ויישוב לכל צנצנת מדגם. מקום אחד ובלהדביק בתוך אחר מחוץ לצנצנת. ודא שכל תווית תאריך ויישוב כוללת את הפרטים הבאים: ארץ, מדינה, מחוז, עיר, גוף מים, קואורדינטות GPS, תאריך, ושמו של אדם (ים) איסוף הדגימה.
  3. לאסוף חומרים ספציפיים אחרים וציוד (ראה טבלה של חומרים / ציוד ספציפי).

2. אוסף שדה

  1. להחזיק מגש זחל ביד אחת ומסנן באחר. טובלים את מגש הזחל למים שבו לצבור SFPE (למשל, הצטברות קצף, קשיים, צמחייה מתהווה, פסולת, חזרה מערבולות, ולאורך קצות בנק) (איור 2 א), יאפשר ואטאה, exuviae, ופסולת להיכנס למגש הזחל, ויוצקים את החומר הזה דרך המסננת. אם הדגימה במערכת lotic, תתחיל בסוף במורד הזרם מהישג יד המדגם ולעבוד במעלה הזרם (איור 2). אם דגימה במערכת lentic, מתחיל בקו החוף בכיוון הרוח.
    1. חזור על שלב 2.1 במשך 10 דקות (או כהגדרה אחרת למשטר דגימה ספציפי) בתוך כל הישג יד מדגם מוגדר מראש (בדרך כלל 100-200 מ 'לדגימות שנאספו מזרמים, אבל תלוי בשטח הכולל של אתר הניטור הימי); לעבור בין אזורי הצטברות SFPE כמתאים.
  2. להתרכז פסולת באזור אחד של המסננת באמצעות בקבוק להשפריץ מלאים במים מאתר המדגם וזהירות להעביר מדגם SFPE צנצנת מדגם מראש שכותרתו בעזרת מלקחיים וזרם של אתנול מבקבוק להשפריץ. מלא צנצנת מדגם עם אתנול.
  3. חזור על שלבים 2.1-2.2 לכל הדגימות.

קטיף 3. דוגמא

הערה: שאר פרוטוקול זה נוגע לsubsample SFPE 300 וייתכן שיהיה צורך לשנות עבור גדלי subsample אחרים. ראה 9 הנחיות subsampling ותדר דגימה של Bouchard וFerrington להתאמת שיטות SFPE כדי לעמוד ביעדים ומשאבים ללמוד ספציפיים.

  1. להקצות בקבוקון 1-DRAM עבור כל דגימת SFPE; להכין תווית תאריך ויישוב למקום בתוך כל בקבוקון ולמלא את בקבוקון ¾ מלא עם אתנול.
  2. הסר את המכסה מצנצנת המדגם המקבילה ולבדוק exuviae גלמים מצורף. לשטוף בעדינות את תוכן את המכסה על צלחת פטרי באמצעות בקבוק להשפריץ מלא באתנול. אתר ולהסיר תווית מהחלק הפנימי של צנצנת המדגם באמצעות מלקחיים ולשטוף בעדינות את תוכן התווית על גבי צלחת פטרי. להגדיר תווית בצד.
  3. העבר את התוכן של צנצנת הדגימה לתוך מגש זחל, שטיפה עם אתנול כדי להבטיח שאין SFPE יישאר בצנצנת המדגם. העבר חלק מexuviae, רזה גלמיםבשל, ואתנול מהמגש לצלחת פטרי. ודא שהמדגם מכוסה באתנול.
  4. מניחים את צלחת פטרי תחת מיקרוסקופ סטריאו. באופן שיטתי לסרוק את התוכן של צלחת פטרי לexuviae גלמים. בחר כל exuviae גלמים מהצלחת באמצעות מלקחיים ומקום לתוך הבקבוקון. אל תרים דגימות שנשברו (כלומר, אין לי לפחות מחצית cephalothorax והבטן), מיובש, או דחוס, כדי למנוע בעיות זיהוי מאוחר יותר.
    הערה: זיהוי למינים לעתים קרובות דורש שכל הדגימה היא הווה, אם כי במקרים מסוימים, זיהוי ברמת סוג עשוי להיות אפשרי עם דגימות חלקיות.
    1. צלחת מערבולת וסריקה לאיתור exuviae נוספת גלמים, לרבות כל שיכול להיות תקוע לצדדים של המנה, וכן, כל דגימות קטנות ושקופות שאולי לא להיות מזוהה בתחילה. חזור על פעולה עד שתי סריקות ברציפות לחשוף לא exuviae גלמים נוסף.
  5. חזור על שלבים 3.3 ו3.4 עד 300 או כל exuviae גלמים כבר הרים. כאשר 300 exuviae גלמים כבר הרים, להחזיר את השאריות מצלחת פטרי למגש הזחל ולשטוף את צלחת פטרי עם אתנול. לאחר מכן, להעביר את השאריות ממגש הזחל לצנצנת המדגם הריקה, להוסיף תווית התאריך ויישוב, ולשים את המכסה על הצנצנת. לשמור או להשליך שאריות על פי פרוטוקולי פרויקט ספציפי.

4. לדוגמא מיון

  1. יוצקים את כל הרים exuviae גלמים מהבקבוקון שכותרתו לתוך צלחת פטרי מלאה מספיק אתנול רק כדי לכסות את הדגימות.
  2. תחת מיקרוסקופ סטריאו, דגימות נפרדות לקבוצות מורפולוגיים שונות (כלומר, morphotaxa) ולמקם כל morphotaxon לבנפרד בקבוקונים שכותרתו מילאו 3/4 ה מלאים עם אתנול.
    1. לנצל מאפיינים מורפולוגיים חיצוניים להפריד morphotaxa chironomid. לדוגמא, מcephalothorax, להשתמש הבדלים בנוכחות, גודל, הצורה, וצבעוניות של גבשושיות כאפאליך, יבלות חזיתיות, setae החזיתי, וקרן בית חזה. מהבטן, להשתמש קוצים, hookrows, shagreen, setae, ושלוחות של מגזרי הבטן, בנוסף לאונות אנאלי להפרדת morphotaxa (איור 4 א). ראה Ferrington, et al. 5, Sæther 26, Pinder ו -27 רייס לתיאורים ודמויות של מאפיינים מורפולוגיים נוספים.
    2. השתמש אתנול נוסף אם דגימות מתחילות להתייבש.

5. שקופיות הרכבה

  1. מלא גם אחד של צלחת רב גם לכל morphotaxon עם 95% אתנול.
    1. הנח ייצוגים מרובים (לדוגמא, 25% בסך הכל) של כל morphotaxon להיות מותקן שקופית לתוך בארות בודדות של הצלחת. לאפשר דגימות לשבת היטב לפחות 10 דקות כדי ליבש מספיק.
  2. שקופיות תווית עם אתר מתאים, אוסף, וinformati זיהויב( איור 3).
  3. שקופיות מקום במיקרוסקופ סטריאו.
    הערה: תבנית של השקופית המודבקת לשלב שימושית למיקום עקבי.
  4. מניחים ירידה של Euparal בשקופית; להפיץ את Euparal כך שהוא קרוב לגודל של coverslip. השתמש אוורור נאות בעת עבודה עם Euparal.
    הערה: השתמש אוורור נאות בעת עבודה עם Euparal.
  5. להטביע נציג מmorphotaxon הראשון לEuparal באמצעות מלקחיים.
    הערה: כדי לבטל את אתנול עודף מהדגימה, באמצעות מלקחיים, לטפוח בעדינות על דגימת מעבדה מגבונים לפני הטבעתו בEuparal.
  6. הפרד את cephalothorax מהבטן באמצעות מלקחיים קנס שקצהו ו / או בדיקות לנתיחה (איור 4 א).
    1. לפצל את cephalothorax לאורך תפר ecdysial (איור 4) ולפתוח את cephalothorax כך שקצות התפר הם משני צדי מתרס (איור 4C).
    2. לכוון גephalothorax כך שצד הגחון הוא פונה כלפי מעלה (איור 4C).
    3. מקם את צד גב הבטן עד; מקום מייד מתחת לcephalothorax (איור 4C).
  7. מניחים coverslip על הדגימה. להחזיק coverslip בזווית, עם קצה אחד נוגע בשקופיות, ולאחר מכן נמוך יותר לאט ושחרר את coverslip להפחית היווצרות בועת האוויר. לחץ קל על coverslip כדי לשטח את הדגימה.
  8. חזור על שלבים 5.3 דרך 5.7 לכל דגימות המיובשים.

זיהוי 6. סוג

  1. לקבוע סוג של דגימות רכוב שקופיות באמצעות מיקרוסקופ מתחם. לזהות דגימות לסוג באמצעות מפתחות ואבחנות בWiederholm 28 וFerrington, et al. 5. במידת צורך, לאשר זיהוי רמה-משפחה באמצעות Ferrington, et al. 5. הערה: היו תיאורים רבים גנריות ותיקונים מאז Wiederholm 28 וFerrington,et al. 5, לכן, מפתחות ואבחנות אלה אינם שלמים וצריכים להשלים עם ספרות ראשונית.

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

איור 1 מדגים את מחזור החיים chironomid; שלבים בוגרים (ביצה, זחל, גולם) בדרך כלל מתקיימים ב, או קשור קשר הדוק עם, סביבה מימית. עם השלמת שלב החיים הזחל, הזחל בונה מקלט דמוי צינור ומייחס את עצמו עם הפרשות משי למצע שמסביב והתגלמות מתרחשת. ברגע מבוגר הפיתוח התבגר, הגולם משחרר את עצמו ושוחה אל פני השטח של המים שבו המבוגרים יכולים לצאת מexuviae גלמים. Exuviae מתמלא אוויר, ומכוח שכבת שעווה חיצונית של הציפורן, הוא נשאר צף על פני המים עד חיידקים מתחילים לפרק את שכבת השעווה.

זרמי מים או תרכיז רוח מרחף גלמי exuviae לאזורים של הצטברות, כגון שם צמחייה חופית או עצים שנפלו ליצור קשר עם פני המים, שמודגם באיור 2 א. מגש ומסנן זחל ניתן להשתמש כדי לאסוף גלמים ו# 160; מאזורי ההצטברות הטבעית אלה ולהעריך את הופעתה של Chironomidae מקשת רחבה של מייקרו בתי גידול, כפי שמוצג באיור 2. עבור יישומים מסוימים, חשוב לאסוף דגימות באופן עקבי, אחיד, כך שהשוואות יכולות להתבצע בין כמה אתרים לדוגמא או לאורך זמן במדגם אתר נתון. תקופות אוסף עשר דקות הוכחו לספק הערכות נאותות של שפע היחסי chironomid 3,25. לדוגמא, Ferrington, et al. 3 בחנו הערכות הופעתה של riparius ימשוש המינים ומצאו כי הערכות לא להשתנות באופן משמעותי לאחר 12 מטבלים מחבת נותחו. בתוך תקופה אוסף 10-דקות, הרבה יותר מ -12 מטבלים בדרך כלל מתקבלים, ובכך אנחנו מרגישים בטוחים כי הרוב המכריע של מינים בשפע בתוך הישג ​​יד מדגם יזוהה בפרק זמן זה. 3

ברגע שדגימות SFPE כבר נאספו, הרים, ומסודר, specimens הוא שקופית רכובה לסוג או מין זיהוי ויצירה של דגימות שובר. תיוג השקופיות עם אתר מתאים, אוסף, ועל פרטי זיהוי מומלץ, כמו באיור 3. בדרך כלל, את תווית היישוב מציגה מידע על המדינה, המדינה, גוף מים, קואורדינטות GPS, מזהה אתר מחקר, תאריך אוסף, ואת שמו של אדם שנאסף המדגם. בנוסף, תווית זו תהיה מספר שקופיות ייחודי עבור כל דגימה רכוב שקופיות. תווית זיהוי מראה את הסוג והמין (כאשר רלוונטי) וזיהוי שמו של האדם שזיהה את הדגימה.

exuviae גלמים צריכים להיות גזור בצורה נכונה ומכוון לזיהוי סוג והכנת דגימת שובר. איור 4 א מציג את צד הגב הנכון עד מיקום exuviae גלמים בשקופית. במהלך ההשמה לשקופית, דגימות לא בתחילה לשקר צד גב, כי הם cylindrical בצורה, ולעתים קרובות מלא בבועות אתנול ואוויר. לכן, באמצעות מלקחיים או בדיקה נתיחה כדי לדחוס מעט את הבטן לכיוון Euparal השקופית שהציע. דחיסה צריכה לכוון את הדגימה לאור גב ולגרש את רוב בועות אתנול ואוויר. איור 4 מדגים את הנתיחה שמפרידה cephalothorax מהבטן. במהלך נתיחה זה, זה אופייני למתחילים לקרוע את הבטן בין קטע הבטן הראשון והשני. זהירות צריכה להיות ממוקמת בשמירה על קטע הבטן הראשון עם שאר הבטן. איור 4C מראה את הנתיחה הנכונה וכיוון של exuviae גלמים לפני המיצוב של coverslip. עבור חלק מדגימות, זה יכול להיות קשה כדי לפתוח את cephalothorax כך שקצות התפר הם משני צדי מתרס וcephalothorax מכוון בתצוגת הגחון. שוב, דחיסת dorsoventral קלה של cephalothorax להשיג placeme זהNT מומלץ.

אוספים של SFPE שימשו בהצלחה באגמים עירוניים במינסוטה כדי לקבוע הצטברות של מינים (איור 5 א) ועושר סוג (איור 5) והרכב מינים מצטבר לאורך שיפוע של ריכוז זרחן הממוצע / מתכוון עומק אגם (איור 6) 23. בהתבסס על תוצאות אלו, מחקר הוכחה של הקונספט יושם לניטור ארוך טווח של Chironomidae ביחס לשינוי האקלים באגמי זקיף ברחבי מינסוטה (http://midge.cfans.umn.edu/research/biodiversity/chironomidae -slice-אגמים /). רופר וFerrington 23 קבעו כי ארבע דגימות SFPE לאגם לעונה התאוששו רוב קהילת chironomid וזוהו וריאציה עונתית חשובה באגמים עירוניים (איור 5 א ', ב'). בכל 16 האגמים, דגימות אפריל הכילו differeמיני NT מ מאי באמצעות דגימות ספטמבר. לכן, באזורים הצפוניים-ממוזגים, דגימת ארבע פעמים בעונה מומלצת, עם מדגם אחד באפריל ושלוש דגימות בין מאי לספטמבר. עם זאת, לאזורים גיאוגרפיים שונים ואקלים, משטר הדגימה צריך להיות מותאם לאזור על מנת למקסם את החלק של הקהילה שנאסף.

איור 1
איור 1. מחזור החיים Chironomid. ישנם ארבעה שלבי חיים, ביצה, זחל, גולם, ומבוגרים, במחזור החיים chironomid. מבוגרים נקבה מטילים ביצים על פני השטח של המים. ביצים לשקוע לתחתית, ובדרך כלל לבקוע בכמה ימים עד שבוע. לאחר שעזב את מסת הביצה, זחלים מתחפרים בבוץ או לבנות צינורות קטנים בה הם חיים, מזון, ולפתח. זחלים להפוך לגלמים ועדיין בצינורות שלהם. לאחר התגלמות, גלמים פעילים לשחות אל פני השטח שלמים ומבוגרים לצאת מexuviae גלמים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2
איור 2. דוגמאות לאזור של טכניקות הצטברות ואוסף שדה SFPE בזרם. (א) דוגמא למקום שבי SFPE היה לצבור במעלה הזרם של יומן. החומר הלבן, הקצף הוא שילוב של חומר אורגני, כגון macrophytes ואצות, ויכול להכיל מאות עד אלפי exuviae גלמים. (ב) דוגמא לאופן אספן ישתמש מסננת ומגש זחל לאסוף SFPE מהבנקים החופיים של הנחל. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3
איור 3. תרשים מיקומים של תאריך שקופיות ותווית יישוב (משמאל), תווית זיהוי (מימין), ושקופית מראה רכוב exuviae גלמים תחת coverslip (במרכז). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4
איור 4. גלמי צעד-אחר-צעד exuviae נתיחה וכיוון. () Exuviae גלמי Undissected (cephalothorax והבטן עם מגזרים ממוספרים בתצוגת גב). (ב) גזור exuviae גלמים (cephalothorax והבטן גב בתצוגה). (ג) גזור וexuviae גלמי אוריינטציה (cephalothorax: venצפה בtral; בטן:. צפה בגב) אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 5
איור 5: עקומות הצטברות טקסונומי לדגימות שנאספו מSFPE 16 אגמים עירוניים במינסוטה. עבור שני הלוחות, כל שורה בצבע מייצגת את אחד מהאגמים 16. ראה רופר וFerrington 23 לתיאור מפורט של המאפיינים של כל אגם. כל נקודת נתונים מייצגת מדגם SFPE חודשי של 10 דקות שנאסף לאורך החוף בכיוון הרוח בחודשי הקרח חינם של 2005 (אפריל עד אוקטובר). ) עקומות הצטברות מינים דוגמאות SFPE. B) עקומות הצטברות סוג לדגימות SFPE. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של תידמות של.

איור 6
איור 6: מינים מצטברים זוהו על פני שיפוע של chemistries אגם מדגימות SFPE מרובות כפונקציה של ריכוז ממוצע epilimnetic זרחן (מיקרוגרם / ליטר) מעל ממוצע עומק אגם (מ ') מ -16 אגמים עירוניים במינסוטה. כל נקודת נתונים מייצגת את אחד מהאגמים 16; אגמים מסודרים מנמוכים ביותר לזרחן הממוצע הגבוה ביותר / מתכוונים עומק. ראה רופר וFerrington 23 לתיאור מפורט של המאפיינים של כל אגם. מספר מצטבר של מינים נתקלו עליות כיחס בין ריכוז זרחן ממוצע מעל מתכוון עליות עומק אגם.

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

השלבים הקריטיים ביותר לאוסף מוצלח SFPE מדגם, קטיף, מיון, הרכבה שקופיות, והזדהות הם: (1) איתור אזורים של הצטברות SFPE גבוהה בתחום המחקר באוסף שדה (איור 2 א); (2) סריקה באיטיות את התוכן של צלחת פטרי לגילוי של כל SFPE במהלך קטיף מדגם; (3) פיתוח המיומנות הידנית הצורך לנתח את cephalothorax מהבטן במהלך שקופיות הרכבה (איור 4 א); ו- (4) הכרת תווים מורפולוגיים מפתח של exuviae גלמי chironomid לזהות בצורה נכונה לסוג.

איתור אזורים של הצטברות SFPE הגבוהה (איור 2 א) הוא הצעד החשוב ביותר באוסף מדגם SFPE מוצלח. exuviae גלמים נתפסו בצמחייה מימית או מבני אדם כמו רמפות סירה, וגלים יכולים להתרכז צף חומר ל" מצבור "offshore 30. לגופים גדולים יותר של מים,זיהוי של אזורים הטבעיים של הצטברות עשוי לדרוש איתור אתרי מחקר המבוססים על דפוסי רוח או באמצעות כלי שיט לאזורי גישה בי exuviae גלמים צוברים. מדגם עם מספר מספיק של SFPE צריך להיות שנאסף כדי לזהות את הנוכחות של מינים מתפתחים ולהעריך את השפע היחסי של מינים בודדים עם רמה גבוהה של דיוק. במהלך מיון מדגם, יש צורך לסרוק לאט צלחת פטרי מספר פעמים ל( מ"מ 3-6 באורך) קטן יותר, דגימות פיגמנט קל. SFPE לעתים קרובות מקל על אצות, עלים, מקלות, זרעים, ופרחים, ולכן, לא יכול להיות מזוהה במהלך הסריקה הראשונית. כמו כן, פרוטוקול זה דורש נתיחה זהירה ושקופיות הרכבה של cephalothorax מהבטן לזיהוי סוג (איור 4 א). שימוש במלקחי קנס שקצהו ו / או בדיקות לנתיחה כדי לנתח exuviae בין cephalothorax וקטע הבטן ראשון. לבסוף, זיהוי סוג יכול להיות קשה עבור הטקסונומים חדש.קח את הזמן כדי ללמוד מורפולוגיה וטרמינולוגיה של גלמי chironomid לפני שמתחיל לזהות דגימות לסוג. ראה Wiederholm 28 וFerrington, et al. 5 מפתחות ואבחנות של סוגי chironomid. כישורי זיהוי אם הם דאגה, ניתן לשלוח את כל השקופיות או תת-קבוצה של דגימות שובר למעבדה עם היכולות המתאימות.

בהתבסס על emergences המבוגר מדורג ברוב הקהילות, אירועי דגימה מרובים מומלץ, ולמחקרים ארוכי טווח, פרויקט פיילוט יכול לקבוע את זמני דגימה השימושיים ביותר לפני השלמת שיטות. אפילו באירועים מרובים, ממוקדים עונתי דגימה, חלקם של הקהילה יישאר מבלי שיבחינו, אם כי אלה הם לעתים קרובות מינים נדירים 31. לדגימת המלצות תדירות, לראות Bouchard ו -9 Ferrington לנחלים ורופר וFerrington 23 לאגמים. הדאגה העיקרית לגבי המתודולוגיה דגימה מתייחסת למדע בדיונימרחק צף PE. בזרמים, סחף טיפוסי הוא בין 50-250 מ ', ואילו בנהרות גדולים exuviae עשוי לעבור עד 2 קילומטר 30. ראיות מצביעות על כך שהשדה חמישים אחוזים או יותר מexuviae לא לעקור יותר מ -100 מטרים במורד הזרם של איפה המבוגר עולה 20. לכן, אם אחד הוא איסוף SFPE על הישג ​​יד מדגם של 500 מטרים במורד הזרם ממקור זיהום חשוד, סביר להניח שרוב הדגימות שנאספו סיימו את חייהן בתוך אזור ההשפעה החשוד 25. באגמים, בריכות, ובריכות, exuviae גלמים יעבור עם זרמי פני השטח ולעתים קרובות לאסוף במספרים גדולים בכיוון עם הרוח של גוף המים.

למרות עלות-יעיל, יש מגבלות פוטנציאליות הקשורים בשיטה זו, ובם: (1) חוסר היכולת לקבוע מייקרו בתי גידול בשימוש על ידי זחלים 32; (2) חוסר היכולת להעריך אירועים מרכזיים מחזור חיים ומשך instar לפני eclosion, מאז voltinism היא לעתים קרובותen מאתגר כדי לקבוע 7; (3) השתנות עונתית חזקה למכלולים זוהתה 30; (4) הטיה נגד מינים עם exuviae קל chitinized כי לשבור או לשקוע בקצב מהיר 33; (5) לא להיות מסוגל לזהות דגימות למינים אם זכרים גלמים ומבוגרים לא בעבר נקשרו 5; ו (6) הקושי לאמוד צפיפות או ביומסה אזוריויות.

כפי שתואר לעיל, exuviae גלמים הם בין שלבי חיים השימושיים ויעילה והחסכוניים ביותר לכלול במחקרים מושתלים מימיים 5. מחקרים עתידיים כדי לשפר את שיטת SFPE כוללים בדיקה: (1) משוכפלים מתאימים; (2) subsample גדלים; (3) בתדירות מתאימה של אירועי דגימה בהתאם ליישוב וגוף מים של עניין; ו- (4) טביעה ושיעורי פירוט לexuviae בתנאים שונים של טמפרטורה, לחות, חיסון decomposer, והפרעות מכאניות. בנוסף, מחקרים עתידיים צריכים לכלול עידוןטכניקות מבוססות זיהוי מולקולריים, כגון barcoding DNA, כדי לשייך exuviae גלמים עם זחלים ומבוגרים 34-35.

אוסף כאן שתארנו SFPE chironomid מדגם, עיבוד מעבדה, שקופיות הרכבה, וזיהוי סוג בפירוט. שיטת SFPE היא יעילה להערכת קהילות chironomid מגוונות, רחבות ויכולה להגדיל את הדגימות של קרקעית הים במחקרים של תגובות ביולוגיות לשינוי באיכות מים. , RBP חלופה חסכונית זה מציעה מספר יתרונות בולטים שהופכים אותו מתאים היטב לקנה מידה גדול הכוללים ניתוחי אירועי דגימה חוזרים ונשנים לאורך פרקי זמן ארוכים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

Acknowledgments

מימון לחיבור ופרסום מאמר זה סופק באמצעות מענקים מרובים וחוזים לקבוצת Chironomidae המחקר (LC Ferrington, ג 'וניור, PI) במחלקה לאנטומולוגיה באוניברסיטת מינסוטה. תודה לנתן רוברטס לשיתוף תמונות עבודת שטח המשמשות כדמויות בוידאו הקשורים לכתב היד הזה.

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).
שימוש בChironomidae (כפולי כנף) גלמי Exuviae כמהיר Bioassessment פרוטוקול לגופי מים צפים-שטח
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