Использование хирономид (Diptera), поверхностно-Плавающие куколки экзувии как Bioassessment протокола Rapid для водоемов
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
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
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. <sдо> 3; Однако, основное внимание в этом исследовании было оценить эффективность, эффективность и экономичность метода SFPE. Целью данной работы является описание всех этапов способа SFPE в деталях, в том числе сбора проб, обработки лабораторных, слайд монтажа и идентификации рода. Целевая аудитория включает аспирантов, исследователей и профессионалов, заинтересованных в расширении традиционных усилий по мониторингу качества воды в своих исследованиях.
Protocol
Representative Results
Discussion
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 S…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
| 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 |
References
- Southerland, M. T., Stribling, J. B., Davis, W. S., Simon, T. P. . Biological Assessment and Criteria: Tools for Water Resource Planning and Decision Making. , 81-96 (1995).
- Merritt, R. W., Cummins, K. W., Resh, V. H., Batzer, D. P., Merritt, R. W., Cummins, K. W., Berg, M. B. . An Introduction to the Aquatic Insects of North America. , 15-37 (2008).
- Ferrington, L. C., et al. . Sediment and Stream Water Quality in a Changing Environment: Trends and Explanation. , 181-190 (1991).
- Ferrington, L. C., Balian, E. V., Lévêque, C., Segers, H., Martens, K. . Freshwater Animal Diversity Assessment in Hydrobiology. , 447-455 (2008).
- Ferrington, L. C., Berg, M. B., Coffman, W. P., Merritt, R. W., Cummins, K. W., Berg, M. B. . An Introduction to the Aquatic Insects of North America. , 847-989 (2008).
- Armitage, P. D., Cranston, P. S., Pinder, L. C. V. . The Chironomidae: Biology and Ecology of Non-Biting Midges. 572, (1995).
- 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).
- Anderson, A. M., Ferrington, L. C., Ekrem, T., Stur, E., Aagaard, K. . Proceedings of 18th International Symposium on Chironomidae on Fauna norvegica. 31, (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- Thienemann, A. Das Sammeln von Puppenhäuten der Chironomiden. Eine Bitte um Mitarbeit. Archiv fur Hydrobiologie. 6, 213-214 (1910).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Ferrington, L. C., Anderson, T. . Contributions to the Systematics and Ecology of Aquatic Diptera-A Tribute to Ole A. Saether. , 99-105 (2007).
- 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).
- 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).
- Wilson, R. S., Bright, P. L. The Use of Chironomid Pupal Exuviae for Characterizing Streams. Freshwater Biology. 3, 283-302 (1973).
- 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).
- Ruse, L. Lake Acidification Assessed using Chironomid Pupal Exuviae. Fundamental and Applied Limnology. 178, 267-286 (2011).
- 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).
- . . CEN. 15196, 1-13 (2006).
- 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).
- Saither, O. A. Glossary of Chironomid Morphology Terminology (Chironomidae Diptera). Entomologica Scandinavica Supplement. 14, 51 (1980).
- Pinder, L. C. V., Reiss, F., Wiederholm, T. . Chironomidae of the Holarctic region. Keys and Diagnoses Part 2. Pupa. 28, 299-456 (1986).
- Wiederholm, T. . Chironomidae of the Holarctic region – Keys and Diagnoses, Part 2, Pupae. 28, (1989).
- Merritt, R. W., Webb, D. W. . An Introduction to the Aquatic Insects of North America. , (2008).
- 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. , (2005).
- Egan, A. T. . Communities in Freshwater Coastal Rock Pools of Lake Superior, with a Focus on Chironomidae (Diptera). , (2014).
- 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).
- 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).
- 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).
- Ekrem, T., Willassen, E. Exploring Tanytarsini Relationships (Diptera: Chironomidae) using Mitochondrial COII Gene Sequences. Insect Systematics & Evolution. 35, 263-276 (2004).
- 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).
