استخدام الوامئات (ذوات الجناحين) العذراء سلخ بمثابة بروتوكول Bioassessment السريع لالمسطحات المائية العائمة السطحية
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
بروتوكولات bioassessment السريعة باستخدام تجمعات macroinvertebrate القاعية استخدمت بنجاح لتقييم التأثيرات البشرية على نوعية المياه. للأسف، وأساليب أخذ العينات اليرقات القاعية التقليدية، مثل تراجع صافي، يمكن أن يكون مضيعة للوقت ومكلفة. بروتوكول بديل ينطوي على مجموعة من الوامئات العائمة سطح العذراء سلخ (SFPE). الوامئات هي عائلة الأنواع الغنية من الذباب (ذوات الجناحين) والتي تحدث عادة في الموائل المائية مراحل غير ناضجة. chironomids الكبار على الخروج من الماء، وتركهم جلود العذراء، أو سلخ، تطفو على سطح الماء. سلخ غالبا ما تتراكم على طول البنوك أو خلف العوائق من خلال العمل من الرياح أو المياه الجارية، حيث يمكن جمعها لتقييم التنوع chironomid وثراء. Chironomids يمكن استخدامها كمؤشرات البيولوجية الهامة، حيث أن بعض الأنواع أكثر تسامحا للتلوث من غيرها. ولذلك، فإن النسبي وفرة الأنواع وتكوين تم جمعها SFPE تعكسالتغيرات في نوعية المياه. هنا، يتم وصف الطرق المرتبطة الجمع الميداني، وتجهيز المختبرات، وشريحة متزايدة، وتحديد chironomid SFPE في التفاصيل. وتشمل مزايا طريقة SFPE الحد الأدنى من اضطراب في منطقة أخذ العينات والفعالية والاقتصاد جمع العينات وتجهيز المختبرات، وسهولة تحديد وتطبيق في البيئات المائية كلها تقريبا، وتدبير يحتمل أن تكون أكثر حساسية للإجهاد البيئي. وتشمل القيود عدم القدرة على تحديد استخدام موئل دقيق اليرقات وعدم القدرة على تحديد سلخ العذراء إلى الأنواع إن لم تكن قد ارتبطت مع الذكور البالغين.
Introduction
برامج الرصد البيولوجية، والتي تستخدم الكائنات الحية لتقييم صحة البيئة، وغالبا ما تستخدم لتقييم نوعية المياه أو مراقبة نجاح برامج استعادة النظام الإيكولوجي. وكانت البروتوكولات bioassessment السريعة (RBP) باستخدام تجمعات macroinvertebrate القاعية شعبية بين الوكالات للموارد المائية دولة منذ عام 1989 1. طرق التقليدية لأخذ العينات macroinvertebrates القاعية لالممارسات التجارية التقييدية، مثل تراجع صافي، Surber العينات، وهيس العينات 2، يمكن أن يكون زمنيا المستهلكة، ومكلفة، ويمكن قياس فقط تجمعات من معين موئل دقيق 3. و، RBP بديلة فعالة لتوليد المعلومات البيولوجية عن هيئة مياه خاص يتضمن مجموعة من الوامئات العائمة سطح سلخ العذراء (SFPE) 3.
والوامئات (الحشرات: ذوات الجناحين)، والمعروف باسم البراغيش غير العض، هي الذباب كاملة الانسلاخ التي تحدث عادة في البيئات المائية قبل الناشئة مثل البالغين 60؛ على سطح الماء. الأسرة chironomid هي الأنواع الغنية، مع ما يقرب من 5000 نوع وصفها في جميع أنحاء العالم. ومع ذلك، يقدر أن ما يصل إلى 20000 الأنواع في الوجود 4. Chironomids هي مفيدة في توثيق المياه ونوعية الموائل في العديد من النظم البيئية المائية بسبب تنوعها وارتفاع مستويات التلوث التسامح متغيرة 5. وعلاوة على ذلك، فإنها غالبا ما تكون macroinvertebrates القاعية الأكثر وفرة واسعة النطاق في النظم المائية، وهو ما يمثل عادة 50٪ أو أكثر من الأنواع في المجتمع 5،6. بعد ظهور الكبار الأرضي، وسلخ العذراء (يلقي الجلد العذراء) لا تزال تطفو على سطح الماء (الشكل 1). تتراكم سلخ العذراء على ضفاف أو خلف العوائق من خلال العمل من الرياح أو المياه الجارية، ويمكن بسهولة وبسرعة جمعت لإعطاء عينة شاملة من الأنواع chironomid التي ظهرت خلال ساعة 24-48 السابقة 7.
ntent "> والوفرة النسبية والتكوين التصنيفي للتم جمعها SFPE يعكس جودة المياه، معتبرا أن بعض الأنواع التلوث جدا متسامح، في حين أن البعض الآخر حساس جدا 5 أسلوب SFPE لديه العديد من المزايا أكثر من التقنيات التقليدية اليرقات أخذ العينات chironomid بما في ذلك: (1) الحد الأدنى ، إن وجدت، يحدث اضطراب الموائل في منطقة أخذ العينات؛ (2) عينات لا تركز على جمع الكائنات الحية، وإنما الجلد غير الحية، لذلك لا يتأثر مسار ديناميات المجتمع؛ (3) تحديد لجنس، و في كثير من الأحيان الأنواع، هو نسبيا سهلة نظرا مفاتيح وأوصاف 3 المناسبة؛ (4) جمع وتجهيز وتحديد العينات غير فعالة واقتصادية بالمقارنة مع الطرق التقليدية لأخذ العينات 3،8،9؛ (5) سلخ المتراكمة تمثل الأنواع التي نشأت من مجموعة واسعة من بلوغ الموائل الصغيرة 10؛ (6) طريقة قابلة للتطبيق في البيئات المائية كلها تقريبا، بما في ذلك الجداول والأنهار ومصبات الأنهار ولاكوفاق، البرك، برك الصخور، والأراضي الرطبة؛ و(7) SFPE ربما يكون مؤشرا أكثر حساسية من صحة النظام الإيكولوجي حيث أنها تمثل الأفراد الذين قد أكملت جميع مراحل غير ناضجة وظهرت بنجاح مثل البالغين 11.طريقة SFPE ليس نهجا جديدا لجمع المعلومات عن المجتمعات chironomid. واقترح استخدام SFPE أول مرة من قبل Thienemann 12 في وقت مبكر 1900s في وقت. مجموعة متنوعة من الدراسات قد استخدمت SFPE لمسوحات التصنيفية (على سبيل المثال، 13-15)، والتنوع البيولوجي والدراسات البيئية (مثل 7،16-19)، والتقييمات البيولوجية (على سبيل المثال، 20-22). بالإضافة إلى ذلك، تناولت بعض الدراسات الجوانب المختلفة لتصميم العينة، حجم العينة، وعدد من الفعاليات العينة المطلوبة لتحقيق مستويات الكشف عن مختلف الأنواع أو الأجناس (على سبيل المثال، 8،9،23). وتشير هذه الدراسات إلى أن نسبة عالية نسبيا من الأنواع أو الأجناس يمكن الكشف مع جهد! المعتدلتي أو حساب ترتبط مع تجهيز العينات. على سبيل المثال، وأندرسون وFerrington 8 قرر أن يعتمد على عينة فرعية 100 العد، ويتطلب وقتا 1/3 الثالثة أقل لاختيار العينات SFPE مقابل تراجع صافي العينات. حددت دراسة أخرى أن 3-4 عينات SFPE يمكن فرزها وتحديد لكل عينة وتراجع صافي وان كانت عينات SFPE أكثر كفاءة من العينات وتراجع صافي في الكشف عن الأنواع كما زاد ثراء الأنواع 3. على سبيل المثال، في مواقع مع ثراء الأنواع قيم 15-16 الأنواع، بلغ متوسط تراجع صافي كفاءة 45.7٪، في حين كانت عينات SFPE 97.8٪ كفاءة 3.
الأهم من ذلك، تم توحيد طريقة SFPE في الاتحاد الأوروبي 24 (المعروفة باسم تقنية chironomid العذراء سلخ (CPET)) وأمريكا الشمالية (25) لتقييم البيئي، ولكن لم يتم وصف طريقة بالتفصيل. وقد وصفت تطبيق واحد لمنهجية SFPE التي كتبها Ferrington، وآخرون. <sتصل> 3. ومع ذلك، كان التركيز الأساسي لهذه الدراسة لتقييم الكفاءة والفعالية، والاقتصاد في طريقة SFPE. والغرض من هذا العمل هو لوصف جميع الخطوات من طريقة SFPE في التفاصيل، بما في ذلك جمع العينات، وتجهيز المختبرات، وشريحة متزايدة، وتحديد جنس. ويشمل الجمهور المستهدف طلاب الدراسات العليا والباحثين والمهنيين المهتمين في توسيع نطاق جهود مراقبة جودة المياه التقليدية في دراستهم.
Protocol
Representative Results
Discussion
أهم الخطوات لنجاح جمع SFPE العينة، واختيار، والفرز، والشريحة المتزايدة، وتحديد ما يلي: (1) تحديد مجالات تراكم عالية SFPE داخل منطقة الدراسة خلال الجمع الميداني (الشكل 2A). (2) مسح ببطء محتويات طبق بيتري للكشف عن كافة SFPE خلال عينة قطف. (3) وضع ما يلزم من البراعة اليدوية…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقدمت التمويل لتأليف ونشر هذه الورقة من خلال المنح المتعددة وعقود لمجموعة الوامئات البحوث (LC Ferrington الابن، PI) في قسم علم الحشرات في جامعة مينيسوتا. وبفضل ناثان روبرتس لتبادل الصور الميداني تستخدم أرقام في الفيديو المرتبطة مع هذه المخطوطة.
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).
