BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Diversitas Bakteri Asal Mikoriza Keberadaan mikroorganisme tanah di alam sangat melimpah dalam keragaman dan jumlah jenisnya. Setiap mikroorganisme memiliki peran spesifik terhadap pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan. Beberapa mikroorganisme memiliki sifat parasit namun ada pula yang bersifat menguntungkan dan tidak sedikit pula yang keberadaannya bersifat netral. Aktivitas mikroorganisme tanah di sekitar rizosfer sangat membantu perbaikan kesuburan tanah dan berdampak positif terhadap peningkatan kualitas dan
kuantitas
produksi
tanaman.
Penggunaan
mikroorganisme
untuk
meningkatkan pertumbuhan tanaman merupakan hal menarik yang dalam beberapa tahun terakhir ini mendapat perhatian para peneliti. Sejalan dengan perkembangan ilmu bioteknologi, mikroorganisme tanah merupakan objek yang mempunyai prospek untuk dikembangkan (Barriuso et al. 2008). Mikroba yang memiliki sifat asosiasi dengan tanaman inang, umumnya memiliki sifat kompatibilitas antara inang dan mikroba tersebut. Mikroba yang dapat berasosiasi dengan tanaman inang tertentu, belum tentu dapat berasosiasi dengan tanaman inang yang lain. Dengan demikian, perlu dilakukan suatu penelitian untuk mendapatkan jenis-jenis mikroba yang kompatibel dengan jenis tanaman yang diinginkan. Ada beberapa rangkaian kegiatan pengujian yang harus dilakukan hingga didapatkan isolat mikroorganisme yang efektif membantu pertumbuhan tanaman. Keberadaan bakteri yang terlibat secara langsung dalam pembentukan mikoriza pertama kali dibuktikan oleh penelitian yang dilakukan oleh Bowen dan Theodorou (1979). Beberapa penelitian telah dilakukan dan ditemukan adanya bakteri yang berasosiasi dengan mikoriza. Dahm et al. (2005) mengisolasi bakteri dari beberapa jenis fungi ektomikoriza dan mendapatkan sejumlah bakteri dengan jumlah jenis dan penampakan morfologi yang berbeda (Tabel 1). Budi et al. (1999) mengisolasi bakteri asal sporokarp FMA Glomus mosseae dan mendapatkan delapan jenis
bakteri (Tabel 2). Varese et al. (1996) mengisolasi bakteri dari sporokarp Suillus grevillei dan mendapatkan 16 bakteri (Tabel 3). Bakhtiar et al. (2010) yang
20
mengisolasi bakteri spora FMA tanpa disterilkan dari daerah mikorizosfer kelapa sawit dan menemukan 20 isolat bakteri. Tabel 1 Jumlah dan morfologi jenis bakteri yang diisolasi dari sporokarp fungi ektomikoriza Fungi
Amanita muscaria Hebeloma crustuliniforme (1) Hebeloma crustuliniforme (2) Hebeloma crustuliniforme (3) Laccaria amethistina Laccaria laccata (1) Laccaria laccata (2) Laccaria laccata (3) Laccaria proxima1 Lycoperdon sp. Scleroderma sp. Suillus grevillei Suillus luteus Thelephora terrestris Xerocomus sp.
Jumlah isolat yang dijumpai 3 30
Jumlah gram negatif (batang) 3 21
Jumlah gram positif (basil) – 6
Jumlah gram positif (kokus) – 2
Jumlah bakteri variabel pelomorfik – 1
30
18
–
12
–
30
28
–
–
2
29 30 29 30 30 30 30 30 30 30 29
5 30 29 27 27 30 30 20 28 30 27
– – – 1 – – – 1 2 – 2
24 – – – – – – 9 – – –
– – – – 3 – – – – – –
Sumber : Dahm et al. (2005)
Tabel 2 Jenis bakteri yang ditemukan dari sporokarp Glomus mosseae Nomor isolat B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8
Jenis-jenis bakteri yang ditemukan Methylobacterium sp. Paenibacillus azotofixans Bacillus megatorium Bacillus firmus Bacillus circulans Bacillus polymixa Bacillus sp. Paenibacillus aspiarius
Sumber : Budi et al. (1999)
21
Tabel 3 Jenis–jenis bakteri yang ditemukan dari sporokarp Suillus grevillei dan ektomikoriza Bakteri asal Sporokarp Bacillus bravis Bacillus cereus Bacillua megaterium Bacillus mycoides Bacillus polymixa Bacillus purnilus Bacillus subtilis Enterobacter aglomerans Flavobacterium oryzihabitans Micrococcus luteus Pseudomonas aureofaciens Pseudomonas cepacia Pseudomonas chloraphis Pseudomonas fluorocens Serratia fonticola Streptomyces spp.
Bakteri asal Ektomikoriza Acinobacter calcoaceticus Aeromonas hydrophyla Agrobacterium radiabacter Bacillus cereus Bacillus mycoides Enterobacter aglomerans 3 Enterobacter aglomerans 4 Enterobacter sakazakii Klebseiella pneumoniae Klebseiella ozaenae Micrococcus luteus Pseudomonas cepacia Pseudomonas aeruginosa Pseudomonas putida Pseudomonas choraphis Serratia liquefaciens Serratia marcescens Serratia rubidae Streptomyces sp.
Sumber : Varese et al. (1996)
22
2.2 Fungi Mikoriza Arbuskula (FMA) Mikoriza adalah asosiasi saling menguntungkan antara fungi dan akar tanaman yang membentuk struktur simbiotik dan menghasilkan sifat morfologi yang baru. Melalui hubungan simbiosis dengan tanaman, mikoriza berperan penting dalam pertumbuhan tanaman, perlindungan penyakit, dan peningkatan kualitas tanah secara keseluruhan. Dari tujuh jenis mikoriza yang dijelaskan dalam literatur ilmiah saat ini (FMA, ektomikoriza, ektendomikoriza, arbutoid, monotropoid, mikoriza ericoid dan mikoriza orchid), FMA dan Ektomikoriza adalah yang paling banyak diteliti. Mikoriza dapat berfungsi sebagai alat untuk pertanian berkelanjutan karena mempunyai kemampuan dalam meningkatkan pertumbuhan sistem perakaran tanaman, meningkatkan vigor tanaman dan kualitas tanah. Hifa dari mikoriza memperluas bidang perakaran serta mengeluarkan enzim, membantu penyerapan nutrisi secara efisien dan dapat berperan sebagai kontrol patogen.
Dengan
demikian, mikoriza sangat berperan dalam produktivitas tanaman (Siddiqui dan Pithtel 2008). Fungi pembentuk mikoriza efektif mendukung pertumbuhan tanaman setelah terbentuk kolonisasi pada akar tumbuhan inangnya. Kolonisasi merupakan jembatan untuk transfer timbal balik antara fungi pembentuk mikoriza dan tanaman inangnya. Untuk dapat berkolonisasi pada tumbuhan simbion, mikobion harus mampu hidup, tumbuh dan berkembang pada rizosfer tumbuhan simbion. Dengan demikian, kemampuan beradaptasi mikroba di lingkungannya merupakan kunci keberhasilan simbiosisnya. Spora FMA berkecambah dan terjadi pertumbuhan hifa sebelum terjadinya kolonisasi. Proses berikutnya adalah kontak antara hifa dengan permukaan akar inang dan menghasilkan apresorium. Tahapan setelah kegiatan tersebut adalah terjadi kolonisasi jaringan akar dan membentuk hifa interseluler dan intraseluler, hifa eksternal, hifa koil, arbuskula dan dalam beberapa jenis membentuk vesikula. FMA hanya mengkolonisasi jaringan akar spesifik seperti epidermis dan korteks sedangkan jaringan lainnya seperti pembuluh dan meristem resisten terhadap kolonisasi.
23
Perkembangan hifa yang ekstensif yang berasosiasi dengan akar tanaman inang menyebabkan terbentuknya apresorium. Ketika tidak terjadi sinyalisasi, morfogenesis dan apresorium tidak terbentuk. Studi interaksi simbiotik dan patogen menunjukkan bahwa pembentukan apresorium dapat dianggap sebagai tanda keberhasilan pengenalan tanaman inang sebelum terjadi infeksi ke inang. Apresorium merupakan ujung hifa yang berbentuk elips, rata dan terbentuk pada permukaan akar inang. Berbeda dengan patogen, proses infeksi fungi endofit dicirikan dengan produksi enzim pendegradasi dinding sel dalam jumlah kecil dan terkontrol. FMA hanya mengkolonisasi jaringan akar spesifik seperti epidermis dan korteks sedangkan jaringan lainnya seperti pembuluh dan meristem resisten terhadap kolonisasi. 2.3 Mycorrhiza Helper Bacteria (MHB) MHB merupakan istilah yang digunakan bagi bakteri yang dapat membantu mikoriza menjalankan perannya. Bakteri dikatakan MHB ketika bakteri itu bersifat endofit dengan kata lain bakteri tersebut harus berada di salah satu bagian tubuh mikoriza, dan berperan terhadap perkembangan mikoriza. Simbiosis mikoriza bukan hanya hubungan antara fungi pembentuk mikoriza dan tanaman inang namun melibatkan organisme pendukung lainnya seperti bakteri. Hubungan
antara
fungi,
tanaman
inang
dan
MHB
membentuk
mikorizosfer yaitu daerah sekitar perakaran dimana fungi, bakteri dan akar tanaman saling berinteraksi. Akar bermikoriza dan hifa fungi mikoriza turut membentuk komposisi jenis bakteri akibat eksudasi dan pergantian akar atau hifa (Bowen 1993; Morgan et al. 2005). Keberadaan mikorizosfer dapat menyebabkan peningkatan nutrisi tanah dan membantu tanaman bertahan terhadap serangan patogen (Linderman 1988; Frey-Klett et al. 2005). Tingkat kolonisasi mikoriza tergantung pada interaksi antara parameter abiotik dan biotik, fisiologi fungi, dan tingkat kerentanan akar terhadap infeksi. MHB dapat meningkatkan laju infeksi mikoriza pada berbagai tahapan interaksi. Sebagai contoh, fase pra infeksi seperti perkecambahan spora dan pertumbuhan miselium di dalam tanah dan pada permukaan akar dapat ditingkatkan oleh MHB, sehingga akar lebih rentan terhadap infeksi (Bowen 1993).
24
Eksudat MHB sering kali merangsang perkecambahan spora fungi. Xavier dan Germida (2003) mengamati bahwa sebagian besar bakteri dari dinding sel spora FMA mampu meningkatkan perkecambahan spora G. clarum ketika terjadi kontak langsung antara spora dan bakteri, sementara sebagian isolat bakteri menghambat perkecambahan spora dengan menghasilkan volatile antagonistic. Duponnois
dan
Garbaye
(1990)
menganalisis
bagaimana
MHB
mempengaruhi konsentrasi senyawa antagonistik yang diproduksi oleh fungi mikoriza. Mereka mendapati bahwa bakteri tersebut mampu mendetoksifikasi media cair dari metabolit fungi yang bersifat menghambat.
Bakteri MHB
kemungkinan juga dapat menekan produksi senyawa toksik oleh mikroba tanah. Vivas et al. (2005) melaporkan bahwa bakteri MHB memiliki dampak positif yang kuat terhadap perkecambahan spora dan pertumbuhan fungi prasimbiosis dalam larutan yang terkontaminasi logam berat. Inokulasi bakteri bukan hanya menurunkan kerusakan hifa G. mosseae tetapi bahkan menghasilkan peningkatan pertumbuhan akar dari 95% (tanpa Cd) menjadin 254% (dengan larutan Cd). Pengaruh ini sama kuatnya dengan pada perlakuan Zn di mana pertumbuhan miselium berkisar dari 125% (tanpa Zn) hingga 232% (dengan larutan Zn). Produksi akar secara lateral dapat dipengaruhi secara positif oleh MHB (Garbaye 1994; Schrey et al. 2005), kemungkinan karena produksi auksin atau senyawa yang berhubungan dengan auksin oleh bakteri. Pembentukan ujung akar baru dapat menyebabkan pembentukan lebih banyak mikoriza, karena kerapatan situs kolonisasi per volume tanah meningkat.
Paenibacillus sp. EJP73 dan
Burkholderia sp. EJP67, dan dua isolat strain dari mikoriza Lactarius rufus, ditemukan meningkatkan percabangan dikotomus pada semai Pinus sylvestris. Beberapa laporan menyatakan bahwa kombinasi inokulasi dengan Plant Growth Promoting Bacteria (PGPB) dan fungi mikoriza dapat menghasilkan pengaruh positif secara sinergis terhadap pertumbuhan tanaman.
Inokulasi
dengan Azospirillum brasilense dan FMA Gigaspora margarita atau Glomus fasciculatum menyebabkan peningkatan biomassa pucuk dan akar pada Pennisetum americanum, sebagai akibat dari peningkatan penyerapan fosfor (Rao et al.1985).
MHB dan PGPB Pseudomonas fluorescens 92 merangsang
25
pertumbuhan tanaman timun. Gamalero et al. (2003) menduga bahwa alasan yang dapat menjelaskan hal ini adalah kuatnya laju produksi IAA oleh bakteri. Untuk mengilustrasikan kompleksitas interaksi di dalam mikorizosfer, Gamalero et al. (2004) menunjukkan bahwa penggunaan dua strain bakteri bersama dengan satu FMA secara kuat meningkatkan pertumbuhan tomat. Strain MHB P. fluorescens 92 digunakan bersama dengan strain PGPB P. fluorescens P190r, dan kombinasi kedua bakteri ini dengan G. mossaeae BEG12 menyebabkan peningkatan pertumbuhan tanaman secara nyata. Dalam sebuah laporan tentang tanah yang terkontaminasi timah, Vivas et al. (2003) menunjukkan bahwa isolat
Bacillus brevis mampu meningkatkan
pembentukan mikoriza dan nodulasi, mampu menurunkan jumlah Pb yang diserap tanaman, mampu meningkatkan biomassa tanaman, dan akumulasi N dan P dalam Trifolium pretense. Sebagai akibat dari perubahan nyata arsitektur akar, diduga bahwa produksi IAA oleh Bacillus brevis kemungkinan cukup tinggi. Kompleksitas interaksi di dalam mikorizosfer dapat dieksploitasi untuk meningkatkan keuntungan bagi tanaman, khususnya dengan menggunakan kombinasi PGPR, MHB dan FMA dalam hortikultura maupun pembibitan pohon (Gamalero et al. 2004). Dosis MHB yang efektif yang harus digunakan untuk meningkatkan pembentukan mikoriza bervariasi di antara bakteri.
Hasil
penelitian pada tanah-tanah tercemar (Vivas et al. 2003) menunjukkan bahwa MHB, kemungkinan jika dikombinasi dengan bakteri yang mendetoksifikasi tanah, dapat berperan meningkatkan kebugaran tanaman pada tanah toksik dan untuk fitoremediasi.
26
