Anvendelse af Chironomidae (Diptera) Overflade-Floating puppe Exuviae som Rapid Bioassessment protokol for vandområder

Summary

Rapid bioassessment protocols using benthic macroinvertebrates are often used to monitor and assess water quality. An efficient protocol involves collections of Chironomidae surface-floating pupal exuviae (SFPE). Here, techniques for field collection, laboratory processing, slide mounting, and identification of Chironomidae SFPE are described.

Abstract

Hurtige bioassessment protokoller anvender bentiske smådyrfauna assemblager med succes er blevet anvendt til at vurdere de menneskelige påvirkninger af vandkvaliteten. Desværre traditionelle bentiske larve prøvetagningsmetoder, såsom dip-net, kan være tidskrævende og dyrt. En alternativ protokol indebærer indsamling af Chironomidae overflade-floating puppe exuviae (SFPE). Chironomidae er en artsrige familie af fluer (Diptera) hvis umodne stadier opstår typisk i akvatiske naturtyper. Voksne chironomider komme ud af vandet, der forlader deres puppe skind eller exuviae, flyder på vandets overflade. Exuviae ofte ophobes langs bredden eller bag forhindringer ved påvirkning af vind eller vand strøm, hvor de kan samles for at vurdere chironomid mangfoldighed og rigdom. Chironomider kan anvendes som vigtige biologiske indikatorer, da nogle arter er mere tolerante over for forurening end andre. Derfor er den relative overflod og artssammensætningen af ​​indsamlede SFPE afspejlerændringer i vandkvaliteten. Her er fremgangsmåder ved at indsamle felt, laboratorium forarbejdning, slide montage, og identifikation af chironomid SFPE beskrevet i detaljer. Fordele ved SFPE metoden omfatter minimal forstyrrelse på en prøveudtagning område, effektiv og økonomisk prøvetagning og laboratorium behandling, nem identifikation, anvendelighed i næsten alle vandmiljøer, og en potentielt mere følsomme mål for økosystemet stress. Begrænsninger omfatter den manglende evne til at bestemme larvernes microhabitat brug og manglende evne til at identificere puppe exuviae arter, hvis de ikke er blevet forbundet med voksne mænd.

Introduction

Biologiske overvågningsprogrammer, som bruger levende organismer til at vurdere miljø og sundhed, der ofte anvendes til at vurdere vandkvaliteten eller overvåge succes økosystem restaurering programmer. Hurtige bioassessment protokoller (RBP) anvender bentiske smådyrfauna assemblager har været populære blandt statslige vand ressource agenturer siden 1989 ^1. Traditionelle metoder til prøveudtagning bentiske makroinvertebrater for RBP'er, såsom dip-net, Surber sampler, og Hess sampler ^2, kan være tids- tidskrævende, dyrt og kan kun måle assemblager fra en bestemt microhabitat ^3. Et effektivt alternativ RBP for generering biologiske oplysninger om en bestemt vandområde indebærer samling af Chironomidae overflade flydende puppe exuviae (SFPE) ^3.

Den Chironomidae (Insecta: Diptera), almindeligt kendt som ikke-bidende mitter, er holometabolous fluer, der typisk forekommer i vandmiljøer, før fremstår som voksne 60, og på vandets overflade. Den chironomid familien er artsrige, med cirka 5.000 arter er beskrevet i hele verden; imidlertid vurderes så mange som 20.000 arter at eksistere ^4. Chironomider er nyttige dokumentere vand og habitat kvalitet i mange akvatiske økosystemer på grund af deres høje diversitet og variable forurening tolerancetærskler ^5. Desuden er de ofte de mest udbredte og udbredte bentiske makroinvertebrater i akvatiske systemer, der typisk tegner sig for 50% eller flere af de arter i samfundet ^5,6. Efter fremkomsten af den terrestriske voksen, den puppe exuviae (støbt puppe hud) forbliver flyder på vandets overflade (figur 1). Puppe exuviae ophobes langs bredden eller bag forhindringer gennem virkningen af vind eller vand strøm og kan let og hurtigt opsamlet for at give en omfattende stikprøve af chironomid arter, der er opstået i den foregående 24-48 timer ^7.

ntent "> Den relative overflod og taksonomiske sammensætning af indsamlede SFPE afspejler vandkvaliteten, i betragtning af at nogle arter er meget forurening tolerant, mens andre er meget følsomme ⁵ SFPE metode har mange fordele frem for traditionelle larve chironomid stikprøveundersøgelser herunder:. (1) minimal Eventuelle opstår forstyrrelse levested ved en prøveudtagning område, (2) prøver ikke fokusere på at indsamle levende organismer, men snarere det ikke-levende hud, så bane community dynamik påvirkes ikke, (3) identifikation til slægt, og ofte arter er forholdsvis let gives passende nøgler og beskrivelser ^3, (4) indsamling, behandling, og identificere prøver er effektiv og økonomisk i forhold til de traditionelle prøveudtagningsmetoder ^3,8,9 (5) akkumulerede exuviae repræsenterer taxa, der stamme fra en bred vifte af mikrohabitater ^10; (6) metoden er anvendelig i næsten alle vandmiljøer, herunder vandløb og floder, flodmundinger, lakes, damme, rock pools, og vådområder; og (7) SFPE måske være en mere følsom indikator for økosystemets sundhed, fordi de repræsenterer personer, der har afsluttet alle umodne stadier og med held opstået som voksne ^11.

Den SFPE metode er ikke en ny tilgang til indsamling af oplysninger om chironomid fællesskaber. Anvendelse af SFPE blev først foreslået af Thienemann ¹² i begyndelsen af 1900-tallet. En række undersøgelser har brugt SFPE for taksonomiske undersøgelser (f.eks ^13-15), biodiversitet og økologiske undersøgelser (f.eks ^7,16-19), og biologiske vurderinger (f.eks ^20-22). Derudover har nogle undersøgelser behandlet forskellige aspekter af prøven design, stikprøvestørrelse, og antallet af prøver begivenheder, der kræves for at opnå forskellige afsløring niveauer af arter eller slægter (f.eks ^8,9,23). Disse undersøgelser viser, at relativt høje procenter af arter eller slægter kan påvises med moderat effort eller udgifter i forbindelse med prøve behandling. For eksempel, Anderson og Ferrington ⁸ bestemt, at baseret på en 100-count delprøve blev 1/3 ^rd mindre tid, der kræves til at samle SFPE prøver sammenlignet med dyppe-net prøver. En anden undersøgelse fastslået, at 3-4 SFPE prøver kunne sorteres og identificeres for hver dip-net prøve, og at SFPE prøverne var mere effektive end dip-net prøver ved afsløre arter artsrigdom steg ^3. For eksempel, på steder med artsrigdom værdier på 15-16 arter, den gennemsnitlige dip-net effektivitet var 45,7%, mens SFPE prøver var 97,8% effektiv ^3.

Vigtigere er SFPE metoden blevet standardiseret i EU ²⁴ (kendt som chironomid puppe exuviae teknik (CPET)) og Nordamerika ²⁵ for økologisk vurdering, men metoden er ikke blevet beskrevet i detaljer. En anvendelse af SFPE metode blev beskrevet af Ferrington et al. <sup> 3; Men det primære fokus for denne undersøgelse var at evaluere effektivitet, effektivitet og økonomi SFPE metoden. Formålet med dette arbejde er at beskrive alle trin i SFPE metoden i detaljer, herunder prøvetagning, laboratorie behandling, slide montering, og slægten identifikation. Målgruppen omfatter studerende, forskere og fagfolk interesseret i at udvide de traditionelle overvågning af vandkvaliteten indsats i deres studier.

Protocol

1. Fremstilling af Field Collection Supplies Bestem antallet af SFPE prøver, der skal indsamles på grundlag af undersøgelsen design og erhverve én prøve krukke (f.eks 60 ml) for hver prøve. Forbered to date og beliggenheden etiketter for hver prøve krukke. Placer en på indersiden og anbringer den anden på ydersiden af ​​krukken. Sikre, at hver dato og lokalitet etiket indeholder følgende oplysninger: land, stat, amt, by, vandområde, GPS-koordinater, dato og navn på person (e…

Representative Results

Figur 1 illustrerer chironomid livscyklus; umodne stadier (æg, larve, puppe) typisk finder sted i eller tæt forbundet med, et vandmiljø. Ved afslutningen af ​​larvestadiet livsfase, larve konstruerer en rørlignende læ og lægger sig med silkebløde sekreter til den omgivende substrat og pupation forekommer. Når den voksne udvikler er modnet, den puppe frigør sig og svømmer til overfladen af ​​vandet, hvor den voksne kan komme ud af den puppe exuviae. Den exuviae fyldes med luft, og i kra…

Discussion

De mest kritiske trin for en vellykket SFPE prøvetagning, plukning, sortering, slide montering, og identifikation er: (1) at lokalisere områder med høj SFPE ophobning inden for undersøgelsesområdet under indsamlingen felt (figur 2A); (2) langsomt scanne indholdet af petriskålen til påvisning af alle SFPE under prøven plukning; (3) at udvikle den nødvendige håndelag at dissekere cephalothorax fra maven under slide montering (figur 4A); og (4) anerkendelse centrale morfologiske …

Materials

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