Bruk av Chironomidae (Diptera) Surface-Floa pupal Exuviae som Rapid Bioassessment protokoll for vannforekomster

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

Rapid bioassessment protokoller ved hjelp av bunndyr macroinvertebrate assemblages har blitt brukt for å vurdere menneskelig påvirkning av vannkvaliteten. Uheldigvis tradisjonelle bunn larver prøvetakingsmetoder, slik som dip-net, kan være tidkrevende og kostbart. Et alternativ protokollen innebærer samling av Chironomidae overflate flytende pupal exuviae (SFPE). Chironomidae er en artsrik familie av fluer (Diptera) som umodne stadier oppstår vanligvis i akvatiske habitater. Voksen fjærmygg dukke opp fra vannet, forlater sine pupal skinn, eller exuviae, flyter på vannoverflaten. Exuviae ofte samle seg langs bredden eller bak hindringer ved virkningen av vind eller vannstrømmen, der de kan samles for å vurdere chironomid mangfold og rikdom. Fjærmygg kan brukes som viktige biologiske indikatorer, siden noen arter er mer tolerante for forurensning enn andre. Derfor, den relative overflod og artssammensetning av innsamlede SFPE reflektereendringer i vannkvaliteten. Her er metoder forbundet med feltsamling, laboratorium prosessering, slide montering, og identifisering av chironomid SFPE beskrevet i detalj. Fordeler med SFPE metoden inkluderer minimal forstyrrelse på et prøveareal, effektiv og økonomisk prøvetaking og laboratorie bearbeiding, enkel identifisering, anvendbarhet i nesten alle vannmiljøer, og en potensielt mer sensitiv mål på økosystemet stress. Begrensninger omfatte manglende evne til å avgjøre larvemikrohabitat bruk og manglende evne til å identifisere pupal exuviae arter hvis de ikke har vært forbundet med voksne menn.

Introduction

Biologiske overvåkingsprogrammer, som bruker levende organismer for å vurdere miljørettet helsevern, blir ofte brukt for å vurdere vannkvalitet eller overvåke suksess av økosystem restaurering programmer. Rapid bioassessment protokoller (RBP) ved hjelp av bunndyr macroinvertebrate assemblages har vært populære blant statlige vannressursbyråer siden 1989 ^1. Tradisjonelle metoder for prøvetaking bentiske makroinvertebrater for RBPs, som dip-net, Surber sampler, og Hess sampler ² kan være tid- tidkrevende, dyrt og kan bare måle sammenstillinger fra en bestemt mikrohabitat ^tre. En effektiv, alternativ RBP for generering av biologisk informasjon om en bestemt vannforekomst innebærer samling av Chironomidae overflate flytende pupal exuviae (SFPE) ^3.

Den Chironomidae (Insecta: Diptera), vanligvis kjent som non-sviknott, er holometabolous fluer som vanligvis oppstår i vannmiljø før dukker opp som voksne 60, på en vannflate. Den chironomid familien er artsrik, med ca 5000 arter beskrevet over hele verden; imidlertid så mange som 20.000 arter beregnet til å eksistere ^fire. Fjærmygg er nyttige i å dokumentere vann og habitatkvalitet i mange akvatiske økosystemer på grunn av sin høye mangfold og variable forurensning toleransenivåer ^fem. Videre er de ofte de mest tallrike og utbredte bentiske makroinvertebrater i akvatiske systemer, vanligvis står for 50% eller mer av artene i samfunnet ^5,6. Etter fremveksten av den jordiske voksen, pupal exuviae (støpt pupal huden) er fortsatt flyter på vannflaten (figur 1). Pupal exuviae seg langs bredden eller bak hindringer gjennom handling av vind eller vann strøm og kan enkelt og raskt samlet for å gi et omfattende utvalg av chironomid arter som har dukket opp i løpet av forrige 24-48 hr ^7.

ntent "> Den relative overflod og taksonomiske sammensetningen av innsamlede SFPE reflekterer vannkvalitet, med tanke på at noen arter er svært forurensning tolerant, mens andre er ganske følsom ⁵ The SFPE metoden har mange fordeler fremfor tradisjonelle larve chironomid sampling teknikker inkludert:. (1) minimal eventuelt oppstår habitat forstyrrelse ved en samplingsområde, (2) prøver ikke fokusere på å samle levende organismer, men snarere den ikke-levende hud, slik at banen av samfunnet dynamikk blir ikke påvirket, (3) identifikasjon til genus, og ofte arter, er relativt lett gitt riktige nøkler og beskrivelser ^3, (4) innsamling, bearbeiding og identifisere prøvene er effektiv og økonomisk i forhold til tradisjonelle metoder for prøvetaking ^3,8,9, (5) akkumulerte exuviae representerer taxa som har sin opprinnelse fra et bredt spekter av mikrohabitater ^10, (6) metoden er aktuelt i nesten alle akvatiske miljøer, inkludert bekker og elver, elvemunninger, lakes, dammer, rock bassenger, og våtmarker; og (7) SFPE kanskje være en mer følsom indikator på økosystemet helse siden de representerer enkeltpersoner som har fullført alle umodne stadier og hell dukket opp som voksne ^11.

Den SFPE metoden er ikke en ny tilnærming for å samle informasjon om chironomid lokalsamfunn. Bruk av SFPE ble først foreslått av Thienemann ¹² i begynnelsen av 1900-tallet. En rekke studier har brukt SFPE for taksonomiske undersøkelser (f.eks ^13-15), biologisk mangfold og økologiske studier (f.eks ^7,16-19), og biologiske vurderinger (f.eks ^20-22). I tillegg har noen studier adressert ulike aspekter av sample design, utvalgsstørrelse og antall prøve hendelser som kreves for å oppnå ulike gjenkjennings nivåer av arter eller slekter (f.eks ^8,9,23). Disse studiene tyder på at relativt høye prosenter av arter eller slekter kan oppdages med moderat effort eller utgifter i forbindelse med utvalgets behandling. For eksempel, Anderson og Ferrington ⁸ fastslått at basert på en 100-count subsample, var nødvendig ^1/3 mindre tid til å plukke SFPE prøvene sammenlignet med dip-net prøver. En annen studie bestemt at 3-4 SFPE prøvene kan bli sortert og identifisert for hver dip-nettoutvalg og at SFPE prøvene var mer effektiv enn dip-net prøver på å oppdage arter som artsrikdom økt ^tre. For eksempel på områder med artsrikdom verdier av 15-16 arter, den gjennomsnittlige dip-net effektivitet var 45,7%, mens SFPE prøvene var 97,8% effektiv ^tre.

Viktigere er det at SFPE metoden er standardisert i den europeiske union ²⁴ (kjent som chironomid pupal exuviae teknikk (CPET)) og Nord-Amerika ²⁵ for økologisk vurdering, men metoden har ikke blitt beskrevet i detalj. En anvendelse av de SFPE metoden som er beskrevet av Ferrington, et al. <sopp> 3; Men det primære fokus for denne studien var å evaluere effektivitet, effekt, og økonomien i SFPE metoden. Formålet med dette arbeidet er å beskrive alle trinn i SFPE metoden i detalj, inkludert prøvetaking, laboratorie behandling, slide montering, og slekten identifikasjon. Målgruppen omfatter studenter, forskere og fagfolk interessert i å utvide tradisjonelle vannkvalitet overvåking innsats i sine studier.

Protocol

1. Utarbeidelse av felt Collection Supplies Bestem antall SFPE prøvene som skal samles basert på studiedesign og anskaffe en prøve jar (f.eks 60 ml) for hver prøve. Forbered to dato og lokalitets etiketter for hver prøve krukke. Plasser en på innsiden og påføre den andre på utsiden av glasset. Sikre at hver dato og lokalitet etiketten inneholder følgende informasjon: land, stat, fylke, by, vann kroppen, GPS-koordinater, dato og navn på person (er) å samle prøven. Saml…

Representative Results

Figur 1 illustrerer chironomid livssyklus; umodne stadier (egg, larve, puppe) vanligvis finner sted i eller nært forbundet med en vannmiljøet. Ved ferdigstillelse av larve livsfase, konstruerer larven en rørlignende husly og fester seg med silke sekreter til omkringliggende underlaget og pupation oppstår. Når det fremkallende voksen har modnet, frigjør puppe selv og svømmer til overflaten av vannet hvor den voksne kan komme ut av pupal exuviae. Den exuviae fylles med luft, og i kraft av et ytre v…

Discussion

De mest kritiske trinn for vellykket SFPE prøvetaking, plukking, sortering, slide montering, og identifisering er: (1) å finne områder med høy SFPE opphopning innenfor studieområdet under feltet samling (Figur 2A); (2) langsomt skanning innholdet i petriskål for deteksjon av alle SFPE under prøve plukking; (3) å utvikle den nødvendige fingerferdighet å dissekere cephalothorax fra magen under lysbilde montering (Figur 4A); og (4) å gjenkjenne viktige morfologiske tegnene chiro…

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