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Il protocollo di Hawaii per monitoraggio scientifico di Coffee Berry Borer: un modello per caffè agroecosistemi in tutto il mondo

doi: 10.3791/57204 Published: March 19, 2018

Summary

Monitoraggio completo della piralide bacca di caffè e le dinamiche di pianta ospite è essenziale per l'aggregazione dei dati a livello di paesaggio per migliorare la gestione di questo parassita invasivo. Qui, presentiamo un protocollo per il monitoraggio scientifico del movimento borer bacca di caffè, infestazione, mortalità, fenologia di pianta del caffè, meteo e gestione delle aziende agricole tramite un dati elettronici mobile applicazione di registrazione.

Abstract

Trivellatore di bacca di caffè (CBB) è il parassita di insetto più devastante per le colture di caffè in tutto il mondo. Abbiamo sviluppato un protocollo di monitoraggio scientifico che mira a catturare e quantificare la dinamica e l'impatto di questo insetto parassita invasivo nonché lo sviluppo di alla pianta ospite attraverso un paesaggio eterogeneo. La pietra angolare di questo sistema di monitoraggio completo è raccolta dati georeferenziati tempestivo sul movimento CBB, infestazione di bacca di caffè, mortalità dal fungo Beauveria bassianae fenologia di pianta di caffè tramite un registrazione di dati elettronici mobili applicazione. Questo sistema di raccolta di dati elettronici consente registrazioni di campo essere georeferenziate attraverso sistemi di posizionamento globale incorporati ed è sostenuto da una rete di stazioni meteorologiche e record di pratiche di gestione di fattoria. Monitoraggio completo delle dinamiche di pianta CBB e host è una parte essenziale di un progetto di area geografica alle Hawaii per aggregare i dati di livello di paesaggio per la ricerca migliorare le pratiche di gestione. Caffè agroecosistemi in altre parti del mondo che l'esperienza altamente variabili fattori ambientali e socioeconomici beneficeranno anche attuare questo protocollo, che guiderà lo sviluppo di su misura di lotta integrata (IPM) per il gestore di popolazioni di CBB.

Introduction

Caffè Berry Borer (FerrariHypothenemus hampei ) è un insetto parassita invasivo che è trovato nelle regioni crescenti principali caffè del mondo1,2. Questo minuscolo coleottero trascorre la maggior parte del suo ciclo di vita all'interno del seme di una bacca di caffè, che lo rende difficile da controllare con Spray antiparassitario. La femmina adulta fece un foro nella bacca di caffè attraverso il disco centrale e nel seme dove si costruisce gallerie per la riproduzione. Come si sviluppano le larve, si nutrono l'endosperma, causando danni diretti al chicco di caffè e conseguenti perdite di resa e qualità3. Danno indiretto può verificarsi anche dalla voce di funghi e patogeni nel fagiolo, che può causare fermentazione e alterazione del sapore caffè4.

CBB è stato rilevato sull'isola di Hawaii in agosto 20105 e si diffuse rapidamente a quasi tutte le aziende di caffè ~ 800 in Kona e i distretti di Ka'u, due aree che sono famosi nel mondo per la qualità del loro caffè prodotti6,7 . Aziende agricole mal gestite e non gestite possono avere livelli di infestazione superiori al 90%, causando ingenti perdite economiche. Nelle Hawaii, l'impatto stimato di tutta l'economia a causa di CBB è circa $21 M annualmente8. CBB ha continuato a diffondersi sin dalla sua introduzione iniziale all'isola di Hawaii e recentemente è stato rilevato sulle vicine isole Hawaii Oahu (2014) e Maui (2016). Kauai è l'unica isola di produttori di caffè nelle Hawaii che rimane invariata da CBB, ma 3.000 ettari dell'isola di caffè è estremamente vulnerabile a questo parassita altamente dispersivo.

Storicamente, gli insetticidi sintetici come endosulfan e Clorpirifos sono stati utilizzati in molti paesi per controllo CBB. Tuttavia, preoccupazioni per quanto riguarda la tossicità di questi insetticidi per gli esseri umani e l'ambiente9, come pure la prova per insetticida resistenza10, hanno portato a queste sostanze, essendo vietate l'uso in molti paesi. Attualmente, la maggior parte delle regioni di crescita di caffè si basano su un approccio IPM a controllo CBB. IPMs tipicamente coinvolgono una combinazione di pratiche igienico-sanitarie (ad es., potatura e striscia-picking), controlli biologici (ad esempio, il rilascio di Coleotteri predatori o parassitoidi) e l'applicazione di biopesticidi (ad es., il entomopatogeni fungo b. bassiana)11,12. Le raccomandazioni correnti per la gestione di CBB in Hawaii anche suggeriscono campo regolare monitoraggio tramite trappole innescate da alcol e il "albero trenta metodo di campionamento" sviluppato dalla Cenicafé13,14. Questo metodo di campionamento comporta selezionando in modo casuale un ramo dal Mid-baldacchino che ha almeno 45 bacche verdi e contando il numero di bacche infestate e non infestate. Questo processo viene ripetuto in un motivo a zig-zag attraverso il campo per un totale di 30 alberi per ettaro (2.5 acri) e viene utilizzato per stimare la percentuale infestazione.

Mentre molte di queste pratiche IPM vengono adottate da coltivatori di caffè in Hawaii, l'estrema eterogeneità nel clima, topografia e necessitano di pratiche culturali sulle isole che IPM essere personalizzato per ogni posizione. Lo sviluppo di IPM su misura dipenderà da un programma di monitoraggio che comprende gli elementi essenziali del caffè agroecosistemi, biologia dei parassiti di caffè e l'ambiente. Abbiamo implementato un monitoraggio completo delle dinamiche di pianta CBB e host come parte di un progetto di area geografica nelle Hawaii che aggrega i dati a livello di paesaggio per informare le pratiche di gestione. Questo protocollo può essere utilizzato in altri agroecosistemi di caffè nel mondo e sarà particolarmente utile a coloro che l'esperienza altamente variabili fattori ambientali e socioeconomici che richiedono IPM personalizzati gestire le popolazioni CBB.

Protocol

Nota: Una traduzione in spagnolo del protocollo viene fornita come File supplementari 1.

1. definire le zone di campionamento all'interno di campi di caffè

  1. Sondaggio il perimetro del campo di caffè per essere monitorati utilizzando uno strumento globale positioning system (GPS). Importare le coordinate del campo in un sistema di informazione globale (GIS) e genera una mappa del campo di caffè.
  2. Dividere il campo in "zone" (cioè, poligoni), ciascuno di circa 335 m2. Questi serviranno per garantire un disegno di campionamento casuale sistematico attraverso il campo.

2. creare un'applicazione di raccolta dati in un sistema elettronico

  1. Utilizzando una piattaforma di raccolta di dati elettronici, generare un'applicazione di raccolta dati comprende i seguenti database interconnessi: trappole, zone, sito di servizio, stazioni meteo e gestione.
    Nota: Questi database verranno utilizzati in tutte le fasi successive del protocollo per la raccolta e organizzazione dei dati.
  2. Per il database di trappole , creare campi per 'nome del sito', 'numero di trap', 'data di distribuzione', 'nome del campo tecnico', 'foto di distribuzione' e un link per le coordinate GPS per ogni trappola.
  3. Per il database di zone , creare campi per 'nome sito' e 'numero di zone', con un link alla mappa del sito georeferenziati visualizzati da ogni zona.
  4. Per il database del Servizio del sito , creare campi per 'nome del sito', 'data', 'nome del campo tecnico' e 'sito Note'. All'interno del database del Sito servizio creare nidificati database comprende le seguenti operazioni.
    1. Includono Servizio Trap per fotografare numero (con un link al record di distribuzione trappola rilevanti nel database di trappole del padre), record trappola della trappola cattura ed intercettare totali.
    2. Sono Zona servizio alla fenologia registrare fotografie, bacca valutazione di infestazione (numero totale di verde bacche, infestato da bacche verdi, bacche verdi con b. bassianae uvetta) e un link per il record di zona pertinente nel genitore Database di zone ; Questo record include anche le coordinate GPS per ogni albero campionata.
    3. Includono Servizio di stazione meteo al nome del sito di registrazione, data, Scarica dati e controllo batteria.
    4. Sono Berry dissezione per registrare nome tecnico lab, data e posizione di CBB (AB o CD) e categoria di mortalità (vivo, morto da altre cause, o morti di Beauveria bassiana) per ogni acino dissecata.
  5. Per il database di stazioni meteorologiche , creare campi per 'nome del sito', 'numero di stazione', 'data di distribuzione', 'nome del campo tecnico', 'foto di distribuzione' e un link per le coordinate GPS per ogni stazione meteo.
  6. Per il database di gestione , creare campi per 'nome del sito', 'data' e 'tipo di pratica di gestione'.

3. preparare e distribuire trappole per monitoraggio CBB movimento

  1. Determinare il numero di trappole necessari per monitorare il movimento di CBB in ogni campo.
    Nota: Densità trappola per ogni campo deve essere approssimativamente 5 trappole per piccoli campi (~0.5 ettari) e 10 trappole per campi di grandi dimensioni (~ 1 ettari)15.
  2. Utilizzando una puntina, fare una serie di fori di drenaggio sopra la linea di riempimento in ogni tazza di raccolta trappola per evitare la diluizione della soluzione di uccidere dall'acqua piovana. Assemblare le trappole di imbuto secondo le istruzioni del produttore.
  3. Preparare 1 L di soluzione di uccidere composto da 200 mL di glicole propilenico e 800 mL di acqua. Successivamente, preparare una miscela di attractant composta da una soluzione di 3:1 di metanolo: etanolo. Versare 40 mL della attractant in sacchetti di plastica semi-permeabile (2 mil, 3 x 4 pollici) e posto in un contenitore per il trasporto.
    Nota: Semi-permeabile borse hanno dimostrati di svolgere meglio le fiale aperte nell'attrarre CBB e richiedono anche meno frequenti visite a riempire esche a causa di più bassi tassi di eluizione16.
    Attenzione: Metanolo ed etanolo sono liquidi altamente infiammabili, sono tossici se inalati o ingeriti e sono irritanti per la pelle e gli occhi. Queste sostanze chimiche devono essere manipolate in una stanza ben ventilata indossando indumenti protettivi, occhiali di protezione e guanti.
  4. Distribuire le trappole distribuendoli in modo casuale attraverso il campo. Posizionare trappole 0,5 - 1,5 m dal suolo e chiaro delle navate. Posta in gioco può essere utilizzato per proteggere efficacemente le trappole tra alberi. Scrivere il numero di nome e trappola del sito con pennarello indelebile su ogni trappola per la futura identificazione.
  5. Riempire tazze collezione trappola con 100 mL della miscela glicolata uccidere e avvitare strettamente le tazze. Collegare una clip di carta per ogni borsa attractant e utilizzare la graffetta per agganciare la borsa al centro della trappola.
  6. Utilizzando un dispositivo mobile dotato della piattaforma di raccolta di dati elettronici, passare al database di trappole e creare un nuovo record di distribuzione comprende il sito, data, numero di trap e una fotografia della trappola.
    Nota: La posizione della trappola all'interno di ogni campo viene automaticamente registrata tramite GPS sul dispositivo mobile.

4. servizio trappole

  1. All'arrivo nel campo, passare al Sito servizio database all'interno del sistema elettronico e creare un nuovo record del servizio sito comprende il nome del sito, la data e il nome tecnico del campo.
    Nota: Il servizio iniziale trap è condotte due settimane dopo la distribuzione di trappola e successivamente ogni due settimane. Se ad alta risoluzione trappola cattura dati è desiderato, un settimanale trappola riparazioni possono essere eseguite, anche se si nota che non è sufficiente per acquisire le tendenze del movimento generale per tutta la stagione (Figura 1) campionamento bi-settimanale.
  2. Individuare la trappola nel campo. Mettere un maglia fine mano setaccio (maglia 0,8 - 1,0 mm) su un contenitore di plastica e versare la soluzione di uccidere dal contenitore di raccolta attraverso il setaccio. Trasferire la soluzione di uccidere la Coppa di raccolta e swish il liquido intorno per assicurarsi che il gancio di traino vengono rimossi dal contenitore di raccolta.
  3. All'interno il nuovo record di servizio del sito, passare al Servizio Trap database e creare un nuovo record di servizio di trappola. Immettere il numero di trap pertinenti e fotografare il setaccio con il numero di nome e trappola sito in background. Salvare la fotografia per il record di servizio di trappola.
  4. Utilizzando un cucchiaio o una spatola di metallo, raccogliere tutti gli insetti in un flacone riempito con etanolo al 70%. Etichetta del flaconcino con sito, data e numero di trap.
  5. Riempire il contenitore di raccolta con soluzione fresca di uccidere e vite torna sulla trappola. Una volta al mese lavare il contenitore di raccolta con acqua e sapone, risciacquare e sostituire con soluzione fresca di uccidere. Anche sostituire le attractant e sacchetto una volta al mese o quando necessario.

5. servizio zone per pianta fenologia

  1. All'interno del record di servizio del sito, passare al database del Servizio di zona e creare un nuovo record di servizio della zona. Selezionare una zona di campionamento dalla mappa del sito nel database collegato zone .
  2. Per evitare bias di campionamento, è necessario selezionare casualmente quindi solo che le basi degli alberi sono visibili un albero all'interno della zona di occhi di colata verso il basso. In piedi di fronte la struttura selezionata, scegliere casualmente un ramo laterale intorno altezza del petto. Clip di un righello sul ramo selezionato, assicurandosi che il righello non bloccare nessuna delle parti riproduttive (nodi, germogli, fiori, frutti) dal campo visivo della telecamera.
  3. Scattare una foto singola, assicurando che il righello e la totalità della diramazione di destinazione siano visibili. Prendere una seconda foto di tutto l'albero; tenta di ottenere quanto più del baldacchino di medio livello nella foto possibile. Salvare entrambe le foto fenologia per il record di Zona di servizio .

6. servizio zone per le valutazioni di danni di bacche verdi

  1. Se il ramo utilizzato per fenologia sembra avere > 30 bacche verdi, contare il numero di bacche sul ramo che sono almeno dimensione dei piselli (~0.6 cm) e più grandi e sono di colore verde giallastro-verde chiaro a colori (BBCH scala 77-8517). Inserire questo numero record della Zona di servizio .
    Nota: Se il ramo utilizzato per la fenologia sembra avere < 30 > verde bacche, aleatorio selezionare un ramo laterale a circa all'altezza del petto da un albero nella zona di destinazione con 30 bacche verdi visibili. Eseguire questa operazione a distanza per evitare bias di selezione.
  2. Anche nel Servizio di zona record, immettere il numero di bacche verdi infestati da CBB sul ramo. Le bacche infestate avrà un piccolo foro che si trova in genere nel disco centrale; CBB potrebbe o potrebbe non essere visibile nel foro.
  3. Immettere il numero di bacche verdi infestate con visibile bianco fungo b. bassiana . Il fungo può essere visto sul gancio di traino e/o che circonda il foro di entrata.
    Nota: Ulteriore analisi è necessario per identificare le specie fungine se questo è di particolare interesse.
  4. Immettere il numero di uvetta (bacche secche) sul ramo. Queste informazioni possono essere utilizzate per comprendere le relazioni tra pratiche di gestione (ad esempio, striscia raccoglie) e infestazione CBB.
  5. Raccogliere tre bacche verdi infestate dal ramo; saranno riaccompagnati al laboratorio e sezionati per valutare la posizione di CBB entro la bacca.
    Nota: Verde bacche infestate possono essere acquisite da altri rami all'interno della zona se il ramo utilizzato per la valutazione dei danni ha < 3 infestato da bacche verdi.
  6. Luogo infestato da bacche verdi in un contenitore di plastica e l'etichetta con la data e il sito. Conservare i contenitori in un secchiello di ghiaccio fino a quando non possono essere trasportati al laboratorio.
    Nota: Idealmente, dovrebbero essere dissecate bacche entro 1-3 giorni dalla raccolta per garantire massima sopravvivenza di CBB.
    1. Conservare le bacche (se necessario) in laboratorio a 14 ° C fino a tre giorni con poca o nessuna mortalità (Fortna S. & R. Hollingsworth, comunicazione personale).
  7. Ripetere i passaggi per fenologia e bacca valutazione dei danni in ogni zona di campionamento.
    Nota: Circa 25 filiali devono essere campionati per le grandi aziende (~ 1 ettari), e ~ 15 rami devono essere campionati per le piccole aziende (~0.5 ettari). Per le dissezioni, 75 bacche verdi infestate dovrebbero essere raccolti da grandi aziende agricole e 45 da piccole aziende agricole a ciascuna data di campionamento. Durante alcune parti dell'anno, potrebbe non essere possibile raccogliere questo numero di bacche. In questo caso, cercare di raccogliere un minimo di 50 bacche verdi per le grandi aziende (~ 1 ettari) e 30 bacche verdi per piccole aziende agricole (~0.5 ettari).

7. contare il numero di CBB in ogni trappola

  1. Posizionare un mano mesh grezza setaccio (maglia dimensioni ~1.5 mm) sopra un contenitore di plastica e svuotare i coleotteri dalla fiala di raccolta nel setaccio. Uso una spruzzetta riempita di acqua di uscire tutto il contenuto del flaconcino.
  2. Utilizzare la bottiglia di lavaggio a spruzzo il contenuto nel setaccio, costringendo come molti piccoli insetti attraverso il setaccio come possibile. Questo permette più grandi insetti e detriti di essere separati da piccoli scarabei nel campione e limita imprecisioni nelle stime volumetriche di CBB. Scartare i grossi insetti e detriti e risciacquare il setaccio.
  3. Posizionare un mano eccellente-maglia setaccio (maglia dimensioni ~1.0 mm) sopra un secondo contenitore di plastica e versare il contenuto del primo contenitore il setaccio a maglia fine mano.
  4. Se ci sono più di alcune centinaia di CBB, passare al punto 7.6. Se ci sono meno di diverse centinaia CBB, posizionare il setaccio a maglia fine su un tovagliolo di carta per rimuovere l'acqua in eccesso. Capovolgere il setaccio e tocca tutti i contenuti su un coperchio in plastica trasparente. Diffondere i coleotteri intorno con un pennello se essi sono raggruppate insieme e consentire loro di sedersi fino a secco.
  5. Se ci sono meno di diverse centinaia CBB, utilizzare un pennello a punta fine o un attrezzo simile per allineare i coleotteri nelle righe che sono diversi coleotteri ampie e iniziare il conteggio al microscopio ottico. Contare il numero totale di coleotteri e separare in "CBB" e "altre" categorie.
  6. Se ci sono più di alcune centinaia di CBB, trasferire il gancio di traino dal setaccio a maglia fine per una siringa 10 mL utilizzando una spatola di metallo. Posizionare la colonna di espulsore nella siringa e premere delicatamente verso il basso finché non si avverte una leggera resistenza, mentre facendo attenzione a non schiacciare i coleotteri. Registrare il valore volumetrico sulla siringa.
  7. Totali 200 coleotteri dal campione volumetrico mediante il protocollo descritto sopra. Utilizzare le seguenti equazioni per determinare il numero di CBB contro altri coleotteri nel campione.
    1. Stimare la CBB conteggio utilizzando:
      Stima CBB totale per il campione (# CBB ÷ 200) = x ∂ x (mL misurato in siringa).
      Nota: Qui ∂ = il numero di insetti/mL. È consigliabile che una stima di ∂ essere fatta per ogni regione; sull'isola di Hawaii è stato misurato il valore 1033.
    2. Stimare l'altro conteggio utilizzando:
      Totale "altri" Scarabeo di previsione per il campione = (# altri ÷ 200) x ∂ x (mL misurato in siringa).
  8. Quando il conteggio di trappola è stato completato, passare al record Servizio Trap pertinenti e immettere il numero di CBB e altri coleotteri.

8. Punteggio fenologia fotografie

  1. Esportare le fotografie di fenologia caffè dall'applicazione di raccolta dati. Aprire la fotografia e individuare il ramo con il righello allegato. Per questo ramo Punteggio ottenuto quanto segue.
    1. Punteggio ottenuto il numero di nodi (punti di attacco delle foglie al ramo).
    2. Punteggio ottenuto la presenza o l'assenza di immaturi germogli, germogli maturi, candele, fiori aperti e teste di spillo.
    3. Segnare il numero di bacche verdi pisello di dimensioni, immature bacche verdi, mature bacche verdi, bacche mostrando una pausa di colore, completamente matura e uva passa.

9. sezionare le bacche per determinare la posizione del gancio di traino

  1. Prendere le bacche infestate verde fuori frigorifere e lasciarli a temperatura ambiente per 10-15 minuti prima di procedere con la dissezione di bacca. Questo tempo di recupero è importante affinché CBB può essere accuratamente valutato come vivo o morto.
    Nota: Dissezione delle bacche infestate permette la posizione di CBB adulto da determinarsi. Posizione AB indica la femmina ha avviato la bacca: penetrazione, ma non ha raggiunto l'endosperma; posizione CD indica che la femmina ha inserito l' endosperma13.
  2. Usando un bisturi o un attrezzo simile, fare una fetta attraverso la bacca parallelo al disco centrale come una valutazione preliminare della posizione dello scarabeo. Successivamente, fare una serie di sezioni poco profonde perpendicolare al disco centrale e intorno al foro di ingresso per determinare se il gancio di traino è in AB o CD di posizione.
  3. Suddividere le categorie AB e CD in "vivo", "dead di Beauveria bassiana", "morto da altre cause" e "Scarabeo mancante". Se non è chiaro se gli adulti sono vivi o morti, zoom con il microscopio e guardare le gambe per il movimento.
  4. Posto ha contato gli individui in un piatto con acqua o alcool. Questo aiuta a tenere traccia di ciò che è stato contato e impedisce la fuoriuscita nel laboratorio di coleotteri adulti.
  5. Una volta completate le dissezioni per un sito, passare al database Berry dissezione nell'annotazione di servizio del sito pertinente e immettere il numero totale di CBB in ogni categoria.
  6. I campioni sezionati in un contenitore e congelare per 72 h prima dello smaltimento.

10. servizio manuale stazioni meteo

Nota: stazioni meteorologiche che richiedono il download manuale dei dati potrebbe essere servito bi-settimanale o mensile per scaricare i dati e garantire che tutti i sensori sono funziona correttamente. Condizioni meteo variabili che sono importanti da considerare per la comprensione della biologia CBB possono includere delle precipitazioni, l'umidità, temperatura dell'aria e del suolo, radiazione solare, radiazione fotosinteticamente attiva (PAR), umidità del suolo e velocità/direzione del vento.

  1. Individuare stazioni meteo manuale nel campo. Nel sistema elettronico, aprire il record di Servizio di siti pertinente e passare al database del Servizio di stazione meteo . Creare una nuova stazione meteorologica manutenzione record che è collegato al record di distribuzione pertinenti stazione meteo.
  2. Utilizzare una navetta impermeabile per collegare direttamente il data logger e portatile per il download dei dati. Prendere nota della stazione meteorologica record che è stati scaricati i dati di manutenzione.
  3. Una volta dati ha stato scaricati, ri-lanciare manualmente i logger solari e temperatura/umidità per garantire che hanno le impostazioni corrette (logger di pioggia non ha bisogno di essere ri-lanciato). Controllare il livello della batteria e sostituire se necessario. Prendere nota del sistema elettronico che questo è stato fatto.
  4. Dopo il ritorno al laboratorio, aggiungere i dati più recenti ai punti Meteo completo e aggiornare il record di metadati.

11. gestione pratiche

Nota: Informazioni sulle pratiche di gestione possono essere utilizzate per comprendere i modelli nelle dimensioni di attività e popolazione di CBB. Pratiche di gestione rilevanti possono includere (ma non sono limitate a): spruzzatura fungo b. bassiana , spruzzatura pyrethins o altri insetticidi, potatura, gestione di erbaccia, striscia pennata pennata, ciliegia, rimozione di uvetta da terra, ecc.

  1. Nel database di gestione, è necessario creare un nuovo record di gestione con il nome del sito, la data e il tipo di gestione pratica condotto.

Representative Results

Segnaliamo gli esempi da diversi allevamenti di caffè che sono rappresentativi del tipo di risultati che possono essere ottenute presso il protocollo di monitoraggio descritto sopra. Per determinare gli schemi di movimento CBB all'interno e tra i campi, il totale di catture per una trappola data può essere diviso per il numero di giorni dalla data di distribuzione per stimare il numero di CBB catturato al giorno. Il numero di CBB catturato al giorno può quindi essere media attraverso tutte le trappole per determinare che il numero medio di CBB catturati per trappola al giorno nella farm (media ± SEM; Figura 2). Trappola cattura dati possono essere utilizzati per dedurre i periodi di picco volo attività18e possono essere utilizzato anche per attività di gestione diretta come potatura e b. bassiana spray. Infestazione delle percentuali ottenute dalle valutazioni di danni di berry nel campo può essere paragonato con trappola cattura dati per determinare se i periodi di alta infestazione coincidono con picco volo attività19. Questa informazione è essenziale per decidere se CBB attività di monitoraggio tramite trappole da solo è sufficiente informare le misure di controllo. Le dissezioni di Berry in laboratorio per determinare le posizioni di CBB possono essere utilizzate per informare i coltivatori quando a spruzzo applicazioni di b. bassiana (> 5% di CBB sono nella posizione AB14). Informazioni sulla posizione di CBB utilizzabile anche in combinazione con hotspot mappe generate dalle valutazioni di danni nel settore per informare i coltivatori di approssimativi percorsi all'interno del campo dove b. bassiana dovrebbe essere spruzzato (Figura 3).

Una visione completa dei fattori coinvolti nell'infestazione CBB può essere ottenuta mediante la compilazione dei dati sulle posizioni di CBB, mortalità di b. bassiana, fenologia della pianta, e pratiche di gestione. Nella farm di esempio illustrata nella Figura 4, la maggior parte delle bacche infestate dissecato presto nella stagione crescente ospitato CBB nella posizione AB, mentre la maggior parte delle bacche dissecato più tardi nella stagione ospitato CBB in posizione CD. A seguito di un picco nella produzione di bacche, sette turni di raccolta ciliegia sono stati registrati dalla fine di luglio a dicembre (Figura 4). Infine, sette applicazioni di b. bassiana sono stati condotti a intervalli di circa un mese per tutta la stagione, con la mortalità CBB osservato alla gamma da 0 - 23% (Figura 4). Infine, anche se dati meteo non sono presentati qui, l'aggiunta di temperatura, umidità, e informazioni di pioggia saranno probabilmente fornire maggiori intuizioni fattori guida CBB infestazione modelli e b. bassiana efficacia su piantagioni di caffè.

Figure 1
Figura 1 . Media (± SEM) CBB catturati per trappola al giorno per il campionamento fatto a settimanale contro gli intervalli bi-settimanale. Questo fermo trappola medio al giorno è per cinque trappole imbuto distribuite in modo casuale all'interno della farm. Più punte estreme e le depressioni vengono catturati nel campionamento settimanale e questi picchi appaiono leggermente più tardi nel bi-settimanale di campionamento, anche se le tendenze generali sono comparabili tra i due intervalli. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2 . Media (± SEM) CBB catturati per trappola al giorno. Questo fermo trappola medio al giorno è per nove imbuto trappole distribuite in modo casuale all'interno della farm. Due picchi principali in attività di volo sul gancio di traino possono essere visto in questo Agriturismo (marzo e dicembre) durante la stagione di crescita 2016-2017. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3 . Hotspot infestazione CBB. Questa mappa di una fattoria di caffè campione Mostra hotspot di infestazione CBB osservato durante un'indagine di monitoraggio sulla 14 giugno 2017. La dimensione di ogni cerchio rosso è proporzionale al numero di bacche verdi infestati su un ramo campionata. In questo agriturismo di campione, sono stati campionati in un totale di 25 filiali e una gamma di 0 - 36 infestate bacche verdi è stata osservata al ramo. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 4
Figura 4 . Una visione completa dell'infestazione di CBB in una farm di esempio caffè. La posizione del gancio di traino in dissecato bacche verdi è definita come AB (la femmina ha avviato la penetrazione nella bacca ma non ha raggiunto l'endosperma) o CD (la femmina ha inserito l'endosperma). Mortalità di CBB (tramite il fungo b. bassiana ), caffè pianta fenologia (il numero medio di bacche per ramo) e gestione delle aziende agricole pratiche (b. bassiana spray e ciliegie picconi) vengono visualizzate anche per la stagione di coltivazione del caffè di 2016. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Discussion

Il protocollo di monitoraggio descritto qui può servire come una parte essenziale della ricerca sulle strategie di CBB e controllo contro questo parassita invasivo caffè. Abbiamo messo questo protocollo di sorveglianza in pratica sul caffè 2016 e 2017 stagioni di crescita sull'isola di Hawaii, nel tentativo di ottimizzare ogni fase del processo descritto in questo articolo e il video di accompagnamento. In questo modo, abbiamo fatto in modo che aspetti importanti della dinamica di popolazione di CBB sono stati monitorati e quantificati, che i materiali di basso costo più efficaci sono stati determinati per ogni passaggio del protocollo, e che i dati raccolti sul movimento CBB, infestazione, la mortalità, la fenologia di pianta del caffè, meteo e farm management può essere utilizzato per informare e migliorare le attuali strategie di controllo.

Ci sono un numero di punti critici in questo protocollo che devono essere seguite per garantire dei risultati ottimali. In primo luogo, imbuto trappole devono essere impostata ad un'altezza uniforme e posizionata tra gli alberi. Questo assicurerà che il attractant sia sufficientemente diffusa attraverso l'aria, e che gli scarabei possono accedere la trappola da tutte le direzioni. In secondo luogo, è necessario utilizzare setacci con la stessa maglia (mesh grezza setaccio ≈ 1,5 mm ed eccellente-maglia setaccio ≈ 1.0 mm) per tutta la durata del monitoraggio per garantire risultati coerenti per le stime volumetriche del gancio di traino. In terzo luogo, la proporzione di CBB contro altri coleotteri in ogni trappola può variare notevolmente tra trappole e sopra la stagione di crescita, e quindi è necessario stimare queste proporzioni per minimizzare il rumore nei dati di conteggio di trappola. Bacche in quarto luogo, infestate devono trovarsi in un secchiello di ghiaccio fino a quando non possono essere trasportati al laboratorio, dopo di che le bacche devono essere conservate a 14 ° C fino a dissezione. Deposito in un ambiente umido si tradurrà in emersione CBB dalla bacche20. Infine, le dissezioni devono svolgersi entro 1-3 giorni dalla raccolta per garantire massima sopravvivenza di CBB. Mortalità di CBB può verificarsi se le bacche vengono memorizzate a basse temperature per periodi prolungati.

Passaggi aggiuntivi potrebbero essere necessari per la ricerca iniziative che sono non inclusi in questa sezione (ad es., monitoraggio abbondanza predator CBB). Possono anche essere apportate modifiche al presente protocollo se tempo, risorse e/o attrezzature sono fattori limitanti. La trappola attractant composto da 3:1 metanolo: etanolo può essere modificato in una soluzione di 1:1 metanolo: etanolo con risultati comparabili21. Acqua e sapone può anche essere sostituito per glicole propilenico come soluzione di uccidere in trappole22. Le stime di un gran numero di CBB (ad esempio, più di diverse centinaia per trappola), stime basate su massa del gancio di traino possono essere sostituite al posto di stime volumetriche. Ad esempio, il medio peso a secco di un singolo gancio di traino può essere determinato utilizzando una scala ad alta risoluzione. CBB raccolti in etanolo al 70% può essere asciugato in forno e pesati per stimare il numero di CBB per trappola. Inoltre può essere effettuata una stima volumetrica modificata mettendo il gancio di traino da una trappola in un cilindro graduato con la soluzione di uccidere, e permettendo il contenuto a stabilirsi a fondo22. Una volta sistemati, il volume del cilindro riempito di CBB può essere notato, e il fattore di conversione per 1 mL può essere determinato a stimare che il numero totale di CBB catturati per trappola. Infine, i coltivatori di caffè che hanno una conoscenza approfondita delle loro aziende e stanno usando questo protocollo di monitoraggio per stimare il movimento e l'infestazione CBB potrebbero voler omettere passaggi che implicano che documentano fenologia e contando il numero di uvetta sui rami.

Due potenziali limitazioni del presente protocollo sono degni di nota qui. In primo luogo, campionamento dei rami all'altezza del petto non acquisisce infestazione nella coltura fioritura precoce che si avviino superiore nel baldacchino albero. Tuttavia, le osservazioni suggeriscono che questa coltura di fioritura precoce rappresenta una percentuale molto piccola del rendimento complessivo in piantagioni di caffè nelle Hawaii. In secondo luogo, il nostro protocollo solo conti per infestazione in verde le bacche e così può non accuratamente catturare stime di danni bacca quando il numero di interruzione di colore e bacche mature è alto (settembre - dicembre in Hawaii).

Il gancio di traino monitoraggio protocollo presentato qui ha diversi vantaggi rispetto altri protocolli di monitoraggio che sono attualmente in uso. In primo luogo, il disegno di campionamento casuale sistematico permette per il campionamento più uniforme rispetto al campionamento fatto in un motivo a zig-zag. Questo disegno di campionamento consente stime migliori di danno di berry nel corso di un determinato settore e aumenta il potenziale di individuare punti di accesso. In secondo luogo, l'inclusione di elementi nel protocollo di monitoraggio che sono essenziali per caffè agroecosistemi (ad es., fenologia, condizioni meteo variabili e pratiche di gestione) miglioreranno la nostra comprensione delle dinamiche tra parassiti invasivi, loro piante ospiti e vari fattori ambientali. In terzo luogo, l'uso di un'applicazione di raccolta dati elettronica mobile durante indagini sul campo permette rapidamente ed efficientemente inserito e organizzati in un database, dati in tempo reale e può anche essere collegato ad altri caffè automatizzato monitoraggio metodi quali il rilevamento tramite telerilevamento23. Un altro importante vantaggio di questo metodo di raccolta dei dati è che possono essere generati rapporti dettagliati infestazione con facilità, consentendo di suggerimenti per la gestione tempestiva deve essere inoltrata ai coltivatori. Infine, i dati in tempo reale raccolti sulla biologia CBB, fenologia di pianta del caffè, meteo e la gestione possono essere incorporati nello sviluppo di modelli predittivi che può essere utilizzato per personalizzare i piani di gestione per un caffè particolare zona di produzione.

Disclosures

Non abbiamo conflitti di interesse al rapporto.

Acknowledgments

Siamo grati a foresta Bremer per fornire immagini di drone di piantagioni di caffè, nonché assistenza con metodi GIS. Ringraziamo Thomas Mangine, Matthew Mueller, Lindsey Hamilton, Shannon Wilson, Briana McCarthy e Mehana Sartori-Halpern per assistenza con la produzione di film e due revisori anonimi per Commenti su una prima stesura. Questo lavoro è stato finanziato dalla USDA-ARS. Opinioni, conclusioni, conclusioni o raccomandazioni espresse in questa pubblicazione sono quelle degli autori e non riflettono necessariamente le opinioni dell'USDA. USDA è un fornitore di pari opportunità e il datore di lavoro.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
funnel trap CIRAD Brocap trap
propylene glycol Better World Manufacturing, Inc.
methanol Fisher Scientific or similar supplier CAUTION: Methanol is highly flammable, is toxic if inhaled or ingested, and is a skin and eye irritant. Wear gloves, eye protection, and protective clothing, and only use in well-ventilated rooms.
ethanol Fisher Scientific or similar supplier CAUTION: Ethanol is highly flammable, is toxic if inhaled or ingested, and is a skin and eye irritant. Wear gloves, eye protection, and protective clothing, and only use in well-ventilated rooms.
polypropylene resealable bags (2 Mil 3 x 4") Uline or similar supplier S-1292
thumbtack Widely available For making drainage holes in funnel trap
paperclips Widely available For attaching lure bag to traps
galvanized wire (12 gauge) Widely available For attaching funnel trap to stakes
wire cutter Widely available
tomato stakes Widely available
permanent marker Widely available
mobile device Apple or other supplier iPad or smartphone equipped with camera
waterproof case Widely available For mobile device
data collection application Fulcrum or similar software
GNSS Surveyor Bad Elf ~1-meter positioning accuracy
1 mm mesh hand sieve Widely available
1.5 mm mesh hand sieve Widely available
20 mL glass scintillation vials Widely available
label maker Widely available
label tape Widely available
metal lab spatula Widely available
scrub brush Widely available
dish soap Widely available
binder clip Widely available
ruler Widely available
plastic tupperware Widely available
cooler Widely available
ice pack Widely available
wash bottle Widely available
papertowels Widely available
fine-tipped paintbrush Widely available
light microscope Leica or similar supplier
clear plastic lid Widely available
tally counter Widely available
10 mL syringe Widely available
fine-tipped forceps Widely available
scalpel or razor blade Widely available
freezer Widely available
waterproof data shuttle HOBO by Onset Computer Corp. U-DTW-1
PAR Sensor with 3m Cable HOBO by Onset Computer Corp. S-LIA-M003
Temp/RH Sensor (12-bit) w/ 2m Cable HOBO by Onset Computer Corp. S-THB-M002
Solar Radiation Shield HOBO by Onset Computer Corp. RS3
Extra-Large Solar Panel 6 Watts HOBO by Onset Computer Corp. SOLAR-6W
Rain Gauge (0.2mm) with 2m Cable HOBO by Onset Computer Corp. S-RGB-M002
Smart Temp Sensor 12-bit w/ 2m Cable HOBO by Onset Computer Corp. S-TMB-M002
Soil Moisture - 10HS HOBO by Onset Computer Corp. S-SMD-M005
Silicon Pyranometer Sensor w/3m Cable HOBO by Onset Computer Corp. S-LIB-M003
Light Sensor Bracket HOBO by Onset Computer Corp. M-LBB
NDVI Light Sensor Bracket HOBO by Onset Computer Corp. M-NDVI
Complete 3M Tripod kit HOBO by Onset Computer Corp. M-TPA-KIT
RX3000 3G Remote Monitoring Station HOBO by Onset Computer Corp. RX3003-00-01
Global Limited Plan - RX3000 T2 4-hr HOBO by Onset Computer Corp. SP-806

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References

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Il protocollo di Hawaii per monitoraggio scientifico di Coffee Berry Borer: un modello per caffè agroecosistemi in tutto il mondo
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Johnson, M. A., Hollingsworth, R., Fortna, S., Aristizábal, L. F., Manoukis, N. C. The Hawaii Protocol for Scientific Monitoring of Coffee Berry Borer: a Model for Coffee Agroecosystems Worldwide. J. Vis. Exp. (133), e57204, doi:10.3791/57204 (2018).More

Johnson, M. A., Hollingsworth, R., Fortna, S., Aristizábal, L. F., Manoukis, N. C. The Hawaii Protocol for Scientific Monitoring of Coffee Berry Borer: a Model for Coffee Agroecosystems Worldwide. J. Vis. Exp. (133), e57204, doi:10.3791/57204 (2018).

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