Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Environment

Hawaii protokollen for vitenskapelige overvåking av kaffe bær Borer: en modell for kaffe Agroecosystems over hele verden

doi: 10.3791/57204 Published: March 19, 2018

Summary

Omfattende overvåking av kaffe bær borer og verten anlegget dynamikk er viktig for samle landskap-level data for å forbedre behandling av denne invasiv pest. Her presenterer vi en protokoll for vitenskapelige overvåking av kaffe bær borer bevegelse, infestation, dødelighet, kaffe plante phenology, vær og gården forvaltning via en mobil elektroniske data innspillingen søknad.

Abstract

Kaffe bær borer (CBB) er den mest ødeleggende insekt pest for kaffe avlinger over hele verden. Vi utviklet en vitenskapelig overvåking protokoll som er rettet mot opptak og kvantifisere dynamikk og virkningen av denne invasiv insekt pest og utvikling av sin næringsplanten over en heterogen landskapet. Hjørnesteinen i denne omfattende overvåkingssystem er betimelig georeferert datainnsamling på CBB bevegelse, kaffe bær infestation, dødelighet av soppen Tolypocladium bassianaog kaffe plante phenology via en mobil elektroniske data innspillingen program. Denne elektroniske datainnsamlingssystem lar feltet poster skal georeferert gjennom innebygd global positioning system, og er støttet av et nettverk av værstasjoner og registreringer av gården ledelsesmetoder. Omfattende overvåking av CBB og vert anlegget dynamics er en viktig del av en området hele prosjektet i Hawaii til å samle landskap-level data for forskning for å forbedre ledelsesmetoder. Kaffe agroecosystems i andre deler av verden som opplever svært variabel miljømessige og sosioøkonomiske faktorer også fordelen av å implementere denne protokollen, i at det vil drive utviklingen av tilpassede integrert pest management (IPM) til administrere CBB populasjoner.

Introduction

Kaffe bær Borer (Hypothenemus hampei Ferrari) er en invasiv insekt pest som finnes over hele store kaffe voksende regioner av verden1,2. Denne lille bille tilbringer mesteparten av brukstiden i frø av en kaffe bær, gjør det vanskelig å styre med plantevernmidler spray. Den voksne kvinnelige kjeder hull i kaffe bær på sentrale platen og i kroppsbygning der det bygger gallerier for reproduksjon. Som Larvene utvikler seg, feed de på endosperm, forårsake direkte skade kaffebønne og påfølgende tap i ytelse og kvalitet3. Indirekte skade kan også oppstå ved oppføring av sopp og patogener i bean, som kan forårsake gjæring og endring av kaffe smaken4.

CBB ble først oppdaget på Hawaii-øya i August 20105 spredte seg raskt til nesten alle ~ 800 kaffe gårdene i Kona og Ka'u distriktene, to områder som er verdenskjent for sin kaffe produkter6,7 premium kvalitet . Administrerte og dårlig forvaltet gårder kan ha infestation nivåer over 90%, noe som resulterer i store økonomiske tap. I Hawaii, estimert økonomi-brede virkningen på grunn av CBB er ca $21 M årlig8. CBB har fortsatt å spre siden første introduksjonen til Hawaii-øya, og ble nylig oppdaget på nærliggende Hawaii Oahu (2014) og Maui (2016). Kauai er den eneste kaffe-produserende øya i Hawaii som forblir upåvirket av CBB, men øyas 3000 dekar kaffe er ekstremt sårbare for denne svært dispersiv pest.

Historisk har syntetiske insektmidler som endosulfan og chlorpyrifos blitt brukt i mange land å kontrollere CBB. Men har bekymringer om giftigheten av disse insektmidler mennesker og miljø9, samt bevis for insektmiddel motstand10, resultert i disse stoffene blir utestengt for bruk i mange land. Foreløpig avhengige mest kaffe voksende regioner IPM tilnærming til kontroll CBB. IPMs innebærer vanligvis en kombinasjon av sanitær praksis (f.ekspruning og strip-plukking), biologiske kontroller (f.eks, utgivelsen av ROV biller eller parasitoider) og anvendelse av biopesticides (f.eksden Entomopathogenic sopp B. bassiana)11,12. Nåværende anbefalinger for CBB ledelse i Hawaii foreslår også vanlig feltet overvåking alkohol-agnet feller og "tretti treet Sampling metoden" utviklet av Cenicafé13,14. Denne sampling metoden innebærer tilfeldig velge en gren fra midten av kalesjen som har minst 45 grønne bær og telle antall infested og ikke-infested bær. Denne prosessen gjentas i en sikk-sakk mønster over feltet totalt 30 trær per hektar (2,5 dekar), og brukes til å anslå prosent infestation.

Mens mange av disse IPM praksis blir vedtatt av kaffeprodusenter i Hawaii, den ekstreme heterogenitet i klima, topografi og kulturelle praksiser på øyene nødvendiggjøre at IPM tilpasses for hver lokasjon. Utvikling av tilpassede IPM avhenger av en overvåkingsprogram som inkluderer viktige elementer av kaffe agroecosystems, kaffe pest biologi og miljøet. Vi har gjennomført omfattende overvåking av CBB og verten anlegget dynamikk som del av en området hele prosjektet i Hawaii som samler data landskapet nivå for å informere ledelsesmetoder. Denne protokollen kan brukes i andre kaffe agroecosystems verden, og vil være spesielt nyttig for de som opplever svært variabel miljømessige og sosioøkonomiske faktorer som krever tilpasset IPM administrere CBB populasjoner.

Protocol

Merk: En spansk oversettelse av protokollen tilbys som supplerende fil 1.

1. define prøvetaking soner i kaffe felt

  1. Undersøkelsen omkretsen av feltet kaffe overvåkes ved hjelp av en global positioning system (GPS) instrument. Importere feltet koordinatene til et globalt informasjonssystem (GIS) og genererer et kart over feltet kaffe.
  2. Del feltet i "soner" (dvs., polygoner), hver om 335 m2. Dette brukes til å sikre en systematisk stikkprøvekontroll design i feltet.

2. opprette en samling søknad i et elektronisk System

  1. Bruke en elektroniske data samling plattform, bygge et dataprogram for samling består av følgende sammenkoblede databaser: feller, soner, stedet-Service, værstasjoner, og administrasjon.
    Merk: Disse databasene brukes i alle etterfølgende trinnene av protokollen for innsamling og organiseringen av data.
  2. Feller databasen, opprette felt for 'navnet', 'felle nummer', 'distribusjon dato', 'felt tekniker navn', 'distribusjon bilde' og en link til GPS-koordinater for hver overlapping.
  3. For soner databasen, kan du opprette felt for 'navnet' og 'sone nummer', med en link til georeferert områdekartet viser hver sone.
  4. Nettstedet tjenesten databasen, opprette felt for 'navnet', 'dato', 'felt tekniker navnet' og 'nettsted notater'. Opprette nestede databaser består av følgende Webområde tjeneste -databasen.
    1. Inkluderer Felletjeneste posten felle (med en link til relevante felle distribusjon posten i overordnede feller databasen), fotografi felle fange og fange teller.
    2. Inkluderer Sonen Service til posten phenology fotografier, bær infestation vurdering (antall grønne bær, infisert grønne bær, grønne bær med B. bassianaog rosiner) og en kobling til den relevante tidssoneoppføringen i overordnet Soner databasen. denne posten inneholder også GPS-koordinater for hvert samplet tre.
    3. Inkluder Værstasjon Service å registrere navn, dato, data nedlasting og batteriet sjekk.
    4. Inkluder Berry disseksjon for å registrere lab tekniker navn, dato, og CBB posisjon (AB eller CD) og dødelighet kategori (levende, død av andre årsaker, eller døde ved Tolypocladium bassiana) for hver dissekert bær.
  5. Værstasjoner databasen, opprette felt for 'navnet', «station number», 'distribusjon dato', 'felt tekniker navn', 'distribusjon bilde' og en link til GPS-koordinater for hver værstasjon.
  6. Management databasen, opprette felt for 'navnet', 'dato' og "type ledelse praksis".

3. forberedelse og distribuere feller for overvåking CBB bevegelse

  1. Bestemme antallet feller nødvendig å overvåke CBB bevegelse i hvert felt.
    Merk: Felle tetthet per felt bør omtrentlig 5 feller for små felt (~0.5 ha) og 10 feller for store feltene (~ 1 ha)15.
  2. Bruke en thumbtack, lage en rekke avrenningshull over påfyllingsstreken i hver felle samling cup å unngå fortynning av drepe løsningen av regnvann. Samle trakt fellene i henhold til produsentens instruksjoner.
  3. Forberede 1 L drepe løsningen består av 200 mL propylenglykol og 800 mL vann. Deretter forberede en attractant blanding består av en 3:1 løsning av metanol: etanol. Hell 40 mL av attractant i halvt gjennomtrengelig plastposer (2 mil, 3 tommers x 4 tommer) og sted i en beholder for transport.
    Merk: Halvt gjennomtrengelig poser har vist seg å gi bedre resultater enn åpne flasker i tiltrekke CBB og krever også mindre hyppige besøk fylle lokker på grunn av lavere elueringsrør priser16.
    FORSIKTIG: Metanol og etanol er meget brannfarlig væske er giftig ved innånding eller inntatt og er hud og øyne irritanter. Disse kjemikalier skal håndteres i et godt ventilert rom mens slitasje hansker, vernebriller og beskyttelsesklær.
  4. Distribuere fellene tilfeldig distribuere dem over hele feltet. Plasser feller 0,5 - 1,5 m over bakken, og fjerner av gangene. Innsatser kan brukes effektivt sikre mellom trærne. Skrive hvor nettstedet navn og felle med permanent markør på hver overlapping for fremtidig identifisering.
  5. Fyll felle samling kopper med 100 mL glycol drepe løsning og skru koppene tett på plass. Fest en binders til hver attractant bag og bruk papirbiten for å feste posen til midten av fellen.
  6. Bruker en mobilenhet utstyrt med elektroniske data samling plattformen, gå til feller databasen og opprette en ny distribusjon består av nettstedet, dato, felle tall og et fotografi av fellen.
    Merk: Plasseringen av fellen i hvert felt automatisk registreres via GPS på den mobile enheten.

4. tjenester feller

  1. Ved ankomst i feltet, gå til Nettstedet tjenestedatabasen i det elektroniske systemet og opprette en ny nettstedet tjenestepost består av nettstedet navn, dato og navn på tekniker.
    Merk: Den første felletjeneste er gjennomført to uker etter felle distribusjon, og hver to uker etterpå. Hvis høyere oppløsning felle fange er data ønsket, et ukentlig felle service kan gjøres, selv om vi oppmerksom på at bi-ukentlige prøvetaking er nok til å fange de generelle bevegelse trender gjennom hele sesongen (figur 1).
  2. Finn fellen i feltet. Plasser en finmasket hånd sil (maske størrelse 0,8 - 1.0 mm) på en plastbeholder og hell drepe løsningen fra samlingen cup gjennom silen. Overføre drepe løsningen tilbake til samling cup og swish væske rundt for å sikre at alle CBB fjernes fra samlingen cup.
  3. Nye nettstedet tjenesten oppføringen, gå til Felletjeneste databasen og opprette en ny felle service. Angi relevante felle og fotografere silen med nettstedet navn og trap nummer i bakgrunnen. Lagre bildet i fellen tjeneste posten.
  4. Bruke en skje eller metall spatula, scoop alle insekter i ampuller fylt med 70% etanol. Etiketten ampullen med nettstedet, dato og felle tall.
  5. Fylle samlingen koppen med friskt drepe løsning og skrue tilbake på fellen. En gang per måneden vask ut samling koppen med såpe og vann, skyll, og Erstatt med friskt drepe løsning. Også erstatte attractant og bag en gang per måned, eller etter behov.

5. servicesoner for plante Phenology

  1. Nettstedet tjenesten oppføringen, navigerer til Sonen tjenestedatabasen og opprette en ny sone service. Velg en sone for prøvetaking fra områdekartet i den koblede soner -databasen.
  2. For å unngå prøvetaking bias, tilfeldig Velg en treet fra innenfor sonen av støping øyne nedover så bare baser av trærne er synlige. Står foran valgt tre, tilfeldig Velg en boreinnretningen rundt brystet høyde. Klipp en linjal på den merkede grenen, sørge for at linjalen ikke blokkerer noen av reproduktive delene (noder, knopper, blomster, frukt) fra kameraets synsfelt.
  3. Ta et bilde at linjalen og helheten av mål grenen er synlig. Ta et andre bilde av hele treet; Prøv å få så mye av mid-Level kalesjen i bildet som mulig. Lagre begge phenology bildene i Sonen tjeneste posten.

6. servicesoner for skader vurderinger av grønne bær

  1. Hvis grenen brukes for phenology synes å ha > 30 grønne bær, telle antall bær på grenen som er ert størrelse (~0.6 cm) og større, og grønt til lys gulaktig grønn i fargen (BBCH skala 77-8517). Angi dette nummeret i Sonen tjeneste posten.
    Merk: Hvis grenen brukes for phenology synes å ha < 30 grønne bær, tilfeldig velger en boreinnretningen på om bryst høyde fra et tre i pulssonen med > 30 grønne bær synlig. Gjøre dette fra en avstand å unngå skjevhet i utvalg.
  2. Også i Sonen Service post, angi antall grønne bær infisert av CBB på grenen. Infested bær har et lite hull som ligger vanligvis i sentrale disken. CBB kan eller kan ikke være synlige i hullet.
  3. Angi antall grønne infested bær med synlige hvite B. bassiana sopp. Sopp kan sees på CBB og/eller rundt inngangen hullet.
    Merk: Ytterligere analyser kan være nødvendig å identifisere fungal arter Hvis dette er av spesiell interesse.
  4. Angi antall rosiner (tørket bær) på grenen. Denne informasjonen kan brukes til å forstå forholdet mellom ledelsesmetoder (f.eks, bånd plukker) og CBB infestation.
  5. Samle tre infested grønne bær i grenen; Dette er tatt tilbake til laboratoriet og dissekert for å vurdere CBB posisjon innen bær.
    Merk: Green infested bær kan erverves fra andre grener i sonen har grenen brukes for skade vurderingen < 3 infested grønne bær.
  6. Plass infested grønne bær i en plastbeholder og etikett med sted og dato. Lagre beholdere i en kjøler på is inntil de kan bli transportert tilbake til laboratoriet.
    Merk: Ideelt bær bør være dissekert innen 1-3 dager etter samling å sikre maksimal survivorship av CBB.
    1. Lagre bær (etter behov) i laboratoriet ved 14 ° C i opptil tre dager med lite eller ingen dødelighet (S. Fortna & R. Hollingsworth, personlig kommunikasjon).
  7. Gjenta trinnene for phenology og bær skader vurderinger i hver prøvetaking sone.
    Merk: Ca. 25 grener skal samples for store gårder (~ 1 ha), og ~ 15 grener skal samples for små gårder (~0.5 ha). For disseksjoner, skal 75 grønne infested bær samles fra store gårder og 45 av små gårder på hver prøvetaking dato. I noen deler av året, kan det ikke være mulig å samle dette antallet bær. I dette tilfellet, prøve å samle minst 50 grønne bær for store gårder (~ 1 ha) og 30 grønne bær for små gårder (~0.5 ha).

7. antall CBB i hver overlapping

  1. Plasser en grov-mesh hånd sil (mesh størrelsen ~1.5 mm) over en plastbeholder, og tømme biller fra samlingen ampullen i silen. Bruk en fylt med vann å få alt innholdet av ampullen.
  2. Bruk vaskeflaske spray innholdet i silen, tvinge så mange små insekter gjennom silen som mulig. Dette tillater større insekter og rusk å skilles fra små biller i utvalget og begrenser unøyaktigheter i volumetriske anslag over CBB. Forkaste de store insekter og rusk og skyll ut silen.
  3. Plasser en hånd finmasket sil (mesh størrelsen ~1.0 mm) over en andre plastbeholder, og hell innholdet i første beholderen i finmasket hånd silen.
  4. Hvis det er flere hundre CBB, gå videre til trinn 7.6. Hvis det er mindre enn flere hundre CBB, plassere finmasket sil på et papirhåndkle å fjerne overflødig vann. Snu silen opp ned og trykk alt innholdet på en klar plast lokk. Spre biller rundt med en pensel hvis de er klumpet seg sammen, og tillate dem å sitte til tørr.
  5. Hvis det er mindre enn flere hundre CBB, bruk en tynn pensel eller lignende implementere for å finne biller til radene som er flere biller bredt og telle under lys mikroskop. Teller antall biller og inn i "CBB" og "andre" kategorier.
  6. Hvis det er flere hundre CBB, overføre CBB fra finmasket sil til 10-mL sprøyte med metall spatula. Plasser kolonnen ejektor i sprøyten og trykk festetappen forsiktig nedover til en liten motstand føles, mens å være forsiktig med å knuse biller. Registrere volumetriske på sprøyten.
  7. Antall 200 biller fra volumetriske prøven ved hjelp av protokollen som beskrevet ovenfor. Bruk følgende ligningene for å bestemme antall CBB kontra andre biller i utvalget.
    1. Beregne CBB antall bruker:
      Totalt CBB anslag for eksempel = (# CBB ÷ 200) x ∂ x (mL målt i sprøyten).
      Merk: Her ∂ = antall insekter/mL. Det anbefales at estimert ∂ gjøres for hver region; på Hawaii-øya ble verdien 1033 målt.
    2. Beregne andre teller bruker:
      Totalt "andre" bille anslag for eksempel = (# andre ÷ 200) x ∂ x (mL målt i sprøyten).
  8. Når felle opptellingen er fullført, Naviger til relevante Felletjeneste posten og angir antall CBB og andre biller.

8. score Phenology fotografier

  1. Eksportere kaffe phenology bildene fra samlingen dataprogram. Åpne bildet og Finn grenen med vedlagte linjalen. Score følgende for denne grenen.
    1. Score antall noder (vedlegg poeng av bladene til grenen).
    2. Score tilstedeværelse eller fravær av umodne knopper, modne knopper, stearinlys, åpne blomster og pin hoder.
    3. Score antall erten størrelse grønne bær, umoden grønne bær, modne grønne bær, bær viser en farge pause, fullt moden bær og rosiner.

9. dissekere bær å bestemme CBB posisjon

  1. Ta infested grønne bær av kald oppbevaring og tillate dem å varme til romtemperatur i 10-15 min før du fortsetter med bær disseksjon. Dette utvinning tid er viktig slik at CBB kan vurderes nøyaktig som i live eller død.
    Merk: Disseksjon av infested bær kan plasseringen av voksen CBB skal fastsettes. Posisjon AB angir kvinnelige har initiert gjennomtrengning i berry, men har ikke nådd endosperm; posisjon CD viser kvinner har endosperm13.
  2. Bruker en skalpell eller lignende implementere, gjør en skive gjennom berry parallelt med sentrale platen som en foreløpig vurdering av bille posisjon. Deretter lage en serie med tynt skiver vinkelrett på sentrale platen og rundt inngangen hullet å avgjøre om CBB er i AB eller CD posisjon.
  3. Dele kategoriene AB og CD i "live", "død av Tolypocladium bassiana", "død av andre årsaker" og "Bobla mangler". Hvis det uklart om voksne er i live eller død, zoome inn med mikroskopet og se bena for bevegelse.
  4. Sted telles individer i et fat med vann eller alkohol. Dette bidrar til å holde oversikt over hva teller, og hindrer at voksen biller rømmer i laboratoriet.
  5. Når disseksjoner for et område er fullført, gå til Berry disseksjon databasen i relevante nettstedet tjenestepost og angir det totale antallet CBB i hver kategori.
  6. Plasser dissekert prøver i en beholder og fryse 72 h før salg.

10. Service manuell værstasjoner

Merk: værstasjoner krever manuell nedlasting kan være betjente bi-ukentlig eller månedlig å laste ned data og sikre alle sensorer er fungerer. Vær variabler som er viktig å vurdere for å forstå CBB biologi kan inkludere nedbør, luft og jord temperatur, solstråling, Fotosyntetisk aktiv stråling (PAR), fuktighet i jorda, og vindretning hastighet.

  1. Finn manuell værstasjoner i feltet. I det elektroniske systemet av servicen relevante Området og navigerer til værstasjon tjenestedatabasen. Opprette en ny værstasjon vedlikehold posten som er koblet til den aktuelle værstasjon distribusjon.
  2. Bruk en vanntett shuttle direkte koble datalogger og bærbar for data nedlasting. Noter i værstasjonen vedlikehold post at data ble lastet ned.
  3. Når dataene er overført, manuelt re-lanseringen av solenergi og temperatur/fuktighet loggere slik de har riktige innstillinger (nedbør logger ikke trenger å bli re-lansert). Når batterinivået og erstatte etter behov. Noter i elektronisk som dette er gjort.
  4. Etter hjemkomsten til lab, legger de nyeste dataene til fulle Vær masker og oppdatere metadata posten.

11. postbehandling praksis

Merk: Informasjonen i praksis kan brukes å forstå mønstre i CBB aktivitet og befolkningen størrelser. Relevante ledelsesmetoder kan inkludere (men er ikke begrenset til): sprøyting B. bassiana sopp, sprøyting pyrethins eller andre insektmidler, beskjæring, Luke ledelse, strip plukking, kirsebær plukking, fjerne rosiner fra bakken, etc.

  1. I Management database, oppretter du en ny ledelse post med navn, dato og type ledelse praksis utført.

Representative Results

Vi rapporterer eksempler fra flere kaffe gårder som representant for typen resultater som kan oppnås fra overvåking protokollen beskrevet ovenfor. For å bestemme CBB bevegelsesmønstre innenfor og mellom feltene, kan totale fangsten for en gitt felle deles på antall dager siden distribusjon å anslå antall CBB fanget per dag. Antall CBB fanget per dag kan deretter være gjennomsnitt over alle feller å finne gjennomsnittlig antall CBB fanget per felle per dag på tvers av farmen (gjennomsnittlig ± SEM; Figur 2). Felle fangstdata kan brukes til å antyde perioder med topp fly aktivitet18, og kan også brukes til direkte styring aktiviteter som beskjæring og B. bassiana spray. Prosent infestation fra berry skader vurderinger i feltet kan sammenlignes med felle fangstdata å avgjøre om perioder med høy infestation faller sammen med topp fly aktivitet19. Denne informasjonen er viktig for å avgjøre om overvåking CBB aktivitet gjennom feller alene er tilstrekkelig til å informere kontrolltiltak. Berry dissections i laboratoriet for å bestemme CBB posisjoner kan brukes til å informere dyrkere når spray anvendelser av B. bassiana (> 5% av CBB er i AB posisjon14). CBB posisjonsinformasjon kan også brukes i forbindelse med hotspot kart fra skade takseringene innen for å informere dyrkere av omtrentlig steder innen der B. bassiana skal være sprayet (Figur 3).

En omfattende visning av faktorene som er involvert i CBB infestation kan fås ved å samle data om CBB posisjoner, dødelighet av B. bassiana, plante phenology, og ledelsen praksis. I prøven gården vist i Figur 4, vert fleste infested bær dissekert tidlig i vekstsesongen CBB i AB posisjon, mens fleste bær dissekert senere i sesongen vert CBB i CD posisjon. Etter en topp i berry produksjon, syv runder med kirsebær høsting innspilt fra slutten av juli til desember (Figur 4). Til slutt, syv anvendelser av B. bassiana ble gjennomført i ca en måned intervaller i løpet av sesongen, med CBB dødelighet observert området 0 - 23% (Figur 4). Til slutt, selv om dataene ikke presenteres her, tillegg av temperatur, fuktighet, og nedbør informasjon vil trolig gi ytterligere innsikt i faktorene som driver CBB infestation mønstre og B. bassiana effektiviteten på kaffe gårder.

Figure 1
Figur 1 . Mener (± SEM) CBB fanget per felle per dag for prøvetaking gjort på ukentlige versus bi-ukentlige intervaller. Denne gjennomsnittlig felle fangsten per dag er for fem trakt feller spre tilfeldig på tvers av farmen. Mer ekstreme topper og daler er fanget i ukentlige prøvetaking og disse toppene vises litt senere i bi-ukentlige prøvetaking, selv om den generelle utviklingen er sammenlignbare mellom to intervaller. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2 . Mener (± SEM) CBB fanget per felle per dag. Denne gjennomsnittlig felle fangsten per dag er for ni trakt feller spre tilfeldig på tvers av farmen. To store toppene i CBB flight aktivitet kan sees på farmen (mars og desember) i 2016-2017 vekstsesongen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3 . CBB infestation hotspots. Dette kartet over et utvalg kaffe gården viser CBB infestation hotspots observert under en overvåking undersøkelse på 14 juni 2017. Størrelsen på hver rød sirkel er proporsjonal med antall grønne infested bær på en samplet gren. I denne eksempel gården, totalt 25 grener ble valgt og en rekke 0 - 36 infested grønne bær ble observert gren. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4 . En omfattende oversikt over CBB infestation i et utvalg kaffe farm. Plasseringen av CBB i dissekert grønne bær er definert som AB (kvinnelige har initiert gjennomtrengning i berry, men har ikke nådd endosperm) eller CD (kvinnelige har angitt av endosperm). Dødelighet av CBB (via B. bassiana sopp), kaffe plante phenology (gjennomsnittlig antall bær gren), og gården forvaltning praksis (B. bassiana spray og kirsebær plukker) vises også for 2016 kaffe voksende sesongen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Discussion

Overvåking protokollen beskrevet her kan tjene som en viktig del av forskning på CBB og kontroll strategier mot denne invasiv kaffe pest. Vi har satt dette overvåking protokollen i praksis på 2016 og 2017 kaffen vekstsesongen forlenges på Hawaii-øya i et forsøk på å optimalisere hvert trinn i prosessen som er beskrevet i denne artikkelen og på videoen. Denne har vi sikret at viktige aspekter av CBB populasjonsdynamikk har vært overvåket og kvantifisert, at de mest effektive rimelige materialene har blitt bestemt for hvert trinn i protokollen, og at data samlet inn på CBB bevegelse, infestation, dødelighet, kaffe plante phenology, vær og gården kan brukes til å informere og forbedre gjeldende kontroll strategier.

Det finnes en rekke viktige trinn i denne protokollen som må følges for å sikre optimale resultater. Først trakt feller må være definert i en jevn høyde og plassert mellom trærne. Dette sikrer at attractant er tilstrekkelig diffust gjennom luften, og at biller har tilgang fellen fra alle retninger. Andre, er det nødvendig å bruke sikter med samme mesh størrelsen (grov-mesh sil ≈ 1,5 mm og finmasket sil ≈ 1.0 mm) gjennom hele overvåking for å sikre konsekvent resultater for volumetriske anslag over CBB. Tredje andelen CBB kontra andre biller hver overlapping kan variere betydelig mellom feller og over vekstsesongen, og det er derfor nødvendig å beregne disse proporsjonene for å minimere støy i fellen telle data. Fjerde, infested bær må lagres i en kjøler på is inntil de kan transporteres til lab, som bør bær lagres på 14 ° C til disseksjon. Lagring i et fuktig miljø vil medføre CBB fremveksten bær20. Til slutt, disseksjoner må være gjennomført innen 1-3 dager etter samling å sikre maksimal survivorship av CBB. Dødelighet av CBB kan oppstå hvis bær lagres på kalde temperaturer i lengre perioder.

Forholdsregler kan være nødvendig for forskning tiltak som ikke er inkludert her (f.eksovervåking CBB predator overflod). Endringer kan også gjøres til denne protokollen om tid, ressurser eller utstyr er begrensende faktorer. Felle attractant består av 3:1 metanol: etanol kan endres til en 1:1 metanol: etanol løsning med sammenlignbare resultater21. Såpevann kan også erstatte propylenglykol som drepe løsning i feller22. For estimater av store mengder CBB (f.eksflere hundre per trap), kan masse-baserte beregninger av CBB erstattes i stedet for volumetriske estimater. For eksempel kan den gjennomsnittlige tørre vekten av en enkelt CBB bestemmes ved å bruke en høy oppløsning skala. CBB samlet i 70% etanol kan deretter tørket i en ovn, og veide for å anslå hvor mange CBB per felle. En modifisert volumetriske anslag kan også gjøres ved å sette alle CBB fra en felle til en uteksaminert sylinder med drepe løsningen, og slik at innholdet til å bosette til bunnen22. Når avgjort, volumet av sylinder fylt av CBB kan bemerkes og omregningsfaktoren for 1 mL bestemmes å anslå antall CBB fanget per felle. Til slutt, kaffeprodusenter som har en intim kjennskap til sine gårder og bruker denne overvåking protokollen for å anslå CBB infestation og bevegelse kan ønske å utelate trinn som involverer dokumentere phenology og telle antall rosiner på greiner.

To mulige begrensninger av denne protokollen er verdt å nevne her. Først fange utvalg av grenene på brystet høyde ikke infestation i tidlig-blomstring avlingen som kan starte høyere i treet er kalesjen. Men foreslår observasjoner at denne tidlig-blomstring beskjære står for en svært liten prosentandel av den totale avkastningen i kaffe gårder i Hawaii. Andre våre protokollen bare kontoer for angrep i grønne bær, og dermed kan ikke nøyaktig fange estimater berry skade når antall farge pause og moden bær er høy (September - desember i Hawaii).

CBB overvåking protokollen presenteres her har flere klare fordeler fremfor andre overvåking protokoller som er i bruk. Først gir den systematiske stikkprøvekontroll designen jevnere prøvetaking i forhold til sampling gjort i en sikk-sakk mønster. Prøvetaking utformingen gir bedre estimater berry skade i et gitt felt, og øker potensialet å oppdage hotspots. Andre vil inkludering av elementer i overvåking protokollen som er viktige for kaffe agroecosystems (f.eks, phenology, vær variabler og ledelsesmetoder) forbedre vår forståelse av dynamikken mellom invasiv insekt skadedyr, deres vert planter og forskjellige miljøfaktorer. Tredje, bruk av en mobil elektroniske data collection programmet under feltet undersøkelser tillater sanntidsdata raskt og effektivt inn og organisert i en database, og kan også være relatert til andre automatiserte kaffe overvåking metoder som gjenkjenning via23til fjernmåling. En annen viktig fordel med denne metoden for innsamling av data er at detaljert infestation rapporter kan genereres med letthet, slik at riktig anbefalinger videresendes til bøndene. Til slutt, sanntids data samlet på CBB biologi, kaffe plante phenology, vær og ledelse kan bli innlemmet i utviklingen av prediktive modeller som kan brukes til å tilpasse ledelsesplaner for en bestemt kaffe voksende sted.

Disclosures

Vi har ingen konflikter av interesse til rapporten.

Acknowledgments

Vi er takknemlige for skog Bremer for å gi drone bilder av kaffe gårder, i tillegg til hjelp med GIS metoder. Vi takker Thomas Mangine, Matthew Mueller, Lindsey Hamilton, Shannon Wilson, Briana McCarthy og Mehana Sabado-Halpern for hjelp med filmproduksjon og to anonyme korrekturlesere på et tidligere utkast. Dette arbeidet ble finansiert av USDA-ARS. Meninger, funn, konklusjoner eller anbefalinger i denne publikasjonen er de av forfatterne, og nødvendigvis gjenspeiler ikke synspunktene til USDA. USDA er like muligheter leverandøren og arbeidsgiver.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Jaramillo, J., Borgemeister, C., Baker, P. Coffee berry borer Hypothenemus hampei (Coleoptera: Curculionidae): searching for sustainable control strategies. Bull. Entomol. Res. 96, 223-233 (2006).
  2. Vega, F. E., Infante, F., Johnson, A. J. The genus Hypothenemus, with emphasis on H. hampei, coffee berry borer. Bark beetles, biology and ecology of native and invasive species . Vega, F. E., Hofstetter, R. W. 11, First, Elsevier. London, UK. Chapter 11 427-494 (2015).
  3. ISO. Green coffee -Defect reference chart. International Standard ISO 10470. 15 (2004).
  4. Wegbe, K., Cilias, C., Decazy, B., Alauzet, C., Dufour, B. Estimation of production losses caused by the coffee berry borer (Coleoptera: Scolytidae) and calculation of an economic damage threshold in Togolese coffee plots. J. Econ. Entomol. 96, 1473-1478 (2003).
  5. Burbano, E., Wright, M., Bright, D. E., Vega, F. E. New record for the coffee berry borer, Hypothenemus hampei, in Hawaii. J. Insect Sci. 11, (1), 117 (2011).
  6. Kinro, G. A Cup of Aloha: The Kona Coffee Epic. University of Hawaii Press. (2003).
  7. Teuber, R. Geographical indications of origin as a tool of product differentiation: The case of coffee. J. Int. Food Agribus. Mark. 22, (3-4), 277-298 (2010).
  8. Leung, P. S., Kawabata, A. M., Nakamoto, S. T. Estimated economy-wide impact of CBB for the crop years 2011/12 and 2012/13. Brief report at request of Hawaii Congressional Delegation. 2 (2014).
  9. Baker, P. S., Jackson, J. A. F., Murphy, S. T. Natural Enemies, natural allies. Project completion report of the integrated management of coffee berry borer project, CFC/ICO/02 (1998-2002). The commodities press. CABI commodities. Egham UK and Cenicafé, Chinchiná, Colombia. (2002).
  10. Brun, L. O., Marcillaud, C., Gaudichon, V., Suckling, D. M. Endosulfan resistance in Hypothenemus hampei (Coleoptera: Scolytidae) in New Caledonia. J. Econ. Entomol. 82, 1311-1316 (1989).
  11. Vega, F. E., Infante, F., Castillo, A., Jaramillo, J. The coffee berry borer, Hypothenemus hampei (Ferrari) (Coleoptera: Curculionidae): a short review, with recent findings and future research directions. Terr. Arthropod Rev. 2, 129-147 (2009).
  12. Aristizábal, L. F., Johnson, M., Shriner, S., Hollingsworth, R., Manoukis, N. C., Myers, R., Bayman, P., Arthurs, S. P. Integrated pest management of coffee berry borer in Hawaii and Puerto Rico: Current status and prospects. Insects. 8, 123 (2017).
  13. Bustillo, A. E., Cardenas, M. R., Villalba, D., Orozco, J., Benavides, M. P., Posada, F. J. Manejo integrado de la broca del café Hypothenemus hampei(Ferrari) en Colombia. Cenicafé. Chinchiná, Colombia. 134 (1998).
  14. Kawabata, A. M., Nakamoto, S. T., Curtiss, R. T. Recommendations for Coffee Berry Borer Integrated Pest Management in Hawai'i 2016. Insect Pests. IP-41, (2017).
  15. Aristizábal, L. F., Jiménez, M., Bustillo, A. E., Trujillo, H. I., Arthurs, S. P. Monitoring coffee berry borer, Hypothenemus hampei (Coleoptera: Curculionidae), populations with alcohol baited funnel traps in coffee farms in Colombia. Fla. Entomol. 98, (1), 381-383 (2015).
  16. Messing, R. H. The coffee berry borer (Hypothenemus hampei) invades Hawaii: Preliminary investigations on trap responses and alternate hosts. Insects. 3, (1), 640-652 (2012).
  17. Arcila-Pulgarín, J., Buhr, L., Bleiholder, H., Hack, H., Meier, U., Wicke, H. Application of the extended BBCH scale for the description of the growth stages of coffee (Coffea spp). Ann. Appl. Biol. 141, (1), 19-27 (2002).
  18. Mathieu, F., Brun, L. O., Frérot, B. Factors related with native host abandonment by the Coffee Berry Borer Hypothenemus hampei (Ferrari) (Coleoptera: Scolytidae). J. Appl. Entomol. 121, 175-180 (1997).
  19. Pereira, A. E., Vilela, E. F., Tinoco, R. S., de Lima, J. O. G., Fantine, A. K., Morais, E. G. F., Franca, C. F. M. Correlation between numbers captured and infestation levels of the Coffee Berry-borer, Hypothenemus hampei: A preliminary basis for an action threshold using baited traps. Int. J. Pest. Manage. 58, (2), 183-190 (2012).
  20. Baker, P. S., Ley, C., Balbuena, R., Barrera, J. F. Factors affecting the emergence of Hypothenemus hampei (Coleoptera: Scolytidae) from coffee berries. Bull. Entomol. Res. 82, 145-150 (1992).
  21. Dufour, B. P., Frérot, B. Optimization of coffee berry borer, Hypothenemus hampei Ferrari (Col., Scolytidae), mass trapping with an attractant mixture. J. Appl. Entomol. 132, 591-600 (2008).
  22. Aristizábal, L. F., Shriner, S., Hollingsworth, R., Arthurs, S. Flight activity and field infestation relationships for coffee berry borer in commercial coffee plantations in Kona and Ka'u districts, Hawaii. J. Econ. Entomol. 110, (6), 2421-2427 (2017).
  23. Gaertner, J., Genovese, V. B., Potter, C., Sewake, K., Manoukis, N. C. Vegetation classification of Coffea on Hawaii Island using Worldview-2 satellite imagery. J. App. Remote Sensing. 11, 046005 (2017).
Hawaii protokollen for vitenskapelige overvåking av kaffe bær Borer: en modell for kaffe Agroecosystems over hele verden
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter