Login processing...

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

Environment

Hawaii protokollet för vetenskaplig övervakning av kaffe Berry tillväxtborr: en modell för kaffe Agroecosystems i hela världen

doi: 10.3791/57204 Published: March 19, 2018

Summary

Omfattande övervakning av kaffe bär borer och värd växten dynamics är viktigt för datainsamling landskap nivå för att förbättra förvaltningen av denna invasiva skadedjur. Här presenterar vi ett protokoll för vetenskaplig övervakning av kaffe bär borer rörelse, angrepp, dödlighet, kaffe växt fenologi, väder och företagslednings via en mobil elektronisk dataregistrering ansökan.

Abstract

Kaffe bär borer (CBB) är den mest förödande insekt pest för kaffe grödor i världen. Vi utvecklade en vetenskaplig övervakning protokoll som syftar till att fånga och kvantifiera dynamik och påverkan av denna invasiva insekt skadegörare samt utveckling av dess värdväxt över ett heterogena landskap. Hörnstenen i denna omfattande övervakningssystem är lägligt georefererad datainsamling på CBB rörelse, kaffe bär angrepp, dödlighet av svampen Beauveria bassianaoch kaffe växt fenologi via en mobil elektronisk dataregistrering ansökan. Detta elektroniska data collection system kan fältet register vara georefererad genom inbyggda globala positioneringssystem och stöds av ett nätverk av väderstationer och register över driftsmetoder. Omfattande övervakning av CBB och värd växten dynamics är en viktig del av ett brett projekt i Hawaii till aggregerade landskapsnivå data för forskning för att förbättra skötselmetoder. Kaffe agroecosystems i andra delar av världen som upplever mycket varierande miljöfaktorer och socioekonomiska faktorer gynnar också från att genomföra detta protokoll, i att det kommer att driva utvecklingen av anpassade integrerat växtskydd (IPM) till hantera CBB populationer.

Introduction

Kaffe Berry Borer (Hypothenemus hampei Ferrari) är en invasiv insekt skadegörare som finns i hela stora kaffe växande regioner av världen1,2. Denna lilla skalbagge tillbringar större delen av sin livscykel inom utsäde av en kaffe bär, vilket gör det svårt att styra med bekämpningsmedel sprayer. Den adulta honan borrar ett hål i kaffe bär genom centrala skivan och i fröet där det bygger gallerier för reproduktion. När larverna utvecklas, lever de på majsets, orsakar direkta skador till kaffebönor och efterföljande förluster i avkastning och kvalitet3. Indirekt skada kan också uppstå vid tillträdeet av svampar och patogener i bönan, som kan orsaka jäsning och ändring av kaffe smak4.

CBB upptäcktes först på Hawaii Island i augusti 20105 och spred sig snabbt till nästan alla ~ 800 kaffe gårdarna i Kona och Ka'u distrikt, två områden som är världsberömda för sin kaffe produkter6,7 premiumkvalitet . Ohanterade och dåligt hanterad gårdar kan ha angrepp nivåer som överstiger 90%, vilket resulterar i enorma ekonomiska förluster. I Hawaii, de uppskattade effekterna för hela ekonomin på grund av CBB är ca $21 M årligen8. CBB har fortsatt sedan dess inledande introduktion till Hawaii Island och upptäcktes nyligen på det angränsande Hawaiiöarna Oahu (2014) och Maui (2016). Kauai är den enda kaffeproducerande ön i Hawaii som förblir opåverkad av CBB, men öns 3.000 hektar av kaffe är extremt sårbara för denna mycket spridd skadegörare.

Syntetiska insektsmedel som endosulfan och klorpyrifos har historiskt sett använts i många länder att kontrollera CBB. Dock har farhågor beträffande toxiciteten av dessa insektsmedel till människor och miljö9, samt bevis för insektsmedel motstånd10, resulterat i dessa ämnen som förbjudits i många länder. För närvarande, åberopa de flesta kaffe växande regioner ett IPM förhållningssätt till kontroll CBB. IPMs omfattar vanligtvis en kombination av sanitet praxis (t.ex., beskärning och strip-picking), biologiska kontroller (t.ex., frisläppandet av underprissättning skalbaggar eller parasitoider) och tillämpningen av biopesticides (t.ex., den Entomopathogenic svampen B. bassiana)11,12. Aktuella rekommendationer för CBB ledning i Hawaii föreslår också regelbundna fältövervakning använder alkohol-betade fällor och ”trettio träd urvalsmetoden” utvecklat av Cenicafé13,14. Provtagning innebär att slumpmässigt välja en gren från mitten av trädkronorna som har minst 45 gröna bär, och räkna antalet angripna och icke-angripna bär. Denna process upprepas i ett zig-zag mönster över fältet för sammanlagt 30 träd per hektar (2,5 hektar), och används för att uppskatta procent angrepp.

Medan många av dessa IPM metoder håller på att antas av kaffe odlare i Hawaii, extrema heterogenitet i klimat, topografi och kulturella praktiker på öarna nödvändiggör att IPM anpassas till varje plats. Utvecklingen av anpassade IPM beror på ett övervakningsprogram som innehåller de väsentliga delarna av kaffe agroecosystems, kaffe pest biologi och miljö. Vi har genomfört omfattande övervakning av CBB och värd växten dynamik som en del av ett brett projekt i Hawaii som aggregerar landskapsnivå data för att informera förvaltningsmetoder. Detta protokoll kan användas i andra kaffe agroecosystems runt om i världen, och kommer att vara särskilt användbart för dem som upplever mycket varierande miljöfaktorer och socioekonomiska faktorer som kräver anpassade IPM att hantera CBB populationer.

Protocol

Obs: En spansk översättning av protokollet tillhandahålls som kompletterande fil 1.

1. definiera provtagning zoner inom kaffe fält

  1. Undersökning omkretsen av fältet kaffe övervakas med en global positioning system (GPS). Importera fältet koordinaterna i ett globalt informationssystem (GIS) och generera en karta över fältet kaffe.
  2. Dela in fältet i ”zoner” (dvs, polygoner), båda cirka 335 m2. Dessa kommer att användas för att säkerställa en systematisk slumpmässig provtagning design över fältet.

2. skapa en Data Collection program i ett elektroniskt System

  1. Med hjälp av en elektronisk data insamling plattform, bygga en data collection program består av följande sammankopplade databaser: fällor, zoner, webbplats Service, väderstationer, och Management.
    Obs: Dessa databaser kommer att användas i alla efterföljande steg i protokollet för insamling och organisation av data.
  2. Skapa fält för 'webbplatsnamn', 'fälla nummer', 'distribution datum', 'fält tekniker namn', 'distribution photo' och en länk till GPS-koordinaterna för varje fälla för fällor -databasen.
  3. Skapa fält för 'webbplatsnamn' och 'zonnumret', med en länk till georefererad webbplatskartan visar varje zon för zoner -databasen.
  4. Skapa fält för 'webbplatsnamn', 'datum', 'fält tekniker namn' och 'webbplats anteckningar' för Webbplats Service -databasen. Skapa kapslade databaser består av följande Webbplats Service -databasen.
    1. Inkluderar Trap-tjänsten att registrera fälla nummer (med en länk till relevant fälla distribution posten i databasen överordnade fällor ), fotografera av fällans fångst och fälla greve.
    2. Inkluderar Zon Service till rekord fenologi fotografier, bär angrepp bedömning (totala antalet gröna bär, angripet gröna bär, gröna bär med B. bassianaoch russin), och en länk till den relevanta zon posten i moderbolaget Zoner databas; denna post innehåller också GPS-koordinaterna för varje samplade träd.
    3. Inkludera Väderstation Service till spela in webbplatsens namn, datum, data hämtning och batterikontroll.
    4. Inkludera Berry dissektion för att spela in lab tekniker namn, datum, och CBB ställning (AB eller CD) och dödlighet kategori (alive, dött av andra orsaker, eller döda av Beauveria bassiana) för varje dissekerade berry.
  5. Skapa fält för 'webbplatsnamn', 'stationsnummer', 'distribution datum', 'fält tekniker namn', 'distribution photo' och en länk till GPS-koordinaterna för varje väderstation för väderstationer -databasen.
  6. Skapa fält för 'webbplatsnamn', 'datum' och 'typ av förvaltning praxis' för Management -databasen.

3. förbereda och distribuera fällor för övervakning CBB rörelse

  1. Bestämma antalet traps som behövs för att övervaka CBB rörelse i varje fält.
    Obs: Fälla täthet per fält bör ungefärlig 5 fällor för små fält (~0.5 hektar) och 10 fällor för stora fält (~ 1 hektar)15.
  2. Använder ett häftstift, göra en serie av dräneringshål ovanför maxstrecket i varje fälla samling kopp att undvika utspädning av döda lösningen av regnvatten. Montera tratten fällor enligt tillverkarens anvisningar.
  3. Laga 1 L döda lösning består av 200 mL propylenglykol och 800 mL vatten. Nästa, förbereda ett lockmedel blandning består av en 3:1 lösning av metanol: etanol. Häll 40 mL lockmedel i ljusgenomsläppande plastpåsar (2 mil, 3 x 4 tum) och placera i en behållare för transport.
    Obs: Ljusgenomsläppande väskor har visats prestera bättre än öppna flaskor i locka CBB, och också kräva mindre täta besök att fylla beten på grund av lägre eluering priser16.
    FÖRSIKTIGHET: Metanol och etanol är mycket brandfarliga vätskor är giftiga vid inandning eller förtäring och är irriterande för hud och ögon. Dessa kemikalier ska hanteras i ett väl ventilerat rum iklädd handskar, ögonskydd och skyddskläder.
  4. Distribuera fällor genom att slumpmässigt fördela dem över fältet. Placera fällor 0,5 - 1,5 m över marken, och klara av gångarna. Insatserna kan användas att effektivt säkra fällor mellan träden. Skriv platsen namn och fälla numret med permanenta märkpenna på varje fälla för framtida identifiering.
  5. Fyll fälla samling koppar med 100 mL glykol döda lösningen och skruva kuporna ordentligt på plats. Bifoga ett gem i varje lockmedel påse och Använd gemet för att krok påsen till mitten av fällan.
  6. Använder en mobil enhet utrustad med elektroniska data insamling plattform, navigera till fällor databasen och skapa en ny distribution post består av webbplatsen, datum, fälla nummer och ett fotografi av fällan.
    Obs: Platsen för fällan inom varje fält registreras automatiskt via GPS på den mobila enheten.

4. tjänsten fällor

  1. Vid ankomsten i fältet, navigera till Webbplatsen tjänstdatabasen inom det elektroniska systemet och skapa en ny webbplats servicepost består av webbplatsens namn, datum och namn på tekniker.
    Obs: Tjänsten första trap är genomfört två veckor efter fällan distributionen, och varannan vecka därefter. Om högre upplösning fälla fångar önskas data, en veckovis fälla service kan göras, även om vi noterar att varannan vecka provtagning är tillräcklig för att fånga allmän rörelse trender under hela säsongen (figur 1).
  2. Leta upp fällan i fältet. Placera en hand finmaskiga sil (maskstorlek 0,8 - 1,0 mm) på en plastbehållare och häll över döda lösningen från samling cup genom sikten. Överför döda lösningen tillbaka till samling cup och swish vätskan runt för att säkerställa att alla CBB avlägsnas från samling cup.
  3. Inom den nya webbplats tjänst posten, navigera till databasen Trap-tjänsten och skapa nya fällan service-post. Ange antalet relevanta fällan och fotografera sikten med plats namn och fälla nummer i bakgrunden. Spara fotot i fällan serviceposten.
  4. Med hjälp av en sked eller metall spatel, scoop alla insekter till en flaska fylld med 70% etanol. Etikett på injektionsflaska med plats, datum, och fälla.
  5. Refill samling kupa med färska döda lösning och skruva tillbaka till fällan. En gång per månad wash-out samling koppen med tvålvatten, skölj och ersätta med färsk döda lösning. Också ersätta Lockmedel och väskan en gång per månad eller vid behov.

5. servicezoner för växt fenologi

  1. Inom webbplatsposten som service, navigera till databasen Zon Service och skapa en ny zon servicepost. Välj en provtagningsområdet webbplatsöversikten i den länkade zoner -databasen.
  2. Undvik provtagning bias, Välj slumpmässigt ut ett träd från inom zonen av gjutning ögon nedåt så bara baserna av träden är synliga. Stående framför valda trädet, slumpmässigt välja en lateral gren runt brösthöjd. Klipp en linjal på den valda grenen, att se till att linjalen inte blockerar någon av reproduktiva delar (noder, knoppar, blommor, frukter) från kamerans synfält.
  3. Ta en enda bild att linjalen och helheten av grenen mål är synliga. Ta en andra bild av hela trädet; försök att få så mycket av mid-level trädkronorna på bilden som möjligt. Spara båda fenologi foton till Zon serviceposten.

6. servicezoner för skador bedömningar av gröna bär

  1. Om grenen används för fenologi verkar ha > 30 gröna bär, räkna antalet bär på grenen som är minst ärtas storlek (~0.6 cm) och större, och är gröna till ljust gulgröna i färg (BBCH skala 77-8517). Ange detta nummer i Zon serviceposten.
    Obs: Om grenen används för fenologi verkar ha < 30 gröna bär, måfå väljer en lateral gren på om brösthöjd från ett träd i målområdet med > 30 gröna bär synliga. Gör detta på avstånd att undvika bias i urval.
  2. Även i Zon serviceposten, ange antalet gröna bär angripna av CBB på grenen. Angripna bär kommer att ha ett litet hål som vanligtvis finns i centrala skivan; CBB kanske eller kanske inte syns i hålet.
  3. Ange antalet gröna angripna bär med synlig vit B. bassiana svampen. Svampen kan ses på CBB eller omger ingången hålet.
    Obs: Ytterligare analyser behövas att identifiera svamp arter om detta är av särskilt intresse.
  4. Ange antalet russin (torkade bär) på grenen. Denna information kan användas för att förstå relationer mellan metoder (t.ex., strip plockar) och CBB angrepp.
  5. Samla tre hemsök gröna bär från grenen; dessa kommer att tas tillbaka till labbet och dissekeras för att bedöma CBB ställning inom bär.
    Obs: Grön angripna bär kan förvärvas från andra grenar inom zonen om den grenen som används för bedömningen av skada har < 3 angripet gröna bär.
  6. Placera hemsök gröna bär i en plastbehållare och etikett med plats och datum. Förvara behållare i en kylare på is tills de kan transporteras tillbaka till labbet.
    Obs: Helst bär bör vara dissekerade inom 1-3 dagar för att säkerställa maximal efterlevande av CBB.
    1. Lagra bär (efter behov) i lab vid 14 ° C i upp till tre dagar med liten eller ingen mortalitet (S. Fortna & R. Hollingsworth, personlig kommunikation).
  7. Upprepa stegen för fenologi och berry skada bedömningar i varje zon för provtagning.
    Obs: Cirka 25 grenar bör provtas för stora gårdar (~ 1 hektar), och ~ 15 grenar bör provtas för små gårdar (~0.5 hektar). För dissektioner, bör 75 gröna angripna bär tas ut från stora gårdar och 45 från små gårdar på varje provtagningsdatum. Under vissa delar av året, kan det inte vara möjligt att samla in detta nummer av bär. I detta fall, försök att samla in minst 50 gröna bär för stora gårdar (~ 1 hektar) och 30 gröna bär för små gårdar (~0.5 hektar).

7. räkna antalet CBB i varje fälla

  1. Placera en grov-mesh hand sil (mesh storlek ~1.5 mm) över en plastbehållare, och Töm skalbaggarna från injektionsflaskan med samling i sikten. Använd en tvättflaska fylld med vatten för att få hela innehållet ur injektionsflaskan.
  2. Använd tvättflaska för att spraya innehållet i sikten, att tvinga så många små insekter genom sikten som möjligt. Detta tillåter större insekter och skräp att skiljas ut från de små skalbaggarna i provet, och begränsar felaktigheter i volymetriska beräkningar av CBB. Kassera stora insekter och skräp och skölj ur sikten.
  3. Placera en hand finmaskiga sil (mesh storlek ~1.0 mm) över en andra plastbehållare och häll innehållet i den första behållaren i den finmaskiga hand sikten.
  4. Om det finns flera hundra CBB, gå vidare till steg 7,6. Om det finns mindre än flera hundra CBB, placera den finmaskiga sikten på en pappershandduk för att avlägsna överflödigt vatten. Vänd sikten upp och ned och tryck på allt innehåll till klar plast lock. Sprida skalbaggarna runt med en pensel om de är klumpgranulat tillsammans, och låta dem sitta tills det är torrt.
  5. Om det finns mindre än flera hundra CBB, använda en spetsig pensel eller liknande implementera för att rada skalbaggarna upp i rader som är flera skalbaggar brett och börjar räkna under ett ljusmikroskop. Räkna det totala antalet skalbaggar och separata i ”CBB” och ”andra” kategorier.
  6. Om det finns flera hundra CBB, överföra CBB från finmaskiga sikten till en 10 mL spruta med en metall spatel. Placera kolumnen ejektor i sprutan och tryck nedåt försiktigt tills ett lätt motstånd känns, och var noga med att inte krossa skalbaggarna. Registrera volymetriska värdet på sprutan.
  7. Räkna 200 skalbaggar från volymetriska provet med hjälp av protokollet som beskrivs ovan. Använd följande ekvationer för att bestämma antalet CBB kontra andra skalbaggar i provet.
    1. Uppskatta CBB räkna med:
      Totala CBB uppskattningen för det prov = (# CBB ÷ 200) x ∂ x (mL mätt i spruta).
      Obs: Här ∂ = antalet insekter/mL. Det rekommenderas att en uppskattning av ∂ göras för varje region. på Hawaii ön mättes värdet 1033.
    2. Uppskatta andra räkna med:
      Summa ”andra” beetle uppskattning för den prov = (# andra ÷ 200) x ∂ x (mL mätt i spruta).
  8. När antalet fällan har slutförts, navigera till relevanta Trap-tjänst posten och ange antalet CBB och andra skalbaggar.

8. Poäng fenologi fotografier

  1. Exportera kaffe fenologi fotografier från programmet data collection. Öppna fotot och lokalisera grenen med bifogade linjalen. För denna gren Poäng följande.
    1. Poäng antalet noder (fästpunkter på bladen-grenen).
    2. Poäng av närvaro eller frånvaro av omogna knoppar, Mogen knoppar, ljus, öppna blommor och pin huvuden.
    3. Poäng antalet ärt sized gröna bär, omogna gröna bär, mogna gröna bär, bär visar en färg paus, fullt mogna bär och russin.

9. dissekera bär för att bestämma CBB Position

  1. Ta de angripna gröna bär ur kylförvaring och tillåta dem att värmas till rumstemperatur för 10-15 min innan du fortsätter med berry dissektion. Denna återhämtningstid är viktigt så att CBB kan bedömas korrekt som levande eller döda.
    Obs: Dissektion av de angripna bär kan positionen för vuxna CBB skall fastställas. Ställning AB anger honan har initierat genomträngningen in bär men har inte nått majsets; ställning CD anger honan har angett det endosperm13.
  2. Med en skalpell eller liknande implementera, göra en skära genom bär parallellt med centrala skivan som en preliminär bedömning av beetle ställning. Därefter göra en serie av grunt skivor vinkelrätt mot centrala skivan och runt ingången hålet att avgöra om CBB är i AB eller CD position.
  3. Indela kategorierna AB och CD i ”alive”, ”döda av Beauveria bassiana”, ”dött av andra orsaker” och ”beetle saknas”. Om det är oklart om vuxna är levande eller döda, zooma in med mikroskopet och titta på benen för rörelse.
  4. Plats räknas individer i en skål med vatten eller alkohol. Detta hjälper till att hålla koll på vad har räknats och hindrar vuxna skalbaggar från att fly in i labbet.
  5. När dissektionerna för en webbplats har slutförts, navigera till databasen Berry dissektion i relevanta tjänsten webbplatsposten och ange det totala antalet CBB i varje kategori.
  6. Placera dissekerade prover i en behållare och frysa för 72 h innan bortskaffande.

10. Service manuell väderstationer

Obs: väderstationer som kräver manuell data nedladdning kanske servas varannan vecka eller månadsvis att hämta data och säkerställa alla sensorer fungerar. Väder-variabler som är viktiga att beakta för att förstå CBB biologi kan omfatta regn, fuktighet, luftens och markens temperatur, solstrålning, photosynthetically aktiv strålning (PAR), markfuktighet och hastighet/vindriktning.

  1. Leta upp manuell väderstationer i fältet. I det elektroniska systemet, öppna relevant Webbplats tjänst posten och navigera till väderstation tjänstdatabasen. Skapa en ny väderstation underhåll posten som är kopplat till den relevanta väderstation distribution posten.
  2. Använd en vattentät shuttle direkt ansluta datalogger och laptop för data nedladdning. Anteckna i väderstationen underhåll posten att data hämtades.
  3. När data har lastas, manuellt starta igen sol och temperatur/luftfuktighet loggrar för att säkerställa att de har rätt inställningar (nederbörd logger inte behöver vara nylanserade). Kontrollera batterinivån och Byt ut vid behov. Anteckna i det elektroniska system som detta har skett.
  4. Efter återkomsten till labbet, lägga till de senaste uppgifterna i full väder stygnen och uppdatera metadataposten.

11. registrera hanteringsmetoder

Obs: Information om metoder kan användas för att förstå mönster i CBB aktivitet och befolkning storlekar. Relevanta metoder kan omfatta (men är inte begränsade till): sprutning B. bassiana svamp, sprutning pyrethins eller andra insekticider, beskärning, ogräs management, strip plockning, cherry picking, ta bort russin från marken, etc.

  1. I databasen Management, skapa en ny management-post med webbplatsens namn, datum och typ av förvaltning praxis genomförs.

Representative Results

Vi redovisar exempel från flera kaffegårdar som är representativa för typ av resultat som kan erhållas från övervakning protokollet beskrivs ovan. För att avgöra CBB rörelsemönster inom och mellan fält, kan den totala fångsten för en given fälla delas med antalet dagar sedan distribution att uppskatta antalet CBB fångas per dag. Antalet CBB fångas per dag kan sedan vara i genomsnitt över alla fällor att bestämma det genomsnittliga antalet CBB fångas per fälla per dag över gården (medelvärde ± SEM; (Se figur 2). Fällan fångstuppgifter kan användas för att härleda perioder topp flygning aktivitet18, och kan också användas till direkt förvaltning aktiviteter såsom beskärning och B. bassiana sprayer. Procent angrepp från berry skada bedömningar i fältet kan jämföras med fälla fångstuppgifter att avgöra om perioder av hög angrepp sammanfaller med toppen flygning aktivitet19. Denna information är nödvändig för att avgöra om övervakning av aktivitet i CBB genom fällor ensam är tillräcklig för att informera kontrollåtgärder. Berry dissektioner i laboratoriet att bestämma CBB positioner kan användas för att informera odlare när du ska spraya tillämpningar av B. bassiana (> 5% av CBB är AB position14). CBB positionsinformation kan också användas i samband med hotspot kartor genereras från skador bedömningar i fältet för att informera odlarna ungefärliga platser inom fältet där B. bassiana ska sprutas (figur 3).

En heltäckande bild av faktorerna som är inblandade i CBB angrepp kan erhållas genom att sammanställa data om CBB ståndpunkter, dödlighet av B. bassiana, växt fenologi, och management metoder. I provet gården visas i figur 4, värd majoriteten av angripna bär dissekeras tidigt under växtsäsongen CBB i AB position, medan majoriteten av bär dissekeras senare i säsongen värd CBB i CD-läge. Efter en topp i berry produktion registrerades sju omgångar av körsbär skörd från slutet av juli till December (figur 4). Slutligen, sju ansökningar av B. bassiana genomfördes på cirka en månad intervall under hela säsongen, med CBB dödlighet observerades att spänna från 0 - 23% (figur 4). Slutligen, även om väderdata presenteras inte här, tillägg av temperatur, luftfuktighet, och nederbörd information kommer sannolikt ge ytterligare insikter om faktorer som driver CBB angrepp mönster och B. bassiana effektivitet på kaffeodlingar.

Figure 1
Figur 1 . Menar (± SEM) CBB fångas per fälla per dag för provtagning gjort på vecka kontra varannan vecka intervall. Denna genomsnittliga fälla fångst per dag är för fem tratt fällor spridda slumpmässigt över gården. Mer extrema toppar och dalar fångas i veckovis provtagning och dessa toppar visas något senare i den varannan vecka provtagning, även om de allmänna trenderna är jämförbara mellan de två intervallerna. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2 . Menar (± SEM) CBB fångas per fälla per dag. Denna genomsnittliga fälla fångst per dag är för nio tratt fällor spridda slumpmässigt över gården. Två stora toppar i CBB flygverksamhet kan ses på denna gård (mars och December) växande säsongen 2016-2017. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3 . CBB angrepp hotspots. Denna karta över en prov kaffe gård visar CBB angrepp hotspots observerade under en övervakning undersökning på 14 juni 2017. Storleken på varje röd cirkel är proportionell mot antalet gröna angripna bär på en samplade gren. I detta prov gård, totalt 25 grenar var provtas och en rad 0 - 36 hemsök gröna bär observerades per gren. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4 . En helhetssyn på CBB angrepp i en prov kaffe gård. Placeringen av CBB i dissekerade gröna bär definieras som AB (honan har initierat genomträngningen in bär men inte nått majsets) eller CD (honan har angett majsets). Dödlighet av CBB (via B. bassiana svampen), kaffe växt fenologi (det genomsnittliga antalet bär per gren) och företagslednings praxis (B. bassiana sprayer och körsbär plockar) visas också för säsongen 2016 kaffe växande. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Discussion

Det övervakning protokollet som beskrivs här kan fungera som en viktig del av forskning på CBB och kontroll strategier mot denna invasiva kaffe pest. Vi har lagt detta övervaka protokoll i praktiken under 2016 och 2017 kaffet växtsäsonger på Hawaii ön i ett försök att optimera varje steg i processen som beskrivs i denna artikel och den medföljande videon. Genom att göra detta har vi sett till att viktiga aspekter av CBB populationsdynamik har övervakas och kvantifierade, att de mest effektiva låg kostnad material har fastställts för varje steg i protokollet, och att data samlas in på CBB rörelse, angrepp, dödlighet, kaffe växt fenologi, väder och farm management kan användas för att informera och förbättra nuvarande kontrollstrategier.

Det finns ett antal kritiska steg i detta protokoll som måste följas för att säkerställa optimala resultat. Först tratt fällor måste sättas på en enhetlig höjd och placerad mellan träden. Detta kommer att säkerställa att lockmedel tillräckligt sprids genom luften, och att skalbaggar kan komma åt fällan från alla riktningar. Det andra är det nödvändigt att använda såll med samma maskstorlek (grov-mesh sieve ≈ 1,5 mm och finmaskiga sikten ≈ 1,0 mm) under hela övervakning för att garantera konsekventa resultat för volymetriska beräkningar av CBB. Tredje, andelen CBB kontra andra skalbaggar i varje fälla kan variera avsevärt bland fällor och under växtsäsongen, och det är därför nödvändigt att uppskatta dessa proportioner för att minimera brus i trap räkna data. Fjärde, angripna bär måste lagras i en kylare på is tills de kan transporteras till laboratoriet, varefter Bären bör förvaras vid 14 ° C tills dissektion. Lagring i en fuktig miljö kommer att resultera i CBB uppkomsten från bär20. Slutligen, dissektioner måste utföras inom 1-3 dagar för att säkerställa maximal efterlevande av CBB. Dödlighet av CBB kan uppstå om bär lagras vid kalla temperaturer under längre perioder.

Ytterligare steg kan behövas för forskning initiativ som inte ingår här (t.ex., övervakning CBB predator överflöd). Ändringar kan även göras till detta protokoll om tid, resurser eller utrustning är begränsande faktorer. Den fällan lockmedel består av 3:1 metanol: etanol kan ändras till en 1:1 metanol: etanol lösning med jämförbara resultat21. Propylenglykol kan också ersätta såpvatten som döda lösning i fällor22. För beräkningar av stora mängder CBB (t.ex., mer än flera hundra per fälla), kan massa-baserade uppskattningar av CBB ersättas i stället för volymetriska beräkningar. Till exempel kan torr medelvikten för en enda CBB bestämmas med hjälp av en högupplöst skala. CBB samlas i 70% etanol får sedan torkas i ugn och vägs för att uppskatta antalet CBB per fälla. En modifierad volymetriska uppskattning kan också göras genom att sätta alla CBB från en fälla i en graderad cylinder tillsammans med de döda-lösningen, och låta innehållet sedimentera till botten22. När fast, volymen av cylindern fyllas av CBB kan noteras, och konverteringsfaktorn för 1 mL kan bestämmas att uppskatta det totala antalet CBB fångas per fälla. Slutligen kan kaffeodlare som har en intim kunskap om sina gårdar och använder detta övervakning protokoll för att uppskatta CBB angrepp och rörelse vill utelämna steg som involverar dokumentera fenologi och räkna antalet russin på grenar.

Två potentiella begränsningar av detta protokoll är värt att nämna här. Först fångar provtagning av grenar i brösthöjd inte angrepp i tidigt blommande grödan som får börja högre upp i trädet trädkronorna. Observationerna tyder dock på att denna tidiga-blommande gröda står för en mycket liten andel av den totala avkastningen i kaffeodlingar i Hawaii. För det andra våra protokoll bara konton för angrepp i gröna bär, och således kan inte exakt fånga uppskattningar av berry skador när antalet färg paus och mogna bär är hög (September - December i Hawaii).

CBB övervakning protokoll som presenteras här har flera distinkta fördelar jämfört med andra övervakning protokoll som för närvarande används. Först, systematisk slumpmässig provtagning designen möjliggör jämnare provtagning i förhållande till provtagning görs i ett sicksack-mönster. Denna provtagning design möjliggör bättre uppskattningar av berry skador i hela ett visst fält, och ökar möjligheten att upptäcka hotspots. För det andra, införandet av element i protokollet övervakning som är väsentliga för kaffe agroecosystems (t.ex., fenologi, väder variabler och metoder) kommer att förbättra vår förståelse av dynamiken mellan invasiv skadeinsekter, deras värdväxter och olika miljöfaktorer. För det tredje, användning av en mobil elektronisk data collection ansökan under fältstudier tillåter realtidsdata till snabbt och effektivt registreras och organiserade i en databas, och kan också relateras till andra automatiserade kaffe övervakningsmetoder såsom detektering via fjärranalys23. En annan viktig fördel med denna metod för datainsamling är att detaljerade angrepp rapporter kan genereras med lätthet, ger snabb hantering rekommendationer vidarebefordras till odlare. Slutligen kan de realtidsdata som samlas in på CBB biologi, kaffe växt fenologi, väder och management införlivas i utvecklingen av prediktiva modeller som kan användas för att anpassa förvaltningsplaner för en viss kaffe växande läge.

Disclosures

Vi har inga intressekonflikter till rapport.

Acknowledgments

Vi är tacksamma mot skogen Bremer för att tillhandahålla drone bildspråk av kaffegårdar, samt hjälp med GIS metoder. Vi tackar Thomas Mangine, Matthew Mueller, Lindsey Hamilton, Shannon Wilson, Briana McCarthy och Mehana Sabado-Halpern för hjälp med filmproduktion och två anonyma granskare för kommentarer om ett tidigare utkast. Detta arbete finansierades av USDA-ARS. Åsikter, resultat, slutsatser eller rekommendationer som framförs i denna publikation är författarens och återspeglar inte nödvändigtvis åsikter av USDA. USDA är en lika möjligheter leverantör och arbetsgivare.

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 protokollet för vetenskaplig övervakning av kaffe Berry tillväxtborr: en modell för kaffe Agroecosystems i hela världen
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