Bakteri RhizobiumMekanisme Infeksi Bakteri Rhizobium pada Akar Tanaman

Ridahati Rambey 2010

Sejarah

Penemuan fiksasi nitrogen yang konsisten dalam ekstrak yang bebas

sel dariClostridium pasteurianum oleh Carnahan dan kawan-kawan di laboratorium Du

Pontdi Amerika Serikat pada tahun 1960, merupakan tonggak sejarah dalam bidang fiksasi

nitrogen secara biologi. Perluasan pengetahuan yang cepat dalam genetika bakteri telah

memberikan pengaruh besar dalam studi mengenai bakteri penambat N. Genetika

mikroorganisme penambat nitrogen dipelajari oleh Postgate dan kawan-kawan di Inggris dan

gen yang bertanggungjawab untuk fiksasi nitrogen sudah berhasil dipindahkan dari bakteri

penambat nitrogen ke bakteri yang bukan penambat nitrogen (Rao, 1994).

Pengertian Rhizobium

Bakteri rhizobium adalah salah satu contoh kelompok bakteri yang berkemampuan sebagai

penyedia hara bagi tanaman. Bila bersimbiosis dengan tanaman legum, kelompok bakteri ini

kan menginfeksi akar tanaman dan membentuk bintil akar di dalamnya. Rhizobium hanya

dapat memfiksasi nitrogen atmosfer bila berada di dalam bintil akar dari mitra legumnya.

Peranan Rhizobium terhadap pertumbuhan tanaman khususnya berkaitan dengan masalah

ketersediaan hara bagi tanaman inangnya.

Suatu pigmen merah yang disebut leghemeglobin dijumpai dalam bintil akar antara bakteroid

dan selubung membrane yang mengelilinginya. Jumlah leghemeglobin di dalam bintil akar

memeliki hubungan langsung dengan jumlah nitrogen yang di fiksasi (Rao, 1994)

Rhizobium yang berasosasi dengan tanaman legume mampu menfiksasi 100-300 kg N/ha

dalam satu musim tanam dan meninggalkan sejumlah N untuk tanaman berikutnya.

Permasalahan yang perlu diperhatikan adalah efisiensi inokulan rhizobium untuk jenis

tanaman tertentu. Rizobium mampu mencukupi 80% kebutuhan nitrogen tanaman legume

dan meningkatkan produksi anatara 10 % - 25%. Tanggapan tanaman sangat bervariasi

tergantung pada kondisi tanah dan efektifitas populasi asli (Sutanto, 2002 dalam Rahmawati

2005).

Klasifikasi Rhizobium

Bakteri – bakteri yang termasuk dalam genus rhizobium hidup bebeas dalam tanah

dan dalam daerah perakaran tumbuh-tumbuhan legume maupun bukan legume. Walaupun

demikian, bakteri rhizobium dapat bersimbiosis hanya dengan tumbuh-tumbuhan legume,

dengan menginfeksi akarnya dan membentuk bintil akar di dalamnya; pengecualian satu-

satunya adalah bintil akar pada trema (parasponia) oleh Rhizobiumsp. Bakteri bintil akar

telah dibedakan berdasarkan pertumbuhan nya pada substrat tertentu, sebagia cepat tumbuh

dan lambat tumbuh.

Genus 1 : Rhizobium

R. leguminosarum, R meliloti, R Loti merupakan galur-gallur yang tumbuh cepat membentuk

bintil.

Genus 2. Bradyrhizobium (spesies : Bradyrhizobium sp, B. japonicum)

Galur-galur yang tumbuh lambat, memiliki flagel polar atau subpolar yang membentuk bintil

pada kedelai, Lotus uliginosus, L. pendutulatus, dan vigna. Yang termasuk galur-galur yang

tumbuh lambat membentuk bintil pada cicer, sesbania, leucaena, mimosa, lablab dan

acasia. (Rao,1994)

Struktur Bintil

Pusat dari bintil yang masuk membentuk zone bakteroid yang dikelilingi oleh

beberapa lapis sel korteks. Volume relative jaringan bakteroid (16 samapai 50% dari berat

kering bintil) jauh lebih besar pada bintil yang efektif dibanding pada bintil yang tidak

efektif. Volume jaringan bakteroid dalam bintil yang efektif memiliki hubungan langsung

yang positif dengan jumlah nitrogen yang difiksasi. Bintil yang tidak efektif yang dihasilkan

oleh galur-galur yag tidak efektif umumnya kecil dan mengandung jaringan bakteroid yang

tidak berkembang baik yang berhubungan dengan keabnormalan strukturnya. Bintil yang

efektif umumnya besar dan berwarna merah muda (karena leghemoglobin) dengan jaringan

bakteroid yang berkembang dan terorganisasi dengan baik (Rao, 2004).

Sebuah bakteroid yang berkembang baik tidak memiliki falgel dan di kelilingi oleh 3 unit

membrane. Terdapat suatu system membrane intrasitoplasmik di dalam jaringan bakteroid

bintil akar semanggi bawah tanah. Daerah inti bakteroidtampak terbagi-bagi dan

berhubungan dengan sitoplasma granuler. Bakteroid- bakteroid dapat dihasilkan secara in

vitro pada suatu medium yang mengandungekstrak khamir 3,5 %. Kafein beberapa alkaloid

lain juga merrangsang dihasilkannya bakteroid pada medium buatan.Tergantung dari

legumnya, setiap bakteroid atau kelompok bakteroid dikelilingi oleh selubung

membrane yang identatasnya diinterpretasikan macam-macam, mungkin karena

digunakannya teknik yang berbeda-beda dalam mempelajari struktur halus ini (Rao, 2004).

Faktor yang mempengaruhi pembentukan bintil akar

Factor lingkungan yang mempengaruhi penamban N2 oleh rhizobium adalah keasaman

tanah, kandungan hara, fotosintesis, iklim dan pengelolaan tanaman.

1. Keasaman tanah. Kemasaman tanah sangat mempengaruhi infektifitas dan efektifitas

rhizobium, pengeruhnya nyata pada pembibitan dan fiksasi N2 udara. Rhizobia dan akar

tanaman kacang-kacangan dapatt diruikan oleh unsure meracun Al3+ dan H2PO4- tersedia.

Sensitifitas rhizobium terhadap kemasaman tanah berbeda menurut spesiesnya. Rhizobium

meliloti pada perakaran alfalfa sangat berkurang populasinya pada tanah dengan pH kurang

dari 6. Hal ini menyebabkan bintil akar dan hasil alfafa sangat berkurang. Lain halnyya

dengan R trifoli dimana jumlah bintil akar dan hasil tanaman inang red clover tidak

berpengaruh pada pH berkisar 5,0-7,0.

2. Kandungan hara.

Maksimum penambatan N2 terjadi hanya bila ketersediaan N di dalam tanah minimum.

Kelebihan konsentrasi NO3- di dalam tanah dapat mengurangi aktifitas nitrogenase sehingga

mengurangi aktivitas nitrogenase sehingga mengurangi aktivitas rhizobium dan penambatan

N2. Pengurangan penambatan N2 dihubungkan dengan adanya kompetisi untuk fotosintat

antara reaksi reduksi NO3- dan penambatan N2.

3. Fotosintsis dan iklim.

Pembentukan Simbiosis antara Rhizobium dengan Leguminose

Simbiosis antara Rhizobium dengan Leguminose dicirikan oleh struktur bintil akar

pada tanaman inang (leguminoseae). Pembentukan bintil akar dimulai dengan sekresi produk

metabolism tanaman ke daerah perakaran yang menstimulasi pertumbuhan bakteri. Proses

pembentukan bintil akar di awaali dengan kolonisasi bakteri bintil akar di rhizosfer tanaman

kacang-kacangan. Penelitian Chebotar et al.(2001) memperlihatkan kolonisasi B japonicum 5

hari setelah inokulasi pada tanaman kedelai terdapat pada ujung akar dan permukaan akar

dekat ujung akar. Tchebotar et al, (1998) mengatakan Koinokulasi antara A. lipoferum T1371

dan R. leguminosarumpada tanaman clover white, menunjukkan terjadinya kolonisasi bakteri

pada pangkal akar, akar sekunder pada rambut akar (Rahmawati, 2005)

Setelah terjadi kolonisasi pada akar oleh galur rhizobium yang cocok, proses infeksi dan

nodulasi terjadi lebih kurang sebagai berikut:

1. Deformasi (perubahan bentuk) bulu akar (yaitu membelok atau bercabang), mungkin sebagai

respon terhadap etilen, yang dirangsang oleh IAA.

2. Pembentukan benang infeksi untuk mentransfer sel-sel bakteri ke dalam korteks akar

3. Pelepasan bakteri ke dalam sel-sel korteks

4. Pembentukan meristem bintil dan perluasan bintil dengan pembelahan sel-sel korteks.

5. Pembesaran sel-sel korteks yang terinfeksi di bagian dalam bintil

6. Dalam bintil yang lebih tua, hilangnya selubungg bakteroid (bakteri bintil) dan aktifitas

nitrogenase dengan dimulainya proses penuaan (Gardner, et al. 1991).

Mekanisme Infeksi Rhizobium pada Akar Tanaman

Rambut akar normal

Pengeluaran zat organic olehh akar

Akumulasi rhizobium dalam rhizosfer

Triptofan berubah menjadi asam indol asetat

Penggulungan dan deformasi rambut akar

Ikut sertanya lektin dalam pengenalan rhizobium

Penggabungan rhizobium ke dalam dinding sel dan partisipasinya dalam “intussusepsi”

Invaginasi sel rambut akar membentuk benang infeksi insipient (yang baru jadi)

Benang yang mengandung bakteri bentuk batang meluas ke dalam sel rambut akar yang

dipandu oleh nucleus rambut akar

Masuknya benang infeksi ke dalam korteks akar dan mengadakan percabangan (Rao, 2004).

Tampaknya terdapat suatu interaksi yang mendalam antara nucleus sel rambut akar

dan benag infeksi yang diawali pada ujung bagian rambut akar yang menggulung. Nukleus

memberi petunjuk mengenai jalur benang infeksi di dalam rambut akar yag menggulung.

Nukleus memeberi petunjuk menegenai jalur benang infeksi di dalam rambut yang terbukti

dari adanya fakta bahwa apabila nucleus menjadi tidak terorganisasi, pertumbuhan benang

kan berhenti. Apabila nucleus bergerak ke ujung distal dari rambut dan kemudian bergerak

kea rah ujung proksimal dekat korteks, benang infeksi juga bergerak ke atas dan ke bawah

sebelum memasuki korteks. Jelaslah, bahwa suatu bentuk pesan atau impuls dipindahkan dari

nucleus inang ke kandungan dari benang infeksi.

Penelitian intensif terhadap kecambah semanggi telah menunjukkan butir-butir

penting berikut mengenai infeksi rambutt akar: (1) infeksi rambut akar tidak terjadi secara

acak tetapi terjadi pada beberapa titik yang terpisah jauh, (2) tempat-tempatinfeksi primer ini

membentuk daerah infeksi dengan adanya infeksi berikutnya pada rambut akar, (3) jumlah

rambut akar yang terinfeksi terus meningkat secara eksponensial sampai bintil yang pertama

terbentuk diikuti oleh berkurangnya jumlah infeksii setelah itu, dan (4) tidak semua infeksi

menghasilkan pembentukan bintil.

Ada dua cara masuk rhizobium ke dalam rambut akar (1) masuknya penerobos bentuk koloid

kecil melalui celah dalam mikrofibril selulosa dan (2) invaginasi langsung dari sel rambut

akar. Hipotesis invaginasi bertumpu pada landasan bahwa auksin dan enzim-enzim pektat

pada permukaan perakaran berinteraksi untuk menghasilkan daerah lunak yang terlokalisasi

pada rambut akar yang memudahkan pertumbuhhan ke dalam dinding sel rambut akar

Rhizobium tidak mampu menghasilkan pektinase atau selulose dalam media kultur yag di

tambah dengan pectin atau selulose

Rekayasa Genetik pada Rhizobium

Tampaknya bahwa ruang lingkup perbaikan simbiosis legume-rhizobium tidak

terlepas dari upaya perbaikan sifat genetic baik yang terdapat pada bakteri maupun pada

tanaman inang. Penggabungan metode rekayasa genetic merupakan cara yang paling

produktif. Perlu makin dipahami bahwa peristiwaa pembentukan signal yang terjadi selama

perbaikan nodulasi, dalam rangka memanipulasi aspek simbiosis legume-rhizobium.

Perbedaan karakter antara Rhizobium, Bradyrhizobium, dan azorhizobium adalah

kesemuanya mampu memasuki ke dalam tanaman legume melalui simbiotik yang

melangsungkan fiksasi nitrogen dari udara (Rahmawati, 2005).

Secara umum, fiksasi nitrogen biologis sebagai bagian dari input nitrogen untuk

mendukung pertumbuhan tanaman telah menurun akibat intensifikasi pemupukan anroganik.

Penurunan penggunaan pupuk nitrogen yang nyata agaknya hanya dapat dicapai jika agen

biologis pemfiksasi nitrogen diintegrasikan dalam sistem produksi tanaman (Hindersah,

2004).

Tanah sehat dan subur merupakan system hidup dinamis yang dihuni oleh berbagai organism

(mikro flora, mikro fauna, serta meso dan makro fauna). Organisme tersebut saling

berinteraksi membentuk suatu rantai makanan sebagai manifestasi aliran energi dalam suatu

ekosistem untuk membentuk tropik rantai makanan (Simarmata et al,2003). Dalam ekosistem

tanah, tropik rantai makanan dimulai dari tropik level pertama, yaitu kelompok organisme

(tanaman dan bakteri) produsen yang mampu memanfaatkan sinar matahari sebagai sumber

energinya. Selanjutnya diikuti oleh tropic kedua hingga ke tingkat tropik yang tertinggi. Hal

ini berarti, bahwa kehadiran suatu organisme akan mempengaruhi keberadaan organisme lain

secara langsung maupun tidak langsung. Kesehatan tanah dapat dievaluasi secara kualitatif

maupun kuantitatif dengan menggunakan indikator seperti kemampuan tanah sebagai media

tumbuh tanaman maupun mikroba (Simarmata et al, 2003). Secara umum, rizosfir ekosistem

tanah yang sehat akan dihuni oleh organisme yang menguntungkan yang memanfaatkan

substrat organik dari bahan organik atau eksudat tanaman sebagai sumber energi dan

nutrisinya. Sejumlah mikroba memegang peran penting pada tanah yang normal dan sehat,

dan merupakan indikator dalam menentukan kualitas tanah. Mikroba tanah berperan dalam

proses penguraian bahan organik, melepaskan nutrisi ke dalam bentuk yang tersedia bagi

tanaman, dan mendegradasi residu toksik (Sparling 1998). Selain itu, mikroba juga berperan

sebagai agen peningkat pertumbuhan tanaman (plant growthpromting agents) yang

menghasilkan berbagai hormon tumbuh, vitamin dan berbagai asam-asam organik yang

berperan penting dalam merangsang pertumbuhan bulu-bulu akar. Salah satu kelompok

organisme yang penting dalam ekosistem tanah dan berperan sebagai agen peningkat

pertumbuhan tanaman adalah rizobakteri yaitu bakteri yang hidup di rizosfir tanaman dan

mengalami interaksi yang intensif dengan akar tanaman maupun tanah. Kesehatan biologis

suatu tanah akan banyak ditentukan oleh dominasi(Hindersah, 2004).

DAFTAR PUSTAKA

Arsyad, M. 2009. Studi Isolasi bakteri Rhizobium yang diinokulasikan ke dalam

Dolomit Sebagai Pembawa (Carrier) Serta Pemanfaatannya Sebagai Pupuk

Mikroba.Departemen Kimia FMIPA USU Medan.

Gardner, FP et al. Fisiologi Tanaman Budidaya. 1991. UI Press. Jakarta.

Hindersah, R dan Tualar Simarmata. 2004. Potensi Rizobakteri Azotobacter

dalamMeningkatkan Kesehatan Tanah. Fakultas Pertanian. Universitas Padjadjaran.

Bandung.Jurnal natur Indonessia.

Rao, Subba. N. S. 1994. Mikroorganisme Tanah dan Pertumbuhan Tanaman. UI Press.

Jakarta

Rahmawati, N. 2005. Pemamfaatan Biofertilizer Pada Pertanian Organik. Fakultas

Pertanian Universitas Sumatera Utara. Medan

Mekanisme terbentuknya bintil akar pada tanaman legumePembentukan bintil akar dimulai dengan sekresi produk metabolism tanaman ke daerah perakaran yang menstimulasi pertumbuhan bakteri. Terjadi interaksi antara akar tanaman dengan bakteri Rhizobia. Akar tanaman mengeluarkan sinyal yang akan mengaktifkan ekspresi gen dari bakteri yang berperan pada nodulasi. Bakteri Rhizobia akan mensintesis sinyal berupa asam amino termodifikasi (homoserin lakton) yang membawa subtituen rantai asil yang bervariasi yang disebut asil homoserin lakton (AHL), yang menginduksi pembentukan meristem nodul dan memungkinkan bakteri untuk masuk ke dalam meristem tersebut melalui proses infeksi. Interaksi secara simbiosis terjadi karena adanya pertukaran sinyal antara tumbuhan dan bakteri (Rhizobia). Tanaman mensekresikan senyawa‐senyawa flavonoid yang gugus fenolnya bersama dengan NodD (protein penggerak) dari bakteri menginduksi ekspresi dari gen pembentukan nodul dari Rhizobia (nod, nol, noe). Sebagai hasilnya, Rhizobia memproduksi Nod factors. Induksi Nod factors direspon oleh tanaman (yang salah satunya) dengan pembentukan nodul. Proses selanjutnya terjadi kolonisasi bakteri Rhizobia dan lalu menempel pada rambut akar yang dilanjutkan dengan deformasi (perubahan bentuk) bulu akar yaitu membelok atau bercabang, sebagai respon terhadap etilen, yang dirangsang oleh IAA. Kemudian Rhizobia terjebak di dalam lekukan lipatan rambut akar yang kemudian mengakibatkan Rhizobia mencoba masuk melalui dinding sel dengan menyusup dengan membentuk infeksi (luka). Pembentukan benang infeksi untuk mentransfer sel-sel

bakteri ke dalam korteks akar. Bakteri menembus dan masuk ke dalam sel-sel korteks. Selanjutnya terjadi pembentukan meristem nodul dan perluasan nodul dengan pembelahan sel-sel korteks. Pembesaran sel-sel korteks yang terinfeksi di bagian dalam nodul. Sel kortikoid tertentu dari tanaman membelah untuk membentuk primordial nodul dan melalui primordial ini penyusupan sel secara infeksi tumbuh. Pertumbuhan tersebut lebih lanjut akan membentuk suatu tumor. Di dalam daerah infeksi tersebut bakteri membelah diri sebelum akhirnya terbentuk nodul dan bakteri tersebut terdiferensiasi menjadi bakteroid dan mulai mengikat nitrogen.