Pseudomonas sp. sebagai Pemacu Pertumbuhan dan Pengendali Hayati Fungi Patogen Akar Tanaman Kedelai.
Pseudomonas sp. SEBAGAI PEMACU PERTUMBUHAN DAN
PENGENDALI HAYATI FUNGI PATOGEN AKAR
TANAMAN KEDELAI
PARJONO
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa tesis Pseudomonas
sp. sebagai Pemacu Pertumbuhan dan Pengendali Hayati Fungi Patogen Akar
Tanaman Kedelai adalah 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 tesis ini.
Bogor, Juli 2008
Parjono
G 351060021
ABSTRACT
PARJONO. Pseudomonas sp. as Growth Promoting and Biological Control
Agents of Pathogenic Fungi of Soybean Root. Under the direction of ARIS
TRI WAHYUDI and ABDJAD ASIH NAWANGSIH.
Plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) are the groups of rootcolonizing isolates from the rhizosphere, which have been shown to promote
plant growth. Some of the rhizobacteria have been used as diseases control agents
and plant growth enhancement. The aim of this study is to examine Pseudomonas
sp. isolated from soybean rhizosphere that are potential as growth promoting of
plant and biocontrol of pathogenic fungi causing root-rot diseases. Fifteen
isolates of Pseudomonas sp. were observed on soybean seedlings as plant growth
promoting and tested for their hypersensitive reaction. Three isolates, i.e.
Pseudomonas sp. Crb97, Crb102, and Crb106 were significantly promote shoot
growth and number of lateral roots. Furthermore 8 isolates (Crb102, Crb109,
Crb110, Crb111, Crb112, Crb113, Crb114, and Crb115) were classified as nonpathogenic. Three isolates (Crb3, Crb17, and Crb102) were categorized as nonpathogenic strains and they did not produce antibacterial compound against
Bradyrhizobium japonicum Bj11. These Pseudomonas sp. isolates Crb3, Crb17,
and Crb102 were subsquently examined to control the phytopathogenic fungi, i.e.
Rhizoctonia solani, Fusarium oxysporum, and Sclerotium rolfsii in the green
house. Pseudomonas sp. Crb3 and Crb102 were able to promote plant growth and
suppress root-rot diseases caused by fungi, significantly. Co-inoculation with B.
japonicum Bj11, Crb3, Crb17, or Crb102 revealed that Pseudomonas sp. Crb3,
Crb17, and Crb102 were able to enhance colonization/nodulation of soybean
plant. Based on the result we suggest Pseudomonas sp. Crb3 and Crb102 can be
recommended as potential strains to promote plant growth and control root-rot
diseases as well as root nodulation promotion of soybean plant.
Key Word : PGPR, Pseudomonas sp, biocontrol, pathogenic fungi.
RINGKASAN
PARJONO. Pseudomonas sp. sebagai Pemacu Pertumbuhan dan
Pengendali Hayati Fungi Patogen Akar Tanaman Kedelai. Dibimbing oleh
ARIS TRI WAHYUDI dan ABDJAD ASIH NAWANGSIH
Pengendalian secara hayati merupakan salah satu alternatif dalam
meningkatkan pertumbuhan tanaman dan produksi kedelai. Rizobakteri pemacu
pertumbuhan tanaman (RPPT) merupakan bakteri rizosfer yang memberikan
pengaruh positif bagi pertumbuhan tanaman untuk pemacuan pertumbuhan
dengan menyediakan nutrisi dan hormon serta dapat bersifat antagonis terhadap
bakteri dan fungi fitopatogen. Salah satu kelompok rizobakteri yang berperan
dalam pemacuan pertumbuhan dan pengendali hayati diantaranya Pseudomonas
sp. Peran rizobakteri dalam meningkatkan pertumbuhan dan produksi kedelai
berhubungan dengan kemampuannya memproduksi hormon,
antibiotik,
siderofor, HCN, enzim, dan memfiksasi nitrogen, serta melarutkan posfat.
Telaah pemacuan pertumbuhan kecambah dilakukan dengan
menginokulasikan suspensi sel Pseudomonas sp. pada kecambah kedelai, setelah
berumur 7 hari diamati dan diukur pertumbuhannya. Patogenisitas RPPT
dideteksi menggunakan uji hipersensitivitas yaitu dengan menginjeksikan isolat
Pseudomonas sp. pada permukaan bawah helaian daun tembakau. Setelah 24-48
jam, diamati adanya bercak nekrosis kecoklatan disekitar tempat injeksi yang
menunjukkan reaksi hipersensitif positif atau isolatnya bersifat patogen. Sifat
antagonis agens pengendali hayati dideteksi menggunakan uji aktivitas produksi
senyawa anti bakteri yaitu dengan menumbuhkan bakteri Pseudomonas sp. pada
media King’s B kemudian kertas saring bulat dicelupkan pada suspensi
Bradyrhizobium japonicum
dan diletakkan pada permukaan cawan berisi
Pseudomonas sp.. Setelah 1-5 hari diamati ada atau tidaknya zona bening
disekitar kertas saring bulat. Uji biokontrol di rumah kaca dilakukan dengan
menanam kedelai yang diberi agens biokontrol dan fungi patogen akar
menggunakan botol Leonard selama 42 hari. Peubah pertumbuhuhan yang
diamati adalah berat kering akar, jumlah bintil, aktivitas enzim peroksidase dan
kejadian penyakit. Kejadian penyakit dihitung berdasarkan jumlah tanaman yang
mati pada waktu panen. Pengukuran aktivitas peroksidase dilakukan pada akar
tanaman kedelai yang berumur 45 hari. Akar dicampur bufer fosfat dan
dihancurkan kemudian disentrifugasi. Supernatan yang diperoleh kemudian
ditambah pirogalol dan H2O2 dan diukur nilai absorbansinya setiap 30 detik
selama 150 detik menggunakan spektrofotometer. Rata-rata nilai absorban (∆OD
= b) dari suatu pengamatan dicari dengan menggunakan persamaan regresi
(Y=a+bx). Unit aktivitas enzim (UAE) dihitung dengan rumus: UAE = ∆OD x
sumber enzim (ml)/ bobot basah sample (g).
Berdasarkan uji pemacuan pertumbuhan diketahui bahwa terdapat 3
isolat Pseudomonas sp. yang secara signifikan mampu memacu pertumbuhan
kecambah kedelai jika dibandingkan dengan kontrol, yakni Pseudomonas sp.
Crb97, Crb102 dan Crb106. Hasil uji reaksi hipersensitif menunjukan bahwa 8
isolat yakni Pseudomonas sp. Crb102, Crb109, Crb110, Crb111, Crb112, Crb113,
Crb114, dan Crb115 bersifat negatif. Berdasarkan uji aktivitas produksi senyawa
anti bakteri diketahui bahwa isolat Pseudomonas sp. Crb3, Crb17 dan Crb102
tidak menghasilkan senyawa anti bakteri terhadap B. japonicum Bj11.
Aplikasi isolat campuran Pseudomonas sp. Crb3 + B. japonicum Bj11
mampu meningkatkan secara nyata rata-rata berat kering akar dan jumlah bintil
dibandingkan dengan perlakuan tunggal B. japonicum Bj11. Perlakuan campuran
Pseudomonas sp. Crb17 + B. japonicum Bj11 mampu meningkatkan secara nyata
rata-rata berat kering akar dan jumlah bintil dibandingkan dengan perlakuan
tunggal B. japonicum Bj11. Aplikasi campuran isolat Pseudomonas sp. Crb102 +
B. japonicum Bj11 mampu meningkatkan rata-rata berat kering akar dan jumlah
bintil dibandingkan dengan perlakuan tunggal B. japonicum Bj11, tetapi tidak
berbeda nyata. Campuran Pseudomonas sp.Crb3 + R. solani dan campuran
Pseudomonas sp.Crb3 + R. Solani + B. japonicum mampu menekan kejadian
penyakit sebesar 83.33% dibandingkan dengan perlakuan tunggal R. solani.
Tanaman yang diinokulasi dengan Pseudomonas sp. Crb102 tingkat kejadian
penyakitnya 66.67% lebih rendah dibandingkan dengan tanaman yang mendapat
perlakuan tunggal S. rolfsii. Pada tanaman yang mendapat aplikasi Pseudomonas
sp. Crb102 + S. rolfsii + B. japonicum Bj11 hanya mampu menekan kejadaian
penyakit sebesar 50% dibanding dengan tanaman yang mendapat perlakuan
tunggal S. Rolfsii. Perlakuan menggunakan Pseudomonas sp.Crb3+ R. solani + B.
japonicum Bj11dan Pseudomonas sp.Crb3 + R. solani mampu meningkatkan
aktifitas peroksidase dan berbeda nyata dibandingkan dengan perlakuan tunggal
R. solani. Perlakuan menggunakan Pseudomonas sp.Crb17 + F. oxysporum + B.
japonicum Bj11 dan Pseudomonas sp.Crb17 + F. Oxysporum mampu
meningkatkan aktifitas peroksidase tetapi tidak berbeda nyata dibandingkan
dengan perlakuan F. oxysporum. Pada tanaman yang diberi perlakuan campuran
Pseudomonas sp.Crb102 + S. rolfsii + B. japonicum Bj11 atau Pseudomonas
sp.Crb102 + S. rolfsii aktifitas enzim peroksidasenya lebih rendah dibandingkan
dengan tanaman yang hanya mendapat perlakuan tunggal S. rolfsii
Hasil penelitian menunjukan bahwa isolat Pseudomonas sp. Crb3, dan
Crb102 yang diaplikasikan pada tanaman kedelai di rumah kaca dapat
meningkatan berat kering akar dan jumlah bintil serta menekan kejadian
penyakit. Isolat Pseudomonas sp. Crb17 mampu meningkatkan rata-rata berat
kering akar dan jumlah bintil secara signifikan dibandingkan dengan kontrol.
Kata kunci: RPPT, Pseudomonas sp., pengendali hayati, fungi patogen.
© Hak Cipta milik IPB tahun 2008
Hak Cipta dilindungi Undag-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa
mencantumkan atau menyebutkan sumber. Pengutipan hanya untuk
kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan
laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah; Pengutipan tidak
merugikan kepentingan yang wajar IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya
tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB.
Pseudomonas sp. SEBAGAI PEMACU PERTUMBUHAN DAN
PENGENDALI HAYATI FUNGI PATOGEN AKAR
TANAMAN KEDELAI
PARJONO
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Biologi
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008
Judul Penelitian
: Pseudomonas sp. sebagai Pemacu Pertumbuhan
dan Pengendali Hayati Fungi
Patogen
Akar
Tanaman Kedelai.
Nama
: Parjono
NRP
: G 351060021
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Drs. Aris Tri Wahyudi, M.Si
Ketua
Dr. Ir. Abdjad Asih Nawangsih, M.Si
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Biologi
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Dedy Duryadi Solihin, DEA
Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S
Tanggal Ujian: 18 Juli 2008
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala
karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih
dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Agustus 2007 sampai April 2008
ialah Rizobakteri Pemacu Pertumbuhan Tanaman (RPPT), dengan judul
Pseudomonas sp. sebagai Pemacu Pertumbuhan dan Pengendali Hayati Fungi
Patogen Akar Tanaman Kedelai.
Penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang
sebesar-besarnya terutama kepada Pembimbing, yaitu Bapak Dr. Drs. Aris Tri
Wahyudi, M.Si dan Ibu Dr. Ir. Abdjad Asih Nawangsih, M.Si yang telah banyak
memberikan bimbingan dan saran selama penulis menempuh studi S2. Terima
kasih juga penulis sampaikan kepada Dr. Ir. Sugiyanta, M.Si selaku Penguji Luar
Komisi yang telah banyak memberikan koreksi dan arahan untuk perbaikan tesis.
Terima
kasih
yang
sebesar-besarnya
penulis
sampaikan
kepada
Departemen Agama Republik Indonesia yang telah mengadakan program
beasiswa pascasarjana dengan IPB dan Kerjasama Kemitraan Penelitian Pertanian
Perguruan Tinggi (KKP3T) Departemen Pertanian kepada Aris Tri Wahyudi yang
teleh mendanai penelitian ini. Penulis juga mengucapkan banyak terima kasih
kepada Jajaran Pimpinan di Pemerintah Daerah Kabupaten Kebumen, Bapak-Ibu
karyawan/wati MAN 1 Kebumen dan staf Unit Pelaksana Teknik Laboratorium
Biologi
yang telah mendukung dan mengijinkan untuk menyelesaikan studi.
Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Bapak (alm), Ibu,
Bapak/Ibu Mertua, istri, anak-anak dan seluruh keluarga atas doa dan kasih
sayangnya. Tidak lupa kepada rekan-rekan yang tidak dapat saya sebutkan satu
persatu, penulis mengucapkan banyak terima kasih atas bantuan dan
kebersamaannya.
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna, oleh karena
itu kritik dan saran sangat diharapkan. Penulis berharap semoga karya ilmiah ini
bermanfaat bagi pembaca.
Bogor,
Parjono
Juli 2008
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kebumen pada tanggal 8 September 1967 sebagai
anak ketiga dari lima bersaudara pasangan Dasingoen (alm.) dan Soewarsih.
Pendidikan Dasar sampai Menegah Atas diselesaikan di Kebumen. Pendidikan
sarjana ditempuh di Jurusan Biologi pada Institut Keguruan dan Ilmu Pendidikan
(IKIP) Muhammadiyah Purwokerto (sekarang UMP), lulus pada tahun 1992.
Pada tahun 2006, penulis mendapatkan beasiswa dari Departemen Agama
Republik Indonesia untuk melanjutkan studi di Program Studi Biologi pada
Sekolah Pascasarjana IPB.
Penulis bekerja sebagai guru di lingkungan Dinas P dan K Kabupaten
Kebumen sejak tahun 1997 dan di tempatkan di MAN 1 Kebumen. Mata
pelajaran yang diampu ialah biologi.
Pada tanggal 14 Juni 1993 penulis menikah dengan Sukartinah dan
dikaruniai tiga anak, yaitu Mustika Puspitaningtyas (14 tahun), Hita
Kusumawardani (11 tahun) dan Puspa Wulandari (5 tahun).
Pseudomonas sp. SEBAGAI PEMACU PERTUMBUHAN DAN
PENGENDALI HAYATI FUNGI PATOGEN AKAR
TANAMAN KEDELAI
PARJONO
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa tesis Pseudomonas
sp. sebagai Pemacu Pertumbuhan dan Pengendali Hayati Fungi Patogen Akar
Tanaman Kedelai adalah 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 tesis ini.
Bogor, Juli 2008
Parjono
G 351060021
ABSTRACT
PARJONO. Pseudomonas sp. as Growth Promoting and Biological Control
Agents of Pathogenic Fungi of Soybean Root. Under the direction of ARIS
TRI WAHYUDI and ABDJAD ASIH NAWANGSIH.
Plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) are the groups of rootcolonizing isolates from the rhizosphere, which have been shown to promote
plant growth. Some of the rhizobacteria have been used as diseases control agents
and plant growth enhancement. The aim of this study is to examine Pseudomonas
sp. isolated from soybean rhizosphere that are potential as growth promoting of
plant and biocontrol of pathogenic fungi causing root-rot diseases. Fifteen
isolates of Pseudomonas sp. were observed on soybean seedlings as plant growth
promoting and tested for their hypersensitive reaction. Three isolates, i.e.
Pseudomonas sp. Crb97, Crb102, and Crb106 were significantly promote shoot
growth and number of lateral roots. Furthermore 8 isolates (Crb102, Crb109,
Crb110, Crb111, Crb112, Crb113, Crb114, and Crb115) were classified as nonpathogenic. Three isolates (Crb3, Crb17, and Crb102) were categorized as nonpathogenic strains and they did not produce antibacterial compound against
Bradyrhizobium japonicum Bj11. These Pseudomonas sp. isolates Crb3, Crb17,
and Crb102 were subsquently examined to control the phytopathogenic fungi, i.e.
Rhizoctonia solani, Fusarium oxysporum, and Sclerotium rolfsii in the green
house. Pseudomonas sp. Crb3 and Crb102 were able to promote plant growth and
suppress root-rot diseases caused by fungi, significantly. Co-inoculation with B.
japonicum Bj11, Crb3, Crb17, or Crb102 revealed that Pseudomonas sp. Crb3,
Crb17, and Crb102 were able to enhance colonization/nodulation of soybean
plant. Based on the result we suggest Pseudomonas sp. Crb3 and Crb102 can be
recommended as potential strains to promote plant growth and control root-rot
diseases as well as root nodulation promotion of soybean plant.
Key Word : PGPR, Pseudomonas sp, biocontrol, pathogenic fungi.
RINGKASAN
PARJONO. Pseudomonas sp. sebagai Pemacu Pertumbuhan dan
Pengendali Hayati Fungi Patogen Akar Tanaman Kedelai. Dibimbing oleh
ARIS TRI WAHYUDI dan ABDJAD ASIH NAWANGSIH
Pengendalian secara hayati merupakan salah satu alternatif dalam
meningkatkan pertumbuhan tanaman dan produksi kedelai. Rizobakteri pemacu
pertumbuhan tanaman (RPPT) merupakan bakteri rizosfer yang memberikan
pengaruh positif bagi pertumbuhan tanaman untuk pemacuan pertumbuhan
dengan menyediakan nutrisi dan hormon serta dapat bersifat antagonis terhadap
bakteri dan fungi fitopatogen. Salah satu kelompok rizobakteri yang berperan
dalam pemacuan pertumbuhan dan pengendali hayati diantaranya Pseudomonas
sp. Peran rizobakteri dalam meningkatkan pertumbuhan dan produksi kedelai
berhubungan dengan kemampuannya memproduksi hormon,
antibiotik,
siderofor, HCN, enzim, dan memfiksasi nitrogen, serta melarutkan posfat.
Telaah pemacuan pertumbuhan kecambah dilakukan dengan
menginokulasikan suspensi sel Pseudomonas sp. pada kecambah kedelai, setelah
berumur 7 hari diamati dan diukur pertumbuhannya. Patogenisitas RPPT
dideteksi menggunakan uji hipersensitivitas yaitu dengan menginjeksikan isolat
Pseudomonas sp. pada permukaan bawah helaian daun tembakau. Setelah 24-48
jam, diamati adanya bercak nekrosis kecoklatan disekitar tempat injeksi yang
menunjukkan reaksi hipersensitif positif atau isolatnya bersifat patogen. Sifat
antagonis agens pengendali hayati dideteksi menggunakan uji aktivitas produksi
senyawa anti bakteri yaitu dengan menumbuhkan bakteri Pseudomonas sp. pada
media King’s B kemudian kertas saring bulat dicelupkan pada suspensi
Bradyrhizobium japonicum
dan diletakkan pada permukaan cawan berisi
Pseudomonas sp.. Setelah 1-5 hari diamati ada atau tidaknya zona bening
disekitar kertas saring bulat. Uji biokontrol di rumah kaca dilakukan dengan
menanam kedelai yang diberi agens biokontrol dan fungi patogen akar
menggunakan botol Leonard selama 42 hari. Peubah pertumbuhuhan yang
diamati adalah berat kering akar, jumlah bintil, aktivitas enzim peroksidase dan
kejadian penyakit. Kejadian penyakit dihitung berdasarkan jumlah tanaman yang
mati pada waktu panen. Pengukuran aktivitas peroksidase dilakukan pada akar
tanaman kedelai yang berumur 45 hari. Akar dicampur bufer fosfat dan
dihancurkan kemudian disentrifugasi. Supernatan yang diperoleh kemudian
ditambah pirogalol dan H2O2 dan diukur nilai absorbansinya setiap 30 detik
selama 150 detik menggunakan spektrofotometer. Rata-rata nilai absorban (∆OD
= b) dari suatu pengamatan dicari dengan menggunakan persamaan regresi
(Y=a+bx). Unit aktivitas enzim (UAE) dihitung dengan rumus: UAE = ∆OD x
sumber enzim (ml)/ bobot basah sample (g).
Berdasarkan uji pemacuan pertumbuhan diketahui bahwa terdapat 3
isolat Pseudomonas sp. yang secara signifikan mampu memacu pertumbuhan
kecambah kedelai jika dibandingkan dengan kontrol, yakni Pseudomonas sp.
Crb97, Crb102 dan Crb106. Hasil uji reaksi hipersensitif menunjukan bahwa 8
isolat yakni Pseudomonas sp. Crb102, Crb109, Crb110, Crb111, Crb112, Crb113,
Crb114, dan Crb115 bersifat negatif. Berdasarkan uji aktivitas produksi senyawa
anti bakteri diketahui bahwa isolat Pseudomonas sp. Crb3, Crb17 dan Crb102
tidak menghasilkan senyawa anti bakteri terhadap B. japonicum Bj11.
Aplikasi isolat campuran Pseudomonas sp. Crb3 + B. japonicum Bj11
mampu meningkatkan secara nyata rata-rata berat kering akar dan jumlah bintil
dibandingkan dengan perlakuan tunggal B. japonicum Bj11. Perlakuan campuran
Pseudomonas sp. Crb17 + B. japonicum Bj11 mampu meningkatkan secara nyata
rata-rata berat kering akar dan jumlah bintil dibandingkan dengan perlakuan
tunggal B. japonicum Bj11. Aplikasi campuran isolat Pseudomonas sp. Crb102 +
B. japonicum Bj11 mampu meningkatkan rata-rata berat kering akar dan jumlah
bintil dibandingkan dengan perlakuan tunggal B. japonicum Bj11, tetapi tidak
berbeda nyata. Campuran Pseudomonas sp.Crb3 + R. solani dan campuran
Pseudomonas sp.Crb3 + R. Solani + B. japonicum mampu menekan kejadian
penyakit sebesar 83.33% dibandingkan dengan perlakuan tunggal R. solani.
Tanaman yang diinokulasi dengan Pseudomonas sp. Crb102 tingkat kejadian
penyakitnya 66.67% lebih rendah dibandingkan dengan tanaman yang mendapat
perlakuan tunggal S. rolfsii. Pada tanaman yang mendapat aplikasi Pseudomonas
sp. Crb102 + S. rolfsii + B. japonicum Bj11 hanya mampu menekan kejadaian
penyakit sebesar 50% dibanding dengan tanaman yang mendapat perlakuan
tunggal S. Rolfsii. Perlakuan menggunakan Pseudomonas sp.Crb3+ R. solani + B.
japonicum Bj11dan Pseudomonas sp.Crb3 + R. solani mampu meningkatkan
aktifitas peroksidase dan berbeda nyata dibandingkan dengan perlakuan tunggal
R. solani. Perlakuan menggunakan Pseudomonas sp.Crb17 + F. oxysporum + B.
japonicum Bj11 dan Pseudomonas sp.Crb17 + F. Oxysporum mampu
meningkatkan aktifitas peroksidase tetapi tidak berbeda nyata dibandingkan
dengan perlakuan F. oxysporum. Pada tanaman yang diberi perlakuan campuran
Pseudomonas sp.Crb102 + S. rolfsii + B. japonicum Bj11 atau Pseudomonas
sp.Crb102 + S. rolfsii aktifitas enzim peroksidasenya lebih rendah dibandingkan
dengan tanaman yang hanya mendapat perlakuan tunggal S. rolfsii
Hasil penelitian menunjukan bahwa isolat Pseudomonas sp. Crb3, dan
Crb102 yang diaplikasikan pada tanaman kedelai di rumah kaca dapat
meningkatan berat kering akar dan jumlah bintil serta menekan kejadian
penyakit. Isolat Pseudomonas sp. Crb17 mampu meningkatkan rata-rata berat
kering akar dan jumlah bintil secara signifikan dibandingkan dengan kontrol.
Kata kunci: RPPT, Pseudomonas sp., pengendali hayati, fungi patogen.
© Hak Cipta milik IPB tahun 2008
Hak Cipta dilindungi Undag-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa
mencantumkan atau menyebutkan sumber. Pengutipan hanya untuk
kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan
laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah; Pengutipan tidak
merugikan kepentingan yang wajar IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya
tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB.
Pseudomonas sp. SEBAGAI PEMACU PERTUMBUHAN DAN
PENGENDALI HAYATI FUNGI PATOGEN AKAR
TANAMAN KEDELAI
PARJONO
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Biologi
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008
Judul Penelitian
: Pseudomonas sp. sebagai Pemacu Pertumbuhan
dan Pengendali Hayati Fungi
Patogen
Akar
Tanaman Kedelai.
Nama
: Parjono
NRP
: G 351060021
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Drs. Aris Tri Wahyudi, M.Si
Ketua
Dr. Ir. Abdjad Asih Nawangsih, M.Si
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Biologi
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Dedy Duryadi Solihin, DEA
Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S
Tanggal Ujian: 18 Juli 2008
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala
karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih
dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Agustus 2007 sampai April 2008
ialah Rizobakteri Pemacu Pertumbuhan Tanaman (RPPT), dengan judul
Pseudomonas sp. sebagai Pemacu Pertumbuhan dan Pengendali Hayati Fungi
Patogen Akar Tanaman Kedelai.
Penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang
sebesar-besarnya terutama kepada Pembimbing, yaitu Bapak Dr. Drs. Aris Tri
Wahyudi, M.Si dan Ibu Dr. Ir. Abdjad Asih Nawangsih, M.Si yang telah banyak
memberikan bimbingan dan saran selama penulis menempuh studi S2. Terima
kasih juga penulis sampaikan kepada Dr. Ir. Sugiyanta, M.Si selaku Penguji Luar
Komisi yang telah banyak memberikan koreksi dan arahan untuk perbaikan tesis.
Terima
kasih
yang
sebesar-besarnya
penulis
sampaikan
kepada
Departemen Agama Republik Indonesia yang telah mengadakan program
beasiswa pascasarjana dengan IPB dan Kerjasama Kemitraan Penelitian Pertanian
Perguruan Tinggi (KKP3T) Departemen Pertanian kepada Aris Tri Wahyudi yang
teleh mendanai penelitian ini. Penulis juga mengucapkan banyak terima kasih
kepada Jajaran Pimpinan di Pemerintah Daerah Kabupaten Kebumen, Bapak-Ibu
karyawan/wati MAN 1 Kebumen dan staf Unit Pelaksana Teknik Laboratorium
Biologi
yang telah mendukung dan mengijinkan untuk menyelesaikan studi.
Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Bapak (alm), Ibu,
Bapak/Ibu Mertua, istri, anak-anak dan seluruh keluarga atas doa dan kasih
sayangnya. Tidak lupa kepada rekan-rekan yang tidak dapat saya sebutkan satu
persatu, penulis mengucapkan banyak terima kasih atas bantuan dan
kebersamaannya.
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna, oleh karena
itu kritik dan saran sangat diharapkan. Penulis berharap semoga karya ilmiah ini
bermanfaat bagi pembaca.
Bogor,
Parjono
Juli 2008
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kebumen pada tanggal 8 September 1967 sebagai
anak ketiga dari lima bersaudara pasangan Dasingoen (alm.) dan Soewarsih.
Pendidikan Dasar sampai Menegah Atas diselesaikan di Kebumen. Pendidikan
sarjana ditempuh di Jurusan Biologi pada Institut Keguruan dan Ilmu Pendidikan
(IKIP) Muhammadiyah Purwokerto (sekarang UMP), lulus pada tahun 1992.
Pada tahun 2006, penulis mendapatkan beasiswa dari Departemen Agama
Republik Indonesia untuk melanjutkan studi di Program Studi Biologi pada
Sekolah Pascasarjana IPB.
Penulis bekerja sebagai guru di lingkungan Dinas P dan K Kabupaten
Kebumen sejak tahun 1997 dan di tempatkan di MAN 1 Kebumen. Mata
pelajaran yang diampu ialah biologi.
Pada tanggal 14 Juni 1993 penulis menikah dengan Sukartinah dan
dikaruniai tiga anak, yaitu Mustika Puspitaningtyas (14 tahun), Hita
Kusumawardani (11 tahun) dan Puspa Wulandari (5 tahun).
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xiii
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xiv
PENDAHULUAN
Latar Belakang…………………………………………………………. 1
Tujuan………………………………………………………………….. 2
TINJAUAN PUSTAKA
Bakteri Rizosfer Pemacu Pertumbuhan Tanaman……………………...
Rizobakteria Pseudomonas sp………………………………………….
Respon Hipersensitif……………………………………………………
Biokontrol Fitopatogen…………………………………………………
3
4
4
6
BAHAN DAN METODE
Bahan…………………………………………………………………....
Uji Pemacuan Pertumbuhan Kecambah Kedelai……………………….
Uji Hipersensitivitas ……………………………………………………
Uji Aktivitas Produksi Senyawa Anti Bakteri………………………….
Uji Biokontrol pada Tanaman Kedelai di Rumah Kaca………………..
Pengendalian Fungi Patogen Akar...........................................................
Induksi Resistensi Sistemik.....................................................................
13
13
14
15
16
18
19
HASIL
Uji Pemacuan Pertumbuhan Kecambah Kedelai.....................................
Uji Hipersensitivitas … ………………………………………………..
Uji Aktivitas Produksi Senyawa Anti Bakteri………………………….
Uji Biokontrol pada Tanaman Kedelai di Rumah Kaca………………..
Pengendalian Fungi Patogen Akar...........................................................
Induksi Resistensi Sistemik.....................................................................
20
22
22
22
27
27
PEMBAHASAN
Uji Pemacuan Pertumbuhan Kecambah Kedelai.....................................
Uji Hipersensitivitas … ………………………………………………..
Uji Aktivitas Produksi Senyawa Anti Bakteri………………………….
Uji Biokontrol pada Tanaman Kedelai di Rumah Kaca………………..
Pengendalian Fungi Patogen Akar...........................................................
Induksi Resistensi Sistemik.....................................................................
30
30
31
31
32
34
KESIMPULAN DAN SARAN........................................................................... 36
DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................... 37
LAMPIRAN........................................................................................................ 42
DAFTAR TABEL
Halaman
1. Pengaruh inokulasi Pseudomonas sp dalam memacu pertumbuhan batang,
akar, dan jumlah akar lateral kecamabah kedelai.......................................... 20
2. Respon hipersensitif tanaman tembakau terhadap isolat Pseudomonas sp.. 22
3. Pengaruh Pseudomonas sp.Crb3 terhadap berat kering akar dan jumlah
bintil akar...................................................................................................... 23
4. Pengaruh Pseudomonas sp.Crb17 terhadap berat kering akar dan jumlah
bintil akar....................................................................................................... 24
5. Pengaruh Pseudomonas sp.Crb102 terhadap berat kering akar dan jumlah
bintil akar.…………………………………................................................. 25
6. Pengaruh Pseudomonas sp.Crb3 terhadap kejadian penyakit busuk akar
tanaman kedelai ............................................................................................ 27
7. Pengaruh agens biokontrol terhadap unit aktivitas enzim peroksidase pada
akar tanaman kedelai..................................................................................... 29
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1. Pertumbuhan kecambah kedelai yang berumur satu minggu pada tempat
gelap.............................................................................................................. 20
2. Respon tanaman kedelai terhadap Pseudomonas sp. Crb3
dan
B.
japonicum Bj11............................................................................................. 23
3. Respon tanaman kedelai terhadap Pseudomonas sp. Crb17 dan
B.
japonicum Bj11........................................................................................... 24
4. Respon tanaman kedelai terhadap Pseudomonas sp. Crb102
dan
B.
japonicum Bj11............................................................................................. 25
5. Pertumbuhan akar tanaman kedelai pada berbagai perlakuan....................... 26
6. Aktivitas enzim peroksidase pada akar tanaman kedelai yang diberi
perlakuan Pseudomonas sp. dan B. japonicum Bj11................................... 28
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1. Komposisi media dan larutan hara................................................................. 42
2. Tanaman kedelai di rumah kaca..................................................................... 43
xiv
PENDAHULAN
Latar Belakang
Konsumsi kedelai terus meningkat sejalan dengan meningkatnya jumlah
penduduk dimana kedelai merupakan komoditas pangan bagi berbagai lapisan
masyarakat. Selain untuk pangan, kedelai banyak digunakan untuk pakan ternak
dan bahan baku industri. Produksi kedalai nasional belum cukup untuk memenuhi
kebutuhan sendiri sehingga mengimpor kedelai dari luar negeri dengan jumlah
yang cukup besar untuk memenuhi kebutuhan.
Indonesia merupakan negara yang kaya akan biodiversitas, terutama
keanekaan hewan, tanaman, dan mikroba. Keanekaan mikroba ternyata jauh lebih
luas dari pada keanekaan hewan dan tanaman. Hanya karena kurang adanya
paparan yang cukup mengenai dunia mikroba, kebanyakan para pakar ilmu
pengetahuan alam kurang memberi perhatian atau bahkan tidak menyadari
peranan yang luar biasa dari mikroba tersebut terhadap berbagai bidang
kehidupan manusia. Banyak mikroba simbiotik atau nonsimbiotik baik berupa
bakteri ataupun fungi merupakan contoh mikroba yang prospektif di bidang
pertanian.
Kendala utama dalam budidaya tanaman kedelai yang memerlukan
penanganan serius diantaranya adalah adanya ganguan hama dan penyakit. Secara
umum gangguan penyakit menimbulkan efek yang lebih luas karena sistem
penyebarannya yang lebih cepat. Untuk mengatasi gangguan tersebut beberapa
teknik pengendalian dapat dilakukan antara lain pengendalian menggunakan
bahan kimia sintetik, fisik, dan biologi. Penggunaan bahan kimia (fungisida)
sintetik memiliki efek pengendalian yang cepat dan praktis, namun penggunaan
dalam skala luas dapat menimbulkan kerusakan lingkungan. Disamping itu
penggunaannya dalam jangka panjang dapat mengakibatkan patogen menjadi
resisten terhadap pestisida yang digunakan. Sedangkan pengendalian secara fisik
hasilnya masih belum memuaskan terutama untuk patogen-patogen yang
disebabkan oleh mikroba. Pengendalian secara kultur teknis juga belum mampu
mengatasi masalah karena hanya bersifat preventif. Oleh karena itu pengendalian
secara biologi atau pengendalian hayati merupakan salah satu alternatif karena
memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan metode yang lain yaitu
2
efektif dalam mengendalikan penyakit tanaman, tidak menimbulkan dampak
negatif terhadap lingkungan, efektif selama masa hidup tanaman dan beberapa
jenis agens dapat menghasilkan senyawa tertentu yang berfungsi sebagai hormon
tumbuh sehingga memberi manfaat ganda bagi tanaman (Silva et al 2004). Oleh
karena itu usaha untuk menggali potensi mikroba dan meniadakan kendala secara
biologi dalam memproduksi kedelai perlu dilakukan. Salah satu kelompok bakteri
yang berperan dalam pemacuan pertumbuhan dan pengendali hayati ialah
Pseudomonas sp.. Pseudomonas sp. telah banyak diketahui sebagai Rizobakteri
Pemacu Pertumbuhan Tanaman (RPPT) atau Plant Growth Promoting
Rhizobacteria (PGPR) yang hidup disekitar perakaran tanaman, namun informasi
tentang Pseudomonas sp. non-patogenik yang berpotensi sebagai biokontrol
tanaman kedelai belum banyak diketahui. Oleh karena itu perlu untuk mengkaji
dan meneliti lebih jauh tentang peran Pseudomonas sp. yang berpotensi sebagai
pemacu pertumbuhan dan biokontrol fungi patogen akar.
Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk menelaah rizobakteri asal rizosfer kedelai
yaitu Pseudomonas sp. non-patogenik, yang berpotensi sebagai pamacu
pertumbuhan tanaman dan pengendali hayati fungi patogen akar tanaman kedelai
dalam skala rumah kaca.
TINJAUAN PUSTAKA
Bakteri Rizosfer Pemacu Pertumbuhan Tanaman
Mikroorganisme yang berada di dalam tanah atau rizosfer tanaman telah
diketahui memegang peranan penting dalam berbagai proses di dalam tanah yang
secara tidak langsung mempengaruhi pertumbuhan tanaman (Tilak et al. 2005).
Interaksi mikroba dengan tanaman di rizosfer dapat berupa hubungan yang
menguntungkan, netral, atau menggangu pertumbuhan tanaman (Husen 2003).
Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR) atau Rizobakteri Pemacu
Pertumbuhan Tanaman (RPPT) berpotensi meningkatkan produktivitas dan
pertumbuhan tanaman. Terdapat berbagai mekanisme PGPR dalam menstimulasi
pertumbuhan tanaman. Mekanisme ini dikelompokkan menjadi dua yaitu secara
langsung dan tidak langsung. Secara tidak langsung rizobakteri terkait dengan
produksi metabolit seperti antibiotik dan siderofor, yang dapat berfungsi
menurunkan
pertumbuhan fitopatogen. Secara
langsung PGPR
mampu
memproduksi zat pengatur tumbuh dan meningkatkan pengambilan nutrisi oleh
tumbuhan (Kloepper 1993).
Mekanisme RPPT dalam meningkatkan kesehatan/kebugaran tanaman
dapat terjadi melalui 3 cara, yaitu: menekan perkembangan hama/penyakit
(bioprotectant): mempunyai pengaruh langsung pada tanaman dalam menghadapi
hama dan penyakit; memproduksi fitohormon (biostimulant): IAA (Indole Acetic
Acid), sitokinin, giberellin dan penghambat produksi etilen, dapat menambah
luas permukaan akar-akar halus; meningkatkan ketersediaan nutrisi bagi tanaman
(biofertilizer) (Widodo 2006). Rhizobakteri yang baik memiliki sifat : a) Mampu
mendominasi dalam pemanfaatan eksudat yang dikeluarkan, b) Cepat
berkembang biak, c) Mampu mengkolonisasi perakaran (Widodo 1993). Adanya
PGPR dapat memberikan keuntungan melalui berbagai mekanisme antara lain
produksi metabolit sekunder seperti antibiotik, kitinase, β-1,3 glukanase, sianida,
substansi hormon, sebagai agens pengendali biologi melalui kompetisi, induksi
sistem partahanan terhadap patogen, produksi siderofor, pelarut fosfat dan fiksasi
N2 (Glick 1995; Husen 2003).
4
Menurut Kusumadewi (1999) rizobakteri memungkinkan penyediaan
unsur hara tertentu dari lingkungannya yaitu menambat N2 dan mensuplai
ketanaman. Rizobakteri juga mampu menghasilkan siderofor yang dapat
melarutkan dan memisahkan besi dari tanah serta menyediakannya untuk
tanaman. Genus yang banyak diketahui sebagai pemacu pertumbuhan antara lain
Pseudomonas sp., Bacillus sp., dan Rhizobium sp.
Rizobakteri Pseudomonas sp.
Genus Pseudomonas adalah bakteri yang dapat ditemukan pada hampir
semua media alami dan tahan terhadap senyawa yang bersifat menghambat
pertumbuhan bakteri lain sehingga mudah diisolasi. Bakteri ini mampu
mendominasi daerah rizosfer dan berkembang secara cepat, bersifat gram negatif,
motil, aerob/ anaerob fakultatif (Pelczar & Chan 1986). Salah satu bakteri yang
ditemukan secara luas di dalam ekosistem tanah rizosfer adalah Pseudomonas sp.,
yang mampu mendegradasi dan menggunakan sejumlah besar senyawa organik
dan anorganik, berinteraksi dengan tanaman dan berasosiasi dalam rizosfer yang
menguntungkan bidang pertanian (Palleroni & Moore 2004).
Bakteri
Pseudomonas sp. kelompok fluoresen dapat memproduksi IAA, sitokinin,
isopentenyl adenosine, dan zeatin ribose (Salamone et al. 2001). Pseudomonas
sp. banyak dilaporkan sebagai penghasil fitohormon dalam jumlah yang besar
khususnya IAA untuk merangsang pertumbuhan (Watanabe et al. 1987.). IAA
merupakan hormon pertumbuhan kelompok auksin yang berguna untuk
merangsang pertumbuhan tanaman. Auksin berguna untuk meningkatkan
pertumbuhan sel batang, menghambat proses pengguguran daun, merangsang
pembentukan buah, serta merangsang pertumbuhan kambium, dan menghambat
pertumbuhan tunas ketiak (Tjondronegoro et al. 1989). Pseudomonas sp. juga
diketahui memproduksi asam silikat yang mampu mengendalikan tobacco
necrosis virus pada tembakau (Maurhofer et al.1994).
Respon Hipersensitif
Respon hipersensitif merupakan reaksi pertahanan yang cepat dari
tanaman dalam menghadapi patogen yang disertai dengan kematian sel yang
cepat atau nekrosis jaringan di daerah yang diinjeksi dengan bakteri. Respon
5
hipersensitif dibagi menjadi tiga tahap yaitu tahap terinduksi, periode laten dan
kematian sel atau jaringan. Tahap induksi terjadi 1,5-3 jam setelah daun diinjeksi
dengan suspensi bakteri. Pada tahap ini bakteri mengalami multiplikasi yang
dilanjutkan dengan kontak sel dan pengenalan sel bakteri dengan sel tanaman.
Tahap laten 7-10 jam setelah injeksi. Pada tahap ini terjadi peningkatan laju
respirasi, peningkatan permeabilitas membran sel tanaman dan kerusakan
organel-organel sel. Pada kedua tahap ini daun belum menunjukan gejala
nekrotik. Kematian sel merupakan tahap akhir yang terjadi 8-12 jam setelah
injeksi. Pada tahap ini terjadi reaksi antara senyawa fenol yang terdapat dalam
vakuola dengan substansi yang ada di dalam sitoplasma dan terbentuk senyawa
sitolitik. Pada tahap ini mulai terjadi gejala nekrosis (Klement et al. 1990).
Garis pertahanan tumbuhan terhadap infeksi patogen berupa epidermis
tubuh tumbuhan primer, periderm tubuh tumbuhan sekunder dan zat kimia yang
akan meningkat oleh kemampuan tumbuhan yang diwariskan untuk mengenali
patogen tertentu. Patogen dikatakan virulen jika suatu tumbuhan memiliki hanya
sedikit pertahanan spesifik terhadapnya. Pertahanan spesifik terhadap penyakit
didasarkan pada pengenalan gen dengan gen, karena memerlukan suatu
kesesuaian yang tepat antara suatu alel dalam tumbuhan dengan suatu alel pada
patogen. Tumbuhan memiliki banyak gen R (resistensi), dan setiap patogen
memiliki sekumpulan gen Avr (avirulen). Tumbuhan resisten terhadap suatu
patogen jika salah satu dari gen R tumbuhan merupakan alel dominan yang
berhubungan dengan alel dominan Avr pada patogen, dimana yang berinteraksi
merupakan produk dari gen-gen tersebut. Tumbuhan yang terinfeksi dapat
mengeluarkan serangan kimia terlokalisir sebagai tanggapan terhadap sinyal
molekuler yang dibebaskan dari sel yang rusak akibat infeksi tersebut. Jika
patogen bersifat avirulen yang didasarkan pada kesesuaian R-Avr, respon
pertahanan terlokalisir akan lebih hebat dan disebut respon hipersensitif
(Campbell & Reece. 2002). Bentuk pertahanan nekrotik dan hipersensitif
merupakan suatu bentuk pertahanan yang umum terjadi pada interaksi inangnematoda. Kelihatannya jaringan yang mengalami nekrotik akan mengisolasi
parasit obligat dari substansi hidup disekitarnya karena patogen sangat tergantung
pada bahan makanan dari jaringan tersebut, karena kematian sel menyebabkan
6
nematoda juga mati. Lebih cepat sel-sel inang mati setelah infeksi nematoda,
maka tanaman terlihat lebih tahan (Agrios 1997).
Pseudomonas sp. yang berasal dari daerah perakaran mempunyai sifat
yang beragam, dimana terdapat bakteri yang menguntungkan maupun yang
merugikan tanaman itu sendiri. Pseudomonas sp. bersifat menguntungkan karena
mampu menghasilkan zat yang dibutuhkan tanaman dan mampu menekan
kejadian penyakit, bersifat merugikan karena merusak sel-sel tanaman dan
mengeluarkan zat yang bersifat toksik bagi tanaman. Oleh karena itu untuk
mengetahui rizobakteria Pseudomonas sp. bersifat patogen atau nonpatogen perlu
dilakukan uji hipersensitifitas.
Biokontrol Fitopatogen
Biokontrol merupakan kemampuan suatu mikroba untuk menekan
kejadian suatu penyakit tanaman. Interaksi mikroorganisme yang antagonis
terhadap berbagai macam patogen tanaman memiliki peranan penting dalam
keseimbangan mikroorganisme di dalam tanah, serta memberikan kontribusi
sebagai agens biokontrol penyakit tanaman. Biokontrol tanaman bermanfaat
dalam menurunkan dampak buruk pada tanaman akibat penggunaan bahan
kimiawi seperti pestisida. Penggunaan fungisida dapat menyebabkan polusi
lingkungan dan menginduksi resistensi pada patogen. Bahan kimia ini juga dapat
menyebabkan klorosis dan kelayuan pada semaian muda ( Jones 1985).
Ahli patologi tanaman mendefinisikan pengendalian hayati sebagai:
”mengurangi inokulum atau segala aktivitas dari patogen yang dapat
menyebabkan penyakit, sebagai akibat dari satu atau lebih dari suatu organisme
baik secara alami atau dengan memanipulasi lingkungan, inang atau antagonis
atau dengan induksi massa dari satu atau lebih antagonis” (Baker & Cook 1974).
Dalam pengendalian terhadap patogen, efektivitas agens biokontrol sangat
dipengaruhi oleh aplikasi agens, dosis inokulasi dan kontrol mikroba lain. Dosis
inokulasi perbenih harus ditentukan untuk memperoleh kontrol yang cukup
terhadap patogen. Dosis inokulasi yang efektif bervariasi antar jenis agens
biokontrol, namun kisaran yang umum digunakan adalah 107-109 sel bakteri
/benih (Bai et al. 2002). Hal lain yang dapat meningkatkan efektifitas perlakuan
benih dengan agens biokontrol adalah nutrisi bagi mikroba dan kecepatan
7
mikroba menyesuaikan diri. Tidak kalah penting adalah sterilisasi permukaan
benih dengan natrium hipoklorit sebelum aplikasi dengan agens biokontrol. Hal
ini untuk menghindari patogen lain yang dapat berkompetisi dengan agens
biokontrol (Copeland & McDonald 1995).
Pada umumnya pengendalian hayati melibatkan penggunaan cendawan
atau bakteri sebagai agens antagonis untuk mengendalikan patogen tular benih
(seedborne), tular tanah (soilborne), atau tular udara (airborne). Perlakuan ini
semakin populer dengan semakin meningkatnya kepedulian akan keamanan
lingkungan dan kesehatan serta masalah fitotoksisitas sehubungan dengan
penggunaan pestisida yang berlebihan. Pengendalian hayati dapat memberikan
perlindungan selama siklus hidup tanaman (Silva et al. 2004). Pengendalian
hayati juga dilaporkan dapat memacu peningkatan pertumbuhan tanaman yang
pada akhirnya meningkatkan hasil tanaman sebagai akibat dari pengendalian
penyakit jangka panjang (Zhang et al. 2002). Agens biokontrol yang memiliki
kemampuan menghasilkan senyawa antibiotik dapat menghambat pertumbuhan
patogen melalui kontak langsung antara agens dan patogen. Senyawa antibiotik
zwitermisin A yang dikeluarkan oleh B.cereus dilaporkan efektif menghambat
pertumbuhan koloni Phytophthora madicaginis (Silo-Suh et al. 1998).
Mekanisme kompetisi antara agens biokontrol dan patogen umumnya
terjadi karena keterbatasan salah satu faktor yang dibutuhkan untuk pertumbuhan
dan perkembangan agens atau patogen, seperti nutrisi atau unsur hara tertentu.
Kemampuan P. fluorescens memproduksi senyawa siderofor yang mampu
mengkelat besi dalam kondisi lingkungan yang kekurangan Fe mengakibatkan
terhambatnya pertumbuhan patogen karena Fe menjadi tidak tersedia bagi
patogen (Dwivedi & Jori 2003). Agens biokontrol juga mampu memparasit
patogen secara langsung dengan cara mensekresikan enzim ekstraseluler
(kitinase, protease, dan selulose) yang dapat melisis atau mendegradasi dinding
sel patogen sehingga perkembangan patogen menjadi terhambat (Singh et al.
1999). Disamping itu berbagai jenis biokontrol mampu menghasilkan HCN yang
bersifat toksik terhadap sejumlah patogen tanaman (Munif 2001).
Selain sebagai biokontrol untuk pengendalian berbagai patogen yang
menginvasi tanaman. Peran rizobakteri sebagai pemacu pertumbuhan tanaman
merupakan satu sumbangan bioteknologi dalam usaha peningkatan produktivitas
8
tanaman. Berbagai isolat Pseudomonas sp., Azospirillum sp., Azotobacter sp.,
Enterobacter sp., Bacillus sp., dan Serratia sp. diketahui sebagai RPPT. Peran
RPPT dalam meningkatkan pertumbuhan dan produksi tanaman berhubungan
dengan kemampuannya memproduksi hormon tumbuh, memfiksasi nitrogen atau
melarutkan fosfat (Thakuria et al. 2004). Dari hasil penelitian dilaporkan bahwa
senyawa siderofor yang diproduksi oleh P. aeruginosa mampu meningkatkan
biomassa bibit Hydrangea sebesar 30% dibandingkan dengan kontrol (Ryder et
al. 1994).
Pengetahuan tentang pertahanan tanaman sangat cepat berkembang.
Tanaman menggunakan berbagai sistem untuk menghambat, membatasi atau
mencegah pertumbuhan parasit. Semua tanaman mempunyai potensi secara
genetik untuk mekanisme resistensi terhadap cendawan, bakteri, virus, dan
nematoda patogen. Mekanisme tersebut pada tanaman yang resisten cepat terjadi
setelah
patogen
muncul,
sehingga
dapat menghambat atau
mencegah
perkembangan patogen, sebaliknya pada tanaman yang rentan, mekanisme
tersebut lebih lambat terjadi sehingga patogen telah berkembang terlebih dahulu.
Keberhasilan patogen berkembang di dalam inang sangat tergantung dari
pengenalan inang terhadap patogen, suatu interaksi yang kompatibel antara inang
dan patogen akan menyebabkan patogen mampu menekan kemampuan tanaman
untuk menghambat inokulasi berikutnya dari patogen yang tidak kompatibel dan
sebaliknya interaksi yang tidak kompatibel dapat melidungi tanaman dari infeksi
patogen yang kompatibel (Andrew 1996).
Pengendalian agens biokontrol secara tidak langsung terhadap berbagai
patogen yang menginfeksi tanaman terjadi melalui mekanisme induksi resistensi
pada tanaman. Agens biokontrol memiliki kemampuan untuk mengaktifkan
berbagai enzim atau produksi senyawa metabolit sekunder pada tanaman yang
berhubungan dengan pertahanan terhadap infeksi patogen. Resistensi terinduksi
adalah suatu mekanisme yang secara normal berfungsi membatasi pertumbuhan
dan penyebaran patogen dan efektifitas mekanisme ini ditingkatkan oleh infeksi
primer dan agen penginduksi (biotik atau abiotik) berupa mikroorganisme
patogen, non patogen, metabolit mikrob, ekstrak tumbuhan atau senyawa sintetik
seperti asam salisilat (Agrios 1997). Mucharromah & Kuc (1991) melaporkan
9
senyawa kalium fosfat dapat mengiduksi resistensi sistemik tanaman melon
terhadap infeksi cendawan, bakteri, dan virus patogen.
Imunisasi atau induksi resistensi atau resistensi buatan adalah suatu proses
stimulasi resistensi tanaman inang terhadap patogen tanaman tanpa introduksi
gen-gen baru. Teknologi immunisasi atau proteksi silang merupakan salah satu
cara pengendalian penyakit tanaman dengan menstimulasi aktivitas mekanisme
resistensi melalui inokulasi mikroorganisme nonpatogenik atau patogen avirulen
maupun strain hipovirulen serta perlakuan substrat dari mikroorganisme dan
tumbuhan
pestisida
nabati.
Mekanisme
induksi
resistensi (immunisasi)
menyebabkan kondisi fisiologis yang mengatur sistem ketahanan menjadi aktif
atau menstimulasi mekanisme resisten yang dimiliki oleh tanaman. Imunisasi
tidak menghambat pertumbuhan tanaman, bahkan dapat meningkatkan produksi
pada beberapa tanaman meskipun tanpa adanya patogen dan memberikan suatu
cara untuk bertahan terhadap stres lingkungan (Kloepper 1997). Sinyal
penginduksi resisten dapat berupa agens penginduksinya atau sinyal yang
disintetis tanaman akibat adanya agens penginduksi. Sinyal tersebut diproduksi
pada suatu bagian tanaman, namun dapat berperanan pada bagian lainnya.
Transinduksi sinyal dapat ditransfer secara intraseluler sehingga menimbulkan
sistem ketahan tanaman secara sistemik (Mucharromah & Kuc 1991).
Ketahanan sistemik terinduksi (induced systemic resistance [ISR]) pada
dasarnya memiliki kesamaan dengan ketahanan sistemik yang diterima (systemic
acquired resistence[SAR]). Mekanisme ini terjadi sebagai akibat adanya infeksi
oleh patogen sehingga tanaman memberikan respon berupa reaksi-reaksi
pertahanan seperti reaksi hipersensitif yang menyebabkan terjadinya lesio
nekrotik pada daerah terserang. Berbeda dengan SAR, ISR tidak menyebabkan
adanya gejala tampak seperti lesio nekrotik (Compant et al. 2005). Ramamoorthy
et al. (2001) memaparkan bahwa mekanisme ISR terjadi sebagai akibat
perubahan fisiologi tanaman yang kemudian menstimulasi terbentuknya senyawa
kimia yang berguna dalam pertahanan terhadap serangan patogen. Perubahan
fisiologi tersebut dapat berupa modifikasi struktural dinding sel atau perubahan
reaksi biokimia pada tanaman inang. Beberapa faktor yang dapat menyebabkan
adanya induksi ketahanan sistemik oleh bakteri yaitu: 1) adanya sumbangan
lipopolisakarida oleh bakteri; 2) produksi siderofor oleh bakteri; dan 3) produksi
10
asam silsilat, yang dapat terjadi secara langsung oleh bakteri ataupun secara tidak
lansung (Van Loon et al. 1998). Menurut Ouchi (1983) induksi resistensi
tanaman merupakan aktivitas pertahanan tanaman untuk melindungi diri dari
patogen atau hama. Dasar pemikiran dari induksi resistensi adalah bahwa gen
untuk ketahanan atau reaksi pertahanan ada pada semua tanaman. Gen tersebut
tidak diekspresikan sebelum induksi resistensi diberikan, ekspresi ketahanan baru
akan muncul setelah adanya inokulasi challenge ( infeksi susulan) pada waktu
dan lokasi yang berbeda. Reuvani et al. (1997) melaporkan bahwa aktivasi gen
untuk
PENGENDALI HAYATI FUNGI PATOGEN AKAR
TANAMAN KEDELAI
PARJONO
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa tesis Pseudomonas
sp. sebagai Pemacu Pertumbuhan dan Pengendali Hayati Fungi Patogen Akar
Tanaman Kedelai adalah 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 tesis ini.
Bogor, Juli 2008
Parjono
G 351060021
ABSTRACT
PARJONO. Pseudomonas sp. as Growth Promoting and Biological Control
Agents of Pathogenic Fungi of Soybean Root. Under the direction of ARIS
TRI WAHYUDI and ABDJAD ASIH NAWANGSIH.
Plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) are the groups of rootcolonizing isolates from the rhizosphere, which have been shown to promote
plant growth. Some of the rhizobacteria have been used as diseases control agents
and plant growth enhancement. The aim of this study is to examine Pseudomonas
sp. isolated from soybean rhizosphere that are potential as growth promoting of
plant and biocontrol of pathogenic fungi causing root-rot diseases. Fifteen
isolates of Pseudomonas sp. were observed on soybean seedlings as plant growth
promoting and tested for their hypersensitive reaction. Three isolates, i.e.
Pseudomonas sp. Crb97, Crb102, and Crb106 were significantly promote shoot
growth and number of lateral roots. Furthermore 8 isolates (Crb102, Crb109,
Crb110, Crb111, Crb112, Crb113, Crb114, and Crb115) were classified as nonpathogenic. Three isolates (Crb3, Crb17, and Crb102) were categorized as nonpathogenic strains and they did not produce antibacterial compound against
Bradyrhizobium japonicum Bj11. These Pseudomonas sp. isolates Crb3, Crb17,
and Crb102 were subsquently examined to control the phytopathogenic fungi, i.e.
Rhizoctonia solani, Fusarium oxysporum, and Sclerotium rolfsii in the green
house. Pseudomonas sp. Crb3 and Crb102 were able to promote plant growth and
suppress root-rot diseases caused by fungi, significantly. Co-inoculation with B.
japonicum Bj11, Crb3, Crb17, or Crb102 revealed that Pseudomonas sp. Crb3,
Crb17, and Crb102 were able to enhance colonization/nodulation of soybean
plant. Based on the result we suggest Pseudomonas sp. Crb3 and Crb102 can be
recommended as potential strains to promote plant growth and control root-rot
diseases as well as root nodulation promotion of soybean plant.
Key Word : PGPR, Pseudomonas sp, biocontrol, pathogenic fungi.
RINGKASAN
PARJONO. Pseudomonas sp. sebagai Pemacu Pertumbuhan dan
Pengendali Hayati Fungi Patogen Akar Tanaman Kedelai. Dibimbing oleh
ARIS TRI WAHYUDI dan ABDJAD ASIH NAWANGSIH
Pengendalian secara hayati merupakan salah satu alternatif dalam
meningkatkan pertumbuhan tanaman dan produksi kedelai. Rizobakteri pemacu
pertumbuhan tanaman (RPPT) merupakan bakteri rizosfer yang memberikan
pengaruh positif bagi pertumbuhan tanaman untuk pemacuan pertumbuhan
dengan menyediakan nutrisi dan hormon serta dapat bersifat antagonis terhadap
bakteri dan fungi fitopatogen. Salah satu kelompok rizobakteri yang berperan
dalam pemacuan pertumbuhan dan pengendali hayati diantaranya Pseudomonas
sp. Peran rizobakteri dalam meningkatkan pertumbuhan dan produksi kedelai
berhubungan dengan kemampuannya memproduksi hormon,
antibiotik,
siderofor, HCN, enzim, dan memfiksasi nitrogen, serta melarutkan posfat.
Telaah pemacuan pertumbuhan kecambah dilakukan dengan
menginokulasikan suspensi sel Pseudomonas sp. pada kecambah kedelai, setelah
berumur 7 hari diamati dan diukur pertumbuhannya. Patogenisitas RPPT
dideteksi menggunakan uji hipersensitivitas yaitu dengan menginjeksikan isolat
Pseudomonas sp. pada permukaan bawah helaian daun tembakau. Setelah 24-48
jam, diamati adanya bercak nekrosis kecoklatan disekitar tempat injeksi yang
menunjukkan reaksi hipersensitif positif atau isolatnya bersifat patogen. Sifat
antagonis agens pengendali hayati dideteksi menggunakan uji aktivitas produksi
senyawa anti bakteri yaitu dengan menumbuhkan bakteri Pseudomonas sp. pada
media King’s B kemudian kertas saring bulat dicelupkan pada suspensi
Bradyrhizobium japonicum
dan diletakkan pada permukaan cawan berisi
Pseudomonas sp.. Setelah 1-5 hari diamati ada atau tidaknya zona bening
disekitar kertas saring bulat. Uji biokontrol di rumah kaca dilakukan dengan
menanam kedelai yang diberi agens biokontrol dan fungi patogen akar
menggunakan botol Leonard selama 42 hari. Peubah pertumbuhuhan yang
diamati adalah berat kering akar, jumlah bintil, aktivitas enzim peroksidase dan
kejadian penyakit. Kejadian penyakit dihitung berdasarkan jumlah tanaman yang
mati pada waktu panen. Pengukuran aktivitas peroksidase dilakukan pada akar
tanaman kedelai yang berumur 45 hari. Akar dicampur bufer fosfat dan
dihancurkan kemudian disentrifugasi. Supernatan yang diperoleh kemudian
ditambah pirogalol dan H2O2 dan diukur nilai absorbansinya setiap 30 detik
selama 150 detik menggunakan spektrofotometer. Rata-rata nilai absorban (∆OD
= b) dari suatu pengamatan dicari dengan menggunakan persamaan regresi
(Y=a+bx). Unit aktivitas enzim (UAE) dihitung dengan rumus: UAE = ∆OD x
sumber enzim (ml)/ bobot basah sample (g).
Berdasarkan uji pemacuan pertumbuhan diketahui bahwa terdapat 3
isolat Pseudomonas sp. yang secara signifikan mampu memacu pertumbuhan
kecambah kedelai jika dibandingkan dengan kontrol, yakni Pseudomonas sp.
Crb97, Crb102 dan Crb106. Hasil uji reaksi hipersensitif menunjukan bahwa 8
isolat yakni Pseudomonas sp. Crb102, Crb109, Crb110, Crb111, Crb112, Crb113,
Crb114, dan Crb115 bersifat negatif. Berdasarkan uji aktivitas produksi senyawa
anti bakteri diketahui bahwa isolat Pseudomonas sp. Crb3, Crb17 dan Crb102
tidak menghasilkan senyawa anti bakteri terhadap B. japonicum Bj11.
Aplikasi isolat campuran Pseudomonas sp. Crb3 + B. japonicum Bj11
mampu meningkatkan secara nyata rata-rata berat kering akar dan jumlah bintil
dibandingkan dengan perlakuan tunggal B. japonicum Bj11. Perlakuan campuran
Pseudomonas sp. Crb17 + B. japonicum Bj11 mampu meningkatkan secara nyata
rata-rata berat kering akar dan jumlah bintil dibandingkan dengan perlakuan
tunggal B. japonicum Bj11. Aplikasi campuran isolat Pseudomonas sp. Crb102 +
B. japonicum Bj11 mampu meningkatkan rata-rata berat kering akar dan jumlah
bintil dibandingkan dengan perlakuan tunggal B. japonicum Bj11, tetapi tidak
berbeda nyata. Campuran Pseudomonas sp.Crb3 + R. solani dan campuran
Pseudomonas sp.Crb3 + R. Solani + B. japonicum mampu menekan kejadian
penyakit sebesar 83.33% dibandingkan dengan perlakuan tunggal R. solani.
Tanaman yang diinokulasi dengan Pseudomonas sp. Crb102 tingkat kejadian
penyakitnya 66.67% lebih rendah dibandingkan dengan tanaman yang mendapat
perlakuan tunggal S. rolfsii. Pada tanaman yang mendapat aplikasi Pseudomonas
sp. Crb102 + S. rolfsii + B. japonicum Bj11 hanya mampu menekan kejadaian
penyakit sebesar 50% dibanding dengan tanaman yang mendapat perlakuan
tunggal S. Rolfsii. Perlakuan menggunakan Pseudomonas sp.Crb3+ R. solani + B.
japonicum Bj11dan Pseudomonas sp.Crb3 + R. solani mampu meningkatkan
aktifitas peroksidase dan berbeda nyata dibandingkan dengan perlakuan tunggal
R. solani. Perlakuan menggunakan Pseudomonas sp.Crb17 + F. oxysporum + B.
japonicum Bj11 dan Pseudomonas sp.Crb17 + F. Oxysporum mampu
meningkatkan aktifitas peroksidase tetapi tidak berbeda nyata dibandingkan
dengan perlakuan F. oxysporum. Pada tanaman yang diberi perlakuan campuran
Pseudomonas sp.Crb102 + S. rolfsii + B. japonicum Bj11 atau Pseudomonas
sp.Crb102 + S. rolfsii aktifitas enzim peroksidasenya lebih rendah dibandingkan
dengan tanaman yang hanya mendapat perlakuan tunggal S. rolfsii
Hasil penelitian menunjukan bahwa isolat Pseudomonas sp. Crb3, dan
Crb102 yang diaplikasikan pada tanaman kedelai di rumah kaca dapat
meningkatan berat kering akar dan jumlah bintil serta menekan kejadian
penyakit. Isolat Pseudomonas sp. Crb17 mampu meningkatkan rata-rata berat
kering akar dan jumlah bintil secara signifikan dibandingkan dengan kontrol.
Kata kunci: RPPT, Pseudomonas sp., pengendali hayati, fungi patogen.
© Hak Cipta milik IPB tahun 2008
Hak Cipta dilindungi Undag-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa
mencantumkan atau menyebutkan sumber. Pengutipan hanya untuk
kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan
laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah; Pengutipan tidak
merugikan kepentingan yang wajar IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya
tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB.
Pseudomonas sp. SEBAGAI PEMACU PERTUMBUHAN DAN
PENGENDALI HAYATI FUNGI PATOGEN AKAR
TANAMAN KEDELAI
PARJONO
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Biologi
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008
Judul Penelitian
: Pseudomonas sp. sebagai Pemacu Pertumbuhan
dan Pengendali Hayati Fungi
Patogen
Akar
Tanaman Kedelai.
Nama
: Parjono
NRP
: G 351060021
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Drs. Aris Tri Wahyudi, M.Si
Ketua
Dr. Ir. Abdjad Asih Nawangsih, M.Si
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Biologi
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Dedy Duryadi Solihin, DEA
Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S
Tanggal Ujian: 18 Juli 2008
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala
karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih
dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Agustus 2007 sampai April 2008
ialah Rizobakteri Pemacu Pertumbuhan Tanaman (RPPT), dengan judul
Pseudomonas sp. sebagai Pemacu Pertumbuhan dan Pengendali Hayati Fungi
Patogen Akar Tanaman Kedelai.
Penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang
sebesar-besarnya terutama kepada Pembimbing, yaitu Bapak Dr. Drs. Aris Tri
Wahyudi, M.Si dan Ibu Dr. Ir. Abdjad Asih Nawangsih, M.Si yang telah banyak
memberikan bimbingan dan saran selama penulis menempuh studi S2. Terima
kasih juga penulis sampaikan kepada Dr. Ir. Sugiyanta, M.Si selaku Penguji Luar
Komisi yang telah banyak memberikan koreksi dan arahan untuk perbaikan tesis.
Terima
kasih
yang
sebesar-besarnya
penulis
sampaikan
kepada
Departemen Agama Republik Indonesia yang telah mengadakan program
beasiswa pascasarjana dengan IPB dan Kerjasama Kemitraan Penelitian Pertanian
Perguruan Tinggi (KKP3T) Departemen Pertanian kepada Aris Tri Wahyudi yang
teleh mendanai penelitian ini. Penulis juga mengucapkan banyak terima kasih
kepada Jajaran Pimpinan di Pemerintah Daerah Kabupaten Kebumen, Bapak-Ibu
karyawan/wati MAN 1 Kebumen dan staf Unit Pelaksana Teknik Laboratorium
Biologi
yang telah mendukung dan mengijinkan untuk menyelesaikan studi.
Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Bapak (alm), Ibu,
Bapak/Ibu Mertua, istri, anak-anak dan seluruh keluarga atas doa dan kasih
sayangnya. Tidak lupa kepada rekan-rekan yang tidak dapat saya sebutkan satu
persatu, penulis mengucapkan banyak terima kasih atas bantuan dan
kebersamaannya.
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna, oleh karena
itu kritik dan saran sangat diharapkan. Penulis berharap semoga karya ilmiah ini
bermanfaat bagi pembaca.
Bogor,
Parjono
Juli 2008
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kebumen pada tanggal 8 September 1967 sebagai
anak ketiga dari lima bersaudara pasangan Dasingoen (alm.) dan Soewarsih.
Pendidikan Dasar sampai Menegah Atas diselesaikan di Kebumen. Pendidikan
sarjana ditempuh di Jurusan Biologi pada Institut Keguruan dan Ilmu Pendidikan
(IKIP) Muhammadiyah Purwokerto (sekarang UMP), lulus pada tahun 1992.
Pada tahun 2006, penulis mendapatkan beasiswa dari Departemen Agama
Republik Indonesia untuk melanjutkan studi di Program Studi Biologi pada
Sekolah Pascasarjana IPB.
Penulis bekerja sebagai guru di lingkungan Dinas P dan K Kabupaten
Kebumen sejak tahun 1997 dan di tempatkan di MAN 1 Kebumen. Mata
pelajaran yang diampu ialah biologi.
Pada tanggal 14 Juni 1993 penulis menikah dengan Sukartinah dan
dikaruniai tiga anak, yaitu Mustika Puspitaningtyas (14 tahun), Hita
Kusumawardani (11 tahun) dan Puspa Wulandari (5 tahun).
Pseudomonas sp. SEBAGAI PEMACU PERTUMBUHAN DAN
PENGENDALI HAYATI FUNGI PATOGEN AKAR
TANAMAN KEDELAI
PARJONO
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa tesis Pseudomonas
sp. sebagai Pemacu Pertumbuhan dan Pengendali Hayati Fungi Patogen Akar
Tanaman Kedelai adalah 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 tesis ini.
Bogor, Juli 2008
Parjono
G 351060021
ABSTRACT
PARJONO. Pseudomonas sp. as Growth Promoting and Biological Control
Agents of Pathogenic Fungi of Soybean Root. Under the direction of ARIS
TRI WAHYUDI and ABDJAD ASIH NAWANGSIH.
Plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) are the groups of rootcolonizing isolates from the rhizosphere, which have been shown to promote
plant growth. Some of the rhizobacteria have been used as diseases control agents
and plant growth enhancement. The aim of this study is to examine Pseudomonas
sp. isolated from soybean rhizosphere that are potential as growth promoting of
plant and biocontrol of pathogenic fungi causing root-rot diseases. Fifteen
isolates of Pseudomonas sp. were observed on soybean seedlings as plant growth
promoting and tested for their hypersensitive reaction. Three isolates, i.e.
Pseudomonas sp. Crb97, Crb102, and Crb106 were significantly promote shoot
growth and number of lateral roots. Furthermore 8 isolates (Crb102, Crb109,
Crb110, Crb111, Crb112, Crb113, Crb114, and Crb115) were classified as nonpathogenic. Three isolates (Crb3, Crb17, and Crb102) were categorized as nonpathogenic strains and they did not produce antibacterial compound against
Bradyrhizobium japonicum Bj11. These Pseudomonas sp. isolates Crb3, Crb17,
and Crb102 were subsquently examined to control the phytopathogenic fungi, i.e.
Rhizoctonia solani, Fusarium oxysporum, and Sclerotium rolfsii in the green
house. Pseudomonas sp. Crb3 and Crb102 were able to promote plant growth and
suppress root-rot diseases caused by fungi, significantly. Co-inoculation with B.
japonicum Bj11, Crb3, Crb17, or Crb102 revealed that Pseudomonas sp. Crb3,
Crb17, and Crb102 were able to enhance colonization/nodulation of soybean
plant. Based on the result we suggest Pseudomonas sp. Crb3 and Crb102 can be
recommended as potential strains to promote plant growth and control root-rot
diseases as well as root nodulation promotion of soybean plant.
Key Word : PGPR, Pseudomonas sp, biocontrol, pathogenic fungi.
RINGKASAN
PARJONO. Pseudomonas sp. sebagai Pemacu Pertumbuhan dan
Pengendali Hayati Fungi Patogen Akar Tanaman Kedelai. Dibimbing oleh
ARIS TRI WAHYUDI dan ABDJAD ASIH NAWANGSIH
Pengendalian secara hayati merupakan salah satu alternatif dalam
meningkatkan pertumbuhan tanaman dan produksi kedelai. Rizobakteri pemacu
pertumbuhan tanaman (RPPT) merupakan bakteri rizosfer yang memberikan
pengaruh positif bagi pertumbuhan tanaman untuk pemacuan pertumbuhan
dengan menyediakan nutrisi dan hormon serta dapat bersifat antagonis terhadap
bakteri dan fungi fitopatogen. Salah satu kelompok rizobakteri yang berperan
dalam pemacuan pertumbuhan dan pengendali hayati diantaranya Pseudomonas
sp. Peran rizobakteri dalam meningkatkan pertumbuhan dan produksi kedelai
berhubungan dengan kemampuannya memproduksi hormon,
antibiotik,
siderofor, HCN, enzim, dan memfiksasi nitrogen, serta melarutkan posfat.
Telaah pemacuan pertumbuhan kecambah dilakukan dengan
menginokulasikan suspensi sel Pseudomonas sp. pada kecambah kedelai, setelah
berumur 7 hari diamati dan diukur pertumbuhannya. Patogenisitas RPPT
dideteksi menggunakan uji hipersensitivitas yaitu dengan menginjeksikan isolat
Pseudomonas sp. pada permukaan bawah helaian daun tembakau. Setelah 24-48
jam, diamati adanya bercak nekrosis kecoklatan disekitar tempat injeksi yang
menunjukkan reaksi hipersensitif positif atau isolatnya bersifat patogen. Sifat
antagonis agens pengendali hayati dideteksi menggunakan uji aktivitas produksi
senyawa anti bakteri yaitu dengan menumbuhkan bakteri Pseudomonas sp. pada
media King’s B kemudian kertas saring bulat dicelupkan pada suspensi
Bradyrhizobium japonicum
dan diletakkan pada permukaan cawan berisi
Pseudomonas sp.. Setelah 1-5 hari diamati ada atau tidaknya zona bening
disekitar kertas saring bulat. Uji biokontrol di rumah kaca dilakukan dengan
menanam kedelai yang diberi agens biokontrol dan fungi patogen akar
menggunakan botol Leonard selama 42 hari. Peubah pertumbuhuhan yang
diamati adalah berat kering akar, jumlah bintil, aktivitas enzim peroksidase dan
kejadian penyakit. Kejadian penyakit dihitung berdasarkan jumlah tanaman yang
mati pada waktu panen. Pengukuran aktivitas peroksidase dilakukan pada akar
tanaman kedelai yang berumur 45 hari. Akar dicampur bufer fosfat dan
dihancurkan kemudian disentrifugasi. Supernatan yang diperoleh kemudian
ditambah pirogalol dan H2O2 dan diukur nilai absorbansinya setiap 30 detik
selama 150 detik menggunakan spektrofotometer. Rata-rata nilai absorban (∆OD
= b) dari suatu pengamatan dicari dengan menggunakan persamaan regresi
(Y=a+bx). Unit aktivitas enzim (UAE) dihitung dengan rumus: UAE = ∆OD x
sumber enzim (ml)/ bobot basah sample (g).
Berdasarkan uji pemacuan pertumbuhan diketahui bahwa terdapat 3
isolat Pseudomonas sp. yang secara signifikan mampu memacu pertumbuhan
kecambah kedelai jika dibandingkan dengan kontrol, yakni Pseudomonas sp.
Crb97, Crb102 dan Crb106. Hasil uji reaksi hipersensitif menunjukan bahwa 8
isolat yakni Pseudomonas sp. Crb102, Crb109, Crb110, Crb111, Crb112, Crb113,
Crb114, dan Crb115 bersifat negatif. Berdasarkan uji aktivitas produksi senyawa
anti bakteri diketahui bahwa isolat Pseudomonas sp. Crb3, Crb17 dan Crb102
tidak menghasilkan senyawa anti bakteri terhadap B. japonicum Bj11.
Aplikasi isolat campuran Pseudomonas sp. Crb3 + B. japonicum Bj11
mampu meningkatkan secara nyata rata-rata berat kering akar dan jumlah bintil
dibandingkan dengan perlakuan tunggal B. japonicum Bj11. Perlakuan campuran
Pseudomonas sp. Crb17 + B. japonicum Bj11 mampu meningkatkan secara nyata
rata-rata berat kering akar dan jumlah bintil dibandingkan dengan perlakuan
tunggal B. japonicum Bj11. Aplikasi campuran isolat Pseudomonas sp. Crb102 +
B. japonicum Bj11 mampu meningkatkan rata-rata berat kering akar dan jumlah
bintil dibandingkan dengan perlakuan tunggal B. japonicum Bj11, tetapi tidak
berbeda nyata. Campuran Pseudomonas sp.Crb3 + R. solani dan campuran
Pseudomonas sp.Crb3 + R. Solani + B. japonicum mampu menekan kejadian
penyakit sebesar 83.33% dibandingkan dengan perlakuan tunggal R. solani.
Tanaman yang diinokulasi dengan Pseudomonas sp. Crb102 tingkat kejadian
penyakitnya 66.67% lebih rendah dibandingkan dengan tanaman yang mendapat
perlakuan tunggal S. rolfsii. Pada tanaman yang mendapat aplikasi Pseudomonas
sp. Crb102 + S. rolfsii + B. japonicum Bj11 hanya mampu menekan kejadaian
penyakit sebesar 50% dibanding dengan tanaman yang mendapat perlakuan
tunggal S. Rolfsii. Perlakuan menggunakan Pseudomonas sp.Crb3+ R. solani + B.
japonicum Bj11dan Pseudomonas sp.Crb3 + R. solani mampu meningkatkan
aktifitas peroksidase dan berbeda nyata dibandingkan dengan perlakuan tunggal
R. solani. Perlakuan menggunakan Pseudomonas sp.Crb17 + F. oxysporum + B.
japonicum Bj11 dan Pseudomonas sp.Crb17 + F. Oxysporum mampu
meningkatkan aktifitas peroksidase tetapi tidak berbeda nyata dibandingkan
dengan perlakuan F. oxysporum. Pada tanaman yang diberi perlakuan campuran
Pseudomonas sp.Crb102 + S. rolfsii + B. japonicum Bj11 atau Pseudomonas
sp.Crb102 + S. rolfsii aktifitas enzim peroksidasenya lebih rendah dibandingkan
dengan tanaman yang hanya mendapat perlakuan tunggal S. rolfsii
Hasil penelitian menunjukan bahwa isolat Pseudomonas sp. Crb3, dan
Crb102 yang diaplikasikan pada tanaman kedelai di rumah kaca dapat
meningkatan berat kering akar dan jumlah bintil serta menekan kejadian
penyakit. Isolat Pseudomonas sp. Crb17 mampu meningkatkan rata-rata berat
kering akar dan jumlah bintil secara signifikan dibandingkan dengan kontrol.
Kata kunci: RPPT, Pseudomonas sp., pengendali hayati, fungi patogen.
© Hak Cipta milik IPB tahun 2008
Hak Cipta dilindungi Undag-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa
mencantumkan atau menyebutkan sumber. Pengutipan hanya untuk
kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan
laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah; Pengutipan tidak
merugikan kepentingan yang wajar IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya
tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB.
Pseudomonas sp. SEBAGAI PEMACU PERTUMBUHAN DAN
PENGENDALI HAYATI FUNGI PATOGEN AKAR
TANAMAN KEDELAI
PARJONO
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Biologi
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008
Judul Penelitian
: Pseudomonas sp. sebagai Pemacu Pertumbuhan
dan Pengendali Hayati Fungi
Patogen
Akar
Tanaman Kedelai.
Nama
: Parjono
NRP
: G 351060021
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Drs. Aris Tri Wahyudi, M.Si
Ketua
Dr. Ir. Abdjad Asih Nawangsih, M.Si
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Biologi
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Dedy Duryadi Solihin, DEA
Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S
Tanggal Ujian: 18 Juli 2008
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala
karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih
dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Agustus 2007 sampai April 2008
ialah Rizobakteri Pemacu Pertumbuhan Tanaman (RPPT), dengan judul
Pseudomonas sp. sebagai Pemacu Pertumbuhan dan Pengendali Hayati Fungi
Patogen Akar Tanaman Kedelai.
Penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang
sebesar-besarnya terutama kepada Pembimbing, yaitu Bapak Dr. Drs. Aris Tri
Wahyudi, M.Si dan Ibu Dr. Ir. Abdjad Asih Nawangsih, M.Si yang telah banyak
memberikan bimbingan dan saran selama penulis menempuh studi S2. Terima
kasih juga penulis sampaikan kepada Dr. Ir. Sugiyanta, M.Si selaku Penguji Luar
Komisi yang telah banyak memberikan koreksi dan arahan untuk perbaikan tesis.
Terima
kasih
yang
sebesar-besarnya
penulis
sampaikan
kepada
Departemen Agama Republik Indonesia yang telah mengadakan program
beasiswa pascasarjana dengan IPB dan Kerjasama Kemitraan Penelitian Pertanian
Perguruan Tinggi (KKP3T) Departemen Pertanian kepada Aris Tri Wahyudi yang
teleh mendanai penelitian ini. Penulis juga mengucapkan banyak terima kasih
kepada Jajaran Pimpinan di Pemerintah Daerah Kabupaten Kebumen, Bapak-Ibu
karyawan/wati MAN 1 Kebumen dan staf Unit Pelaksana Teknik Laboratorium
Biologi
yang telah mendukung dan mengijinkan untuk menyelesaikan studi.
Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Bapak (alm), Ibu,
Bapak/Ibu Mertua, istri, anak-anak dan seluruh keluarga atas doa dan kasih
sayangnya. Tidak lupa kepada rekan-rekan yang tidak dapat saya sebutkan satu
persatu, penulis mengucapkan banyak terima kasih atas bantuan dan
kebersamaannya.
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna, oleh karena
itu kritik dan saran sangat diharapkan. Penulis berharap semoga karya ilmiah ini
bermanfaat bagi pembaca.
Bogor,
Parjono
Juli 2008
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kebumen pada tanggal 8 September 1967 sebagai
anak ketiga dari lima bersaudara pasangan Dasingoen (alm.) dan Soewarsih.
Pendidikan Dasar sampai Menegah Atas diselesaikan di Kebumen. Pendidikan
sarjana ditempuh di Jurusan Biologi pada Institut Keguruan dan Ilmu Pendidikan
(IKIP) Muhammadiyah Purwokerto (sekarang UMP), lulus pada tahun 1992.
Pada tahun 2006, penulis mendapatkan beasiswa dari Departemen Agama
Republik Indonesia untuk melanjutkan studi di Program Studi Biologi pada
Sekolah Pascasarjana IPB.
Penulis bekerja sebagai guru di lingkungan Dinas P dan K Kabupaten
Kebumen sejak tahun 1997 dan di tempatkan di MAN 1 Kebumen. Mata
pelajaran yang diampu ialah biologi.
Pada tanggal 14 Juni 1993 penulis menikah dengan Sukartinah dan
dikaruniai tiga anak, yaitu Mustika Puspitaningtyas (14 tahun), Hita
Kusumawardani (11 tahun) dan Puspa Wulandari (5 tahun).
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xiii
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xiv
PENDAHULUAN
Latar Belakang…………………………………………………………. 1
Tujuan………………………………………………………………….. 2
TINJAUAN PUSTAKA
Bakteri Rizosfer Pemacu Pertumbuhan Tanaman……………………...
Rizobakteria Pseudomonas sp………………………………………….
Respon Hipersensitif……………………………………………………
Biokontrol Fitopatogen…………………………………………………
3
4
4
6
BAHAN DAN METODE
Bahan…………………………………………………………………....
Uji Pemacuan Pertumbuhan Kecambah Kedelai……………………….
Uji Hipersensitivitas ……………………………………………………
Uji Aktivitas Produksi Senyawa Anti Bakteri………………………….
Uji Biokontrol pada Tanaman Kedelai di Rumah Kaca………………..
Pengendalian Fungi Patogen Akar...........................................................
Induksi Resistensi Sistemik.....................................................................
13
13
14
15
16
18
19
HASIL
Uji Pemacuan Pertumbuhan Kecambah Kedelai.....................................
Uji Hipersensitivitas … ………………………………………………..
Uji Aktivitas Produksi Senyawa Anti Bakteri………………………….
Uji Biokontrol pada Tanaman Kedelai di Rumah Kaca………………..
Pengendalian Fungi Patogen Akar...........................................................
Induksi Resistensi Sistemik.....................................................................
20
22
22
22
27
27
PEMBAHASAN
Uji Pemacuan Pertumbuhan Kecambah Kedelai.....................................
Uji Hipersensitivitas … ………………………………………………..
Uji Aktivitas Produksi Senyawa Anti Bakteri………………………….
Uji Biokontrol pada Tanaman Kedelai di Rumah Kaca………………..
Pengendalian Fungi Patogen Akar...........................................................
Induksi Resistensi Sistemik.....................................................................
30
30
31
31
32
34
KESIMPULAN DAN SARAN........................................................................... 36
DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................... 37
LAMPIRAN........................................................................................................ 42
DAFTAR TABEL
Halaman
1. Pengaruh inokulasi Pseudomonas sp dalam memacu pertumbuhan batang,
akar, dan jumlah akar lateral kecamabah kedelai.......................................... 20
2. Respon hipersensitif tanaman tembakau terhadap isolat Pseudomonas sp.. 22
3. Pengaruh Pseudomonas sp.Crb3 terhadap berat kering akar dan jumlah
bintil akar...................................................................................................... 23
4. Pengaruh Pseudomonas sp.Crb17 terhadap berat kering akar dan jumlah
bintil akar....................................................................................................... 24
5. Pengaruh Pseudomonas sp.Crb102 terhadap berat kering akar dan jumlah
bintil akar.…………………………………................................................. 25
6. Pengaruh Pseudomonas sp.Crb3 terhadap kejadian penyakit busuk akar
tanaman kedelai ............................................................................................ 27
7. Pengaruh agens biokontrol terhadap unit aktivitas enzim peroksidase pada
akar tanaman kedelai..................................................................................... 29
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1. Pertumbuhan kecambah kedelai yang berumur satu minggu pada tempat
gelap.............................................................................................................. 20
2. Respon tanaman kedelai terhadap Pseudomonas sp. Crb3
dan
B.
japonicum Bj11............................................................................................. 23
3. Respon tanaman kedelai terhadap Pseudomonas sp. Crb17 dan
B.
japonicum Bj11........................................................................................... 24
4. Respon tanaman kedelai terhadap Pseudomonas sp. Crb102
dan
B.
japonicum Bj11............................................................................................. 25
5. Pertumbuhan akar tanaman kedelai pada berbagai perlakuan....................... 26
6. Aktivitas enzim peroksidase pada akar tanaman kedelai yang diberi
perlakuan Pseudomonas sp. dan B. japonicum Bj11................................... 28
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1. Komposisi media dan larutan hara................................................................. 42
2. Tanaman kedelai di rumah kaca..................................................................... 43
xiv
PENDAHULAN
Latar Belakang
Konsumsi kedelai terus meningkat sejalan dengan meningkatnya jumlah
penduduk dimana kedelai merupakan komoditas pangan bagi berbagai lapisan
masyarakat. Selain untuk pangan, kedelai banyak digunakan untuk pakan ternak
dan bahan baku industri. Produksi kedalai nasional belum cukup untuk memenuhi
kebutuhan sendiri sehingga mengimpor kedelai dari luar negeri dengan jumlah
yang cukup besar untuk memenuhi kebutuhan.
Indonesia merupakan negara yang kaya akan biodiversitas, terutama
keanekaan hewan, tanaman, dan mikroba. Keanekaan mikroba ternyata jauh lebih
luas dari pada keanekaan hewan dan tanaman. Hanya karena kurang adanya
paparan yang cukup mengenai dunia mikroba, kebanyakan para pakar ilmu
pengetahuan alam kurang memberi perhatian atau bahkan tidak menyadari
peranan yang luar biasa dari mikroba tersebut terhadap berbagai bidang
kehidupan manusia. Banyak mikroba simbiotik atau nonsimbiotik baik berupa
bakteri ataupun fungi merupakan contoh mikroba yang prospektif di bidang
pertanian.
Kendala utama dalam budidaya tanaman kedelai yang memerlukan
penanganan serius diantaranya adalah adanya ganguan hama dan penyakit. Secara
umum gangguan penyakit menimbulkan efek yang lebih luas karena sistem
penyebarannya yang lebih cepat. Untuk mengatasi gangguan tersebut beberapa
teknik pengendalian dapat dilakukan antara lain pengendalian menggunakan
bahan kimia sintetik, fisik, dan biologi. Penggunaan bahan kimia (fungisida)
sintetik memiliki efek pengendalian yang cepat dan praktis, namun penggunaan
dalam skala luas dapat menimbulkan kerusakan lingkungan. Disamping itu
penggunaannya dalam jangka panjang dapat mengakibatkan patogen menjadi
resisten terhadap pestisida yang digunakan. Sedangkan pengendalian secara fisik
hasilnya masih belum memuaskan terutama untuk patogen-patogen yang
disebabkan oleh mikroba. Pengendalian secara kultur teknis juga belum mampu
mengatasi masalah karena hanya bersifat preventif. Oleh karena itu pengendalian
secara biologi atau pengendalian hayati merupakan salah satu alternatif karena
memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan metode yang lain yaitu
2
efektif dalam mengendalikan penyakit tanaman, tidak menimbulkan dampak
negatif terhadap lingkungan, efektif selama masa hidup tanaman dan beberapa
jenis agens dapat menghasilkan senyawa tertentu yang berfungsi sebagai hormon
tumbuh sehingga memberi manfaat ganda bagi tanaman (Silva et al 2004). Oleh
karena itu usaha untuk menggali potensi mikroba dan meniadakan kendala secara
biologi dalam memproduksi kedelai perlu dilakukan. Salah satu kelompok bakteri
yang berperan dalam pemacuan pertumbuhan dan pengendali hayati ialah
Pseudomonas sp.. Pseudomonas sp. telah banyak diketahui sebagai Rizobakteri
Pemacu Pertumbuhan Tanaman (RPPT) atau Plant Growth Promoting
Rhizobacteria (PGPR) yang hidup disekitar perakaran tanaman, namun informasi
tentang Pseudomonas sp. non-patogenik yang berpotensi sebagai biokontrol
tanaman kedelai belum banyak diketahui. Oleh karena itu perlu untuk mengkaji
dan meneliti lebih jauh tentang peran Pseudomonas sp. yang berpotensi sebagai
pemacu pertumbuhan dan biokontrol fungi patogen akar.
Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk menelaah rizobakteri asal rizosfer kedelai
yaitu Pseudomonas sp. non-patogenik, yang berpotensi sebagai pamacu
pertumbuhan tanaman dan pengendali hayati fungi patogen akar tanaman kedelai
dalam skala rumah kaca.
TINJAUAN PUSTAKA
Bakteri Rizosfer Pemacu Pertumbuhan Tanaman
Mikroorganisme yang berada di dalam tanah atau rizosfer tanaman telah
diketahui memegang peranan penting dalam berbagai proses di dalam tanah yang
secara tidak langsung mempengaruhi pertumbuhan tanaman (Tilak et al. 2005).
Interaksi mikroba dengan tanaman di rizosfer dapat berupa hubungan yang
menguntungkan, netral, atau menggangu pertumbuhan tanaman (Husen 2003).
Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR) atau Rizobakteri Pemacu
Pertumbuhan Tanaman (RPPT) berpotensi meningkatkan produktivitas dan
pertumbuhan tanaman. Terdapat berbagai mekanisme PGPR dalam menstimulasi
pertumbuhan tanaman. Mekanisme ini dikelompokkan menjadi dua yaitu secara
langsung dan tidak langsung. Secara tidak langsung rizobakteri terkait dengan
produksi metabolit seperti antibiotik dan siderofor, yang dapat berfungsi
menurunkan
pertumbuhan fitopatogen. Secara
langsung PGPR
mampu
memproduksi zat pengatur tumbuh dan meningkatkan pengambilan nutrisi oleh
tumbuhan (Kloepper 1993).
Mekanisme RPPT dalam meningkatkan kesehatan/kebugaran tanaman
dapat terjadi melalui 3 cara, yaitu: menekan perkembangan hama/penyakit
(bioprotectant): mempunyai pengaruh langsung pada tanaman dalam menghadapi
hama dan penyakit; memproduksi fitohormon (biostimulant): IAA (Indole Acetic
Acid), sitokinin, giberellin dan penghambat produksi etilen, dapat menambah
luas permukaan akar-akar halus; meningkatkan ketersediaan nutrisi bagi tanaman
(biofertilizer) (Widodo 2006). Rhizobakteri yang baik memiliki sifat : a) Mampu
mendominasi dalam pemanfaatan eksudat yang dikeluarkan, b) Cepat
berkembang biak, c) Mampu mengkolonisasi perakaran (Widodo 1993). Adanya
PGPR dapat memberikan keuntungan melalui berbagai mekanisme antara lain
produksi metabolit sekunder seperti antibiotik, kitinase, β-1,3 glukanase, sianida,
substansi hormon, sebagai agens pengendali biologi melalui kompetisi, induksi
sistem partahanan terhadap patogen, produksi siderofor, pelarut fosfat dan fiksasi
N2 (Glick 1995; Husen 2003).
4
Menurut Kusumadewi (1999) rizobakteri memungkinkan penyediaan
unsur hara tertentu dari lingkungannya yaitu menambat N2 dan mensuplai
ketanaman. Rizobakteri juga mampu menghasilkan siderofor yang dapat
melarutkan dan memisahkan besi dari tanah serta menyediakannya untuk
tanaman. Genus yang banyak diketahui sebagai pemacu pertumbuhan antara lain
Pseudomonas sp., Bacillus sp., dan Rhizobium sp.
Rizobakteri Pseudomonas sp.
Genus Pseudomonas adalah bakteri yang dapat ditemukan pada hampir
semua media alami dan tahan terhadap senyawa yang bersifat menghambat
pertumbuhan bakteri lain sehingga mudah diisolasi. Bakteri ini mampu
mendominasi daerah rizosfer dan berkembang secara cepat, bersifat gram negatif,
motil, aerob/ anaerob fakultatif (Pelczar & Chan 1986). Salah satu bakteri yang
ditemukan secara luas di dalam ekosistem tanah rizosfer adalah Pseudomonas sp.,
yang mampu mendegradasi dan menggunakan sejumlah besar senyawa organik
dan anorganik, berinteraksi dengan tanaman dan berasosiasi dalam rizosfer yang
menguntungkan bidang pertanian (Palleroni & Moore 2004).
Bakteri
Pseudomonas sp. kelompok fluoresen dapat memproduksi IAA, sitokinin,
isopentenyl adenosine, dan zeatin ribose (Salamone et al. 2001). Pseudomonas
sp. banyak dilaporkan sebagai penghasil fitohormon dalam jumlah yang besar
khususnya IAA untuk merangsang pertumbuhan (Watanabe et al. 1987.). IAA
merupakan hormon pertumbuhan kelompok auksin yang berguna untuk
merangsang pertumbuhan tanaman. Auksin berguna untuk meningkatkan
pertumbuhan sel batang, menghambat proses pengguguran daun, merangsang
pembentukan buah, serta merangsang pertumbuhan kambium, dan menghambat
pertumbuhan tunas ketiak (Tjondronegoro et al. 1989). Pseudomonas sp. juga
diketahui memproduksi asam silikat yang mampu mengendalikan tobacco
necrosis virus pada tembakau (Maurhofer et al.1994).
Respon Hipersensitif
Respon hipersensitif merupakan reaksi pertahanan yang cepat dari
tanaman dalam menghadapi patogen yang disertai dengan kematian sel yang
cepat atau nekrosis jaringan di daerah yang diinjeksi dengan bakteri. Respon
5
hipersensitif dibagi menjadi tiga tahap yaitu tahap terinduksi, periode laten dan
kematian sel atau jaringan. Tahap induksi terjadi 1,5-3 jam setelah daun diinjeksi
dengan suspensi bakteri. Pada tahap ini bakteri mengalami multiplikasi yang
dilanjutkan dengan kontak sel dan pengenalan sel bakteri dengan sel tanaman.
Tahap laten 7-10 jam setelah injeksi. Pada tahap ini terjadi peningkatan laju
respirasi, peningkatan permeabilitas membran sel tanaman dan kerusakan
organel-organel sel. Pada kedua tahap ini daun belum menunjukan gejala
nekrotik. Kematian sel merupakan tahap akhir yang terjadi 8-12 jam setelah
injeksi. Pada tahap ini terjadi reaksi antara senyawa fenol yang terdapat dalam
vakuola dengan substansi yang ada di dalam sitoplasma dan terbentuk senyawa
sitolitik. Pada tahap ini mulai terjadi gejala nekrosis (Klement et al. 1990).
Garis pertahanan tumbuhan terhadap infeksi patogen berupa epidermis
tubuh tumbuhan primer, periderm tubuh tumbuhan sekunder dan zat kimia yang
akan meningkat oleh kemampuan tumbuhan yang diwariskan untuk mengenali
patogen tertentu. Patogen dikatakan virulen jika suatu tumbuhan memiliki hanya
sedikit pertahanan spesifik terhadapnya. Pertahanan spesifik terhadap penyakit
didasarkan pada pengenalan gen dengan gen, karena memerlukan suatu
kesesuaian yang tepat antara suatu alel dalam tumbuhan dengan suatu alel pada
patogen. Tumbuhan memiliki banyak gen R (resistensi), dan setiap patogen
memiliki sekumpulan gen Avr (avirulen). Tumbuhan resisten terhadap suatu
patogen jika salah satu dari gen R tumbuhan merupakan alel dominan yang
berhubungan dengan alel dominan Avr pada patogen, dimana yang berinteraksi
merupakan produk dari gen-gen tersebut. Tumbuhan yang terinfeksi dapat
mengeluarkan serangan kimia terlokalisir sebagai tanggapan terhadap sinyal
molekuler yang dibebaskan dari sel yang rusak akibat infeksi tersebut. Jika
patogen bersifat avirulen yang didasarkan pada kesesuaian R-Avr, respon
pertahanan terlokalisir akan lebih hebat dan disebut respon hipersensitif
(Campbell & Reece. 2002). Bentuk pertahanan nekrotik dan hipersensitif
merupakan suatu bentuk pertahanan yang umum terjadi pada interaksi inangnematoda. Kelihatannya jaringan yang mengalami nekrotik akan mengisolasi
parasit obligat dari substansi hidup disekitarnya karena patogen sangat tergantung
pada bahan makanan dari jaringan tersebut, karena kematian sel menyebabkan
6
nematoda juga mati. Lebih cepat sel-sel inang mati setelah infeksi nematoda,
maka tanaman terlihat lebih tahan (Agrios 1997).
Pseudomonas sp. yang berasal dari daerah perakaran mempunyai sifat
yang beragam, dimana terdapat bakteri yang menguntungkan maupun yang
merugikan tanaman itu sendiri. Pseudomonas sp. bersifat menguntungkan karena
mampu menghasilkan zat yang dibutuhkan tanaman dan mampu menekan
kejadian penyakit, bersifat merugikan karena merusak sel-sel tanaman dan
mengeluarkan zat yang bersifat toksik bagi tanaman. Oleh karena itu untuk
mengetahui rizobakteria Pseudomonas sp. bersifat patogen atau nonpatogen perlu
dilakukan uji hipersensitifitas.
Biokontrol Fitopatogen
Biokontrol merupakan kemampuan suatu mikroba untuk menekan
kejadian suatu penyakit tanaman. Interaksi mikroorganisme yang antagonis
terhadap berbagai macam patogen tanaman memiliki peranan penting dalam
keseimbangan mikroorganisme di dalam tanah, serta memberikan kontribusi
sebagai agens biokontrol penyakit tanaman. Biokontrol tanaman bermanfaat
dalam menurunkan dampak buruk pada tanaman akibat penggunaan bahan
kimiawi seperti pestisida. Penggunaan fungisida dapat menyebabkan polusi
lingkungan dan menginduksi resistensi pada patogen. Bahan kimia ini juga dapat
menyebabkan klorosis dan kelayuan pada semaian muda ( Jones 1985).
Ahli patologi tanaman mendefinisikan pengendalian hayati sebagai:
”mengurangi inokulum atau segala aktivitas dari patogen yang dapat
menyebabkan penyakit, sebagai akibat dari satu atau lebih dari suatu organisme
baik secara alami atau dengan memanipulasi lingkungan, inang atau antagonis
atau dengan induksi massa dari satu atau lebih antagonis” (Baker & Cook 1974).
Dalam pengendalian terhadap patogen, efektivitas agens biokontrol sangat
dipengaruhi oleh aplikasi agens, dosis inokulasi dan kontrol mikroba lain. Dosis
inokulasi perbenih harus ditentukan untuk memperoleh kontrol yang cukup
terhadap patogen. Dosis inokulasi yang efektif bervariasi antar jenis agens
biokontrol, namun kisaran yang umum digunakan adalah 107-109 sel bakteri
/benih (Bai et al. 2002). Hal lain yang dapat meningkatkan efektifitas perlakuan
benih dengan agens biokontrol adalah nutrisi bagi mikroba dan kecepatan
7
mikroba menyesuaikan diri. Tidak kalah penting adalah sterilisasi permukaan
benih dengan natrium hipoklorit sebelum aplikasi dengan agens biokontrol. Hal
ini untuk menghindari patogen lain yang dapat berkompetisi dengan agens
biokontrol (Copeland & McDonald 1995).
Pada umumnya pengendalian hayati melibatkan penggunaan cendawan
atau bakteri sebagai agens antagonis untuk mengendalikan patogen tular benih
(seedborne), tular tanah (soilborne), atau tular udara (airborne). Perlakuan ini
semakin populer dengan semakin meningkatnya kepedulian akan keamanan
lingkungan dan kesehatan serta masalah fitotoksisitas sehubungan dengan
penggunaan pestisida yang berlebihan. Pengendalian hayati dapat memberikan
perlindungan selama siklus hidup tanaman (Silva et al. 2004). Pengendalian
hayati juga dilaporkan dapat memacu peningkatan pertumbuhan tanaman yang
pada akhirnya meningkatkan hasil tanaman sebagai akibat dari pengendalian
penyakit jangka panjang (Zhang et al. 2002). Agens biokontrol yang memiliki
kemampuan menghasilkan senyawa antibiotik dapat menghambat pertumbuhan
patogen melalui kontak langsung antara agens dan patogen. Senyawa antibiotik
zwitermisin A yang dikeluarkan oleh B.cereus dilaporkan efektif menghambat
pertumbuhan koloni Phytophthora madicaginis (Silo-Suh et al. 1998).
Mekanisme kompetisi antara agens biokontrol dan patogen umumnya
terjadi karena keterbatasan salah satu faktor yang dibutuhkan untuk pertumbuhan
dan perkembangan agens atau patogen, seperti nutrisi atau unsur hara tertentu.
Kemampuan P. fluorescens memproduksi senyawa siderofor yang mampu
mengkelat besi dalam kondisi lingkungan yang kekurangan Fe mengakibatkan
terhambatnya pertumbuhan patogen karena Fe menjadi tidak tersedia bagi
patogen (Dwivedi & Jori 2003). Agens biokontrol juga mampu memparasit
patogen secara langsung dengan cara mensekresikan enzim ekstraseluler
(kitinase, protease, dan selulose) yang dapat melisis atau mendegradasi dinding
sel patogen sehingga perkembangan patogen menjadi terhambat (Singh et al.
1999). Disamping itu berbagai jenis biokontrol mampu menghasilkan HCN yang
bersifat toksik terhadap sejumlah patogen tanaman (Munif 2001).
Selain sebagai biokontrol untuk pengendalian berbagai patogen yang
menginvasi tanaman. Peran rizobakteri sebagai pemacu pertumbuhan tanaman
merupakan satu sumbangan bioteknologi dalam usaha peningkatan produktivitas
8
tanaman. Berbagai isolat Pseudomonas sp., Azospirillum sp., Azotobacter sp.,
Enterobacter sp., Bacillus sp., dan Serratia sp. diketahui sebagai RPPT. Peran
RPPT dalam meningkatkan pertumbuhan dan produksi tanaman berhubungan
dengan kemampuannya memproduksi hormon tumbuh, memfiksasi nitrogen atau
melarutkan fosfat (Thakuria et al. 2004). Dari hasil penelitian dilaporkan bahwa
senyawa siderofor yang diproduksi oleh P. aeruginosa mampu meningkatkan
biomassa bibit Hydrangea sebesar 30% dibandingkan dengan kontrol (Ryder et
al. 1994).
Pengetahuan tentang pertahanan tanaman sangat cepat berkembang.
Tanaman menggunakan berbagai sistem untuk menghambat, membatasi atau
mencegah pertumbuhan parasit. Semua tanaman mempunyai potensi secara
genetik untuk mekanisme resistensi terhadap cendawan, bakteri, virus, dan
nematoda patogen. Mekanisme tersebut pada tanaman yang resisten cepat terjadi
setelah
patogen
muncul,
sehingga
dapat menghambat atau
mencegah
perkembangan patogen, sebaliknya pada tanaman yang rentan, mekanisme
tersebut lebih lambat terjadi sehingga patogen telah berkembang terlebih dahulu.
Keberhasilan patogen berkembang di dalam inang sangat tergantung dari
pengenalan inang terhadap patogen, suatu interaksi yang kompatibel antara inang
dan patogen akan menyebabkan patogen mampu menekan kemampuan tanaman
untuk menghambat inokulasi berikutnya dari patogen yang tidak kompatibel dan
sebaliknya interaksi yang tidak kompatibel dapat melidungi tanaman dari infeksi
patogen yang kompatibel (Andrew 1996).
Pengendalian agens biokontrol secara tidak langsung terhadap berbagai
patogen yang menginfeksi tanaman terjadi melalui mekanisme induksi resistensi
pada tanaman. Agens biokontrol memiliki kemampuan untuk mengaktifkan
berbagai enzim atau produksi senyawa metabolit sekunder pada tanaman yang
berhubungan dengan pertahanan terhadap infeksi patogen. Resistensi terinduksi
adalah suatu mekanisme yang secara normal berfungsi membatasi pertumbuhan
dan penyebaran patogen dan efektifitas mekanisme ini ditingkatkan oleh infeksi
primer dan agen penginduksi (biotik atau abiotik) berupa mikroorganisme
patogen, non patogen, metabolit mikrob, ekstrak tumbuhan atau senyawa sintetik
seperti asam salisilat (Agrios 1997). Mucharromah & Kuc (1991) melaporkan
9
senyawa kalium fosfat dapat mengiduksi resistensi sistemik tanaman melon
terhadap infeksi cendawan, bakteri, dan virus patogen.
Imunisasi atau induksi resistensi atau resistensi buatan adalah suatu proses
stimulasi resistensi tanaman inang terhadap patogen tanaman tanpa introduksi
gen-gen baru. Teknologi immunisasi atau proteksi silang merupakan salah satu
cara pengendalian penyakit tanaman dengan menstimulasi aktivitas mekanisme
resistensi melalui inokulasi mikroorganisme nonpatogenik atau patogen avirulen
maupun strain hipovirulen serta perlakuan substrat dari mikroorganisme dan
tumbuhan
pestisida
nabati.
Mekanisme
induksi
resistensi (immunisasi)
menyebabkan kondisi fisiologis yang mengatur sistem ketahanan menjadi aktif
atau menstimulasi mekanisme resisten yang dimiliki oleh tanaman. Imunisasi
tidak menghambat pertumbuhan tanaman, bahkan dapat meningkatkan produksi
pada beberapa tanaman meskipun tanpa adanya patogen dan memberikan suatu
cara untuk bertahan terhadap stres lingkungan (Kloepper 1997). Sinyal
penginduksi resisten dapat berupa agens penginduksinya atau sinyal yang
disintetis tanaman akibat adanya agens penginduksi. Sinyal tersebut diproduksi
pada suatu bagian tanaman, namun dapat berperanan pada bagian lainnya.
Transinduksi sinyal dapat ditransfer secara intraseluler sehingga menimbulkan
sistem ketahan tanaman secara sistemik (Mucharromah & Kuc 1991).
Ketahanan sistemik terinduksi (induced systemic resistance [ISR]) pada
dasarnya memiliki kesamaan dengan ketahanan sistemik yang diterima (systemic
acquired resistence[SAR]). Mekanisme ini terjadi sebagai akibat adanya infeksi
oleh patogen sehingga tanaman memberikan respon berupa reaksi-reaksi
pertahanan seperti reaksi hipersensitif yang menyebabkan terjadinya lesio
nekrotik pada daerah terserang. Berbeda dengan SAR, ISR tidak menyebabkan
adanya gejala tampak seperti lesio nekrotik (Compant et al. 2005). Ramamoorthy
et al. (2001) memaparkan bahwa mekanisme ISR terjadi sebagai akibat
perubahan fisiologi tanaman yang kemudian menstimulasi terbentuknya senyawa
kimia yang berguna dalam pertahanan terhadap serangan patogen. Perubahan
fisiologi tersebut dapat berupa modifikasi struktural dinding sel atau perubahan
reaksi biokimia pada tanaman inang. Beberapa faktor yang dapat menyebabkan
adanya induksi ketahanan sistemik oleh bakteri yaitu: 1) adanya sumbangan
lipopolisakarida oleh bakteri; 2) produksi siderofor oleh bakteri; dan 3) produksi
10
asam silsilat, yang dapat terjadi secara langsung oleh bakteri ataupun secara tidak
lansung (Van Loon et al. 1998). Menurut Ouchi (1983) induksi resistensi
tanaman merupakan aktivitas pertahanan tanaman untuk melindungi diri dari
patogen atau hama. Dasar pemikiran dari induksi resistensi adalah bahwa gen
untuk ketahanan atau reaksi pertahanan ada pada semua tanaman. Gen tersebut
tidak diekspresikan sebelum induksi resistensi diberikan, ekspresi ketahanan baru
akan muncul setelah adanya inokulasi challenge ( infeksi susulan) pada waktu
dan lokasi yang berbeda. Reuvani et al. (1997) melaporkan bahwa aktivasi gen
untuk