Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Environment

Bruk av Chironomidae (Diptera) Surface-Floa pupal Exuviae som Rapid Bioassessment protokoll for vannforekomster

doi: 10.3791/52558 Published: July 24, 2015

Abstract

Rapid bioassessment protokoller ved hjelp av bunndyr macroinvertebrate assemblages har blitt brukt for å vurdere menneskelig påvirkning av vannkvaliteten. Uheldigvis tradisjonelle bunn larver prøvetakingsmetoder, slik som dip-net, kan være tidkrevende og kostbart. Et alternativ protokollen innebærer samling av Chironomidae overflate flytende pupal exuviae (SFPE). Chironomidae er en artsrik familie av fluer (Diptera) som umodne stadier oppstår vanligvis i akvatiske habitater. Voksen fjærmygg dukke opp fra vannet, forlater sine pupal skinn, eller exuviae, flyter på vannoverflaten. Exuviae ofte samle seg langs bredden eller bak hindringer ved virkningen av vind eller vannstrømmen, der de kan samles for å vurdere chironomid mangfold og rikdom. Fjærmygg kan brukes som viktige biologiske indikatorer, siden noen arter er mer tolerante for forurensning enn andre. Derfor, den relative overflod og artssammensetning av innsamlede SFPE reflektereendringer i vannkvaliteten. Her er metoder forbundet med feltsamling, laboratorium prosessering, slide montering, og identifisering av chironomid SFPE beskrevet i detalj. Fordeler med SFPE metoden inkluderer minimal forstyrrelse på et prøveareal, effektiv og økonomisk prøvetaking og laboratorie bearbeiding, enkel identifisering, anvendbarhet i nesten alle vannmiljøer, og en potensielt mer sensitiv mål på økosystemet stress. Begrensninger omfatte manglende evne til å avgjøre larvemikrohabitat bruk og manglende evne til å identifisere pupal exuviae arter hvis de ikke har vært forbundet med voksne menn.

Introduction

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

Biologiske overvåkingsprogrammer, som bruker levende organismer for å vurdere miljørettet helsevern, blir ofte brukt for å vurdere vannkvalitet eller overvåke suksess av økosystem restaurering programmer. Rapid bioassessment protokoller (RBP) ved hjelp av bunndyr macroinvertebrate assemblages har vært populære blant statlige vannressursbyråer siden 1989 1. Tradisjonelle metoder for prøvetaking bentiske makroinvertebrater for RBPs, som dip-net, Surber sampler, og Hess sampler 2 kan være tid- tidkrevende, dyrt og kan bare måle sammenstillinger fra en bestemt mikrohabitat tre. En effektiv, alternativ RBP for generering av biologisk informasjon om en bestemt vannforekomst innebærer samling av Chironomidae overflate flytende pupal exuviae (SFPE) 3.

Den Chironomidae (Insecta: Diptera), vanligvis kjent som non-sviknott, er holometabolous fluer som vanligvis oppstår i vannmiljø før dukker opp som voksne 60, på en vannflate. Den chironomid familien er artsrik, med ca 5000 arter beskrevet over hele verden; imidlertid så mange som 20.000 arter beregnet til å eksistere fire. Fjærmygg er nyttige i å dokumentere vann og habitatkvalitet i mange akvatiske økosystemer på grunn av sin høye mangfold og variable forurensning toleransenivåer fem. Videre er de ofte de mest tallrike og utbredte bentiske makroinvertebrater i akvatiske systemer, vanligvis står for 50% eller mer av artene i samfunnet 5,6. Etter fremveksten av den jordiske voksen, pupal exuviae (støpt pupal huden) er fortsatt flyter på vannflaten (figur 1). Pupal exuviae seg langs bredden eller bak hindringer gjennom handling av vind eller vann strøm og kan enkelt og raskt samlet for å gi et omfattende utvalg av chironomid arter som har dukket opp i løpet av forrige 24-48 hr 7.

ntent "> Den relative overflod og taksonomiske sammensetningen av innsamlede SFPE reflekterer vannkvalitet, med tanke på at noen arter er svært forurensning tolerant, mens andre er ganske følsom 5 The SFPE metoden har mange fordeler fremfor tradisjonelle larve chironomid sampling teknikker inkludert:. (1) minimal eventuelt oppstår habitat forstyrrelse ved en samplingsområde, (2) prøver ikke fokusere på å samle levende organismer, men snarere den ikke-levende hud, slik at banen av samfunnet dynamikk blir ikke påvirket, (3) identifikasjon til genus, og ofte arter, er relativt lett gitt riktige nøkler og beskrivelser 3, (4) innsamling, bearbeiding og identifisere prøvene er effektiv og økonomisk i forhold til tradisjonelle metoder for prøvetaking 3,8,9, (5) akkumulerte exuviae representerer taxa som har sin opprinnelse fra et bredt spekter av mikrohabitater 10, (6) metoden er aktuelt i nesten alle akvatiske miljøer, inkludert bekker og elver, elvemunninger, lakes, dammer, rock bassenger, og våtmarker; og (7) SFPE kanskje være en mer følsom indikator på økosystemet helse siden de representerer enkeltpersoner som har fullført alle umodne stadier og hell dukket opp som voksne 11.

Den SFPE metoden er ikke en ny tilnærming for å samle informasjon om chironomid lokalsamfunn. Bruk av SFPE ble først foreslått av Thienemann 12 i begynnelsen av 1900-tallet. En rekke studier har brukt SFPE for taksonomiske undersøkelser (f.eks 13-15), biologisk mangfold og økologiske studier (f.eks 7,16-19), og biologiske vurderinger (f.eks 20-22). I tillegg har noen studier adressert ulike aspekter av sample design, utvalgsstørrelse og antall prøve hendelser som kreves for å oppnå ulike gjenkjennings nivåer av arter eller slekter (f.eks 8,9,23). Disse studiene tyder på at relativt høye prosenter av arter eller slekter kan oppdages med moderat effort eller utgifter i forbindelse med utvalgets behandling. For eksempel, Anderson og Ferrington 8 fastslått at basert på en 100-count subsample, var nødvendig 1/3 mindre tid til å plukke SFPE prøvene sammenlignet med dip-net prøver. En annen studie bestemt at 3-4 SFPE prøvene kan bli sortert og identifisert for hver dip-nettoutvalg og at SFPE prøvene var mer effektiv enn dip-net prøver på å oppdage arter som artsrikdom økt tre. For eksempel på områder med artsrikdom verdier av 15-16 arter, den gjennomsnittlige dip-net effektivitet var 45,7%, mens SFPE prøvene var 97,8% effektiv tre.

Viktigere er det at SFPE metoden er standardisert i den europeiske union 24 (kjent som chironomid pupal exuviae teknikk (CPET)) og Nord-Amerika 25 for økologisk vurdering, men metoden har ikke blitt beskrevet i detalj. En anvendelse av de SFPE metoden som er beskrevet av 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. Utarbeidelse av felt Collection Supplies

  1. Bestem antall SFPE prøvene som skal samles basert på studiedesign og anskaffe en prøve jar (f.eks 60 ml) for hver prøve.
  2. Forbered to dato og lokalitets etiketter for hver prøve krukke. Plasser en på innsiden og påføre den andre på utsiden av glasset. Sikre at hver dato og lokalitet etiketten inneholder følgende informasjon: land, stat, fylke, by, vann kroppen, GPS-koordinater, dato og navn på person (er) å samle prøven.
  3. Samle andre spesifikke materialer og utstyr (se tabell over spesifikke materialer / utstyr).

2. Feltet Collection

  1. Hold en larve brett i den ene hånden og en sil i den andre. Dypp larve skuffen inn i vannet der SFPE akkumulere (for eksempel skum ansamlinger, rifter, emergent vegetasjon, rusk, rygg virvler, og langs bank kanter) (figur 2a), tillate wateh, til exuviae og rusk skriv larve skuffen, og hell dette materialet gjennom silen. Ved prøvetaking i et lotic system, begynner ved nedstrømsenden av prøven rekkevidde og arbeide oppstrøms (figur 2B). Dersom prøvetaking i et stillestående system, begynne på medvind fjæra.
    1. Gjenta trinn 2.1 for 10 min (eller som på annen måte er definert for en bestemt regime sampling) innenfor hver forhåndsdefinerte sample rekkevidde (typisk 100-200 m for prøver samlet inn fra bekker, men avhengig av den generelle delen av vannovervåking området); flytte mellom SFPE akkumulering områder som passer.
  2. Konsentrer rusk i ett område av sikten ved hjelp av en sprut flaske fylt med vann fra prøvestedet og nøye SFPE overføre prøven til pre-merkede prøvekannen ved hjelp av pinsett og en strøm av etanol fra en sprut flaske. Fyll prøve krukke med etanol.
  3. Gjenta trinn 02.01 til 02.02 for alle prøvene.

3. Prøve Plukke

MERK: Resten av denne protokollen gjelder en 300 SFPE subsample og kanskje må endres for andre subsample størrelser. Se Bouchard og Ferrington sin ni subsampling og frekvens prøvetaking retningslinjer for skreddersøm SFPE metoder for å møte studie konkrete mål og ressurser.

  1. Tildele en 1-dram ampulle for hver SFPE prøve; forberede en dato og lokalitet etiketten for å plassere inne hvert hetteglass og fylle flasken ¾ full med etanol.
  2. Fjern lokket fra tilsvarende prøven glasset og se etter festet pupal exuviae. Skyll forsiktig innholdet av lokket på en petriskål ved hjelp av en sprut flaske fylt med etanol. Finne og fjerne etiketten fra innsiden av prøven glasset ved hjelp av pinsett og forsiktig skylle innholdet av etiketten på petriskål. Satt etiketten til side.
  3. Overfør innholdet i prøven glasset inn i et larve brett, skylling med etanol for å sikre at ingen SFPE forblir i prøven glasset. Overføre en del av pupal exuviae, resigrunn, og etanol fra skuffen til petriskål. Sørg for at prøven er dekket i etanol.
  4. Plasser petriskål under et stereomikroskop. Systematisk skanne innholdet i petriskål for pupal exuviae. Plukk alle pupal exuviae fra fatet ved hjelp av pinsett og sted inn i hetteglasset. Ikke plukk prøvene som er ødelagt (dvs. ikke har minst halvparten av cephalothorax og magen), tørket, eller komprimert for å unngå senere identifikasjonsproblemer.
    MERK: Identifikasjon til arten krever ofte at hele prøven er til stede, men i enkelte tilfeller kan genus-nivå identifikasjon være mulig med delvis prøver.
    1. Swirl parabol og skanne for ytterligere pupal exuviae, inkludert alle som kan bli sittende fast til sidene av fatet, samt, noen små og gjennomsiktige prøver som ikke kan ha bli oppdaget i utgangspunktet. Gjenta til to påfølgende skanninger viser ingen ekstra pupal exuviae.
  5. Gjenta trinn 3.3 og3.4 til alle eller 300 pupal exuviae ha blitt plukket. Når 300 pupal exuviae har blitt plukket, returnere rester fra petriskål til larve skuffen og skyll petriskål med etanol. Deretter overføre rester fra larve skuffen til den tomme prøven krukke, legge inn dato og lokalitet etikett, og legg lokk på glasset. Beholde eller kast rester etter prosjektspesifikke protokoller.

4. Prøve sortering

  1. Hell alle plukket pupal exuviae fra merket hetteglass i en petriskål fylt med nok etanol for å bare dekke prøver.
  2. Under en stereomikroskop, separate prøver til ulike morfologiske grupper (dvs. morphotaxa) og plassere hver morphotaxon inn separat en merket hetteglass fylt 3/4 th full med etanol.
    1. Utnytte eksterne morfologiske kjennetegn for å skille chironomid morphotaxa. For eksempel, fra cephalothorax, bruker forskjeller i nærvær, størrelse, form ogFarge av de cephalica tubercles, frontal vorter, frontal børster og thorax horn. Fra magen, bruker pigger, hookrows, Shagreen, børster, og sporer av mage segmenter, i tillegg til de anale lapper for morphotaxa separasjon (Figur 4A). Se Ferrington, et al. 5, Sæther 26, Pinder og Reiss 27 for ytterligere beskrivelser og figurer av morfologiske egenskaper.
    2. Bruk ekstra etanol hvis prøvene begynner å tørke.

5. Skyv Monterings

  1. Fyll en brønn av en multi-brønn plate for hver morphotaxon med 95% etanol.
    1. Plassere flere representasjoner (f.eks, 25% av total) for hver morphotaxon å bli glide monteres i individuelle brønner på platen. Tillat prøver å sitte i godt i minst 10 minutter for å tørke tilstrekkelig.
  2. Merk lysbilder med aktuelle området, innsamling, og identifikasjons informapå (figur 3).
  3. Plasser lysbildet på stereo mikroskop.
    MERK: En mal av lysbildet tapet til scenen er nyttig for konsekvent plassering.
  4. Plasser en dråpe Euparal på lysbildet; spre Euparal slik at den er tilnærmet størrelsen på dekkglass. Bruk tilstrekkelig ventilasjon når du arbeider med Euparal.
    MERK: Bruk tilstrekkelig ventilasjon når du arbeider med Euparal.
  5. Bygge inn en representant fra den første morphotaxon inn i Euparal bruker pinsett.
    MERK: For å annullere overflødig etanol fra prøven, ved hjelp av en pinsett, banke forsiktig på prøven på laboratoriete våtservietter før bygge det inn i Euparal.
  6. Skill cephalothorax fra magen ved hjelp av fine tippet tang og / eller disseksjon prober (Figur 4A).
    1. Splitte cephalothorax langs ecdysial sutur (figur 4B) og åpne cephalothorax slik at sutur kantene er på motsatte sider (figur 4C).
    2. Orientere cephalothorax slik at ventral side vender opp (Figur 4C).
    3. Plasser magen dorsal side opp; plassere rett under cephalothorax (Figur 4C).
  7. Plassere et dekkglass på prøven. Hold dekk i vinkel, med en kant berøre lysbildet, og deretter sakte lavere og slippe dekkglass for å redusere luftbobledannelse. Trykk lett på dekk å flate prøven.
  8. Gjenta trinn 5.3 gjennom 5.7 for alle dehydrerte prøver.

6. Genus Identification

  1. Bestem slekt av lysbildemontert prøver ved hjelp av en sammensatt mikroskop. Identifisere prøver å slekten med tastene og diagnoser i Wiederholm 28 og Ferrington, et al. 5. Hvis nødvendig, bekrefter familienivå identifikasjon ved hjelp Ferrington, et al. 5. MERK: Det har vært mange generiske beskrivelser og revisjoner siden Wiederholm 28 og Ferrington,et al. 5, derfor er disse tastene og diagnoser er ufullstendig og må 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 livssyklus; umodne stadier (egg, larve, puppe) vanligvis finner sted i eller nært forbundet med en vannmiljøet. Ved ferdigstillelse av larve livsfase, konstruerer larven en rørlignende husly og fester seg med silke sekreter til omkringliggende underlaget og pupation oppstår. Når det fremkallende voksen har modnet, frigjør puppe selv og svømmer til overflaten av vannet hvor den voksne kan komme ut av pupal exuviae. Den exuviae fylles med luft, og i kraft av et ytre voksaktig lag av skjellaget, er det fortsatt flyter på vannoverflaten til bakterier begynne å nedbryte vokssjiktet.

Vannstrømmer eller vind konsentrat flytende pupal exuviae inn i områder med opphopning, for eksempel hvor elvebreddebufferen vegetasjon eller falne trær ta kontakt med vannoverflaten, illustrert i figur 2A. En larve skuffen og sil kan brukes til å samle inn og pupal# 160; fra disse naturlige akkumulering områdene og evaluere fremveksten av Chironomidae fra et bredt spektrum av mikrohabitater, som vist i figur 2B. For visse anvendelser er det viktig å samle inn prøver på en konsekvent, standardisert måte, slik at sammenligninger kan foretas mellom flere prøve steder eller over tid på et gitt prøvestedet. Ti minutters innsamlingsperiodene har vist seg å gi tilstrekkelige vurderinger av chironomid relative overflod 3,25. For eksempel Ferrington, et al. 3 undersøkt veksten estimater av arter Chironomus Riparius og funnet ut at estimatene ikke variere betydelig etter 12 pan dips ble analysert. Innen 10 min innsamlingsperioden, mange flere enn 12 dips er vanligvis oppnås, så vi føler oss trygge på at de fleste artene innen en prøve rekkevidde vil bli oppdaget i dette tidsrommet. 3

Når SFPE prøvene har blitt samlet inn, plukket og sortert, specimens er sklie montert for slekten eller arter identifisering og etablering av kupong eksemplarer. Merking av lysbilder med aktuelle området, innsamling, og identifiserende informasjon anbefales, som i figur 3. Vanligvis viser lokaliteten etiketten informasjon om landet, staten, vann kroppen, GPS-koordinater, studiested ID, innsamling dato, og navnet på Personen som samles prøven. I tillegg vil denne etiketten har en unik lysbildenummer for hvert lysbilde montert prøven. Identifikasjonsmerket viser slekten og arten (når gjeldende) identifisering og navnet på personen som identifiserte prøven.

Pupal exuviae må være riktig dissekert og orientert for slekten identifisering og bilag prøven forberedelse. 4A viser riktig dorsal side opp pupal exuviae plassering på lysbildet. Under plassering på lysbildet, kan prøvene i utgangspunktet ikke ligge dorsal side opp fordi de er Yueguangbaoherisk i form og ofte fylt med etanol og luftbobler. Derfor bruker pinsett eller en disseksjon sonde til litt komprimere magen inn i Euparal mot raset er foreslått. Komprimering bør orientere prøven i rygg utsikt og utvise de fleste av etanol og luftbobler. Figur 4B viser disseksjon som skiller cephalothorax fra magen. I løpet av denne disseksjon, er det typisk for nybegynnere å rive magen mellom den første og andre mage segment. Forsiktighet bør plasseres i å opprettholde den første mage segment med resten av magen. Figur 4C viser riktig disseksjon og orientering av pupal exuviae før plassering av dekkglass. For enkelte prøver, kan det være vanskelig å åpne det, slik at cephalothorax sutur kantene er på motsatte sider, og cephalothorax er orientert i ventral visning. Igjen, til en svak sammentrykning av dorsoventral cephalothorax oppnå dette placement anbefales.

Samlinger av SFPE har blitt brukt i urbane innsjøer i Minnesota for å bestemme opphopning av arter (figur 5A) og genus rikdom (Figur 5B) og kumulativ artssammensetningen langs en ​​gradient av midlere fosforkonsentrasjonen / bety innsjø dybde (figur 6) 23. Basert på disse resultatene, har en proof-of-concept studie er gjennomført for langsiktig overvåking av Chironomidae i forhold til klimaendringer i sentinel innsjøer over hele Minnesota ( http://midge.cfans.umn.edu/research/biodiversity/chironomidae -slice-innsjøer / ). Rufer og Ferrington 23 fastslått at fire SFPE prøver per innsjø per sesong gjenvunnet flertallet av chironomid samfunnet og oppdaget viktige sesongvariasjon i urbane innsjøer (figur 5A, B). I alle 16 innsjøer, april prøvene inneholdt different taxa enn mai gjennom prøvene september. Derfor, i Nord-tempererte områder, prøvetaking fire ganger per sesong anbefales, med en prøve i april og tre prøver mellom mai og september. Men for forskjellige geografiske områder og klima, regimet prøvetakings bør tilpasses til regionen for å maksimere den del av samfunnet oppsamlet.

Figur 1
Figur 1. Chironomid livssyklus. Det er fire livsstadier, egg, larve, puppe og voksen, i chironomid livssyklus. Kvinnelige voksne legger egg på overflaten av vannet. Egg synke til bunns og vanligvis klekkes i flere dager til en uke. Etter å ha forlatt egg masse, larver graver seg inn i gjørme eller konstruere små rør der de bor, fôr, og utvikle seg. Larver forvandle seg til puppe mens de fortsatt i sine rør. Etter forpupping, puppe svømme aktivt til overflaten avvann og voksne dukke opp fra pupal exuviae. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2
Figur 2. Eksempel på et areal på SFPE akkumulering og feltinnsamlingsteknikker i en strøm. (A) et eksempel på hvor SFPE ville akkumulere på oppstrømsiden av en tømmerstokk. Det hvite, skumaktige materiale er en kombinasjon av organisk materiale, slik som makrofytter og alger, og kan inneholde hundrevis til tusenvis av pupal exuviae. (B) Et eksempel på hvordan en samler ville bruke en sil og larve skuffen for å samle SFPE fra elvebreddebufferen bredden av bekken. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 3
Figur 3. Diagram som viser plassering av lysbilde dato og lokalitet etikett (til venstre), identifikasjonsmerke (til høyre), og skyv montert pupal exuviae etter dekkglass (i midten). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 4
Figur 4. trinn-for-trinn pupal exuviae disseksjon og orientering. (A) Undissected pupal exuviae (cephalothorax og magen med segmenter nummererte i rygg visning). (B) dissekert pupal exuviae (cephalothorax og magen i rygg visning). (C) dissekert og orientert pupal exuviae (cephalothorax: ventral view; abdomen. dorsal visning) Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 5
Figur 5: Taksonomiske akkumulering kurver for SFPE prøver samlet inn fra 16 urbane innsjøer i Minnesota. For begge paneler, representerer hver farget stripe en av de 16 innsjøene. Se Rufer og Ferrington 23 for en detaljert beskrivelse av egenskapene til hver innsjø. Hvert datapunkt representerer en månedlig 10-min SFPE prøven samlet langs vindretningen kysten i løpet av de isfrie månedene av 2005 (april-oktober). A) Arter akkumulering kurver for SFPE prøver. B) Genus akkumulering kurver for SFPE prøver. Klikk her for å se en større versjon av this figur.

Figur 6
Figur 6: Kumulativ arter detektert over en gradient av lake kjemi fra flere SFPE prøver som en funksjon av midlere epilimnetic fosfor-konsentrasjon (ug / l) i løpet av midlere lake dybde (m) fra 16 tett innsjøer i Minnesota. Hvert datapunkt representerer en av de 16 vann; innsjøer er sortert fra laveste til høyeste gjennomsnitts fosfor / bety dybde. Se Rufer og Ferrington 23 for en detaljert beskrivelse av egenskapene til hver innsjø. Akkumulert antall arter som oppstår øker etter hvert som forholdet mellom midlere fosforkonsentrasjon over bety lake dybden øker.

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 trinn for vellykket SFPE prøvetaking, plukking, sortering, slide montering, og identifisering er: (1) å finne områder med høy SFPE opphopning innenfor studieområdet under feltet samling (Figur 2A); (2) langsomt skanning innholdet i petriskål for deteksjon av alle SFPE under prøve plukking; (3) å utvikle den nødvendige fingerferdighet å dissekere cephalothorax fra magen under lysbilde montering (Figur 4A); og (4) å gjenkjenne viktige morfologiske tegnene chironomid pupal exuviae å korrekt identifisere til slekten.

Oppdager områder med høy SFPE akkumulering (Figur 2A) er det viktigste steget i vellykket SFPE prøvetaking. Pupal exuviae er fanget i vannvegetasjon eller menneskelige strukturer som båt ramper, og bølgene kan konsentrere flytende materiale i offshore "ranker" 30. For større vannforekomster,identifisering av naturområder med opphopning kan kreve å finne studiesteder basert på vindmønstre eller bruker vannjet å få tilgang til områder der pupal exuviae er å samle. En prøve med et tilstrekkelig antall SFPE må samles for å påvise tilstedeværelse av vekstarter og beregne relative overflod av enkelte arter med en høy grad av nøyaktighet. Under prøven sortering, er det nødvendig å sakte skanne petriskål flere ganger for mindre (3-6 mm i lengde), lett pigmenterte prøver. SFPE ofte holde seg til alger, blader, pinner, frø og blomster, og derfor kan ikke bli oppdaget under den første skanningen. Også denne protokollen krever nøye disseksjon og skyv montering av cephalothorax fra magen for genus identifikasjoner (Figur 4A). Bruk fin-tipped pinsett og / eller disseksjon sonder å dissekere exuviae mellom cephalothorax og første abdominal segment. Endelig kan slekten identifisering være vanskelig for nye taksonomer.Ta deg tid til å studere morfologi og terminologi chironomid puppe før du begynner å identifisere prøver å slekten. Se Wiederholm 28 og Ferrington, et al. 5 for nøkler og diagnoser av chironomid slekter. Hvis identifikasjon ferdigheter er en bekymring, kan alle lysbilder eller en undergruppe av kupong eksemplarer sendes til et laboratorium med riktige evner.

Basert på forskjøvet voksne emergences i de fleste samfunn, er flere prøvetaking hendelser anbefales, og for langtidsstudier, kan et pilotprosjekt finne de mest nyttige prøvetaking ganger før sluttføre metoder. Selv med flere, sesong målrettet prøvetaking hendelser, vil en del av samfunnet forbli uoppdaget, selv om disse ofte er sjeldne taxa 31. For samplingsfrekvens anbefalinger, se Bouchard og Ferrington 9 for bekker og Rufer og Ferrington 23 for innsjøer. Den største bekymringen om prøvetaking metodikk knyttet til SFPE flytende avstand. I bekker, er typisk drift mellom 50-250 m, mens det i større elver kan exuviae flytte opp til 2 km 30. Felt bevis tyder på at halvparten eller flere av de exuviae ikke fortrenge mer enn 100 meter nedstrøms for der voksen kommer ut 20. Derfor, hvis man samler SFPE over en prøve rekkevidde på 500 meter nedstrøms fra en mistenkt forurensningskilde, er det sannsynlig at de fleste av prøver samlet fullført sin livssyklus innenfor den antatte effekten sonen 25. I innsjøer, dammer og bassenger, vil pupal exuviae flytte med overflatestrømmer og ofte samles i store tall på medvind siden av vannet kroppen.

Selv om kostnadseffektive, er det potensielle begrensninger forbundet med denne metode, inkludert: (1) den manglende evne til å bestemme mikrohabitater som brukes av 32 larver; (2) manglende evne til å vurdere store livssyklus hendelser og instar varighet før eklosjonshormon, siden voltinism er often utfordring å bestemme 7; (3) sterk sesongvariasjon å assemblages oppdaget 30; (4) en bias mot arter med lett chitinized exuviae at bryte ned eller synke på en raskere hastighet 33; (5) ikke er i stand til å identifisere prøvene til art hvis puppe og voksne menn har ikke tidligere vært forbundet 5; og (6) det er vanskelig å estimere arealtetthet eller biomasse.

Som beskrevet ovenfor, pupal exuviae er blant de mest nyttige og kostnadseffektive livsstadier for å inkludere i akvatiske biomonitoring studier fem. Fremtidige studier for å forbedre SFPE metoden omfatter testing: (1) aktuelle kjøringer; (2) subsample størrelser; (3) passende hyppighet av prøvetaking hendelser avhengig av lokalitet og vannforekomst av interesse; og (4) synker og sammenbrudd priser for exuviae under ulike forhold av temperatur, fuktighet, dekompositør vaksinasjon, og mekaniske forstyrrelser. I tillegg bør fremtidige studier inkludere raffinementav molekylbaserte identifikasjonsteknikker, slik som DNA strekkoding, for å knytte pupal exuviae med larver og voksne 34-35.

Her har vi beskrevet chironomid SFPE prøvetaking, laboratorie behandling, slide montering, og slekten identifikasjon i detalj. Den SFPE metoden er effektiv for å vurdere ulike, utbredt chironomid lokalsamfunn og kan øke bunnprøver i studier av biologiske responser på endrede vannkvalitet. Dette kostnadseffektive, alternativ RBP tilbyr flere klare fordeler som gjør den godt egnet for storskala-analyser som omfatter gjentatte prøvetaking arrangementer over lengre perioder.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne hevder at de ikke har noen konkurrerende økonomiske interesser.

Acknowledgments

Midler til å komponere og publisere dette papiret ble gitt gjennom flere tilskudd og kontrakter til Chironomidae Research Group (LC Ferrington, Jr., PI) ved Institutt for entomologi ved University of Minnesota. Takk til Nathan Roberts for deling feltarbeid fotografiene som brukes som tall i videoen forbundet med dette manuskriptet.

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).
Bruk av Chironomidae (Diptera) Surface-Floa pupal Exuviae som Rapid Bioassessment protokoll for vannforekomster
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