Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Environment

Användning av Chironomidae (Diptera) Utanpå Flytande PUPP exuviae som en snabb Bioassessment protokoll för vattenförekomster

doi: 10.3791/52558 Published: July 24, 2015

Abstract

Snabba bioassessment protokoll som använder botten makroinvertebrater assemblage har med framgång använts för att bedöma mänskliga påverkan på vattenkvaliteten. Tyvärr, traditionella bentiska larver provtagnings-, såsom dip-nätet, kan vara tidskrävande och dyrt. Ett alternativt protokoll innebär insamling av Chironomidae yta flytande PUPP exuviae (SFPE). Chironomidae är en art-rik familj av flugor (Diptera) vars omogna stadier vanligtvis förekommer i akvatiska miljöer. Vuxna fjädermyggor dyker upp från vattnet, lämnar sina PUPP skinn, eller exuviae, flyter på vattenytan. Exuviae ofta samlas längs banker eller bakom hinder genom påverkan av vind eller strömmande vattnet, där de kan samlas in för att bedöma Chironomid mångfald och rikedom. Fjädermyggor kan användas som viktiga biologiska indikatorer, eftersom vissa arter är mer toleranta mot föroreningar än andra. Därför relativa förekomst och artsammansättning av insamlade SFPE återspeglarförändringar i vattenkvaliteten. Här är metoder som är förknippade med fält insamling, laboratoriebearbetning, montering på objektglas, och identifiering av Chironomid SFPE beskrivas i detalj. Fördelar med SFPE metoden inkluderar minimal störning vid ett provtagningsområdet, effektivt och ekonomiskt provsamling och laboratorie bearbetning, att underlätta identifiering, tillämplighet i nästan alla vattenmiljöer, och en potentiellt mer känsligt mått på ekosystem stress. Begränsningar omfattar oförmågan att bestämma larv microhabitat användning och oförmåga att identifiera PUPP exuviae arter om de inte har satts i samband med vuxna män.

Introduction

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

Biologiska övervakningsprogrammen, som använder levande organismer att utvärdera miljö och hälsa, används ofta för att bedöma vattenkvaliteten eller övervaka framgång för program ekosystem restaurering. Snabba bioassessment protokoll (RBP) med hjälp av bottenlevande makroinvertebrater assemblage har varit populära bland statliga vattenresursbyråer sedan 1989 1. Traditionella metoder för provtagning bentiska macroinvertebrates för RBP-anordningama, såsom dip-net, Surber sampler och Hess sampler 2, kan vara tids krävande, dyrt, och kan bara mäta assemblage från en viss microhabitat 3. En effektiv, alternativt RBP för generering av biologisk information om en viss vattenförekomst innebär insamling av Chironomidae yta flytande PUPP exuviae (SFPE) 3.

Den Chironomidae (Insecta: Diptera), allmänt känd som icke-bitande knott, är holometabolous flugor som vanligtvis förekommer i vattenmiljöer innan framstår som vuxna 60, på vattenytan. Den Chironomid familj är rik på arter, med cirka 5.000 arter beskrivna världen; dock så många som 20.000 arter som bedöms vara 4. Fjädermyggor är användbara i att dokumentera vatten och habitatkvalitet i många akvatiska ekosystem på grund av deras höga mångfald och varierande toleransföroreningsnivåer 5. Dessutom är de ofta den mest förekommande och utbredda botten macroinvertebrates i akvatiska system, typiskt svarar för 50% eller mer av de arter som i samhället 5,6. Efter uppkomsten av mark vuxen, PUPP exuviae (kasta PUPP hud) är fortfarande flyter på vattenytan (Figur 1). Pupal exuviae ansamlas längs banker eller bakom hinder genom inverkan av vind eller strömmande vattnet och kan enkelt och snabbt samlas in för att ge en heltäckande urval av Chironomid arter som har framkommit under den föregående 24-48 timmar 7.

ntent "> Den relativa överflöd och taxonomisk sammansättning insamlade SFPE speglar vattenkvalitet, med tanke på att vissa arter är mycket föroreningar tolerant, medan andra är ganska känsliga 5 SFPE metod har många fördelar jämfört med traditionella larv Chironomid urvalsmetoder inklusive:. (1) minimal Eventuella sker livsmiljö störning vid ett provtagningsområdet, (2) prover inte fokusera på att samla in levande organismer, utan snarare icke-levande hud, så banan för samhällsdynamiken påverkas inte, (3) identifiering genus, och ofta arter är relativt lätt med tanke lämpliga nycklar och beskrivningar 3, (4) insamling, bearbetning, och identifiera prover är effektivt och ekonomiskt i jämförelse med traditionella provtagningsmetoder 3,8,9, (5) ackumulerade exuviae representerar taxa som har sitt ursprung från ett brett spektrum av mikrohabitat 10, (6) metoden är tillämpbar i nästan alla vattenmiljöer, inklusive bäckar och floder, flodmynningar, lakes, dammar, pooler rock och våtmarker; och (7) SFPE kanske vara en mer känslig indikator på ekosystemens hälsa eftersom de representerar individer som har fullgjort alla omogna stadier och framgångsrikt uppstått som vuxna 11.

Den SFPE Metoden är inte en ny metod för att samla in information om Chironomid samhällen. Användning av SFPE föreslogs först av Thienemann 12 i början av 1900-talet. En mängd olika studier har använt SFPE för taxonomiska undersökningar (t.ex. 13-15), biologisk mångfald och ekologiska studier (t.ex. 7,16-19), och biologiska bedömningar (t.ex. 20-22). Dessutom har vissa studier behandlas olika aspekter av urvalsdesign, urvalsstorlek och antal prov händelser som krävs för att uppnå olika bevakningsnivåer av arter eller släkten (t.ex. 8,9,23). Dessa studier tyder på att en relativt hög andel av arter eller släkten kan detekteras med måttlig effort eller kostnader i samband med provbearbetning. Till exempel, Anderson och Ferrington 8 konstaterat att baseras på en 100-count delprov, var 1/3: e mindre tid som krävs för att plocka SFPE prover jämfört med doppa-net prover. En annan studie konstaterat att 3-4 SFPE prover kan sorteras och identifieras för varje doppnettourval och att SFPE proverna var mer effektiv än dip-net prover på att upptäcka arter som artrikedom ökade 3. Till exempel, på platser med artrikedom värden på 15-16 arter, den genomsnittliga dip-net Effektiviteten var 45,7%, medan SFPE prover var 97,8% effektiv 3.

Viktigt har SFPE metoden standardiserats i Europeiska unionen 24 (känd som Chironomid PUPP exuviae teknik (CPET)) och Nordamerika 25 för ekologisk bedömning, men metoden har inte beskrivits i detalj. En tillämpning av SFPE metod beskrevs 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. Framställning av fält Collection Supplies

  1. Bestäm antalet SFPE prover som ska samlas in på grundval av studiens utformning och skaffa ett prov burk (t.ex. 60 ml) för varje prov.
  2. Förbered två datum och ortsmärken för varje provburken. Placera en på insidan och anbringa andra på utsidan av burken. Se till att varje datum och ort etiketten innehåller följande information: land, stat, landsting, stad, vattenmassa, GPS-koordinater, datum och namn på person (er) uppsamling av provet.
  3. Samla andra specifika material och utrustning (se tabell av specifika material / utrustning).

2. Fält Collection

  1. Håll en larv bricka i ena handen och en sil i den andra. Doppa larver facket i vattnet där SFPE samlas (t.ex. skum ansamlingar, hakar, framväxande vegetation, skräp, tillbaka virvlar, och längs bank kanter) (Figur 2A), tillåta water, exuviae och skräp att komma in i larv facket, och häll detta material genom sikten. Om provtagning i ett lotic systemet, börjar vid den nedströms belägna änden av provet syn- och arbeta uppströms (Figur 2B). Om provtagning i en lentic system börjar på undanvind strandlinje.
    1. Upprepa steg 2,1 under 10 minuter (eller på annat sätt definierats för en särskild ordning provtagning) i varje förutbestämd prov räckvidd (typiskt 100-200 m för prover som samlats in från strömmar, men beroende av den totala arealen av vattenmiljön övervakningsstället); flytta mellan SFPE ackumulering områden när så är lämpligt.
  2. Koncentrera skräp i ett område hos sikten med användning av en sprutflaska fylld med vatten från provstället och noggrant överföra SFPE prov till pre-märkt prov burk med hjälp av pincett och en ström av etanol från en sprutflaska. Fyll provburk med etanol.
  3. Upprepa steg 2.1 och 2.2 för alla prover.

3. Prov Plockning

OBS: Resten av detta protokoll avser en 300 SFPE delprov och kan behöva modifieras för andra delprov storlekar. Se Bouchard och Ferrington s 9 subsampling och samplingsfrekvens riktlinjer för att skräddarsy SFPE metoder för att möta studera specifika mål och resurser.

  1. Tilldela en 1-dram ampull för varje SFPE prov; förbereda ett datum och ort etikett att placera inuti varje flaska och fylla flaskan ¾ med etanol.
  2. Ta locket från motsvarande provburken och kontrollera fäst PUPP exuviae. Skölj försiktigt innehåll utanför locket på en petriskål med hjälp av en sprutflaska fylld med etanol. Leta upp och ta bort etiketten från insidan av provburken med pincett och försiktigt skölja innehåll utanför etiketten på petriskål. Ställ etikett åt sidan.
  3. Överför innehållet i provburken i en larv bricka, sköljning med etanol för att säkerställa att inget SFPE kvar i provburken. Överföra en del av den PUPP exuviae, resigrund och etanol från facket till petriskål. Säkerställa att provet är täckt i etanol.
  4. Placera petriskålen under ett stereomikroskop. Systematiskt skanna innehållet i petriskålen för PUPP exuviae. Välj alla PUPP exuviae från skålen med pincett och placera i flaskan. Plocka inte exemplar som bryts (dvs inte har åtminstone hälften av cephalothorax och buken), torkade eller komprimeras för att undvika senare problem identifiering.
    OBS: Namnet arter kräver ofta att hela provet är närvarande, men i vissa fall kan identifieringen genus-nivå vara möjligt med delvis exemplar.
    1. Swirl skålen och söka efter ytterligare PUPP exuviae, inklusive några som kan ha fastnat på sidorna av skålen, liksom, alla små och genomskinliga prover som kanske inte upptäcks först. Upprepa tills två på varandra följande skanningar visade inte några ytterligare PUPP exuviae.
  5. Upprepa steg 3,3 och3,4 tills alla eller 300 PUPP exuviae har plockats. När 300 PUPP exuviae har plockat tillbaka återstoden från petriskålen till larvbrickan och skölj petriskål med etanol. Sedan överföra återstoden från larv facket till den tomma provburken, lägga till datum och ort etikett, och sätt på locket på burken. Behåll eller avyttra rest enligt projektspecifika protokoll.

4. Prov Sortering

  1. Häll alla plockade PUPP exuviae från den märkta flaskan i en petriskål fylld med tillräckligt etanol att bara täcka exemplar.
  2. Under en stereolupp, separata prov i olika morfologiska grupper (dvs morphotaxa) och placera varje morphotaxon i sig en märkta flaskor fyllda 3/4: e fullt med etanol.
    1. Utnyttja externa morfologiska egenskaper att separera Chironomid morphotaxa. Till exempel, från ryggskölden, använda skillnader i närvaro, storlek, form, ochfärgning av de cefaliska tuberklerna, frontal vårtor, frontal hårkanten, och bröstkorg horn. Från buken, använd ryggar, hookrows, CHAGRIN, setae, och sporrar i de abdominala segmenten, förutom de anal lober för morphotaxa separation (Figur 4A). Se Ferrington, et al. 5, Sæther 26, Pinder och Reiss 27 för ytterligare beskrivningar och figurer av morfologiska egenskaper.
    2. Använd ytterligare etanol om exemplar börjar torka.

5. Skjut Montering

  1. Fyll en brunn i en platta med flera brunnar för varje morphotaxon med 95% etanol.
    1. Placera flera representationer (t.ex., 25% av det totala) för varje morphotaxon som skall slid monteras i individuella brunnar i plattan. Låt prover för att sitta väl i minst 10 minuter för att torka tillräckligt.
  2. Etikett glider med lämplig plats, samling, och identifierings INFORMATION OMpå (Figur 3).
  3. Placera objektglaset på stereomikroskop.
    OBS: En mall av bilden tejpade till scenen är användbar för konsekvent placering.
  4. Placera en droppe Euparal på bilden; sprida Euparal så att den approximerar storleken på täckglas. Använd tillräcklig ventilation när du arbetar med Euparal.
    OBS: Använd tillräcklig ventilation när du arbetar med Euparal.
  5. Bädda in en representant från första morphotaxon i Euparal använder pincett.
    OBS: För att annullera överskott av etanol från provet med hjälp av en pincett, knacka försiktigt provet på laboratoriet våtservetter innan bädda in den i Euparal.
  6. Separera cephalothorax från buken med användning spetsig pincett och / eller dissektion sonder (Figur 4A).
    1. Dela upp cephalothorax längs ecdysial suturen (figur 4B) och öppna cephalothorax så att suturen kanterna är på motsatta sidor (Figur 4C).
    2. Orientera cephalothorax så att den ventrala sidan är vänd uppåt (Figur 4C).
    3. Placera buken ryggsidan uppåt; Placera omedelbart under cephalothorax (Figur 4C).
  7. Placera en täck på provet. Håll täck i vinkel, med en kant röra bilden, och sedan långsamt lägre och släppa täck att minska luftbubbelbildning. Tryck lätt på täck att platta provet.
  8. Upprepa steg 5,3 till 5,7 för alla torkade exemplar.

6. Släkte Identifiering

  1. Bestäm genus av glidmonterade prover med en förening mikroskop. Identifiera exemplar släktet med hjälp av knapparna och diagnoser i Wiederholm 28 och Ferrington, et al. 5. Om det behövs, bekräfta identifiering familje nivå med Ferrington, et al. 5. OBS: Det har förekommit många generiska beskrivningar och revideringar sedan Wiederholm 28 och Ferrington,al. et 5 därför dessa knappar och diagnoser är ofullständiga och måste kompletteras med primärlitteratur.

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 illustrerar Chironomid livscykel; omogna stadier (ägg, larv, puppa) brukar äga rum i eller nära förknippat med en vattenmiljö. Efter avslutad larvstadiet, konstruerar larven en rörliknande skydd och fäster sig med silkes sekret till omgivande substratet och förpuppning inträffar. När framkallnings vuxen har mognat, frigör puppan självt och simmar på vattenytan där den vuxne kan komma ur PUPP exuviae. Den exuviae fylls med luft, och i kraft av ett yttre vaxartat skikt av nagelband, är det fortfarande flyter på vattenytan tills bakterierna börjar att sönder vaxskiktet.

Vatten strömmar eller vind koncentrat flytande pupal exuviae till områden av ackumulation, såsom där strandvegetation eller fallna träd komma i kontakt med vattenytan, som visas i figur 2A. En larver fack och sikt kan användas för att samla pupal &# 160; från dessa naturliga ackumulering områden och utvärdera framväxten av Chironomidae från ett brett spektrum av mikrohabitat, som visas i figur 2B. För vissa tillämpningar är det viktigt att samla in prover på ett konsekvent, standardiserat sätt så att jämförelser kan göras mellan flera provplatser eller över tiden vid en given prov webbplats. Tio minuters uppsamlingsperioder har visat sig ge tillräckliga utvärderingar av Chironomid relativ förekomst 3,25. Exempelvis Ferrington, et al., 3 sökte uppkomst uppskattningar av arten Chironomus riparius och fann att uppskattningarna inte variera väsentligt efter 12 pan nedgångar analyserades. Inom en 10-min samling period, många fler än 12 dips erhålles typiskt, därför känner vi övertygade om att en majoritet av arterna i ett prov räckhåll kommer att upptäckas i denna tidsram. 3

När SFPE prover har samlats in, plockade, och sorteras, specimens är glid monterade för genus eller artbestämning och skapande av rabatt exemplar. Märkning bilderna med lämplig plats, samling, och identifieringsinformation rekommenderas, som i figur 3. Vanligtvis visar orten etiketten information om land, stat, vattendrag, GPS-koordinater, studera plats-ID, hämtningsdatum, och namnet på personen som samlas in provet. Dessutom kommer denna etikett har en unik bildnummer för varje bild monterade prov. Identifieringsetiketten visar släkte och art (i förekommande fall) identifiering och namnet på den person som identifierade provet.

Pupal exuviae måste vara korrekt dissekeras och orienterad för genus identifiering och verifikation extraktion. Figur 4A visar rätt ryggsidan upp PUPP exuviae placering på bilden. Under placering på bilden, får exemplar som inte initialt ligga ryggsidan upp eftersom de är Cylindrical till formen och ofta fyllda med etanol och luftbubblor. Därför, med användning av pincett eller en dissektion prob för att lätt komprimera buken i Euparal mot sliden föreslås. Komprimering bör orientera förlagan i rygg uppfattning och utvisa det mesta av etanolen och luftbubblor. Figur 4B visar dissekering som skiljer cephalothorax från buken. Under denna dissektion är det typiskt för nybörjare att riva buken mellan den första och andra abdominala segmentet. Försiktighet bör placeras för att bibehålla den första abdominala segmentet med resten av buken. Figur 4C visar rätt dissekering och orienteringen av PUPP exuviae före positionering av täckglas. För vissa prover, kan det vara svårt att öppna cephalothorax så att suturen kanterna är på motsatta sidor och Kroppen är orienterad i ventrala vy. Återigen, för att en lätt dorsoventral kompression av cephalothorax uppnå detta placement rekommenderas.

Samlingar av SFPE har använts med framgång i urbana sjöar i Minnesota för att bestämma ackumulering av arter (figur 5A) och genus rikedom (Figur 5B) och kumulativ artsammansättning längs en ​​gradient av medel fosforhalten / menar sjön djup (figur 6) 23. Baserat på dessa resultat, har ett proof-of-concept studie genomförts för långtidsövervakning av Chironomidae i förhållande till klimatförändringar i kontroll sjöar runt Minnesota ( http://midge.cfans.umn.edu/research/biodiversity/chironomidae -slice-sjöar / ). Rufer och Ferrington 23 fastställt att fyra SFPE prover per sjön per säsong återhämtat större delen av Chironomid samhället och upptäckt viktiga säsongsvariation i städerna sjöar (Figur 5A, B). I samtliga 16 sjöar, april prover innehöll different taxa än maj till september prover. Därför, i nordligaste tempererade områden, provtagning fyra gånger per säsong rekommenderas, med ett prov i april och tre prover mellan maj och september. Men för olika geografiska områden och klimat, det stickprovssystem bör anpassas till regionen för att maximera den del av samhället samlas.

Figur 1
Figur 1. Chironomid livscykel. Det finns fyra livsstadier, ägg, larv, puppa och vuxen, i Chironomid livscykel. Kvinnliga vuxna lägger ägg på ytan av vattnet. Ägg sjunker till botten och typiskt kläcks i flera dagar till en vecka. Efter att ha lämnat ägget massan, larver gräver i leran eller bygga små rör där de bor, foder, och utvecklas. Larver förvandlas till puppor samtidigt i sina tuber. Efter förpuppning, puppor aktivt simma till ytan avvatten och vuxna fram ur PUPP exuviae. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 2
Figur 2. Exempel på en yta på SFPE ackumulering och fält tekniken för insamling i en ström. (A) Ett exempel på var SFPE skulle ackumuleras uppströms en logg. Det vita, skummigt material är en kombination av organiskt material, såsom makrofyter och alger, och kan innehålla hundratals till tusentals PUPP exuviae. (B) Ett exempel på hur en samlare skulle använda en sil och larv fack för att samla SFPE från strand stranden av strömmen. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3
Figur 3. Diagram som visar placeringen av glid datum och ort etikett (till vänster), ID-etiketten (till höger), och skjut monterad PUPP exuviae enligt täck (mitten). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 4
Bild 4. Steg-för-steg pupal exuviae dissekering och orientering. (A) Undissected PUPP exuviae (cephalothorax och buken med segment numrerade i rygg vy). (B) Dissekerade PUPP exuviae (cephalothorax och buken i rygg vy). (C) dissekeras och orienterade PUPP exuviae (cephalothorax: Ventral tanke; buken. rygg view) Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 5
Figur 5: Taxonomiska ackumulering kurvor för SFPE prover som tagits från 16 städerna sjöar i Minnesota. För båda paneler, varje färgad linje representerar en av de 16 sjöar. Se Rufer och Ferrington 23 för en detaljerad beskrivning av egenskaperna hos varje sjö. Varje datapunkt representerar en månatlig 10-min SFPE prov som tagits längs medvind stranden under isfria månaderna 2005 (april till oktober). A) Arter ackumulering kurvor för SFPE prover. B) Genus ackumulering kurvor för SFPE prover. Klicka här för att se en större version av this siffra.

Figur 6
Figur 6: Kumulativa arter detekteras över en gradient av sjö kemier från flera SFPE prover som en funktion av genomsnittlig epilimnetic fosforkoncentrationen (| ig / l) över medelsjövattendjup (m) från 16 urbana sjöar i Minnesota. Varje datapunkt representerar en av de 16 sjöarna; sjöar är sorterade från lägsta till högsta medel fosfor / medeldjup. Se Rufer och Ferrington 23 för en detaljerad beskrivning av egenskaperna hos varje sjö. Ackumulerat antal arter stött ökar när förhållandet mellan medel fosforhalten betyder över sjön djupet ökar.

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 kritiska stegen för en framgångsrik SFPE provtagning, plocka, sortering, montering på objektglas, och identifiering är: (1) lokalisera områden med hög SFPE ackumulation inom det studerade området under fält samling (Figur 2A); (2) långsamt scanning av innehållet i petriskålen för detektering av alla SFPE under provplockning; (3) utveckla nödvändig fingerfärdighet för att dissekera cephalothorax från buken under montering på objektglas (Figur 4A); och (4) Erkännandet viktiga morfologiska karaktärer Chironomid PUPP exuviae att korrekt identifiera till släktet.

Upptäcka områden med hög SFPE ackumulation (Figur 2A) är det viktigaste steget i en framgångsrik SFPE provtagning. Pupal exuviae fångas i vattenvegetation eller mänskliga strukturer som båtramper, och vågor kan koncentrera flytande material i offshore "strängar" 30. För större vattendrag,identifiering av naturområden av ackumulation kan kräva att lokalisera undersökningsområden som grundar sig på vindmönster eller med hjälp av vattenskotern åtkomliga områden där PUPP exuviae är kraftsamling. Ett prov med ett tillräckligt antal SFPE måste samlas in för att påvisa förekomsten av nya arter och uppskatta den relativa förekomsten av enskilda arter med en hög grad av noggrannhet. Under prov sortering, är det nödvändigt att långsamt skanna petriskål flera gånger för mindre (3-6 mm i längd), lätt pigmenterade prover. SFPE ofta hålla sig till alger, löv, pinnar, frön och blommor, och därför inte kan upptäckas under den inledande genomsökningen. Dessutom kräver detta protokoll noggrann dissekering och montering på objektglas av cephalothorax från buken för genus identifikationer (Figur 4A). Använd spetsig pincett och / eller dissekering sonder att dissekera exuviae mellan Kroppen och första buken segmentet. Slutligen kan genus identifiering vara svårt för nya taxonomer.Ta dig tid att studera morfologi och terminologi Chironomid puppor innan du börjar identifiera prover till släktet. Se Wiederholm 28 och Ferrington, et al. 5 för nycklar och diagnoser av Chironomid släkten. Om identifierings kompetens är ett problem, kan alla diabilder eller en delmängd av rabatt prover skickas till ett laboratorium med lämpliga förmågor.

Baserat på förskjutna vuxna emergences i de flesta samhällen, är flera provtagningstillfällena rekommenderas, och för långtidsstudier, kan ett pilotprojekt fastställa de mest användbara samplingstider före slutföra metoder. Även med flera, säsongs målinriktade provtagningstillfällena kommer en del av samhället att förbli oupptäckt, även om dessa är ofta sällsynta taxa 31. För provtagning rekommendationer frekvens, se Bouchard och Ferrington 9 för bäckar och Rufer och Ferrington 23 för sjöar. Den viktigaste frågan när det gäller provtagningsmetod avser SFPE flyttal avstånd. I vattendrag, är typisk drift mellan 50-250 m, medan i större floder exuviae kan flytta upp till 2 km 30. Fält bevis föreslår att femtio procent eller mer av exuviae inte tränga undan mer än 100 meter nedströms där den vuxna framträder 20. Om man därför samlar SFPE över ett prov håll för 500 meter nedströms från en misstänkt föroreningskälla, är det sannolikt att de flesta av de prover som tagits avslutat sin livscykel inom den misstänkta träffzon 25. I sjöar, dammar och pooler, kommer PUPP exuviae röra sig med ytströmmarna och ofta samlas i stort antal på medvind sidan av vattenförekomsten.

Även om kostnadseffektiv, det finns potentiella begränsningar i samband med denna metod, inklusive: (1) oförmåga att bestämma småbiotoper som används av larver 32; (2) oförmåga att bedöma stora livscykelhändelser och instar varaktighet före eclosion eftersom voltinism är oftasv utmanande att bestämma 7; (3) stark säsongsvariation till assemblage upptäckta 30; (4) en bias mot arter med lätt chitinized exuviae som bryter ner eller sjunka i en snabbare takt 33; (5) att inte kunna identifiera exemplar arter om puppor och vuxna män har inte tidigare förknippats 5; och (6) det är svårt att uppskatta ytdensitet eller biomassa.

Som beskrivits ovan, PUPP exuviae är bland de mest användbara och kostnadseffektiva levnadsstadier som ska ingå i undersökningar om biologisk övervakning vatten 5. Framtida studier att förbättra SFPE metoden inkluderar test: (1) lämpliga replika; (2) delprov storlekar; (3) lämplig frekvens av provtagningstillfällena beroende på ort och vattenförekomsten av intresse; och (4) förlisningen och nedbrytnings priserna för exuviae under olika betingelser avseende temperatur, luftfuktighet, decomposer ympning och mekaniska störningar. Dessutom bör framtida studier inkluderar förfiningav identifieringstekniker molekylbaserade, såsom DNA barcoding, att associera PUPP exuviae med larver och vuxna 34-35.

Här har vi beskrivit Chironomid SFPE provtagning, laboratorie bearbetning, montering på objektglas, och genus identifiering i detalj. Den SFPE metoden är effektiv för att bedöma olika, omfattande Chironomid samhällen och kan öka bentiska prover i studier av biologiska svar på förändrade vattenkvaliteten. Detta kostnadseffektivt alternativ RBP erbjuder flera olika fördelar som gör den väl lämpad för storskaliga analyser som innehåller upprepade provtagningstillfällena under längre tidsperioder.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna förklarar att de inte har några konkurrerande ekonomiska intressen.

Acknowledgments

Finansiering för att komponera och publicera detta dokument tillhandahölls genom flera bidrag och kontrakt till Chironomidae Research Group (LC Ferrington, Jr., PI) vid institutionen för entomologi vid University of Minnesota. Tack vare Nathan Roberts för att dela fält fotografier som används som siffror i videon associerad med detta manuskript.

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).
Användning av Chironomidae (Diptera) Utanpå Flytande PUPP exuviae som en snabb Bioassessment protokoll för vattenförekomster
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