1

RHIZOBACTERIA PENDUKUNG PERTUMBUHAN TANAMAN

Plant Growth Promotor Rhizobacteria

MAKALAH

Oleh :

Intan Ratna Dewi A. NIP. 132 306 081

Jurusan Budidaya Pertanian Program Studi Agronomi

FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS PADJADJARAN

JATINANGOR 2007

2

KATA PENGANTAR

Puji syukur dipanjatkan ke hadirat Allah SWT, yang telah memberikan

berkat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Makalah

Plant Growt Promoting Rhizobacteria

Pada kesempatan ini tim penulis menyampaikan ucapan terima kasih

kepada Prof. Dr Tualar Simarmata atas saran dan masukan pada penulisan

makalah ini, Kepala Labarotarium Produksi Tanaman serta staf pengajar

minat budidaya pada khususnya. Tanpa bantuannya sulit bagi penulis untuk

dapat menyelesaikan penyusunan makalah ini.

Penulis telah berusaha untuk menyempurnakan tulisan ini, namun

sebagai manusia penulis pun menyadari akan keterbatasan maupun

kehilafan dan kesalahan yang tanpa disadari. Oleh karena itu, saran dan

kritik untuk perbaikan makalah ini akan sangat dinantikan.

Bandung, Desember 2007

3

RHIZOBACTERIA PENDUKUNG PERTUMBUHAN TANAMAN

Plant Growth Promotor Rhizobacteria

Pendahuluan

Pertumbuhan tanaman adalah proses terjadinya peningkatan jumlah dan

ukuran daun dan batang. Hasil pertumbuhan tanaman adalah produk yang dapat

dikonsumsi atau dimanfaatkan menjadi produk lain, atau hanya bersifat estetis.

Pengambilan hasil dinamakan pemanenan, yang dapat dilakukan oleh manusia,

hewan atau peralatan mesin.

Setiap proses pertumbuhan memerlukan energi. Tanaman mendapatkan

energinya dari matahari melalui proses fotosintesis, yang merupakan proses

penyerapan cahaya oleh pigmen hijau (klorofil) dalam daun. Energi cahaya, air dan

CO2 menghasilkan O2 dan gula sederhana. Tanaman kemudian memanfaatkan gula

sederhana ini untuk mensintesa gula yang lebih kompleks serta karbohidrat untuk

disimpan sebagai energi yang dapat digunakan kembali jika dibutuhkan untuk

mensintesa selulosa dan hemiselulosa pada dinding sel, atau menggabungkannya

dengan nitrogen untuk mensintesa protein. Bagaimana tanaman memanfaatkan energi

ini bergantung pada stadia pertumbuhan tanaman dan kondisi lingkungan (Rayburn,

1993).

Pertumbuhan tanaman tidak hanya terjadi pada bagian atas (tajuk) tanaman,

tetapi juga terjadi pada bagian bawah (akar) tanaman. Akar menentukan kemampuan

tanaman untuk menyerap nutrisi dan air, pertumbuhannya ditentukan oleh area daun

yang aktif melakukan fotosintesis karena akar bergantung pada penangkapan energi

oleh daun. Pada saat suplai energi terbatas, maka energi yang ada digunakan oleh

jaringan tanaman yang paling dekat dengan lokasi fotosintesis. Oleh karena itu akar

menerima energi hanya pada saat ada kelebihan energi yang diproduksi melalui

fotosintesis yang tidak digunakan untuk pertumbuhan tajuk tanaman.

4

Proses pertumbuhan tajuk dan akar merupakan proses yang saling berkaitan

satu sama lain. Apabila terjadi gangguan pada salah satunya maka akan menyebabkan

gangguan pada bagian lainnya. Misalnya pada kondisi kekurangan air dan nitrogen,

pertumbuhan tajuk lebih mengalami hambatan daripada bagian akar. Hal ini

disebabkan akar bertugas lebih banyak untuk mencari air dan sumber N dari dalam

tanah untuk didistribusikan ke bagian tajuk. Pada saat ketersediaan air memadai maka

pertumbuhan tajuk kembali ke arah normal sehingga distribusi fotosintat ke akar juga

kembali normal.

Tanaman membutuhkan sedikitnya 13

unsur hara untuk pertumbuhan dan

perkembangannya. Beberapa unsur

berada dalam bentuk tersedia dalam

semua jenis tanah, sedangkan lainnya

dalam bentuk tidak tersedia sehingga

membutuhkan tambahan dari luar tanah

dalam bentuk pemupukan. Unsur hara ini

berperan sebagai nutrisi bagi tanaman,

sedangkan sistem yang mengendalikan

pertumbuhan dan perkembangan tanaman

adalah substansi kimia yang konsentrasinya sangat rendah, yang disebut substansi

pertumbuhan tanaman, hormon pertumbuhan tanaman (fitohormon), atau pengatur

pertumbuhan tanaman (plant growth regulator / PGR) (Gardner dkk., 1991).

Pengatur Pertumbuhan Tanaman

Istilah pengatur pertumbuhan tanaman (PGR) meliputi kategori yang luas

yaitu substansi organik (selain vitamin dan unsur mikro) yang dalam jumlah sedikit

saja telah dapat merangsang, menghambat atau sebaliknya mengubah proses

fisiologis. PGR endogen diproduksi di dalam tubuh tanaman diartikan sebagai

hormon tanaman atau fitohormon. Istilah hormon berasal dari proses fisiologi hewan

5

yang berarti suatu substansi yang disintesis dalam suatu organ yang pada gilirannya

merangsang terjadinya respon pada organ yang lain. Hormon tanaman tidak khusus

seperti hormon hewan dalam hal organ tempat sintesisnya ataupun organ tempat

responnya, tetapi cenderung mengikuti pola tingkah-laku yang umum.

PGR pada saat ini dibagi menjadi 5 kelas: auksin, giberelin, sitokinin atau

kinin, penghambat pertumbuhan (inhibitor), dan etilen. Dua hormon terakhir secara

kimiawi tidak dapat masuk ke dalam salah satu dari 5 kategori di atas. Keduanya

diisolasi berturut-turut dari biji sejenis tanaman kol (Brassica napus) dan tanaman

tingkat tinggi tertentu lainnya. Substansi-substansi ini mungkin masih membutuhkan

revisi dalam sistem klasifikasi yang berlaku saat ini. Banyak analogi dari kebanyakan

hormon yang ada dalam 5 kelas ini yang diproduksi secara sintesis dan banyak di

antaranya memperoleh pemanfaatan yang penting dalam bidang pertanian.

Sifat-sifat tertentu diperlukan bagi suatu senyawa agar dapat dikelompokkan

sebagai fitohormon: (1) tempat sintesis berbeda dari tempat aktivitas (misalnya

sintesis di pucuk dan daun muda, tetapi responnya pada batang, akar atau organ-organ

lainnya); (2) respon dihasilkan oleh jumlah yang sangat kecil (yaitu

konsentrasinya bisa sekecil 10-9 M); (3) tidak seperti pada vitamin dan enzim, respon

mungkin berbentuk formatif dan plastik (tidak terpulihkan, misalnya respon trophy).

Seringkali pemasokan fitohormon secara alami di bawah optimal, dan

dibutuhkan sumber dari luar untuk menghasilkan respon yang dikehendaki. Jumlah

auksin di atas optimal umumnya bertindak sebagai herbisida. Umumnya suatu

fitohormon bertindak secara sinergis dengan hormon-hormon lainnya dalam

meningkatkan suatu respon.

Organ tanaman merespon macam-macam konsentrasi PGR dengan cara yang

berbeda. Tajuk tanaman dipacu oleh auksin dalam kisaran konsentrasi yang luas,

sedangkan akar terhambat kecuali untuk kisaran konsentrasi yang sempit. Antar ruas

pada jenis tanaman pendek tertentu akan memanjang sampai ketinggian yang normal

bila diberi perlakuan giberellin dalam kisaran luas. Umumnya hormon bekerja secara

sinergis untuk memacu respon dan tidak bekerja sendiri-sendiri.

6

Secara umum PGR menghasilkan respon yang sifatnya sebagai berikut: (1)

auksin merangsang pertumbuhan dengan cara pemanjangan sel dan menyebabkan

dominansi ujung; (2) giberellin meningkatkan pertumbuhan meristem samping dalam

daun dan antar buku; (3) sitokinin merangsang pertumbuhan dengan cara pembelahan

sel; (4) penghambat pertumbuhan (inhibitor) mengerdilkan pemanjangan dan

mempercepat absisi dan penuaan; dan (5) etilen meningkatkan pematangan buah dan

pertumbuhan horisontal.

Respon pengatur pertumbuhan pada tanaman tidak selalu berupa pertumbuhan

secara fisik, namun juga perbaikan dalam proses fisiologi tanaman. Misalnya pada

akar adanya PGR meningkatkan kemampuan akar dalam memfiksasi nitrogen,

menyerap fosfor dalam kondisi ketersediaan terbatas, dan sebagainya. PGR yang

dapat memperbaiki proses fisiologi tanaman melalui akar biasanya bersifat eksogen

atau berasal dari luar tanaman. PGR ini berasal dari dalam tanah, khususnya dari

interaksi akar tanaman dengan organisme yang ada dalam tanah.

Akar Tanaman

Akar merupakan organ vegetatif utama yang memasok air, mineral dan bahan-

bahan yang penting untuk pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Pertumbuhan

akar yang kuat umumnya diperlukan untuk kekuatan dan pertumbuhan tajuk tanaman.

Apabila akar mengalami kerusakan karena gangguan secara biologis, fisik atau

mekanis sehingga mengurangi fungsinya maka pertumbuhan tajuk juga akan

terganggu.

Gambar 1. Akar dan rambut akar.

7

Fungsi akar bagi tanaman adalah: (1) penyerapan; (2) penambatan

(anchorage); (3) penyimpanan; (4) transport; dan (5) perbanyakan (propagation).

Akar juga merupakan sumber utama beberapa PGR bagi tanaman tertentu.

Penyerapan air dan mineral terutama terjadi melalui ujung akar dan bulu akar,

walaupun bagian akar yang lebih tua dan lebih tebal juga menyerap sebagian. Akar

yang lebih tua memainkan fungsi yang diperlukan untuk transport dan penyimpanan

bahan, yang beranalogi dengan transport bahan dari dan ke daun melalui batang dan

percabangan. Akar dikotil seringkali berfungsi sebagai organ utama penyimpan

cadangan makanan.

Perakaran dari sejumlah spesies tanaman dapat digunakan untuk perbanyakan

karena kemampuannya untuk membentuk pucuk tambahan dan menyimpan cadangan

makanan yang mendukung pertumbuhan pucuk baru tersebut. Selain itu akar dapat

menghasilkan PGR berupa giberellin dan sitokinin, yang mempengaruhi

pertumbuhan dan perkembangan secara keseluruhan.

Panjang akar merupakan hasil perpanjangan sel-sel di belakang meristem

ujung; sedangkan lebar akar yang lebih daripada pembesaran sel-sel ujung merupakan

hasil dari meristem lateral atau pembentukan kambium, yang memulai pertumbuhan

sekunder dari meristem kambium. Pertumbuhan panjang dan lingkar akar umumnya

beranalogi dengan pertumbuhan panjang dan lingkar pada tajuk, tetapi pada

percabangan lateral tidak terdapat analogi antara bagian tajuk dengan akar.

Percabangan akar muncul dari lingkaran tepi yang jauh di dalam jaringan tua atau

jaringan yang berdiferensiasi, berbeda dengan percabangan tajuk yang muncul dari

ujung dan berasal dari permukaan.

Perbedaan dalam pola perkembangan perakaran, walaupun sesuai dengan

sifatnya, biasanya juga sangat dipengaruhi oleh lingkungan tanah baik secara

langsung maupun tidak langsung. Faktor-faktor di atas tanah yang mempengaruhi

pertumbuhan tajuk, terutama transport karbohidrat ke akar, dapat memberikan

pengaruh yang besar terhadap pertumbuhan akar, seperti juga faktor-faktor rizosfer

8

yaitu kelembaban, temperatur, kandungan nutrisi, bahan-bahan toksin, kekuatan

agregat dan agen biologis.

Umumnya karakteristik akar dikendalikan oleh sejumlah gen, sehingga

terdapat perbedaan antar genotipe. Perbedaan genetik ini kemudian berinteraksi

dengan lingkungan tanah. Mekanisme kendali genetik untuk perakaran sangat

kompleks, tetapi seperti pada tajuk tanaman, ditunjukkan juga adanya kerja hormon

pertumbuhan. Auksin (Indole Acetic Acid) meningkatkan pertumbuhan akar hanya

bila dalam konsentrasi rendah.

Kebutuhan akan auksin dibuktikan dengan diperlukannya faktor daun pada

perbanyakan dengan cara stek agar bakal tanaman dapat membentuk akar. Banyak

spesies yang membutuhkan beberapa jaringan daun atau pucuk yang aktif, untuk

menghasilkan pengatur pertumbuhan yang dapat berdifusi. Suatu kofaktor akar, yang

berhasil dipisahkan dan diidentifikasi sebagai katekol dan pirogalol, bekerja secara

sinergis dengan IAA untuk memacu pembentukan akar.

Rizosfer

Istilah rizosfer menunjukkan bagian tanah yang dipengaruhi perakaran

tanaman (Subba Rao, 1994). Rizosfer dicirikan oleh lebih banyaknya kegiatan

mikrobiologis dibandingkan kegiatan di dalam tanah yang jauh dari perakaran

tanaman. Intensitas kegiatan semacam in tergantung dari panjangnya jarak tempuh

yang dicapai oleh eksudasi sistem perakaran. Istilah “efek rizosfer” menunjukkan

pengaruh keseluruhan perakaran tanaman terhadap mikroorganisme tanah. Maka akan

lebih banyak jumlah bakteri, jamur dan actinomycetes dalam tanah yang termasuk

rizosfer dibandingkan tanah yang tidak memiliki rizosfer. Beberapa faktor seperti tipe

tanah, kelembaban tanah, pH dan temperatur, dan umur serta kondisi tanaman

mempengaruhi efek rizosfer.

9

Gambar 2. Perakaran (kiri), perbesaran mikroskop daerah perakaran / rizosfer (kanan)

Efek rizosfer selain tampak dalam bentuk melimpahnya jumlah

mikroorganisme juga dalam adanya distribusi bakteri yang memiliki ciri mempunyai

kebutuhan khusus, yaitu asam amino, vitamin-vitamin B, dan faktor pertumbuhan

khusus (kelompok nutrisional). Laju kegiatan metabolik mikroorganisme rizosfer itu

berbeda dengan laju kegiatan metabolik mikroorganisme dalam tanah non-rizosfer.

Hiltner pada tahun 1904 menggambarkan rizosfer sebagai bagian dari tanah

yang secara langsung dipengaruhi oleh substansi yang dikeluarkan dari akar ke dalam

larutan tanah, sehingga tercipta kondisi yang menyenangkan bagi bakteri tertentu

(Bruehl, 1987). Ia juga menggambarkan adanya organisme yang merugikan di sekitar

akar dari tanaman yang sakit dan organisme yang bermanfaat di sekitar akar dari

tanaman yang sehat. Fakta biologi utama dari rizosfer atau daerah yang dipengaruhi

akar adalah jumlah yang banyak dan aktivitas yang tinggi dari mikroorganisme tanah

dalam area ini dibandingkan dengan tanah tanpa akar. Di antara dua area ini terdapat

area transisi di mana pengaruh akar menurun seiring dengan jarak. Biasanya daerah

rizosfer merupakan lapisan tipis yang tetap menempel pada akar setelah tanah di

sekitar akar dihilangkan dengan cara menggoyangkan perakaran (Katznelson, 1965,

dalam Bruehl, 1987).

Menurut Wood (1989), rizosfer adalah bagian tanah di mana lebih banyak

terdapat bakteri di sekitar akar tanaman daripada tanah yang jauh dari akar tanaman.

Rizosfer juga dibedakan menjadi daerah permukaan akar (rizoplan) dan daerah

10

sebelah luar dari akar itu sendiri (endorizosfer). Selain menghasilkan efek biologi,

akar juga mempengaruhi sifat kimia dan sifat fisika tanah, sehingga secara tidak

langsung mempengaruhi mikroorganisme tanah.

Clark (1942 in Bruehl, 1987) menyatakan rizoplan adalah habitat khusus atau

lokasi aktivitas mikrobia. Rizoplan atau permukaan akar mendukung terjadinya

aktivitas biologi yang tinggi serta memiliki sensitivitas yang tinggi terhadap pengaruh

akar pada mikroflora dan mikrofauna tanah. Analisa terhadap struktur halus atau

lapisan epitel dari perakaran tanaman setelah diinokulasi dengan bakteri khusus

menunjukkan bahwa bakteri menjadi lekat pada permukaan perakaran dengan

bantuan dari lapisan eksternal yang bersifat musilagen atau disebut ‘musigel’ yang

secara normal terdapat pada sistem perakaran yang sedang aktif tumbuh.

Rasio rizosfer terhadap tanah (R : S) dapat digunakan untuk memperkirakan

perubahan dalam populasi mikroba yang disebabkan pertumbuhan tanaman. Rasio

R : S dihitung dengan membagi jumlah mikroorganisme dalam rizosfer tanah dengan

jumlah mikroorganisme dalam tanah yang bebas dari pertumbuhan tanaman. Hasilnya

dapat dinyatakan berdasarkan berat akar bersama dengan tanah yang melekat

padanya. Efek rizosfer yang lebih besar dijumpai lebih banyak karena bakteri (nilai

R : S memiliki rentangan dari 10 hingga 20 atau seringkali lebih) daripada karena

actinomycetes atau jamur. Sedangkan karena protozoa atau alga hanya dapat dilihat

perubahan yang sangat kecil.

Daerah sekitar perakaran, rizosfer, relatif kaya akan nutrisi / unsur hara di

mana fotosintat tanaman hilang sebanyak 40% dari akar. Konsekuensinya dukungan

rizosfer cukup besar dan kemampuan menggunakan populasi mikrobia aktif yang

bermanfaat, netral atau yang merusak berpengaruh terhadap pertumbuhan tanaman.

Pentingnya populasi mikrobia di sekitar rizosfer adalah untuk memelihara kesehatan

akar, pengambilan nutrisi atau unsur hara, dan toleran terhadap stress / cekaman

lingkungan pada saat sekarang telah dikenal. Mikroorganisme menguntungkan ini

dapat menjadi komponen yang signifikan dalam manajemen pengelolaan untuk dapat

11

mencapai hasil, yang mana ditegaskan bahwa hasil tanaman budidaya dibatasi hanya

oleh lingkungan fisik alamiah tanaman dan potensial genetik bawaan.

Umumnya rizosfer dari kebanyakan tanaman mengandung bakteri Gram-

negatif, tidak berspora, berbentuk batang, dan terdapat pada daerah rizoplan.

Beberapa genus bakteri ini adalah Pseudomonas, Arthrobacter, Agrobacterium,

Azotobacter, Mycobanterium, Flavobacterium, Cellulomonas, Micrococcus, dsb.,

ditemukan dalam jumlah yang banyak namun ada juga yang tidak ditemukan sama

sekali. Bakteri yang membutuhkan asam amino lebih banyak terdapat di daerah

rizoplan dan daerah rizosfer dibandingkan tanah di luar rizosfer. Actinomycetes

penghasil antibiotik lebih banyak terdapat dalam rizosfer dibandingkan tanah tanpa

rizosfer.

Rizosfer dapat mengalami perubahan, di antaranya diakibatkan oleh: (1)

penambahan tanah; (2) pemberian nutrisi melalui daun; dan (3) inokulasi artifisial biji

atau tanah yang mengandung sediaan mikroorganisme hidup, terutama bakteri.

Banyak percobaan telah dilakukan untuk meneliti pengaruh penambahan pupuk N, P,

dan K terhadap mikroflora rizosfer. Hasilnya masih belum dapat digenuslisasikan

karena penambahan maupun penurunan R : S telah dilaporkan terjadi sebagai suatu

akibat dari penggunaan pupuk.

Translokasi hasil fotosintesis dari daun ke akar merupakan bagian dari

kegiatan metabolik normal pada tumbuhan. Oleh karena itu bila ada bahan-bahan

yang dibubuhkan secara sengaja ke daun dan masuk ke dalam jaringan daun, maka

translokasinya tidak akan terlalu sulit. Banyak penelitian menemukan bahwa

senyawa-senyawa yang disemprotkan ke daun ditemukan kembali dalam cairan yang

dikeluarkan oleh perakaran tanaman. Bahan-bahan kimia yang diaplikasikan pada

daun dapat meningkatkan atau menurunkan aktivitas mikroflora dalam rizosfer.

Inokulan benih mikrobia seperti Azotobacter, Beijerinckia, Rhizobium atau

mikroorganisme pelarut-P mungkin dapat membantu menciptakan adanya

mikroorganisme yang menguntungkan di dalam rizosfer yaitu tepat di sekitar akar

yang sedang tumbuh.

12

Jumlah rizosfer meningkat pada tanah-tanah yang kering dibandingkan pada

tanah-tanah basah. Temperatur dan kelembaban secara langsung berpengaruh

terhadap mikroorganisme, dan secara tidak langsung terhadap tanaman. Pengaruh

tidak langsung inilah yang kelihatannya lebih penting. Beberapa organisme secara

nyata dapat langsung beradaptasi dengan rizosfer, namun dalam keberhasilannya

membentuk koloni dengan akar dipengaruhi oleh adanya kompetisi dengan organisme

lain dan kondisi tanamannya (Bruehl, 1987).

Ketergantungan satu mikroorganisme terhadap mikroorganisme lain dalam hal

produk ekstra-selular, terutama asam amino dan faktor perangsang pertumbuhan,

dapat dianggap sebagai suatu efek asosiatif dalam rizosfer. Beberapa penelitian

menunjukkan adanya peningkatan kandungan asam amino dalam tanaman yang

ditumbuhkan pada tanah yang diinokulasi dengan mikroorganisme khusus.

Pengamatan serupa dilakukan dalam hal pengaruhnya terhadap peningkatan vitamin-

B, auksin, giberellin, dan antibiotik. Diketahui bahwa senyawa giberellin dan yang

serupa giberellin dihasilkan oleh genus-genus bakteri yang umumnya dijumpai di

dalam rizosfer, seperti Azotobacter, Arthrobacter, Pseudomonas dan Agrobacterium.

Sekresi antiobiotik oleh mikroorganisme dan penghambatan pertumbuhan

secara biologis terhadap mikroorganisme lain yang peka, ditemukan terjadi baik

dalam penanaman di lapangan maupun dalam kultur murni. Efek antagonistik dalam

rizosfer ini diharapkan terjadi secara alami bahkan dalam tanah yang tidak

dibudidayakan. Namun dari segi agronomi adanya penghambatan yang berlebihan

terhadap pertumbuhan Azotobacter atau Rhizobium di daerah perakaran akan

menyebabkan penurunan fiksasi nitrogen atau pembentukan bintil akar.

Proses-proses Mikrobia dalam Rizosfer

Pelepasan sejumlah karbon terfiksasi selama fotosintesis dari akar ke dalam

tanah adalah faktor utama penghematan karbon dari tanaman, yang diharapkan dapat

memberikan keuntungan pada tanaman itu sendiri. Beberapa proses-proses mikrobia

13

terjadi karena adanya stimulasi dalam rizosfer, meskipun manfaatnya bagi tanaman

tidak selalu nyata. Proses-proses tersebut dijelaskan dalam uraian berikut ini:

Sifat Asosiasi yang Memfiksasi Nitrogen

Bakteri pemfiksasi nitrogen yang tidak bersimbiosis biasanya terdapat dalam

rizosfer dan di bawah kondisi nitrogen yang terbatas memungkinkan terjadinya

kompetisi yang lebih menguntungkan dari mikroorganisme lain. Tidak terdapat bukti

yang jelas yang dapat mendukung stimulasi selektif dari organisme ini, dan bakteri

ini kelihatannya tidak menginvasi akar. Bagaimana pun, terdapat asosiasi spesifik

antara Azotobacter paspali dengan Paspalium notatum, serta antara Azospirillum sp

dengan akar sereal.

Kelangsungan asosiasi rizosfer-pemfiksasi nitrogen bergantung pada pasokan

karbon yang dapat dioksidasi serta efisiensi dari konversinya. Fiksasi nitrogen

termasuk “boros” karena membutuhkan ATP dan efisiensi untuk organisme bebasnya

berkisar dari 4 g C g-1 N dalam Azospirillum brasiliense sampai dengan 174 g C g-1 N

dalam Aerobacter aerogenes. Hanya senyawaan karbon sederhana yang dapat

digunakan. Jika diasumsikan bahwa konversi dari efisiensi karbon berasal dari akar

adalah 10 g C g-1 N; bakteri pemfiksasi nitrogen meliputi 10% populasi rizosfer; dan

keseluruhan karbon yang hilang dari akar adalah merupakan ketersediaan bagi

seluruh bakteri, maka jika 150 g C m-2 adalah hilang dari akar potensi maksimum

pemfiksasi nitrogen hanyalah 1,5 g N m-2.

Bukti atas peranan nyata asosiasi rizosfer-pemfiksasi nitrogen berasal dari 2

sumber. Keseimbangan nitrogen bagi sistem vegetasi berbeda tanpa legum seringkali

menunjukkan suatu akumulasi kelebihan jumlah nitrogen yang hilang disebabkan

pengangkutan oleh tanaman, pencucian dan denitrifikasi. Hal ini bisa disebabkan oleh

input curah hujan dalam kisaran 1,5 g N m-2 yr-1 dan mungkin saja lebih tinggi, atau

oleh adanya fiksasi nitrogen baik oleh sianobakteri maupun oleh bakteri rizosfer.

14

Perubahan dalam Ketersediaan Nutrisi

Dalam kondisi pasokan nutrisi yang rendah, populasi rizosfer akan bersaing

dalam memperebutkan beberapa jenis nutrisi sehingga kemudian mereduksi pasokan

nutrisi tersebut bagi tanaman. Sebagai contoh, sejumlah fosfat tersedia bagi tanaman

dapat menjadi berkurang atau malah meningkat, bila dibandingkan dengan tanah

tanpa rizosfer. Mangan dalam bentuk Mn2+ dapat teroksidasi menjadi

mangandioksida yang dapat larut dalam rizosfer, menyebabkan defisiensi mangan

pada tanaman gandum, meskipun larutan kultur bakteri rizosfer menghasilkan

senyawaan (ionophores) yang mendukung pengambilan mangan oleh akar.

Imobilisasi nutrisi dapat terjadi dalam rizosfer, disebabkan oleh adanya materi

berasal dari akar yang memiliki rasio C : N yang tinggi. Hal ini dapat menjadi

berguna untuk nutrisi yang mobil seperti NO3- yang dapat tercuci dari daerah

perakaran. Terlebih lagi bagian yang banyak dari bakteri tanah adalah bakteri

fakultatif anaerob dan respirasi oleh keduanya serta oleh populasi rizosfer dapat

mereduksi potensi redoks dengan baik untuk memungkinkan terjadinya denitrifikasi.

Bagaimana pun evapotranspirasi dapat menyebabkan rizosfer menjadi kering,

meningkatkan difusi oksigen dan pengambilannya oleh tanaman dapat memindahkan

nitrat dari daerah yang memiliki potensi mendenitrifikasi. Ketersediaan oksigen juga

dapat ditingkatkan melalui sel-sel aerenkhim di dalam tanaman sehingga

memungkinkan difusi ke dalam rizosfer, terutama pada tanaman akuatik.

Produksi Hormon Tumbuh

Mikroorganisme rizosfer menghasilkan senyawaan seperti growth hormon

dan phytotoxin yang dapat mempengaruhi pertumbuhan tanaman. Keanekaragaman

substrat dalam rizosfer yang tersedia untuk pertumbuhan tanaman menunjukkan

banyaknya produk yang bermanfaat.

Secara relatif, di laboratorium cukup mudah untuk menunjukkan produksi

senyawaan tertentu dari suatu organisme dan pengaruhnya bagi tanaman. Akan tetapi

cukup sulit untuk mengetahui bentuk aktif senyawaan ini serta konsentrasi berapa

15

yang mendukung keberadaannya dalam tanah. Pengukuran dalam tanah menjadi sulit

pada saat konsentrasi senyawaan sangat rendah serta dihasilkan secara lokal.

Identifikasi senyawaan ini biasanya dilakukan melalui bioassay yang hanya dapat

mendeskripsikannya sebagai senyawaan “serupa auksin”. Beberapa senyawaan,

misalnya auksin dan etilen, menghambat pertumbuhan tanaman pada satu konsentrasi

tetapi menstimulir pertumbuhan pada suatu konsentrasi yang rendah. Kebanyakan

jenis utama hormon tanaman dapat dihasilkan oleh bakteri dan fungi.

Asam indole asetat (IAA) adalah suatu auksin yang diproduksi dari triptofan.

Enzim ini terdapat dalam rambut akar yang menggulung pada akar legum yang

disebabkan adanya rizobia tertentu, dan juga dimetabolisir oleh bakteri tanah

sehingga keberadaannya dalam tanah akan bergantung pada tingkat akumulasinya. Di

dalam kondisi anaerob, etilen dapat terbentuk pada konsentrasi yang cukup dapat

menghambat perpanjangan akar sereal. Selain juga diperoduksi dari metionin, IAA

juga dimetabolisir oleh mikroorganisme. Sedikit informasi yang ada mengenai

sitokinin dan asam absisat dalam tanah.

Efek fitotoksik dari suatu tanaman yang ditanam sebelumnya dalam suatu

sistem pertanaman, dipengaruhi oleh penguraian mikroba terhadap residu tanaman.

Apabila efek dari suatu mikroorganisme terjadi pada tahap perkecambahan benih,

maka tidak mudah untuk membedakan efek metabolik dari efek fisik seperti misalnya

konsentrasi oksigen tereduksi. Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa asam

dihidrostearat dan vanilin adalah fitotoksin utama, tetapi asam alifatik seperti asetat

dan asam oksalat juga dihasilkan oleh bakteri dan fungi, terutama dalam kondisi

anaerob yang juga mencegah penguraiannya. Substratnya berasal dari bahan organik,

pupuk hijau, residu tanaman dan limbah hewan. Sedikit sekali diketahui efek asam

aromatik seperti p-hidroksibenzoat dan asam p-kumarat yang telah ditemukan dalam

tanah. Kebanyakan senyawaan fenolik pada akhirnya menjadi bagian dari fraksi asam

humat pada bahan organik tanah.

Produksi antibiotik oleh mikroorganisme tanah terjadi dalam biakan kultur di

laboratorium, tetapi produksinya dalam tanah di lapangan belum diketahui. Antibiotik

16

dapat menghambat atau merangsang pertumbuhan tanaman secara langsung atau

secara tidak langsung.

Gambar 3. Produksi antibiotik secara in situ dari mikroba tanah dan rizosfer.

Secara tidak langsung antibiotik ini menghambat pertumbuhan dengan cara

pemindahan mikroorganisme patogen yang mengganggu pertumbuhan. Jika

senyawaan ini dihasilkan, maka dapat dinonaktifikan dengan cara penjerapan oleh liat

atau penguraian oleh mikroorganisme. Senyawaan mengandung sulfur yang tidak

stabil seperti hidrogen sulfida dihasilkan oleh bakteri pereduksi sulfat, dalam rizosfer

dapat menimbulkan toksisitas pada tanaman padi.

Alelopati

Telah banyak terdapat laporan penelitian mengenai interaksi inhibitor atau

stimulator antar tanaman, dan antara tanaman dengan mikroorganisme. Interaksi ini

dinamakan alelopati. Sebagai contoh couchgrass (Agropyron repens), suatu gulma

yang ditemukan di banyak negara, mengurangi pertumbuhan gandum (Triticum

aestivum) dan lucerne (Medicago sativa). Vegetasi di sekitar kacang hitam / black

walnut (Juglans nigra) sangat jarang, dan hal ini disebabkan adanya suatu substansi

bersifat racun yang dihasilkan tanaman kacang hitam untuk tanaman di dekatnya.

Konsentrasi NO3- pada tanah yang ditanami seringkali lebih rendah

dibandingkan tanah yang tidak ditanami, meskipun setelah diperhitungkan dengan

nitrogen yang diambil oleh tanaman dan kehilangan karena pencucian (yang biasanya

lebih rendah pada tanah yang ditanami dibandingkan tanah yang tidak ditanami).

17

Terdapat serangkaian bukti yang menunjukkan bahwa nitrifikasi dipengaruhi oleh

bahan kimia yang bersifat alel yang dihasilkan oleh beberapa spesies tanaman dan

mikroorganisme. Juga terdapat bukti bahwa tingkat nitrifikasi sangat menurun pada

saat tahap pertumbuhan tanaman menuju tahap vegetasi maksimum.

Bakteri sebagai Mikroorganisme Tanah

Organisme yang menghuni tanah meliputi mikroorganisme, tanaman dan

hewan. Adanya organisme hidup dalam tanah menyebabkan perubahan biokimia

dalam tanah, dan untuk memahami caranya dalam mempengaruhi fungsi-fungsi tanah

maka diperlukan informasi aktivitas organisme tersebut. Hal ini termasuk reaksi-

reaksi yang dilakukan oleh organisme, interaksi yang terjadi antar organisme dan

antara organisme dengan lingkungannya (Wood, 1989).

Mikroorganisme yang menghuni tanah dapat dikelompokkan menjadi bakteri,

actinomycetes, jamur, alga dan protozoa. Bakteri merupakan kelompok

mikroorganisme tanah yang paling dominan dan mungkin meliputi separuh dari

biomassa mikroba dalam tanah. Bakteri terdapat dalam segala macam tipe tanah

tetapi populasinya menurun dengan bertambahnya kedalaman tanah. Secara umum

profil horizon A terdiri dari lebih banyak mikroorganisme daripada horizon B dan C.

Dalam kondisi anaerob, bakteri mendominasi tempat dan melaksanakan kegiatan

mikrobiologi dalam tanah karena jamur dan actinomycetes tidak dapat tumbuh baik

tanpa adanya oksigen (Subba Rao, 1994).

Bakteri adalah organisme terkecil di dalam tanah, tetapi merupakan

mikroorganisme paling banyak dalam tanah. Organisme ini merupakan sel

prokaryotik, karena tidak mempunyai struktur yang membatasi membran di dalam

sitoplasmanya. Nukleoplasmanya tidak dipisahkan dari sitoplasma, seperti pada

fungi, protozoa, dan eukaryot lainnya. Dinding sel bakteri terutama tersusun dari

peptidoglikan, dan reproduksinya terjadi melalui pembelahan penggandaan diri.

Proses penggabungan / konjugasi melibatkan pemindahan sejumlah besar materi

18

genetik antara sel donor dan penerima pada pasangan gandaannya (Paul and Clark,

1989).

Pengelompokkan terhadap bakteri dapat dilakukan antara lain berdasarkan

reaksinya dengan penanda/pewarna Gram, yang berdasarkan komponen dinding sel di

mana bakteri yang menyerap pewarna dikelompokkan sebagai bakteri Gram-positif;

sedangkan bakteri yang tidak menyerap pewarna dikelompokkan sebagai bakteri

Gram-negatif. Pengelompokkan juga dapat dilakukan berdasarkan proses fisiologi,

yaitu autochtonous bagi bakteri yang pertumbuhannya terjadi secara lambat dalam

tanah yang tidak mengandung substrat yang mudah dioksidasi, serta zymogenous bagi

bakteri yang pertumbuhan dan aktivitasnya cepat pada saat residu segar ditambahkan

ke dalam tanah.

Pertumbuhan bakteri dalam kondisi keberadaan oksigen dan tidak ada

oksigen, juga digunakan sebagai kriteria untuk membedakan bakteri menjadi:

anaerobik (tidak ada oksigen); aerobik (ada oksigen); dan anaerobik fakultatif (tidak

ada oksigen atau ada oksigen). Bentuk sel bakteri adalah khas berbentuk bola seperti

batang atau spiral, berukuran panjang 1,5 – 2,5 µm dan diameter 0,5 – 1,0 µm.

Jumlah bakteri dalam 1 g tanah bervariasi dari 106 – 109, tetapi tidak terdistribusi

secara merata dalam tanah melainkan mengambil tempat dalam koloni kecil,

seringkali berasosiasi dengan sumber dari substrat organik (misalnya akar tanaman).

Salah satu dari karakteristik penting bakteri sebagai suatu kelompok adalah

berbagai manfaat biokimia yang dimilikinya. Suatu organisme seperti Pseudomonas

sp mampu memetabolisir berbagai jenis bahan kimia termasuk pestisida, sedangkan

Nitrobacter sp hanya mampu menghasilkan energi dari oksdasi nitrit menjadi nitrat.

Thiobacillus ferrooxidans mendapatkan energi dari oksidasi senyawa sulfur tereduksi

dan dari ion-ion ferro, dan memiliki nilai pH optimum untuk pertumbuhan sekitar 2.

Clostridium sp mampu untuk tumbuh dalam kondisi ketiadaan oksigen dan dapat

memperoleh nitrogen melalui reduksi gas nitrogen dari atmosfer. Rhizobium sp

membentuk nodul-nodul pemfiksasi N2 pada akar tanaman legum.

19

Gambar 4. Pseudomonas sp hasil pembesaran mikroskop electron (kiri), transmisi mikroskop electron dari bakteri PGPR Azospirillum brasiliense (Az) yang menempati satu ruang sel yang sama (kanan).

Dalam sistem Bergey mengenai Bakteriologi Determinatif (Bergey’s Manual

of Determinative Bacteriology), bakteri diklasifikasikan menjadi kelompok

taksonomi ordo, famili, genus, dan spesies berdasarkan konsep Linneaeus klasik yaitu

tata nama ganda (binomial nomenklatur). Sepuluh ordo termasuk ke dalam kelas

Schizomycetes. Dari 10 ordo tersebut, 3 di antaranya yaitu Pseudomonales,

Eubacteriales dan Actinomycetales berisi spesies bakteri yang seringkali dijumpai

dalam tanah.

Dari 190 genus bakteri yang terdapat dalam manual Bergey, 97 genus (57%)

terdiri dari spesies yang diperkirakan sebagai bakteri tanah. Sebagai contoh,

Arthrobacter sp., membentuk sekitar setengah dari total koloni bakteri yang tumbuh

pada pelat pelarutan (dilution plates). Spora pembentuk baksilus dan actinomycetes

biasanya juga mudah ditemukan. Genus-genus yang disebutkan terdahulu, yang

mendominasi kebanyakan transformasi biokimia utama dalam tanah, kemungkinan

membentuk kurang dari 10% total populasi bakteri. Bakteri lainnya, termasuk

actinomycets, yang memproduksi filamen atau miselia (serupa dengan fungi), lebih

kecil ukuran diameternya. Dalam media kultur, Streptomyces sp. dan actinomycetes

lainnya menghasilkan antibiotik, dan tanah merupakan sumber utama organisme yang

digunakan untuk menghasilkan senyawaan ini secara komersil.

20

Bakteri tanah yang paling umum termasuk dalam genus Pseudomonas,

Arthrobacter, Clostridium, Achromobacter, Bacillus, Micrococcus, Flavobacterium,

Corynibacterium, Sarcina dan Mycobacterium. Kelompok bakteri lain yang umum

dijumpai dalam tanah adalah myxobacteria yang termasuk genus Myxococcus,

Chondrococcus, Archangium, Polyangium, Cytophaga dan Sporocytophaga. Dua

genus terakhir termasuk selulolitik dan karenanya dominan dalam lingkungan yang

kaya selulosa. Myxobacteria menjadi predator bagi bakteri Gram-negatif lainnya

melalui proses lisis.

Gambar 5. Contoh genus bakteri yang ada dalam tanah, Azotobacter (kiri) dan Arthrobacter (kanan)

Dalam tanah selain terdapat bakteri yang menguntungkan, juga terdapat bakteri yang

merugikan atau bersifat pathogen. Sebagai contoh adalah Clostridium sp yang

umumnya terdapat dalam tanah dan kotoran hewan. Bakteri ini merupakan organisme

anaerobik yang menghasilkan spora, dan beberapa spesies seperti C. tetani dan C.

perfringens adalah penyebab tetanus dan gas gangren. Penyakit ini dapat bersifat

letal.

Bakteri juga digolongkan berdasarkan caranya memperoleh makanan. Bakteri

autotrof dapat mensintesis sendiri kebutuhan makanannya, sedangkan bakteri

heterotrof bergantung dari makanan yang sudah terbentuk sebelumnya untuk

nutrisinya. Bakteri fotoautotrof adalah bakteri yang energi makanannya diperoleh

dengan perantaraan sinar matahari, seperti misalnya bakteri fotosintetik yang

21

berlawanan dengan bakteri kemoautotrof yang mengoksidasi bahan anorganik untuk

memperoleh energi dan pada waktu bersamaan memanfaatkan karbon dari CO2 untuk

pertumbuhannya.

Pada kelompok bakteri kemoautotrof termasuk juga kelompok bakteri

kemoautotrof obligat yang lebih menyukai substrat khusus tertentu. Contohnya

adalah Nitrobacter yang memanfaatkan nitrit; Nitrosomonas yang memanfaatkan

amonium; Thiobacillus yang mengubah senyawa belerang anorganik menjadi sulfat;

dan Ferrobacillus yang mampu mengubah besi fero menjadi feri.

Bakteri Akar (Rhizobacteria)

Selama dasawarsa terakhir istilah “rhizobacteria” digunakan untuk

menggambarkan bakteri rizosfer yang membentuk koloni dengan akar (Schroth and

Hancock, 1982 dalam Kloepper, et al., 1985). Kolonisasi akar adalah suatu proses di

mana bakteri bertahan melakukan inokulasi ke dalam benih tanaman atau ke dalam

tanah, penggandaan diri dalam spermosfer dalam responnya terhadap eksudat benih

yang kaya akan karbohidrat dan asam amino, menempel pada permukaan akar, dan

mengkoloni sistem perakaran yang sedang berkembang.

Berbagai manfaat positif dari bakteri dalam rizosfer telah menjadikannya

sumber potensial bagi ketersediaan nutrisi dalam tanah serta mendorong pertumbuhan

tanaman sehingga menjadi lebih baik. Beberapa bakteri tanah berasosiasi dengan akar

tanaman budidaya dan memberikan pengaruh yang bermanfaat pada tanaman

inangnya. Bakteri ini dikelompokkan ke dalam PGPR (Plant Growth Promoting

Rhizobacteria). Strains PGPR yang sering ditemukan di antaranya Pseudomonas

fluorescent.

Penelitian yang melibatkan bakteri yang hidup bebas sebagai inokulan bagi

tanaman pertanian memiliki genus yang sama dengan Azospirillum. Pada akhir tahun

1800, efek yang menguntungkan dari simbiosis rizobia pada tanaman legum telah

dikembangkan dan penelitian telah sampai pada pertanyaan dapatkah manfaat yang

22

diperoleh oleh tanaman yang bersimbiosis dengan legum diperoleh oleh tanaman

tanpa simbiosis legum dengan bakteri tanah lainnya.

Selama 70 tahun ke belakang, penggunaan inokulan mikrobia lebih banyak

melibatkan rizobia dan tanaman legum. Hak cipta pertama kali bagi inokulan rizobia

diberikan pada awal abad ini, kemudian diikuti dengan eksploitasi secara komersial.

Adanya berbagai kendala dan ketidaksesuaian yang ditimbulkan oleh rizobia hasil

produksi massal mengarahkan penelitian pada pengembangan perbaikan strain

Rhizobium yang akan memperbaiki rizobia asal tanah dan membentuk nodul yang

efektif dalam jumlah besar pada tanaman. Selain itu teknik aplikasinya dimodifikasi

untuk mendistribusikan inokulum yang viabilitasnya tinggi pada perkecambahan

benih. Banyak hambatan ekologis membatasi keberhasilan rizobia yang

diinokulasikan pada tanah (Young and Burns, 1993).

Seringkali diasumsikan bahwa peningkatan pertumbuhan tanaman setelah

inokulasi adalah respon langsung terhadap bakteri yang diinokulasikan. Dalam hal

rizobia, penampakkan nodul didampingkan dengan pengukuran sensitif terhadap

fiksasi nitrogen menggunakan 15N dan teknik reduksi asetilen, memungkinkan

terjadinya korelasi yang jelas antara respon tanaman dengan inokulan. Bagaimana

pun masih terdapat sebab dan akibat yang membingungkan pada saat mengkaji fungsi

dari inokulan mikrobia lainnya.

Rizobia Pendukung Pertumbuhan Tanaman (PGPR)

Hasil penelitian menunjukkan bahwa strain bakteri tertentu yang

diintroduksikan ke dalam tanah dapat mengatasi keseimbangan mikrobia dalam

rizosfer. Hasil ini dikemukakan pada tahun 1980 ketika mutan yang terjadi secara

spontan dari strain spesifik pseudomonas fluoresens, yang resisten terhadap antibiotik

rifampicin, diinokulasikan ke dalam benih tanaman kentang pada suatu percobaan

lapang. Strain mutan yang menggantikan populasi fungi dan bakteri asli akar dan

berkoloni di luar akar tanaman selama tahap pertumbuhan tanaman. Penelitian yang

intensif untuk memonitor bakteri tertentu dalam lingkungan telah dilakukan selama

23

beberapa tahun yang lalu, membawa pada beberapa sistem penandaan yang baur yang

dapat diaplikasikan untuk mengukur kolonisasi akar oleh bakteri, termasuk

Azospirillum.

Pada saat mengembangkan konsep mengenai kolonisasi akar, sangat penting

untuk diperhatikan bahwa kapasitas kolonisasi akar adalah spesifik-strain. Oleh

karenanya tidak semua pseudomonas fluoresens menunjukkan kolonisasi akar, dan

salah satu yang harus diekstrapolasi dari laporan individual mengenai kolonisasi oleh

suatu strain adalah semua strain dari takson yang sama akan berkoloni dengan akar.

Maka koloni dengan akar mewakili suatu pengelompokkan dari total komunitas

bakteri rizosfer, dan kelompok ini dinamakan rizobakteri.

Istilah ”kolonisasi akar” dapat digunakan untuk menggambarkan proses-

proses yang secara fundamental berbeda. Ada suatu persetujuan umum di antara para

peneliti bakteri bahwa kolonisasi akar adalah suatu proses aktif, bukan suatu

peristiwa yang kebetulan ditemukan antara bakteri tanah dan akar tanaman.

Kolonisasi akar adalah suatu proses di mana bakteri diinokulasikan ke dalam benih

atau tanah, dapat bertahan hidup dan menggandakan diri dalam spermosfer dalam

responsnya terhadap eksudat benih yang kaya akan nutrisi, berasosiasi dengan

permukaan akar dan mengkoloni sistem akar yang sedang berkembang dalam tanah

dengan mikroflora asli tanah.

Rizobia dapat menghasilkan 1 dari 3 jenis efek pada tanaman inang yang

diinokulasi: menghilangkan, menetralkan atau bermanfaat. Rizobakteri yang

bermanfaat dinamakan Plant Growth-Promoting Rhizobacteria (PGPR). Oleh karena

itu, PGPR dapat dipertimbangkan secara fungsional sebagai bakteri bermanfaat yang

mengkolonisasi akar.

Efek PGPR pada tanaman yang diinokulasi dikelompokkan menjadi dua,

yaitu: mendukung pertumbuhan tanaman dan pengendali secara biologis (biokontrol).

Meskipun secara konseptual kedua efek ini sangat berbeda, dalam prakteknya sangat

sulit bahkan hampir tidak mungkin untuk menentukan perbedaan dan batas antara

keduanya. Strain PGPR Pseudomonas fluoresens dipilih untuk meningkatkan

24

pertumbuhan dan hasil dari tanaman kentang, tetapi gagal mempengaruhi

pertumbuhan tanaman yang ditumbuhkan dalam kondisi gnotobiotic. Dan growth

promotion yang terjadi pada kondisi tanah lapang berkaitan dengan reduksi populasi

rizoplan asli, yaitu fungi dan bakteri.

Pertumbuhan tanaman distimulasi PGPR secara tidak langsung dengan cara

mereduksi aktivitas organisme lainnya, sehingga dinamakan biokontrol. Sebaliknya,

beberapa strain PGPR mendukung pertumbuhan tanaman secara langsung dalam

ketiadaan mikroflora asli rizosfer. Meskipun inhibisi dari mikroflora asli tidak terlibat

dengan growth promotion, biokontrol dapat terjadi pada saat PGPR diuji dalam kajian

penyakit atau pada percobaan lapang dengan patogen asli.

Biokontrol pada beberapa kasus diperkirakan muncul akibat dari penyakit

yang terbebaskan. Akar menunjukkan pemanjangan atau percabangan yang berlebih

akibat perlakuan PGPR, dapat meloloskan infeksi dari fungi patogen asal tanah yang

lebih mudah menginfeksi benih muda. Selain itu infeksi patogen yang terlokalisir

dalam 1 area sistem perakaran mungkin diseimbangkan oleh suatu peningkatan global

dalam biomassa akar sebagai kompensasi.

Apabila dilakukan evaluasi PGPR dalam penelitian lapangan atau tanah

lapangan yang disimpan dalam penelitian greenhouse, memungkinkan untuk

menggambarkan efek yang teramati dari PGPR pada tanaman inang secara prinsip

sebagai pendukung pertumbuhan atau biokontrol dengan mencatat perkembangan

pertumbuhan tanaman dan simptom yang terjadi selama pertumbuhan tanaman.

Biokontrol terhadap fitopatogen tampaknya menjadi mekanisme utama dari

PGPR (Plant Growth Promoting Rhizobacteria). Penekanan fitopatogen merupakan

hasil dari produksi metabolit sekunder atau datang pada tanaman dengan sendirinya

sebagai sistem pertahanannya. PGPR berbasis inokula seharusnya dapat bersaing

dengan mikroorganisme indigenous dan dengan efisien mendiami daerah perakaran

tanaman untuk melindunginya.

25

Gambar 6. Scanning elektron micrograph Pseudomonas fluoresens

Kisaran Tanaman Inang bagi PGPR

Selama 5 tahun yang lalu penelitian PGPR dilanjutkan dengan tambahan 3

tujuan. Pertama, pekerjaan yang telah dilakukan pada tanaman “tanpa akar” sebagai

tanaman inang menunjukkan bahwa mayoritas tanaman kondusif terhadap induksi

PGPR terhadap pertumbuhan. Tujuan kedua melibatkan karakterisasi dampak

spesifik PGPR, yaitu dampak lain selain mendukung hasil produksi. Studi pada

tujuan kedua ini telah mengarahkan pada keberadaan 2 sub-kelas baru dari PGPR dan

menunjukkan bahwa PGPR dapat juga digunakan sebagai agen biokontrol. Tujuan

ketiga dari pekerjaan ini membuktikan bahwa beberapa strain PGPR dapat

mendukung pertumbuhan tanaman secara langsung, yaitu dengan meniadakan

kehadiran mikroorganisme patogenik atau yang merugikan.

Tanaman inang bagi bakteri PGPR memiliki kisaran yang cukup luas, di antaranya

adalah :

Barley

Iswandi et al. (1987) meneliti efek “rhizopseudomonad” strain 7NSK2 yang diisolasi

dari kultur hidroponik tanaman barley, terhadap barley yang ditumbuhkan di

lapangan. Bobot kering tanaman yang mendapat perlakuan PGPR meningkat dari 5 –

20% dibandingkan dengan kontrol tanpa PGPR.

26

Kedelai

Strain Pseudomonas putida mengkolonisasi akar lateral dan akar utama tanaman

kedelai (Phaseolus vulgaris L.) dalam kultur hidroponik. Dihasilkan peningkatan

kadar lignin dalam akar, bobot tanaman meningkat dalam perlakuan P. putida setelah

diinokulasi dengan Fusarium solani f. sp. phaseoli.

Kanola

Potensi untuk mendapatkan peningkatan hasil pada kanola (Brassica campestris L

dan B. napus L.) melalui perlakuan PGPR dilaporkan pada tahun 1988. Lebih dari

4000 strain bakteri dikumpulkan dari zona akar dan secara individu dievaluasi untuk

tumbuh pada temperatur 4 – 14oC, metabolisme eksudat benih, kemotaksis terhadap

aspargin dan kolonisasi akar. 887 dari strain ini diuji kemampuan growth promotor-

nya dalam percobaan green house menggunakan tanah dari lapangan. 35 strain

meningkatkan area daun, 13 strain meningkatkan hasil sampai 57% selama 2 tahun, 3

strain meningkatkan hasil 6 – 13% selama 2 tahun. Strain PGPR yang diidentifikasi

dalam pengujian ini termasuk P. putida, P. fluorescens, Serratia liquefaciens, P.

putida biovar B, dan Arthrobacter citreus.

Kapas

Dua strain dari P. fluorescens yang ditapis (di-screening) untuk antagonisme secara in

vivo pada 2 patogen tanaman, jamur dan bakteri, meningkatkan bobot tanaman 8 –

40% pada tanaman kapas berusia 4 minggu dalam percobaan green house dengan

tanah lapangan.

Jagung

Evaluasi lapangan terhadap pseudomonad PGPR pada jagung dilakukan selama 5

tahun. Strain bakteri diseleksi sebagai growth promotor pada percobaan green house

dalam berbagai kondisi pertumbuhan di mana secara visual terlihat terjadi pemacuan

pertumbuhan dan peningkatan bobot kering tanaman. Pada percobaan lapangan, strain

27

mengkoloni akar pada kepadatan populasi rata-rata Log 3 cfu/cm akar dan

mempengaruhi peningkatan hasil dari 3 – 3,5 bu/acre dibandingkan dengan kontrol

pada berbagai lokasi sekitar 5 tahun.

Kacang-kacangan

Strain A-13 dari Bacillus subtilis diketahui dapat meningkatkan pertumbuhan

tanaman kacang di lapangan. Penelitian berikutnya mengindikasikan bahwa strain

mempengaruhi peningkatan produksi sekitar 14 – 24%. Strain A-13 ini tidak seperti

kebanyakan strain Bacillus sp., di mana A-13 adalah pengkoloni akar. Kolonisasi

akar berkaitan dengan peningkatan keseluruhan pertumbuhan tanaman, pertumbuhan

akar yang lebih cepat dan lebih tersedianya nutrisi tanaman. Oleh karena itu strain A-

13 ini dinyatakan termasuk dalam golongan PGPR.

Padi

Sakthivel et al. (1986) mengisolasi strain P. fluorescens dari rizosfer berbagai

tanaman dan strain terseleksi menunjukkan spektrum lebar secara in vitro dalam hal

antibiosis terhadap fungi dan bakteri patogen. Pada saat strain ini dilapiskan pada

benih padi yang ditanam dalam pot menggunakan tanah dari lapangan, 4 strain

menginduksi peningkatan tinggi tanaman sekitar 12 – 14% lebih tinggi.

Tanaman sayuran

Pengaruh beberapa bakteri yang mengkolonisasi akar pada tanaman sayuran

dilaporkan dalam kolaborasi bilateral (Elad et al., 1987). Perlakuan biji dengan

bakteri dalam percobaan pot meningkatkan bobot kering dua minggu setelah

penanaman untuk tomat, lada, tembakau, ketimun, dan melon. Allelix Crop

Technologies, perusahaan bioteknologi Kanada, telah mengevaluasi PGPR, yang

pada awalnya dipilih untuk meningkatkan pertumbuhan canola, pada tanaman

sayuran (R. Lifshitz, komunikasi pribadi). Beberapa strain pseudomonads flourescent

dan Serratia spp. membantu pertumbuhan sebagaimana dibuktikan oleh peningkatan

28

bobot kering pucuk dan akar dalam percobaan di rumah kaca dengan tanah lapangan

pada tomat, ketimun, jagung manis, wortel, dan seledri. Tim peneliti di Kalifornia

menyelidiki pengaruh PGPR pada seledri (M.N. Schroth, komunikasi pribadi). Tiga

puluh bakteri yang mengkolonisasi akar, termasuk yang dikonfirmasi sebagai PGPR

pada tanaman lainnya, ditapis langsung di lapangan untuk peningkatan pertumbuhan

seledri dengan Fusarium oxysporum f.sp. apii yang secara alami ada di lapangan.

Empat strain dipilih untuk digunakan dalam tiga percobaan tindak lanjut yang diulang

tiga kali. Tercatat bahwa ada spesifitas genotipik yang sangat kuat dalam respons

terhadap inokulasi PGPR. Satu strain PGPR menstimulasi peningkatan yang

signifikan dalam pertumbuhan awal (peningkatan bobot kering dan/atau segar) pada

ketiga percobaan dan peningkatan panen yang signifikan, yaitu 12 sampai 15% lebih

besar daripada kontrol pada dua percobaan. Strain yang sama tidak memiliki

pengaruh ketika diuji pada kultivar yang lain.

Kolonisasi Rizosfer (Rhizosphere Colonization)

Plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) pertama kali diteliti oleh

Kloepper dan Scroth (1982) untuk menggambarkan bakteri tanah yang mendiami

daerah perakaran tanaman yang dinokulasikan ke dalam benih dan ternyata

meningkatkan pertumbuhan tanaman. Proses kolonisasi selengkapnya adalah sebagai

berikut: kemampuan mempertahankan diri (survive) dari proses inokulasi ke dalam

benih, penggandaan diri dalam spermosfer (daerah di sekeliling benih) dalam

responsnya terhadap eksudat benih, penyerangan terhadap permukaan akar, dan

berkolonisasi / mendiami daerah perkaran untuk memperkuat sistem perakaran

(Nelson, 2004).

Ketidakefektifan PGPR di lapangan sering kali berhubungan dengan

ketidakmampuannya dalam mendiami daerah perakaran (Bloemberg and Lugtenberg,

2001). Identifikasi mengenai ciri atau sifat bakteri yang bervariasi serta gen spesifik

yang berkontribusi dalam proses ini, hanya sedikit. Memasukkan gerakannya,

chemotaxis pada benih dan eksudate akar, produksi pili atau fimbriae, produksi sel

29

spesifik komponen permukaan, kemampuan dalam menggunakan komponen spesik

dari eksudat akar, sekresi, dan quorum sensing. Genus mutan mengubah ekspresi

dari sifat ini dan membantu pemahaman kita mengenai aturan yang tepat yang

masing-masing memegang peranan dalam proses kolonisasi ini.

Gambar 7. Hasil penapisan (screening) laser mikrograph dari akar kanola yang baru 5 hari dikolonisasi oleh Pseudomonas putida strain 6-8, ditandai dengan protein fluoresens hijau (ditunjukkan oleh arah panah). Garis putih di pojok kiri bawah berukuran 60 µm.

Kemajuan dalam sistem identifikasi yang baru, di mana sebelumnya gen yang

tidak berkarakter dibuat menggunakan metode penapisan (screening) nonbias yang

mengandalkan teknologi perpaduan gen (gene fusion). Metode ini menggunakan

reporter transposons dan teknologi ekspresi in vitro (IVET) untuk mendeteksi

ekspresi gen selama kolonisasi (www.plantmanagementnetwork.org).

Pentingnya aspek kolonisasi adalah untuk bersaing dengan mikroorganisme

indigenous yang telah ada di dalam tanah dan rizosfer dalam memperkuat tanaman.

Faktor yang terlibat dalam interaksi ini telah dihalangi oleh ketidakmampuan untuk

membudidayakan dan menggolongkan bermacam-macam jenis dalam komunitas

rizosfer dan untuk menentukan bagaimana komunitas yang berbeda itu dengan

spesies tanaman, umur tanaman, lokasi pada akar, dan sifat tanah.

30

Mekanisme Kerja PGPR

PGPR meningkatkan pertumbuhan tanaman dengan cara langsung dan tidak

langsung, tetapi mekanisme spesifiknya tidak hanya melibatkan karakter yang baik

(Glick, 1995). Mekanisme langsung dari plant growth promotion oleh PGPR dapat

diperlihatkan dalam ketiadaan patogen tanaman. Atau mikroorganisme rizosfer

lainnya, sedangkan mekanisme tidak langsung melibatkan kemampuan PGPR dalam

menurunkan pengaruh yang merusak / mengganggu dari patogen tanaman terhadap

hasil tanaman budidaya.

Pengaruh PGPR secara langsung dalam meningkatkan pertumbuhan tanaman

terjadi melalui bermacam-macam mekanisme, di antaranya fiksasi nitrogen bebas

yang ditransfer ke dalam tanaman, produksi siderophore yang meng-khelat besi (Fe)

dan membuatnya tersedia bagi akar tanaman, melarutkan mineral seperti fosfor dan

sintesis phytohormon. Peningkatan langsung dari pengambilan mineral melalui

peningkatan dalam spesifik flux ion di permukaan tanaman karena keberadaan PGPR

ini telah juga dilaporkan. Strains PGPR bisa jadi menggunakan satu atau lebih

mekanisme ini dalam rizosfer. Telah diketahui bahwa PGPR mensintesis auksin dan

sitokinin atau terlibat dalam sintesis etilen tanaman.

Pengaruh PGPR secara tidak langsung dalam meningkatkan pertumbuhan

tanaman terjadi melalui penekanan dari fitopatogen yang dilakukan melalui

mekanisme yang berbeda. Ini termasuk kemampuan dalam memproduksi siderofor

yang mengkhelat Fe, menjadikannya tidak tersedia bagi patogen; kemampuan dalam

mensintesis metabolit anti fungal seperti antibiotik, dinding sel fungal – lysing enzim

atau hidrogen sianida, yang menekan pertumbuhan patogen jamur; kemampuan untuk

bersaing secara sukses dengan patogen untuk nutrisi atau unsur hara atau tempat

khusus dalam perakaran tanaman; dan kemampuannya dalam menimbulkan resistensi

sistemik.

31

Gambar 8. Contoh kajian in vitro terhadap penghambatan (inhibisi) pertumbuhan fungi. Isolat bakteri yang berbeda diuji kemampuan inhibisinya terhadap pertumbuhan Rhizoctonia sp., penyakit tular tanah pada tanaman legum. Daerah inhibisi terlihat sekitar isolat 4-31 pada bagian atas pelat agar.

Indikasi adanya mekanisme kerja yang mendukung pertumbuhan oleh PGPR

adalah pada saat strain bakteri meningkatkan pertumbuhan secara tidak langsung

dengan cara mengubah keseimbangan mikrobia dalam rizosfer. Siderofor pengkhelat

Fe, antibiotik, dan HCN diproduksi oleh beberapa PGPR dan telah dikaitkan dengan

kemampuannya mereduksi patogen tanaman serta rizobakteria yang bersifat toksik.

Kaitan HCN dalam mendukung pertumbuhan secara langsung melalui penemuan

bahwa beberapa rizobakteria yang bersifat toksik menghasilkan HCN, yang

menghambat pertumbuhan tanaman dan bahwa rizobakteria yang merugikan ini dapat

dihambat oleh beberapa strain PGPR (Schippers, 1988, dalam Kloepper, et al., 1985).

Interaksi dengan Bakteri Pelarut Fosfat

Pengaruh utama dari Arbuskular Michoryza adalah memperbaiki pengambilan

fosfat oleh tanaman melalui micelium eksternal dari jamur mikoriza arbuskular yang

berperan sebagai jembatan antara akar dan mengelilingi mikrohabitat tanah.

Keberadaannya memberikan akses terhadap ion fosfat dari larutan tanah melewati

32

zone pengurasan fosfat mengelilingi akar. Jamur mikoriza arbuskular berkontribusi

terhadap pengambilan P dan ketersediaannya melalui mata rantai biotik dan geokimia

dalam ekosistem tanah sehingga berpengaruh pada kecepatan siklus P dan polanya

dalam sistem pertanian dan ekosistem alamiah. Fosfat tersedia karena bakteri pelarut

fosfat berperan dengan cara menghemat pelarutan sumber fosfat yang tidak bisa

diraih oleh permukaan akar untuk membatasi difusi, dimaksudkan bahwa jika fosfat

terlarut diambil oleh miselium mikoriza arbuskula, interaksi mikrobia sinergistik

seharusnya memperbaiki ketersediaan P dalam tanaman (Barea et.al., 1983).

Simbiosis Rhizobium dengan Tanaman Legum

Anggota tertentu komunitas rizosfer dapat memasuki hubungan simbiotik

dengan tanaman inang membentuk mikoriza dan nodul akar. Nodul dibentuk pada

akar tanaman aktinoriza oleh Francia sp. dan pada akar legum oleh Rhizobium sp.

dan Bradyrhizobium sp. Bakteria tersebut memperoleh karbohidrat dari tanaman

inang dan memasok tanaman dengan senyawa nitrogen yang diperoleh dari nitrogen

di atmosfer. Legum merupakan komponen penting dari komunitas tanaman alami dan

sistem pertanian. Sebagian besar informasi yang tersedia adalah mengenai legum

pertanian.

Peran legum dalam sistem pertanian

Fiksasi nitrogen hasil simbiosis oleh tanaman legum memberikan masukan

nitrogen terbesar ke dalam ekosistem alami. Di Selandia Baru, yang tidak

menggunakan pupuk nitrogen untuk produksi rumput, pernah dilaporkan laju fiksasi

oleh semanggi putih (Trifolium repens) yang melebihi 60 g N m-2 th-1. Manfaat legum

telah diakui selama berabad-abad; semanggi (Trifolium sp) merupakan bagian dari

sistem rotasi berpola empat yang dipraktekkan di Inggris selama abad ke tujuhbelas,

dan sistem tumpang sari kacang-kacangan (Phaseolus vulgaris) dan jagung (Zea

mays) saat ini umum ditemukan di Amerika Selatan dan AfrikaTimur.

33

Mayoritas genus dan spesies legum adalah di daerah tropis, dan tempatnya

pada jaman dahulu mungkin di tanah tercuci di hutan tropis. Legum temperat dan

subtropis berkembang dari sini. Beberapa darinya, terutama yang termasuk dalam

famili Trifolieae, seperti Trifolium sp. dan Medicago sp, dan famili Viceae, seperti

Pisum sp. dan Cicer sp. telah beradaptasi dengan tanah netral atau berkapur yang

memiliki nutrisi lebih tinggi. Sebagian besar legum yang ditanam di pertanian

temperat, yang menerima perhatian lebih besar, termasuk ke dalam kelompok

tersebut dan peran legum di daerah lainnya tidak dipelajari secara luas. Tanaman

legum pada umumnya dapat dibagi ke dalam tanaman legum yang ditanam karena

bijinya yang kaya akan protein, seperti biji kedelai (Glycine max) dan kacang merah

(Cicer arietinum) dan legum pakan ternak, seperti semanggi putih (T. repens) dan

kudzu (Pueraria phaseoloides). Kacang kedelai saat ini merupakan tanaman legum

bulir yang dominan dengan produksi tahunan 108 ton di seluruh dunia.

Nodul hanya dapat secara aktif memfiksasi nitrogen apabila tanaman tersebut

dipasok secara memadai dengan semua unsur yang penting untuk pertumbuhan.

Legum memiliki kebutuhan tambahan yang tinggi akan molibden, komponen dari

nitrogenase. Legum sering kali ditanam di tanah asam, terutama di daerah tropis dan

subtropis, yang memiliki konsentrasi H+, Al3+, dan Mn2+ tinggi dan konsentrasi fosfat

dan Ca2+ rendah, dapat membatasi pertumbuhan, nodulasi, dan fiksasi nitrogen.

Legum yang mengandalkan fiksasi nitrogen umumnya lebih sensitif terhadap

kemasaman daripada legum sama yang memanfaatkan NH4+ dan NO3

- (mineral N).

Legum bernodul secara efektif dapat tumbuh dengan baik di tanah dengan kandungan

mineral nitrogen rendah; bagaimanapun juga, konsentrasi mineral nitrogen tinggi

dapat menghalangi nodulasi dan fiksasi nitrogen di atmosfer, sehingga

menghilangkan manfaat legum.

Infeksi

Fiksasi nitrogen pada legum bergantung pada serangkaian interaksi yang

sangat terkoordinasi antara tanaman famili Leguminoseae dan bakteri tanah, yang

34

termasuk ke dalam genus Rhizobium dan Bradyrhizobium, yang mengakibatkan

pembentukan nodul akar. Hingga saat ini, keberadaan nodul baru diperiksa hanya

pada 48% genus legum dan pada 86% dari 48% ini ditemukan nodul. Tidak semua

legum dinodulasi oleh semua rizobia. Sebagai contoh, rizobia lucerne (Medicago

sativa) hanya menodulasi lucerne dan bukan legum lainnya, dan rizobia yang

menodulasi legum lainnya tidak menodulasi lucerne. Pengelompokkan legum yang

dinodulasi oleh spesies bakteri yang sama menimbulkan konsep spesifitas inokulasi

silang.

Dalam Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology (1984), klasifikasi awal

bakteri nodul sebagai genus tunggal, Rhizobium, yang dibagi ke dalam spesies

menurut spesifitas inokukasi silang dimodifikasi untuk mencakup dua genus.

Rhizobium sekarang dikasifikasikan sebagai genus spesies yang berkembang cepat

dan menghasilkan asam di media laboratorium, yang terutama menodulasi legum

temperat. Genus yang baru, Bradyrhizobium, terdiri atas spesies yang berkembang

lambat dan menghasilkan alkalin di media laboratorium, yang terutama menodulasi

legum tropis.

Dalam keadaan non-simbiotik, rizobia biasanya Gram-negatif, tidak

membentuk spora, berbentuk bulat, hidup secara saprofit pada kisaran yang lebar dari

sumber karbon organik, tetapi tidak dapat memfiksasi nitrogen. Dengan adanya akar

legum yang sesuai, rizobia ini mampu mengatasi mekanisme pertahanan tanaman,

menginfeksi akar, membentuk nodul, mensintesis nitrogenase dan komponen penting

lainnya serta mengikat nitrogen.

Meskipun telah banyak penelitian mengenai infeksi legum oleh rizobia, tetapi

mekanisme terperinci masih tetap belum diketahui. Tahap utamanya seperti terlihat

pada gambar 9. Belum terdapat bukti yang meyakinkan bahwa eksudat akar legum

secara spesifik menstimulasi multiplikasi atau kemotaksis dari rizobia yang tepat.

Bagaimana pun, multiplikasi dalam rizosfer adalah penting jika rizobia berkompetisi

dengan organisme rizosfer lainnya untuk lokasi infeksi potensial pada permukaan

perakaran. Penggulungan dan percabangan dari rambut akar adalah respon awal yang

35

terlihat pada tanaman legum sebagai inang, kemungkinan disebabkan oleh produksi

IAA oleh rizobia dari triptofan yang dikeluarkan oleh akar. Derajat penggulungan

rambut akar yang terlihat nyata (360o atau lebih) merupakan karakteristik dari

interaksi yang kompatibel.

Gambar 9. Diagram skematik pembentukan nodul pada kebanyakan tanaman legum. Penempelan rizobia pada permukaan akar mungkin merupakan salah satu

tahap deteksi yang kritis sehubungan dengan keberhasilan infeksi. Telah pernah

dikemukakan sebelumnya bahwa penempelan terjadi disebabkan oleh antigen reaksi-

silang yang unik secara imunologis (suatu lektin glikoprotein) pada dinding sel

36

semanggi putih (T. repens) dan R. leguminosarum biovar trifolii. Suatu tahap kedua

dari penempelan diperkirakan dengan kuat menempelkan rizobia pada permukaan

rambut akar, kemungkinan disebabkan produksi selulosa mikrofibria selular. Rizobia

yang menempel seringkali terjadi pada saat rambut akar menggulung, hal ini

membawa pada peningkatan konsentrasi sinyal kimia dari mikrobia secara lokal serta

respon yang mengikutinya dari tanaman.

Bagian akar yang terinfeksi hanya sedikit dan bervariasi, selain itu

kebanyakan infeksi (68 – 99% dalam Trifolium sp.) gugur sebelum mencapai bagian

dasar rambut akar. Benang-benang infeksi merupakan struktur tubular yang

membawa rizobia, seringkali dalam berkas tunggal, dari titik masuk ke dalam rambut

akar ke sel-sel bagian dalam pada korteks akar. Rizobia dapat menyebabkan

perubahan arah pertumbuhan dinding sel tanaman inang sehingga rambut akar dapat

menerima penetrasi rizobia. Cara lainnya, eksopolisakarida rizobia dapat

menstimulasi suatu peningkatan aktivitas enzim pektat tanaman (poligalakturonase)

yang menyebabkan pelunakan dinding sel rambut akar sehingga memungkinkan

terjadinya penetrasi oleh rizobia. Pembentukan benang infeksi dapat dianggap

sebagai pengendalian terhadap reaksi perlawanan patogen tanaman inang.

Tidak semua tanaman legum diinfeksi melalui rambut akar. Pada tanaman

kacang tanah (Arachis hypogaea), legum mimosoid umumnya dan batang bernodul

Sesbania sp., infeksi terjadi pada akar lateral yang baru muncul, atau secara langsung

melalui epidermis. Karena kebanyakan legum tidak memiliki rambut akar dan juga

nodul yang berasosiasi dengan akar lateral, umumnya infeksi sering terjadi dalam sel-

sel epidermal.

Pembentukan Nodul

Pada saat rizobia memasuki bagian dalam sel-sel korteks akar, rizobia ini

menggandakan diri serta menyebabkan sejumlah sel mulai berproliferasi (tumbuh)

dan kemudian membentuk suatu nodul. Saat bakteri mengisi sel yang berproliferasi

maka ia mulai membesar dan berubah menjadi bakteroid, ribosomnya dan

37

kemampuan menggandanya menghilang, mulai mensintesis nitrogenase serta

dikelilingi oleh membran yang dibentuk oleh dinding sel tanaman inang. Bakteroid

terendam dalam suatu larutan yang mengandung leghaemoglobin, yang mentransport

oksigen untuk respirasi pada tekanan parsial yang sangat rendah, yang dengan cara ini

memproteksi nitrogenase sensitif-oksigen. Leghaemoglobin, yang serupa dengan

haemoglobin, menyebabkan nodul berwarna merah muda. Tahanan difusi dari nodul

juga menahan tingkat difusi oksigen ke dalam nodul.

Nodul mungkin saja berbentuk bulat, silindris, datar, dan seringkali bidentat

(berlubang di kedua sisinya) atau dengan percabangan coralloid (tertutup / terisolasi),

atau mungkin saja bentuknya tidak beraturan. Dalam sebuah nodul mungkin terdapat

1010 bakteroid, biasanya mengandung sebuah strain tunggal Rhizobium, meskipun

terjadi juga penempatan oleh strain ganda. Seiring usia nodul, sel-sel kehilangan

leghaemoglobinnya dan terbentuk sebuah vakuola besar diikuti dengan nekrosis.

Belumlah jelas benar apakah rizobia yang viable dilepaskan ke dalam tanah

mengikuti kematian nodul, berasal dari bakteroid ataukah dari sel-sel yang tersisa

dalam benang infeksi yang tidak membentuk nodul.

Strain rizobia yang membentuk nodul pada legum dinamakan infektif. Strain

yang kemampuan fiksasi nitrogennya tinggi dinamakan efektif, dan strain yang

kemampuan fiksasi nitrogennya rendah dinamakan inefektif. Bagaimana pun, meski

legum dinodulasi oleh strain yang sangat efektif, dan secara berkelanjutan mengambil

sejumlah porsi nitrogen dari tanah dalam bentuk NO3- dan NH4

+, pasokan nitrogen

akan tetap tersedia. Strain yang sama dapat menunjukkan perbedaan tingkat

efektivitas pada spesies atau varietas tanaman inang yang berbeda. Akar yang

diinfeksi oleh strain inefektif memiliki nodul yang lebih kecil dan lebih pucat

dibandingkan yang terinfeksi oleh strain efektif.

Hanya bagian tertentu dari akar legum yang peka terhadap infeksi pada suatu

waktu tertentu, dan sel-sel akar dalam zone infeksi ini masih dapat diinfeksi hanya

selama 12 – 24 jam. Inkompatibilitas (ketidaksesuaian) antara strain dan tanaman

inang dapat terjadi pada setiap tahap infeksi dan nodulasi, dan karenanya spesifitas

38

inokulasi-silang tidak dapat dihindari untuk tahap awal penempelan strain pada akar.

Polisakarida Rhizobium nampaknya penting dalam menentukan kesesuaian legum, di

mana pada mutan strain ini kekurangan eksopolisakarida normal yang

memperlihatkan infeksi dan nodulasi yang kurang baik.

Pada Rhizobium, gen-gen yang menyebabkan rambut akar menggulung,

pembentukan benang infeksi dan induksi nodul spesifik tanaman inang, ditempatkan

pada sejumlah besar Symplasmids indigenous, yang juga membawa gen-gen untuk

pembentukan nitrogenase (nif) dan fiksasi nitrogen (fix). Pada Bradyrhizobium,

analogi fungsional dari gen-gen nod, nif dan fix ini dilakukan oleh kromosom. Empat

gen nodulasi, nod D, A, B, C adalah berdekatan dan sangat terlindungi. Gen-gen ini

mengendalikan penggulungan rambut akar, dan nod D adalah suatu regulator gen

yang konstitutif (selalu dihasilkan daripada menjadi penginduksi) dalam Rhizobium

leguminosarium biovar trifolii.

Gen-gen nod adalah teratur dan harmonis, melalui nod D, dengan cara

bersenyawa dalam eksudat akar legum. Pada semanggi putih, diproduksi

hidroksiflavon pada zone yang dapat diinfeksi dari munculnya rambut akar,

menstimulasi ekspresi gen nod dalam hitungan menit, sedangkan coumarins dan

isoflavon diproduksi di belakang ujung akar menahan transkripsi gen nod.

Keberhasilan dari suatu infeksi tertentu bergantung pada rasio senyawaan penstimulir

dan penghambat (inhibitor), yang melengkapi tanaman dengan suatu mekanisme

pengaturan nodulasi. Saat nod D berinteraksi dengan flavonoid, gen nod lainnya

seperti nod F dan nod E yang terlibat dalam kisaran spesifik tanaman inang diinduksi,

dan pada akhirnya meregulasi gen-gen non-symplasmid lainnya sedemikian rupa

seperti yang terlibat dalam produksi poligalakturonase.

Jumlah nitrogen yang difiksasi oleh tanaman legum bergantung pada

efektivitas dan ketahanan hidup nodul. Nodul dari tanaman tahunan cenderung mati

pada saat tanaman berbunga dan pembentukan biji, kemungkinan disebabkan

kompetisi karbohidrat. Pengeratan atau penggoresan pada semanggi dapat

menyebabkan kematian nodul sebagai akibat terganggunya fotosintesis. Awal

39

terjadinya kekeringan seringkali menyebabkan tanaman mengurangi nodul-nodulnya.

Nodul dari tanaman atau pepohonan legum dapat bertahan hidup selama beberapa

tahun. Nodul dapat juga berumur pendek apabila diparasiti oleh larva serangga seperti

hama polong (Sitonia lineata). Parah atau ringannya serangan dapat dikurangi dengan

melakukan irigasi pada musim kering, sehingga dapat memperpanjang umur nodul.

Ekonomi karbon dari legum

Bakteri dalam nodul harus dipenuhi kebutuhan energinya agar dapat

memfiksasi nitrogen, dan kemudian juga membutuhkan oksigen untuk mengoksidasi

karbohidrat. Nodul dan sistem akar yang berasosiasi dengannya menerima 15 – 30%

dari nett fotosintat yang diproduksi oleh legum. Meskipun hampir tidak mungkin

untuk mengukur “biaya” fungsi nodul secara individual, teori perkiraan menduga

bahwa aktivitas nitrogenase adalah “biaya” utama dalam nodul yang memanfaatkan

sistem respirasi. Sebagian dari “biaya” ini sehubungan dengan reduksi proton

menjadi gas hidrogen oleh enzim sementara mereduksi nitrogen. Beberapa strain

rizobia memiliki suatu sistem pengambilan hidrogen (Hup = hydrogen uptake) yang

mendaur ulang hidrogen melalui oksidasinya menjadi air. Nodul memiliki sistem Hup

yang harus memanfaatkan fotosintat secara lebih efisien; bagaimana pun belum ada

keuntungan hasil bersih yang diketahui.

Meskipun fiksasi nitrogen menggambarkan ekonomi dalam pengertian

“biaya” dari produksi pertanian, suatu legum yang memfiksasi nitrogen benar-benar

mampu “membayar harga”, dalam pengertian “biaya”, dari sistem respirasi yang

terlibat. Legum yang mendapatkan sebagian besar nitrogennya melalui fiksasi,

membutuhkan banyak energi untuk asimilasi nitrogen dibandingkan dengan legum

yang sama yang menggunakan mineral nitrogen dari tanah. Bagaimana pun, di

lapangan tidak terdapat perbedaan yang biasa teramati antara produksi legum

bergantung pada fiksasi dengan legum yang sama yang menggunakan mineral

nitrogen dari tanah.

40

Ammonium (NH4+) diproduksi melalui fiksasi, diekskresikan ke dalam sel

sitoplasma tanaman inang di mana ia kemudian berasimilasi dan digunakan untuk

mensintesis nitrogen organik untuk transport dalam tanaman. Legum dapat

dikelompokkan berdasarkan bentuk nitrogen yang dikirim keluar dari nodul. Legum-

legum dari daerah temperat seperti semanggi (Trifolium sp.) dan lucerne (Medicago

sativa) mengirim keluar amida seperti asparagin dan glutamin, sedangkan legum

daerah tropis seperti Phaseolus sp. dan kedelai (Glycine max) mengirim keluar ureida

seperti allantoin dan asam allantoic. Transport ureida kemungkinan lebih efisien

daripada transport amida dalam pengertian mol-C yang digunakan dalam sintesis.

Sehubungan pentingnya legum dalam pertanian dan ekosistem alami, maka

tidak ada pendugaan yang dapat diandalkan dari jumlah nitrogen difiksasi dalam

kondisi lapangan. Tingkat fiksasi untuk beberapa legum telah diketahui, tetapi

pendugaan ini beragam, sebagai contoh tingkat fiksasi N 4,5 – 67,3 g m-1 yr-1 pada

tanaman semanggi putih (Trifolium repens), dan sangat bergantung pada metode

pengukuran yang digunakan.

Inokulan Rizobium

Karakteristik strain Bradyrhizobium adalah tumbuh dengan lambat, Gram-

negatif, merupakan bakteri tanah. Genus Bradyrhizobium mewakili kelompok

heterogen dari bakteri bernodul dalam hubungan taksonomi yang tidak begitu

dimengerti (Jordan, 1984 dalam FNCA, 2006). Genus Bradyrhizobium saat ini terdiri

dari 6 spesies, yaitu : Bradyrhizobium japonicum, Bradyrhizobium elkanii,

Bradyrhizobium liaoningense, Bradyrhizobium yuanmingense, Bradyrhizobium

betae, dan Bradyrhizobium canariense.

Berdasarkan pada sekuens gen 16S rRNA, genus Bradyrhizobium

diklasifikasikan ke dalam clade dalam Proteobakteria bersama dengan bakteri tanah

oligotrofi atau akuatik seperti Rhodopseudomonas palustris, Rhodoplanes roseus,

Nitrobacter winogradskyi, Blastobacter denitrificans, dan patogen Afipia sp.

41

Isolasi strain Rizobium

1. Koleksi dan konservasi (penyimpanan) nodul akar di lapangan.

Peralatan untuk koleksi dan konservasi nodul akar :

Vial (tabung) sampling dengan dessicated silica gel : Untuk perjalanan ke lapangan

selama lebih dari 2 hari, nodul akar yang dikumpulkan harus dicegah dari proses

dekomposisi dan invasi mikroorganisme tanah yang tercampur dengan prosedur

isolasi selanjutnya. Oleh karena itu, nodul akar yang dikumpulkan disimpan dalam

sebuah vial (tabung) dengan dessicated silica gel. Jika warna gel berubah menjadi

merah muda, dessicant harus diganti oleh yang baru yang berwarna biru.

Gambar 10. Vial sampling untuk nodul akar.

Sekop yang kuat dibutuhkan untuk mengkoleksi nodul akar dari legum liar, karena

tanah tempat tumbuhnya sangat keras. Karena itu dibutuhkan sebuah sekop yang kuat

untuk menggali ke atas akar legum.

Peralatan lainnya adalah buku tulis dan pensil; peta daerah yang lengkap; peta

topografi; kompas dan GPS; kamera; pisau; forsep; plastik ziplock kecil untuk sampel

tanah dan akar; lap kertas; tinta permanen; dan plastik besar untuk koleksi spesimen

herbarium.

42

Hal-hal yang harus dipertimbangkan sebelum melakukan sampling :

a. identifikasi lokasi

b. identifikasi tanaman inang

c. identifikasi tanah.

Koleksi dan perawatan dari nodul akar :

Gali seluruh tanaman untuk mendapatkan nodul akar; pindahkan dengan hati-hati

tanah di sekitar nodul akar; nodul akar yang terlihat dapat dikoleksi dengan forsep.

Seluruh nodul dari sebuah tanaman inang tunggal mewakili 1 unit dari bahan yang

dikoleksi dan disimpan dalam vial yang sama. Nodul akar dari tanaman berbeda

tetapi berasal dari 1 spesies tidak dapat disatukan karena masing-masing

menggambarkan lingkungan tanah berbeda meskipun jika hanya terpisah beberapa

meter. Vial yang berisi nodul akar kering disimpan dalam pendingin pada suhu 4oC

sampai dilakukan isolasi bradyrhizobia.

2. Isolasi Bradyrhizobia dari nodul akar kering.

Hari pertama : cuci nodul akar kering di bawah air mengalir untuk membuang

kontaminasi tanah, kemudian pindahkan nodul akar yang bersih ke air steril.

Biarkan nodul akar dalam air steril dalam pendingin pada suhu 4oC semalaman agar

menyerap air.

Hari kedua : sterilisasi permukaan nodul akar dengan cara mencelupkannya dalam

ethanol 70% untuk 30 detik, dan dalam larutan Na-hipoklorit 3% untuk 3 menit.

Nodul akar selanjutnya dicuci sekurangnya 5 kali dengan air steril. Setiap nodul akar

dihancurkan dalam sebuah tabung microfuge dengan larutan gliserol 15% sebanyak

100 µl. 10 µl dari suspensi berlumpur dengan larutan gliserol 15% ditempatkan dalam

formasi baris ke permukaan media ekstrak yeast mannitol agar.

Suspensi berlumpur dengan larutan gliserol 15% dalam suatu tabung microfuge

disimpan dalam freezer pada suhu -30oC sampai isolasi bradyrhizobia selesai. Jika

isolasi tidak berhasil, larutan gliserol ditempatkan ulang ke dalam pelat baru untuk

memperoleh kultur yang murni.

43

Dua minggu kemudian : Pelat diinkubasi pada suhu 28oC selama 2 minggu dalam

posisi terbalik. Koloni tunggal yang berhasil diisolasi ditempatkan ulang ke dalam

pelat baru untuk memperoleh kultur yang murni.

Gambar 11. Isolasi Bradyrhizobium dari nodul akar kering. Nodul akar kering ditempatkan dalam silika gel biru (kiri), koloni Bradyrhizobium berasal dari nodul akar tanaman Vigna liar yang berhasil diisolasi (kanan).

3. Isolasi dari nodul segar.

Akar segar dari tanaman legum dikumpulkan dari lapangan, dibersihkan di

bawah air mengalir untuk membuang semua tanah dan partikel organik yang

menempel. Forsep digunakan untuk memegang nodul, dan akar dengan nodul yang

menempel dipotong, 2 – 3 mm pada setiap sisi nodul. Nodul yang utuh, tidak rusak,

dicelupkan ke dalam larutan ethanol 95% atau isopropanol selama 10 detik (untuk

memecahkan tegangan permukaan dan membuang gelembung udara dari jaringan);

pindahkan ke dalam larutan Na-hipoklorit atau klorox 2,5 – 3% (v/v) 1 : 1 (v/v) dan

direndam selama 4 – 5 menit. Pecahannya dibilas dalam air bersih yang diganti

sebanyak 5 kali menggunakan forsep steril untuk memindahkannya. Forsep dapat

disterilkan dengan cara dicelupkan dalam alkohol dan dipanaskan. Gelas steril atau

plastik petri dapat digunakan sebagai wadah untuk alkohol, Na-hipoklorit, dan air.

Cara lainnya, nodul dapat ditempatkan dalam Erlenmeyer flask volume 125 ml.

Cairan pensteril dan pencuci dapat diganti sesuai kebutuhan, tinggalkan nodul dalam

44

flask. Larutan merkuri klorida (0,1% berat/volume) atau larutan dari hidrogen

peroksida (3% w/v) dapat digunakan untuk sterilisasi nodul.

Nodul tersebut dihancurkan di dalam tabung steril dengan menggunakan

batang kaca steril dan air steril. Campuran nodul dan air tersebut kemudian

diencerkan dan ditempatkan dalam formasi baris di atas permukaan piring YMA

(Yeast-Mannitol Agar) mengandung Red Congo. Piring Petri yang diinokulasi

diinkubasi pada 25-28 °C selama 3 sampai 10 hari, bergantung pada strain dan

spesies hingga koloni muncul. Koloni rhizobia berlendir, bundar, dan tidak atau

sedikit menyerap Red Congo. Isolat dari satu koloni rhizobia tunggal kemudian

dimurnikan dan dikonfirmasi sebagai Rhizobium dengan mendemonstrasikan

kemampuan membentuk nodul pada legum inang uji dalam kondisi terkendali

(otentikasi isolat).

Metode kedua adalah isolasi dengan jarum. Metode jarum ini terutama

berguna pada nodul yang baru dipanen diameter 2 mm atau lebih. Nodul tersebut

pada awalnya dicuci dalam air, lalu dalam alkohol, dan kemudian, dengan

menggunakan forsep, dilewatkan secara cepat melalui api. Nodul yang permukaanya

steril tersebut diletakkan di atas kertas penyaring steril berukuran kecil (2 x 2 cm) di

dalam piring Petri steril. Selembar kertas penyaring yang baru hendaknya digunakan

untuk setiap nodul. Piring Petri yang sama dapat digunakan untuk beberapa nodul.

Forsep berujung tumpul dicelupkan ke dalam alkohol 95% dan dipanaskan sebentar.

Dengan meletakkan nodul di atas kertas penyaring steril dan memegangnya dengan

forsep, sebagian kecil nodul tersebut dipotong dengan pisau skalpel yang telah

dipanaskan. Ujung jarum inokulasi steril (dengan piringan 1 mm) dimasukkan ke

dalam permukaan potongan. Inokulum kemudian diletakkan di atas piringan tersebut

dan langsung ditempatkan dalam formasi baris di atas piring YMA mengandung CR

dan piring YMA mengandung BTB. Apabila menggunakan metode jarum, nodul juga

dapat dipegang oleh satu tangan sementara tangan lainnya memasukkan jarum. Kedua

pangkal telapak tangan saling dirapatkan agar tangan stabil.

45

Bakteri Non Simbiotik pada Rizosfer dan Jamur

Istilah rizobakteria digunakan untuk menggambarkan bagian dari bakteri

rhizosfer yang mampu berkoloni dalam lingkungan perakaran (Kloepper et al., 1985).

Koloni akar yang bermanfaat, rizosfer bakteria, PGPR ditentukan oleh tiga (3)

karakteristik intrinsik yakni :

1. Bakteri harus mampu berkolonisasi di dalam akar.

2. Bakteri harus dapat mempertahankan diri / survive dan menggandakan diri

dalam mikro habitatnya yang berasosiasi dengan perakaran tanaman, dalam

kompetisinya dengan mikrobiota lainnya, paling tidak pada waktu diperlukan

untuk memperlihatkan kativitas perlindungannya,

3. Bakteri harus mendukung/meningkatkan pertumbuhan tanaman.

PGPR diketahui berperan dalam proses ekosistem penting, seperti kontrol

biologi dari patogen tanaman, siklus nutrisi / unsur hara dan atau pertumbuhan benih

(Persello-Cartieaux et al., 2003; Barea et al., 2004; Zahir et al., 2004). Pseudomonas

dan Bacillus merupakan genus yang hampir sebagian besar digambarkan memiliki

PGPR, tetapi banyak juga takson lainnya juga berisi PGPR.

PGPR dibagi dalam dua kelompok, yakni PGPR yang terlibat dalam siklus

nutrisi / unsur hara dan phytostimulasi, dan PGPR yang terlibat dalam biokontrol dari

patogen tanaman (Bashan dan Holguin, 1998). Proses dalam PGPR melibatkan siklus

nutrisi / unsur hara termasuk hubungannya dengan fiksasi nitrogen non simbiotik dan

perannya untuk meningkatkan ketersediaan fosfat dan nutrisi / unsur hara lainnya di

dalam tanah. Banyak bakteria diazotroph asimbiotik telah banyak diketahui dan

dicoba sebagai biofertilizer (Kennedy et al.,2004). Beberapa hasil penelitian tidak

sampai pada kesimpulan, tetapi cukup mendorong untuk memperbaiki prosedur

seleksi dan produksi kualitas inokulan untuk aplikasi praktis. Seleksi PGPR

diazotroph yang efektif adalah sangat penting untuk perkembangan selanjutnya dari

teknologi ini.

Banyak rizobakteria (dan rizofungi) yang mampu melarutkan fosfat terlarut,

biasanya dengan melepaskan asam organik khelat (Kucey et al., 1989; Whitelaw,

46

2000; Richardson, 2001; Vessey et al., 2004). Phosphate solubilizing bacteria (PSB)

telah diidentifikasi, tetapi keefektifannya dalam sistem tanah-tanaman masih belum

jelas (Barea, et al., 2002a). Pertama, inokulasi PSB harus berada pada akar yang

berasosiasi dengan habitat tanahnya. Karenanya direkomendasikan bahwa inokulasi

PSB dipilih dari populasi PGPR yang ada untuk mengambil keuntungan dari

kemampuannya untuk berkolonisasi pada lingkungan mikro rizosfer.

Kedua, kemampuan inokulasi PSB untuk menyediakan P bagi tanaman bisa

jadi terbatas, salah satunya akibat senyawa yang dilepaskan oleh PSB untuk

melarutkan fosfat secara cepat menurun atau karena fosfat terlarut diikat kembali

sebelum fosfat itu mencapai permukaan akar. Bagaimanapun, jika fosfat dilepaskan

oleh PSB diambil oleh miselium mikoriza, hasilnya akan menjadi interaksi mikrobia

sinergis kooperatif yang dapat memperbaiki perolehan P oleh tanaman.

Spesies Azospirilium juga dipertimbangkan menjadi PGPR (Okon, 1994;

Bashan, et al., 1990). Aktivitas yang signifikan dari bakteri ini adalah produksi

auksin – merupakan tipe fitohormon yang berpengaruh pada morfologi akar dan

dengan demikian, memperbaiki pengambilan unsur hara dalam tanah. Ini mungkin

bisa lebih penting daripada aktivitas pengikatan nitrogen (Dobbelaere et al., 1999).

Spesies Azospirilium sudah digunakan sebagai inokulan pada benih di bawah kondisi

lapang (Dobbelaere et al., 2001). Walaupun banyak studi melaporkan keuntungan

dari inokulasi Azospirillium, beberapa di antaranya menampilkan hasil yang tidak

konsisten. Namun demikian kita dapat menetapkan bahwa dengan manajemen

praktek yang sesuai, penggunaan inokulan ini akan bermanfaat bagi nutrisi tanaman.

PGPR spesifik berperan sebagai agen biokontrol dari mikrobia patogen

tanaman (Lugtenberg et al., 1991; Alabouvette et al., 1997; Chin-A-Woeng et al.,

2003; de Boer et al., 2003; Persello-Cartieaux et al., 2003). Kontrol biologi dari

penyakit tular tanah (soil-borne diseases) diketahui dihasilkan dari : 1. reduksi

pertumbuhan saprofitik dari patogen dan kemudian kekerapan dalam menginfeksi

akar melalui mikrobia antagonisme, dan atau 2. menstimulasi / merangsang dari

penyebab resisten sistemik Induces Resistance Systemic (ISR) dalam tanaman inang

47

(van Loon et al., 1998). Hal ini dicapai melalui pelepasan antibiotik oleh PGPR. Di

antara faktor antifungal yang diproduksi oleh PGPR, acetyphloroglucinols (Landa

et al., 2003; Picard et al., 2004) dan phenacines (Chin-A-Woeng et al., 2003; Ownley

et al., 2003) merupakan produk yang menerima perhatian terbanyak.

Beberapa mikroorganisme menguntungkan bagi tanaman dengan beberapa

cara, contohnya spesies Trichoderma mengontrol patogen jamur melalui perannya

sebagai mikrobia antagonis dan menyebabkan terlokalisasi dan respons pertahanan

sistemik tanaman (Harman et al., 2004). Endophytic bakteria dan jamur berperan

sebagai peningkat pertumbuhan dan sebagai agen biokontrol (Harman et al., 2004).

Baru-baru ini terdapat postulat bahwa mekanisme tambahan untuk pertumbuhan

tanaman yang dinaikkan oleh PGPR terjadi karena perubahan komunitas mikrobial

rizosfer (Ramos et.al., 2003). Mekanisme tidak langsung akan menarik untuk

dievaluasi pengaruh nyatanya dari aktivitas ini dalam biologi rizosfer.

Tantangan dalam Seleksi dan Karakterisasi PGPR

Salah satu tantangan dalam mengembangkan PGPR untuk penerapan

komersial adalah memastikan bahwa seleksi yang efektif dan prosedur screening di

tempat, sehingga sebagian besar mikroorganisme yang menjanjikan dapat

diidentifikasi. Dalam industri kimia pertanian, 1.000 calon senyawa di-screening

setiap tahun untuk menyeleksi salah satu atau dua senyawa untuk kemajuan

selanjutnya. Pendekatan serupa tidak hanya untuk PGPR. Diperlukan strategi yang

efektif untuk memulai isolasi dan screening dari isolat rhizobacterial. Penting untuk

mempertimbangkan tanaman tak spesifik atau adaptasi pada tanah khusus, kondisi

iklim atau patogen dalam seleksi kondisi isolasi, dan screening assay. Model

spermosphere atau enrichment technique yang mengandalkan eksudat benih sebagai

sumber nutrisi / unsur hara, telah digunakan untuk menyeleksi dan mengisolasi

bakteri pengikat N2 di rizosfer padi (Thomas, et al., 1982). Satu pendekatan untuk

menyeleksi organisme dengan potensi untuk mengontrol fitopatogen tular tanah (soil-

borne phytopathogens) adalah dengan mengisolasi organisme itu dari tanah

48

suppresive terhadap patogen itu (Weller, et al., 2002). Pendekatan lain yang

dilibatkan dalam seleksi berdasarkan ciri / sifatnya yang diketahui berasosiasi dengan

PGPR seperti kolonisasi akar, 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) aktivitas

deaminasi (Glick, et al., 1995; Giacomodonato, et al., 2001), antibiotik dan produksi

siderofore. Perkembangan dari high throughput assay systems and effective bioassays

akan memfasilitasi seleksi dari superior strains.

Tantangan dalam Aplikasi PGPR di Lapangan

Pencapaian penampilan yang konsisten di lapangan, di mana terdapat

heterogenitas faktor biotik dan abiotik serta kompetisi dengan organisme indigenous,

adalah lebih sulit. Pengetahuan mengenai faktor ini dapat membantu dalam

penentuan konsentrasi yang optimal, waktu dan penempatan inokulan dan manajemen

tanah dan tanaman yang strategis untuk meningkatkan ketahanan dan

perkembangbiakan inokulan (Bowen and Rovira, 1999). Kosep dari teknik atau

pengelolaan rizosfer untuk meningkatkan fungsi PGPR dengan memanipulasi

tanaman inang (host plant), substrat untuk PGPR atau melalui praktek agronomis

adalah untuk memperoleh perhatian yang meningkat.

Peningkatan formulasi yang lebih baik untuk meningkatkan ketahanan dan

aktivitasnya di lapangan dan kesesuaian dengan perlakuan kimia dan biologi pada

benih adalah perhatian pada lokasi lainnya; pendekatan termasuk di dalamnya

optimisasi kondisi pertumbuhan sebelumnya untuk perumusan dan peningkatan dari

perbaikan carriers dan aplikasi teknologi (Bashan, 1998; Bowen and Rovira, 1999;

Date, 2001).

Telah banyak dilakukan penelitian yang mengaplikasikan PGPR, serta

meneliti carrier (bahan pembawa) yang baik bagi inokulan rizobia. Salah satu hasil

penelitian PGPR di Indonesia adalah yang dilakukan oleh BATAN (Badan Tenaga

Nuklir Nasional), di mana penelitian salah satunya ditujukan untuk mendapatkan

bahan pembawa yang baik bagi pertumbuhan dan kelangsungan hidup rizobia.

49

Teknik nuklir dan teknik terkait lainnya digunakan untuk mengevaluasi

keefektifan inokulan dalam hubungannya dengan tanaman inang dan tanah Sejumlah

formula telah menunjukkan kemampuan memfiksasi N asosiatif sebesar 15 – 21%

dengan teknik isotop 15N. Sementara sterilisasi bahan pembawa pupuk hayati

digunakan radiasi 60Co. Alur produksi dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

Pupuk hayati yang umum digunakan merupakan kultur campuran mikroba

tanah alami (indigenous) yang mampu memfiksasi N2 dan melarutkan fosfat, serta

menghasilkan hormon pertumbuhan yang meningkatkan penyerapan hara oleh

tanaman. Penggunaan pupuk hayati ini dapat menjadi alternatif pemecahan masalah

karena dapat menekan penggunaan pupuk buatan sehingga lebih bersifat ramah

lingkunga. Dalam penelitian ini aplikasi PGPR dilakukan pada tanaman sayuran, dan

memperlihatkan kenaikan hasil produksi tanaman, ukuran yang lebih besar serta umur

panen yang lebih cepat. Inokulan PGPR dinamakan Azora, yang merupakan hasil

pengembangan formulasi yang ditujukan untuk mengurangi kebutuhan pupuk N, P

dan K. Azora ini mengandung isolat bakteri penghasil hormon tumbuhan, pemfiksasi

N2, dan pelarut fosfat (Gandanegara, 2007).

50

Hasil tanaman pada perlakuan kontrol (kiri) dan pada perlakuan Azora (kanan).

Hasil tanaman pada perlakuan 10 ton pupuk kandang (kiri) dan pada perlakuan 10 ton pupuk kandang+Azora (kanan).

Gambar 12. Hasil penelitian aplikasi PGPR Azora pada tanaman sayuran.

Prospek yang Akan Datang

Sebagaimana pemahaman mengenai kompleksnya lingkungan rizosfer,

mekanisme aksi PGPR, dan aspek praktek dari formulasi inokulan, kita dapat

menduga untuk mengetahui produk PGPR baru menjadi tersedia. Sukses dari produk

ini akan bergantung pada kemampuan untuk mengelola rizosfer untuk meningkatkan

ketahanan dan data kompetisi dari mikroorganisme bermanfaat ini (Bowen and

Rovira, 1999). Pengelolaan rizosfer akan memerlukan pertimbangan tanah dan

praktek budidaya tanaman dan juga formulasi inokulan dan pelepasannya.

Peningkatan daya genetik dari strains PGPR untuk meningkatkan kolonisasi dan

keefektifannya melibatkan tambahan satu atau lebih ciri atau sifat yang berasosiasi

dengan PGPR. PGPR menawarkan pendekatan lingkungan yang berkelanjutan untuk

meningkatkan produksi dan kesehatan tanaman.

51

DAFTAR PUSTAKA Bashan, Y. 1998. Inoculants of plant growth-promoting bacteria for use in

agriculture. Biotechnol. Adv. Bloemberg, G. V., and Lugtenberg, B. J. J. 2001. Molecular basis of plant growth

promotion and biocontrol by rhizobacteria. Curr. Opin. Plant Biol. Bowen, G. D., and Rovira, A. D. 1999. The rhizosphere and its management to

improve plant growth. Adv. Agron. Bruehl, G.W. 1987. Soilborne Plant Pathogens. MacMillan Publ. Co. Canada. Date, R. A. 2001. Advances in inoculant technology: a brief review. Austral. J. Exp.

Agric. Forum for Nuclear Cooperation in Asia (FNCA). 2006. Biofertilizer manual. JAIC. Gandanegara, S. 2007. Azora pupuk hayati untuk tanaman jagung dan sayur. Pusat

Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi. BATAN. Gardner, F.P., R.B. Pearce, dan R.L. Mitchel. 1991. Fisiologi tanaman budidaya.

Terjemahan. H. Susilo, Subiyanto (Ed). UI Press. Jakarta. Giacomodonato, M. N., Pettinari, M. J., Souto, G. I., Mendez, B. S., and Lopez, N. I.

2001. A PCR-based method for the screening of bacterial strains with antifungal activity in suppressive soybean rhizosphere. World J. Microbiol. Biotechnol.

Glick, B. R. 1995. The enhancement of plant growth by free-living bacteria. Can. J.

Microbiol. Kloepper, J.W., R.M. Zablotowocz, E.M. Tipping and R. Liftshitz. 1985. Plant

growth promotion mediated by bacterial rhizosphere colonizers. In The Rhizosphere and Plant Growth, 315 – 326. Beltsville Symposia in Agricultural Research. 1991. Kluwer Academic Publ. Printed in Netherlands.

Lubeck, P. S., Hansen, M., and Sorensen, J. 2000. Simultaneous detection of the

establishment of seed-inoculated Pseudomonas fluorescens strain DR54 and native soil bacteria on sugar beet root surfaces using fluorescence antibody and in situ hybridization techniques. FEMS Microbiol. Ecol. 33:11-19 (24)

52

Nelson, L.M. 2004. Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR): Prospects for New Inoculants. http://www.plantmanagementnetwork.org. Diakses tanggal 26 November 2007.

Paul, E.A. and F.E. Clark. 1989. Component of soil biota. In Soil microbiology and biochemistry. Academic Press Inc. UK.

Pelczar, M.J., dan E.C.S Chan. 1996. Dasar-dasar mikrobiologi. Terjemahan. UI Press. Jakarta.

Plant Growth Promoting Rhizobacteria and Biodegradation. 2006. http://www.biw.kuleuven.be/dtp/cmpg/pgprb.htm. Diakses tanggal 26 November 2007.

Rayburn, E.B. 1993. Plant Growth and Development as the Basis of Forage Management. http://www.caf.wfu.edu/~forage/growth.htm. Diakses tanggal 3 Desember 2007.

Sorensen, J., Jensen, L. E., and Nybroe, O. 2001. Soil and rhizosphere as habitats for

Pseudomonas inoculants: New knowledge on distribution, activity and physiological state derived from micro-scale and single-cell studies. Plant Soil.

Subba Rao, N.S. 1994. Mikroorganisme tanah dan pertumbuhan tanaman.

Terjemahan. UI Press. Jakarta. Wood, Martin. 1989. Soil biology. Blackie and Son Ltd. New York. Young, C.S. and R.G. Burns. 1993. Detection, survival, and activity of bacteria added

to soil. In Soil Biochemistry Vol. 8. Jean-Marc Bollag and G. Stotzky (Ed). Marcel Dekker, Inc. USA.