RSS

Studi mengenai Bakteri Sand Dune sebagai Pemacu Pertumbuhan pada Tanaman Terong

04 Jun

1Aureen Godinho, 2R. Ramesh, 1Saroj Bhosle

1Departement of Microbiology, Taleigao Plateu, Goa University-India

2Indian Council of Agricultural Research (ICAR), Ela, Old Goa-India

World Journal of Agricultural Sciences 6 (5): 555-564, 2010

A.    Pendahuluan

Daerah sand dune (gumuk pasir) dapat membentuk suatu ekosistem yang terdapat vegetasi di atasnya. sand dune ini memiliki kandungan hara yang sangat terbatas, terutama nitrogen, fosfor dan kalium. Kondisi pasir yang selalu bergerak, salinitas yang tinggi, kurangnya humus, temperatur yang tinggi serta sumber air yang dalam menyebabkan tumbuhan sulit tumbuh di daerah ini, hanya tumbuhan tertentu saja yang dapat beradaptasi pada kondisi tersebut [1]. Penelitian ini menunjukkan bahwa terdapat beberapa kelompok bakteri yang berkembang dalam ekosistem sand dune yang memiliki potensi sebagai sumber daya hayati, sehingga dilakukan studi mengenai peranan bakteri sebagai pemacu pertumbuhan tanaman (PGPR) pada tanaman terong. Beberapa penelitian sebelumnya mendukung bahwa bakteri pemacu pertumbuhan tanaman dapat digunakan sebagai bioferilizer atau sebagai agen biokontrol terhadap penyakit tanaman sehingga hasil pertanian dapat ditingkatkan [3]. Penggunaan PGPR pada lahan pertanian dapat mengurangi dampak pencemaran lingkungan akibat penggunaan pupuk kimia dan pestisida, sehingga dengan penggunaan PGPR ini diharapkan dapat meningkatkan hasil pertanian dan mampu memenuhi kebutuhan pangan manusia yang semakin meningkat populasinya [4].

B.     Pembahasan

1.        Tinjauan Pustaka

Bakteri PGPR (plant growth promoting rhizobacteria) adalah kelompok bakteri menguntungkan yang agresif mengkolonisasi rizosfer (lapisan tanah tipis antara 1-2 mm di sekitar zona perakaran). Aktivitas PGPR memberikan keuntungan bagi pertumbuhan tanaman, baik secara langsung maupun tidak langsung, pengaruh secara langsung didasarkan atas kemampuannya menyediakan dan memobilisasi atau memfasilitasi penyerapan berbagai unsur hara dalam tanah serta mensintesis dan mengubah konsentrasi fitohormon pemacu tumbuh. Sedangkan pengaruh tidak langsung berkaitan dengan kemampuan PGPR menekan aktivitas pathogen dengan cara menghasilkan berbagai senyawa atau metabolit, seperti antibiotik dan siderofor (Kloepper et al., 1991; Kloepper, 1993; Glick, 1995).

2. Bahan

Isolasi rhizosfer dan endofit bakteri dari vegetasi sand dune : rizobakteri diisolasi dari rizosfer tanaman Ipomoea pes caprae (beach morning glory/tapak kuda) dan Spinifex littoreus (littoral spinegrass/rumput lari-lari). Isolasi endofit bakteri diambil dari 1 gram akar vegetasi.

3. Metoda

a. Karakterisasi Isolat Bakteri

Kemampuan isolat bakteri dalam memproduksi enzim, siderofor dan pelarut anorganik fosfat diidentifikasi menggunakan standar metode Bergeys Manual of Systematic Bacteriology [4,5] dan sekuensing 16S rRNA. Amplifikasi PCR gen 16S rRNA dengan eubakteri primerset spesifik 16F27N (5’-CCAGAGTTTGATCMTGGCTCAG-3’) dan 16R1525XP (5’-TTCTGCAGTCTAGAAGGAGGTGWTCCAGGC-3’). Teknik PCR menggunakan Gene Amp PCR system 9700 thermal cycler (Biosistem, USA). Sekuensing dilakukan menggunakan BIG DYE terminator cycle sequencing ready reaction kit pada ABI PRISM 3730 Genetic Analyzer (Biosystem, USA).

b. Skrining Enzim, Siderofor dan Kelarutan Fosfat Isolat

Produksi protease, selulose, amilase, tannase dan lipase dievaluasi dengan mengamati terbentuknya halo disekitar suspensi bakteri yang ditumbuhkan pada masing-masing media. Protease (media agar susu skim), Selulose (media agar karboksimetil selulosa), Amilase (media agar pati), Tannase (media agar degradasi tannin), dan Lipase (media agar tributirin) [7]. Untuk menguji produksi siderofor isolat bakteri diskrining menggunakan cawan penguji kadar logam [8]. Untuk menguji kemampuan bakteri melarutkan fosfat digunakan media (agar Pikosvkya) yang mengandung trikalsium fosfat [9].

c. Produksi Indole acetic acid (IAA), Hidrogen sianida (HCN) dan Skrining ACC (1-aminocyclopropane carboxylate) deaminase Isolat

Produksi IAA : isolat dibiakkan dalam nutrien yang mengandung 0,5% tryptophan selama 30 jam. 1 ml filtrat sel kultur bebas direaksikan dengan 2 ml reagen Salkowsky (50 ml asam perklorat 35%, 1 ml FeCl3 0,5 M), diinkubasi selama 30 menit dan dideteksi melalui pengukuran absorbansi menggunakan spekrofotometer pada panjang gelombang 530 nm [10].

Produksi Hidrogen sianida (HCN) : isolat bakteri uji ditumbuhkan pada media glisin (4,4 g/l). Potongan kertas saring yang telah direndam dalam larutan larutan asam pikrat ditempelkan pada bagian tengah tutup cawan petri, cawan kemudian dibungkus menggunakan parafilm dan diinkubasi selama 72 jam. Produksi HCN diindikasikan dengan perubahan warna pada strip kertas saring dari orange-merah.

Skrining aktivitas ACC deaminase : isolat bakteri dilumuri media Dworkin and Foster (DF salts) yang minimal mengandung 3,0 mM filtrat ACC steril sebagai satu-satunya sumber nitrogen. Inokulan diinkubasi pada 28oC dan diamati pertumbuhannya [3,7].

d. Uji Pengaruh Bakteri Pemacu Pertumbuhan (SDB) pada Tanaman Terong menggunakan metoda Roll Towel : kultur yang telah dibiakkan selama 24 jam disentrifugasi dengan kecepatan 8.000 rpm selama 10 menit dan sel pellet disuspensikan dalam buffer garam fosfat (pH 7), dicampur dengan bedak tabur steril hingga membentuk bubur. Kultivar benih terong Agassaim dilapisi dengan bubur biakan dan ditempatkan  pada kertas perkecambahan, digulung, diikat dan diletakkan dalam segelas air dengan kedalaman 2 cm. Sel pellet

  1. keempat isolat kultur dicampur dengan perbandingan yang sama untuk membentuk konsorsium dan benih diperlakukan sama seperti di atas. Setelah 1 minggu, parameter seperti jumlah bibit yang berkecambah, panjang tunas serta akar dicatat. Untuk menguji pengaruh kultur pada benih terong pra-kecambah, benih dibiarkan selama 3 hari sampai berkecambah kemudian diperlakukan sama dengan perlakuan di atas.
  2. e.         Uji Pengaruh Efficacy Rizobakteri Sand Dune dalam kondisi In Vivo :

Percobaan dengan kondisi tanah steril : Isolat B.subtilis dibiakkan dalam kaldu nutrien pada pH 7, sedangkan M.arborescens, Bacillus sp. MF-A4 dan K.rosea dibiakkan dalam ekstrak yeast polipepton glukosa pada pH 10. Kultivar benih terong Agassaim direndam dalam kultur yang telah dibiakkan selama 48 jam selama 30 menit dan dibiarkan sampai kering. Benih yang telah diberi perlakuan (150) ditumbuhkan dalam pot yang telah dicampur dengan masing-masing isolat hingga mencapai konsentrasi 5%. Observasi dilakukan pada frekuensi interval tertentu terhadap jumlah benih yang berkecambah; panjang tunas; panjang akar dan berat basah tanaman sampai benih mencapai tahap yang sesuai untuk ditransplantasi.

Percobaan pada kondisi tanah non-steril : seluruh isolat dibiakkan pada pH 7 dan dilakukan perlakuan yang sama dengan percobaan pada kondisi tanah steril.

f. Perubahan Populasi inokulan Bakteri Sand Dune

Untuk menguji populasi bakteri dalam tanah, sampel tanah dikumpulkan dari wadah pada hari pertama dan hari ke-35 setelah penyemaian, kemudian dimasukkan ke dalam media agar (pH 7) untuk mengetahui populasi B.subtilis, sedangkan media agar ekstrak yeast polipepton glukosa (pH 10) untuk mengidentifikasi M.arborescens, Bacillus sp. MF-A4 dan K.rosea. Isolat diidentifikasi berdasarkan produksi pigmen dan morfologi koloni.

g. Perubahan Tingkat Kesuburan Tanah yang diinokulasi Bakteri Sand Dune

Untuk menganalisa kandungan karbon, nitrogen dan kandungan fosfat dalam tanah, sampel tanah diambil pada hari pertama dan ke-35. Kandungan karbon ditentukan dengan menggunakan metode titrasi Walkley & Black [11], ketersediaan nitrogen diestimasi menggunakan metoda alkali kalium permanganat dan kandungan fosfat ditentukan dengan menggunakan metoda Olsen [12].

4. Hasil dan Diskusi

a. Isolasi dan Karakterisasi Bakteri Sand Dune

Identifikasi isolat bakteri menggunakan sekuensing 16S rRNA karena metode ini telah digunakan para peneliti sebelumnya, pada studi ini teridentifikasi 4 isolat yang potensial, yaitu. M.arborescens merupakan gram positif rod, fakultatif alkafili; K.rosea merupakan gram positif cocci, fakultatif alkafili; Bacillus sp.MF-A4 merupakan gram positif sporulating rod, fakultatif alkafili; dan B.subtilis merupakan gram positif rod, neutrofili. Bakteri pemacu pertumbuhan tanaman (PGPR) memproduksi zat-zat pemacu pertumbuhan seperti, siderofor [16,17], IAA [10, 18] dan fosfat anorganik terlarut [19, 20] yang dibutuhkan pada pertumbuhan tanaman. Semua isolat dalam studi ini memproduksi enzim protease, amylase, selulase, tannase dan lipase, dan juga memroduksi siderofor dan fosfat terlarut. Produksi IAA terdeteksi dan ditemukan 26-50 µg/ml, jumlah tertinggi ditemukan pada B.subtilis (50 µg/ml) diikuti oleh M.arborescens (33 µg/ml), Bacillus sp.MF-A4 (30 µg/ml) dan K.rosea (26 µg/ml). M.arborescens dan Bacillus sp.MF-A4 memproduksi HCN paling tinggi, ditandai dengan intensitas warna oranye yang tinggi, B.subtilis menunjukkan warna oranye muda, sedangkan K.rosea ditemukan tidak memproduksi HCN. Semua kultur memiliki kemampuan untuk tumbuh pada media dengan  ACC (sebagai sumber N) minimum.

b.Pengaruh Bakteri Sand Dune sebagai Pemacu Pertumbuhan Terong dengan metoda Roll Towel

Dari data diperoleh, benih yang diberi perlakuan Bacillus sp.MF-A4 memberikan hasil panjang tunas tertinggi (8.13 cm), panjang akar tertinggi diperoleh pada K.rosea, sedangkan benih yang telah berkecambah dan diberi perlakuan K.rosea menghasilkan panjang tunas tertinggi (6.89 cm) dan panjang akar (8.22 cm ). Vigor benih merupakan hal yang penting pada awal pertumbuhan tanaman yang lebih baik, parameter yang digunakan dinilai dari meningkatnya panjang tunas serta akar kecambah.

c. Kemampuan Bakteri Sand Dune Memacu Perumbuhan Terong pada Kondisi Tanah Steril dan Nonsteril

Panjang tunas maksimum (10.6 cm) diperoleh pada 35 DAS tanah nonsteril, Bacillus sp.MF-A4, panjang akar maksimum diperoleh pada K.rosea (7.35 cm) dan berat basah tanaman (5.47 g), sedangkan pada tanah steril, perlakuan positif kontrol memperoleh panjang tunas maksimum (11.7 cm), panjang akar maksimum diperoleh pada K.rosea (4.4 cm) dan berat basah maksimum diperoleh pada positif control (5.79 g).

Dari tabel diketahui tidak terdapat perbedaan yang signifikan antara tanah yang steril dan non-steril, kecuali pada 3 parameter (panjang akar pada 30 DAS, panjang tunas dan berat basah pada 35 DAS). Jumlah tertinggi benih yang berkecambah diperoleh pada benih yang diberi perlakuan B.subtilis

d. Kemampuan Pertumbuhan Bakteri Sand Dune dalam Memacu Pertumbuhan pada pH netral dengan Kondisi Tanah Normal

Dari percobaan diperoleh data, pertumbuhan tunas maksimum pada 30 DAS diperoleh pada B.subtilis (11.08 cm), pada percobaan pertama panjang akar maksimum diperoleh pada perlakuan konsorsium (4.74 cm), sedangkan percobaan kedua panjang akar maksimum diperoleh pada B.subtilis.

Pertumbuhan pada 37 DAS : pada percobaan pertama, perlakuan dengan Bacillus sp.MF-A4 tercatat diperoleh panjang tunas maksimum (14.4 cm) sedangkan pada percobaan kedua diperoleh pada B.subtilis (12.8 cm). Pada percobaan pertama panjang akar maksimum diperoleh pada perlakuan konsorsium (7.7 cm) dan percobaan kedua diperoleh pada B.subtilis (8.4 cm). Berat basah maksimum pada percobaan pertama tercatat diperoleh pada Bacillus sp.MF-A4 dan konsorsium (5.47 g), sedangkan pada percobaan kedua diperoleh berat basah maksimum (8.3 g) pada B.subtilis.

Pertumbuhan pada 44 DAS : Pada percobaan pertama, K.rosea temberikan hasil panjang tunas maksimum (13.8 cm), percobaan kedua diperoleh pada B.subtilis (14.36 cm). Panjang akar maksimum pada percobaan pertama diperoleh pada Bacillus sp.MF-A4 (8.56 cm), percobaan kedua hasil maksimum diperoleh pada positif control (9.55 cm), sedangkan berat basah maksimum percobaan pertama diperoleh pada control (5.58 g) dan percobaan kedua diperoleh pada Bacillus sp.MF-A4 (9.72 g).

Perbedaan waktu pertumbuhan kecambah disebabkan oleh perbedaan pada awal pembentukan dan kolonisasi zona akar oleh bakteri dan kompetensi rizosfer masing-masing bakteri. Bacillus yang membentuk spora gram positif berbentuk batang sangat toleran terhadap kondisi ekologi yang buruk. Ciri-ciri fisiologis yang penting untuk kelangsungan hidupnya meliputi produksi struktur dinding sel berlapis, pembentukan endospora tahan stress, dan sekresi antibiotika peptida, sinyal molekul peptida, dan kemungkinan mempertahankan populasinya. Beberapa spesies Bacillus diketahui memproduksi toksin yang menghambat pertumbuhan dan/atau aktivitas jamur dan nematoda patogen pada tanaman [22]. Pada penelitian-peniltian sebelumnya telah diketahui beberapa spesies bakteri PGPR yang efektif memacu pertumbuhan tanaman, meningkatkan hasil panen serta mengurangi penyakit pada tanaman pertanian.

e. Perubahan Populasi Bakteri Sand Dune yang diinokulasi ke dalam Tanah

Jumlah populasi bakteri dalam tanah mengalami penurunan pada akhir percobaan menggunakan tanah steril dan nonsteril, diantara keempat bakteri tersebut B.subtilis memiliki kemampuan bertahan hidup yang terbaik baik pada kondisi tanah steril maupun nonsteril, populasi B.subtilis bertahan 106 cfu/g 35 hari setelah diinokulasi ke dalam tanah, M.arborescens memiliki populasi 104 cfu/g dalam tanah nonsteril dan 103 cfu/g dalam tanah steril, K.rosea 104 cfu/g dalam tanah nonsteril dan 105 cfu/g dalam tanah steril, sedangkan Bacillus sp.MF-A4 bertahan pada 105 cfu/g dalam tanah nonsteril dan 104 cfu/g dalam tanah steril. Konsorsium bertahan pada 104 cfu/g dalam kondisi tanah nonsteril dan tidak ditemukan dalam kondisi tanah steril pada 35 DAS.

Jumlah populasi bakteri ditentukan oleh kondisi tanah secara alami, berkaitan dengan kelangkaan sumber nutrisi dalam tanah yang dibutuhkan mikroba dan lingkungan tanah yang tidak bersahabat bagi keberadaan mikroba karena faktor abiotik dan biotik yang merugikan.

f. Perubahan Tingkat Kesuburan Tanah yang diinokulasi dengan Bakteri Sand Dune

Terdapat kenaikan pH pada 35 DAS dengan perlakuan kondisi tanah non-steril, kenaikan pH tertinggi terjadi pada K.rosea dari pH 6.03 pada hari pertama menjadi 7.5 pada hari ke-35. Kandungan karbon maksimum meningkat 6 kali lipat oleh Bacillus sp.MF-A4, ketersediaan N meningkat 3 kali lipat oleh K.rosea, kandungan P maksimum diperoleh pada tanah yang diberi perlakuan B.subtilis, dari 30 mg menjadi 50 mg/kg tanah setelah 35 hari. Dalam kondisi tanah normal, pH tanah yang diberi perlakuan K.rosea meningkat dari 6.13 menjadi 7.62. kandungan karbon maksimum dengan peningkatan 4 kali lipat dihasilkan pada tanah dengan perlakuan Bacillus sp.MF-A4, ketersediaan N juga meningkat 1-2 kali lipat oleh K.rosea, Bacillus sp.MF-A4 dan M.arborescens. Kandungan fosfat dalam tanah meningkat secara tajam oleh B.subtilis (34-49 mg/kg tanah).

Pada semua perlakuan inokulasi SDB pH berubah dari sedikit asam ke mendekati netral atau sedikit basa. pH tanah berpengaruh terhadap kelarutan mineral tanah, ketersediaan nutrisi bagi tanaman serta aktivitas mikroorganisme. pH optimal bagi tanaman untuk tumbuh yaitu antara 6-7.5, hal tersebut menunjukkan bahwa pH tanah mengontrol komunitas mikroba dan bakteri akan menurun pada pH rendah [16, 34]. Peningkatan kandungan karbon terjadi karena adanya residu tanaman yang masuk ke dalam tanah merupakan sumber primer materi organic tanah dan berasal dari sampah, material akar serta aktivitas mikroba dalam tanah [35-38] yang menghancurkan sisa tanaman dan daun. Peningkatan kandungan nitrogen kemungkinan disebabkan oleh aktivitas mikroorganisme yang memanfaatkan nutrisi dalam materi  organic [39] juga berasal dari proses penghancuran humus dan sisa-sisa tanaman yang mati. Sedangkan peningkatan kandungan fosfat disebabkan oleh kemampuan inokulan bakteri dalam melarutkan fosfat anorganik yang ada dalam tanah menjadi bentuk fosfat yang siap digunakan dengan memproduksi asam organic.

C.    Kesimpulan

  1. Semua isolat bakteri mampu meningkatkan kandungan karbon, nitrogen dan kelarutan fosfat dalam tanah, dan hasil yang paling signifikan dilakukan oleh Bacillus subtilis.
  2. Semua isolat bakteri menghasilkan IAA, yaitu antara 26-50µg/ml, konsentrasi tertinggi dihasilkan oleh Bacilllus subtilis (50µg/ml).
  3. Kondisi pH tanah berpengaruh terhadap tingkat kesuburan tanah
  4. Kondisi tanah steril dan nonsteril tidak berpengaruh terhadap pertumbuhan benih tanaman
  5. Keempat isolat bakteri efektif digunakan sebagai PGPR pada tanaman terong, dan yang paling efektif adalah spesies bakteri Bacillus.
 
Leave a comment

Posted by on June 4, 2012 in BIOTEKNOLOGI

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

 
%d bloggers like this: