Teknologi formulasi pupuk hayati rizobakteria dan aplikasinya sebagai pemacu pertumbuhan tanaman kedelai dan biofungisida pada tanah masam
TEKNOLOGI FORMULASI PUPUK HAYATI RIZOBAKTERIA
DAN APLIKASINYA SEBAGAI PEMACU PERTUMBUHAN
TANAMAN KEDELAI DAN BIOFUNGISIDA PADA TANAH MASAM
BAYO ALHUSAERI SIREGAR
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2011
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Teknologi Formulasi Pupuk
Hayati Rizobakteria dan Aplikasinya sebagai Pemacu Pertumbuhan Tanaman
Kedelai dan Biofungisida pada Tanah Masam 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, April 2011
Bayo Alhusaeri Siregar
NIM G351090171
ABSTRACT
BAYO ALHUSAERI SIREGAR. Technology of Formulation Rhizobacteria
Biofertilizer and its Application as Plant Growth Promoters on Soybean and
Biofertilizer in Acid Soils. Under direction of Aris Tri Wahyudi and Happy
Widiastuti
Soybean production in Indonesia is still low, therefore Indonesian
government must import soybean from other countries up to 45-50% to fulfill
national requirement. This is a problem that should be solved through many
approaches. One of the approach to increase soybean production through the use
of plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) that have been understood
important in plant health and fitness. Our previous study resulted several
indigenous strains of Pseudomonas sp. and Bacillus sp. from soybean rhizosphere
that are combined with nitrogen-fixing bacteria Bradyrhizobium japonicum from
soybean plant. The combinations of these bacteria were potential as plant growth
promoter and biocontrol for root phytopathogenic fungi (biofungicide). For
further use of these rhizobacteria, need to be developed bioprocess technology for
formulation of inoculants production to increase soybean productivity. Objective
of this research was to made biofertilizer containing rhizobacteria to be applied on
soybean in acid soils. This research was conducted in 3 stages; optimalization
media production in laboratory, formulation and bioassay in the greenhouse. The
best medium for inoculants production are skim milk and molasses that produce
bacterial population of 108-109 cfu/ml. Peat and talcum powder were used to
formulation as carrier material. Three kind of prototype were produced; there
were M-Sr (isolate Cr24, Crb17 dan Bj11); M-Rs (isolate Cr55, Crb64 dan Bj11);
dan M-Fo (isolate Cr76, Crb86 dan Bj11). Each inoculant formed to three forms
of formulations; there were granules (G), talc powder (T) and peat powder (S).
Greenhouse test showed that several combinations of bacteria in the formula can
stimulate the height of soybean plant, root weight, and plant performance. The
biofertilizer applied with doses 400 g/ha for talc powder and peat powder.
Rhizobakteria inoculants can be used as biofungicide. Disease suppression on
Sclerotium roflsii, Rhizoctonia solani and Fusarium oxysporum respectively
79.98%, 27.27%, 50.12%. Storage up to 6 months was still able to maintain the
bacterial population to 107-108 cells/g. Based on this result, we will asses this
formula in field experiments under acid soils.
Keyword: rhizobacteria, inoculants, formulation, growth stimulator, biofungicide
RINGKASAN
BAYO ALHUSAERI SIREGAR. Teknologi Formulasi Pupuk Hayati
Rizobakteria dan Aplikasinya sebagai Pemacu Pertumbuhan Tanaman Kedelai
dan Biofungisida pada Tanah Masam. Dibimbing oleh Aris Tri Wahyudi dan
Happy Widiastuti
Hingga saat ini produksi kedelai di Indonesia masih rendah untuk
mencukupi kebutuhan nasional sehingga pemerintah mengimpor kedelai hingga
45-50%. Hal ini merupakan suatu masalah yang dapat diatasi melalui berbagai
pendekatan. Salah satu diantaranya yaitu meningkatkan produksi kedelai
melalui pemanfaatan rizobakteria pemacu pertumbuhan tanaman (plant growth
promoting rhizobacteria, PGPR) sebagai inokulan yang telah diketahui
mempunyai peran penting dalam penyehatan dan kebugaran tanaman.
Rizobakteria merupakan kelompok bakteri yang hidup dan berkembang di
daerah rizosfer tanaman dan berpotensi meningkatkan produktivitas, pertumbuhan
tanaman dan agen biokontrol secara langsung dengan memproduksi hormon asam
indol asetat, asam giberelin, sitokinin, etilen, siderofor dan antibiotik.
Pengembangan kemasan pupuk hayati dan biofungisida perlu dilakukan
untuk memudahkan aplikasi pada tanaman. Aplikasi dalam bentuk formulasi
kombinasi rizobakteri baik dalam bentuk serbuk maupun granul dimaksudkan
agar mudah disimpan, didistribusikan maupun aplikasi di lapangan. Penelitian ini
bertujuan untuk membuat paket formulasi pupuk hayati berbahan aktif rizobakteri
Pseudomonas sp. dan Bacillus sp., Bradyrhizobium japonicum menggunakan
bahan pembawa talek dan gambut sebagai inokulan untuk tanaman kedelai pada
kondisi asam.
Penelitian ini terdiri dari 3 tahapan yaitu 1). optimasi media produksi di
laboratorium, 2) formulasi pupuk hayati dan 3) pengujian keefektifan pupuk
hayati sebagai pemacu tumbuh dan biokontrol di rumah kaca. Optimasi media
biakan untuk produksi masing-masing isolat dilakukan dengan menggunakan
bahan-bahan pengganti media standar laboratorium yaitu media SKM dan PDB.
Pada kegiatan kedua yaitu formulasi dengan bahan pembawa menggunakan
gambut (bahan organik) dan talek (anorganik). Bakteri yang telah ditumbuhkan di
media alternatif digabung menjadi 3 paket formulasi yang masing-masing paket
mengandung 3 isolat bakteri berbeda dengan perbandingan 1:1:1. Paket campuran
diberi kode M-Sr (Cr55, Crb64, dan Bj11), M-Fo (Cr24, Crb17,dan Bj 11), dan
M-Rs (Cr76, Crb86, dan Bj11). Campuran bakteri ini diinokulasi ke tiap bentuk
pupuk (granul, serbuk, tepung).
Pengujian pemacu tumbuh pada tanaman kedelai dilakukan di rumah kaca
menggunakana tanah steril dan non-steril yang merupakan kegiatan ketiga.
Rancangan faktorial digunakan dalam percobaan ini dengan faktor pertama jenis
inokulum (M-Fo, M-Sr dan M-Rs) dan faktor kedua bentuk formulasi (Granul,
Tepung dan Serbuk). Tiap perlakuan terdiri atas 3 ulangan. Untuk mengetahui
aktivitas biofungisida terhadap fungi patogen akar perlu dilakukan uji pada
tanaman kedelai. Pengujian aktivitas biofungisida sebagai biokontrol terhadap
fungi patogen Rhizoctonia solani, Sclerotium rolfsii dan Fusarium oxysporum
dilakukan pada media steril dan non-steril di di rumah kaca (6 set percobaan).
Optimasi media produksi dengan menggunakan media alternatif
menunjukkan hasil bahwa bakteri dapat tumbuh baik pada media alternatif PDB
maupun SKM. Produksi biomassa sel pada media SKM umumnya lebih baik
dibandingkan dengan media PDB, namun pada media SKM memberikan hasil
waktu inkubasi bakteri yang lebih lama dibandingkan dengan media PDB untuk
mencapai jumlah sel maksimum untuk ketiga jenis bakteri tersebut.
Dari kombinasi tiga isolat Bacillus sp., tiga isolat Pseudomonas sp., dan
B. japonicum (BJ11) menghasilkan tiga paket formula pupuk yaitu M-Sr, M-Rs
dan M-Fo. Masing-masing paket formulasi tersebut dibuat menjadi tiga bentuk
paket formulasi yaitu granul (G) memiliki kadar air berkisar 5-10%, bentuk
tepung (T) dengan bahan dasar talek memiliki kadar air berkisar 2-6% dan bentuk
serbuk (S) dengan bahan dasar gambut memiliki kadar air berkisar 44-46%.
Pengaruh aplikasi pupuk hayati mampu meningkatkan tinggi tanaman,
berat basah dan kering tajuk dan akar dibandingkan dengan tanpa perlakuan
(kontrol). Perlakuan paket inokulan M-Fo (S), M-Sr (G), M-Sr (S) pada tanah
steril menunjukkan rata-rata tnggi tanaman yang paling tinggi yaitu masingmasing 27,3 ; 26,3 dan 25,9 cm dibandingkan dengan kontrol. Bentuk formulasi
yang paling baik sebagai pemacu pertumbuhan kedelai yaitu dalam bentuk serbuk
berbahan baku gambut pada tanah steril. Penekanan penyakit terhadap S. roflsii,
R. solani dan F. oxysporum. masing-masing mencapai 79,98%; 27,27%; 50,12%.
Hal ini menunjukan bahwa paket inokulan dapat digunakan sebagai biofungisida.
Penyimpanan yang dilakukan pada suhu ruang dan suhu 4oC sampai 6
bulan mampu mempertahankan jumlah inokulum bakteri sebanyak 107-108 sel/g
bahan pembawa. Penelitian ini menunjukkan sebuah potensi pengembangan
teknologi formulasi pupuk hayati dalam pemanfaatan aplikasi agen antagonis
untuk tanaman. Aplikasi dalam bentuk formula kombinasi rizobakteria baik dalam
bentuk serbuk maupun granul dimaksudkan agar mudah disimpan, didistribusikan
maupun aplikasi di lapangan oleh petani. Berbagai optimasi bisa dilakukan untuk
meningkatkan keberhasilan formulasi pupuk hayati dan keefektifannya terhadap
tanaman seperti penambahan unsur mikro pada pupuk hayati.
Kata kunci: rizobakteria, inokulan, formulasi, pemacu tumbuh, biofungisida
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2011
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh kaya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan
pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan
kitik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan
kepentingan yang wajarr IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh kaya tulis
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
TEKNOLOGI FORMULASI PUPUK HAYATI RIZOBAKTERIA
DAN APLIKASINYA SEBAGAI PEMACU PERTUMBUHAN
TANAMAN KEDELAI DAN BIOFUNGISIDA PADA TANAH MASAM
BAYO ALHUSAERI SIREGAR
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Mikrobiologi
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
Judul Tesis
Nama
NIM
: Teknologi Formulasi Pupuk Hayati Rizobakteria dan
Aplikasinya sebagai Pemacu Pertumbuhan Tanaman Kedelai
dan Biofungisida pada Tanah Masam
: Bayo Alhusaeri Siregar
: G351090171
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Drs. Aris Tri Wahyudi, M.Si
Ketua
Dr. Ir. Happy Widiastuti, M.Si
Anggota
Diketahui,
Ketua Mayor
Dekan Sekolah Pascasarjana IPB
Mikrobiologi
Dr. Ir. Gayuh Rahayu, M.Si
Tanggal Ujian: 25 Maret 2011
Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang diambil berjudul
Teknologi Formulasi Pupuk Hayati Rizobakteria dan Aplikasinya sebagai Pemacu
Pertumbuhan Tanaman Kedelai dan Biofungisida pada Tanah Masam.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr. Aris Tri Wahyudi, M.Si dan
Dr. Happy Widiastuti, M.Si selaku pembimbing. Di samping itu, penghargaan
penulis sampaikan kepada Drs. Edi Husen M.Sc dan Erny Yuniarti M.Si dari
Balai Penelitian Tanah yang telah banyak membantu memberikan fasilitas serta
saran selama pelaksanaan penelitian. Penelitian ini didanai dari proyek penelitian
“Program Insentif Peningkatan Kapasitas IPTEK Sistem Produksi” dari
Kementrian Negara Riset dan Teknologi (KNRT) Republik Indonesia kepada Dr.
Aris Tris Wahyudi tahun 2010. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan pada
Shabrina, Yurina, Qotrunnada dan mikrotropisian 2009 dalam membantu
pelaksanaan penelitian. Terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu serta
keluarga, atas segala doa dan kasih sayang.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, April 2011
Bayo Alhusaeri Siregar
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bandung pada tanggal 5 Mei 1985 sebagai anak
pertama dari 5 bersaudara dari pasangan Drs. Husein Siregar dan Alm. Nenah
Rosanah. Pendidikan sarjana ditempuh di Program Studi Hama dan Penyakit
Tumbuhan, Fakultas Pertanian IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB,
lulus pada tahun 2007. Kesempatan untuk melanjutkan ke program magister pada
Program Studi Mikrobiologi IPB diperoleh pada tahun 2009. Beasiswa pendidikan
pascasarjana diperoleh dari perusahaan Sinarmas Forestry.
Penulis bekerja sebagai peneliti di Reserch & Development Sinarmas
Forestry sejak tahun 2007 dan ditempatkan di Pekanbaru. Bidang penelitian yang
menjadi tanggung jawab peneliti ialah patologi hutan.
Selama mengikuti program S2, penulis pernah mengikuti International
Student Symposium yang diikuti oleh mahasiwa pascasarjana dari Jepang dan IPB
di Bogor pada bulan September 2010. Selain itu penulis pernah mengikuti
Internasional Seminar of Indonesian Society for Microbiology di Bogor pada
bulan Oktober 2010 sebagai peserta. Penulis berkesempatan mengunjungi Jepang
untuk menghadiri International Joint Activities di Universitas Ibaraki Jepang pada
bulan Desember 2010 sebagai pemrasaran. Karya ilmiah yang dipaparkan
merupakan bagian dari penelitian S2 penulis. Karya ilmiah ini juga pernah
diseminarkan pada acara Seminar Sains III FMIPA pada bulan November 2010 di
IPB Bogor.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL .....................................................................................
xii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................
xiii
DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................
xiv
PENDAHULUAN
Latar Belakang .................................................................................
1
Tujuan Penelitian .............................................................................
3
TINJAUAN PUSTAKA
Pseudomonas sp. sebagai Agen Pemacu Pertumbuhan
dan Biokontrol .............................................................................
4
Bacillus sp. sebagai Agen Pemacu Pertumbuhan dan Biokontrol ....
5
Bradyrhizobium japonicum .............................................................
5
Tanah Masam ..................................................................................
6
Bahan Pembawa ..............................................................................
7
Fusarium oxysporum .......................................................................
8
Rhizoctonia solani ...........................................................................
8
Sclerotium rolfsii .............................................................................
9
BAHAN DAN METODE
Tempat dan Waktu Penelitian ..........................................................
10
Bahan ...............................................................................................
10
Teknologi Formulasi ........................................................................
10
Optimasi Media Produksi Skala Laboratorium ...................
Bahan Pembawa (Carrier) ........................................................
Inokulasi Bakteri ke Dalam Bahan Pembawa .........................
Daya Simpan Inokulan Kemasan .............................................
Percobaan Rumah Kaca ...................................................................
10
11
11
12
12
Aktivitas Pemacuan Pertumbuhan Tanaman ............................
Aktivitas Biofungisida terhadap Fungi Patogen Akar .............
12
13
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil .................................................................................................
14
Optimasi Media Produksi ......................................................
Formulasi Pupuk Hayati ...........................................................
14
14
Uji Pemacu Pertumbuhan pada Tanaman Kedelai ................
Uji Biokontrol pada Tanaman Kedelai ................................
Pengujian Viabilitas Inokulan ................................................
Pembahasan ...........................................................................................
17
20
24
27
KESIMPULAN .........................................................................................
36
DAFTAR PUSTAKA ...............................................................................
37
LAMPIRAN ...............................................................................................
41
DAFTAR TABEL
Halaman
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Jumlah sel maksimum dan waktu inkubasi isolat Bacillus sp.,
Pseudomonas sp., dan B. japonicum pada media alternatif
PDB dan SKM ...................................................................................
Pengaruh inokulasi pupuk hayati terhadap tinggi tanaman kedelai
varietas Tanggamus umur 21 hari pada tanah steril dan non-steril
di rumah kaca .....................................................................................
Pengaruh inokulasi pupuk hayati terhadap berat basah akar dan
tajuk kedelai varietas Tanggamus umur 21 hari pada tanah steril
dan non-steril di rumah kaca ..............................................................
Pengaruh bentuk paket inokulan terhadap tinggi, berat basah akar
dan tajuk tanaman kedelai varietas Tanggamus umur 21 hari pada
tanah steril dan non-steril ...................................................................
Pengaruh jenis inokulan terhadap tinggi, berat basah akar dan
tajuk tanaman kedelai varietas Tanggamus umur 21 hari pada tanah
steril dan non-steril...............................................................................
Pengaruh inokulasi pupuk hayati terhadap perkembangan tanaman
kedelai yang diinokulasi patogen S. roflsii pada tanah steril di
rumah kaca. .........................................................................................
Pengaruh inokulasi pupuk hayati terhadap perkembangan tanaman
kedelai yang diinokulasi patogen S. roflsii pada tanah non-steril
di rumah kaca. .....................................................................................
Pengaruh inokulasi pupuk hayati terhadap pertumbuhan tanaman
kedelai yang diinokulasi patogen R. solani pada tanah steril
di rumah kaca. .....................................................................................
Pengaruh inokulasi pupuk hayati terhadap pertumbuhan tanaman
kedelai yang diinokulasi patoge R. solani pada tanah non-steril
di rumah kaca .......................................................................................
Pengaruh inokulasi pupuk hayati terhadap pertumbuhan tanaman
kedelai yang diinokulasi patogen F. oxysporum pada tanah steril
di rumah kaca. ......................................................................................
Pengaruh inokulasi pupuk hayati terhadap pertumbuhan tanaman
kedelai yang diinokulasi patogen F. oxysporum pada tanah
non-steril di rumah kaca. ......................................................................
Perkembangan populasi bakteri pada masa penyimpanan sampai
3 bulan pada suhu kamar dan 4oC ........................................................
Kadar air (%) paket formulasi pupuk hayati yang disimpan pada
suhu ruang dan suhu 4oC, masa penyimpanan sampai 6 bulan ............
16
17
19
19
20
20
21
22
22
23
23
25
26
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Kurva tumbuh inokulan pupuk hayati pada media SKM dan PDB ..
Kemasan pupuk hayati hasil formulasi. (a)granul, (b) tepung,
(c) serbuk .............................................................................................
Penampilan tanaman kedelai pada berbagai perlakuan pada tanah
steril. Diinokulasi pupuk hayati bentuk granul (a), Diinokulasi
pupuk hayati bentuk tepung (b), Diinokulasi pupuk hayati bentuk
serbuk (c) ............................................................................................
Penampilan tanaman kedelai pada berbagai perlakuan pada tanah
non-steril. Diinokulasi pupuk hayati bentuk granul (a), Diinokulasi
pupuk hayati bentuk tepung (b), Diinokulasi pupuk hayati bentuk
serbuk (c) .............................................................................................
Gejala serangan S. roflsii pada benih kedelai (a), Penampilan
tanaman kedelai pada tanah steril yang diinokulasi S. roflsii (b) .......
Gejala serangan R. solani pada benih kedelai (a), Penampilan
tanaman kedelai pada tanah steril yang diinokulasi R. solani (b) ........
Penampilan tanaman kedelai pada tanah steril yang diinokulasi
F. oxysporum .......................................................................................
15
16
18
18
21
22
23
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1. Karakteristik isolat-isolat rizobakteria yang digunakan .........................
41
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kedelai (Glycine max L.) merupakan salah satu tanaman pangan utama di
Indonesia. Sebagai sumber protein nabati, kedelai banyak dimanfaatkan manusia
untuk memenuhi kebutuhan protein. Di Indonesia, kedelai diolah menjadi
berbagai macam olahan seperti susu, tempe, tahu, dan masih banyak lainnya.
Kebutuhan masyarakat terhadap kedelai setiap tahun semakin meningkat, namun
produksi kedelai nasional tidak dapat memenuhi permintaan tersebut. Kekurangan
tersebut dipenuhi dengan impor kedelai dari berbagai negara dan mencatatkan
Indonesia sebagai 10 besar pengimpor kedelai padahal negara Indonesia adalah
negara agraris (FAO 2009).
Peningkatan produksi kedelai perlu dilakukan untuk mengurangi
ketergantungan impor kedelai yang dapat mengganggu stabilitas ketahanan
pangan nasional. Oleh karenanya, Kementrian Pertanian Republik Indonesia telah
mencanangkan program peningkatan produksi nasional kedelai dan menargetkan
dapat mencapai swasembada kedelai pada tahun 2014. Peningkatan produksi
kedelai dapat dilakukan dengan cara perluasan areal tanam dan meningkatkan
produktivitas. Indonesia mempunyai 102 juta hektar luas lahan kering asam yang
belum termanfaatkan (Mulyani 2006). Indonesia memiliki beberapa varietas
kedelai tahan masam (Somantri et al. 2003), sehingga kendala yang biasanya
dihadapi pada saat pemanfaatan lahan kering asam sudah sedikit terpecahkan.
Salah satu faktor yang dapat meningkatkan produktivitas kedelai adalah
tersedianya organisme tanah yang melimpah. Mulyani et al. (2004) mengatakan
bahwa populasi organisme tanah yang rendah pada tanah masam menjadi kendala
pemanfaatan tanah kering masam. Salah satu jenis organisme tanah yang sudah
banyak diteliti dan digunakan adalah rizobakteria.
Rizobakteria merupakan kelompok bakteri yang hidup dan berkembang di
daerah rizosfer tanaman dan berpotensi meningkatkan produktivitas dan
pertumbuhan tanaman (Gray & Smith 2005, Ryu 2003). Rizobakteria yang
mampu meningkatkan produktivitas dan pertumbuhan tanaman serta berpotensi
menjadi agen antagonis untuk bakteri dan fungi disebut Plant Growth Promoting
Rhizobacteria (PGPR) (Widodo 2006). PGPR ini dapat memberi keuntungan bagi
2
pertumbuhan tanaman dengan menggunakan kemampuannya dalam memproduksi
hormon pertumbuhan seperti asam indol asetat, asam giberelin, sitokinin dan
etilen (Glick et al. 1999).
Penelitian
sebelumnya
telah
menghasilkan
sejumlah
rizobakteria
Pseudomonas sp. dan Bacillus sp. indigenus asal rizosfer kedelai yang sangat
berpotensi sebagai pemacu pertumbuhan tanaman dan biofungisida terhadap
patogen akar. Kedua kelompok rizobakteria tersebut beberapa diantaranya telah
ditapis toleransinya terhadap cekaman asam-Aluminium (Wahyudi et al. 2011a;
Wahyudi et al. 2011b). Peranan rizobakteria tersebut sangat potensial sebagai
inokulan jika dikombinasikan dengan Bradyrhizobium japonicum Bj11 toleran
asam-Al (Endarini et al. 1995). Koinokulasi antara PGPR Pseudomonas sp,
Bacillus sp. dan bakteri B. japonicum telah dilaporkan mampu memacu
pertumbuhan tanaman kedelai dan mengendalikan cendawan patogen akar
tanaman kedelai (Sulistyani 2009). Keberhasilan tersebut menunjukkan bahwa
kombinasi ketiga bakteri tersebut berpotensi untuk menjadi pupuk hayati dan
biofungisida pada tanamazn kedelai khususnya pada tanah masam.
Pupuk hayati yang berbahan aktif rizobakteri sebagai pemacu tumbuh dan
biokontrol perlu diformulasi untuk aplikasi pada tanah (Nakkeeran et al. 2006).
Pengembangan kemasan pupuk hayati dan biofungisida perlu dilakukan untuk
memudahkan aplikasi pada tanaman. Aplikasi dalam bentuk formulasi kombinasi
rizobakteria baik dalam bentuk serbuk maupun granul dimaksudkan agar mudah
disimpan, didistribusikan dan diaplikasikan di lapangan. Pemanfaatan PGPR
seperti Pseudomonas sp. dan Bacillus sp. sebagai pemacu pertumbuhan tanaman
dan biofungisida dikombinasikan dengan bakteri pemfiksasi nitrogen yang
bersimbiosis dengan akar tanaman kedelai yaitu B. japonicum merupakan
terobosan baru yang menjanjikan. Bahan pembawa kombinasi bakteri dapat
menggunakan talek atau gambut yang berfungsi sebagai tempat bertahan hidup
bakteri saat penyimpanan maupun sebelum menemukan tanaman inang. Penelitian
ini dilakukan untuk memformulasikan kombinasi bakteri PGPR seperti
Pseudomonas sp. dan Bacillus sp. dengan bakteri penambat nitrogen B. japonicum
dalam bentuk serbuk dan granul dengan bahan pembawa talek atau gambut.
Parameter keberhasilan formulasi ini adalah kombinasi bakteri tersebut mampu
3
bertahan pada bahan pembawa pada masa penyimpanan tertentu, mampu
meningkatkan pertumbuhan tanaman kedelai pada kondisi asam dan mampu
menekan penyakit busuk akar pada tanaman kedelai yang disebabkan oleh fungi
Fusarium oxysporum, Rhizoctonia solani, dan Sclerotium roflsii.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan membuat paket formulasi pupuk hayati berbahan
aktif rizobakteria Bacillus sp., Pseudomonas sp. dan B. japonicum menggunakan
bahan pembawa talek dan gambut, dan mengaplikasikannya sebagai inokulan,
untuk pemacu pertumbuhan tanaman kedelai dan pengendali fungi patogen akar
S. rolfsii, F. oxysporum dan R. solani, pada kondisi tanah masam.
4
TINJAUAN PUSTAKA
Pseudomonas sp. sebagai Agen Pemacu Pertumbuhan dan Biokontrol
Pseudomonas sp. merupakan bakteri Gram negatif yang memiliki ciri-ciri
berbentuk batang lurus atau lengkung, ukuran tiap sel bakteri 0.5-0.11 µm x 1.54.0 µm, motil dengan satu atau beberapa flagel, aerob dan tidak membentuk spora
(Madigan et al. 2000). Pseudomonas sp. bersifat katalase dan oksidase positif,
mengakumulasi β-polihidroksi butirat sebagai sumber karbon, kemoorganotrof,
dan memiliki kandungan GC tinggi yakni berkisar 58-68% (Ballows et al. 1992).
Pseudomonas ditemukan secara luas pada ekosistem tanah dan air, mendegradasi
sejumlah besar senyawa organik, berinteraksi dengan tanaman dan berasosiasi
didalam rizosfer yang bersifat menguntungkan di bidang pertanian dan sebagian
lainnya dapat sebagai agen biokontrol.
Sebagai agen pemacu pertumbuhan tanaman, Pseudomonas banyak
dilaporkan menghasilkan fitohormon dalam jumlah besar khususnya IAA untuk
merangsang pertumbuhan yaitu asam giberelin, sitokinin dan etilen serta
melarutkan fosfat, kalium atau nutrien lain sehingga tersedia bagi tanaman (Dey et
al. 2004). Pada beberapa galur Pseudomonas sp. dapat membantu tanaman
menghadapi cekaman lingkungan seperti kekurangan air dan nutrien serta
pencemaran senyawa toksin (Shen 1997).
Selain sebagai pemacu pertumbuhan tanaman, Pseudomonas sp. juga
mempunyai kemampuan sebagai agen biokontrol terhadap serangan fungi patogen
tanaman. Mekanisme dalam menekan pertumbuhan fungi patogen tanaman
diantaranya karena Pseudomonas sp. mampu menghasilkan senyawa siderofor, β1,3 glukanase, kitinase, antibiosis dan sianida (Chermin & Chet 2002,
Selitrennikoff 2001). Pseudomonas sp. juga menghasilkan senyawa antibiotik
antara lain bakteriosin, pioluteorin, pirolnitril, fenazin, 2,4-diasetil floroglusinol
dan fusarisidin (Beatty & Susan 2002, Dwivedi & Johri 2003).
5
Bacillus sp. sebagai Agen Pemacu Pertumbuhan dan Biokontrol
Bacillus sp. merupakan salah satu bakteri dari kelompok bakteri tanah
yang seringkali dijumpai pada rizosfer tanaman. Bacillus sp. merupakan bakteri
Gram positif, sel berbentuk batang dengan ukuran 0,6-0,8 x 2-5 µm, motil dan
membentuk endospora pada kondisi lingkungan yang tidak menguntungkan
sehingga bakteri dapat bertahan hidup (Madigan et al. 2000). Kemampuannya
dalam membentuk endospora menjadikan Bacillus sp. banyak digunakan dalam
industri secara komersil karena dapat bertahan lama dan beradaptasi dengan
formula dan bahan-bahan kimia yang diaplikasikan dalam tanah pertanian (Bai et
al. 2003).
Bacillus sp. mempunyai kemampuan sebagai biokontrol penyakit tanaman
dengan memproduksi antibiotik yang disekresikan saat kultur memasuki fase
stasioner dan memproduksi metabolit sekunder seperti enzim kitinase,
mycobacilin, bacitrasin, dan zwittermicin (Madigan et al. 2000). Bakteri B.
subtilis dan B. cereus positif menghasilkan senyawa siderofor. Dengan adanya
siderofor, bakteri ini mampu berkompetisi dengan bakteri patogen dalam
menggunakan Fe3+ yang konsentrasinya sangat terbatas dalam tanah. Pengambilan
Fe3+ oleh bakteri tidak mengganggu kebutuhan tanaman karena tanaman hanya
membutuhkan dalam jumlah sedikit dibandingkan dengan mikroorganisme
(Nawangsih 2006).
Bradyrhizobium japonicum
Bakteri simbion Bradyrhizobium memiliki kemampuan berinteraksi
dengan kelompok tanaman legum dengan membentuk bintil untuk memfiksasi
nitrogen dari udara dan dapat digunakan oleh tanaman dalam simbiosis
mutualisme. B. japonicum merupakan bakteri dengan sel berbentuk batang
berukuran 0,5-0,9 µm x 1,3-3,0 µm, motil, Gram negatif, memiliki flagel polar
atau subpolar, pertumbuhannya lambat dan membentuk bintil akar pada tanaman
legum (Madigan et al. 2000). B. japonicum termasuk dalam grup II Rhizobium
yang spesifik menodulasi kedelai. Grup II tumbuh lambat dan menghasilkan basa.
Anggota dari kelompok ini memerlukan waktu pertumbuhan 3-5 hari pada
medium cair dan rata-rata waktu pembelahan 6-7 jam. Kebanyakan galur dalam
6
kelompok ini tumbuh dengan baik dengan menggunakan pentosa sebagai sumber
karbon (Somasegaran & Hoben 1994).
Bradyrhizobium diketahui mampu meningkatkan pertumbuhan dan
perkembangan tanaman melalui peningkatan pembentukan bintil dan berat bintil
tanaman legum. Beberapa tahap infeksi dan perkembangan bintil (Madigan et al.
2000) yaitu : (1) pengenalan bakteri terhadap bagian tanaman pada inang yang
sesuai dan pelekatan pada rambut akar, (2) invasi bakteri pada rambut akar dengan
membentuk benang-benang infeksi, (3) perluasan infeksi menuju akar utama
melalui benang infeksi, (4) pembentukan sel-sel bakteri di dalam sel tanaman
yang disebut bakteroid dan berkembang pada tahap fiksasi nitrogen, dan (5)
pembelahan sel tanaman dan bakteri membentuk bintil akar dewasa (matang).
Mekanisme Bradyrhizobium dalam meningkatkan pertumbuhan tanaman
inang secara langsung melalui produksi IAA dan pengambilan nutrisi fosfat dan
mineral lainnya dari tanah. Mekanisme secara tidak langsung dengan melindungi
akar dari serangan patogen melalui produksi metabolit sekunder seperti siderofor
dan rizobitoksin (Deshwal et al. 2002).
Tanah Masam
Tanah masam adalah tanah mineral yang mempunyai nilai pH kurang dari
5,5 dan nilai kejenuhan basa (KB) < 50% biasanya berada pada lahan kering.
Derajat kemasaman bergantung pada faktor lingkungan selama pembentukan
tanah; iklim, materi bahan dan vegetasi sangat penting dalam pembentukan pH.
Nilai pH terkadang digunakan sebagai indikator ketersediaan unsur hara dalam
tanah. Pada pH normal ketersediaan unsur hara berada pada komposisi seimbang.
Pada pH kurang dari 6,5 terjadi defisiensi unsur P, Ca dan Mg serta toksisitas B,
Mn, Cu, Zn dan Fe (Hanafiah 2005).
Tanah masam terdapat di berbagai wilayah Indonesia maupun di dunia.
Tiap daerah yang sama-sama memiliki tanah masam mungkin mempunyai sifat
yang berbeda. Luas tanah kering masam di Indonesia mencapai 102 juta hektar
yang belum termanfaatkan (Mulyani 2006). Lahan tidur ini dapat dimanfaatkan
untuk tanaman pangan dan tanaman perkebunan. Teknologi pengelolaan lahan
masam dapat didekati dengan 2 aspek yaitu : (1) aspek tanah dan air yang
7
bertujuan untuk mengkondisikan lingkungan yang sesuai bagi tanaman dengan
ketersediaan air dan hara yang cukup (pemupukan seimbang, pengelolaan bahan
organik, irigasi, dan menekan tingkat kejenuhan Al), serta (2) aspek tanaman yang
bertujuan untuk menseleksi varietas tanaman yang dapat tumbuh pada kondisi
lahan yang masam.
Pengembangan varietas tanaman yang toleran terhadap lahan masam dapat
ditempuh dengan cara pemuliaan tanaman atau rekayasa genetika (Setyorini et al.
2004).
Berdasarkan
hasil
penelitian
dari
Badan
Litbang
Pertanian
menginformasikan bahwa varietas kedelai unggul seperti Leuser, Kawi dan
Slamet tergolong cukup tahan terhadap penyakit karat dan sesuai untuk tanah
masam (Hafsah 2004, Somantri et al. 2003).
Bahan Pembawa
Bahan pembawa yang digunakan untuk formulasi PGPR dalam penelitian
ini yaitu talek dan gambut. Talek adalah mineral yang sangat lunak dengan
komposisi kimia (Mg3SiO10(OH)2), dan umumnya terjadi sebagai mineral
sekunder hasil hidrasi batuan pembawa magnesium, seperti peridotit, gabro, dan
dolomit. Talek mempunyai luas pemukaan
DAN APLIKASINYA SEBAGAI PEMACU PERTUMBUHAN
TANAMAN KEDELAI DAN BIOFUNGISIDA PADA TANAH MASAM
BAYO ALHUSAERI SIREGAR
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2011
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Teknologi Formulasi Pupuk
Hayati Rizobakteria dan Aplikasinya sebagai Pemacu Pertumbuhan Tanaman
Kedelai dan Biofungisida pada Tanah Masam 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, April 2011
Bayo Alhusaeri Siregar
NIM G351090171
ABSTRACT
BAYO ALHUSAERI SIREGAR. Technology of Formulation Rhizobacteria
Biofertilizer and its Application as Plant Growth Promoters on Soybean and
Biofertilizer in Acid Soils. Under direction of Aris Tri Wahyudi and Happy
Widiastuti
Soybean production in Indonesia is still low, therefore Indonesian
government must import soybean from other countries up to 45-50% to fulfill
national requirement. This is a problem that should be solved through many
approaches. One of the approach to increase soybean production through the use
of plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) that have been understood
important in plant health and fitness. Our previous study resulted several
indigenous strains of Pseudomonas sp. and Bacillus sp. from soybean rhizosphere
that are combined with nitrogen-fixing bacteria Bradyrhizobium japonicum from
soybean plant. The combinations of these bacteria were potential as plant growth
promoter and biocontrol for root phytopathogenic fungi (biofungicide). For
further use of these rhizobacteria, need to be developed bioprocess technology for
formulation of inoculants production to increase soybean productivity. Objective
of this research was to made biofertilizer containing rhizobacteria to be applied on
soybean in acid soils. This research was conducted in 3 stages; optimalization
media production in laboratory, formulation and bioassay in the greenhouse. The
best medium for inoculants production are skim milk and molasses that produce
bacterial population of 108-109 cfu/ml. Peat and talcum powder were used to
formulation as carrier material. Three kind of prototype were produced; there
were M-Sr (isolate Cr24, Crb17 dan Bj11); M-Rs (isolate Cr55, Crb64 dan Bj11);
dan M-Fo (isolate Cr76, Crb86 dan Bj11). Each inoculant formed to three forms
of formulations; there were granules (G), talc powder (T) and peat powder (S).
Greenhouse test showed that several combinations of bacteria in the formula can
stimulate the height of soybean plant, root weight, and plant performance. The
biofertilizer applied with doses 400 g/ha for talc powder and peat powder.
Rhizobakteria inoculants can be used as biofungicide. Disease suppression on
Sclerotium roflsii, Rhizoctonia solani and Fusarium oxysporum respectively
79.98%, 27.27%, 50.12%. Storage up to 6 months was still able to maintain the
bacterial population to 107-108 cells/g. Based on this result, we will asses this
formula in field experiments under acid soils.
Keyword: rhizobacteria, inoculants, formulation, growth stimulator, biofungicide
RINGKASAN
BAYO ALHUSAERI SIREGAR. Teknologi Formulasi Pupuk Hayati
Rizobakteria dan Aplikasinya sebagai Pemacu Pertumbuhan Tanaman Kedelai
dan Biofungisida pada Tanah Masam. Dibimbing oleh Aris Tri Wahyudi dan
Happy Widiastuti
Hingga saat ini produksi kedelai di Indonesia masih rendah untuk
mencukupi kebutuhan nasional sehingga pemerintah mengimpor kedelai hingga
45-50%. Hal ini merupakan suatu masalah yang dapat diatasi melalui berbagai
pendekatan. Salah satu diantaranya yaitu meningkatkan produksi kedelai
melalui pemanfaatan rizobakteria pemacu pertumbuhan tanaman (plant growth
promoting rhizobacteria, PGPR) sebagai inokulan yang telah diketahui
mempunyai peran penting dalam penyehatan dan kebugaran tanaman.
Rizobakteria merupakan kelompok bakteri yang hidup dan berkembang di
daerah rizosfer tanaman dan berpotensi meningkatkan produktivitas, pertumbuhan
tanaman dan agen biokontrol secara langsung dengan memproduksi hormon asam
indol asetat, asam giberelin, sitokinin, etilen, siderofor dan antibiotik.
Pengembangan kemasan pupuk hayati dan biofungisida perlu dilakukan
untuk memudahkan aplikasi pada tanaman. Aplikasi dalam bentuk formulasi
kombinasi rizobakteri baik dalam bentuk serbuk maupun granul dimaksudkan
agar mudah disimpan, didistribusikan maupun aplikasi di lapangan. Penelitian ini
bertujuan untuk membuat paket formulasi pupuk hayati berbahan aktif rizobakteri
Pseudomonas sp. dan Bacillus sp., Bradyrhizobium japonicum menggunakan
bahan pembawa talek dan gambut sebagai inokulan untuk tanaman kedelai pada
kondisi asam.
Penelitian ini terdiri dari 3 tahapan yaitu 1). optimasi media produksi di
laboratorium, 2) formulasi pupuk hayati dan 3) pengujian keefektifan pupuk
hayati sebagai pemacu tumbuh dan biokontrol di rumah kaca. Optimasi media
biakan untuk produksi masing-masing isolat dilakukan dengan menggunakan
bahan-bahan pengganti media standar laboratorium yaitu media SKM dan PDB.
Pada kegiatan kedua yaitu formulasi dengan bahan pembawa menggunakan
gambut (bahan organik) dan talek (anorganik). Bakteri yang telah ditumbuhkan di
media alternatif digabung menjadi 3 paket formulasi yang masing-masing paket
mengandung 3 isolat bakteri berbeda dengan perbandingan 1:1:1. Paket campuran
diberi kode M-Sr (Cr55, Crb64, dan Bj11), M-Fo (Cr24, Crb17,dan Bj 11), dan
M-Rs (Cr76, Crb86, dan Bj11). Campuran bakteri ini diinokulasi ke tiap bentuk
pupuk (granul, serbuk, tepung).
Pengujian pemacu tumbuh pada tanaman kedelai dilakukan di rumah kaca
menggunakana tanah steril dan non-steril yang merupakan kegiatan ketiga.
Rancangan faktorial digunakan dalam percobaan ini dengan faktor pertama jenis
inokulum (M-Fo, M-Sr dan M-Rs) dan faktor kedua bentuk formulasi (Granul,
Tepung dan Serbuk). Tiap perlakuan terdiri atas 3 ulangan. Untuk mengetahui
aktivitas biofungisida terhadap fungi patogen akar perlu dilakukan uji pada
tanaman kedelai. Pengujian aktivitas biofungisida sebagai biokontrol terhadap
fungi patogen Rhizoctonia solani, Sclerotium rolfsii dan Fusarium oxysporum
dilakukan pada media steril dan non-steril di di rumah kaca (6 set percobaan).
Optimasi media produksi dengan menggunakan media alternatif
menunjukkan hasil bahwa bakteri dapat tumbuh baik pada media alternatif PDB
maupun SKM. Produksi biomassa sel pada media SKM umumnya lebih baik
dibandingkan dengan media PDB, namun pada media SKM memberikan hasil
waktu inkubasi bakteri yang lebih lama dibandingkan dengan media PDB untuk
mencapai jumlah sel maksimum untuk ketiga jenis bakteri tersebut.
Dari kombinasi tiga isolat Bacillus sp., tiga isolat Pseudomonas sp., dan
B. japonicum (BJ11) menghasilkan tiga paket formula pupuk yaitu M-Sr, M-Rs
dan M-Fo. Masing-masing paket formulasi tersebut dibuat menjadi tiga bentuk
paket formulasi yaitu granul (G) memiliki kadar air berkisar 5-10%, bentuk
tepung (T) dengan bahan dasar talek memiliki kadar air berkisar 2-6% dan bentuk
serbuk (S) dengan bahan dasar gambut memiliki kadar air berkisar 44-46%.
Pengaruh aplikasi pupuk hayati mampu meningkatkan tinggi tanaman,
berat basah dan kering tajuk dan akar dibandingkan dengan tanpa perlakuan
(kontrol). Perlakuan paket inokulan M-Fo (S), M-Sr (G), M-Sr (S) pada tanah
steril menunjukkan rata-rata tnggi tanaman yang paling tinggi yaitu masingmasing 27,3 ; 26,3 dan 25,9 cm dibandingkan dengan kontrol. Bentuk formulasi
yang paling baik sebagai pemacu pertumbuhan kedelai yaitu dalam bentuk serbuk
berbahan baku gambut pada tanah steril. Penekanan penyakit terhadap S. roflsii,
R. solani dan F. oxysporum. masing-masing mencapai 79,98%; 27,27%; 50,12%.
Hal ini menunjukan bahwa paket inokulan dapat digunakan sebagai biofungisida.
Penyimpanan yang dilakukan pada suhu ruang dan suhu 4oC sampai 6
bulan mampu mempertahankan jumlah inokulum bakteri sebanyak 107-108 sel/g
bahan pembawa. Penelitian ini menunjukkan sebuah potensi pengembangan
teknologi formulasi pupuk hayati dalam pemanfaatan aplikasi agen antagonis
untuk tanaman. Aplikasi dalam bentuk formula kombinasi rizobakteria baik dalam
bentuk serbuk maupun granul dimaksudkan agar mudah disimpan, didistribusikan
maupun aplikasi di lapangan oleh petani. Berbagai optimasi bisa dilakukan untuk
meningkatkan keberhasilan formulasi pupuk hayati dan keefektifannya terhadap
tanaman seperti penambahan unsur mikro pada pupuk hayati.
Kata kunci: rizobakteria, inokulan, formulasi, pemacu tumbuh, biofungisida
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2011
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh kaya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan
pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan
kitik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan
kepentingan yang wajarr IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh kaya tulis
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
TEKNOLOGI FORMULASI PUPUK HAYATI RIZOBAKTERIA
DAN APLIKASINYA SEBAGAI PEMACU PERTUMBUHAN
TANAMAN KEDELAI DAN BIOFUNGISIDA PADA TANAH MASAM
BAYO ALHUSAERI SIREGAR
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Mikrobiologi
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
Judul Tesis
Nama
NIM
: Teknologi Formulasi Pupuk Hayati Rizobakteria dan
Aplikasinya sebagai Pemacu Pertumbuhan Tanaman Kedelai
dan Biofungisida pada Tanah Masam
: Bayo Alhusaeri Siregar
: G351090171
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Drs. Aris Tri Wahyudi, M.Si
Ketua
Dr. Ir. Happy Widiastuti, M.Si
Anggota
Diketahui,
Ketua Mayor
Dekan Sekolah Pascasarjana IPB
Mikrobiologi
Dr. Ir. Gayuh Rahayu, M.Si
Tanggal Ujian: 25 Maret 2011
Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang diambil berjudul
Teknologi Formulasi Pupuk Hayati Rizobakteria dan Aplikasinya sebagai Pemacu
Pertumbuhan Tanaman Kedelai dan Biofungisida pada Tanah Masam.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr. Aris Tri Wahyudi, M.Si dan
Dr. Happy Widiastuti, M.Si selaku pembimbing. Di samping itu, penghargaan
penulis sampaikan kepada Drs. Edi Husen M.Sc dan Erny Yuniarti M.Si dari
Balai Penelitian Tanah yang telah banyak membantu memberikan fasilitas serta
saran selama pelaksanaan penelitian. Penelitian ini didanai dari proyek penelitian
“Program Insentif Peningkatan Kapasitas IPTEK Sistem Produksi” dari
Kementrian Negara Riset dan Teknologi (KNRT) Republik Indonesia kepada Dr.
Aris Tris Wahyudi tahun 2010. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan pada
Shabrina, Yurina, Qotrunnada dan mikrotropisian 2009 dalam membantu
pelaksanaan penelitian. Terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu serta
keluarga, atas segala doa dan kasih sayang.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, April 2011
Bayo Alhusaeri Siregar
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bandung pada tanggal 5 Mei 1985 sebagai anak
pertama dari 5 bersaudara dari pasangan Drs. Husein Siregar dan Alm. Nenah
Rosanah. Pendidikan sarjana ditempuh di Program Studi Hama dan Penyakit
Tumbuhan, Fakultas Pertanian IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB,
lulus pada tahun 2007. Kesempatan untuk melanjutkan ke program magister pada
Program Studi Mikrobiologi IPB diperoleh pada tahun 2009. Beasiswa pendidikan
pascasarjana diperoleh dari perusahaan Sinarmas Forestry.
Penulis bekerja sebagai peneliti di Reserch & Development Sinarmas
Forestry sejak tahun 2007 dan ditempatkan di Pekanbaru. Bidang penelitian yang
menjadi tanggung jawab peneliti ialah patologi hutan.
Selama mengikuti program S2, penulis pernah mengikuti International
Student Symposium yang diikuti oleh mahasiwa pascasarjana dari Jepang dan IPB
di Bogor pada bulan September 2010. Selain itu penulis pernah mengikuti
Internasional Seminar of Indonesian Society for Microbiology di Bogor pada
bulan Oktober 2010 sebagai peserta. Penulis berkesempatan mengunjungi Jepang
untuk menghadiri International Joint Activities di Universitas Ibaraki Jepang pada
bulan Desember 2010 sebagai pemrasaran. Karya ilmiah yang dipaparkan
merupakan bagian dari penelitian S2 penulis. Karya ilmiah ini juga pernah
diseminarkan pada acara Seminar Sains III FMIPA pada bulan November 2010 di
IPB Bogor.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL .....................................................................................
xii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................
xiii
DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................
xiv
PENDAHULUAN
Latar Belakang .................................................................................
1
Tujuan Penelitian .............................................................................
3
TINJAUAN PUSTAKA
Pseudomonas sp. sebagai Agen Pemacu Pertumbuhan
dan Biokontrol .............................................................................
4
Bacillus sp. sebagai Agen Pemacu Pertumbuhan dan Biokontrol ....
5
Bradyrhizobium japonicum .............................................................
5
Tanah Masam ..................................................................................
6
Bahan Pembawa ..............................................................................
7
Fusarium oxysporum .......................................................................
8
Rhizoctonia solani ...........................................................................
8
Sclerotium rolfsii .............................................................................
9
BAHAN DAN METODE
Tempat dan Waktu Penelitian ..........................................................
10
Bahan ...............................................................................................
10
Teknologi Formulasi ........................................................................
10
Optimasi Media Produksi Skala Laboratorium ...................
Bahan Pembawa (Carrier) ........................................................
Inokulasi Bakteri ke Dalam Bahan Pembawa .........................
Daya Simpan Inokulan Kemasan .............................................
Percobaan Rumah Kaca ...................................................................
10
11
11
12
12
Aktivitas Pemacuan Pertumbuhan Tanaman ............................
Aktivitas Biofungisida terhadap Fungi Patogen Akar .............
12
13
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil .................................................................................................
14
Optimasi Media Produksi ......................................................
Formulasi Pupuk Hayati ...........................................................
14
14
Uji Pemacu Pertumbuhan pada Tanaman Kedelai ................
Uji Biokontrol pada Tanaman Kedelai ................................
Pengujian Viabilitas Inokulan ................................................
Pembahasan ...........................................................................................
17
20
24
27
KESIMPULAN .........................................................................................
36
DAFTAR PUSTAKA ...............................................................................
37
LAMPIRAN ...............................................................................................
41
DAFTAR TABEL
Halaman
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Jumlah sel maksimum dan waktu inkubasi isolat Bacillus sp.,
Pseudomonas sp., dan B. japonicum pada media alternatif
PDB dan SKM ...................................................................................
Pengaruh inokulasi pupuk hayati terhadap tinggi tanaman kedelai
varietas Tanggamus umur 21 hari pada tanah steril dan non-steril
di rumah kaca .....................................................................................
Pengaruh inokulasi pupuk hayati terhadap berat basah akar dan
tajuk kedelai varietas Tanggamus umur 21 hari pada tanah steril
dan non-steril di rumah kaca ..............................................................
Pengaruh bentuk paket inokulan terhadap tinggi, berat basah akar
dan tajuk tanaman kedelai varietas Tanggamus umur 21 hari pada
tanah steril dan non-steril ...................................................................
Pengaruh jenis inokulan terhadap tinggi, berat basah akar dan
tajuk tanaman kedelai varietas Tanggamus umur 21 hari pada tanah
steril dan non-steril...............................................................................
Pengaruh inokulasi pupuk hayati terhadap perkembangan tanaman
kedelai yang diinokulasi patogen S. roflsii pada tanah steril di
rumah kaca. .........................................................................................
Pengaruh inokulasi pupuk hayati terhadap perkembangan tanaman
kedelai yang diinokulasi patogen S. roflsii pada tanah non-steril
di rumah kaca. .....................................................................................
Pengaruh inokulasi pupuk hayati terhadap pertumbuhan tanaman
kedelai yang diinokulasi patogen R. solani pada tanah steril
di rumah kaca. .....................................................................................
Pengaruh inokulasi pupuk hayati terhadap pertumbuhan tanaman
kedelai yang diinokulasi patoge R. solani pada tanah non-steril
di rumah kaca .......................................................................................
Pengaruh inokulasi pupuk hayati terhadap pertumbuhan tanaman
kedelai yang diinokulasi patogen F. oxysporum pada tanah steril
di rumah kaca. ......................................................................................
Pengaruh inokulasi pupuk hayati terhadap pertumbuhan tanaman
kedelai yang diinokulasi patogen F. oxysporum pada tanah
non-steril di rumah kaca. ......................................................................
Perkembangan populasi bakteri pada masa penyimpanan sampai
3 bulan pada suhu kamar dan 4oC ........................................................
Kadar air (%) paket formulasi pupuk hayati yang disimpan pada
suhu ruang dan suhu 4oC, masa penyimpanan sampai 6 bulan ............
16
17
19
19
20
20
21
22
22
23
23
25
26
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Kurva tumbuh inokulan pupuk hayati pada media SKM dan PDB ..
Kemasan pupuk hayati hasil formulasi. (a)granul, (b) tepung,
(c) serbuk .............................................................................................
Penampilan tanaman kedelai pada berbagai perlakuan pada tanah
steril. Diinokulasi pupuk hayati bentuk granul (a), Diinokulasi
pupuk hayati bentuk tepung (b), Diinokulasi pupuk hayati bentuk
serbuk (c) ............................................................................................
Penampilan tanaman kedelai pada berbagai perlakuan pada tanah
non-steril. Diinokulasi pupuk hayati bentuk granul (a), Diinokulasi
pupuk hayati bentuk tepung (b), Diinokulasi pupuk hayati bentuk
serbuk (c) .............................................................................................
Gejala serangan S. roflsii pada benih kedelai (a), Penampilan
tanaman kedelai pada tanah steril yang diinokulasi S. roflsii (b) .......
Gejala serangan R. solani pada benih kedelai (a), Penampilan
tanaman kedelai pada tanah steril yang diinokulasi R. solani (b) ........
Penampilan tanaman kedelai pada tanah steril yang diinokulasi
F. oxysporum .......................................................................................
15
16
18
18
21
22
23
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1. Karakteristik isolat-isolat rizobakteria yang digunakan .........................
41
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kedelai (Glycine max L.) merupakan salah satu tanaman pangan utama di
Indonesia. Sebagai sumber protein nabati, kedelai banyak dimanfaatkan manusia
untuk memenuhi kebutuhan protein. Di Indonesia, kedelai diolah menjadi
berbagai macam olahan seperti susu, tempe, tahu, dan masih banyak lainnya.
Kebutuhan masyarakat terhadap kedelai setiap tahun semakin meningkat, namun
produksi kedelai nasional tidak dapat memenuhi permintaan tersebut. Kekurangan
tersebut dipenuhi dengan impor kedelai dari berbagai negara dan mencatatkan
Indonesia sebagai 10 besar pengimpor kedelai padahal negara Indonesia adalah
negara agraris (FAO 2009).
Peningkatan produksi kedelai perlu dilakukan untuk mengurangi
ketergantungan impor kedelai yang dapat mengganggu stabilitas ketahanan
pangan nasional. Oleh karenanya, Kementrian Pertanian Republik Indonesia telah
mencanangkan program peningkatan produksi nasional kedelai dan menargetkan
dapat mencapai swasembada kedelai pada tahun 2014. Peningkatan produksi
kedelai dapat dilakukan dengan cara perluasan areal tanam dan meningkatkan
produktivitas. Indonesia mempunyai 102 juta hektar luas lahan kering asam yang
belum termanfaatkan (Mulyani 2006). Indonesia memiliki beberapa varietas
kedelai tahan masam (Somantri et al. 2003), sehingga kendala yang biasanya
dihadapi pada saat pemanfaatan lahan kering asam sudah sedikit terpecahkan.
Salah satu faktor yang dapat meningkatkan produktivitas kedelai adalah
tersedianya organisme tanah yang melimpah. Mulyani et al. (2004) mengatakan
bahwa populasi organisme tanah yang rendah pada tanah masam menjadi kendala
pemanfaatan tanah kering masam. Salah satu jenis organisme tanah yang sudah
banyak diteliti dan digunakan adalah rizobakteria.
Rizobakteria merupakan kelompok bakteri yang hidup dan berkembang di
daerah rizosfer tanaman dan berpotensi meningkatkan produktivitas dan
pertumbuhan tanaman (Gray & Smith 2005, Ryu 2003). Rizobakteria yang
mampu meningkatkan produktivitas dan pertumbuhan tanaman serta berpotensi
menjadi agen antagonis untuk bakteri dan fungi disebut Plant Growth Promoting
Rhizobacteria (PGPR) (Widodo 2006). PGPR ini dapat memberi keuntungan bagi
2
pertumbuhan tanaman dengan menggunakan kemampuannya dalam memproduksi
hormon pertumbuhan seperti asam indol asetat, asam giberelin, sitokinin dan
etilen (Glick et al. 1999).
Penelitian
sebelumnya
telah
menghasilkan
sejumlah
rizobakteria
Pseudomonas sp. dan Bacillus sp. indigenus asal rizosfer kedelai yang sangat
berpotensi sebagai pemacu pertumbuhan tanaman dan biofungisida terhadap
patogen akar. Kedua kelompok rizobakteria tersebut beberapa diantaranya telah
ditapis toleransinya terhadap cekaman asam-Aluminium (Wahyudi et al. 2011a;
Wahyudi et al. 2011b). Peranan rizobakteria tersebut sangat potensial sebagai
inokulan jika dikombinasikan dengan Bradyrhizobium japonicum Bj11 toleran
asam-Al (Endarini et al. 1995). Koinokulasi antara PGPR Pseudomonas sp,
Bacillus sp. dan bakteri B. japonicum telah dilaporkan mampu memacu
pertumbuhan tanaman kedelai dan mengendalikan cendawan patogen akar
tanaman kedelai (Sulistyani 2009). Keberhasilan tersebut menunjukkan bahwa
kombinasi ketiga bakteri tersebut berpotensi untuk menjadi pupuk hayati dan
biofungisida pada tanamazn kedelai khususnya pada tanah masam.
Pupuk hayati yang berbahan aktif rizobakteri sebagai pemacu tumbuh dan
biokontrol perlu diformulasi untuk aplikasi pada tanah (Nakkeeran et al. 2006).
Pengembangan kemasan pupuk hayati dan biofungisida perlu dilakukan untuk
memudahkan aplikasi pada tanaman. Aplikasi dalam bentuk formulasi kombinasi
rizobakteria baik dalam bentuk serbuk maupun granul dimaksudkan agar mudah
disimpan, didistribusikan dan diaplikasikan di lapangan. Pemanfaatan PGPR
seperti Pseudomonas sp. dan Bacillus sp. sebagai pemacu pertumbuhan tanaman
dan biofungisida dikombinasikan dengan bakteri pemfiksasi nitrogen yang
bersimbiosis dengan akar tanaman kedelai yaitu B. japonicum merupakan
terobosan baru yang menjanjikan. Bahan pembawa kombinasi bakteri dapat
menggunakan talek atau gambut yang berfungsi sebagai tempat bertahan hidup
bakteri saat penyimpanan maupun sebelum menemukan tanaman inang. Penelitian
ini dilakukan untuk memformulasikan kombinasi bakteri PGPR seperti
Pseudomonas sp. dan Bacillus sp. dengan bakteri penambat nitrogen B. japonicum
dalam bentuk serbuk dan granul dengan bahan pembawa talek atau gambut.
Parameter keberhasilan formulasi ini adalah kombinasi bakteri tersebut mampu
3
bertahan pada bahan pembawa pada masa penyimpanan tertentu, mampu
meningkatkan pertumbuhan tanaman kedelai pada kondisi asam dan mampu
menekan penyakit busuk akar pada tanaman kedelai yang disebabkan oleh fungi
Fusarium oxysporum, Rhizoctonia solani, dan Sclerotium roflsii.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan membuat paket formulasi pupuk hayati berbahan
aktif rizobakteria Bacillus sp., Pseudomonas sp. dan B. japonicum menggunakan
bahan pembawa talek dan gambut, dan mengaplikasikannya sebagai inokulan,
untuk pemacu pertumbuhan tanaman kedelai dan pengendali fungi patogen akar
S. rolfsii, F. oxysporum dan R. solani, pada kondisi tanah masam.
4
TINJAUAN PUSTAKA
Pseudomonas sp. sebagai Agen Pemacu Pertumbuhan dan Biokontrol
Pseudomonas sp. merupakan bakteri Gram negatif yang memiliki ciri-ciri
berbentuk batang lurus atau lengkung, ukuran tiap sel bakteri 0.5-0.11 µm x 1.54.0 µm, motil dengan satu atau beberapa flagel, aerob dan tidak membentuk spora
(Madigan et al. 2000). Pseudomonas sp. bersifat katalase dan oksidase positif,
mengakumulasi β-polihidroksi butirat sebagai sumber karbon, kemoorganotrof,
dan memiliki kandungan GC tinggi yakni berkisar 58-68% (Ballows et al. 1992).
Pseudomonas ditemukan secara luas pada ekosistem tanah dan air, mendegradasi
sejumlah besar senyawa organik, berinteraksi dengan tanaman dan berasosiasi
didalam rizosfer yang bersifat menguntungkan di bidang pertanian dan sebagian
lainnya dapat sebagai agen biokontrol.
Sebagai agen pemacu pertumbuhan tanaman, Pseudomonas banyak
dilaporkan menghasilkan fitohormon dalam jumlah besar khususnya IAA untuk
merangsang pertumbuhan yaitu asam giberelin, sitokinin dan etilen serta
melarutkan fosfat, kalium atau nutrien lain sehingga tersedia bagi tanaman (Dey et
al. 2004). Pada beberapa galur Pseudomonas sp. dapat membantu tanaman
menghadapi cekaman lingkungan seperti kekurangan air dan nutrien serta
pencemaran senyawa toksin (Shen 1997).
Selain sebagai pemacu pertumbuhan tanaman, Pseudomonas sp. juga
mempunyai kemampuan sebagai agen biokontrol terhadap serangan fungi patogen
tanaman. Mekanisme dalam menekan pertumbuhan fungi patogen tanaman
diantaranya karena Pseudomonas sp. mampu menghasilkan senyawa siderofor, β1,3 glukanase, kitinase, antibiosis dan sianida (Chermin & Chet 2002,
Selitrennikoff 2001). Pseudomonas sp. juga menghasilkan senyawa antibiotik
antara lain bakteriosin, pioluteorin, pirolnitril, fenazin, 2,4-diasetil floroglusinol
dan fusarisidin (Beatty & Susan 2002, Dwivedi & Johri 2003).
5
Bacillus sp. sebagai Agen Pemacu Pertumbuhan dan Biokontrol
Bacillus sp. merupakan salah satu bakteri dari kelompok bakteri tanah
yang seringkali dijumpai pada rizosfer tanaman. Bacillus sp. merupakan bakteri
Gram positif, sel berbentuk batang dengan ukuran 0,6-0,8 x 2-5 µm, motil dan
membentuk endospora pada kondisi lingkungan yang tidak menguntungkan
sehingga bakteri dapat bertahan hidup (Madigan et al. 2000). Kemampuannya
dalam membentuk endospora menjadikan Bacillus sp. banyak digunakan dalam
industri secara komersil karena dapat bertahan lama dan beradaptasi dengan
formula dan bahan-bahan kimia yang diaplikasikan dalam tanah pertanian (Bai et
al. 2003).
Bacillus sp. mempunyai kemampuan sebagai biokontrol penyakit tanaman
dengan memproduksi antibiotik yang disekresikan saat kultur memasuki fase
stasioner dan memproduksi metabolit sekunder seperti enzim kitinase,
mycobacilin, bacitrasin, dan zwittermicin (Madigan et al. 2000). Bakteri B.
subtilis dan B. cereus positif menghasilkan senyawa siderofor. Dengan adanya
siderofor, bakteri ini mampu berkompetisi dengan bakteri patogen dalam
menggunakan Fe3+ yang konsentrasinya sangat terbatas dalam tanah. Pengambilan
Fe3+ oleh bakteri tidak mengganggu kebutuhan tanaman karena tanaman hanya
membutuhkan dalam jumlah sedikit dibandingkan dengan mikroorganisme
(Nawangsih 2006).
Bradyrhizobium japonicum
Bakteri simbion Bradyrhizobium memiliki kemampuan berinteraksi
dengan kelompok tanaman legum dengan membentuk bintil untuk memfiksasi
nitrogen dari udara dan dapat digunakan oleh tanaman dalam simbiosis
mutualisme. B. japonicum merupakan bakteri dengan sel berbentuk batang
berukuran 0,5-0,9 µm x 1,3-3,0 µm, motil, Gram negatif, memiliki flagel polar
atau subpolar, pertumbuhannya lambat dan membentuk bintil akar pada tanaman
legum (Madigan et al. 2000). B. japonicum termasuk dalam grup II Rhizobium
yang spesifik menodulasi kedelai. Grup II tumbuh lambat dan menghasilkan basa.
Anggota dari kelompok ini memerlukan waktu pertumbuhan 3-5 hari pada
medium cair dan rata-rata waktu pembelahan 6-7 jam. Kebanyakan galur dalam
6
kelompok ini tumbuh dengan baik dengan menggunakan pentosa sebagai sumber
karbon (Somasegaran & Hoben 1994).
Bradyrhizobium diketahui mampu meningkatkan pertumbuhan dan
perkembangan tanaman melalui peningkatan pembentukan bintil dan berat bintil
tanaman legum. Beberapa tahap infeksi dan perkembangan bintil (Madigan et al.
2000) yaitu : (1) pengenalan bakteri terhadap bagian tanaman pada inang yang
sesuai dan pelekatan pada rambut akar, (2) invasi bakteri pada rambut akar dengan
membentuk benang-benang infeksi, (3) perluasan infeksi menuju akar utama
melalui benang infeksi, (4) pembentukan sel-sel bakteri di dalam sel tanaman
yang disebut bakteroid dan berkembang pada tahap fiksasi nitrogen, dan (5)
pembelahan sel tanaman dan bakteri membentuk bintil akar dewasa (matang).
Mekanisme Bradyrhizobium dalam meningkatkan pertumbuhan tanaman
inang secara langsung melalui produksi IAA dan pengambilan nutrisi fosfat dan
mineral lainnya dari tanah. Mekanisme secara tidak langsung dengan melindungi
akar dari serangan patogen melalui produksi metabolit sekunder seperti siderofor
dan rizobitoksin (Deshwal et al. 2002).
Tanah Masam
Tanah masam adalah tanah mineral yang mempunyai nilai pH kurang dari
5,5 dan nilai kejenuhan basa (KB) < 50% biasanya berada pada lahan kering.
Derajat kemasaman bergantung pada faktor lingkungan selama pembentukan
tanah; iklim, materi bahan dan vegetasi sangat penting dalam pembentukan pH.
Nilai pH terkadang digunakan sebagai indikator ketersediaan unsur hara dalam
tanah. Pada pH normal ketersediaan unsur hara berada pada komposisi seimbang.
Pada pH kurang dari 6,5 terjadi defisiensi unsur P, Ca dan Mg serta toksisitas B,
Mn, Cu, Zn dan Fe (Hanafiah 2005).
Tanah masam terdapat di berbagai wilayah Indonesia maupun di dunia.
Tiap daerah yang sama-sama memiliki tanah masam mungkin mempunyai sifat
yang berbeda. Luas tanah kering masam di Indonesia mencapai 102 juta hektar
yang belum termanfaatkan (Mulyani 2006). Lahan tidur ini dapat dimanfaatkan
untuk tanaman pangan dan tanaman perkebunan. Teknologi pengelolaan lahan
masam dapat didekati dengan 2 aspek yaitu : (1) aspek tanah dan air yang
7
bertujuan untuk mengkondisikan lingkungan yang sesuai bagi tanaman dengan
ketersediaan air dan hara yang cukup (pemupukan seimbang, pengelolaan bahan
organik, irigasi, dan menekan tingkat kejenuhan Al), serta (2) aspek tanaman yang
bertujuan untuk menseleksi varietas tanaman yang dapat tumbuh pada kondisi
lahan yang masam.
Pengembangan varietas tanaman yang toleran terhadap lahan masam dapat
ditempuh dengan cara pemuliaan tanaman atau rekayasa genetika (Setyorini et al.
2004).
Berdasarkan
hasil
penelitian
dari
Badan
Litbang
Pertanian
menginformasikan bahwa varietas kedelai unggul seperti Leuser, Kawi dan
Slamet tergolong cukup tahan terhadap penyakit karat dan sesuai untuk tanah
masam (Hafsah 2004, Somantri et al. 2003).
Bahan Pembawa
Bahan pembawa yang digunakan untuk formulasi PGPR dalam penelitian
ini yaitu talek dan gambut. Talek adalah mineral yang sangat lunak dengan
komposisi kimia (Mg3SiO10(OH)2), dan umumnya terjadi sebagai mineral
sekunder hasil hidrasi batuan pembawa magnesium, seperti peridotit, gabro, dan
dolomit. Talek mempunyai luas pemukaan