שימוש בChironomidae (כפולי כנף) גלמי Exuviae כמהיר Bioassessment פרוטוקול לגופי מים צפים-שטח
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
פרוטוקולי bioassessment מהירים באמצעות מכלולי macroinvertebrate benthic שימשו בהצלחה על מנת להעריך את השפעות אדם על איכות מים. למרבה הצער, שיטות מסורתיות benthic זחל דגימה, כגון הטבילה-נטו, יכולות להיות זמן רב ויקר. פרוטוקול חלופי כרוך אוסף של exuviae Chironomidae צפה משטח גלמים (SFPE). Chironomidae היא משפחה עשיר במינים של זבובים (כפולי כנף) שלבים שבשלה מתרחשים בדרך כלל בבתי גידול מימיים. chironomids המבוגר לצאת מהמים, משאיר את עורות גלמים, או exuviae, צף על פני המים. Exuviae לעתים קרובות מצטבר לאורך גדות או מאחורי חסימות על ידי פעולה של זרם הרוח או מים, שבו הם יכולים להיות שנאספו כדי להעריך גיוון ועושר chironomid. Chironomids יכול לשמש כמדדים ביולוגיים חשובים, שכן כמה מינים הם יותר סובלניים לזיהום יותר מאחרים. לכן, הרכב השפע ומינים היחסי של SFPE נאסף לשקףשינויים באיכות מים. כאן, שיטות הקשורות לאוסף שדה, עיבוד מעבדה, שקופיות הרכבה, וזיהוי של SFPE chironomid מתוארות בפירוט. יתרונות של שיטת SFPE כוללים הפרעה מינימאלית באזור דגימה, איסוף דגימה יעיל וחסכוני ועיבוד מעבדה, קלות זיהוי, תחולה כמעט בכל סביבות מימיות, ומידת פוטנציאל ליותר רגישה ללחץ מערכת אקולוגית. מגבלות כוללות חוסר היכולת לקבוע שימוש microhabitat זחל וחוסר יכולת לזהות exuviae גלמים למינים אם הם לא היו קשורים עם זכרים בוגרים.
Introduction
תוכניות ניטור ביולוגיות, המשתמשות באורגניזמים חיים כדי להעריך את בריאות סביבתית, משמשות לעתים קרובות כדי להעריך את איכות מים או לפקח הצלחה של תוכניות שיקום מערכת אקולוגית. פרוטוקולי bioassessment מהירים (RBP) באמצעות מכלולי macroinvertebrate benthic היו פופולריים בקרב סוכנויות משאבי מים של מדינה מאז 1989 1. שיטות מסורתיות של דגימת macroinvertebrates benthic לRBPs, כגון טבילה-נטו, סמפלר Surber, והס סמפלר 2, יכול להיות גוזלים זמן רב, יקר, ואולי רק למדוד מכלולים מmicrohabitat בפרט 3. RBP יעילה, חלופית להפקת מידע ביולוגי על גוף מים מיוחד כרוכה אוסף של exuviae Chironomidae צפה משטח גלמים (SFPE) 3.
Chironomidae (Insecta: כפולי הכנף), הידוע בכינוי ברחשים שאינם נושכים, זבובים holometabolous שמתרחשים בדרך כלל בסביבות מימיות לפני מתעורר כמו מבוגרים 60; על פני המים. משפחת chironomid היא מינים-עשירים, עם כ -5,000 מינים המתוארים ברחבי העולם; עם זאת, כ -20,000 מינים מוערכים להתקיים 4. Chironomids שימושי בתיעוד מים ואיכות סביבה במערכות אקולוגיות ימיות רבות בגלל הגיוון שלהם הגבוה ורמות סובלנות הזיהום משתנים 5. יתר על כן, הם לעתים קרובות macroinvertebrates benthic השפע והנפוץ ביותר במערכות מים, בדרך כלל היוו 50% או יותר מהמינים בקהילה 5,6. בעקבות הופעתה של המבוגרים היבשתיים, exuviae גלמים (יצוק עור גלמים) נשאר צף על פני המים (איור 1). exuviae גלמים לצבור לאורך גדות או מאחורי חסימות דרך הפעולה של זרם רוח או מים ויכול להיות שנאסף בקלות ובמהירות לתת מדגם מקיף של מיני chironomid שהתפתחו במהלך 24-48 שעות הקודמות 7.
ntent "> השפע היחסי וההרכב הטקסונומי של SFPE נאסף משקף איכות מים, בהתחשב בכך שכמה מינים מאוד זיהום סובלני, ואילו אחרים הם די רגישים 5 יש שיטת SFPE יתרונות רבים על פני שיטות דגימת chironomid זחל מסורתיות כוללים:. (1) מינימאלי , אם בכלל, הפרעת בית גידול מתרחשת באזור דגימה; (2) דגימות אינן מתמקדות באיסוף יצורים חיים, אלא העור שאינם מהחיים, כל כך את המסלול של דינמיקת קהילה אינו מושפעת; (3) זיהוי לסוג, ו לעתים קרובות מינים, הוא יחסית קלים ניתנו מפתחות ותיאורים 3 מתאימים; (4) איסוף, עיבוד, וזיהוי דגימות הוא יעיל וחסכוני בהשוואה לשיטות דגימה מסורתית 3,8,9; (5) exuviae נצבר מייצג מינים שמקורם מגוון רחב של מייקרו בתי גידול 10; (6) השיטה היא ישימה כמעט בכל סביבות מימיות, כולל נחלים ונהרות, שפכי נהרות, Lakes, בריכות, בריכות סלע, וביצות; ו( 7) SFPE אולי להיות אינדיקטור רגיש יותר לבריאות מערכת אקולוגית כיוון שהם מייצגים אנשים שהשלימו את כל שלבים בוגרים ויצאו בהצלחה בבגרות 11.שיטת SFPE אינה גישה חדשה לאיסוף מידע על קהילות chironomid. שימוש בSFPE הוצע לראשונה על ידי 12 Thienemann בתחילת 1900. מגוון מחקרים השתמש SFPE לסקרים הטקסונומית (למשל, 13-15), מגוון ביולוגי ומחקרים אקולוגיים (למשל 7,16-19), והערכות ביולוגיות (למשל, 20-22). בנוסף, חלק מהמחקרים עסקו בהיבטים שונים של עיצוב המדגם, גודל מדגם, ומספר אירועי מדגם הנדרש להשגת רמות זיהוי השונות של מינים או genera (למשל, 8,9,23). מחקרים אלו מצביעים על כך שאחוזים גבוהים יחסית של מינים או genera יכולים להיות מזוהים עם effor המתוןלא או הוצאה הקשורים לעיבוד מדגם. לדוגמא, אנדרסון וFerrington 8 נקבעו כי על הסמך subsample 100-ספירה, נדרש 1/3 RD פחות זמן כדי לאסוף דגימות SFPE לעומת לטבול נטו דגימות. מחקר נוסף קבע כי 3-4 דגימות SFPE יכולות להיות מסודרות וזיהו עבור כל מדגם לטבול-רשת וכי דגימות SFPE היו יעילה יותר מדגימות לטבול-נקי במין גילוי כעושר מינים מוגבר 3. לדוגמא, באתרים עם עושר מיני ערכים של 15-16 מינים, היעילות לטבול-הנקי הממוצעת היו 45.7%, ואילו דגימות SFPE היו 97.8% 3 יעילים.
חשוב לציין, שיטת SFPE כבר טופל באיחוד האירופי 24 (המכונה טכניקת exuviae גלמי chironomid (CPET)) ובצפון אמריקה 25 להערכה אקולוגית, אבל השיטה לא תוארה בפירוט. אחד יישומים של המתודולוגיה SFPE תוארו על ידי Ferrington, et al. <sעד> 3; עם זאת, ההתמקדות העיקרית של מחקר זה הייתה להעריך את היעילות, יעילות, וכלכלה של שיטת SFPE. מטרת עבודה זו היא לתאר את כל השלבים של שיטת SFPE בפירוט, כולל איסוף דגימה, עיבוד מעבדה, שקופיות הרכבה, וזיהוי סוג. קהל היעד כולל סטודנטים לתואר שני, חוקרים, ואנשי מקצוע המעוניינים בהרחבת מאמצי ניטור איכות מים מסורתיים ללימודיהם.
Protocol
Representative Results
Discussion
השלבים הקריטיים ביותר לאוסף מוצלח SFPE מדגם, קטיף, מיון, הרכבה שקופיות, והזדהות הם: (1) איתור אזורים של הצטברות SFPE גבוהה בתחום המחקר באוסף שדה (איור 2 א); (2) סריקה באיטיות את התוכן של צלחת פטרי לגילוי של כל SFPE במהלך קטיף מדגם; (3) פיתוח המיומנות הידנית הצורך לנתח את ceph…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מימון לחיבור ופרסום מאמר זה סופק באמצעות מענקים מרובים וחוזים לקבוצת Chironomidae המחקר (LC Ferrington, ג 'וניור, PI) במחלקה לאנטומולוגיה באוניברסיטת מינסוטה. תודה לנתן רוברטס לשיתוף תמונות עבודת שטח המשמשות כדמויות בוידאו הקשורים לכתב היד הזה.
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 |
Referências
- 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).
