Tujuan Hipotesis Keanekaragaman Hayati Tanah Tebu Transgenik

tanaman seperti kapas tahan hama penyakit, padi toleran terhadap kekeringan, dan juga tebu dengan gen fitase untuk meningkatkan ketersediaan fosfor P didalam jaringan tanaman yang dapat mengefisiensikan pemakaian pupuk P. Tanaman transgenik masih menjadi pro dan kontra di dalam masyarakat, terutama efeknya terhadap kesehatan dan dampak lingkungan. Salah satu cara yang dapat dilakukan adalah melakukan penelitian tentang pengaruh tanaman transgenik terhadap ekosistem di dalam tanah terutama pada mikrob tanah yang sangat sensitif dengan perubahan keadaan lingkungan.

1.2 Tujuan

Penelitian ini bertujuan untuk: 1. Mempelajari jumlah dan keanekaragaman mikrob tanah fungsional pada perakaran tebu transgenik IPB 1 dan perakaran tebu isogenik PS 851. 2. Melihat pengaruh tebu transgenik terhadap pertumbuhan mikrob pada perakaran tebu transgenik IPB 1 di kebun percobaan PG Djatiroto, Lumajang, Jawa Timur.

1.3 Hipotesis

Hipotesis dari penelitian ini yaitu: 1. Mikrob tanah fungsional dapat diisolasi dari perakaran tebu transgenik IPB 1 dan tebu isogenik PS 851. 2. Tebu transgenik IPB 1 memberikan dampak positif terhadap pertumbuhan mikrob tanah fungsional di daerah perakarannya. II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Keanekaragaman Hayati Tanah

Keanekaragaman merupakan suatu hal atau keadaan yang beraneka ragam atau bervariasi. Keanekaragaman hayati atau biodiversitas adalah semua kehidupan diatas bumi ini tumbuhan, hewan, jamur dan mikrob serta berbagai materi genetik yang dikandungnya dan keanekaragaman ekologi dimana organisme hidup Macfarlane, 2007. Menurut UU RI No. 5 Th. 1994, keanekaragaman hayati meliputi seluruh spesies tumbuhan, binatang, mikrob dan gen-gen yang terkandung dalam makhluk hidup di seluruh muka bumi. Keanekaragaman hayati tanah menggambarkan adanya variabilitas kehidupan organisme di dalam tanah. Organisme di dalam tanah meliputi fauna tanah dan mikrob tanah. Organisme tanah memegang peranan penting dalam menjaga keseimbangan ekosistem. Peranan organisme tanah antara lain dalam mendekomposisi bahan organik, mempengaruhi siklus hara dalam tanah dan memperbaiki sifat fisik tanah Sutanto, 2005.

2.2 Mikrob Tanah

Salah satu parameter yang menentukan produktivitas tanah adalah mikrob tanah Sutedjo et al., 1991. Tanah yang berada dalam kondisi normal mengandung berbagai jenis mikrob Schlegel dan Schmidt, 1994. Tanah yang baik adalah tanah yang mengandung beraneka macam mikrob yang berguna bagi tanaman. Diantara kelompok mikrob, bakteri adalah kelompok yang paling banyak mendapat perhatian. Peranan bakteri di tanah sangatlah penting, banyak dari jenis bakteri yang dapat menambat N 2 ke dalam tanah dan juga dapat melarutkan P yang terjerap di dalam tanah. Perubahan keanekaragaman mikrob berhubungan dengan kualitas tanah dan pengembangan agroekosistem yang berkesinambungan Kennedy dan Gewin, 1997. Dengan adanya pengolahan tanah atau teknik bertanam yang baru, dapat mempengaruhi pertumbuhan dan populasi mikrob di dalam tanah. Mikrob tanah banyak terdapat di daerah perakaran, hal ini disebabkan perkembangan mikrob dipengaruhi oleh aktivitas metabolisme akar tanaman. Akar tanaman melakukan aktivitas metabolisme sehingga mengeluarkan senyawa metabolit yang disebut eksudat ke dalam tanah Purwaningsih et al., 2004. Eksudat tersebut dimanfaatkan bakteri di dalam tanah, sehingga bakteri tersebut dapat bertahan hidup dan memperbanyak diri. Oleh karena itu populasi bakteri di daerah perakaran tanaman lebih banyak dibandingkan di daerah tanpa perakaran tanaman. Tingkat kesuburan tanah dipengaruhi beberapa faktor antara lain keanekaragaman mikrob tanah, faktor iklim seperti suhu, curah hujan, kelembaban, faktor nutrisi dan lingkungan, serta populasi mikrob yang merupakan indikator tingkat kesuburan tanah Allen dan Allen, 1981 .

2.2.1 Azotobacter sp.

Azotobacter berfungsi sebagai penambat N 2 yang melimpah di atmosfer dan menyediakan nitrogen bagi tanaman. Azotobacter dapat juga digolongkan sebagai bakteri pemacu tumbuh plant growth promoting rhizobacteria atau yield increasing bacteria yang menghasilkan vitamin dan zat pengatur tumbuh seperti IAA, kinetin dan giberelin Tang et al., 1994; Glick, 1995. Azotobacter adalah bakteri penambat N 2 aerobik yang mampu menambat N 2 dalam jumlah yang cukup tinggi, bervariasi ±2 - 15 mg Ngram sumber karbon yang digunakan, meskipun hasil yang lebih tinggi seringkali dilaporkan Rao, 1994. Azotobacter pada medium yang sesuai mampu menambat 10-20 mg Ngram gula Allison, 1973. Waksman 1963 menyatakan bahwa kemampuan ini tergantung kepada sumber energinya, keberadaan nitrogen yang terpakai, mineral, reaksi tanah dan faktor lingkungan yang lain, serta kehadiran bakteri tertentu. Faktor-faktor eksternal yang mempengaruhi penambatan nitrogen antara lain suhu, kelembaban tanah, pH tanah, sumber karbon, cahaya dan penambahan nitrogen.

2.2.2 Azospirillum sp.

Azospirillum merupakan bakteri penambat N 2 dan penghasil zat tumbuh yang hidup berasosiasi dengan perakaran tanaman pada daerah rizosfer, terutama pada rumput-rumputan dan serealia. Peran menguntungkan Azospirillum antara lain dapat menyebabkan perubahan morfologi akar seperti peningkatan jumlah rambut akar, perpanjangan akar, dan luas permukaan akar yang disebabkan oleh produksi asam indol asetat IAA yang dihasilkan oleh Azospirillum. Selain mensintesis IAA dan menambat nitrogen bebas, beberapa golongan dari Azospirillum dapat melarutkan fosfat, mensintesis siderofor, dan sebagai agen pengendali hayati Bachhawat dan Gosh, 1989; Seshadri et al., 2000; Bashan dan Bashan, 2002. Azospirillum juga dapat melarutkan fosfat dengan cara mensekresikan asam glukonat Rodriguez et al., 2004.

2.2.3 Mikrob Pelarut Fosfat

Mikrob pelarut fosfat merupakan bakteri ataupun fungi yang mempunyai kemampuan dalam melepaskan ikatan fosfat dan berperan dalam melarutkan fosfat dari tidak tersedia menjadi tersedia Alexander, 1977; Rao, 1994. Bakteri pelarut fosfat berfungsi dalam melarutkan fosfat dalam bentuk terikat menjadi tersedia, meningkatkan fosfat tersedia, memperbaiki pertumbuhan tanaman dan meningkatkan efisiensi pemupukan fosfat Rao, 1994. Unsur P merupakan unsur hara makro ensensial bagi tanaman dan kekurangan P akan mengakibatkan menurunnya daya serap tanaman terhadap unsur-unsur yang lain. Menurut Soepardi 1983 peranan unsur P pada tanaman, yaitu: 1. Berperan dalam pembelahanan sel dan pembentukan lemak dan albumin 2. Berperan dalam pembentukan bunga, buah dan biji 3. Berpengaruh terhadap perkembangan akar halus dan rambut akar 4. Berperan dalam kematangan tanaman, melawan pengaruh nitrogen 5. Membuat tanaman tidak mudah rebah 6. Tanaman lebih tahan penyakit Mikrob pelarut fosfat mempunyai kemampuan melarutkan mineral fosfat melalui sekresi asam organik Kucey, 1987, serta menghasilkan enzim fosfatase yang mampu membebaskan P dari P organik. Enzim fosfatase akan disekresikan oleh mikrob pelarut fosfat jika terdapat sedikit sekali fosfat di dalam tanah. Enzim fosfatase akan membebaskan P dari bahan organik sehingga menjadi senyawa P anorganik yang dapat digunakan mikrob tersebut dalam metabolismenya. Enzim fosfatase sangat berpengaruh dalam mineralisasi P organik. Peningkatan mineralisasi P organik juga dipengaruhi oleh kenaikan pH tanah Tisdale et al., 1985.

2.2.4 Pseudomonas sp.

Pseudomonas adalah bakteri yang dapat ditemukan hampir dalam semua media alami seperti di dalam tanah dan air. Bakteri ini memiliki ciri berbentuk batang, pada umumnya motil, memiliki flagella monotrikus, politrikus dan lofotrikus, Gram negatif, beberapa diketahui bersifat aerob fakultatif, serta bersel satu dengan ukuran 0,5-1,0x1,5-4,0 µm Schaad et al, 2001. Banyak diantara bakteri ini yang merugikan karena dapat menimbulkan penyakit bagi manusia. Beberapa contohnya adalah Pseudomonas syringae, P. aeruginosa, P. solanacearum Anas, 1989. Sejak tahun 1970, telah banyak pula penelitian yang menunjukkan bahwa beberapa species dari Pseudomonas terutama dari Pseudomonas fluorescens dan Pseudomonas putida dapat membantu pertumbuhan tanaman yang akhirnya dapat meningkatkan produksi tanaman. Bakteri Pseudomonas berpotensi ekonomis sebagai agen biokontrol Dupler dan Baker, 1984. Pseudomonas menghasilkan siderofor senyawa organik yang dapat membentuk khelat dengan Fe 3+ , dengan KSp lebih dari 30 dan antibiotik yang dapat melawan organisme penyebab penyakit. Selain itu Pseudomonas memproduksi senyawa -ketoglukonik yang dapat melarutkan fosfat serta dapat menghasilkan zat tumbuh seperti IAA Anas, 1989.

2.2.5 Mikrob Pendegradasi Selulosa

Selulosa merupakan polimer dari untaian rantai lurus unit glukosa dengan ikatan β-1,4-glikosida yang menyebabkannya sukar larut Murashima et al., 2003. Ikatan ini dapat terurai jika dihidrolisis oleh enzim selulase. Enzim selulase terdiri atas tiga komponen, yaitu: endo 1,4 β-D glukanase, ekso 1,4 β glukanase dan β-D glukosidase Fikrinda dan Anas, 2000. Mikrob selulolotik menghasilkan seperangkat enzim yang menghidrolisis selulosa secara sinergis menjadi oligosakarida yang lebih kecil dan akhirnya menjadi glukosa yang menjadi sumber karbon dan unsur hara bagi pertumbuhan mikrob tersebut. Proses pendegradasian selulosa berlangsung jika terjadi kontak langsung antara bakteri dan permukaan selulosa Ilmen et al., 1997. Banyaknya bahan organik sebagai sumber selulosa sangat berpengaruh terhadap banyaknya jumlah mikrob pendegradasi selulosa di dalam tanah. Fungi berfilamen lebih berperan dalam mendegradasi selulosa pada tanah- tanah yang masam. Sementara pada tanah-tanah netral sampai alkalin yang lebih berperan dalam mendegradasi selulosa adalah dari golongan bakteri. Di alam bahan berselulosa dihancurkan oleh kerjasama banyak mikrob. Menurut Lewis et al. 1988 kultur campuran bakteri selulolitik dengan bakteri non selulolitik yang lain sangat ideal dalam proses degradasi selulosa.

2.2.6 Mikrob Pendegradasi Protein

Mikrob pendegradasi protein merupakan mikrob yang dapat mensekresi protease sehingga dapat menghidrolisis protein. Protein merupakan salah satu senyawa penyusun makhluk hidup. Berdasarkan aktivitasnya, enzim protease dibedakan menjadi proteinase endopeptidolitik yang menghidrolisis molekul protein menjadi polipeptida dan peptidase eksopeptidolitik yang menghidrolisis fragmen polipeptida menjadi asam amino Whitaken, 1994; Rao, 1994. Enzim protease banyak dimanfaatkan secara komersial. Penggunaan protease secara komersial banyak digunakan untuk detergen, pembuatan keju, penanganan limbah, pengempukan daging sehingga banyak mikrob penghasil protease dimanfaatkan untuk memproduksi enzim secara komersial. Mikrob penghasil enzim protease antara lain Bacillus subtilis bakteri dan Aspergillus oryzae fungi Susanti, 2003.

2.2.7 Nitrosomonas sp.

Nitrosomonas merupakan salah satu bakteri yang berperan dalam proses nitrifikasi. Nitrosomonas merupakan bakteri kemoautotrofik yang merupakan bakteri yang mengubah bahan-bahan anorganik sebagai sumber energinya. Nitrosomonas mendapatkan energi melalui oksidasi amonia dan memerlukan sumber karbon dari CO 2 . Nitrosomonas dapat hidup baik pada kisaran pH 6-8. Nitrosomonas merupakan bakteri yang lambat tumbuh karena sebelum terjadi pembelahan sel, Nitrosomonas harus mengkonsumsi sejumlah besar amoniak. Proses pembelahan sel pada Nitrosomonas bisa memakan waktu beberapa hari Marsh et al., 2005. Proses nitrifikasi oleh Nitrosomonas adalah mengubah amoniak NH 3 menjadi nitrit NO 2 - yang juga disebut dengan nitritasi. Proses nitritasi ini dapat menurunkan pH lingkungan sekitar karena dalam proses ini melepaskan ion H + . Dibawah ini merupakan proses nitritasi yang dilakukan oleh bakteri nitrit: Nitrosomonas atau 2NH 3 + 3O 2 2HNO 2 + 2H 2 O + 158 kilokalori amoniak Nitrosococcus nitrit Setelah proses nitritasi maka selanjutnya adalah proses nitratasi yang dilakukan oleh bakteri Nitrobacter. Proses nitratasi sangat tergantung pada proses nitritasi yang berlangsung sebelumnya. Hal ini dikarenakan pada proses nitratasi memerlukan nitrit yang dihasilkan oleh bakteri nitritasi.

2.2.8 Nitrobacter sp.

Nitrobacter merupakan bakteri Gram negatif dan kemoautotrofik. Nitrobacter merupakan bakteri yang lambat tumbuh seperti Nitrosomonas. Nitrobacter tumbuh pada kisaran pH 7-8 dan tumbuh optimal pada kisaran pH 7,3-7,5 serta optimal pada suhu 30 o C Bhaskar dan Charyulu, 2005. Bakteri ini mengubah bahan anorganik sebagai sumber energinya. Nitrobacter merupakan bakteri nitrifikasi yang berasosiasi dengan bakteri nitritasi seperti Nitrosomonas dan Nitrosococcus. Bakteri ini memperoleh energi dari mengubah nitrit menjadi nitrat. Dibawah ini merupakan proses nitratasi: Nitrobacter 2HNO 2 + O 2 2HNO 3 + 2H 2 O + 36 kilokalori nitrit nitrat Proses nitratasi sangat bergantung pada nitrit yang dihasilkan pada proses nitrifikasi. Nitrit yang dihasilkan pada proses nitritasi akan diubah menjadi nitrat oleh Nitrobacter. Hasil akhir dari proses nitrifikasi berupa nitrat yang merupakan senyawa yang mudah diserap oleh tanaman Grundmann et al., 2000. Saat terjadi proses nitrifikasi maka pH disekitar lingkungan akan menurun karena terlepasnya ion H + pada lingkungan.

2.3 Tebu Transgenik

Tanaman transgenik merupakan hasil rekayasa genetika melalui transformasi gen dari makhluk hidup lain ke dalam tanaman yang menghasilkan suatu tanaman baru mempunyai suatu keunggulan tertentu. Sedangkan tanaman isogenik merupakan tanaman yang memiliki gen yang sama dengan tanaman transgenik, kecuali pada gen transgenik yang disisipkan pada tanaman transgenik. Penelitian tentang tanaman transgenik diharapkan dapat meningkatkan ketahanan pangan di Indonesia. Sudah banyak penelitian tentang tanaman transgenik, bahkan sudah dibudidayakan seperti kapas transgenik tahan hama, padi transgenik yang mengandung vitamin A dalam jumlah tinggi, kedelai transgenik tahan herbisida, dan lain-lain. Salah satu tanaman transgenik yang sedang diteliti di Indonesia adalah tebu transgenik yang disisipi gen fitase. Tebu transgenik tersebut adalah tebu yang telah disisipi gen fitase yang mampu meningkatkan ketersediaan fosfor dalam jaringan tanaman dengan cara mengubah asam fitat yang merupakan bentuk P-organik yang sukar digunakan tanaman dalam jaringan menjadi P dalam bentuk yang dapat digunakan oleh tanaman Santosa, 2010. Sanchez 1976 mengemukakan bahwa unsur P merupakan unsur hara makro esensial dan pada daerah tropis merupakan faktor pembatas pertumbuhan dan produksi tanaman urutan ketiga setelah air dan nitrogen. Fosfor terdapat dalam jumlah sedikit pada tanah mineral. Menurut Soepardi 1979 sebagian besar fosfor berada dalam bentuk tidak tersedia bagi tanaman. Di dalam tanah, P dapat ditemukan dalam bentuk P anorganik dan P organik. P anorganik di dalam tanah sangat beragam seperti contohnya AlOH 2 H 2 PO 4 , CaHPO 4 .H 2 O, dan FePO 4 .H 2 O. Senyawa P sederhana di dalam tanah relatif sukar larut akibat adanya pengikatan P oleh Fe dan Al pada tanah masam dan Ca serta Mg pada tanah alkalin. Sedangkan P organik di dalam tanah dapat ditemukan dalam bentuk ester yaitu asam orthofosfat serta berupa monoester dan diester. Organik ester fosfat dibagi dalam lima kelas yaitu inositol fosfat, fosfolipid, asam nukleat, nukleotida, dan gula fosfat. Total P organik di dalam tanah-tanah pertanian berkisar antara 100- 400 ppm pada tanah yang diberikan pemupukan bahan organik, sedangkan pada tanah-tanah yang tidak diberi pemupukan bahan organik berkisar antara 2-54 ppm Tisdale et al., 1985. Namun di dalam tanah yang paling dominan hanya inositol fosfat, fosfolipid serta asam nukleat. P organik dalam bentuk inositol fosfat yang dapat diuraikan oleh enzim fitase pada tebu transgenik sehingga dapat tesedia bagi tanaman. Tanaman transgenik dapat membawa manfaat positif bagi ketahanan pangan negara. Walaupun demikian banyak kekhawatiran akan penggunaan produk hasil tanaman transgenik dan akibatnya terhadap lingkungan. Salah satu kekhawatiran dari tanaman transgenik adalah tersebarnya gen transgenik kepada tanaman bukan target. Tebu transgenik dengan penyisipan gen fitase dimungkinkan akan memberi dampak positif terhadap ekologi terutama pada daerah perakaran tebu transgenik. Tebu transgenik dengan gen fitase dimungkinkan akan tumbuh lebih baik daripada tebu isogenik karena dapat menghasilkan enzim fitase yang dapat melarutkan fosfat sehingga tersedia dan dapat dimanfaatkan oleh tumbuhan itu sendiri dan mikrob lainnya yang berada di daerah perakaran. III. BAHAN DAN METODE

3.1. Tempat dan Waktu