Kemampuan bakteri endofit Micrococcus endophyticus G053 dalam memproduksi IAA-like compound dan meningkatkan pertumbuhan tanaman
KEMAMPUAN BAKTERI ENDOFIT Micrococcus endophyticus
G053 DALAM MEMPRODUKSI IAA-LIKE COMPOUND DAN
MENINGKATKAN PERTUMBUHAN TANAMAN
YULI SITI FATMA
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Kemampuan Bakteri
Endofit Micrococcus endophyticus G053 dalam Memproduksi IAA-like
Compound dan Meningkatkan Pertumbuhan Tanaman adalah benar karya saya
dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun
kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip
dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, September 2014
Yuli Siti Fatma
NIM G34100008
ABSTRAK
YULI SITI FATMA. Kemampuan Bakteri Endofit Micrococcus endophyticus
G053 dalam Memproduksi IAA-like Compound dan Meningkatkan Pertumbuhan
Tanaman. Dibimbing oleh IMAN RUSMANA dan ALINA AKHDIYA.
Bakteri endofit dapat berperan sebagai PGPB (plant growt-promoting
bacteria) dengan cara menghasilkan zat pengatur tumbuh atau meningkatkan
ketersediaan nutrisi bagi tanaman. Penelitian ini bertujuan menguji kemampuan
bakteri endofit Micrococcus endophyticus G053 dalam menghasilkan IAA-like
compound, menambat nitrogen bebas, dan kemampuannya dalam meningkatkan
pertumbuhan planlet kentang dan tanaman tembakau. Kemampuan M.
endophyticus G053 dalam memproduksi IAA-like compound pada media TSB
50% dan TSB 100% diuji menggunakan reagen Salkowski, sedangkan
kemampuannya dalam menambat nitrogen bebas diuji dengan menumbuhkannya
pada media LGI agar. Potensi M. endophyticus G053 dalam meningkatkan
pertumbuhan tanaman diuji secara in vitro menggunakan planlet kentang dan in
planta menggunakan tanaman tembakau. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa
M. endophyticus G053 mampu memproduksi IAA-like compound pada kedua
media dan menambat nitrogen bebas. Produksi IAA-like compound tertinggi
tercapai di hari ke-6 pada TSB 50% (64.35 ppm) dan di hari ke-8 pada TSB 100%
(69.10 ppm). Inokulasi planlet kentang dengan M. endophyticus G053 mampu
meningkatkan tinggi dan jumlah tunas planlet. M. endophyticus G053 yang
diinokulasi pada rizosfer tanaman tembakau juga mampu meningkatkan panjang
batang, panjang akar, dan bobot kering tanaman tembakau. Kemampuan M.
endophyticus G053 dalam meningkatkan pertumbuhan planlet kentang dan
tanaman tembakau diduga disebabkan oleh kemampuan bakteri endofit tersebut
dalam menghasilkan IAA-like compound dan menambat nitrogen bebas.
Kata kunci: bakteri endofit, bakteri penambat nitrogen, indole-3-acetic acid
(IAA), Micrococcus endophyticus G053
ABSTRACT
YULI SITI FATMA. Ability of Endophytic Bacterium Micrococcus endophyticus
G053 to Produce IAA-like Compound and Increase Plants Growth. Supervised by
IMAN RUSMANA and ALINA AKHDIYA.
Endophytic bacteria are able to act as PGPB (plant growth-promoting
bacteria) by producing hormones or increasing availability nutrients for plants.
This study aimed to test the ability of endophytic bacterium Micrococcus
endophyticus G053 to produce IAA-like compound, fix free nitrogen, and its
ability to increase potato plantlet and tobacco plant growth. The ability of M.
endophyticus G053 to produce IAA-like compound in TSB 50% and TSB 100%
was tested using Salkowski reagent, whereas its ability to fix free nitrogen was
tested by growing it in LGI agar. Potency of M. endophyticus G053 to increase
plants growth was tested in vitro using potato plantlets and in planta using tobacco
plants. The results showed that M. endophyticus G053 was able to produce IAAlike compound in both media and to fix free nitrogen. The highest production of
IAA-like compound was at 6th day of incubation in TSB 50% (64.35 ppm) and at
8th day of incubation in TSB 100% (69.10 ppm). Potato plantlets inoculated with
M. endophyticus G053 was able to increase plantlet height and its number of
shoot. M. endophyticus G053 inoculated in tobacco plants rhizosphere was also
able to increase shoot length, root length, and dry weight of tobacco plants. The
ability of M. endophyticus G053 to increase potato plantlets and tobacco plants
growth was due to their ability to produce IAA-like compound and to fix free
nitrogen.
Key words: endophytic bacteria, indole-3-acetic acid (IAA), Micrococcus
endophyticus G053, nitrogen-fixing bacteria
KEMAMPUAN BAKTERI ENDOFIT Micrococcus endophyticus
G053 DALAM MEMPRODUKSI IAA-LIKE COMPOUND DAN
MENINGKATKAN PERTUMBUHAN TANAMAN
YULI SITI FATMA
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Biologi
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PRAKATA
Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu
wa ta’ala atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga karya ilmiah yang
berjudul Kemampuan Isolat Bakteri Endofit Micrococcus endophyticus G053
dalam Memproduksi IAA-like Compound dan Meningkatkan Pertumbuhan
Tanaman dapat diselesaikan.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Dr Ir Iman Rusmana, MSi selaku
pembimbing I dan Dr Alina Akhdiya, MSi selaku pembimbing II yang telah
banyak memberikan bimbingan, arahan, dan saran kepada penulis. Ucapan terima
kasih penulis sampaikan kepada Dr Kanthi Arum Widayati, MSi selaku dosen penguji
sekaligus perwakilan komisi pendidikan Departemen Biologi atas saran dan masukan
selama penyelesaian karya ilmiah ini. Penulis menyampaikan terima kasih kepada
program Bidikmisi dari DIKTI yang telah memberikan kesempatan beasiswa
sehingga penulis dapat menyelesaikan Strata 1. Terima kasih penulis sampaikan
kepada Mama, Bapak, adik-adik, serta seluruh keluarga besar atas segala doa dan
kasih sayangnya. Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Erma,
Kak Andri, Pak Ade, IR Crew, Biologi 47, OWA khususnya OWA 13, Asrama
Putri Darmaga (APD), staf BB Biogen, staf Departemen Biologi FMIPA IPB,
serta berbagai pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, September 2014
Yuli Siti Fatma
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
ix
DAFTAR GAMBAR
ix
DAFTAR LAMPIRAN
ix
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
2
METODE
2
Waktu dan Tempat
2
Bahan
2
Peremajaan dan Penyimpanan Kultur Bakteri
2
Pembuatan Kurva Tumbuh Bakteri Endofit
2
Penentuan Kadar IAA-like Compound
3
Kemampuan Bakteri Endofit dalam Menambat Nitrogen Bebas
3
Kemampuan Bakteri Endofit dalam Meningkatkan Pertumbuhan Planlet
Kentang
3
Kemampuan Bakteri Endofit dalam Meningkatkan Pertumbuhan Tanaman
Tembakau
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4
Hasil
4
Pembahasan
7
SIMPULAN
10
DAFTAR PUSTAKA
10
LAMPIRAN
12
RIWAYAT HIDUP
13
DAFTAR TABEL
1 Pertambahan tinggi (∆t) dan pertambahan jumlah (∆Σ) tunas pucuk
planlet kentang yang diinokulasi dan tidak diinokulasi kultur
M. endophyticus G053 pada 4 MSI
2 Panjang batang, panjang akar, dan bobot kering tanaman tembakau
yang diinokulasi dan tidak diinokulasi kultur M. endophyticus
G053 pada 25 HSI
6
6
DAFTAR GAMBAR
1 Nilai OD kultur M. endophyticus G053 (
) dan konsentrasi
IAA-like compound (ppm) (
) yang dihasilkannya dalam media
TSB 50% selama 10 hari inkubasi
2 Nilai OD kultur M. endophyticus G053 (
) dan konsentrasi
IAA-like compound (ppm) (
) yang dihasilkannya dalam media
TSB 100% selama 10 hari inkubasi
3 Koloni M. endophyticus G053 pada media LGI agar
4 Penampilan planlet kentang yang diinokulasi (a) dan tidak diinokulasi (b)
dengan kultur bakteri M. endophyticus G053 pada 4 MSI
5 Penampilan tanaman tembakau yang diinokulasi (a) dan tidak diinokulasi
(b) dengan kultur bakteri M. endophyticus G053 pada 25 HSI
4
5
5
6
7
DAFTAR LAMPIRAN
1 Kurva standar pertumbuhan M. endophyticus G053
2 Kurva standar pengukuran IAA (Merck, Darmstadt, Germany)
12
12
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Bakteri endofit merupakan bakteri yang mengolonisasi jaringan tanaman
inang tanpa menimbulkan kerugian bagi tanaman inangnya. Beberapa bakteri
endofit dapat berperan sebagai PGPB (plant growth-promoting bacteria) yang
dapat meningkatkan pertumbuhan tanaman melalui mekanisme langsung dan
tidak langsung. Produksi zat pengatur tumbuh dan peningkatan ketersediaan
nutrisi oleh bakteri endofit secara langsung dapat memacu pertumbuhan tanaman.
Secara tidak langsung, peningkatan pertumbuhan juga dapat disebabkan oleh
peningkatan ketahanan tanaman terhadap patogen atau pengaruh pengendalian
patogen oleh bakteri endofit melalui mekanisme kompetisi, induksi resistensi
tanaman, dan produksi antibiotik, enzim pelisis, atau siderofor (Glick 2012).
Zat pengatur tumbuh merupakan senyawa yang pada konsentrasi rendah
mampu menimbulkan respon fisiologi tanaman. Senyawa ini bekerja secara lokal,
di sekitar tempat sintesis, dan atau jaringan lain. Zat pengatur tumbuh adalah
regulator penting bagi tanaman dalam merespon kondisi biotik dan abiotik.
Beberapa zat pengatur tumbuh, antara lain asam absisat (ABA), indole-3-acetic
acid (IAA atau auksin), brasinosteroid (BRs), sitokinin, giberelin (GA), etilen,
asam jasmonat (JA), dan asam salisilat (Santner et al. 2009). IAA tidak hanya
dihasilkan oleh tumbuhan, tetapi dapat dihasilkan oleh beberapa bakteri, di
antaranya bakteri endofit, rizosfer, dan nonsimbion. IAA juga dapat dihasilkan
oleh bakteri fitopatogen (Tsavkelova et al. 2006).
Indole-3-acetic acid (IAA) adalah salah satu zat pengatur tumbuh yang
berperan dalam pembelahan, pemanjangan, dan diferensiasi sel tumbuhan,
dominansi apikal, merangsang perkecambahan biji dan umbi, meningkatkan
kecepatan pembentukan akar dan xilem, mengatur proses pertumbuhan vegetatif,
menginisiasi pembentukan akar lateral dan akar adventif, berperan dalam
fotosintesis, resistensi terhadap cekaman, pembentukan pigmen, dan biosintesis
berbagai metabolit (Tsavkelova et al. 2006). IAA yang dihasilkan oleh bakteri
dapat meningkatkan panjang dan luas permukaan akar sehingga meningkatkan
kemampuan tumbuhan dalam memperoleh nutrisi (Glick 2012). Beberapa bakteri
endofit yang mampu menghasilkan IAA, antara lain Rhizobium, Agrobacterium,
Azospirillum, Bacillus, Pseudomonas, Klebsiella, dan Micrococcus (Tsavkelova et
al. 2006).
Peningkatan ketersediaan nutrisi bagi tanaman oleh bakteri endofit juga
terjadi melalui penambatan nitrogen, pelarutan fosfat, atau pengikatan besi.
Beberapa bakteri endofit mampu menambat nitrogen bebas dari udara. Bakteri
mengubah nitrogen (N2) menjadi ammonia (NH3) agar dapat dimanfaatkan oleh
tanaman. Tanaman memanfaatkan nitrogen tersebut dalam pembentukan asam
amino, protein, asam nukleat, enzim, hormon, klorofil, dan biomolekul lain
(Gardner et al. 2008). Nitrogen berperan penting dalam proses pertumbuhan dan
perkembangan tanaman. Oleh karena itu, kecukupan pasokan nitrogen penting
bagi tanaman.
2
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan menguji kemampuan bakteri endofit Micrococcus
endophyticus G053 dalam menghasilkan IAA-like compound, menambat nitrogen
bebas, dan kemampuannya dalam meningkatkan pertumbuhan planlet kentang dan
tanaman tembakau.
METODE
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari 2014 hingga Juli 2014 di
Laboratorium Biokimia dan rumah kaca, Balai Besar Penelitian dan
Pengembangan Bioteknologi dan Sumberdaya Genetik Pertanian (BB Biogen),
Bogor.
Bahan
Isolat bakteri endofit Micrococcus endophyticus G053 yang merupakan
koleksi Dr Alina Akhdiya, MSi. Isolat diisolasi dari tanaman kentang (Atlantic)
yang diambil dari daerah Garut, Jawa Barat.
Peremajaan dan Penyimpanan Kultur Bakteri
M. endophyticus G053 diremajakan pada media TSA (Trypticase Soy Agar)
dan diinkubasi pada suhu ruang (28±2 oC) selama 24-72 jam. Stok kultur M.
endophyticus G053 disimpan di media TSA (TSB [Trypticase Soy Broth, BactoTM,
Sparks, USA] 30 g L-1, agar 20 g L-1) miring pada suhu ruang dan gliserol 40%
pada suhu -19 oC.
Pembuatan Kurva Tumbuh Bakteri Endofit
Pembuatan kurva tumbuh bakteri diawali dengan penyiapan kultur
inokulum, yaitu dengan menginokulasi masing-masing sebanyak 3 lup kultur
padat bakteri M. endophyticus G053 ke media TSB 50% (TSB 15 g L-1) dan TSB
100% (TSB 30 g L-1). Media yang telah diinokulasi tersebut diinkubasi selama 48
jam di atas mesin pengocok (150 rpm) pada suhu ruang. Sebanyak 1 mL kultur
cair tersebut diinokulasikan ke media TSB 50% dan TSB 100%. Kultur diinkubasi
dalam kondisi gelap sambil dikocok (150 rpm) pada suhu ruang. Kepadatan sel
dalam kultur diukur dengan metode turbidimetri, yaitu dengan menggunakan
spektrofotometer pada panjang gelombang 600 nm. Pengukuran kepadatan sel
dilakukan setiap 2 hari selama 10 hari. Setiap pengukuran dilakukan dalam 2
ulangan.
3
Penentuan Kadar IAA-like Compound
Pengukuran IAA-like compound dilakukan dengan metode kolorimetri
menggunakan reagen Salkowski yang dimodifikasi oleh Glickmann dan Dessaux
(1995). Kurva standar IAA diperoleh dari pengukuran IAA (Merck, Darmstadt,
Germany) pada konsentrasi 0-100 ppm (Lampiran 2) dan digunakan untuk
mengetahui konsentrasi IAA pada setiap kultur bakteri. Sebanyak 1.5 mL kultur
bakteri M. endophyticus G053 diambil dari kultur yang sama pada pembuatan
kurva tumbuh bakteri, kemudian disentrifugasi dengan kecepatan 10000 rpm
selama 10 menit. Sebanyak 1 mL supernatan kultur direaksikan dengan 1 mL
reagen Salkowski (12 g L-1 FeCl3 dalam 7.9 M H2SO4), kemudian didiamkan
dalam kondisi gelap selama 30 menit pada suhu ruang. Keberadaan IAA-like
compound di dalam sampel yang dianalisis ditunjukkan dengan adanya perubahan
warna menjadi merah muda hingga merah anggur. Campuran reaksi diukur rapat
optis (optical density/OD) atau absorbansinya menggunakan spektrofotometer
pada panjang gelombang 520 nm. Pengukuran tersebut dilakukan sebanyak 2
ulangan setiap 2 hari selama 10 hari. Media tanpa inokulasi bakteri digunakan
sebagai kontrol.
Kemampuan Bakteri Endofit dalam Menambat Nitrogen Bebas
M. endophyticus G053 diinokulasikan ke permukaan media LGI agar dengan
cara digores. LGI agar merupakan media bebas nitrogen dengan komposisi
sebagai berikut: sukrosa 5 g L-1, K2HPO4 0.2 g L-1, KH2PO4 0.6 g L-1,
MgSO4.7H2O 0.2 g L-1, CaCl2 0.02 g L-1, Na2MoO4.2H2O 0.002 g L-1, FeCl3 0.01
g L-1, dan agar 19 g L-1. Bakteri diinkubasi pada suhu ruang selama 12 hari
(Kirchhof et al. 2007).
Kemampuan Bakteri Endofit dalam Meningkatkan Pertumbuhan
Planlet Kentang
Sebanyak 100 µL suspensi bakteri M. endophyticus G053 (± 107 sel mL-1
[Lampiran 1]) diteteskan di sekitar akar planlet kentang (Granola) berumur 2
minggu yang ditumbuhkan pada media MS (Murashige and Skoog). Planlet yang
telah diinokulasi bakteri endofit diinkubasi pada suhu 23 oC dalam kondisi 8 jam
gelap, 16 jam terang, dan intensitas cahaya sebesar 2500 lux. Sebagai kontrol,
planlet ditetesi 100 µL akuades steril kemudian diinkubasi pada kondisi yang
sama. Pertumbuhan planlet diukur berdasarkan tinggi dan jumlah tunas planlet
yang diamati sebelum dan 4 minggu setelah inokulasi (MSI) bakteri endofit.
Pengamatan dilakukan terhadap 10 planlet kontrol (tanpa inokulasi bakteri
endofit) dan 10 planlet yang diinokulasi dengan bakteri endofit.
4
Kemampuan Bakteri Endofit dalam Meningkatkan Pertumbuhan
Tanaman Tembakau
Sebanyak 15 mL suspensi bakteri M. endophyticus G053 (± 107 sel mL-1
[Lampiran 1]) diteteskan di sekitar akar tanaman tembakau berumur 3 minggu.
Sebagai kontrol, tembakau ditetesi dengan 15 mL akuades steril. Pertumbuhan
planlet diukur berdasarkan panjang batang, panjang akar, dan bobot kering
tanaman yang diamati 25 hari setelah inokulasi (HSI). Pengamatan dilakukan
terhadap 2 tanaman kontrol (tanpa inokulasi bakteri endofit) dan 2 tanaman yang
diinokulasi bakteri endofit. Media tanam yang digunakan adalah 1.5 kg tanah
yang dimasukkan ke polybag.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Konsentrasi
IAA-like compound (ppm)
OD =600 nm
Kemampuan M. endophyticus G053 dalam Memproduksi IAA-like Compound
Hasil uji terhadap supernatan kultur M. endophyticus G053 yang
ditumbuhkan pada media TSB 50% dan TSB 100% menunjukkan adanya IAA-like
compound dengan konsentrasi yang berbeda-beda selama masa inkubasi. Kadar
IAA-like compound tertinggi tercapai berturut-turut pada masa inkubasi 6 hari dan
8 hari untuk kultur M. endophyticus G053 dalam TSB 50% dan TSB 100%.
Kultur M. endophyticus G053 pada media TSB 50% memasuki akhir fase
eksponensial pada hari ke-6. Pada fase tersebut dihasilkan IAA-like compound
dengan konsentrasi tertinggi, yaitu sebesar 64.35 ppm (Gambar 1). Kandungan
IAA-like compound pada hari ke-8 dan 10 mengalami penurunan berturut-turut
menjadi 58.35 ppm dan 57.48 ppm. Perubahan nilai OD pada hari ke-6 sampai 10
relatif kecil dan tidak signifikan, yang menunjukkan bahwa kultur telah mencapai
fase stasioner.
90
3
80
2.5
70
60
2
50
1.5
40
30
1
20
0.5
10
0
0
2
4
6
8
10
Waktu inkubasi (hari)
Gambar 1 Nilai OD kultur M. endophyticus G053 (
) dan konsentrasi IAAlike compound (ppm) (
) yang dihasilkannya pada media TSB
50% selama 10 hari inkubasi
5
3
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
OD =600 nm
2.5
2
1.5
1
0.5
0
2
4
6
8
Waktu inkubasi (hari)
Konsentrasi
IAA-like compound (ppm)
Kultur M. endophyticus G053 yang ditumbuhkan pada media TSB 100%
memasuki akhir fase eksponensial pada hari ke-8. IAA-like compound yang
dihasilkan pada hari ke-8 merupakan IAA-like compound dengan konsentrasi
tertinggi yaitu sebesar 69.10 ppm. Nilai OD kultur pada hari ke-10 meningkat
secara tidak signifikan, sebaliknya kadar IAA-like compound mengalami
penurunan yang tajam menjadi 49.60 ppm (Gambar 2). Sebagaimana telah
dijelaskan sebelumnya, perubahan nilai OD yang relatif kecil dan tidak signifikan
ini menunjukkan bahwa kultur memasuki fase stasioner.
10
Gambar 2 Nilai OD kultur M. endophyticus G053 (
) dan konsentrasi IAAlike compound (ppm) (
) yang dihasilkannya pada media TSB
100% selama 10 hari inkubasi
Kemampuan M. endophyticus G053 dalam Menambat Nitrogen Bebas
Hasil pengamatan pada media LGI agar menunjukkan adanya koloni-koloni
kecil bakteri setelah diinkubasi selama 7 hari. Lima hari kemudian koloni M.
endophyticus G053 tersebut tumbuh dan memiliki diameter koloni ± 3 mm sampai
5 mm dengan warna transparan hingga opaque (Gambar 3).
Gambar 3 Koloni M. endophyticus G053 pada media LGI agar
6
Kemampuan M. endophyticus G053 dalam Meningkatkan Pertumbuhan
Planlet Kentang dan Tanaman Tembakau
Kultur M. endophyticus G053 yang diinokulasi di sekitar akar planlet
kentang mampu meningkatkan rata-rata pertambahan tinggi planlet dan
pertambahan jumlah tunas planlet dibandingkan dengan kontrol (Tabel 1, Gambar
4). Inokulasi kultur M. endophyticus G053 pada tembakau juga mampu
meningkatkan rata-rata panjang batang, panjang akar, dan bobot kering tanaman
dibandingkan kontrol (Tabel 2, Gambar 5).
Tabel 1 Pertambahan tinggi (∆t) dan pertambahan jumlah (∆Σ) tunas pucuk
planlet kentang yang diinokulasi dan tidak diinokulasi kultur M.
endophyticus G053 pada 4 MSI
Perlakuan
Planlet +
M. endophyticus G053
Planlet kontrol
a
∆t planlet (mm ± SE)a
∆Σ tunas planlet ± SEa
26.20 ± 2.784
3.70 ± 0.473
20.10 ± 3.840
3.40 ± 0.306
SE = standar eror, n = 10
Gambar 4 Penampilan planlet kentang yang diinokulasi (a) dan tidak diinokulasi
(b) dengan kultur bakteri M. endophyticus G053 pada 4 MSI
Tabel 2 Panjang batang, panjang akar, dan bobot kering tanaman tembakau yang
diinokulasi dan tidak diinokulasi kultur M. endophyticus G053 pada 25
HSI
Perlakuan
Tanaman +
M. endophyticus G053
Tanaman kontrol
a
SE = standar eror, n = 2
Panjang batang
(cm ± SE)a
Panjang akar
(cm ± SE)a
Bobot kering
tanaman (mg ± SE)a
11.35 ± 0.350
26.75 ± 0.150
4.537 ± 0.305
3.25 ± 0.750
6.90 ± 0.800
0.350 ± 0.131
7
(a)
Gambar 5
(b)
Penampilan tanaman tembakau yang diinokulasi (a) dan tidak
diinokulasi (b) dengan kultur bakteri M. endophyticus G053 pada 25
HSI
Pembahasan
Uji kandungan IAA-like compound pada supernatan bakteri Micrococcus
endophyticus G053 dilakukan dengan metode kolorimetri, yaitu berdasarkan
perubahan warna sampel setelah ditambahkan reagen Salkowski. Reagen
Salkowski hasil modifikasi Glickmann dan Dessaux (1995) dapat digunakan
untuk membuktikan keberadaan senyawa yang mengandung indol, yaitu pada
IAA dan senyawa intermediet dalam biosintesis IAA, antara lain indole-3acetamide (IAM) dan indole-3-pyruvate (IPyA). Uji positif ditunjukkan dengan
adanya perubahan warna supernatan bakteri menjadi merah muda hingga merah
anggur.
M. endophyticus G053 mampu menghasilkan IAA-like compound dalam
TSB 50% dan TSB 100% selama masa inkubasi. Konsentrasi IAA-like compound
yang dihasilkan oleh bakteri endofit tersebut dalam TSB 50% dan TSB 100%
mengalami penurunan ketika kultur memasuki fase stasioner. Ghosh dan Basu
(2002) melaporkan bahwa pada Rhizobium sp. yang diisolasi dari akar Dalbergia
lanceolaria, penurunan konsentrasi IAA pada fase stasioner diduga oleh adanya
pelepasan enzim pendegradasi IAA, antara lain IAA oksidase dan peroksidase.
Puncak produksi IAA-like compound pada kedua kultur tercapai ketika
kultur memasuki akhir fase eksponensial. Pada akhir fase eksponensial, enzimenzim yang digunakan dalam biosintesis IAA dihasilkan cukup banyak seiring
dengan laju pertumbuhan. Akhir fase eksponensial kultur M. endophyticus G053
dalam TSB 50% tercapai pada hari ke-6, sedangkan pada kultur M. endophyticus
G053 dalam TSB 100% baru memasuki akhir fase eksponensial pada hari ke-8.
Hal ini disebabkan oleh ketersediaan nutrisi yang ada pada media TSB 100%
relatif lebih tinggi dibandingkan dengan yang terkandung dalam TSB 50%,
8
sehingga kultur yang ditumbuhkan dalam TSB 100% lebih lambat masuk ke fase
stasioner.
Bakteri memasuki fase stasioner ketika mencapai kepadatan sel yang tinggi,
sedangkan nutrisi pada media berkurang dan bahan buangan terakumulasi.
Pertumbuhan sel tidak terjadi atau terjadi sangat lambat pada fase stasioner,
namun fungsi sel masih berlangsung, seperti metabolisme energi dan proses
biosintesis. Aktivitas biosintesis metabolit sekunder oleh bakteri meningkat pada
akhir fase eksponesial dan fase stasioner. Metabolit sekunder yang dihasilkan oleh
mikroorganime tidak berkaitan dengan proses pertumbuhan, tetapi berperan dalam
ketahanan hidup mikroorganisme (Sunatmo 2009). Salah satu jenis metabolit
sekunder tersebut adalah IAA.
IAA-like compound yang dihasilkan oleh kultur M. endophyticus G053 pada
TSB 100% mampu mencapai konsentrasi yang lebih tinggi dibandingkan pada
TSB 50%. Penambahan nutrisi sebanyak 100% pada media dapat meningkatkan
produksi IAA-like compound walaupun peningkatannya tidak sebanding dengan
persentase kenaikan nutrisinya. Hal ini diduga disebabkan oleh adanya
mekanisme hambatan umpan balik (feedback inhibition) dalam aktivitas enzim
yang terlibat pada biosintesis IAA. Menurut Sunatmo (2009), mekanisme
hambatan umpan balik berlangsung pada langkah pertama dari seluruh lintasan
biosintesis, termasuk lintasan biosintesis asam amino atau nukleotida. Produk
akhir menghambat enzim pertama lintasan yang secara efektif akan menutup
seluruh lintasan. Biosintesis kembali dimulai apabila penghambatan tersebut
berkurang. Biosintesis IAA dapat diatur oleh produk akhir dan senyawa
intermedietnya. Hutcheson dan Kosuge (1985) melaporkan bahwa pada
Pseudomonas syringae pv. savastanoi, aktivitas enzim tryptophan-2monooxygenase (IaaM) yang merupakan enzim pertama pada lintasan indoleacetamide (IAM) diatur melalui hambatan umpan balik oleh IAM dan IAA.
Berbeda pada Azospirillum lipoferum Sp RG20 dan A. brasilense Sp Cd, enzim
anthranilate synthetase (AS) diinduksi oleh triptofan melalui mekanisme
hambatan umpan balik (Hartmann dan Zimmer 1983).
Bakteri mensintesis IAA melalui lintasan yang bergantung triptofan
(tryptophan-dependent pathway) atau tidak bergantung triptofan (tryptophanindependent pathway). Triptofan merupakan prekursor utama dalam biosintesis
IAA pada bakteri. Lintasan biosintesis IAA yang bergantung triptofan
dikelompokkan berdasarkan identifikasi senyawa intermedietnya, yaitu lintasan
indole-3-acetamide (IAM), indole-3-pyruvate (IPyA), tryptamine (TAM),
tryptophan side-chain oxidase (TSO), dan indole-3-acetonitrile (IAN) (Spaepen et
al. 2007). Beberapa bakteri memperoleh triptofan dari antranilat yang diubah dari
khorismat pada lintasan shikimat (Moat et al. 2002). Menurut Patten dan Glick
(2002), sebagian besar bakteri fitopatogen mengubah triptofan menjadi IAA
melalui lintasan IAM, sedangkan bakteri nonpatogen melalui lintasan IPyA.
PGPB, seperti Azospirillum spp. dan Enterobacter cloacae, diduga menggunakan
lintasan IPyA dalam menghasilkan IAA.
Media tumbuh yang digunakan pada percobaan ini tidak ditambah dengan
triptofan. Walaupun demikian, TSB mengandung pepton kasein dan pepton
kedelai. Pepton kasein dan pepton kedelai mengandung asam amino dan substansi
nitrogen lainnya. Menurut Becton, Dickinson and Company (2006), pepton kasein
dan pepton kedelai mengandung triptofan berturut-turut sebesar 0.8% dan 0.2%.
9
M. endophyticus G053 dapat memperoleh triptofan dari hasil hidrolisis protein
yang terdapat pada TSB karena bakteri tersebut memiliki aktivitas proteolitik
(data tidak dipublikasikan). Aktivitas proteolitik dikatalisis oleh enzim protease.
Protease menghidrolisis ikatan peptida yang menghubungkan antar asam amino
pada protein (Narendra et al. 2012).
Produksi IAA-like compound oleh M. endophyticus G053 pada media tanpa
penambahan triptofan lebih rendah dibandingkan dengan penambahan triptofan.
M. endophyticus G053 mampu menghasilkan IAA-like compound dengan
konsentrasi 95.51 ppm di media King’s B+triptofan pada umur kultur 7 hari (data
tidak dipublikasikan). Khalid et al. (2004) juga melaporkan bahwa rizobakteria
menghasilkan lebih banyak IAA pada media dengan penambahan triptofan (1.824.8 mg L-1) dibandingkan pada media tanpa penambahan triptofan (1.1-12.1 mg
L-1).
Khalid et al. (2004) mengelompokkan produksi IAA secara in vitro oleh
rizobakteria ke dalam 3 kelompok, yaitu rendah (1-10 g mL-1), sedang (11-20 g
mL-1), dan tinggi (21-30 g mL-1). Produksi IAA-like compound tertinggi yang
dihasilkan oleh kultur M. endophyticus G053 mencapai 64.35 ppm pada TSB 50%
dan 69.10 ppm pada TSB 100%. Berdasarkan kriteria Khalid et al. (2004), M.
endophyticus G053 dapat dikategorikan sebagai bakteri yang memiliki
kemampuan tinggi dalam menghasilkan IAA-like compound.
Salah satu peran IAA adalah meningkatkan kecepatan pembentukan akar
dan xilem (Tsavkelova et al. 2006). Hal tersebut mengakibatkan tanaman dapat
meningkatkan penyerapan nutrisi atau unsur hara yang dibutuhkan dalam proses
pertumbuhan dan perkembangannya. Salah satu unsur yang dibutuhkan tanaman
dalam jumlah besar adalah nitrogen. Peningkatan ketersediaan nitrogen tersebut
dapat ditingkatkan oleh bakteri penambat nitrogen.
M. endophyticus G053 mampu tumbuh pada media LGI agar. Hal tersebut
mengindikasikan bahwa M. endophyticus G053 mampu menambat nitrogen bebas.
Menurut Kirchhof et al. (2007), LGI agar merupakan media yang tidak
mengandung nitrogen, sehingga adanya pertumbuhan bakteri pada media LGI
agar menunjukkan bahwa bakteri tersebut mampu menambat nitrogen bebas.
Kecepatan pertumbuhan koloni M. endophyticus G053 pada media LGI agar ini
lebih lambat dibandingkan dengan pertumbuhannya pada media TSA. Hal ini
disebabkan karena proses penambatan nitrogen memerlukan energi yang besar,
sehingga energi yang dapat digunakan untuk pertumbuhan dan pembelahan sel
menjadi berkurang. Menurut White (2007), jumlah ATP yang dibutuhkan untuk
mengubah 1 mol N2 menjadi 2 mol NH3 adalah 16 mol ATP, sedangkan jumlah
ATP yang dihasilkan pada proses oksidasi sempurna 1 mol glukosa menjadi
karbon dioksida dan air adalah 38 mol ATP.
Kultur M. endophyticus G053 yang diinokulasi di sekitar akar planlet
kentang mampu meningkatkan rata-rata pertambahan tinggi planlet dan
pertambahan jumlah tunas planlet dibandingkan dengan kontrol. Inokulasi kultur
M. endophyticus G053 pada tembakau juga mampu meningkatkan rata-rata
panjang batang, panjang akar, dan bobot kering tanaman dibandingkan kontrol.
Hasil pengamatan tersebut mengindikasikan bahwa M. endophyticus G053
mampu meningkatkan pertumbuhan tanaman.
Peningkatan pertumbuhan planlet kentang dan tanaman tembakau diduga
disebabkan oleh adanya sinergisme antara IAA-like compound yang diproduksi
10
dan nitrogen yang difiksasi oleh M. endophyticus G053. IAA-like compound yang
diproduksi oleh bakteri endofit tersebut diduga berkontribusi dalam meningkatkan
pertumbuhan planlet kentang dan tanaman tembakau melalui pemanjangan dan
pembelahan sel tanaman. Peningkatan pertumbuhan tanaman juga diamati pada
tanaman gandum yang diinokulasi oleh rizobakteria penghasil IAA (Khalid et al.
2004) dan tanaman jagung yang diinokulasi oleh Azospirillum diazotrophicus L1
penghasil IAA (Patil et al. 2011). Kemampuan M. endophyticus G053 dalam
menambat nitrogen bebas juga diduga berperan dalam meningkatkan
pertumbuhan planlet kentang dan tanaman tembakau. Menurut Gardner et al.
(2008), tanaman membutuhkan nitrogen sebagai bahan penyusun asam amino,
protein, asam nukleat, enzim, hormon, klorofil, dan berbagai biomolekul.
SIMPULAN
Micrococcus endophyticus G053 merupakan bakteri endofit yang mampu
menghasilkan IAA-like compound dan menambat nitrogen bebas dari udara. Kadar
IAA-like compound tertinggi tercapai di hari ke-6 untuk M. endophyticus G053
yang dikulturkan pada TSB 50% (64.35 ppm) dan di hari ke-8 untuk M.
endophyticus G053 yang dikulturkan pada TSB 100% (69.10 ppm). Pengayaan
planlet kentang dengan M. endophyticus G053 mampu meningkatkan tinggi dan
jumlah tunas planlet. Inokulasi M. endophyticus G053 pada rizosfer tanaman
tembakau juga mampu meningkatkan panjang batang, panjang akar, dan bobot
kering tanaman tembakau. Kemampuan bakteri endofit tersebut dalam
meningkatkan pertumbuhan planlet kentang dan tanaman tembakau diduga
disebabkan oleh kemampuannya dalam menghasilkan IAA-like compound dan
menambat nitrogen bebas.
DAFTAR PUSTAKA
[BD] Becton, Dickinson and Company. 2006. BD NutrientsTM Technical Manual
Advanced Bioprocessing. Ed ke-3. US: BD.
Gardner FP, Pearce RB, Mitchell RL. 2008. Fisiologi Tanaman Budidaya. Susilo
H, penerjemah. Jakarta (ID): UI Pr. Terjemahan dari: Physiology of Crop
Plants.
Ghosh AC, Basu PS. 2002. Growth behavior and bioproduction of indole acetic
acid by a Rhizobium sp. isolated from root nodules of a leguminous tree
Dalbergia lanceolaria. Indian J Exp Biol. 40:796-801.
Glick BR. 2012. Plant growth-promoting bacteria: mechanisms and applications
[ulasan]. Scientifica. 2012:1-15.
Glickmann E, Dessaux Y. 1995. A critical examination of the specificity of the
Salkowski reagent for indolic compounds produced by phytopathogenic
bacteria. Appl Environ Microbiol. 61(2):793-796.
11
Hartmann A, Singh M, Klingmuller W. 1983. Isolation and characterization of
Azospirillum mutants excreting high amounts of indoleacetic acid. Can J
Microbiol. 29:916–923.
Hutcheson SW, Kosuge T. 1985. Regulation of 3-indoleacetic acid production in
Pseudomonas syringae pv. savastanoi purification and properties of
tryptophan 2-monooxygenase. J Biol Chem. 260(10):6281–6287.
Khalid A, Arshad M, Zahir ZA. 2004. Screening plant growth-promoting
rhizobacteria for improving growth and yield of wheat. J Appl Microbiol.
96:473-480. doi:10.1046/j.1365-2672.2003.02161.x.
Kirchhof G, Reis VM, Baldani JI, Eckert B, Dobereiner JD, Hartmann A. 1997.
Occurrence, physiological and molecular analysis of endophytic
diazotrophic bacteria in gramineous energy plants. Plant and Soil. 194:4555.
Moat AG, Foster JW, Spector MP. 2002. Microbial Physiology. Ed ke-4. New
York (US): Wiley-Liss.
Narendra et al. 2012. Isolation and characterization of protease producing
bacterial from soil and estimation of protease by spectrophotometer. Int J Sci
Tech. 1(1):1-7.
Patil NB, Gajbhiye M, Ahiwale SS, Gunjal AB, Kapadnis BP. 2011. Optimization
of indole 3-acetic acid (IAA) production by Acetobacter diazotrophicus L1
isolated from sugarcane. Int J Environ Sci. 2(1):295-302.
Patten CL, Glick BR. 2002. Role of Pseudomonas putida indoleacetic acid in
development of the host plant root system. Appl Environ Microbiol.
68(8):3795-3801. doi: 10.1128/AEM.68.8.3795-3801.2002.
Santner A, Calderon-Villalobos LIA, Estelle M. 2009. Plant hormones are
versatile chemical regulators of plant growth [ulasan]. Nat Chem Biol.
5(5):301-307. doi: 10.1038/nchembio.165.
Spaepen S, Vanderleyden J, Remans R. 2007. Indole-3-acetic acid in microbial
and microorganism-plant signaling. FEMS Microbiol Rev. (2007):1–24. doi:
10.1111/j.1574-6976.2007.00072.x
Sunatmo TI. 2009. Mikrobiologi Esensial. Jakarta (ID): Ardy Agency.
Tsavkelova EA, Klimova SY, Cherdyntseva TA, Netrusov AI. 2006. Microbial
producers of plant growth stimulators and their practical use: a review
[ulasan]. Appl Biochem Microbiol. 42(2):117–126.
White D. 2007. The Physiology and Biochemistry of Prokaryotes. Ed ke-3.
Oxford (GB): Oxford Univ Pr.
12
LAMPIRAN
Lampiran 1 Kurva standar pertumbuhan M. endophyticus G053
0.5
y = 0.0436x - 0.0829
R² = 0.9957
OD =600 nm
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
0
3
6
9
-1
Log jumlah sel mL
12
Lampiran 2 Kurva standar pengukuran IAA (Merck, Darmstadt, Germany)
0.35
y = 0.004x + 0.0031
R² = 0.9906
OD λ = 520 nm
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0
10
20
30 40 50 60 70
Konsentrasi IAA (ppm)
80
90
100
13
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Cianjur pada 26 Juli 1992 dari ayah M. Komarudin dan
ibu Ai Hayati. Penulis adalah anak pertama dari 5 bersaudara. Penulis lulus dari
SMA Negeri 1 Sukaresmi pada tahun 2010 dan pada tahun yang sama penulis
diterima di Departemen Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam, Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB.
Penulis menerima beasiswa Bidikmisi dari Direktur Jenderal Pendidikan Tinggi
(DIKTI) Kementerian Pendidikan Nasional Republik Indonesia pada tahun 2010
hingga 2014.
Selama menempuh studi, penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah
Biologi Dasar pada tahun ajaran 2012/2013 dan 2013/2014 dan Botani Umum
pada tahun ajaran 2013/2014. Penulis aktif di Observasi Wahana Alam (OWA),
Himpunan Mahasiswa Biologi (Himabio), IPB pada tahun 2012 dan 2013, serta
aktif mengikuti beberapa kepanitiaan. Penulis juga merupakan pemandu wisata
pendidikan pertanian (Agroedutourism) IPB sejak Mei 2013.
Bulan Juli 2012, penulis melaksanakan Studi Lapangan di Taman Nasional
Gunung Gede Pangrango, Cipanas-Cianjur dengan judul Isolasi dan Karakterisasi
Bakteri Penghasil Selulase dari Sampel Tanah Asal Taman Nasional Gunung
Gede Pangrango (TNGGP). Bulan Juli 2013 hingga Agustus 2013, penulis
melaksanakan Praktik Lapangan dengan judul Pemeriksaan Sampel di
Laboratorium Patologi Anatomi Rumah Sakit Umum Daerah Kelas B Cianjur.
Penulis merupakan anggota tim Program Kreatifitas Mahasiswa bidang Penelitian
(PKM-P) dengan judul Pemanfaatan Tumbuhan Iris Air (Neomarica gracilis)
sebagai Agen Bioremediasi Air Limbah Rumah Tangga yang didanai oleh DIKTI
pada tahun 2012.
G053 DALAM MEMPRODUKSI IAA-LIKE COMPOUND DAN
MENINGKATKAN PERTUMBUHAN TANAMAN
YULI SITI FATMA
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Kemampuan Bakteri
Endofit Micrococcus endophyticus G053 dalam Memproduksi IAA-like
Compound dan Meningkatkan Pertumbuhan Tanaman adalah benar karya saya
dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun
kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip
dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, September 2014
Yuli Siti Fatma
NIM G34100008
ABSTRAK
YULI SITI FATMA. Kemampuan Bakteri Endofit Micrococcus endophyticus
G053 dalam Memproduksi IAA-like Compound dan Meningkatkan Pertumbuhan
Tanaman. Dibimbing oleh IMAN RUSMANA dan ALINA AKHDIYA.
Bakteri endofit dapat berperan sebagai PGPB (plant growt-promoting
bacteria) dengan cara menghasilkan zat pengatur tumbuh atau meningkatkan
ketersediaan nutrisi bagi tanaman. Penelitian ini bertujuan menguji kemampuan
bakteri endofit Micrococcus endophyticus G053 dalam menghasilkan IAA-like
compound, menambat nitrogen bebas, dan kemampuannya dalam meningkatkan
pertumbuhan planlet kentang dan tanaman tembakau. Kemampuan M.
endophyticus G053 dalam memproduksi IAA-like compound pada media TSB
50% dan TSB 100% diuji menggunakan reagen Salkowski, sedangkan
kemampuannya dalam menambat nitrogen bebas diuji dengan menumbuhkannya
pada media LGI agar. Potensi M. endophyticus G053 dalam meningkatkan
pertumbuhan tanaman diuji secara in vitro menggunakan planlet kentang dan in
planta menggunakan tanaman tembakau. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa
M. endophyticus G053 mampu memproduksi IAA-like compound pada kedua
media dan menambat nitrogen bebas. Produksi IAA-like compound tertinggi
tercapai di hari ke-6 pada TSB 50% (64.35 ppm) dan di hari ke-8 pada TSB 100%
(69.10 ppm). Inokulasi planlet kentang dengan M. endophyticus G053 mampu
meningkatkan tinggi dan jumlah tunas planlet. M. endophyticus G053 yang
diinokulasi pada rizosfer tanaman tembakau juga mampu meningkatkan panjang
batang, panjang akar, dan bobot kering tanaman tembakau. Kemampuan M.
endophyticus G053 dalam meningkatkan pertumbuhan planlet kentang dan
tanaman tembakau diduga disebabkan oleh kemampuan bakteri endofit tersebut
dalam menghasilkan IAA-like compound dan menambat nitrogen bebas.
Kata kunci: bakteri endofit, bakteri penambat nitrogen, indole-3-acetic acid
(IAA), Micrococcus endophyticus G053
ABSTRACT
YULI SITI FATMA. Ability of Endophytic Bacterium Micrococcus endophyticus
G053 to Produce IAA-like Compound and Increase Plants Growth. Supervised by
IMAN RUSMANA and ALINA AKHDIYA.
Endophytic bacteria are able to act as PGPB (plant growth-promoting
bacteria) by producing hormones or increasing availability nutrients for plants.
This study aimed to test the ability of endophytic bacterium Micrococcus
endophyticus G053 to produce IAA-like compound, fix free nitrogen, and its
ability to increase potato plantlet and tobacco plant growth. The ability of M.
endophyticus G053 to produce IAA-like compound in TSB 50% and TSB 100%
was tested using Salkowski reagent, whereas its ability to fix free nitrogen was
tested by growing it in LGI agar. Potency of M. endophyticus G053 to increase
plants growth was tested in vitro using potato plantlets and in planta using tobacco
plants. The results showed that M. endophyticus G053 was able to produce IAAlike compound in both media and to fix free nitrogen. The highest production of
IAA-like compound was at 6th day of incubation in TSB 50% (64.35 ppm) and at
8th day of incubation in TSB 100% (69.10 ppm). Potato plantlets inoculated with
M. endophyticus G053 was able to increase plantlet height and its number of
shoot. M. endophyticus G053 inoculated in tobacco plants rhizosphere was also
able to increase shoot length, root length, and dry weight of tobacco plants. The
ability of M. endophyticus G053 to increase potato plantlets and tobacco plants
growth was due to their ability to produce IAA-like compound and to fix free
nitrogen.
Key words: endophytic bacteria, indole-3-acetic acid (IAA), Micrococcus
endophyticus G053, nitrogen-fixing bacteria
KEMAMPUAN BAKTERI ENDOFIT Micrococcus endophyticus
G053 DALAM MEMPRODUKSI IAA-LIKE COMPOUND DAN
MENINGKATKAN PERTUMBUHAN TANAMAN
YULI SITI FATMA
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Biologi
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PRAKATA
Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu
wa ta’ala atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga karya ilmiah yang
berjudul Kemampuan Isolat Bakteri Endofit Micrococcus endophyticus G053
dalam Memproduksi IAA-like Compound dan Meningkatkan Pertumbuhan
Tanaman dapat diselesaikan.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Dr Ir Iman Rusmana, MSi selaku
pembimbing I dan Dr Alina Akhdiya, MSi selaku pembimbing II yang telah
banyak memberikan bimbingan, arahan, dan saran kepada penulis. Ucapan terima
kasih penulis sampaikan kepada Dr Kanthi Arum Widayati, MSi selaku dosen penguji
sekaligus perwakilan komisi pendidikan Departemen Biologi atas saran dan masukan
selama penyelesaian karya ilmiah ini. Penulis menyampaikan terima kasih kepada
program Bidikmisi dari DIKTI yang telah memberikan kesempatan beasiswa
sehingga penulis dapat menyelesaikan Strata 1. Terima kasih penulis sampaikan
kepada Mama, Bapak, adik-adik, serta seluruh keluarga besar atas segala doa dan
kasih sayangnya. Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Erma,
Kak Andri, Pak Ade, IR Crew, Biologi 47, OWA khususnya OWA 13, Asrama
Putri Darmaga (APD), staf BB Biogen, staf Departemen Biologi FMIPA IPB,
serta berbagai pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, September 2014
Yuli Siti Fatma
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
ix
DAFTAR GAMBAR
ix
DAFTAR LAMPIRAN
ix
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
2
METODE
2
Waktu dan Tempat
2
Bahan
2
Peremajaan dan Penyimpanan Kultur Bakteri
2
Pembuatan Kurva Tumbuh Bakteri Endofit
2
Penentuan Kadar IAA-like Compound
3
Kemampuan Bakteri Endofit dalam Menambat Nitrogen Bebas
3
Kemampuan Bakteri Endofit dalam Meningkatkan Pertumbuhan Planlet
Kentang
3
Kemampuan Bakteri Endofit dalam Meningkatkan Pertumbuhan Tanaman
Tembakau
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4
Hasil
4
Pembahasan
7
SIMPULAN
10
DAFTAR PUSTAKA
10
LAMPIRAN
12
RIWAYAT HIDUP
13
DAFTAR TABEL
1 Pertambahan tinggi (∆t) dan pertambahan jumlah (∆Σ) tunas pucuk
planlet kentang yang diinokulasi dan tidak diinokulasi kultur
M. endophyticus G053 pada 4 MSI
2 Panjang batang, panjang akar, dan bobot kering tanaman tembakau
yang diinokulasi dan tidak diinokulasi kultur M. endophyticus
G053 pada 25 HSI
6
6
DAFTAR GAMBAR
1 Nilai OD kultur M. endophyticus G053 (
) dan konsentrasi
IAA-like compound (ppm) (
) yang dihasilkannya dalam media
TSB 50% selama 10 hari inkubasi
2 Nilai OD kultur M. endophyticus G053 (
) dan konsentrasi
IAA-like compound (ppm) (
) yang dihasilkannya dalam media
TSB 100% selama 10 hari inkubasi
3 Koloni M. endophyticus G053 pada media LGI agar
4 Penampilan planlet kentang yang diinokulasi (a) dan tidak diinokulasi (b)
dengan kultur bakteri M. endophyticus G053 pada 4 MSI
5 Penampilan tanaman tembakau yang diinokulasi (a) dan tidak diinokulasi
(b) dengan kultur bakteri M. endophyticus G053 pada 25 HSI
4
5
5
6
7
DAFTAR LAMPIRAN
1 Kurva standar pertumbuhan M. endophyticus G053
2 Kurva standar pengukuran IAA (Merck, Darmstadt, Germany)
12
12
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Bakteri endofit merupakan bakteri yang mengolonisasi jaringan tanaman
inang tanpa menimbulkan kerugian bagi tanaman inangnya. Beberapa bakteri
endofit dapat berperan sebagai PGPB (plant growth-promoting bacteria) yang
dapat meningkatkan pertumbuhan tanaman melalui mekanisme langsung dan
tidak langsung. Produksi zat pengatur tumbuh dan peningkatan ketersediaan
nutrisi oleh bakteri endofit secara langsung dapat memacu pertumbuhan tanaman.
Secara tidak langsung, peningkatan pertumbuhan juga dapat disebabkan oleh
peningkatan ketahanan tanaman terhadap patogen atau pengaruh pengendalian
patogen oleh bakteri endofit melalui mekanisme kompetisi, induksi resistensi
tanaman, dan produksi antibiotik, enzim pelisis, atau siderofor (Glick 2012).
Zat pengatur tumbuh merupakan senyawa yang pada konsentrasi rendah
mampu menimbulkan respon fisiologi tanaman. Senyawa ini bekerja secara lokal,
di sekitar tempat sintesis, dan atau jaringan lain. Zat pengatur tumbuh adalah
regulator penting bagi tanaman dalam merespon kondisi biotik dan abiotik.
Beberapa zat pengatur tumbuh, antara lain asam absisat (ABA), indole-3-acetic
acid (IAA atau auksin), brasinosteroid (BRs), sitokinin, giberelin (GA), etilen,
asam jasmonat (JA), dan asam salisilat (Santner et al. 2009). IAA tidak hanya
dihasilkan oleh tumbuhan, tetapi dapat dihasilkan oleh beberapa bakteri, di
antaranya bakteri endofit, rizosfer, dan nonsimbion. IAA juga dapat dihasilkan
oleh bakteri fitopatogen (Tsavkelova et al. 2006).
Indole-3-acetic acid (IAA) adalah salah satu zat pengatur tumbuh yang
berperan dalam pembelahan, pemanjangan, dan diferensiasi sel tumbuhan,
dominansi apikal, merangsang perkecambahan biji dan umbi, meningkatkan
kecepatan pembentukan akar dan xilem, mengatur proses pertumbuhan vegetatif,
menginisiasi pembentukan akar lateral dan akar adventif, berperan dalam
fotosintesis, resistensi terhadap cekaman, pembentukan pigmen, dan biosintesis
berbagai metabolit (Tsavkelova et al. 2006). IAA yang dihasilkan oleh bakteri
dapat meningkatkan panjang dan luas permukaan akar sehingga meningkatkan
kemampuan tumbuhan dalam memperoleh nutrisi (Glick 2012). Beberapa bakteri
endofit yang mampu menghasilkan IAA, antara lain Rhizobium, Agrobacterium,
Azospirillum, Bacillus, Pseudomonas, Klebsiella, dan Micrococcus (Tsavkelova et
al. 2006).
Peningkatan ketersediaan nutrisi bagi tanaman oleh bakteri endofit juga
terjadi melalui penambatan nitrogen, pelarutan fosfat, atau pengikatan besi.
Beberapa bakteri endofit mampu menambat nitrogen bebas dari udara. Bakteri
mengubah nitrogen (N2) menjadi ammonia (NH3) agar dapat dimanfaatkan oleh
tanaman. Tanaman memanfaatkan nitrogen tersebut dalam pembentukan asam
amino, protein, asam nukleat, enzim, hormon, klorofil, dan biomolekul lain
(Gardner et al. 2008). Nitrogen berperan penting dalam proses pertumbuhan dan
perkembangan tanaman. Oleh karena itu, kecukupan pasokan nitrogen penting
bagi tanaman.
2
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan menguji kemampuan bakteri endofit Micrococcus
endophyticus G053 dalam menghasilkan IAA-like compound, menambat nitrogen
bebas, dan kemampuannya dalam meningkatkan pertumbuhan planlet kentang dan
tanaman tembakau.
METODE
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari 2014 hingga Juli 2014 di
Laboratorium Biokimia dan rumah kaca, Balai Besar Penelitian dan
Pengembangan Bioteknologi dan Sumberdaya Genetik Pertanian (BB Biogen),
Bogor.
Bahan
Isolat bakteri endofit Micrococcus endophyticus G053 yang merupakan
koleksi Dr Alina Akhdiya, MSi. Isolat diisolasi dari tanaman kentang (Atlantic)
yang diambil dari daerah Garut, Jawa Barat.
Peremajaan dan Penyimpanan Kultur Bakteri
M. endophyticus G053 diremajakan pada media TSA (Trypticase Soy Agar)
dan diinkubasi pada suhu ruang (28±2 oC) selama 24-72 jam. Stok kultur M.
endophyticus G053 disimpan di media TSA (TSB [Trypticase Soy Broth, BactoTM,
Sparks, USA] 30 g L-1, agar 20 g L-1) miring pada suhu ruang dan gliserol 40%
pada suhu -19 oC.
Pembuatan Kurva Tumbuh Bakteri Endofit
Pembuatan kurva tumbuh bakteri diawali dengan penyiapan kultur
inokulum, yaitu dengan menginokulasi masing-masing sebanyak 3 lup kultur
padat bakteri M. endophyticus G053 ke media TSB 50% (TSB 15 g L-1) dan TSB
100% (TSB 30 g L-1). Media yang telah diinokulasi tersebut diinkubasi selama 48
jam di atas mesin pengocok (150 rpm) pada suhu ruang. Sebanyak 1 mL kultur
cair tersebut diinokulasikan ke media TSB 50% dan TSB 100%. Kultur diinkubasi
dalam kondisi gelap sambil dikocok (150 rpm) pada suhu ruang. Kepadatan sel
dalam kultur diukur dengan metode turbidimetri, yaitu dengan menggunakan
spektrofotometer pada panjang gelombang 600 nm. Pengukuran kepadatan sel
dilakukan setiap 2 hari selama 10 hari. Setiap pengukuran dilakukan dalam 2
ulangan.
3
Penentuan Kadar IAA-like Compound
Pengukuran IAA-like compound dilakukan dengan metode kolorimetri
menggunakan reagen Salkowski yang dimodifikasi oleh Glickmann dan Dessaux
(1995). Kurva standar IAA diperoleh dari pengukuran IAA (Merck, Darmstadt,
Germany) pada konsentrasi 0-100 ppm (Lampiran 2) dan digunakan untuk
mengetahui konsentrasi IAA pada setiap kultur bakteri. Sebanyak 1.5 mL kultur
bakteri M. endophyticus G053 diambil dari kultur yang sama pada pembuatan
kurva tumbuh bakteri, kemudian disentrifugasi dengan kecepatan 10000 rpm
selama 10 menit. Sebanyak 1 mL supernatan kultur direaksikan dengan 1 mL
reagen Salkowski (12 g L-1 FeCl3 dalam 7.9 M H2SO4), kemudian didiamkan
dalam kondisi gelap selama 30 menit pada suhu ruang. Keberadaan IAA-like
compound di dalam sampel yang dianalisis ditunjukkan dengan adanya perubahan
warna menjadi merah muda hingga merah anggur. Campuran reaksi diukur rapat
optis (optical density/OD) atau absorbansinya menggunakan spektrofotometer
pada panjang gelombang 520 nm. Pengukuran tersebut dilakukan sebanyak 2
ulangan setiap 2 hari selama 10 hari. Media tanpa inokulasi bakteri digunakan
sebagai kontrol.
Kemampuan Bakteri Endofit dalam Menambat Nitrogen Bebas
M. endophyticus G053 diinokulasikan ke permukaan media LGI agar dengan
cara digores. LGI agar merupakan media bebas nitrogen dengan komposisi
sebagai berikut: sukrosa 5 g L-1, K2HPO4 0.2 g L-1, KH2PO4 0.6 g L-1,
MgSO4.7H2O 0.2 g L-1, CaCl2 0.02 g L-1, Na2MoO4.2H2O 0.002 g L-1, FeCl3 0.01
g L-1, dan agar 19 g L-1. Bakteri diinkubasi pada suhu ruang selama 12 hari
(Kirchhof et al. 2007).
Kemampuan Bakteri Endofit dalam Meningkatkan Pertumbuhan
Planlet Kentang
Sebanyak 100 µL suspensi bakteri M. endophyticus G053 (± 107 sel mL-1
[Lampiran 1]) diteteskan di sekitar akar planlet kentang (Granola) berumur 2
minggu yang ditumbuhkan pada media MS (Murashige and Skoog). Planlet yang
telah diinokulasi bakteri endofit diinkubasi pada suhu 23 oC dalam kondisi 8 jam
gelap, 16 jam terang, dan intensitas cahaya sebesar 2500 lux. Sebagai kontrol,
planlet ditetesi 100 µL akuades steril kemudian diinkubasi pada kondisi yang
sama. Pertumbuhan planlet diukur berdasarkan tinggi dan jumlah tunas planlet
yang diamati sebelum dan 4 minggu setelah inokulasi (MSI) bakteri endofit.
Pengamatan dilakukan terhadap 10 planlet kontrol (tanpa inokulasi bakteri
endofit) dan 10 planlet yang diinokulasi dengan bakteri endofit.
4
Kemampuan Bakteri Endofit dalam Meningkatkan Pertumbuhan
Tanaman Tembakau
Sebanyak 15 mL suspensi bakteri M. endophyticus G053 (± 107 sel mL-1
[Lampiran 1]) diteteskan di sekitar akar tanaman tembakau berumur 3 minggu.
Sebagai kontrol, tembakau ditetesi dengan 15 mL akuades steril. Pertumbuhan
planlet diukur berdasarkan panjang batang, panjang akar, dan bobot kering
tanaman yang diamati 25 hari setelah inokulasi (HSI). Pengamatan dilakukan
terhadap 2 tanaman kontrol (tanpa inokulasi bakteri endofit) dan 2 tanaman yang
diinokulasi bakteri endofit. Media tanam yang digunakan adalah 1.5 kg tanah
yang dimasukkan ke polybag.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Konsentrasi
IAA-like compound (ppm)
OD =600 nm
Kemampuan M. endophyticus G053 dalam Memproduksi IAA-like Compound
Hasil uji terhadap supernatan kultur M. endophyticus G053 yang
ditumbuhkan pada media TSB 50% dan TSB 100% menunjukkan adanya IAA-like
compound dengan konsentrasi yang berbeda-beda selama masa inkubasi. Kadar
IAA-like compound tertinggi tercapai berturut-turut pada masa inkubasi 6 hari dan
8 hari untuk kultur M. endophyticus G053 dalam TSB 50% dan TSB 100%.
Kultur M. endophyticus G053 pada media TSB 50% memasuki akhir fase
eksponensial pada hari ke-6. Pada fase tersebut dihasilkan IAA-like compound
dengan konsentrasi tertinggi, yaitu sebesar 64.35 ppm (Gambar 1). Kandungan
IAA-like compound pada hari ke-8 dan 10 mengalami penurunan berturut-turut
menjadi 58.35 ppm dan 57.48 ppm. Perubahan nilai OD pada hari ke-6 sampai 10
relatif kecil dan tidak signifikan, yang menunjukkan bahwa kultur telah mencapai
fase stasioner.
90
3
80
2.5
70
60
2
50
1.5
40
30
1
20
0.5
10
0
0
2
4
6
8
10
Waktu inkubasi (hari)
Gambar 1 Nilai OD kultur M. endophyticus G053 (
) dan konsentrasi IAAlike compound (ppm) (
) yang dihasilkannya pada media TSB
50% selama 10 hari inkubasi
5
3
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
OD =600 nm
2.5
2
1.5
1
0.5
0
2
4
6
8
Waktu inkubasi (hari)
Konsentrasi
IAA-like compound (ppm)
Kultur M. endophyticus G053 yang ditumbuhkan pada media TSB 100%
memasuki akhir fase eksponensial pada hari ke-8. IAA-like compound yang
dihasilkan pada hari ke-8 merupakan IAA-like compound dengan konsentrasi
tertinggi yaitu sebesar 69.10 ppm. Nilai OD kultur pada hari ke-10 meningkat
secara tidak signifikan, sebaliknya kadar IAA-like compound mengalami
penurunan yang tajam menjadi 49.60 ppm (Gambar 2). Sebagaimana telah
dijelaskan sebelumnya, perubahan nilai OD yang relatif kecil dan tidak signifikan
ini menunjukkan bahwa kultur memasuki fase stasioner.
10
Gambar 2 Nilai OD kultur M. endophyticus G053 (
) dan konsentrasi IAAlike compound (ppm) (
) yang dihasilkannya pada media TSB
100% selama 10 hari inkubasi
Kemampuan M. endophyticus G053 dalam Menambat Nitrogen Bebas
Hasil pengamatan pada media LGI agar menunjukkan adanya koloni-koloni
kecil bakteri setelah diinkubasi selama 7 hari. Lima hari kemudian koloni M.
endophyticus G053 tersebut tumbuh dan memiliki diameter koloni ± 3 mm sampai
5 mm dengan warna transparan hingga opaque (Gambar 3).
Gambar 3 Koloni M. endophyticus G053 pada media LGI agar
6
Kemampuan M. endophyticus G053 dalam Meningkatkan Pertumbuhan
Planlet Kentang dan Tanaman Tembakau
Kultur M. endophyticus G053 yang diinokulasi di sekitar akar planlet
kentang mampu meningkatkan rata-rata pertambahan tinggi planlet dan
pertambahan jumlah tunas planlet dibandingkan dengan kontrol (Tabel 1, Gambar
4). Inokulasi kultur M. endophyticus G053 pada tembakau juga mampu
meningkatkan rata-rata panjang batang, panjang akar, dan bobot kering tanaman
dibandingkan kontrol (Tabel 2, Gambar 5).
Tabel 1 Pertambahan tinggi (∆t) dan pertambahan jumlah (∆Σ) tunas pucuk
planlet kentang yang diinokulasi dan tidak diinokulasi kultur M.
endophyticus G053 pada 4 MSI
Perlakuan
Planlet +
M. endophyticus G053
Planlet kontrol
a
∆t planlet (mm ± SE)a
∆Σ tunas planlet ± SEa
26.20 ± 2.784
3.70 ± 0.473
20.10 ± 3.840
3.40 ± 0.306
SE = standar eror, n = 10
Gambar 4 Penampilan planlet kentang yang diinokulasi (a) dan tidak diinokulasi
(b) dengan kultur bakteri M. endophyticus G053 pada 4 MSI
Tabel 2 Panjang batang, panjang akar, dan bobot kering tanaman tembakau yang
diinokulasi dan tidak diinokulasi kultur M. endophyticus G053 pada 25
HSI
Perlakuan
Tanaman +
M. endophyticus G053
Tanaman kontrol
a
SE = standar eror, n = 2
Panjang batang
(cm ± SE)a
Panjang akar
(cm ± SE)a
Bobot kering
tanaman (mg ± SE)a
11.35 ± 0.350
26.75 ± 0.150
4.537 ± 0.305
3.25 ± 0.750
6.90 ± 0.800
0.350 ± 0.131
7
(a)
Gambar 5
(b)
Penampilan tanaman tembakau yang diinokulasi (a) dan tidak
diinokulasi (b) dengan kultur bakteri M. endophyticus G053 pada 25
HSI
Pembahasan
Uji kandungan IAA-like compound pada supernatan bakteri Micrococcus
endophyticus G053 dilakukan dengan metode kolorimetri, yaitu berdasarkan
perubahan warna sampel setelah ditambahkan reagen Salkowski. Reagen
Salkowski hasil modifikasi Glickmann dan Dessaux (1995) dapat digunakan
untuk membuktikan keberadaan senyawa yang mengandung indol, yaitu pada
IAA dan senyawa intermediet dalam biosintesis IAA, antara lain indole-3acetamide (IAM) dan indole-3-pyruvate (IPyA). Uji positif ditunjukkan dengan
adanya perubahan warna supernatan bakteri menjadi merah muda hingga merah
anggur.
M. endophyticus G053 mampu menghasilkan IAA-like compound dalam
TSB 50% dan TSB 100% selama masa inkubasi. Konsentrasi IAA-like compound
yang dihasilkan oleh bakteri endofit tersebut dalam TSB 50% dan TSB 100%
mengalami penurunan ketika kultur memasuki fase stasioner. Ghosh dan Basu
(2002) melaporkan bahwa pada Rhizobium sp. yang diisolasi dari akar Dalbergia
lanceolaria, penurunan konsentrasi IAA pada fase stasioner diduga oleh adanya
pelepasan enzim pendegradasi IAA, antara lain IAA oksidase dan peroksidase.
Puncak produksi IAA-like compound pada kedua kultur tercapai ketika
kultur memasuki akhir fase eksponensial. Pada akhir fase eksponensial, enzimenzim yang digunakan dalam biosintesis IAA dihasilkan cukup banyak seiring
dengan laju pertumbuhan. Akhir fase eksponensial kultur M. endophyticus G053
dalam TSB 50% tercapai pada hari ke-6, sedangkan pada kultur M. endophyticus
G053 dalam TSB 100% baru memasuki akhir fase eksponensial pada hari ke-8.
Hal ini disebabkan oleh ketersediaan nutrisi yang ada pada media TSB 100%
relatif lebih tinggi dibandingkan dengan yang terkandung dalam TSB 50%,
8
sehingga kultur yang ditumbuhkan dalam TSB 100% lebih lambat masuk ke fase
stasioner.
Bakteri memasuki fase stasioner ketika mencapai kepadatan sel yang tinggi,
sedangkan nutrisi pada media berkurang dan bahan buangan terakumulasi.
Pertumbuhan sel tidak terjadi atau terjadi sangat lambat pada fase stasioner,
namun fungsi sel masih berlangsung, seperti metabolisme energi dan proses
biosintesis. Aktivitas biosintesis metabolit sekunder oleh bakteri meningkat pada
akhir fase eksponesial dan fase stasioner. Metabolit sekunder yang dihasilkan oleh
mikroorganime tidak berkaitan dengan proses pertumbuhan, tetapi berperan dalam
ketahanan hidup mikroorganisme (Sunatmo 2009). Salah satu jenis metabolit
sekunder tersebut adalah IAA.
IAA-like compound yang dihasilkan oleh kultur M. endophyticus G053 pada
TSB 100% mampu mencapai konsentrasi yang lebih tinggi dibandingkan pada
TSB 50%. Penambahan nutrisi sebanyak 100% pada media dapat meningkatkan
produksi IAA-like compound walaupun peningkatannya tidak sebanding dengan
persentase kenaikan nutrisinya. Hal ini diduga disebabkan oleh adanya
mekanisme hambatan umpan balik (feedback inhibition) dalam aktivitas enzim
yang terlibat pada biosintesis IAA. Menurut Sunatmo (2009), mekanisme
hambatan umpan balik berlangsung pada langkah pertama dari seluruh lintasan
biosintesis, termasuk lintasan biosintesis asam amino atau nukleotida. Produk
akhir menghambat enzim pertama lintasan yang secara efektif akan menutup
seluruh lintasan. Biosintesis kembali dimulai apabila penghambatan tersebut
berkurang. Biosintesis IAA dapat diatur oleh produk akhir dan senyawa
intermedietnya. Hutcheson dan Kosuge (1985) melaporkan bahwa pada
Pseudomonas syringae pv. savastanoi, aktivitas enzim tryptophan-2monooxygenase (IaaM) yang merupakan enzim pertama pada lintasan indoleacetamide (IAM) diatur melalui hambatan umpan balik oleh IAM dan IAA.
Berbeda pada Azospirillum lipoferum Sp RG20 dan A. brasilense Sp Cd, enzim
anthranilate synthetase (AS) diinduksi oleh triptofan melalui mekanisme
hambatan umpan balik (Hartmann dan Zimmer 1983).
Bakteri mensintesis IAA melalui lintasan yang bergantung triptofan
(tryptophan-dependent pathway) atau tidak bergantung triptofan (tryptophanindependent pathway). Triptofan merupakan prekursor utama dalam biosintesis
IAA pada bakteri. Lintasan biosintesis IAA yang bergantung triptofan
dikelompokkan berdasarkan identifikasi senyawa intermedietnya, yaitu lintasan
indole-3-acetamide (IAM), indole-3-pyruvate (IPyA), tryptamine (TAM),
tryptophan side-chain oxidase (TSO), dan indole-3-acetonitrile (IAN) (Spaepen et
al. 2007). Beberapa bakteri memperoleh triptofan dari antranilat yang diubah dari
khorismat pada lintasan shikimat (Moat et al. 2002). Menurut Patten dan Glick
(2002), sebagian besar bakteri fitopatogen mengubah triptofan menjadi IAA
melalui lintasan IAM, sedangkan bakteri nonpatogen melalui lintasan IPyA.
PGPB, seperti Azospirillum spp. dan Enterobacter cloacae, diduga menggunakan
lintasan IPyA dalam menghasilkan IAA.
Media tumbuh yang digunakan pada percobaan ini tidak ditambah dengan
triptofan. Walaupun demikian, TSB mengandung pepton kasein dan pepton
kedelai. Pepton kasein dan pepton kedelai mengandung asam amino dan substansi
nitrogen lainnya. Menurut Becton, Dickinson and Company (2006), pepton kasein
dan pepton kedelai mengandung triptofan berturut-turut sebesar 0.8% dan 0.2%.
9
M. endophyticus G053 dapat memperoleh triptofan dari hasil hidrolisis protein
yang terdapat pada TSB karena bakteri tersebut memiliki aktivitas proteolitik
(data tidak dipublikasikan). Aktivitas proteolitik dikatalisis oleh enzim protease.
Protease menghidrolisis ikatan peptida yang menghubungkan antar asam amino
pada protein (Narendra et al. 2012).
Produksi IAA-like compound oleh M. endophyticus G053 pada media tanpa
penambahan triptofan lebih rendah dibandingkan dengan penambahan triptofan.
M. endophyticus G053 mampu menghasilkan IAA-like compound dengan
konsentrasi 95.51 ppm di media King’s B+triptofan pada umur kultur 7 hari (data
tidak dipublikasikan). Khalid et al. (2004) juga melaporkan bahwa rizobakteria
menghasilkan lebih banyak IAA pada media dengan penambahan triptofan (1.824.8 mg L-1) dibandingkan pada media tanpa penambahan triptofan (1.1-12.1 mg
L-1).
Khalid et al. (2004) mengelompokkan produksi IAA secara in vitro oleh
rizobakteria ke dalam 3 kelompok, yaitu rendah (1-10 g mL-1), sedang (11-20 g
mL-1), dan tinggi (21-30 g mL-1). Produksi IAA-like compound tertinggi yang
dihasilkan oleh kultur M. endophyticus G053 mencapai 64.35 ppm pada TSB 50%
dan 69.10 ppm pada TSB 100%. Berdasarkan kriteria Khalid et al. (2004), M.
endophyticus G053 dapat dikategorikan sebagai bakteri yang memiliki
kemampuan tinggi dalam menghasilkan IAA-like compound.
Salah satu peran IAA adalah meningkatkan kecepatan pembentukan akar
dan xilem (Tsavkelova et al. 2006). Hal tersebut mengakibatkan tanaman dapat
meningkatkan penyerapan nutrisi atau unsur hara yang dibutuhkan dalam proses
pertumbuhan dan perkembangannya. Salah satu unsur yang dibutuhkan tanaman
dalam jumlah besar adalah nitrogen. Peningkatan ketersediaan nitrogen tersebut
dapat ditingkatkan oleh bakteri penambat nitrogen.
M. endophyticus G053 mampu tumbuh pada media LGI agar. Hal tersebut
mengindikasikan bahwa M. endophyticus G053 mampu menambat nitrogen bebas.
Menurut Kirchhof et al. (2007), LGI agar merupakan media yang tidak
mengandung nitrogen, sehingga adanya pertumbuhan bakteri pada media LGI
agar menunjukkan bahwa bakteri tersebut mampu menambat nitrogen bebas.
Kecepatan pertumbuhan koloni M. endophyticus G053 pada media LGI agar ini
lebih lambat dibandingkan dengan pertumbuhannya pada media TSA. Hal ini
disebabkan karena proses penambatan nitrogen memerlukan energi yang besar,
sehingga energi yang dapat digunakan untuk pertumbuhan dan pembelahan sel
menjadi berkurang. Menurut White (2007), jumlah ATP yang dibutuhkan untuk
mengubah 1 mol N2 menjadi 2 mol NH3 adalah 16 mol ATP, sedangkan jumlah
ATP yang dihasilkan pada proses oksidasi sempurna 1 mol glukosa menjadi
karbon dioksida dan air adalah 38 mol ATP.
Kultur M. endophyticus G053 yang diinokulasi di sekitar akar planlet
kentang mampu meningkatkan rata-rata pertambahan tinggi planlet dan
pertambahan jumlah tunas planlet dibandingkan dengan kontrol. Inokulasi kultur
M. endophyticus G053 pada tembakau juga mampu meningkatkan rata-rata
panjang batang, panjang akar, dan bobot kering tanaman dibandingkan kontrol.
Hasil pengamatan tersebut mengindikasikan bahwa M. endophyticus G053
mampu meningkatkan pertumbuhan tanaman.
Peningkatan pertumbuhan planlet kentang dan tanaman tembakau diduga
disebabkan oleh adanya sinergisme antara IAA-like compound yang diproduksi
10
dan nitrogen yang difiksasi oleh M. endophyticus G053. IAA-like compound yang
diproduksi oleh bakteri endofit tersebut diduga berkontribusi dalam meningkatkan
pertumbuhan planlet kentang dan tanaman tembakau melalui pemanjangan dan
pembelahan sel tanaman. Peningkatan pertumbuhan tanaman juga diamati pada
tanaman gandum yang diinokulasi oleh rizobakteria penghasil IAA (Khalid et al.
2004) dan tanaman jagung yang diinokulasi oleh Azospirillum diazotrophicus L1
penghasil IAA (Patil et al. 2011). Kemampuan M. endophyticus G053 dalam
menambat nitrogen bebas juga diduga berperan dalam meningkatkan
pertumbuhan planlet kentang dan tanaman tembakau. Menurut Gardner et al.
(2008), tanaman membutuhkan nitrogen sebagai bahan penyusun asam amino,
protein, asam nukleat, enzim, hormon, klorofil, dan berbagai biomolekul.
SIMPULAN
Micrococcus endophyticus G053 merupakan bakteri endofit yang mampu
menghasilkan IAA-like compound dan menambat nitrogen bebas dari udara. Kadar
IAA-like compound tertinggi tercapai di hari ke-6 untuk M. endophyticus G053
yang dikulturkan pada TSB 50% (64.35 ppm) dan di hari ke-8 untuk M.
endophyticus G053 yang dikulturkan pada TSB 100% (69.10 ppm). Pengayaan
planlet kentang dengan M. endophyticus G053 mampu meningkatkan tinggi dan
jumlah tunas planlet. Inokulasi M. endophyticus G053 pada rizosfer tanaman
tembakau juga mampu meningkatkan panjang batang, panjang akar, dan bobot
kering tanaman tembakau. Kemampuan bakteri endofit tersebut dalam
meningkatkan pertumbuhan planlet kentang dan tanaman tembakau diduga
disebabkan oleh kemampuannya dalam menghasilkan IAA-like compound dan
menambat nitrogen bebas.
DAFTAR PUSTAKA
[BD] Becton, Dickinson and Company. 2006. BD NutrientsTM Technical Manual
Advanced Bioprocessing. Ed ke-3. US: BD.
Gardner FP, Pearce RB, Mitchell RL. 2008. Fisiologi Tanaman Budidaya. Susilo
H, penerjemah. Jakarta (ID): UI Pr. Terjemahan dari: Physiology of Crop
Plants.
Ghosh AC, Basu PS. 2002. Growth behavior and bioproduction of indole acetic
acid by a Rhizobium sp. isolated from root nodules of a leguminous tree
Dalbergia lanceolaria. Indian J Exp Biol. 40:796-801.
Glick BR. 2012. Plant growth-promoting bacteria: mechanisms and applications
[ulasan]. Scientifica. 2012:1-15.
Glickmann E, Dessaux Y. 1995. A critical examination of the specificity of the
Salkowski reagent for indolic compounds produced by phytopathogenic
bacteria. Appl Environ Microbiol. 61(2):793-796.
11
Hartmann A, Singh M, Klingmuller W. 1983. Isolation and characterization of
Azospirillum mutants excreting high amounts of indoleacetic acid. Can J
Microbiol. 29:916–923.
Hutcheson SW, Kosuge T. 1985. Regulation of 3-indoleacetic acid production in
Pseudomonas syringae pv. savastanoi purification and properties of
tryptophan 2-monooxygenase. J Biol Chem. 260(10):6281–6287.
Khalid A, Arshad M, Zahir ZA. 2004. Screening plant growth-promoting
rhizobacteria for improving growth and yield of wheat. J Appl Microbiol.
96:473-480. doi:10.1046/j.1365-2672.2003.02161.x.
Kirchhof G, Reis VM, Baldani JI, Eckert B, Dobereiner JD, Hartmann A. 1997.
Occurrence, physiological and molecular analysis of endophytic
diazotrophic bacteria in gramineous energy plants. Plant and Soil. 194:4555.
Moat AG, Foster JW, Spector MP. 2002. Microbial Physiology. Ed ke-4. New
York (US): Wiley-Liss.
Narendra et al. 2012. Isolation and characterization of protease producing
bacterial from soil and estimation of protease by spectrophotometer. Int J Sci
Tech. 1(1):1-7.
Patil NB, Gajbhiye M, Ahiwale SS, Gunjal AB, Kapadnis BP. 2011. Optimization
of indole 3-acetic acid (IAA) production by Acetobacter diazotrophicus L1
isolated from sugarcane. Int J Environ Sci. 2(1):295-302.
Patten CL, Glick BR. 2002. Role of Pseudomonas putida indoleacetic acid in
development of the host plant root system. Appl Environ Microbiol.
68(8):3795-3801. doi: 10.1128/AEM.68.8.3795-3801.2002.
Santner A, Calderon-Villalobos LIA, Estelle M. 2009. Plant hormones are
versatile chemical regulators of plant growth [ulasan]. Nat Chem Biol.
5(5):301-307. doi: 10.1038/nchembio.165.
Spaepen S, Vanderleyden J, Remans R. 2007. Indole-3-acetic acid in microbial
and microorganism-plant signaling. FEMS Microbiol Rev. (2007):1–24. doi:
10.1111/j.1574-6976.2007.00072.x
Sunatmo TI. 2009. Mikrobiologi Esensial. Jakarta (ID): Ardy Agency.
Tsavkelova EA, Klimova SY, Cherdyntseva TA, Netrusov AI. 2006. Microbial
producers of plant growth stimulators and their practical use: a review
[ulasan]. Appl Biochem Microbiol. 42(2):117–126.
White D. 2007. The Physiology and Biochemistry of Prokaryotes. Ed ke-3.
Oxford (GB): Oxford Univ Pr.
12
LAMPIRAN
Lampiran 1 Kurva standar pertumbuhan M. endophyticus G053
0.5
y = 0.0436x - 0.0829
R² = 0.9957
OD =600 nm
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
0
3
6
9
-1
Log jumlah sel mL
12
Lampiran 2 Kurva standar pengukuran IAA (Merck, Darmstadt, Germany)
0.35
y = 0.004x + 0.0031
R² = 0.9906
OD λ = 520 nm
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0
10
20
30 40 50 60 70
Konsentrasi IAA (ppm)
80
90
100
13
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Cianjur pada 26 Juli 1992 dari ayah M. Komarudin dan
ibu Ai Hayati. Penulis adalah anak pertama dari 5 bersaudara. Penulis lulus dari
SMA Negeri 1 Sukaresmi pada tahun 2010 dan pada tahun yang sama penulis
diterima di Departemen Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam, Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB.
Penulis menerima beasiswa Bidikmisi dari Direktur Jenderal Pendidikan Tinggi
(DIKTI) Kementerian Pendidikan Nasional Republik Indonesia pada tahun 2010
hingga 2014.
Selama menempuh studi, penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah
Biologi Dasar pada tahun ajaran 2012/2013 dan 2013/2014 dan Botani Umum
pada tahun ajaran 2013/2014. Penulis aktif di Observasi Wahana Alam (OWA),
Himpunan Mahasiswa Biologi (Himabio), IPB pada tahun 2012 dan 2013, serta
aktif mengikuti beberapa kepanitiaan. Penulis juga merupakan pemandu wisata
pendidikan pertanian (Agroedutourism) IPB sejak Mei 2013.
Bulan Juli 2012, penulis melaksanakan Studi Lapangan di Taman Nasional
Gunung Gede Pangrango, Cipanas-Cianjur dengan judul Isolasi dan Karakterisasi
Bakteri Penghasil Selulase dari Sampel Tanah Asal Taman Nasional Gunung
Gede Pangrango (TNGGP). Bulan Juli 2013 hingga Agustus 2013, penulis
melaksanakan Praktik Lapangan dengan judul Pemeriksaan Sampel di
Laboratorium Patologi Anatomi Rumah Sakit Umum Daerah Kelas B Cianjur.
Penulis merupakan anggota tim Program Kreatifitas Mahasiswa bidang Penelitian
(PKM-P) dengan judul Pemanfaatan Tumbuhan Iris Air (Neomarica gracilis)
sebagai Agen Bioremediasi Air Limbah Rumah Tangga yang didanai oleh DIKTI
pada tahun 2012.