Potensi Bakteri Endofit Dan Asam Salisilat Sebagai Penginduksi Ketahanan Tanaman Padi Terhadap Xathomonas Oryzae Pv Oryzae
POTENSI BAKTERI ENDOFIT DAN ASAM SALISILAT
SEBAGAI PENGINDUKSI KETAHANAN TANAMAN PADI
TERHADAP Xanthomonas oryzae pv. oryzae
CHRISTOFFOL LEIWAKABESSY
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi berjudul Potensi Bakteri
Endofit dan Asam Salisilat sebagai Penginduksi Ketahanan Tanaman Padi
terhadap Xanthomonas oryzae pv. oryzae adalah benar karya saya dengan arahan
dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada
perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya
yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam
teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Nopember 2016
Christoffol Leiwakabessy
NIM A362110031
RINGKASAN
CHRISTOFFOL LEIWAKABESSY. Potensi Bakteri Endofit dan Asam Salisilat
sebagai Penginduksi Ketahanan Tanaman Padi terhadap Xathomonas oryzae pv.
oryzae Dibimbing oleh GIYANTO, MEITY SURADJI SINAGA, KIKIN H.
MUTAQIN, TRIKOESOEMANINGTYAS
Penyakit hawar daun bakteri (HDB) yang disebabkan oleh bakteri
Xanthomonas oryzae pv. oryzae merupakan salah satu masalah utama produksi padi
di Indonesia. Berbagai upaya pengendalian penyakit ini sudah dilakukan namun
hasilnya belum optimal. Alternatif pengendalian penyakit ini dapat dilakukan
dengan induksi resistensi. Aplikasi induksi ketahanan secara biotik dan abiotik
sudah banyak dilakukan, namun kombinasi agens penginduksi ketahanan biotik dan
abiotik belum pernah dilakukan. Berdasarkan hal tersebut maka penelitian ini
bertujuan untuk memperoleh kombinasi bakteri endofit dan asam salisilat yang
efektif sebagai agens penginduksi ketahanan tanaman padi terhadap penyakit HDB.
Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Bakteriologi Tumbuhan,
Departemen Proteksi Tanaman dan Laboratorium BIORIN PAU IPB, serta Rumah
Kaca Cikabayan, IPB mulai berlangsung dari bulan Juni 2013 sampai Desember
2014. Bakteri endofit yang digunakan merupakan koleksi Laboratorium
Bakteriologi Tumbuhan. Isolat bakteri Xathomonas oryzae patotipe IV dan VIII
diperoleh dari Balai Besar Penelitian Tanaman Padi Sukamandi. Penelitian
dilakukan dalam tiga tahapan yaitu aplikasi bakteri endofit, asam salisilat, dan
kombinasi bakteri endofit ED1 63 dan asam salisilat. Penelitian tahap satu mengkaji
berbagai strain bakteri endofit yaitu EA2 154, EB4 451, dan ED1 63. Penelitian
tahap dua mengkaji berbagai konsentrasi asam salisilat (0, 5, 10, dan 15 mM);
sedangkan penelitian tahap ketiga mengombinasikan strain bakteri terpilih dan
konsentrasi asam salisilat optimal sebagai penginduksi ketahanan tanaman padi
terhadap penyakit HDB. Ketiga penelitian ini dirancang dengan menggunakan
percobaan faktorial tiga faktor dalam Rancangan Acak Lengkap dan diulang
sebanyak 3 kali.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa strain bakteri endofit ED1 63 secara
tunggal efektif dalam menginduksi ketahanan tanaman padi terhadap penyakit
HDB. Bakteri endofit ini juga mampu menginduksi ketahanan varietas padi untuk
menekan patotipe X. oryzae pv. oryzae IV dan VIII. Bakteri endofit ED1 63 juga
dapat berperan dalam memacu peningkatan pertumbuhan tanaman dan pencapaian
produksi padi. Pemberian asam salisilat 10 mM efektif dalam menginduksi
ketahanan varietas Conde dan Ciherang terhadap penyakit HDB. Asam salisilat
mampu menginduksi ketahanan tanaman padi terhadap patotipe X. oryzae pv.
oryzae IV dan VIII. Kombinasi bakteri endofit ED1 63 dan asam salisilat 10 mM
saangat efektif dalam menginduksi ketahanan tiga varietas padi terhadap penyakit
HDB. Demikian juga bakteri endofit tersebut dapat memacu peningkatan
pertumbuhan tanaman padi.
Bakteri endofit dapat meningkatkan aktivitas enzim peroksidase,
polifenoloksidase, dan PAL pada varietas Conde dan Ciherang. Demikian juga
asam salisilat meningkatkan aktivitas enzim polifenoloksidase dan β-1,3-glukanase
pada varietas Ciherang. Kombinasi bakteri endofit ED1 63 dan asam salisilat
meningkatkan aktivitas enzim peroksidase, polifenoloksidase, PAL dan β-1,3glukanase pada varietas IR64 dan Ciherang.
Manfaat dari penelitian adalah menyediakan teknologi induksi resistensi
dalam menginduksi ketahanan tiga varietas padi terhadap X. oryzae pv. oryzae
patotipe IV dan VIII. Hasil penelitian menunjukkan terjadi sinergisme antara
bakteri endofit dan asam salisilat dalam menginduksi ketahanan tiga varietas padi
terhadap penyakit HDB maupun dalam memacu pertumbuhan tanaman padi.
Kata kunci: asam salisilat, bakteri endofit, induksi ketahanan, Xanthomonas oryzae
pv. oryzae.
SUMMARY
CHRISTOFFOL LEIWAKABESSY. Potential of endophytic bacteria and salicylic
acid as inducers of rice resistance against Xanthomonas oryzae pv. oryzae
supervised by GIYANTO, MEITY SURADJI SINAGA, KIKIN H MUTAQIN,
TRIKOESOEMANINGTYAS
Bacterial leaf blight (BLB) caused by the bacterium Xanthomonas oryzae pv.
oryzae is one of the main problems of rice production in Indonesia. Various efforts
to control the disease have been done but the results are not optimal. Alternative
control of this disease can be done with the induction of resistance. Resistance
induced by biotic and abiotic factors has been done, but the combination biotic and
abiotic resistance inducers has not been done. Based on these conditions, this
objective of study is to obtain a combination of endophytic bacteria and salicylic
acid that are effective as inducers of rice plant resistance to bacterial leaf blight.
This research was conducted in the Plant Bacteriology Laboratory,
Department of Plant Protection and Laboratory of BIORIN PAU IPB, as well as the
greenhouse Cikabayan, IPB from June 2013 to December 2014. The endophytic
bacteria used is a collection of Bacteriology Laboratory of Plant. Bacterial, isolates
Xathomonas oryzae pv. oryzae pathotype IV and VIII obtained from the Central
Rice Research Sukamandi. This research was conducted in three phases, namely the
application of endophytic bacteria, salicylic acid, and combination of endophytic
bacteria and salicylic acid. The research of the first study used various strains of
endophytic bacteria namely EA2 154, EB4 451, and ED1 63. In the second research
study various concentrations of salicylic acid (0, 5, 10, and 15 mM). While in the
third phase of the research was to combine the bacterial strain selected and the best
concentration of salicylic acid as inducers of rice plant resistance to BLB disease.
The third study was designed using three-factor factorial experiment in a
completely randomized design and repeated 3 times.
The results showed that the strain of endophytic bacteria ED1 63 singly
effective in plant inducing resistance to BLB disease of rice. The endophytic
bacteria was also able to induce resistance of rice varieties to suppress pathotype X.
oryzae pv. oryzae IV and VIII. The endophytic bacteria strain ED1 63 also can play
a role in spurring an increase in plant growth and the achievement of rice
production. Granting 10 mM salicylic acid is effective in inducing resistance of
Ciherang and Conde varieties to BLB. Salicylic acid is able to induce resistance of
rice plants against pathotypes IV and VIII of X. oryzae pv. oryzae. The
combination of endophytic bacteria ED1 63 and 10 mM salicylic acid is highly
effective in inducing resistance in three varieties to BLB. Likewise, was endophytic
bacteria can stimulate increased growth of rice plants.
The endophyte bacteria enhanced enzymes activities i.e. peroxidase,
polyphenoloxidase, and PAL to Conde and Ciherang variety. The salicylic acid
enhanced polyphenoloxidase, and β-1-3-glucanase enzymes to Ciherang variety.
The combination between endophytic bacteria and salicylic acid enhanced to
activity of peroxidase, polyphenoloxidase, β-1,3-glucanase, and PAL in IR64 and
Ciherang variety.
The benefits of the research is to provide technology induction of resistance
in inducing resistance of three varieties of rice against X. oryzae pv. oryzae
pathotypes IV and VIII. The results showed a synergism occurs between
endophytic bacteria and salicylic acid induces resistance in three rice varieties to
BLB disease and spur the growth of the rice plant.
Key words: salicylic acid, endophytic bacteria, induced resistance, Xanthomonas
oryzae pv. oryzae.
Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2016
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau
menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB.
POTENSI BAKTERI ENDOFIT DAN ASAM SALISILAT
SEBAGAI PENGINDUKSI KETAHANAN TANAMAN PADI
TERHADAP Xanthomonas oryzae pv. oryzae
CHRISTOFFOL LEIWAKABESSY
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor
pada
Program Studi Fitopatologi
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
Penguji Luar pada Ujian Tertutup
: Prof (R) Dr Ir Supriadi MSc
Dr Ir Abdjad A. Nawangsih MSi
Penguji Luar pada Sidang Promosi : Dr Ir Buang Abdullah MSc
Dr Ir Abdjad A Nawangsih MSi
Judul Disertasi
Nama
NRP
: Potensi Bakteri Endofit dan Asam Salisilat sebagai
Penginduksi Ketahanan Tanaman Padi terhadap Xanthomonas
oryzae pv. oryzae
: Christoffol Leiwakabessy
: A 362110031
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Dr Ir Giyanto MSi
Ketua
Prof Dr Ir Meity Suradji Sinaga, MSc
Anggota
Dr Ir Kikin H. Mutaqin MSi
Anggota
Dr Ir Trikoesoemaningtyas MSc
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Fitopatologi
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof Dr Ir Sri Hendrastuti Hidayat MSc
Dr Ir Dahrul Syah MScAgr
Tanggal Ujian Tertutup : 25 Agustus 2016
Tanggal Sidang Promosi : 02 September 2016
Tanggal Lulus :
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan
anugerah-Nya sehingga penulisan disertasi dengan judul : “Potensi Bakteri Endofit
dan Asam Salisilat Sebagai Penginduksi Ketahanan Tanaman Padi terhadap
Xanthomonas oryzae pv. oryzae” dapat diselesaikan.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr Ir Giyanto MSi, Prof Dr Ir Meity
Suradji Sinaga MSc, Dr Ir Kikin H Mutaqin MSi, dan Dr Ir Trikoesoemaningtyas
MSc selaku komisi pembimbing atas segala bimbingan moril dan materil maupun
saran, kritik, dan arahan demi penyempurnaan penulisan disertasi ini. Penulis juga
menyampaikan terima kasih kepada Direktur Jenderal Pendidikan Tinggi
Kementerian Riset dan Teknologi dan Perguruan Tinggi yang telah memberikan
Beasiswa Pendidikan Pascasarjana Dalam Negeri dan Hibah Disertasi Penelitian
bagi penulis untuk melanjutkan studi di Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian
Bogor. Penulis menyampaikan terima kasih kepada Prof Dr Sri Hendrastuti Hidayat
MSc selaku ketua Program Studi Fitopatologi berserta staf dosen dan karyawan
yang telah membantu dan memberikan motivasi bagi penulis selama studi.
Penulis menyampaikan terima kasih kepada Kementerian Pertanian melalui
Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian yang telah membiayai sebagian
penelitian melalui proyek KKP3N yang dikoordinasi oleh Dr Ir Giyanto MSi.
Ucapan terima kasih juga disampaikan penulis kepada Pemerintah Daerah Provinsi
Maluku yang telah membantu pendanaan penelitian.
Penghormatan yang tulus penulis haturkan kepada Ayahanda Joseph
Leiwakabessy dan Ibunda Charlotta Leiwakabessy/Pattinaja, dan saudarasaudaraku (Usi Elen, Bung Bob, Bung Roy, Nona, Donald, dan Toto) serta bung
Michael Limba dan Usi Welma G Limba sekeluarga atas motivasi dan kasih
sayangnya. Buat mereka yang saya cintai Papa Jhon Limba dan Ibu almarhumah
Zusana Limba (Oma Ona) untuk doa dan kasih sayang yang tulus bagi penulis.
Terima kasih juga penulis sampaikan untuk istriku Anatasija Limba dan anakanakku tersayang Merrill Adventri dan Ribka Novembra yang telah banyak
memberikan inspirasi bagi penulis sehingga disertasi ini dapat diselesaikan.
Bagi rekan-rekan seangkatan Bu Ummuh, Bu Tati, Bu Tuminem, Bu Erni,
dan Bu Ana yang telah membantu selama perkuliahan, penulis menyampaikan
terima kasih. Kepada teman-teman di Laboratorium Bakteriologi Tumbuhan (Mas
Rofiq, Ipul, Barli, Ben, Mba Tatit, Ibu Ariny, Ibu Ratna, Ibu Imas, Ibu Indri, Cica,
Fitria, Novi, Fusna, Icih, Devita, Dila dan teman-teman yang lainnya) disampaikan
terima kasih atas bantuan yang diberikan selama penelitian. Terima kasih kepada Pa
Asep Saepudin, Pa Maman dan kedua temanku Dr Ir Edizon Jambormias MSi dan
Dr Piet Riuwpassa SSi MSi serta rekan-rekan PERMAMA yang telah memberikan
dukungan doa dan motivasi bagi penulis selama studi.
Akhirnya semoga karya ilmiah ini bermanfaat
Bogor, Nopember 2016
Christoffol Leiwakabessy
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI
xiii
DAFTAR TABEL
xiv
DAFTAR GAMBAR
xv
DAFTAR LAMPIRAN
xvi
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Luaran
Hipotesis
Manfaat
Unsur kebaharuan
2 TINJAUAN PUSTAKA
Penyakit Hawar Daun Bakteri pada Padi
Pengendalian penyakit hawar daun bakteri pada padi
Induksi Ketahanan Tanaman
Peeranan sinyal SA, JA, dan ET dalam induksi resistensi
Asam Salisilat
Asam Jasmonat dan Etilen
Peran Bakteri Endofit sebagai Penginduksi Ketahanan Tanaman
Peran Asam Salisilat dan Bakteri Endofit terhadap Pertumbuhan Tanaman
3. BAKTERI ENDOFIT SEBAGAI PENGINDUKSI KETAHANAN
TIGA VARIETAS PADI TERHADAP Xanthomonas oryzae pv. oryzae
Pendahuluan
Bahan dan Metode
Hasil Penelitian
Pembahasan
Simpulan
4 ASAM SALISILAT SEBAGAI PENGINDUKSI KETAHANAN TIGA
VARIETAS PADI TERHADAP Xanthomonas oryzae pv. oryzae
Pendahuluan
Bahan dan Metode
Hasil Penelitian
Pembahasan
Simpulan
5. BAKTERI ENDOFIT, ASAM SALISILAT, DAN KOMBINASINYA
SEBAGAI PENGINDUKSI KETAHANAN TANAMAN PADI
TERHADAP Xanthomonas oryzae pv. oryzae
Pendahuluan
1
1
2
5
5
5
5
5
6
6
7
8
9
9
11
11
12
14
14
15
19
28
34
35
35
36
38
44
52
53
53
Bahan dan Metode
Hasil Penelitian
Pembahasan
Simpulan
6. PEMBAHASAN UMUM
Prospek pengendalian penyakit hawar daun bakteri melalui kombinasi
bakteri endofit dan asam salisilat
7 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
54
55
61
66
67
71
73
73
73
74
83
92
DAFTAR TABEL
1 Uji beda pengaruh bakteri endofit dalam menginduksi ketahanan tiga
Varietas padi terhadap patotipe X. oryzae pv. oryzae IV dan VIII
berdasarkan periode laten dan laju infeksi
2 Uji beda pengaruh bakteri endofit dalam menginduksi ketahanan tiga
varietas padi dalam menekan patotipe X. oryzae pv. oryzae IV dan VIII
berdasarkan ADKPPP
3 Uji beda pengaruh bakteri endofit dalam memacu peningkatan
pertumbuhan tiga varietas padi berdasarkan ADKPJA dan jumlah anakan
produktif
4 Pengaruh bakteri endofit dalam memacu peningkatan ADKPTT tiga
varietas padi terhadap patotipe X. oryzae pv. oryzae IV dan VIII
5 Uji beda pengaruh bakteri endofit dalam memacu pencapaian produksi
padi Analisis ragam pengaruh bakteri endofit, varietas, dan patotipe X.
oryzae pv. oryzae terhadap pertumbuhan dan hasil panen tiga varietas
padi tiga varietas padi
6 Hubungan antara karakter agronomi dengan perkembangan penyakit
HDB pada tiga varietas padi yang ternduksi ketahanannya oleh bakteri
endofit.
7 Uji beda pengaruh asam salisilat dalam menginduksi ketahanan tiga
varietas padi terhadap patotipe X. oryzae pv. oryzae IV dan VIII
berdasarkan periode laten dan laju infeksi
8 Uji beda pengaruh asam salisilat dalam menginduksi ketahanan tiga
varietas padi terhadap patotipe X. oryzae pv. oryzae IV dan VIII
berdasarkan ADKPP
9 Pengaruh asam salisilat dalam memacu peningkatan tiga varietas padi
berdasarkan jumlah anakan produktif dan bobot 1000 biji
20
21
23
23
24
33
39
39
41
10 Pengaruh asam salisilat dalam memacu peningkatan pertumbuhan
ADKPTT pada tiga varietas padi dalam menekan patotipe X. oryzae pv.
oryzae IV dan VIII
11 Hubungan antara karakter agronomi dengan perkembangan penyakit
HDB pada tiga varietas padi yang terinduksi ketahanannya oleh asam
salisilat
12 Uji beda pengaruh bakteri endofit L. sphaericus dan asam salisilat dalam
menginduksi ketahanan varietas padi berdasarkan periode laten, laju
infeksi, dan ADKPP
13 Uji beda pengaruh bakteri endofit L. sphaericus dalam menginduksi tiga
varietas padi berdasarkan periode laten, laju infeksi dan ADKPP
14 Pengaruh bakteri endofit L. sphaericus dan asam salisilat dalam memacu
peningkatan produksi padi terhadap X. oryzae pv. oryzae
15 Pengaruh bakteri endofit dalam memacu peningkatan pertumbuhan dan
pencapaian produksi tiga varietas padi terhadap X. oryzae pv. oryzae
16 Hubungan antara karakter agronomi dengan perkembangan penyakit
HDB pada tiga varietas padi yang diinduksi ketahanannya dengan bakteri
endofit dan asam salisilat
42
51
55
56
57
57
66
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
Kerangka Pemikiran
3
Bagan Alur Kerja Penelitian
4
Induksi ketahanan tanaman melalui mekanisme SAR dan ISR
10
Pertumbuhan isolat bakteri endofit EA154, EB451, dan ED63 pada
media NA
16
5 Koloni isolat X. oryzae pv. oryzae patotipe IV dan VIIII
16
6 Diagram standar penyakit HDB
17
7 Pengaruh bakteri endofit terhadap aktivitas enzim peroksidase pada tiga
varietas padi sebelum dan setelah inokulasi dua patotipe X. oryzae
sv. oryzae
24
8 Pengaruh bakteri endofit terhadap aktivitas enzim polifenoloksidase pada
tiga varietas padi sebelum dan setelah inokulasi dua patotipe X. oryzae pv.
sv. oryzae
25
9 Pengaruh bakteri endofit terhadap aktivitas enzim PAL pada tiga varietas
padi sebelum dan setelah inokulasi dua patotipe X. oryzae pv oryzae
26
10 Pengaruh bakteri endofit terhadap kandungan protein pada tiga varietas
padi sebelum dan setelah inokulasi dua patotipe X. oryzae pv oryzae
26
11a Ekspresi gen PR-1 sebelum inokulasi X. oryzae pv. oryzae pada varietas
padi yang diinduksi ketahanannya dengan bakteri endofit, asam salisilat, dan
bakteri endofit dan asam salisilat
27
11b Ekspresi gen PR-1 setelah inokulasi X. oryzae pv. oryzae pada varietas
padi yang diinduksi ketahanannya dengan bakteri endofit, asam salisilat, dan
12
13
14
15
16
17
18
bakteri endofit dan asam salisilat
Pengaruh asam salisilat terhadap aktivitas enzim peroksidase pada tiga
varietas padi sebelum dan setelah inokulasi dua patotipe X. oryzae pv
oryzae
Pengaruh asam salisilat terhadap aktivitas enzim polifenoloksidase pada
tiga varietaspadi sebelum dan setelah inokulasi dua patotipe X. oryzae pv
oryzae
Pengaruh asam salisilat terhadap aktivitas enzim β-1,3-glukanase pada
tiga varietas padi sebelum dan setelah inokulasi dua patotipe X. oryzae pv
oryzae
Pengaruh bakteri endofit dan asam salisilat terhadap aktivitas enzim
peroksidase tiga varietas padi sebelum dan setelah inokulasi X. oryzae pv
oryzae
Pengaruh bakteri endofit dan asam salisilat terhadap aktivitas enzim
polifenoloksidase pada tiga varietas padi sebelum dan sesudah inokulasi
X. oryzae pv. oryzae
Pengaruh bakteri endofit dan asam salisilat terhadap aktivitas enzim
β-1,3-glukanase pada tiga varietas padi sebelum dan setelah inokulasi
X. oryzae pv oryzae
Pengaruh bakteri endofit dan asam salisilat terhadap aktivitas enzim PAL
pada tiga varietas padi sebelum dan sesudah inokulasi X. oryzae pv.
oryzae
27
42
43
43
59
59
60
60
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Nilai Fhitung dalam analisis ragam pengaruh bakteri endofit dalam
menginduksi ketahanan dan memacu pertumbuhan tanaman padi
terhadap X. oryzae pv. oryzae patotipe IV dan VIII
Nilai Fhitung dari analisis ragam pengaruh asam salisilat dalam
menginduksi ketahanan dan memacu pertumbuhan tanaman padi
terhadap X. oryzae pv. oryzae patotipe IV dan VIII
Nilai Fhitung dari analisis ragam pengaruh bakteri endofit dan
asam salisilat dalam menginduksi ketahanan dan memacu pertumbuhan
tanaman padi terhadap X. oryzae pv. oryzae patotipe IV dan VIII
Benih padi IR64, Ciherang, dan Conde dan hasil persemaian
Tata letak tanaman padi pada pot-pot untuk perlakuan di Rumah Kaca
umur 14 hari setelah sebar
Persiapan dan aplikasi bakteri endofit
Inokulasi X. oryzae pv. oryzae pada tanaman padi berumur 43 hari
Komposisi media Wakimoto
Deskripsi padi varietas Ciherang, IR64, dan Conde
Riwayat Hidup
83
84
85
86
86
87
87
88
89
92
1
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Salah satu prioritas agenda pembangunan pertanian yang telah ditetapkan
oleh pemerintah Republik Indonesia melalui pencapaian swasembada pangan
dengan program upaya khusus peningkatan produksi padi, jagung, dan kedelai
(UPSUS PAJALE) dalam kurun waktu 2015-2019. Pelaksanaan program ini
dititikberatkan melalui kegiatan gerakan pengelolaan tanaman terpadu, rehabilitasi
dan pembangunan jaringan irigasi tersier, optimalisasi lahan dan pola budidaya
tanaman padi sistem intensifikasi tanaman padi (System of Rice Intensification/
SRI). Namun berbagai upaya yang dilakukan untuk pencapaian swasembada
beras ini mempunyai hambatan diantaranya keterbatasan lahan, sarana dan
prasarana irigasi, varietas lokal unggulan dan kemudahan investasi untuk industri
perbenihan maupun adanya serangan organisme pengganggu tanaman (OPT)
(Pasandaran et al. 2004)
Penyakit hawar daun bakteri yang disebabkan oleh Xanthomonas oryzae pv.
oryzae merupakan salah satu penyakit utama di negara-negara penghasil padi di
dunia, termasuk di Indonesia (Ou 1985; Suparyono et al. 2004). Menurut Sudir et
al. (2012), kehilangan hasil akibat penyakit ini berkisar antara 15–80%,
bergantung pada stadia tanaman dan faktor lingkungan. Perkembangan penyakit
hawar daun bakteri (HDB) sangat dipengaruhi oleh lingkungan terutama
kelembapan dan suhu, serta cara budidaya, varietas, dan pemupukan nitrogen.
Varietas tahan adalah komponen utama dalam pengendalian penyakit HDB secara
terpadu, namun penggunaan varietas secara terus menerus di lapangan dapat
memicu patogen beradaptasi membentuk patotipe (strain) baru yang lebih virulen
sehingga sifat ketahanan dari varietas mudah dipatahkan. Varietas padi yang
diketahui tahan terhadap penyakit ini yaitu Conde, Angke dan Impara Jete 6
(Suprihatno et al. 2011).
Kehilangan hasil yang disebabkan oleh penyakit ini bervariasi bergantung
pada umur tanaman saat terjadi serangan oleh bakteri patogen X. oryzae pv.
oryzae (Shanti et al. 2010). Bakteri ini merupakan patogen terbawa benih padi
yang dapat menurunkan mutu benih dan produksi padi hingga 50% (Vikal et al.
2007). Suparyono dan Sudir (1992), melaporkan bahwa ambang kerusakan
penyakit HDB dua minggu sebelum panen mencapai 20%. Menurut data dari
BBOPT Jatisari (2016), prakiraan luas serangan penyakit ini untuk musim tanam
2015-2016 yang rata-rata mencapai 26 310 hektar meliputi sebagian besar pulau
Jawa, Aceh dan Sumatera Utara, Kalimantan Timur, serta Sulawesi Barat.
Berbagai cara pengendalian terhadap penyakit ini telah dilakukan tetapi
hasilnya belum optimal, sehingga sampai saat ini patogen ini masih menjadi
kendala utama produksi padi di daerah tropis maupun subtropis. Pengendalian
penyakit ini yang sudah dilakukan di antaranya ialah 1) penggunaan varietas yang
tahan, 2) bakterisida sintetis, 3) pengendalian hayati, dan 4) pestisida (Kadir et al.
2009).
Pemakaian varietas tahan efektif mengurangi keparahan penyaki, tetapi
jumlah varietas padi yang tahan terhadap patogen ini masih terbatas. Varietas
tahan dengan satu atau dua gen mayor tahan kurang dapat bertahan lama di
2
lapangan karena tingginya keragaman patogen di lapang. Di Indonesia sampai saat
ini ditemukan 12 patotipe X. oryzae pv. oryzae dan ditemukan 3 patotipe yang
dominan yaitu patotipe III, IV, dan VIII (Suparyono et al. 2004). Berdasarkan
hasil survei oleh Sudir dan Yuliani (2016) di 10 provinsi di Indonesia ditemukan 3
patotipe yang dominan yaitu patotipe III (30 %), IV (36 %), dan VIII (34 %).
Dengan dikembangkannya varietas padi baru maka penyakit ini menjadi sangat
dominan pada tanaman padi khususnya di wilayah Asia sebagai penghasil padi
(Ezuka & Kaku 2000). Penyemprotan tanaman dengan bakterisida yang
berspektrum luas seperti kasugamycin, phenazin, dan streptomycin
direkomendasikan untuk mengendalikan patogen ini, namun biaya yang cukup
tinggi menyebabkan pemakaiannya ditingkat petani masih menjadi kendala (Triny
et al. 2008).
Teknologi pengendalian penyakit dengan varietas yang tahan masih kurang
efektif disebabkan oleh cara-cara budidaya tanaman yang kurang baik sehingga
varietas tahan sangat mudah dipatahkan. Penggunaan bahan kimia antibakteri
tidak dianjurkan karena dapat memicu dan menyebabkan gangguan pada
kesehatan, lingkungan, dan resistensi terhadap patogen. Pemanfaatan agens
penginduksi ketahanan menjadi solusi alternatif dalam pengendalian penyakit
hawar daun. Agens penginduksi (elisitor) secara fisiologis akan mengatur sistem
ketahanan menjadi aktif dan/atau menstimulasi mekanisme resistensi alami
yang dimiliki oleh inang. Elisitor tersebut dapat berupa agens biologi, kimia,
dan fisik (Agrios 2005).
Chung et al. (2015), melaporkan keberhasilan pengendalian penyakit hawar
daun bakteri pada padi dengan menginduksi ketahanan secara biotik melalui
pemanfaatan Bacillus oryzicola strain YC7010. Bakteri tersebut selain bersifat
menginduksi ketahanan juga dapat memacu pertumbuhan tanaman. Hasil serupa
juga dilaporkan oleh Lanna-Filho et al. (2013) bahwa pengendalian penyakit
bercak buah tomat (Xanthomonas vesicatoria) dengan bakteri endofit Bacillus
amyloliquefaciens dan Bacillus pumilus.
Pengendalian X. oryzae pv. oryzae pada padi dengan menginduksi
ketahanan secara abiotik telah dilaporkan oleh Mohan-Babu et al. (2003) melalui
aplikasi acibenzolar-S-methyl (ASM). Senyawa ASM ini diketahui dapat
menginduksi ketahanan terhadap penyakit HDB. Demikian juga dilaporkan oleh
Faoro dan Gozzo (2015) bahwa Chitosan (CHT) dan benzo-(1,2,3)-thiadiazole-7carbothioic acid S-methyl ester (BTH) dapat menginduksi ketahanan tanaman
barley terhadap penyakit embun tepung (Blumeria graminis f. sp. hordei).
Pengendalian penyakit dengan menginduksi ketahanan secara biotik dan
abiotik telah dilaporkan oleh de Román et al. (2011) menggunakan mikoriza
arbuskula (AM) dan ASM pada tanaman kedelai. Demikian juga dilaporkan oleh
Yi et al. (2013), bahwa aplikasi senyawa BTH dan bakteri endofit PGPR Bacillus
pumilus INR7 dapat menginduksi ketahanan tanaman cabe terhadap penyakit
bercak buah (X. axonopodis pv. vesicatoria).
Perumusan Masalah
Pengendalian penyakit hawar daun bakteri pada padi secara kultur teknis,
penggunaan agens hayati, varietas tahan dan pestisida belum menunjukkan hasil
yang memuaskan. Teknik induksi resistensi sebagai salah satu alternatif dalam
3
pengendalian penyakit ini dapat diaplikasikan secara biotik maupun abiotik.
Sampai saat ini, kombinasi induksi ketahanan secara biotik (bakteri endofit) dan
abiotik (asam salisilat) dalam pengendalian penyakit HDB di Indonesia belum
pernah dilakukan. Berdasarkan hal ini maka disusun kerangka pemikiran dari
penelitian ini yang disajikan pada Gambar 1, sedangkan alur penelitiannya
dicantumkan pada Gambar 2.
Gambar 1 Kerangka pemikiran pengendalian penyakit HDB melalui induksi
ketahanan dengan bakteri endofit dan asam salisilat
4
POTENSI BAKTERI ENDOFIT DAN ASAM SALISILAT SEBAGAI PENGINDUKSI
KETAHANAN TANAMAN PADI TERHADAP Xanthomonas oryzae pv. oryzae
PERCOBAAN I :
BAKTERI
ENDOFIT
SEBAGAI
PENGINDUKSI KETAHANAN TIGA
VARIETAS PADI TERHADAP X.
oryzae pv. oryzae
PERCOBAAN II :
ASAM
SALISILAT
SEBAGAI
PENGINDUKSI KETAHANAN TIGA
VARIETAS PADI TERHADAP X.
oryzae pv. oryzae
Uji beberapa strain bakteri endofit sebagai
penginduksi ketahanan tiga varietas padi
terhadap X. oryzae pv. oryzae
Analisis enzim-enzim pertahanan tanaman
(peroksidase,
polifenoloksidase,
dan
fenilalanin amonia lias (PAL)
Analisis gen PR1 dengan teknik One Step
RT-PCR
Luaran : Teknik induksi ketahanan tanaman
padi terhadap patotipe X. oryzae pv. oryzae
dengan bakteri endofit terpilih
Uji beberapa konsentrasi asam salisilat
sebagai penginduksi ketahanan tiga varietas
padi terhadap X. oryzae pv. oryzae
Analisis enzim-enzim pertahanan tanaman
(peroksidase, polifenoloksidase, dan β-1,3glukanase)
Analisis gen PR1 dengan teknik One Step
RT-PCR
Luaran : Teknik induksi ketahanan
tanaman padi terhadap patotipe X. oryzae
pv. oryzae dengan asam salisilat terpilih
PERCOBAAN III :
BAKTERI ENDOFIT, ASAM SALISILAT, DAN KOMBINASINYA SEBAGAI
PENGINDUKSI KETAHANAN TANAMAN PADI TERHADAP Xanthomonas oryzae
pv. oryzae
Uji bakteri endofit dan konsentrasi asam salisilat terpilih sebagai penginduksi ketahanan tiga
varietas padi terhadap X. oryzae pv. oryzae
Analisis enzim-enzim pertahanan tanaman (peroksidase, polifenoloksidase, β-1,3-glukanase, dan
fenilalanin amonia-liase)
Analisis gen PR1 dengan teknik One Step RT-PCR
Luaran : Teknik induksi ketahanan tanaman padi terhadap patotipe X. oryzae pv. oryzae
dengan kombinasi bakteri endofit dan asam salisilat terpilih sebagai penginduksi ketahanan
Gambar 2 Alur penelitian pengendalian penyakit HDB melalui induksi
ketahanan dengan bakteri endofit dan asam salisilat
5
Tujuan Penelitian
Memperoleh agens penginduksi ketahanan tanaman padi yang efektif
terhadap penyakit hawar daun bakteri (X. oryzae pv. oryzae), khususnya oleh
bakteri endofit dan atau asam salisilat terpilih serta kombinasinya dalam
menginduksi ketahanan varietas IR64, Ciherang, dan Conde terhadap Xathomonas
oryzae pv. oryzae patotipe IV dan VIII.
Luaran
Teknologi induksi ketahanan tiga varietas padi menggunakan bakteri endofit
atau asam salisilat dan kombinasinya dalam menekan perkembangan penyakit
HDB.
Hipotesis
1. Bakteri endofit mampu menginduksi ketahanan pada tiga varietas padi dalam
menekan patotipe X. oryzae pv. oryzae.
2. Pada konsentrasi asam salisilat tertentu mampu menginduksi ketahanan pada
tiga varietas padi dalam menekan patotipe X. oryzae pv.oryzae.
3. Kombinasi antara bakteri endofit dan asam salisilat akan memberikan respons
yang optimal dalam menginduksi ketahanan tiga varietas padi terhadap X.
oryzae pv. oryzae.
Manfaat
Menyediakan teknologi induksi resistensi untuk pengendalian penyakit
HDB pada tiga varietas padi yang diinduksi ketahanannya oleh bakteri endofit dan
asam salisilat dalam menekan Xanthomonas oryzae pv. oryzae patotipe IV dan
VIII.
Unsur Kebaharuan
Penelitian ini memiliki unsur kebaruan yaitu :
1. Bakteri endofit ED1 63 dan konsentrasi optimum asam salisilat atau
kombinasinya sebagai penginduksi ketahanan tanaman padi terhadap X.
oryzae pv. oryzae.
2. Perubahan status varietas rentan menjadi moderat dan moderat menjadi tahan
setelah diinduksi dengan bakteri endofit ED1 63 dan asam salisilat atau
kombinasinya.
3. Induksi ketahanan dengan bakteri endofit dan asam salisilat secara nyata
meningkatkan ketahanan varietas padi dalam menekan penyakit HDB.
6
2 TINJAUAN PUSTAKA
Penyakit Hawar Daun Bakteri pada Padi
Penyakit hawar daun bakteri (HDB) yang disebabkan oleh X. oryzae pv.
oryzae merupakan salah satu penyakit yang banyak tersebar di padi di negaranegara penanam padi seperti Jepang, India, dan Filipina termasuk di Indonesia
(Ou 1985; Suparyono 2004). Bakteri hawar daun padi berbentuk batang (basilus),
berflagela, ukuran sel 1.2 μm x 0.3–0.5 μm, bersel tunggal, gram negatif, tidak
membentuk spora, dan tanpa kapsul. Apabila ditumbuhkan pada media biakan
SPA, koloni akan berwarna kuning pucat (Nino-Liu et al. 2006).
Bakteri patogen ini melakukan penetrasi melalui hidatoda, luka, atau lubang
alami yang lain (lentisel). Penyebaran penyakit melalui kontak fisik antara daun
yang terinfeksi dengan daun yang sehat, melalui aliran irigasi dari satu lahan ke
lahan lainnya. Selain itu, lingkungan yang lembab dan jarak tanam yang terlalu
rapat juga mempermudah penularan penyakit ini. Bakteri masuk ke dalam
jaringan tanaman, lalu memperbanyak diri di dalam epidermis yang
menghubungkan dengan pembuluh pengangkut, kemudian tersebar ke jaringan
lainnya dan menimbulkan gejala. Infeksi yang terjadi pada pembibitan
menyebabkan bibit menjadi kering. Bakteri menginfeksi masuk melalui sistem
vaskular tanaman padi pada saat pindah tanam atau pada saat dicabut dari tempat
pembibitan sehingga akarnya rusak, atau terjadi infeksi pada saat daun rusak
(Nino-Liu et al. 2006).
Terdapat dua fase penyakit HDB yaitu fase hawar daun dan fase kresek.
Kresek merupakan akibat yang paling merugikan dari penyakit HDB. Tanaman
menjadi berwarna kuning pucat hingga layu selama fase pembenihan hingga fase
anakan awal menghasilkan sebagian hingga keseluruhan gagal panen. Telah
dilaporkan di Filipina, Indonesia dan India diperkirakan mengalami kehilangan
hasil panen hingga 60-75% tergantung cuaca, lokasi dan varietas padi. HDB juga
mengurangi hasil panen dengan menurunkan kualitas biji karena terganggunya
proses pendewasaan tanaman (Ou 1985). Penyakit HDB dapat terjadi pada semua
fase pertumbuhan, lebih umum pada fase anakan hingga fase dewasa
(Gnanamanickam 2009). Di Filipina, Indonesia dan India mengalami kerugian
karena gejala kresek oleh BLB hingga mencapai 60-75% tergantung cuaca, lokasi
dan varietas padi (Ou 1985).
X. oryzae pv. oryzae merupakan patogen tular benih memiliki inang
alternatif dari jenis padi liar seperti Oryza rufipogon, O. australiensis dan gulma
sebagai inang alternatif seperti Leersia oryzoides, Zizania latifolia, Echinochloa
colonum, Leptochloa spp dan Cyperus spp. Bakteri ini dapat bertahan hidup lama
hingga musim tanam berikutnya dalam bentuk koloni bakteri kering maupun
basah pada jerami, serasah tanaman, dan singgang/turiang padi. Bakteri patogen
ini sangat sulit dikendalikan karena strain patogen ini mudah mengalami mutasi
dan rekombinasi yang menyebabkan sampai saat ini upaya pengendalian terhadap
penyakit ini belum optimal (Nino-Liu et al. 2006). Penggunaan varietas baru yang
tahan terhadap patogen ini mudah sekali dipatahkan pada musim tanam
berikutnya (Ponciano et al. 2004). Hal ini disebabkan oleh sifat patotipe X. oryzae
pv. oryzae mudah berubah-ubah sehingga sangat sulit mendapatkan varietas yang
7
tahan terhadap penyakit ini. Varietas Angke dan Conde adalah varietas yang
diketahui tahan terhadap penyakit HDB karena mempunyai gen tahan Xa5 dan
Xa7 (Tasliah 2012). Perubahan varietas yang tahan menjadi rentan dipengaruhi
oleh beberapa faktor seperti komposisi dan dominansi, kecepatan perubahan
patotipe, frekuensi penanaman, dan komposisi varietas (Suparyono et al. 2004;
White & Yang 2009). Kesesuaian penanaman varietas tahan dengan keadaan
patotipe patogen yang ada di lapangan berdampak terhadap peningkatan
efektivitas pengendalian penyakit HDB, maka perlu dilakukan pemantauan
komposisi dan dominasi patotipe patogen secara terus-menerus sehingga
penularan penyakit dapat ditekan (Sudir et al. 2012).
Faktor-faktor yang memengaruhi perkembangan penyakit HDB adalah
kehadiran gulma di sekitar tanaman, jerami padi yang terinfeksi bakteri, dan ratun
tanaman yang terinfeksi sebagai sumber inokulum awal. Demikian juga bakteri di
sawah dan saluran irigasi dapat mendorong infeksi baru pada daun. Suhu hangat
(25−30°C) serta kelembapan dan curah hujan yang tinggi dapat mendukung
perkembangan penyakit. Lahan basah juga mendorong munculnya gejala
penyakit. Angin kencang yang menyebabkan luka pada tanaman dapat
menyebabkan bakteri menyebar dari satu tanaman ke tanaman lain. Penggunaan
alat tanam dan penanganan selama tanam juga dapat memicu infeksi baru. Gejala
kresek sering dikaitkan dengan infeksi bibit selama proses pembibitan.
Pemupukan nitrogen dosis tinggi juga dapat mendukung perkembangan penyakit
ini (Ou 1985).
Pengendalian Penyakit Hawar Daun Bakteri pada Padi
Pengendalian penyakit HDB sudah banyak dilakukan diantaranya
penggunaan kultur teknis, agens hayati, dan pestisida. Krisnandika et al. (2016)
melaporkan bahwa aplikasi bakteri probiotik R. pickettii TT47, endofit 467 atau
aktinomiset 6 dalam bentuk pelet terbukti efektif menurunkan populasi patogen X.
oryzae pv. oryzae dan mempertahankan viabilitas benih padi terinfeksi selama 6
minggu penyimpanan. Selanjutnya Agustiansyah et al. (2010) melaporkan bahwa
perlakuan benih padi varietas Ciherang dengan matriconditioning + isolat A6,
perendaman dalam isolat A6, atau isolat A54 merupakan perlakuan benih terbaik
untuk meningkatkan viabilitas dan vigor benih. Disamping itu semua perlakuan
benih dengan agens hayati mampu menekan pertumbuhan X. oryzae pv. oryzae
pada benih padi varietas Ciherang yang diuji.
Hastuti et al. (2012) melaporkan bahwa isolat endofit AB131-1 dan
AB131-2 yang berasal dari genus Streptomyces memiliki potensi sebagai agens
biokontrol untuk pengendalian penyakit HDB pada tanaman padi. Menurut
Surjadi et al. (2013) efikasi konsorsium bakteri endofit untuk pengendalian
penyakit padi dengan metode SRI di daerah Jawa Barat menunjukkan bahwa
kandidat konsorsium C1 (Bacillus sp E 64, B. firmus E 65, Burkholderia sp E 76,
B. cereus C 29d, B. licheniformis CPKPP 35, Bacillus sp H, Bacillus sp IR) dapat
mengurangi keparahan penyakit HDB dan bercak bergaris.
Khan et al. (2012) melaporkan bahwa pengujian antibiotik benzilpenisilin,
ampisilin, dan kanamisin efektif dalam menekan penyakit HDB secara in vitro.
Yuliani et al. (2014), melaporkan bahwa penggunaan varietas tahan yang berasal
dari galur isogenik IRBB60, IRBB61, dan IRBB55 tahan terhadap serangan
patotipe III, IV, dan VIII. Intensitas serangan penyakit HDB pada galur ini tidak
8
berbeda dengan varietas Angke sebagai varietas pembanding selama dua musim
tanamsehingga berpotensi dijadikan sebagai tetua dalam perakitan varietas unggul
baru yang tahan terhadap penyakit HDB.
Induksi Ketahanan Tanaman
Tanaman diberi kemampuan untuk melindungi diri terhadap serangan
patogen. Sistem pertahanan yang dimiliki ini berfungsi sebagai sistem perlawanan
terhadap kemungkinan serangan virus, bakteri, cendawan, dan nematoda. Sistem
imun bawaan adalah kekuatan utama dari tanaman untuk melawan patogen,
melalui sinyal spesifik yang diperlukan untuk mengaktifkan sistem kekebalan
(Dodds & Rathjen 2010). Ketahanan terinduksi dapat terjadi secara langsung
melalui persepsi tanaman oleh pola asosiasi molekuler patogen dengan tanaman
(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs). PAMPs disebut sebagai
elisitor umum dan merupakan struktur molekuler mikrob seperti khitin dan
lipopolisakarida pada cendawan dan flagelin pada dinding sel bakteri. Tanaman
mengodekan reseptor yang memediasi pengendalian PAMPs, selanjutnya
mengaktivasi respons pertahanan yang dikenal sebagai PAMP-triggered immunity
(PTI). PTI melibatkan transduksi signal yang mengarah pada pembentukan
produk metabolit sekunder, Reactive Oxygen Species, PR-protein, penguatan
dinding sel, akumulasi asam salisilat dan reaksi hipersensitif berupa kematian sel
terprogram (Vlot et al. 2009).
Patogen mengenali tumbuhan melalui sinyal pola asosiasi molekuler
patogen dengan tanaman/PAMPs dan tanaman menerima sinyal pengenalan
melalui reseptor pola pengenalan tanaman (plant recognition receptor signal
patterns/PRRs). Kedua pembawa pesan ini terlibat dalam memberikan pesan yang
menghasilkan kelompok sinyal PAMPs/PRRs. Asam salisilat (SA) adalah sinyal
tanaman yang penting dalam menyampaikan pesan PAMPs secara ekstraseluler ke
dalam sel tanaman untuk memulai transkripsi gen-gen pertahanan. Sistem sinyal
PAMPs dapat memicu biosintesis asam salisilat (Vlot et al. 2009).
Induksi resistensi tanaman terhadap patogen bisa terjadi secara pasif
maupun aktif. Ketahanan pasif bergantung pada sejumlah senyawa aktif yang
diekspresikan oleh tanaman, sedangkan ketahanan aktif terinduksi setelah
tanaman terinfeksi oleh patogen. Fenomena ini merupakan suatu proses aktif
yang terjadi dalam dua tahapan. Pertama, pertahanan terjadi karena adanya reaksi
inkompatibel antara inang dan patogen yang terekspresi berupa pertahanan lokal
oleh senyawa fitoaleksin dan respons hipersensitif, dan kedua induksi resistensi
dapat terjadi karena ekspresi ketahanan tanaman terhadap patogen setelah diberi
perlakuan senyawa tertentu (Kuć 2006). Dengan demikian, induksi resistensi
dapat didefinisikan sebagai ekspresi peningkatan mekanisme pertahanan alami
tanaman terhadap patogen yang dipicu oleh beberapa agens penginduksi setelah
tanaman diinokulasi dengan patogen. Setiap agens penginduksi ini akan
memberikan reaksi yang bervariasi dalam induksi resistensi.
Induksi resistensi secara lokal terjadi ketika tanaman diberi perlakuan
melalui inokulasi dengan patogen ("inokulasi primer"), dan setelah interval waktu
tertentu diberi perlakuan ("challenge") dengan induser tertentu ternyata dapat
mengurangi penyakit. Jaringan tanaman yang diinduksi menjadi lebih tahan
daripada yang tidak diinduksi (normal). Induksi yang terjadi secara sistemik
9
digambarkan sebagai induksi pertahanan pada bagian lokasi terjadinya infeksi ke
seluruh bagian tanaman. Mekanisme penghambatan perkembangan patogen
melalui induksi ketahanan secara lokal disebabkan oleh produksi senyawa
pathogenesis related protein (PR-protein) yang dipicu oleh patogen melalui
beberapa bahan kimia yang efektif untuk memicu ketahanan terhadap patogen
(Hammerschmidt 2009).
Umumnya respon tanaman yang terinduksi oleh patogen diatur melalui jalur
transduksi sinyal di mana beberapa hormon tanaman misalnya asam salisilat (AS),
asam jasmonat (AJ), etilen (ET), dan asam absisat memainkan peran sentral
(Asselbergh et al. 2008). Hormon-hormon ini sangat diperlukan dalam memediasi
pertahanan tanaman melalui beberapa jalur transduksi sinyal yang berfungsi
sebagai sinyal pertahanan alami dari tanaman sehingga terjadi interaksi yang
bervariasi diantara tanaman inang dan patogen akibat pengaruh dari aktivitas
hormon tumbuh yang berbeda.
Induksi resistensi terbagi dalam dua tipe yaitu induksi resistensi sistemik
(induced Systemic Resistance/ISR) dan resistensi perolehan sistemik (systemic
acquired resistance/SAR). Karakteristik dari SAR adalah terjadinya ekspresi
ketahanan lokal berupa gejala nekrosis ketika dipapar dengan patogen, terjadi
akumulasi asam salisilat dan ekspresi sistemik PR-protein (Hammersrchmidt
2009), sedangkan ISR tidak berasosiasi dengan pembentukan lesio lokal nekrotik
dan pembentukan gen-gen PR-protein tetapi bergantung pada akumulasi senyawa
etilen dan asam jasmonat (Van Loon et al. 1998) (Gambar 3).
Peranan Sinyal Asam Salisilat (AS), Asam Jasmonat (AJ), dan Etilen (ET)
dalam Induksi Resistensi
Hormon tanaman seperti asam salisilat, asam jasmonat, etilen adalah
regulator utama dari induksi resistensi. Hormon-hormon ini dapat memicu signal
pertahanan tanaman dengan menghasilkan gen-gen yang berhubungan dengan
pertahanan tanaman untuk menimbulkan induksi resistensi terhadap serangan
patogen maupun serangga (De Vos et al. 2005).
Asam Salisilat (AS)
Asam salisilat adalah senyawa asam monohidroksi benzoat yang berperan
dalam transduksi sinyal lokal dalam induksi resistensi SAR terhadap cekaman
biotik maupun abiotik. Pada biosintesis asam salisilat secara langsung melalui
lintasan phenylalanine, phenylalanine dikonversi menjadi asam sinamat (CA) oleh
phenylalanine ammonia lyase (PAL). Fenilalanin amonia liase sebagai kunci yang
mengatur lintasan phenylpropanoid yang menginduksi stres biotik maupun abiotik
(Chen et al. 2000). Asam salisilat dapat disintesis melalui 2 jalur, yaitu jalur
hidroksilat yang teroksidasi membentuk ortho-hydroxycinnamic acid (oHCA)
atau juga jalur asam sinamat yang teroksidasi menjadi prekursor asam benzoat
(Hayat et al. 2010).
Asam salisilat dapat berperan sebagai agens penginduksi resistensi SAR
dikodekan dengan gen nahG. Gen ini mengkodekan salisilat hidrolisat yang
dikonversi menjadi AS inaktif dalam bentuk cathecol. Pada tanaman tembakau
dan Arabidopsis thaliana yang diaktivasi gen nahG menunjukkan peningkatan
kerentanan penyakit terhadap beberapa patogen yang disebabkan oleh cendawan,
bakteri, virus, dan nematoda (Walters 2009).
10
Induksi
ketahanan
Induksi
ketahanan
Protein
PR
Asam
salisilat
Elisitor
abiotik/biotik
Protein
PR
Asam
salisilat
Resistensi perolehan sistemik
Asam
jasmonat &
etilen
Asam
jasmonat &
etilen
Elisitor
biotik
Induksi ketahanan sistemik
Gambar 3 Induksi resistensi tanaman melalui mekanisme resistensi perolehan
sistemik (SAR) dan induksi ketahanan sistemik (ISR)
Sumber : Vallad dan Goodman (2004).
Analisis genetik pada tanaman Arabidopsis dalam jalur pertahanan tanaman
telah diidentifikasi pada beberapa mutan resesif. Transduksi sinyal dari asam
salisilat juga memengaruhi kerentanan tanaman terhadap infeksi patogen, sebagai
contoh mutan sid1, sid2 dan pad2 ternyata tidak mampu meningkatkan akumulasi
AS dalam meningkatkan ketahanan tanaman terhadap infeksi patogen (Delaney
2004). Ketika patogen menginfeksi tanaman, terjadi akumulasi AS, maka AS
dimediasi oleh NPR1 di dalam inti sel dan sitoplasma, serta bisa berfungsi sebagai
antioksidan apabila kondisi lingkungan kurang menguntungkan. Selanjutnya
oligomer NPR1 berubah menjadi monomer aktif melalui ikatan intermolekuler
disulfida, monomer ini ditranslokasi ke dalam inti sel dan berinteraksi dengan
coofaktor TGA menjadi TGA2. Interaksi yang terjadi antara TGA dan NPR1
selanjutnya akan membentuk gen PR1, namun ketika terjadi reaksi tunggal oleh
NPR1 tanpa TGA maka tidak terjadi ekspresi gen PR1 (Pieterse & Van Loon
2004).
Asam salisilat yang diaplikasikan secara eksogen dapat memengaruhi proses
fisiologi, biokimia, dan molekuler tanaman maupun sebagai antioksidan (Saruhan
et al. 2012). Regulasi aktivitas antioksidan seperti enzim peroksidase, superoksida
dismutase, dan katalase adalah komponen utama dalam induksi resisten terhadap
stres biotik dan abiotik (Vicente & Plasencia 2011).
Beberapa turunan dari AS juga berfungsi sebagai priming bagi induksi
resistensi patogen tanaman seperti benzothiadiazole (BTH), yang dapat
meningkatkan resistensi tanaman terhadap penyakit embun tepung dan embun
bulu (Plasmopara viticola dan Erysiphe necator) pada tanaman apel. Senyawa
BTH dapat memicu ekspresi gen-gen pertahanan tanaman seperti gen PR1, PR2,
11
PR3, PR8 dan PR10 maupun gen PR3, PR6 dan PR10 pada tanaman apel yang
diinokulasi dengan P. viticola dan E. Necator (Dufour et al. 2013).
Asam Jasmonat (AJ) dan Etilen (ET)
Asam jasmonat pertama kali dideteksi pada minyak atsiri Jasminum
grandiflorum. Asam jasmonat ini merupakan kelompok senyawa utama dalam
transduksi signal induksi ketahanan tanaman. Kelompok senyawa AJ seperti
Oxylipins bekerja sebagai signal untuk pertahanan terhadap patogen. Akumulasi
AJ diikuti dengan aktivasi senyawa-senyawa pertahanan yang dimediasi oleh
asam jasmonat (Wasternack 2007).
Induksi ketahanan dengan AJ diketahui diinduksi oleh seperangkat gen
spesifik. Gen-gen ini stabil dalam menginduksi ketahanan pada inang tertentu
dengan patogen yang spesifik. Defisiensi AJ pada mutan tanaman tomat
meningkatkan kerentanan terhadap Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici,
Verticillium dahliae, and Phytophthora infestans (Thaler et al. 2004). Sebaliknya
pada tanaman yang rentan terhadap 3 jenis cendawan patogen yaitu Septoria
lycopersici, C. fulvum, and Oidium neolycopersici terjadi defisiensi AJ oleh mutan
tanaman ini (Thaler et al. 2004).
Menurut Ellis dan Turner (2001), respons induksi ketahanan AJ berbeda
terhadap 2 spesies bakteri patogen pada tanaman Arabidopsis. Pada bakteri
Erwinia carotovora yang kekurangan AJ akan menyebabkan tanaman menjadi
rentan, sedangkan respons terhadap Pseudomonas syringae menyebabkan
tanaman menjadi tahan karena dipengaruhi oleh adanya akumulasi sinyal AJ.
Dengan demikian keberhasilan sinyal AJ dalam memediasi induksi ketahanan
suatu patogen dipengaruhi oleh strain patogen (Thomma et al. 2001)
Peranan etilen dalam induksi resistensi dapat menguntungkan dan juga
merugikan (Van Loon et al. 2006). Pada Arabidopsis mutan menjadi tidak sensitif
terhadap etilen sehingga meningkatkan kerentanan tanaman terhadap B. cinerea
(Thoma et al. 1999). Hal ini diamati pada mutan kedelai yang dapat meningkatkan
kerentanan tanaman terhadap cendawan Septoria glycines dan Rhizoctonia solani.
Peranan Bakteri Endofit sebagai Agens Penginduksi Ketahanan Tanaman
Mikroba endofit adalah mikroba yang hidup di dalam jaringan internal
tumbuhan hidup tanpa menyebabkan efek negatif langsung yang nyata. Sifat
mikroba endofit yang tidak berdampak negatif pada jaringan tumbuhan
menunjukkan kemungkinan adanya hubungan simbiosis mutualisme antara
mikroba endofit dan inangnya (Strobel & Daisy 2003).
Beberapa definisi dari bakteri endofit telah dikembangkan dan dimodifikasi
dalam berbagai penelitian terkini. Menurut , definisi dari bakteri endofit adalah
bakteri yang terdeteksi setelah diekstraksi dari dalam jaringan tanaman serta tidak
memiliki efek yang berbahaya bagi tanaman. Definisi ini mencakup kolonisasi
internal dari endofit yang bersifat netral, misalnya seperti simbion. Definisi ini
juga mencakup migrasi bakteri bolak-balik diantara permukaan dan di dalam
jaringan tanaman selama fungsinya sebagai endofit. Beberapa bakteri endofit telah
ditemukan memiliki efek menguntungkan pada tanaman inang seperti pemacu
pertumbuhan tanaman, peningkatan induksi resistensi terhadap patogen, serta
pasokan nitrogen ke tanaman inang (Mano & Morisaki 2008). Endofit mampu
untuk mengkolonisasi bagian permukaan dari perakaran tanaman inang dan
12
kolonisasinya bersifat sistemik di jaringan batang dan daun. Kepadatan bakteri di
jaringan batang dan daun lebih rendah daripada di bagian perakaran yaitu 103-104
cfu/g jaringan. Keragaman bakteri endofit sangat rendah mengindikasikan
perlunya adaptasi tinggi dari endofit yang memungkinkan berkembangnya di
dalam jaringan tanaman (Hallman 2001).
Menurut Lodewyckx et al. (2002) genus bakteri endofit seperti Bacillus,
Pseudomonas, dan Bukholderia sama halnya dengan genus bakteri penghuni tanah
dapat menghasilkan metabolit sekunder seperti senyawa antibiotik, antikanker,
anticendawan, antivirus, insektisida, dan sebagai penginduksi ketahanan tanaman.
Mano dan Morisaki (2008), menemukan beberapa spesies bakteri endofit di dalam
jaringan tanaman padi diantaranya Pantoea, Methylobacterium, Azospirillum,
Herbaspirillum Burkholderia, Rhizobium dan lain-lain. Bak
SEBAGAI PENGINDUKSI KETAHANAN TANAMAN PADI
TERHADAP Xanthomonas oryzae pv. oryzae
CHRISTOFFOL LEIWAKABESSY
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi berjudul Potensi Bakteri
Endofit dan Asam Salisilat sebagai Penginduksi Ketahanan Tanaman Padi
terhadap Xanthomonas oryzae pv. oryzae adalah benar karya saya dengan arahan
dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada
perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya
yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam
teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Nopember 2016
Christoffol Leiwakabessy
NIM A362110031
RINGKASAN
CHRISTOFFOL LEIWAKABESSY. Potensi Bakteri Endofit dan Asam Salisilat
sebagai Penginduksi Ketahanan Tanaman Padi terhadap Xathomonas oryzae pv.
oryzae Dibimbing oleh GIYANTO, MEITY SURADJI SINAGA, KIKIN H.
MUTAQIN, TRIKOESOEMANINGTYAS
Penyakit hawar daun bakteri (HDB) yang disebabkan oleh bakteri
Xanthomonas oryzae pv. oryzae merupakan salah satu masalah utama produksi padi
di Indonesia. Berbagai upaya pengendalian penyakit ini sudah dilakukan namun
hasilnya belum optimal. Alternatif pengendalian penyakit ini dapat dilakukan
dengan induksi resistensi. Aplikasi induksi ketahanan secara biotik dan abiotik
sudah banyak dilakukan, namun kombinasi agens penginduksi ketahanan biotik dan
abiotik belum pernah dilakukan. Berdasarkan hal tersebut maka penelitian ini
bertujuan untuk memperoleh kombinasi bakteri endofit dan asam salisilat yang
efektif sebagai agens penginduksi ketahanan tanaman padi terhadap penyakit HDB.
Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Bakteriologi Tumbuhan,
Departemen Proteksi Tanaman dan Laboratorium BIORIN PAU IPB, serta Rumah
Kaca Cikabayan, IPB mulai berlangsung dari bulan Juni 2013 sampai Desember
2014. Bakteri endofit yang digunakan merupakan koleksi Laboratorium
Bakteriologi Tumbuhan. Isolat bakteri Xathomonas oryzae patotipe IV dan VIII
diperoleh dari Balai Besar Penelitian Tanaman Padi Sukamandi. Penelitian
dilakukan dalam tiga tahapan yaitu aplikasi bakteri endofit, asam salisilat, dan
kombinasi bakteri endofit ED1 63 dan asam salisilat. Penelitian tahap satu mengkaji
berbagai strain bakteri endofit yaitu EA2 154, EB4 451, dan ED1 63. Penelitian
tahap dua mengkaji berbagai konsentrasi asam salisilat (0, 5, 10, dan 15 mM);
sedangkan penelitian tahap ketiga mengombinasikan strain bakteri terpilih dan
konsentrasi asam salisilat optimal sebagai penginduksi ketahanan tanaman padi
terhadap penyakit HDB. Ketiga penelitian ini dirancang dengan menggunakan
percobaan faktorial tiga faktor dalam Rancangan Acak Lengkap dan diulang
sebanyak 3 kali.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa strain bakteri endofit ED1 63 secara
tunggal efektif dalam menginduksi ketahanan tanaman padi terhadap penyakit
HDB. Bakteri endofit ini juga mampu menginduksi ketahanan varietas padi untuk
menekan patotipe X. oryzae pv. oryzae IV dan VIII. Bakteri endofit ED1 63 juga
dapat berperan dalam memacu peningkatan pertumbuhan tanaman dan pencapaian
produksi padi. Pemberian asam salisilat 10 mM efektif dalam menginduksi
ketahanan varietas Conde dan Ciherang terhadap penyakit HDB. Asam salisilat
mampu menginduksi ketahanan tanaman padi terhadap patotipe X. oryzae pv.
oryzae IV dan VIII. Kombinasi bakteri endofit ED1 63 dan asam salisilat 10 mM
saangat efektif dalam menginduksi ketahanan tiga varietas padi terhadap penyakit
HDB. Demikian juga bakteri endofit tersebut dapat memacu peningkatan
pertumbuhan tanaman padi.
Bakteri endofit dapat meningkatkan aktivitas enzim peroksidase,
polifenoloksidase, dan PAL pada varietas Conde dan Ciherang. Demikian juga
asam salisilat meningkatkan aktivitas enzim polifenoloksidase dan β-1,3-glukanase
pada varietas Ciherang. Kombinasi bakteri endofit ED1 63 dan asam salisilat
meningkatkan aktivitas enzim peroksidase, polifenoloksidase, PAL dan β-1,3glukanase pada varietas IR64 dan Ciherang.
Manfaat dari penelitian adalah menyediakan teknologi induksi resistensi
dalam menginduksi ketahanan tiga varietas padi terhadap X. oryzae pv. oryzae
patotipe IV dan VIII. Hasil penelitian menunjukkan terjadi sinergisme antara
bakteri endofit dan asam salisilat dalam menginduksi ketahanan tiga varietas padi
terhadap penyakit HDB maupun dalam memacu pertumbuhan tanaman padi.
Kata kunci: asam salisilat, bakteri endofit, induksi ketahanan, Xanthomonas oryzae
pv. oryzae.
SUMMARY
CHRISTOFFOL LEIWAKABESSY. Potential of endophytic bacteria and salicylic
acid as inducers of rice resistance against Xanthomonas oryzae pv. oryzae
supervised by GIYANTO, MEITY SURADJI SINAGA, KIKIN H MUTAQIN,
TRIKOESOEMANINGTYAS
Bacterial leaf blight (BLB) caused by the bacterium Xanthomonas oryzae pv.
oryzae is one of the main problems of rice production in Indonesia. Various efforts
to control the disease have been done but the results are not optimal. Alternative
control of this disease can be done with the induction of resistance. Resistance
induced by biotic and abiotic factors has been done, but the combination biotic and
abiotic resistance inducers has not been done. Based on these conditions, this
objective of study is to obtain a combination of endophytic bacteria and salicylic
acid that are effective as inducers of rice plant resistance to bacterial leaf blight.
This research was conducted in the Plant Bacteriology Laboratory,
Department of Plant Protection and Laboratory of BIORIN PAU IPB, as well as the
greenhouse Cikabayan, IPB from June 2013 to December 2014. The endophytic
bacteria used is a collection of Bacteriology Laboratory of Plant. Bacterial, isolates
Xathomonas oryzae pv. oryzae pathotype IV and VIII obtained from the Central
Rice Research Sukamandi. This research was conducted in three phases, namely the
application of endophytic bacteria, salicylic acid, and combination of endophytic
bacteria and salicylic acid. The research of the first study used various strains of
endophytic bacteria namely EA2 154, EB4 451, and ED1 63. In the second research
study various concentrations of salicylic acid (0, 5, 10, and 15 mM). While in the
third phase of the research was to combine the bacterial strain selected and the best
concentration of salicylic acid as inducers of rice plant resistance to BLB disease.
The third study was designed using three-factor factorial experiment in a
completely randomized design and repeated 3 times.
The results showed that the strain of endophytic bacteria ED1 63 singly
effective in plant inducing resistance to BLB disease of rice. The endophytic
bacteria was also able to induce resistance of rice varieties to suppress pathotype X.
oryzae pv. oryzae IV and VIII. The endophytic bacteria strain ED1 63 also can play
a role in spurring an increase in plant growth and the achievement of rice
production. Granting 10 mM salicylic acid is effective in inducing resistance of
Ciherang and Conde varieties to BLB. Salicylic acid is able to induce resistance of
rice plants against pathotypes IV and VIII of X. oryzae pv. oryzae. The
combination of endophytic bacteria ED1 63 and 10 mM salicylic acid is highly
effective in inducing resistance in three varieties to BLB. Likewise, was endophytic
bacteria can stimulate increased growth of rice plants.
The endophyte bacteria enhanced enzymes activities i.e. peroxidase,
polyphenoloxidase, and PAL to Conde and Ciherang variety. The salicylic acid
enhanced polyphenoloxidase, and β-1-3-glucanase enzymes to Ciherang variety.
The combination between endophytic bacteria and salicylic acid enhanced to
activity of peroxidase, polyphenoloxidase, β-1,3-glucanase, and PAL in IR64 and
Ciherang variety.
The benefits of the research is to provide technology induction of resistance
in inducing resistance of three varieties of rice against X. oryzae pv. oryzae
pathotypes IV and VIII. The results showed a synergism occurs between
endophytic bacteria and salicylic acid induces resistance in three rice varieties to
BLB disease and spur the growth of the rice plant.
Key words: salicylic acid, endophytic bacteria, induced resistance, Xanthomonas
oryzae pv. oryzae.
Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2016
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau
menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB.
POTENSI BAKTERI ENDOFIT DAN ASAM SALISILAT
SEBAGAI PENGINDUKSI KETAHANAN TANAMAN PADI
TERHADAP Xanthomonas oryzae pv. oryzae
CHRISTOFFOL LEIWAKABESSY
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor
pada
Program Studi Fitopatologi
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
Penguji Luar pada Ujian Tertutup
: Prof (R) Dr Ir Supriadi MSc
Dr Ir Abdjad A. Nawangsih MSi
Penguji Luar pada Sidang Promosi : Dr Ir Buang Abdullah MSc
Dr Ir Abdjad A Nawangsih MSi
Judul Disertasi
Nama
NRP
: Potensi Bakteri Endofit dan Asam Salisilat sebagai
Penginduksi Ketahanan Tanaman Padi terhadap Xanthomonas
oryzae pv. oryzae
: Christoffol Leiwakabessy
: A 362110031
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Dr Ir Giyanto MSi
Ketua
Prof Dr Ir Meity Suradji Sinaga, MSc
Anggota
Dr Ir Kikin H. Mutaqin MSi
Anggota
Dr Ir Trikoesoemaningtyas MSc
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Fitopatologi
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof Dr Ir Sri Hendrastuti Hidayat MSc
Dr Ir Dahrul Syah MScAgr
Tanggal Ujian Tertutup : 25 Agustus 2016
Tanggal Sidang Promosi : 02 September 2016
Tanggal Lulus :
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan
anugerah-Nya sehingga penulisan disertasi dengan judul : “Potensi Bakteri Endofit
dan Asam Salisilat Sebagai Penginduksi Ketahanan Tanaman Padi terhadap
Xanthomonas oryzae pv. oryzae” dapat diselesaikan.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr Ir Giyanto MSi, Prof Dr Ir Meity
Suradji Sinaga MSc, Dr Ir Kikin H Mutaqin MSi, dan Dr Ir Trikoesoemaningtyas
MSc selaku komisi pembimbing atas segala bimbingan moril dan materil maupun
saran, kritik, dan arahan demi penyempurnaan penulisan disertasi ini. Penulis juga
menyampaikan terima kasih kepada Direktur Jenderal Pendidikan Tinggi
Kementerian Riset dan Teknologi dan Perguruan Tinggi yang telah memberikan
Beasiswa Pendidikan Pascasarjana Dalam Negeri dan Hibah Disertasi Penelitian
bagi penulis untuk melanjutkan studi di Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian
Bogor. Penulis menyampaikan terima kasih kepada Prof Dr Sri Hendrastuti Hidayat
MSc selaku ketua Program Studi Fitopatologi berserta staf dosen dan karyawan
yang telah membantu dan memberikan motivasi bagi penulis selama studi.
Penulis menyampaikan terima kasih kepada Kementerian Pertanian melalui
Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian yang telah membiayai sebagian
penelitian melalui proyek KKP3N yang dikoordinasi oleh Dr Ir Giyanto MSi.
Ucapan terima kasih juga disampaikan penulis kepada Pemerintah Daerah Provinsi
Maluku yang telah membantu pendanaan penelitian.
Penghormatan yang tulus penulis haturkan kepada Ayahanda Joseph
Leiwakabessy dan Ibunda Charlotta Leiwakabessy/Pattinaja, dan saudarasaudaraku (Usi Elen, Bung Bob, Bung Roy, Nona, Donald, dan Toto) serta bung
Michael Limba dan Usi Welma G Limba sekeluarga atas motivasi dan kasih
sayangnya. Buat mereka yang saya cintai Papa Jhon Limba dan Ibu almarhumah
Zusana Limba (Oma Ona) untuk doa dan kasih sayang yang tulus bagi penulis.
Terima kasih juga penulis sampaikan untuk istriku Anatasija Limba dan anakanakku tersayang Merrill Adventri dan Ribka Novembra yang telah banyak
memberikan inspirasi bagi penulis sehingga disertasi ini dapat diselesaikan.
Bagi rekan-rekan seangkatan Bu Ummuh, Bu Tati, Bu Tuminem, Bu Erni,
dan Bu Ana yang telah membantu selama perkuliahan, penulis menyampaikan
terima kasih. Kepada teman-teman di Laboratorium Bakteriologi Tumbuhan (Mas
Rofiq, Ipul, Barli, Ben, Mba Tatit, Ibu Ariny, Ibu Ratna, Ibu Imas, Ibu Indri, Cica,
Fitria, Novi, Fusna, Icih, Devita, Dila dan teman-teman yang lainnya) disampaikan
terima kasih atas bantuan yang diberikan selama penelitian. Terima kasih kepada Pa
Asep Saepudin, Pa Maman dan kedua temanku Dr Ir Edizon Jambormias MSi dan
Dr Piet Riuwpassa SSi MSi serta rekan-rekan PERMAMA yang telah memberikan
dukungan doa dan motivasi bagi penulis selama studi.
Akhirnya semoga karya ilmiah ini bermanfaat
Bogor, Nopember 2016
Christoffol Leiwakabessy
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI
xiii
DAFTAR TABEL
xiv
DAFTAR GAMBAR
xv
DAFTAR LAMPIRAN
xvi
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Luaran
Hipotesis
Manfaat
Unsur kebaharuan
2 TINJAUAN PUSTAKA
Penyakit Hawar Daun Bakteri pada Padi
Pengendalian penyakit hawar daun bakteri pada padi
Induksi Ketahanan Tanaman
Peeranan sinyal SA, JA, dan ET dalam induksi resistensi
Asam Salisilat
Asam Jasmonat dan Etilen
Peran Bakteri Endofit sebagai Penginduksi Ketahanan Tanaman
Peran Asam Salisilat dan Bakteri Endofit terhadap Pertumbuhan Tanaman
3. BAKTERI ENDOFIT SEBAGAI PENGINDUKSI KETAHANAN
TIGA VARIETAS PADI TERHADAP Xanthomonas oryzae pv. oryzae
Pendahuluan
Bahan dan Metode
Hasil Penelitian
Pembahasan
Simpulan
4 ASAM SALISILAT SEBAGAI PENGINDUKSI KETAHANAN TIGA
VARIETAS PADI TERHADAP Xanthomonas oryzae pv. oryzae
Pendahuluan
Bahan dan Metode
Hasil Penelitian
Pembahasan
Simpulan
5. BAKTERI ENDOFIT, ASAM SALISILAT, DAN KOMBINASINYA
SEBAGAI PENGINDUKSI KETAHANAN TANAMAN PADI
TERHADAP Xanthomonas oryzae pv. oryzae
Pendahuluan
1
1
2
5
5
5
5
5
6
6
7
8
9
9
11
11
12
14
14
15
19
28
34
35
35
36
38
44
52
53
53
Bahan dan Metode
Hasil Penelitian
Pembahasan
Simpulan
6. PEMBAHASAN UMUM
Prospek pengendalian penyakit hawar daun bakteri melalui kombinasi
bakteri endofit dan asam salisilat
7 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
54
55
61
66
67
71
73
73
73
74
83
92
DAFTAR TABEL
1 Uji beda pengaruh bakteri endofit dalam menginduksi ketahanan tiga
Varietas padi terhadap patotipe X. oryzae pv. oryzae IV dan VIII
berdasarkan periode laten dan laju infeksi
2 Uji beda pengaruh bakteri endofit dalam menginduksi ketahanan tiga
varietas padi dalam menekan patotipe X. oryzae pv. oryzae IV dan VIII
berdasarkan ADKPPP
3 Uji beda pengaruh bakteri endofit dalam memacu peningkatan
pertumbuhan tiga varietas padi berdasarkan ADKPJA dan jumlah anakan
produktif
4 Pengaruh bakteri endofit dalam memacu peningkatan ADKPTT tiga
varietas padi terhadap patotipe X. oryzae pv. oryzae IV dan VIII
5 Uji beda pengaruh bakteri endofit dalam memacu pencapaian produksi
padi Analisis ragam pengaruh bakteri endofit, varietas, dan patotipe X.
oryzae pv. oryzae terhadap pertumbuhan dan hasil panen tiga varietas
padi tiga varietas padi
6 Hubungan antara karakter agronomi dengan perkembangan penyakit
HDB pada tiga varietas padi yang ternduksi ketahanannya oleh bakteri
endofit.
7 Uji beda pengaruh asam salisilat dalam menginduksi ketahanan tiga
varietas padi terhadap patotipe X. oryzae pv. oryzae IV dan VIII
berdasarkan periode laten dan laju infeksi
8 Uji beda pengaruh asam salisilat dalam menginduksi ketahanan tiga
varietas padi terhadap patotipe X. oryzae pv. oryzae IV dan VIII
berdasarkan ADKPP
9 Pengaruh asam salisilat dalam memacu peningkatan tiga varietas padi
berdasarkan jumlah anakan produktif dan bobot 1000 biji
20
21
23
23
24
33
39
39
41
10 Pengaruh asam salisilat dalam memacu peningkatan pertumbuhan
ADKPTT pada tiga varietas padi dalam menekan patotipe X. oryzae pv.
oryzae IV dan VIII
11 Hubungan antara karakter agronomi dengan perkembangan penyakit
HDB pada tiga varietas padi yang terinduksi ketahanannya oleh asam
salisilat
12 Uji beda pengaruh bakteri endofit L. sphaericus dan asam salisilat dalam
menginduksi ketahanan varietas padi berdasarkan periode laten, laju
infeksi, dan ADKPP
13 Uji beda pengaruh bakteri endofit L. sphaericus dalam menginduksi tiga
varietas padi berdasarkan periode laten, laju infeksi dan ADKPP
14 Pengaruh bakteri endofit L. sphaericus dan asam salisilat dalam memacu
peningkatan produksi padi terhadap X. oryzae pv. oryzae
15 Pengaruh bakteri endofit dalam memacu peningkatan pertumbuhan dan
pencapaian produksi tiga varietas padi terhadap X. oryzae pv. oryzae
16 Hubungan antara karakter agronomi dengan perkembangan penyakit
HDB pada tiga varietas padi yang diinduksi ketahanannya dengan bakteri
endofit dan asam salisilat
42
51
55
56
57
57
66
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
Kerangka Pemikiran
3
Bagan Alur Kerja Penelitian
4
Induksi ketahanan tanaman melalui mekanisme SAR dan ISR
10
Pertumbuhan isolat bakteri endofit EA154, EB451, dan ED63 pada
media NA
16
5 Koloni isolat X. oryzae pv. oryzae patotipe IV dan VIIII
16
6 Diagram standar penyakit HDB
17
7 Pengaruh bakteri endofit terhadap aktivitas enzim peroksidase pada tiga
varietas padi sebelum dan setelah inokulasi dua patotipe X. oryzae
sv. oryzae
24
8 Pengaruh bakteri endofit terhadap aktivitas enzim polifenoloksidase pada
tiga varietas padi sebelum dan setelah inokulasi dua patotipe X. oryzae pv.
sv. oryzae
25
9 Pengaruh bakteri endofit terhadap aktivitas enzim PAL pada tiga varietas
padi sebelum dan setelah inokulasi dua patotipe X. oryzae pv oryzae
26
10 Pengaruh bakteri endofit terhadap kandungan protein pada tiga varietas
padi sebelum dan setelah inokulasi dua patotipe X. oryzae pv oryzae
26
11a Ekspresi gen PR-1 sebelum inokulasi X. oryzae pv. oryzae pada varietas
padi yang diinduksi ketahanannya dengan bakteri endofit, asam salisilat, dan
bakteri endofit dan asam salisilat
27
11b Ekspresi gen PR-1 setelah inokulasi X. oryzae pv. oryzae pada varietas
padi yang diinduksi ketahanannya dengan bakteri endofit, asam salisilat, dan
12
13
14
15
16
17
18
bakteri endofit dan asam salisilat
Pengaruh asam salisilat terhadap aktivitas enzim peroksidase pada tiga
varietas padi sebelum dan setelah inokulasi dua patotipe X. oryzae pv
oryzae
Pengaruh asam salisilat terhadap aktivitas enzim polifenoloksidase pada
tiga varietaspadi sebelum dan setelah inokulasi dua patotipe X. oryzae pv
oryzae
Pengaruh asam salisilat terhadap aktivitas enzim β-1,3-glukanase pada
tiga varietas padi sebelum dan setelah inokulasi dua patotipe X. oryzae pv
oryzae
Pengaruh bakteri endofit dan asam salisilat terhadap aktivitas enzim
peroksidase tiga varietas padi sebelum dan setelah inokulasi X. oryzae pv
oryzae
Pengaruh bakteri endofit dan asam salisilat terhadap aktivitas enzim
polifenoloksidase pada tiga varietas padi sebelum dan sesudah inokulasi
X. oryzae pv. oryzae
Pengaruh bakteri endofit dan asam salisilat terhadap aktivitas enzim
β-1,3-glukanase pada tiga varietas padi sebelum dan setelah inokulasi
X. oryzae pv oryzae
Pengaruh bakteri endofit dan asam salisilat terhadap aktivitas enzim PAL
pada tiga varietas padi sebelum dan sesudah inokulasi X. oryzae pv.
oryzae
27
42
43
43
59
59
60
60
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Nilai Fhitung dalam analisis ragam pengaruh bakteri endofit dalam
menginduksi ketahanan dan memacu pertumbuhan tanaman padi
terhadap X. oryzae pv. oryzae patotipe IV dan VIII
Nilai Fhitung dari analisis ragam pengaruh asam salisilat dalam
menginduksi ketahanan dan memacu pertumbuhan tanaman padi
terhadap X. oryzae pv. oryzae patotipe IV dan VIII
Nilai Fhitung dari analisis ragam pengaruh bakteri endofit dan
asam salisilat dalam menginduksi ketahanan dan memacu pertumbuhan
tanaman padi terhadap X. oryzae pv. oryzae patotipe IV dan VIII
Benih padi IR64, Ciherang, dan Conde dan hasil persemaian
Tata letak tanaman padi pada pot-pot untuk perlakuan di Rumah Kaca
umur 14 hari setelah sebar
Persiapan dan aplikasi bakteri endofit
Inokulasi X. oryzae pv. oryzae pada tanaman padi berumur 43 hari
Komposisi media Wakimoto
Deskripsi padi varietas Ciherang, IR64, dan Conde
Riwayat Hidup
83
84
85
86
86
87
87
88
89
92
1
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Salah satu prioritas agenda pembangunan pertanian yang telah ditetapkan
oleh pemerintah Republik Indonesia melalui pencapaian swasembada pangan
dengan program upaya khusus peningkatan produksi padi, jagung, dan kedelai
(UPSUS PAJALE) dalam kurun waktu 2015-2019. Pelaksanaan program ini
dititikberatkan melalui kegiatan gerakan pengelolaan tanaman terpadu, rehabilitasi
dan pembangunan jaringan irigasi tersier, optimalisasi lahan dan pola budidaya
tanaman padi sistem intensifikasi tanaman padi (System of Rice Intensification/
SRI). Namun berbagai upaya yang dilakukan untuk pencapaian swasembada
beras ini mempunyai hambatan diantaranya keterbatasan lahan, sarana dan
prasarana irigasi, varietas lokal unggulan dan kemudahan investasi untuk industri
perbenihan maupun adanya serangan organisme pengganggu tanaman (OPT)
(Pasandaran et al. 2004)
Penyakit hawar daun bakteri yang disebabkan oleh Xanthomonas oryzae pv.
oryzae merupakan salah satu penyakit utama di negara-negara penghasil padi di
dunia, termasuk di Indonesia (Ou 1985; Suparyono et al. 2004). Menurut Sudir et
al. (2012), kehilangan hasil akibat penyakit ini berkisar antara 15–80%,
bergantung pada stadia tanaman dan faktor lingkungan. Perkembangan penyakit
hawar daun bakteri (HDB) sangat dipengaruhi oleh lingkungan terutama
kelembapan dan suhu, serta cara budidaya, varietas, dan pemupukan nitrogen.
Varietas tahan adalah komponen utama dalam pengendalian penyakit HDB secara
terpadu, namun penggunaan varietas secara terus menerus di lapangan dapat
memicu patogen beradaptasi membentuk patotipe (strain) baru yang lebih virulen
sehingga sifat ketahanan dari varietas mudah dipatahkan. Varietas padi yang
diketahui tahan terhadap penyakit ini yaitu Conde, Angke dan Impara Jete 6
(Suprihatno et al. 2011).
Kehilangan hasil yang disebabkan oleh penyakit ini bervariasi bergantung
pada umur tanaman saat terjadi serangan oleh bakteri patogen X. oryzae pv.
oryzae (Shanti et al. 2010). Bakteri ini merupakan patogen terbawa benih padi
yang dapat menurunkan mutu benih dan produksi padi hingga 50% (Vikal et al.
2007). Suparyono dan Sudir (1992), melaporkan bahwa ambang kerusakan
penyakit HDB dua minggu sebelum panen mencapai 20%. Menurut data dari
BBOPT Jatisari (2016), prakiraan luas serangan penyakit ini untuk musim tanam
2015-2016 yang rata-rata mencapai 26 310 hektar meliputi sebagian besar pulau
Jawa, Aceh dan Sumatera Utara, Kalimantan Timur, serta Sulawesi Barat.
Berbagai cara pengendalian terhadap penyakit ini telah dilakukan tetapi
hasilnya belum optimal, sehingga sampai saat ini patogen ini masih menjadi
kendala utama produksi padi di daerah tropis maupun subtropis. Pengendalian
penyakit ini yang sudah dilakukan di antaranya ialah 1) penggunaan varietas yang
tahan, 2) bakterisida sintetis, 3) pengendalian hayati, dan 4) pestisida (Kadir et al.
2009).
Pemakaian varietas tahan efektif mengurangi keparahan penyaki, tetapi
jumlah varietas padi yang tahan terhadap patogen ini masih terbatas. Varietas
tahan dengan satu atau dua gen mayor tahan kurang dapat bertahan lama di
2
lapangan karena tingginya keragaman patogen di lapang. Di Indonesia sampai saat
ini ditemukan 12 patotipe X. oryzae pv. oryzae dan ditemukan 3 patotipe yang
dominan yaitu patotipe III, IV, dan VIII (Suparyono et al. 2004). Berdasarkan
hasil survei oleh Sudir dan Yuliani (2016) di 10 provinsi di Indonesia ditemukan 3
patotipe yang dominan yaitu patotipe III (30 %), IV (36 %), dan VIII (34 %).
Dengan dikembangkannya varietas padi baru maka penyakit ini menjadi sangat
dominan pada tanaman padi khususnya di wilayah Asia sebagai penghasil padi
(Ezuka & Kaku 2000). Penyemprotan tanaman dengan bakterisida yang
berspektrum luas seperti kasugamycin, phenazin, dan streptomycin
direkomendasikan untuk mengendalikan patogen ini, namun biaya yang cukup
tinggi menyebabkan pemakaiannya ditingkat petani masih menjadi kendala (Triny
et al. 2008).
Teknologi pengendalian penyakit dengan varietas yang tahan masih kurang
efektif disebabkan oleh cara-cara budidaya tanaman yang kurang baik sehingga
varietas tahan sangat mudah dipatahkan. Penggunaan bahan kimia antibakteri
tidak dianjurkan karena dapat memicu dan menyebabkan gangguan pada
kesehatan, lingkungan, dan resistensi terhadap patogen. Pemanfaatan agens
penginduksi ketahanan menjadi solusi alternatif dalam pengendalian penyakit
hawar daun. Agens penginduksi (elisitor) secara fisiologis akan mengatur sistem
ketahanan menjadi aktif dan/atau menstimulasi mekanisme resistensi alami
yang dimiliki oleh inang. Elisitor tersebut dapat berupa agens biologi, kimia,
dan fisik (Agrios 2005).
Chung et al. (2015), melaporkan keberhasilan pengendalian penyakit hawar
daun bakteri pada padi dengan menginduksi ketahanan secara biotik melalui
pemanfaatan Bacillus oryzicola strain YC7010. Bakteri tersebut selain bersifat
menginduksi ketahanan juga dapat memacu pertumbuhan tanaman. Hasil serupa
juga dilaporkan oleh Lanna-Filho et al. (2013) bahwa pengendalian penyakit
bercak buah tomat (Xanthomonas vesicatoria) dengan bakteri endofit Bacillus
amyloliquefaciens dan Bacillus pumilus.
Pengendalian X. oryzae pv. oryzae pada padi dengan menginduksi
ketahanan secara abiotik telah dilaporkan oleh Mohan-Babu et al. (2003) melalui
aplikasi acibenzolar-S-methyl (ASM). Senyawa ASM ini diketahui dapat
menginduksi ketahanan terhadap penyakit HDB. Demikian juga dilaporkan oleh
Faoro dan Gozzo (2015) bahwa Chitosan (CHT) dan benzo-(1,2,3)-thiadiazole-7carbothioic acid S-methyl ester (BTH) dapat menginduksi ketahanan tanaman
barley terhadap penyakit embun tepung (Blumeria graminis f. sp. hordei).
Pengendalian penyakit dengan menginduksi ketahanan secara biotik dan
abiotik telah dilaporkan oleh de Román et al. (2011) menggunakan mikoriza
arbuskula (AM) dan ASM pada tanaman kedelai. Demikian juga dilaporkan oleh
Yi et al. (2013), bahwa aplikasi senyawa BTH dan bakteri endofit PGPR Bacillus
pumilus INR7 dapat menginduksi ketahanan tanaman cabe terhadap penyakit
bercak buah (X. axonopodis pv. vesicatoria).
Perumusan Masalah
Pengendalian penyakit hawar daun bakteri pada padi secara kultur teknis,
penggunaan agens hayati, varietas tahan dan pestisida belum menunjukkan hasil
yang memuaskan. Teknik induksi resistensi sebagai salah satu alternatif dalam
3
pengendalian penyakit ini dapat diaplikasikan secara biotik maupun abiotik.
Sampai saat ini, kombinasi induksi ketahanan secara biotik (bakteri endofit) dan
abiotik (asam salisilat) dalam pengendalian penyakit HDB di Indonesia belum
pernah dilakukan. Berdasarkan hal ini maka disusun kerangka pemikiran dari
penelitian ini yang disajikan pada Gambar 1, sedangkan alur penelitiannya
dicantumkan pada Gambar 2.
Gambar 1 Kerangka pemikiran pengendalian penyakit HDB melalui induksi
ketahanan dengan bakteri endofit dan asam salisilat
4
POTENSI BAKTERI ENDOFIT DAN ASAM SALISILAT SEBAGAI PENGINDUKSI
KETAHANAN TANAMAN PADI TERHADAP Xanthomonas oryzae pv. oryzae
PERCOBAAN I :
BAKTERI
ENDOFIT
SEBAGAI
PENGINDUKSI KETAHANAN TIGA
VARIETAS PADI TERHADAP X.
oryzae pv. oryzae
PERCOBAAN II :
ASAM
SALISILAT
SEBAGAI
PENGINDUKSI KETAHANAN TIGA
VARIETAS PADI TERHADAP X.
oryzae pv. oryzae
Uji beberapa strain bakteri endofit sebagai
penginduksi ketahanan tiga varietas padi
terhadap X. oryzae pv. oryzae
Analisis enzim-enzim pertahanan tanaman
(peroksidase,
polifenoloksidase,
dan
fenilalanin amonia lias (PAL)
Analisis gen PR1 dengan teknik One Step
RT-PCR
Luaran : Teknik induksi ketahanan tanaman
padi terhadap patotipe X. oryzae pv. oryzae
dengan bakteri endofit terpilih
Uji beberapa konsentrasi asam salisilat
sebagai penginduksi ketahanan tiga varietas
padi terhadap X. oryzae pv. oryzae
Analisis enzim-enzim pertahanan tanaman
(peroksidase, polifenoloksidase, dan β-1,3glukanase)
Analisis gen PR1 dengan teknik One Step
RT-PCR
Luaran : Teknik induksi ketahanan
tanaman padi terhadap patotipe X. oryzae
pv. oryzae dengan asam salisilat terpilih
PERCOBAAN III :
BAKTERI ENDOFIT, ASAM SALISILAT, DAN KOMBINASINYA SEBAGAI
PENGINDUKSI KETAHANAN TANAMAN PADI TERHADAP Xanthomonas oryzae
pv. oryzae
Uji bakteri endofit dan konsentrasi asam salisilat terpilih sebagai penginduksi ketahanan tiga
varietas padi terhadap X. oryzae pv. oryzae
Analisis enzim-enzim pertahanan tanaman (peroksidase, polifenoloksidase, β-1,3-glukanase, dan
fenilalanin amonia-liase)
Analisis gen PR1 dengan teknik One Step RT-PCR
Luaran : Teknik induksi ketahanan tanaman padi terhadap patotipe X. oryzae pv. oryzae
dengan kombinasi bakteri endofit dan asam salisilat terpilih sebagai penginduksi ketahanan
Gambar 2 Alur penelitian pengendalian penyakit HDB melalui induksi
ketahanan dengan bakteri endofit dan asam salisilat
5
Tujuan Penelitian
Memperoleh agens penginduksi ketahanan tanaman padi yang efektif
terhadap penyakit hawar daun bakteri (X. oryzae pv. oryzae), khususnya oleh
bakteri endofit dan atau asam salisilat terpilih serta kombinasinya dalam
menginduksi ketahanan varietas IR64, Ciherang, dan Conde terhadap Xathomonas
oryzae pv. oryzae patotipe IV dan VIII.
Luaran
Teknologi induksi ketahanan tiga varietas padi menggunakan bakteri endofit
atau asam salisilat dan kombinasinya dalam menekan perkembangan penyakit
HDB.
Hipotesis
1. Bakteri endofit mampu menginduksi ketahanan pada tiga varietas padi dalam
menekan patotipe X. oryzae pv. oryzae.
2. Pada konsentrasi asam salisilat tertentu mampu menginduksi ketahanan pada
tiga varietas padi dalam menekan patotipe X. oryzae pv.oryzae.
3. Kombinasi antara bakteri endofit dan asam salisilat akan memberikan respons
yang optimal dalam menginduksi ketahanan tiga varietas padi terhadap X.
oryzae pv. oryzae.
Manfaat
Menyediakan teknologi induksi resistensi untuk pengendalian penyakit
HDB pada tiga varietas padi yang diinduksi ketahanannya oleh bakteri endofit dan
asam salisilat dalam menekan Xanthomonas oryzae pv. oryzae patotipe IV dan
VIII.
Unsur Kebaharuan
Penelitian ini memiliki unsur kebaruan yaitu :
1. Bakteri endofit ED1 63 dan konsentrasi optimum asam salisilat atau
kombinasinya sebagai penginduksi ketahanan tanaman padi terhadap X.
oryzae pv. oryzae.
2. Perubahan status varietas rentan menjadi moderat dan moderat menjadi tahan
setelah diinduksi dengan bakteri endofit ED1 63 dan asam salisilat atau
kombinasinya.
3. Induksi ketahanan dengan bakteri endofit dan asam salisilat secara nyata
meningkatkan ketahanan varietas padi dalam menekan penyakit HDB.
6
2 TINJAUAN PUSTAKA
Penyakit Hawar Daun Bakteri pada Padi
Penyakit hawar daun bakteri (HDB) yang disebabkan oleh X. oryzae pv.
oryzae merupakan salah satu penyakit yang banyak tersebar di padi di negaranegara penanam padi seperti Jepang, India, dan Filipina termasuk di Indonesia
(Ou 1985; Suparyono 2004). Bakteri hawar daun padi berbentuk batang (basilus),
berflagela, ukuran sel 1.2 μm x 0.3–0.5 μm, bersel tunggal, gram negatif, tidak
membentuk spora, dan tanpa kapsul. Apabila ditumbuhkan pada media biakan
SPA, koloni akan berwarna kuning pucat (Nino-Liu et al. 2006).
Bakteri patogen ini melakukan penetrasi melalui hidatoda, luka, atau lubang
alami yang lain (lentisel). Penyebaran penyakit melalui kontak fisik antara daun
yang terinfeksi dengan daun yang sehat, melalui aliran irigasi dari satu lahan ke
lahan lainnya. Selain itu, lingkungan yang lembab dan jarak tanam yang terlalu
rapat juga mempermudah penularan penyakit ini. Bakteri masuk ke dalam
jaringan tanaman, lalu memperbanyak diri di dalam epidermis yang
menghubungkan dengan pembuluh pengangkut, kemudian tersebar ke jaringan
lainnya dan menimbulkan gejala. Infeksi yang terjadi pada pembibitan
menyebabkan bibit menjadi kering. Bakteri menginfeksi masuk melalui sistem
vaskular tanaman padi pada saat pindah tanam atau pada saat dicabut dari tempat
pembibitan sehingga akarnya rusak, atau terjadi infeksi pada saat daun rusak
(Nino-Liu et al. 2006).
Terdapat dua fase penyakit HDB yaitu fase hawar daun dan fase kresek.
Kresek merupakan akibat yang paling merugikan dari penyakit HDB. Tanaman
menjadi berwarna kuning pucat hingga layu selama fase pembenihan hingga fase
anakan awal menghasilkan sebagian hingga keseluruhan gagal panen. Telah
dilaporkan di Filipina, Indonesia dan India diperkirakan mengalami kehilangan
hasil panen hingga 60-75% tergantung cuaca, lokasi dan varietas padi. HDB juga
mengurangi hasil panen dengan menurunkan kualitas biji karena terganggunya
proses pendewasaan tanaman (Ou 1985). Penyakit HDB dapat terjadi pada semua
fase pertumbuhan, lebih umum pada fase anakan hingga fase dewasa
(Gnanamanickam 2009). Di Filipina, Indonesia dan India mengalami kerugian
karena gejala kresek oleh BLB hingga mencapai 60-75% tergantung cuaca, lokasi
dan varietas padi (Ou 1985).
X. oryzae pv. oryzae merupakan patogen tular benih memiliki inang
alternatif dari jenis padi liar seperti Oryza rufipogon, O. australiensis dan gulma
sebagai inang alternatif seperti Leersia oryzoides, Zizania latifolia, Echinochloa
colonum, Leptochloa spp dan Cyperus spp. Bakteri ini dapat bertahan hidup lama
hingga musim tanam berikutnya dalam bentuk koloni bakteri kering maupun
basah pada jerami, serasah tanaman, dan singgang/turiang padi. Bakteri patogen
ini sangat sulit dikendalikan karena strain patogen ini mudah mengalami mutasi
dan rekombinasi yang menyebabkan sampai saat ini upaya pengendalian terhadap
penyakit ini belum optimal (Nino-Liu et al. 2006). Penggunaan varietas baru yang
tahan terhadap patogen ini mudah sekali dipatahkan pada musim tanam
berikutnya (Ponciano et al. 2004). Hal ini disebabkan oleh sifat patotipe X. oryzae
pv. oryzae mudah berubah-ubah sehingga sangat sulit mendapatkan varietas yang
7
tahan terhadap penyakit ini. Varietas Angke dan Conde adalah varietas yang
diketahui tahan terhadap penyakit HDB karena mempunyai gen tahan Xa5 dan
Xa7 (Tasliah 2012). Perubahan varietas yang tahan menjadi rentan dipengaruhi
oleh beberapa faktor seperti komposisi dan dominansi, kecepatan perubahan
patotipe, frekuensi penanaman, dan komposisi varietas (Suparyono et al. 2004;
White & Yang 2009). Kesesuaian penanaman varietas tahan dengan keadaan
patotipe patogen yang ada di lapangan berdampak terhadap peningkatan
efektivitas pengendalian penyakit HDB, maka perlu dilakukan pemantauan
komposisi dan dominasi patotipe patogen secara terus-menerus sehingga
penularan penyakit dapat ditekan (Sudir et al. 2012).
Faktor-faktor yang memengaruhi perkembangan penyakit HDB adalah
kehadiran gulma di sekitar tanaman, jerami padi yang terinfeksi bakteri, dan ratun
tanaman yang terinfeksi sebagai sumber inokulum awal. Demikian juga bakteri di
sawah dan saluran irigasi dapat mendorong infeksi baru pada daun. Suhu hangat
(25−30°C) serta kelembapan dan curah hujan yang tinggi dapat mendukung
perkembangan penyakit. Lahan basah juga mendorong munculnya gejala
penyakit. Angin kencang yang menyebabkan luka pada tanaman dapat
menyebabkan bakteri menyebar dari satu tanaman ke tanaman lain. Penggunaan
alat tanam dan penanganan selama tanam juga dapat memicu infeksi baru. Gejala
kresek sering dikaitkan dengan infeksi bibit selama proses pembibitan.
Pemupukan nitrogen dosis tinggi juga dapat mendukung perkembangan penyakit
ini (Ou 1985).
Pengendalian Penyakit Hawar Daun Bakteri pada Padi
Pengendalian penyakit HDB sudah banyak dilakukan diantaranya
penggunaan kultur teknis, agens hayati, dan pestisida. Krisnandika et al. (2016)
melaporkan bahwa aplikasi bakteri probiotik R. pickettii TT47, endofit 467 atau
aktinomiset 6 dalam bentuk pelet terbukti efektif menurunkan populasi patogen X.
oryzae pv. oryzae dan mempertahankan viabilitas benih padi terinfeksi selama 6
minggu penyimpanan. Selanjutnya Agustiansyah et al. (2010) melaporkan bahwa
perlakuan benih padi varietas Ciherang dengan matriconditioning + isolat A6,
perendaman dalam isolat A6, atau isolat A54 merupakan perlakuan benih terbaik
untuk meningkatkan viabilitas dan vigor benih. Disamping itu semua perlakuan
benih dengan agens hayati mampu menekan pertumbuhan X. oryzae pv. oryzae
pada benih padi varietas Ciherang yang diuji.
Hastuti et al. (2012) melaporkan bahwa isolat endofit AB131-1 dan
AB131-2 yang berasal dari genus Streptomyces memiliki potensi sebagai agens
biokontrol untuk pengendalian penyakit HDB pada tanaman padi. Menurut
Surjadi et al. (2013) efikasi konsorsium bakteri endofit untuk pengendalian
penyakit padi dengan metode SRI di daerah Jawa Barat menunjukkan bahwa
kandidat konsorsium C1 (Bacillus sp E 64, B. firmus E 65, Burkholderia sp E 76,
B. cereus C 29d, B. licheniformis CPKPP 35, Bacillus sp H, Bacillus sp IR) dapat
mengurangi keparahan penyakit HDB dan bercak bergaris.
Khan et al. (2012) melaporkan bahwa pengujian antibiotik benzilpenisilin,
ampisilin, dan kanamisin efektif dalam menekan penyakit HDB secara in vitro.
Yuliani et al. (2014), melaporkan bahwa penggunaan varietas tahan yang berasal
dari galur isogenik IRBB60, IRBB61, dan IRBB55 tahan terhadap serangan
patotipe III, IV, dan VIII. Intensitas serangan penyakit HDB pada galur ini tidak
8
berbeda dengan varietas Angke sebagai varietas pembanding selama dua musim
tanamsehingga berpotensi dijadikan sebagai tetua dalam perakitan varietas unggul
baru yang tahan terhadap penyakit HDB.
Induksi Ketahanan Tanaman
Tanaman diberi kemampuan untuk melindungi diri terhadap serangan
patogen. Sistem pertahanan yang dimiliki ini berfungsi sebagai sistem perlawanan
terhadap kemungkinan serangan virus, bakteri, cendawan, dan nematoda. Sistem
imun bawaan adalah kekuatan utama dari tanaman untuk melawan patogen,
melalui sinyal spesifik yang diperlukan untuk mengaktifkan sistem kekebalan
(Dodds & Rathjen 2010). Ketahanan terinduksi dapat terjadi secara langsung
melalui persepsi tanaman oleh pola asosiasi molekuler patogen dengan tanaman
(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs). PAMPs disebut sebagai
elisitor umum dan merupakan struktur molekuler mikrob seperti khitin dan
lipopolisakarida pada cendawan dan flagelin pada dinding sel bakteri. Tanaman
mengodekan reseptor yang memediasi pengendalian PAMPs, selanjutnya
mengaktivasi respons pertahanan yang dikenal sebagai PAMP-triggered immunity
(PTI). PTI melibatkan transduksi signal yang mengarah pada pembentukan
produk metabolit sekunder, Reactive Oxygen Species, PR-protein, penguatan
dinding sel, akumulasi asam salisilat dan reaksi hipersensitif berupa kematian sel
terprogram (Vlot et al. 2009).
Patogen mengenali tumbuhan melalui sinyal pola asosiasi molekuler
patogen dengan tanaman/PAMPs dan tanaman menerima sinyal pengenalan
melalui reseptor pola pengenalan tanaman (plant recognition receptor signal
patterns/PRRs). Kedua pembawa pesan ini terlibat dalam memberikan pesan yang
menghasilkan kelompok sinyal PAMPs/PRRs. Asam salisilat (SA) adalah sinyal
tanaman yang penting dalam menyampaikan pesan PAMPs secara ekstraseluler ke
dalam sel tanaman untuk memulai transkripsi gen-gen pertahanan. Sistem sinyal
PAMPs dapat memicu biosintesis asam salisilat (Vlot et al. 2009).
Induksi resistensi tanaman terhadap patogen bisa terjadi secara pasif
maupun aktif. Ketahanan pasif bergantung pada sejumlah senyawa aktif yang
diekspresikan oleh tanaman, sedangkan ketahanan aktif terinduksi setelah
tanaman terinfeksi oleh patogen. Fenomena ini merupakan suatu proses aktif
yang terjadi dalam dua tahapan. Pertama, pertahanan terjadi karena adanya reaksi
inkompatibel antara inang dan patogen yang terekspresi berupa pertahanan lokal
oleh senyawa fitoaleksin dan respons hipersensitif, dan kedua induksi resistensi
dapat terjadi karena ekspresi ketahanan tanaman terhadap patogen setelah diberi
perlakuan senyawa tertentu (Kuć 2006). Dengan demikian, induksi resistensi
dapat didefinisikan sebagai ekspresi peningkatan mekanisme pertahanan alami
tanaman terhadap patogen yang dipicu oleh beberapa agens penginduksi setelah
tanaman diinokulasi dengan patogen. Setiap agens penginduksi ini akan
memberikan reaksi yang bervariasi dalam induksi resistensi.
Induksi resistensi secara lokal terjadi ketika tanaman diberi perlakuan
melalui inokulasi dengan patogen ("inokulasi primer"), dan setelah interval waktu
tertentu diberi perlakuan ("challenge") dengan induser tertentu ternyata dapat
mengurangi penyakit. Jaringan tanaman yang diinduksi menjadi lebih tahan
daripada yang tidak diinduksi (normal). Induksi yang terjadi secara sistemik
9
digambarkan sebagai induksi pertahanan pada bagian lokasi terjadinya infeksi ke
seluruh bagian tanaman. Mekanisme penghambatan perkembangan patogen
melalui induksi ketahanan secara lokal disebabkan oleh produksi senyawa
pathogenesis related protein (PR-protein) yang dipicu oleh patogen melalui
beberapa bahan kimia yang efektif untuk memicu ketahanan terhadap patogen
(Hammerschmidt 2009).
Umumnya respon tanaman yang terinduksi oleh patogen diatur melalui jalur
transduksi sinyal di mana beberapa hormon tanaman misalnya asam salisilat (AS),
asam jasmonat (AJ), etilen (ET), dan asam absisat memainkan peran sentral
(Asselbergh et al. 2008). Hormon-hormon ini sangat diperlukan dalam memediasi
pertahanan tanaman melalui beberapa jalur transduksi sinyal yang berfungsi
sebagai sinyal pertahanan alami dari tanaman sehingga terjadi interaksi yang
bervariasi diantara tanaman inang dan patogen akibat pengaruh dari aktivitas
hormon tumbuh yang berbeda.
Induksi resistensi terbagi dalam dua tipe yaitu induksi resistensi sistemik
(induced Systemic Resistance/ISR) dan resistensi perolehan sistemik (systemic
acquired resistance/SAR). Karakteristik dari SAR adalah terjadinya ekspresi
ketahanan lokal berupa gejala nekrosis ketika dipapar dengan patogen, terjadi
akumulasi asam salisilat dan ekspresi sistemik PR-protein (Hammersrchmidt
2009), sedangkan ISR tidak berasosiasi dengan pembentukan lesio lokal nekrotik
dan pembentukan gen-gen PR-protein tetapi bergantung pada akumulasi senyawa
etilen dan asam jasmonat (Van Loon et al. 1998) (Gambar 3).
Peranan Sinyal Asam Salisilat (AS), Asam Jasmonat (AJ), dan Etilen (ET)
dalam Induksi Resistensi
Hormon tanaman seperti asam salisilat, asam jasmonat, etilen adalah
regulator utama dari induksi resistensi. Hormon-hormon ini dapat memicu signal
pertahanan tanaman dengan menghasilkan gen-gen yang berhubungan dengan
pertahanan tanaman untuk menimbulkan induksi resistensi terhadap serangan
patogen maupun serangga (De Vos et al. 2005).
Asam Salisilat (AS)
Asam salisilat adalah senyawa asam monohidroksi benzoat yang berperan
dalam transduksi sinyal lokal dalam induksi resistensi SAR terhadap cekaman
biotik maupun abiotik. Pada biosintesis asam salisilat secara langsung melalui
lintasan phenylalanine, phenylalanine dikonversi menjadi asam sinamat (CA) oleh
phenylalanine ammonia lyase (PAL). Fenilalanin amonia liase sebagai kunci yang
mengatur lintasan phenylpropanoid yang menginduksi stres biotik maupun abiotik
(Chen et al. 2000). Asam salisilat dapat disintesis melalui 2 jalur, yaitu jalur
hidroksilat yang teroksidasi membentuk ortho-hydroxycinnamic acid (oHCA)
atau juga jalur asam sinamat yang teroksidasi menjadi prekursor asam benzoat
(Hayat et al. 2010).
Asam salisilat dapat berperan sebagai agens penginduksi resistensi SAR
dikodekan dengan gen nahG. Gen ini mengkodekan salisilat hidrolisat yang
dikonversi menjadi AS inaktif dalam bentuk cathecol. Pada tanaman tembakau
dan Arabidopsis thaliana yang diaktivasi gen nahG menunjukkan peningkatan
kerentanan penyakit terhadap beberapa patogen yang disebabkan oleh cendawan,
bakteri, virus, dan nematoda (Walters 2009).
10
Induksi
ketahanan
Induksi
ketahanan
Protein
PR
Asam
salisilat
Elisitor
abiotik/biotik
Protein
PR
Asam
salisilat
Resistensi perolehan sistemik
Asam
jasmonat &
etilen
Asam
jasmonat &
etilen
Elisitor
biotik
Induksi ketahanan sistemik
Gambar 3 Induksi resistensi tanaman melalui mekanisme resistensi perolehan
sistemik (SAR) dan induksi ketahanan sistemik (ISR)
Sumber : Vallad dan Goodman (2004).
Analisis genetik pada tanaman Arabidopsis dalam jalur pertahanan tanaman
telah diidentifikasi pada beberapa mutan resesif. Transduksi sinyal dari asam
salisilat juga memengaruhi kerentanan tanaman terhadap infeksi patogen, sebagai
contoh mutan sid1, sid2 dan pad2 ternyata tidak mampu meningkatkan akumulasi
AS dalam meningkatkan ketahanan tanaman terhadap infeksi patogen (Delaney
2004). Ketika patogen menginfeksi tanaman, terjadi akumulasi AS, maka AS
dimediasi oleh NPR1 di dalam inti sel dan sitoplasma, serta bisa berfungsi sebagai
antioksidan apabila kondisi lingkungan kurang menguntungkan. Selanjutnya
oligomer NPR1 berubah menjadi monomer aktif melalui ikatan intermolekuler
disulfida, monomer ini ditranslokasi ke dalam inti sel dan berinteraksi dengan
coofaktor TGA menjadi TGA2. Interaksi yang terjadi antara TGA dan NPR1
selanjutnya akan membentuk gen PR1, namun ketika terjadi reaksi tunggal oleh
NPR1 tanpa TGA maka tidak terjadi ekspresi gen PR1 (Pieterse & Van Loon
2004).
Asam salisilat yang diaplikasikan secara eksogen dapat memengaruhi proses
fisiologi, biokimia, dan molekuler tanaman maupun sebagai antioksidan (Saruhan
et al. 2012). Regulasi aktivitas antioksidan seperti enzim peroksidase, superoksida
dismutase, dan katalase adalah komponen utama dalam induksi resisten terhadap
stres biotik dan abiotik (Vicente & Plasencia 2011).
Beberapa turunan dari AS juga berfungsi sebagai priming bagi induksi
resistensi patogen tanaman seperti benzothiadiazole (BTH), yang dapat
meningkatkan resistensi tanaman terhadap penyakit embun tepung dan embun
bulu (Plasmopara viticola dan Erysiphe necator) pada tanaman apel. Senyawa
BTH dapat memicu ekspresi gen-gen pertahanan tanaman seperti gen PR1, PR2,
11
PR3, PR8 dan PR10 maupun gen PR3, PR6 dan PR10 pada tanaman apel yang
diinokulasi dengan P. viticola dan E. Necator (Dufour et al. 2013).
Asam Jasmonat (AJ) dan Etilen (ET)
Asam jasmonat pertama kali dideteksi pada minyak atsiri Jasminum
grandiflorum. Asam jasmonat ini merupakan kelompok senyawa utama dalam
transduksi signal induksi ketahanan tanaman. Kelompok senyawa AJ seperti
Oxylipins bekerja sebagai signal untuk pertahanan terhadap patogen. Akumulasi
AJ diikuti dengan aktivasi senyawa-senyawa pertahanan yang dimediasi oleh
asam jasmonat (Wasternack 2007).
Induksi ketahanan dengan AJ diketahui diinduksi oleh seperangkat gen
spesifik. Gen-gen ini stabil dalam menginduksi ketahanan pada inang tertentu
dengan patogen yang spesifik. Defisiensi AJ pada mutan tanaman tomat
meningkatkan kerentanan terhadap Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici,
Verticillium dahliae, and Phytophthora infestans (Thaler et al. 2004). Sebaliknya
pada tanaman yang rentan terhadap 3 jenis cendawan patogen yaitu Septoria
lycopersici, C. fulvum, and Oidium neolycopersici terjadi defisiensi AJ oleh mutan
tanaman ini (Thaler et al. 2004).
Menurut Ellis dan Turner (2001), respons induksi ketahanan AJ berbeda
terhadap 2 spesies bakteri patogen pada tanaman Arabidopsis. Pada bakteri
Erwinia carotovora yang kekurangan AJ akan menyebabkan tanaman menjadi
rentan, sedangkan respons terhadap Pseudomonas syringae menyebabkan
tanaman menjadi tahan karena dipengaruhi oleh adanya akumulasi sinyal AJ.
Dengan demikian keberhasilan sinyal AJ dalam memediasi induksi ketahanan
suatu patogen dipengaruhi oleh strain patogen (Thomma et al. 2001)
Peranan etilen dalam induksi resistensi dapat menguntungkan dan juga
merugikan (Van Loon et al. 2006). Pada Arabidopsis mutan menjadi tidak sensitif
terhadap etilen sehingga meningkatkan kerentanan tanaman terhadap B. cinerea
(Thoma et al. 1999). Hal ini diamati pada mutan kedelai yang dapat meningkatkan
kerentanan tanaman terhadap cendawan Septoria glycines dan Rhizoctonia solani.
Peranan Bakteri Endofit sebagai Agens Penginduksi Ketahanan Tanaman
Mikroba endofit adalah mikroba yang hidup di dalam jaringan internal
tumbuhan hidup tanpa menyebabkan efek negatif langsung yang nyata. Sifat
mikroba endofit yang tidak berdampak negatif pada jaringan tumbuhan
menunjukkan kemungkinan adanya hubungan simbiosis mutualisme antara
mikroba endofit dan inangnya (Strobel & Daisy 2003).
Beberapa definisi dari bakteri endofit telah dikembangkan dan dimodifikasi
dalam berbagai penelitian terkini. Menurut , definisi dari bakteri endofit adalah
bakteri yang terdeteksi setelah diekstraksi dari dalam jaringan tanaman serta tidak
memiliki efek yang berbahaya bagi tanaman. Definisi ini mencakup kolonisasi
internal dari endofit yang bersifat netral, misalnya seperti simbion. Definisi ini
juga mencakup migrasi bakteri bolak-balik diantara permukaan dan di dalam
jaringan tanaman selama fungsinya sebagai endofit. Beberapa bakteri endofit telah
ditemukan memiliki efek menguntungkan pada tanaman inang seperti pemacu
pertumbuhan tanaman, peningkatan induksi resistensi terhadap patogen, serta
pasokan nitrogen ke tanaman inang (Mano & Morisaki 2008). Endofit mampu
untuk mengkolonisasi bagian permukaan dari perakaran tanaman inang dan
12
kolonisasinya bersifat sistemik di jaringan batang dan daun. Kepadatan bakteri di
jaringan batang dan daun lebih rendah daripada di bagian perakaran yaitu 103-104
cfu/g jaringan. Keragaman bakteri endofit sangat rendah mengindikasikan
perlunya adaptasi tinggi dari endofit yang memungkinkan berkembangnya di
dalam jaringan tanaman (Hallman 2001).
Menurut Lodewyckx et al. (2002) genus bakteri endofit seperti Bacillus,
Pseudomonas, dan Bukholderia sama halnya dengan genus bakteri penghuni tanah
dapat menghasilkan metabolit sekunder seperti senyawa antibiotik, antikanker,
anticendawan, antivirus, insektisida, dan sebagai penginduksi ketahanan tanaman.
Mano dan Morisaki (2008), menemukan beberapa spesies bakteri endofit di dalam
jaringan tanaman padi diantaranya Pantoea, Methylobacterium, Azospirillum,
Herbaspirillum Burkholderia, Rhizobium dan lain-lain. Bak