Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Environment

Использование хирономид (Diptera), поверхностно-Плавающие куколки экзувии как Bioassessment протокола Rapid для водоемов

doi: 10.3791/52558 Published: July 24, 2015

Abstract

Быстрые протоколы, использующие донные bioassessment макробеспозвоночных комплексы были успешно использованы для оценки воздействия человека на качество воды. К сожалению, традиционные донные личинки методы отбора проб, такие как погружной сети, может быть трудоемким и дорогостоящим. Альтернативный протокол включает в себя коллекцию Chironomidae поверхности плавающего куколки экзувия (SFPE). Chironomidae является видовой богатая семья мух (Diptera), чьи незрелые стадии, как правило, происходят в водной среде обитания. Взрослые хирономид выйти из воды, оставляя их куколки кожи или экзувии, плавающие на поверхности воды. Экзувии часто накапливаются вдоль банков или за препятствий со стороны действия ветра или воды тока, где они могут быть собраны для оценки хирономид разнообразие и богатство. Хирономиды может быть использован в качестве важных биологических показателей, так как некоторые виды более терпимы к загрязнению, чем другие. Таким образом, относительное обилие и видовой состав собранной SFPE отражаютизменения качества воды. Здесь методы, связанные со сбором поля, лабораторной обработки, слайд монтажа и идентификации звонцов SFPE подробно описаны. Преимущества метода SFPE включают минимальное волнение в области отбора проб, эффективное и экономичное сбор образцов и лабораторной обработки, легкость идентификации, применимость в почти всех водных средах, и потенциально более чувствительное измерение напряжения экосистем. Ограничения включают неспособность определить личинок использование микросреду и неспособность определить куколки экзувии для видов, если они не были связаны с взрослыми мужчинами.

Introduction

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

Программы биологического мониторинга, которые используют живые организмы, чтобы оценить состояние окружающей среды, часто используются для оценки качества воды или контролировать успех программы восстановления экосистем. Быстрые протоколы bioassessment (РСП), использующие донные макробеспозвоночных комплексы были популярны среди государственных органов водных ресурсов с 1989 года 1. Традиционные методы отбора проб донных макробеспозвоночные для ОДП, такие как рыболовный сачок, Surber сэмплер, и Hess сэмплер 2, может быть по времени , дорого, и может измерить только комплексы с определенной микросреде 3. Эффективность, альтернативные ОДП для генерации биологической информации о конкретном водоеме включает сбор Chironomidae поверхности плавающего куколки экзувия (SFPE) 3.

Chironomidae (Insecta: Diptera), широко известный как не кусаться мошек, мух являются holometabolous, что, как правило, происходят в водной среде до выхода, как взрослые 60; на поверхности воды. Семья хирономид является видовое разнообразие, с примерно 5000 видов, описанных во всем мире; Однако, как многие, как 20000 видов, по оценкам, существует 4. Хирономид полезны в документировании воды и качество среды обитания во многих водных экосистем из-за их большого разнообразия и переменных допустимых уровней загрязнения 5. Кроме того, они часто являются наиболее распространенными и широко распространенные донные макробеспозвоночные в водных системах, как правило, составляет 50% или более видов в сообществе 5,6. После появления земного взрослых, куколки экзувии (бросить куколки кожи) остается плавающие на поверхности воды (рис 1). Куколочные экзувии накапливаются вдоль банков или за препятствий под действием ветра или воды тока и может быть легко и быстро собраны, чтобы дать всеобъемлющий образец видов хирономид, которые возникли во время предыдущего 24-48 ч 7.

ntent "> относительное изобилие и таксономический состав собранной SFPE отражает качество воды, учитывая, что некоторые виды очень терпимы загрязнения, в то время как другие являются весьма чувствительными 5 метод SFPE имеет много преимуществ по сравнению с традиционными методами отбора проб личинок хирономид в том числе: (1). минимальна , если таковые имеются, нарушение среды обитания происходит в зоне отбора проб; (2) образцы не сосредоточиться на сборе живые организмы, а неживые кожи, так траектория динамики сообщества не влияет; (3) определение в роду, и часто виды, относительно легко даны соответствующие ключи и описания 3; (4) сбор, обработка и идентификации образцов является эффективным и экономичным по сравнению с традиционными методами отбора проб 3,8,9; (5), накопленные экзувии представляют таксонов, что произошли от Широкий ассортимент микроместообитаний 10; (6) метод применим практически во всех водных средах, в том числе потоков и рек, лиманов, ЛакES, пруды, бассейны рок, и водно-болотные угодья; и (7), может быть, SFPE быть более чувствительным индикатором здоровья экосистемы, так как они представляют лиц, которые завершили все этапы незрелые и успешно возникли как взрослые 11.

Метод SFPE не новый подход для сбора информации о хирономид общин. Использование SFPE было впервые предложено Тинеман 12 в начале 1900-х годов. Разнообразие исследований использовали SFPE для таксономических исследований (например, 13-15), биоразнообразия и экологических исследований (например, 7,16-19), и биологические оценки (например, 20-22). Кроме того, некоторые исследования затрагивались различные аспекты построения выборки, размер выборки, и количество образцов событий, необходимых для достижения различных уровней обнаружения видов или родов (например, 8,9,23). Эти исследования показали, что сравнительно высокий процент видов или родов могут быть обнаружены с умеренным efforт или расходы, связанные с обработкой образца. Например, Андерсон и Ferrington 8 определено, что на основе 100-счета подвыборки, 1/3 й меньше времени требуется, чтобы забрать образцы SFPE по сравнению с DIP-нетто образцов. Еще одно исследование установлено, что образцы 3-4 SFPE может быть отсортирован и определены для каждого погружения в чистой пробы и образцы, которые были SFPE более эффективным, чем DIP-нетто образцов на выявление видов, видовое богатство увеличивается 3. Например, на участках с видового богатства значений 15-16 видов, в среднем рыболовный сачок эффективность была 45,7%, в то время как образцы были SFPE 97,8% эффективнее 3.

Существенно, что метод SFPE был стандартизирован в Европейском Союзе 24 (известный в технике хирономид куколки экзувии (CPET)) и Северной Америке 25 для экологической оценки, но способ не описан в деталях. Одно из приложений методологии SFPE был описан Ferrington и др.

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. Подготовка полевого сбора и сад

  1. Определить количество образцов SFPE, которые должны быть собраны на основе дизайна исследования и приобрести один образец банку (например, 60 мл) для каждого образца.
  2. Подготовьте две метки даты и местности для каждого образца банку. Разместите один на внутренней и прикрепить к другу на внешней части банки. Убедитесь, что каждая метка даты и местонахождение включает следующую информацию: страна, государство, графство, город, водоем, координаты GPS, дату и имя лица (лиц) сбор образца.
  3. Соберите других конкретных материалов и оборудования (табл конкретных материалов / оборудования).

2. Поле Коллекция

  1. Держите личинок лоток в одной руке и сито в другую. Опустите лоток личинок в воду, где SFPE аккумулировать (например, пена скопления, коряги, возникающих растительность, мусор, обратно вихри, и вдоль краев банковских) (рис 2а), позволяют Ватэ-э, экзувии, и мусор, чтобы войти в личиночной лоток и залить этот материал через сито. Если выборки в проточных системы, начинают на нижнем по потоку конце образца одним и работать вверх (фиг.2В). Если отбор проб в стоячих системы, начать с подветренной береговой линии.
    1. Повторите шаг 2,1 в течение 10 мин (или иным образом определена для конкретного режима выборки) в течение каждого заранее определенного одним образца (как правило, 100-200 м для образцов, взятых из потоков, но зависит от общей площади водной станции мониторинга); перемещаться между SFPE районах накопления соответственно.
  2. Концентрат мусора в одном из районов сито, используя шприц бутылку с водой с сайта образца и тщательно передачи образцов SFPE предварительно помечены образец банку с помощью щипцов и поток этанола из бутылки шприца. Заполните образец банку с этанолом.
  3. Повторите этапы 2,1 до 2,2 для всех образцов.

3. Образец Комплектование

ПРИМЕЧАНИЕ: Остальные этого протокола относится к 300 SFPE подвыборки и, возможно, потребуется внести изменения для других размеров подвыборки. См Бушар и Ferrington в 9 принципов прореживанием и частоты дискретизации для пошива методы SFPE встретиться учебно-определенных целей и ресурсов.

  1. Выделите 1-драма флакон для каждого образца SFPE; подготовить метку даты и локальности разместить внутри каждого флакона и заполнить флакон на ¾ с этанолом.
  2. Удалить крышку с соответствующего образца банку и проверить прилагается куколки экзувия. Аккуратно промойте содержимое от крышки на чашке Петри с использованием шприц бутылку с этанолом. Найти и удалить метку из внутренней части образца банку с помощью щипцов и аккуратно промойте содержимое выключения этикетке на чашке Петри. Установите метку в сторону.
  3. Передача содержимого образца банку в личиночной лоток, промывают этанолом, чтобы обеспечить не SFPE остаются в банке образца. Трансфер часть куколки экзувии, Resiиз-за, и этанол из лотка к чашке Петри. Убедитесь, что образец рассматривается в этаноле.
  4. Поместите чашку Петри под стерео микроскопом. Систематически проверять содержимое чашки Петри для куколки экзувия. Выберите все куколки экзувии из чашки с помощью щипцов и место в пробирке. Не берите образцы, которые разбиты (т.е., не имеют, по крайней мере половину головогруди и брюшка), сушат, или сжатый, чтобы избежать проблем идентификации.
    Примечание: Идентификация видам часто требует, чтобы весь образец присутствует, хотя в некоторых случаях, идентификация рода уровня может быть возможным с частичным образцов.
    1. Вихревой блюдо и сканирования для дополнительного куколки экзувия, в том числе любые, которые могут застрять в стороны блюдо, а также, любые малых и полупрозрачных образцов, которые, возможно, не будет обнаружен изначально. Повторяйте, пока два последовательных сканирует не обнаружено никаких дополнительных куколки экзувии.
  5. Повторите шаги 3.3 и3.4, пока все или 300 куколок экзувии не были собраны. При 300 куколок экзувии были выбраны, возвращают остаток от чашки Петри с личиночной лоток и промойте чашки Петри с этанолом. Затем, перевести остаток от личиночной лоток на пустой образца банку, добавить метку даты и локальности, и положил крышку на банку. Сохраните или распоряжаться остатком в соответствии с протоколами по конкретным проектам.

4. Образец Сортировка

  1. Налейте все выбрал куколки экзувии из маркированную емкость в чашку Петри с достаточным количеством этанола, чтобы только покрыть образцов.
  2. Под микроскопом стерео, отдельные образцы в различных морфологических групп (т.е., morphotaxa) и поместить каждый morphotaxon в отдельно меченого флаконы заполнены 3/4 й полный этанолом.
    1. Использование внешних морфологических характеристик, чтобы отделить хирономид morphotaxa. Например, из цефалоторакса, использовать различия в присутствии, размер, форма иокраска головных бугров, фронтальные бородавки, лобные волоски, и грудной рога. Из брюшной полости, использовать шипы, hookrows, шагрень, щетинки и отроги брюшных сегментов, в дополнение к анальных долей для разделения morphotaxa (4А). См Ferrington и др. 5, Saether 26 Пиндер и Рейсс 27 дополнительных описаний и рисунков морфологических характеристик.
    2. Используйте дополнительные этанол, если образцы начинают сохнуть.

5. Презентация Монтаж

  1. Заполните одну лунку нескольких луночный планшет для каждого morphotaxon с 95% этанола.
    1. Поместите несколько представлений (например, 25% от общего числа) каждого morphotaxon быть установлен в слайд отдельных скважин пластины. Разрешить образцы сидеть в хорошо, по крайней мере 10 мин для обезвоживания достаточно.
  2. Этикетка слайды с соответствующей сайта, сбора, идентификации и informatiна (рис 3).
  3. Место слайд на стерео микроскопа.
    ПРИМЕЧАНИЕ: шаблон слайда, приклеенный к стадии полезно для последовательного размещения.
  4. Поместите каплю эупарал на слайде; распространить эупарал так, что он приблизительно соответствует по размерам покровным. Используйте надлежащую вентиляцию при работе с эупарал.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Используйте надлежащую вентиляцию при работе с эупарал.
  5. Вставить представителя от первого morphotaxon в эупарал с помощью щипцов.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Для аннулированию избыток этанола из образца, используя щипцы, мягко нажмите образца на лаборатории салфетки до внедрения его в эупарал.
  6. Отделите головогрудь с живота с помощью остроконечного пинцета и / или рассечение зондов (рис 4а).
    1. Сплит головогрудь вдоль шва ecdysial (рис 4В) и откройте головогрудь, так что шовный края находятся на противоположных сторонах (рис 4в).
    2. Расположите Cephalothorax так, что брюшная сторона обращена вверх (рис 4C).
    3. Расположите живота спинной стороне до; разместить непосредственно под головогрудь (рис 4C).
  7. Поместите покровное на образце. Держите покровное под углом, с одного края касаясь слайд, а затем медленно опустите и падение покровное, чтобы уменьшить образование пузырьков воздуха. Слегка нажмите на покровное, чтобы сгладить образца.
  8. Повторите шаги 5.3 через 5,7 для всех образцов обезвоженных.

6. Род Идентификация

  1. Определите род слайд-монтажа образцов с использованием сложного микроскопа. Определить образцы к роду помощью клавиш и диагнозы в Wiederholm 28 и Ferrington и др. 5. При необходимости, подтвердить идентификацию на уровне семьи с использованием Ferrington и др. 5. ПРИМЕЧАНИЕ: Там были многочисленные общие описания и изменения начиная с Wiederholm 28 и Ferrington,и др. 5, следовательно, эти ключи и диагнозы неполны и должны быть дополнены с первичной литературы.

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

Рисунок 1 иллюстрирует жизненный цикл хирономид; незрелые стадии (яйца, личинки, куколки), как правило, происходят в, или близко связаны, в водной среде. После завершения личиночной стадии жизни, личинка строит трубчатую приют и присоединяется с шелковыми секрета в окружающую подложки и окукливание происходит. После того, как развивается взрослый созрела, куколка освобождается и плавает на поверхности воды, где взрослый может выйти из куколки экзувия. Экзувии наполняется воздухом, и в силу внешней восковой слой кутикулы, он по-прежнему плавает на поверхности воды до тех пор, пока бактерии начинают разлагаться воска слой.

Водные потоки или ветер концентрат плавающие куколки экзувии в районах накопления, такие как, где прибрежной растительности или упавшие деревья в контакт с водной поверхности, изображенные на рисунке 2А. Личиночной лоток и сита могут быть использованы для сбора куколки &# 160; из этих районов природного накопления и оценить появление хирономид из широкого спектра местообитаний, как показано на рисунке 2В. Для некоторых приложений, важно, чтобы собрать образцы последовательно, стандартизованной форме, так что сравнение может быть сделано между несколькими сайтов образца или с течением времени при заданном месте образца. Десять минут периоды сбора были показаны, чтобы обеспечить адекватные оценки относительной численности хирономид 3,25. Например, Ferrington и др. 3 исследовали появление оценки видов Chironomus riparius и обнаружили, что оценки существенно не изменяются после были проанализированы 12 панорамирования провалы. В течение периода сбора 10 мин, гораздо больше, чем 12 провалы обычно получают, таким образом, мы уверены, что большинство массовых видов в образце досягаемости будут обнаружены в этот период времени. 3

После того, как образцы SFPE были собраны, взял, и сортируются, ИПecimens являются слайд установлен для рода или вида идентификации и создания контрольных образцов. Маркировка слайдов с соответствующим сайте, сбора и идентификации информации рекомендуется, как показано на рисунке 3. Как правило, этикетки местонахождение отображает информацию о стране, государстве, водного, координат GPS, исследование сайта ID, дата сбора, и имя Человек, который собрал пробы. Кроме того, эта метка будет иметь уникальный номер слайда для каждого слайда монтажа образца. Этикетки идентификации показывает род и вид (если применимо) выявление и имя человека, который определил образец.

Куколочные экзувии должны быть правильно расчлененный и ориентирован на выявление и подготовку рода ваучер образца. показывает правильный спинной стороне до размещения куколки экзувии на слайде. При размещении на слайде, образцы не могут изначально лежат спинной стороной вверх, потому что они CYLINDричное в форме и часто заполнены с этанолом и воздушных пузырьков. Таким образом, с помощью щипцов или рассечение зонд слегка сжать живот в эупарал к слайд предложил. Сжатие должны ориентироваться на образец со спинной и удалить большую часть этанола и воздушных пузырьков. Фиг.4В показывает рассечение, которое отделяет головогрудь от брюшной полости. Во время этого рассечения, это характерно для начинающих рвать живот между первой и второй брюшной сегмент. Осторожно должны быть помещены в поддержании первый брюшной сегмент с остальной частью брюшной полости. Фиг.4С показан правильный рассечение и ориентации куколки экзувия Перед установкой покровного стекла. Для некоторых образцов, это может быть трудно открыть головогрудь так, что шовные кромки находятся на противоположных сторонах и Головогрудь ориентирован в вентральной. Опять же, небольшое дорсовентральный сжатие головогруди для достижения этой placemeNT рекомендуется.

Коллекции SFPE успешно используются в городских озер в штате Миннесота, чтобы определить, накопление видов (рис 5А) и род богатство (рис 5б) и состав кумулятивного видов вдоль градиента средней концентрации фосфора / средняя глубина озера (рис 6) 23. Основываясь на этих результатах, исследование доказательств правильности концепции была реализована для долгосрочного мониторинга хирономид в связи с изменением климата в дозорных озер по всей Миннесоте ( http://midge.cfans.umn.edu/research/biodiversity/chironomidae -slice-озера / ). Руфер и Ferrington 23 определено, что четыре образца SFPE на озере за сезон выздоровел большинство хирономид сообщества и обнаружить важную сезонные колебания в городских озерах (5А, В). Во всех 16 озер, образцы содержали апреля differeнт таксонов, чем через образцы мая сентября. Таким образом, в северо-умеренных регионах, выборка в четыре раза за сезон рекомендуется с одного образца в апреле и трех образцов с мая по сентябрь. Тем не менее, для различных географических районов и климате, режим отбора проб должна быть адаптирована к области, чтобы максимизировать часть сообщества собрана.

Фигура 1
Рисунок 1. Жизненный цикл хирономид. Есть четыре стадии жизни, яйцо, личинка, куколка, и взрослая, в хирономид жизненного цикла. Женский взрослых откладывают яйца на поверхности воды. Яйца опускаются на дно и, как правило, люк в течение нескольких дней до одной недели. После ухода яичную массу, личинки зарываются в грязь или построить небольшие трубки, в которой они живут, корма, и развиваться. Личинки превращаются в куколок, а еще в их труб. После окукливания, куколок активно плавать на поверхностиводы и взрослых выйти из куколки экзувия. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 2
Рисунок 2. Примеры площадью SFPE накопления и сбора поле методов в потоке. () Пример, где будут накапливаться SFPE вверх по течению бревна. Белый, пенистый материал сочетание органического вещества, таких как макрофитов и водорослей, и может содержать от сотен до тысяч куколки экзувия. (B), пример того, как коллектор будет использовать сито и личинок лоток для сбора SFPE из прибрежных берегу ручья. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 3
Рисунок 3. Схема расположения даты слайдов и местности этикетке (слева), идентификационной табличке (справа), и слайд установлен куколки экзувии под покровное (в центре). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 4
Рисунок 4. Шаг за шагом куколки экзувии вскрытия и ориентации. () Undissected куколки экзувии (головогрудь и брюшко с сегментами пронумерованных в спинной). (B), расчлененных куколки экзувии (головогрудь и брюшко при взгляде сверху). (С) рассекали и ориентированных куколки экзувии (головогрудь: вэнТрал вид; Живот:. Спинной зрения) Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 5
Рисунок 5: таксономические кривые накопления для образцов, собранных от SFPE 16 городских озер в штате Миннесота. Для обеих панелей, каждая цветная линия представляет собой одну из 16 озер. См Руфер и Ferrington 23 для подробного описания характеристик каждого озера. Каждая точка данных представляет собой ежемесячный 10-мин SFPE образец, собранный по ветру берег во время свободных ото льда месяцев 2005 года (с апреля по октябрь). ) Кривые накопления Виды для образцов SFPE. Б) кривые накопления Род для образцов SFPE. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию Тхис фигурой.

Рисунок 6
Рисунок 6: полезных видов, обнаруженных по градиенту озеро химических из нескольких образцов SFPE в зависимости от средней концентрации фосфора epilimnetic (мкг / л) в течение средняя глубина озера (м) от 16 городских озер в штате Миннесота. Каждая точка данных представляет собой один из 16 озер; озера сортируются от наименьшего до наибольшего средних фосфора / средняя глубина. См Руфер и Ferrington 23 для подробного описания характеристик каждого озера. Совокупное число видов, встречающихся увеличивается как отношение средней концентрации фосфора в течение средняя глубина озера увеличивается.

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

Наиболее важные шаги для успешного сбора SFPE образца, Комплектация, сортировка, монтаж слайд, и идентификации являются: (1) поиск областей высокого накопления SFPE в области исследования во время сбора поля (2А); (2) медленно сканирования содержимое чашки Петри для обнаружения всех SFPE во образца сбора; (3) разработку необходимой ловкость препарировать головогрудь с живота во время слайд монтажа (рис 4а); и (4) признания ключевые морфологические признаки хирономид куколки экзувия правильно определить для рода.

Обнаружение области высокого накопления SFPE (рис 2А) является наиболее важным шагом в успешной сбора проб SFPE. Куколочные экзувии попали в водной растительности или человека структур, как лодка пандусов, и волны могут сосредоточиться плавучего материала в оффшорных "валках" 30. Для больших водоемов,идентификация природных территорий накопления может потребовать размещения учебных сайтов на основе шаблонов ветра или при помощи плавсредств в районы, где доступ к куколок экзувии накапливают. Образец с достаточным количеством SFPE должна быть собрана для обнаружения присутствия новых видов и оценить относительное содержание отдельных видов с высокой степенью точности. Во образца сортировки, необходимо медленно сканировать чашки Петри несколько раз для меньшего (3-6 мм в длину), слегка пигментированных образцов. SFPE часто придерживаться водорослей, листьев, палочек, семян и цветов, и, следовательно, не могут быть обнаружены в ходе первоначальной проверки. Кроме того, этот протокол требует тщательного вскрытия и монтажный слайд головогруди из брюшной полости для идентификации рода (4А). Используйте остроконечный пинцет и / или рассечение зонды рассекать экзувии между головогруди и первого брюшного сегмента. Наконец, идентификация род может быть трудным для новых систематиков.Потратьте время, чтобы изучить морфологию и терминологию хирономид куколок, прежде чем начать идентифицировать образцы для рода. См Wiederholm 28 и Ferrington др. 5 для ключей и диагнозов хирономид родов. Если идентификационные навыки беспокойство, все слайды или подмножество контрольных образцов может быть отправлен в лабораторию с соответствующими способностями.

Основываясь на шахматном взрослых emergences в большинстве общин, несколько событий проб рекомендуется, а для долгосрочных исследований, пилотный проект может определить наиболее полезные раз выборки до завершения метода. Даже с несколькими, сезонные целевых мероприятий для отбора проб, доля сообщества останется незамеченным, хотя они часто редко таксонов 31. Для частота дискретизации рекомендации, см Бушар и Ferrington 9 для потоков и Руфер и Ferrington 23 для озер. Основная озабоченность по поводу методики отбора проб относится к SFЧП плавающей расстояние. В потоках, типичный дрейф между 50-250 м, в то время как в больших реках экзувии может подняться на 2 км 30. Поле данные свидетельствуют о том, что пятьдесят процентов или более экзувия не вытесняют более 100 метров ниже по течению от места взрослых возникает 20. Поэтому, если один собирает SFPE над одним из образца 500 метров ниже по течению от подозреваемого источника загрязнения, вполне вероятно, что большинство образцов, собранных завершена свой ​​жизненный цикл в зоне воздействия подозреваемого 25. В озерах, прудах и бассейнах, куколки экзувии будет двигаться с поверхностными течениями и часто собирают в больших количествах на подветренной стороне водоема.

Хотя экономически эффективным, есть потенциальные ограничения, связанные с этим методом, в том числе: (1) неспособность определить микроместообитаний используемые личинок 32; (2) невозможность оценить основные события жизненного цикла и продолжительность возраста до вылупления, так как это часто voltinismан вызов, чтобы определить, 7; (3) сильный сезонная изменчивость в комплексах обнаружено 30; (4) предубеждение против видов с слегка хитиновым экзувия, что сломать или тонуть быстрее 33; (5) не в состоянии определить образцы для видов, если куколки и взрослые самцы не ранее был связан 5; и (6) трудность оценки плотности записи или биомассы.

Как описано выше, куколок экзувии являются одними из самых полезных и экономичных этапах жизни, чтобы включить в водных биомониторинга исследований 5. Будущие исследования по улучшению метода SFPE включать в себя тестирование: (1) надлежащие репликации; (2) размеры подвыборки; (3) Соответствующая частота дискретизации событий в зависимости от местности и воды тела интересов; и (4) погружение и темпы распада для экзувия при различных условиях температуры, влажности, разложени прививки, и механических возмущений. Кроме того, будущие исследования должны включать уточнениеметодов молекулярных основе идентификации, таких как штрих-кодирование ДНК, чтобы связать куколки экзувии с личинками и взрослыми 34-35.

Здесь мы описали коллекция хирономид SFPE образец, лабораторная обработка, слайд-монтаж, и идентификация род в деталях. Метод SFPE эффективен для оценки различных, широко распространенные хирономид общины и может увеличить пробы бентоса в исследованиях биологических реакций на изменение качества воды. Это экономичное альтернативное ОДП предлагает несколько различных преимуществ, которые делают его хорошо подходит для крупномасштабных анализов, которые включают повторяющиеся события выборки в течение длительных периодов времени.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.

Acknowledgments

Финансирование для создания и публикации этого документа была представлена ​​через несколько грантов и контрактов исследовательской группы хирономид (LC Ferrington, младший, PI) в Департаменте энтомологии в университете Миннесоты. Благодаря Натан Робертс работы на местах для обмена фотографиями, используемые в качестве фигур в видео, связанные с этой рукописи.

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).
Использование хирономид (Diptera), поверхностно-Плавающие куколки экзувии как Bioassessment протокола Rapid для водоемов
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