EL-VIVO Vol.2, No.2, hal 67 – 72, September 2014
ISSN: 2339-1901 http://jurnal.pasca.uns.ac.id
ESTIMASI POPULASI BAKTERI ICE NUCLEATION ACTIVE PADA TUMBUHAN DI JALUR PENDAKIAN CEMORO SEWU GUNUNG LAWU Ria Karno1, Sutarno2, Ari Susilowati3 1 2 3
Mahasiswa Prodi Biosain Pascasarjana UNS
Dosen Pembimbing I Program Studi Biosain Pascasarjana UNS Dosen Pembimbing II Program Studi Biosain Pascasarjana UNS ( e-mail:
[email protected] )
ABSTRAK - Ice Nucleation Active (INA) adalah bakteri yang mampu menyebabkan luka beku (frost injury) pada permukaan daun tanaman dan mampu menginisiasi pembentukan es. Hal ini dapat terjadi karena adanya protein aktif pembentuk inti es (ice nucleation protein= INP) yang terdapat pada membran luar sel bakteri INA sehingga mampu menginisiasi pembentukan es pada suhu di atas -10°C. Pada perkembangannya sekarang, bakteri INA diketahui ikut berperan dalam proses biopresipitasi. Penelitian dan informasi tentang bakteri INA di daerah subtropis telah banyak dilakukan, namun di daerah tropis masih sangat sedikit. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui jumlah populasi bakteri INA dari 6 spesies tumbuhan di jalur pendakian Cemoro Sewu, Gunung Lawu. Pengambilan sampel dilakukan dengan metode purposive sampling pada tiga ketinggian yaitu 2200 m dpl, 2500 m dpl, dan 2700 m dpl. Estimasi populasi bakteri dilakukan dengan metode the tube nucleation test menggunakan circulating alcohol bath. Estimasi populasi ditentukan berdasarkan tabel MPN (Most Probable Number). Hasil penelitian menunjukkan bahwa populasi bakteri INA yang ditemukan pada tumbuhan di jalur pendakian Cemoro Sewu, Gunung Lawu tergolong rendah yaitu <3 x 103/g hingga 5,4 x 103//g daun. Populasi yang paling tinggi terdapat pada tumbuhan Polygonum chinense L dan yang paling rendah pada tumbuhan Rubus fraxinifoilus. Kata kunci: Bakteri Ice Nucleation Active (INA), Estimasi Populasi, Jalur Pendakian Cemoro Sewu, Gunung Lawu
PENDAHULUAN Di
dalam
mikroorganisme
Beberapa
penelitian
telah
mem-
komunitas,
interaksi
buktikan bahwa bakteri memiliki peranan
dengan
sesama
yang cukup besar bagi komunitas dan
mikroorganisme atau dengan organisme
lingkungannya.
lain dapat bersifat menguntungkan dan
Rhizobium berperan dalam menyediakan
merugikan. Mikroorganisme cenderung
nitrogen
diasosiasikan dengan penyakit-penyakit
sedangkan bakteri Pasteuria penetrans
infeksi atau pembusukan makanan. Akan
berperan dalam pengendalian nematoda
tetapi, mayoritas mikroorganisme justru
pada tanaman. Bakteri juga memiliki
memberikan
pengaruh yang besar bagi lingkungan
keseimbangan
kontribusi ekosistem
bagi lingkungan
terutama
hidup (Pelczar, 2003). Salah satu dari
bagi
Bakteri
dari
tanaman
tanaman,
salah
genus
inangnya,
satu
di
antaranya adalah peneltian Lindow et al.,
mikroorganisme itu adalah bakteri. 67
EL-VIVO Vol.2, No.2, hal 67 – 72, September 2014
ISSN: 2339-1901 http://jurnal.pasca.uns.ac.id
(1982) tentang bakteri Ice Nucleation
Bakteri INA sebagian besar berasosiasi
Active.
dengan tanaman (Waturangi et al., 2008).
Bakteri Ice Nucleation Active (INA)
Bakteri INA umumnya tumbuh pada
adalah salah satu bakteri yang terdapat
permukaan daun tanaman, beberapa di
pada bagian organ tumbuhan yaitu pada
antaranya yang telah ditemukan adalah
permukaan
daun. Keberadaan
Pseudomonas
INA
permukaan
pada
daun
bakteri mampu
viridiflava,
syringae,
Pseudomonas
Pseudomonas
meningkatkan kemungkinan terbentuk-
Erwinia
nya luka beku (frost injury) pada suhu
campestris (Edwars et al., 1994). Wahyudi
diatas
(1982).
(1995) menyatakan bahwa sebagian dari
Penelitian Hirano & Upper (2000), juga
bakteri INA secara potensial memainkan
telah membuktikan kemampuan bakteri
peranan
INA menyebabkan kerusakan beku pada
perubahan cuaca, dan pembentukan inti
beberapa tumbuhan. Bakteri INA mampu
es di awan serta menstimulasi terjadinya
menginisiasi
hujan. Bakteri INA berpartisipasi dalam
-5ºC
Lindow
et
al.,
pembentukan
es,
herbicola
dalam
dan
fluorescens, Xanthomonas
pembentukan
kemampuannya dalam menginisiasi es
siklus
didapatkan secara alami karena adanya
dalam
protein pembentuk inti es (Lindow, 1983).
awan dn hujan (Morris et al., 2004).
Pembentukan inti es oleh bakteri INA
Bakteri INA yang terdapat pada daun
dilakukan dengan mengekspresikan jenis
terbawa oleh angin ke awan dan akan
protein tertentu yang terdapat di dalam
membantu
selnya.
terjadinya hujan, sebaliknya hujan akan
Protein
yang
terdapat
pada
biopresipitasi
yaitu
salju,
mempengaruhi
dalam bagi
membantu
pembentukan
mempengaruhi
bakteri INA misalnya pada Pseudomonas
menguntungkan
pertumbuhan
syringae, mengekspresikan protein inti es
bakteri yang terdapat pada permukaan
(ice nucleation protein) yang terdapat
tanaman karena kebutuhannya akan air
pada membran luar selnya. Secara normal
terpenuhi.
air dingin akan membeku secara spontan apabila suhu di atas -40ºC. Adanya
METODE PENELITIAN
pembentuk inti es pada bakteri INA dapat
Pengambilan sampel
membantu mempercepat pembekuan es.
Sampel yang digunakan pada penelitian
Hal ini karena inisiasi pembentukan es
ini didapat dari enam tumbuhan berdaun
tergantung
es,
lebar di Jalur Pendakian Cemoro Sewu,
partikel dan bentuk inti es.
Gunung Lawu dengan tiga titik sampling
ukuran Bakteri
pada
INA
kehadiran mampu
inti
mengkatalis
yang
telah
ditentukan
berdasarkan
pembentukan es pada suhu di atas -10°C,
perbedaan ketinggian. stasiun I pada
bahkan beberapa di antaranya dapat
ketinggian 2.200 m dpl, stasiun II pada
membentuk inti es pada suhu -1,5°C.
ketinggian 2.500 m dpl dan stasiun III 68
EL-VIVO Vol.2, No.2, hal 67 – 72, September 2014
ISSN: 2339-1901 http://jurnal.pasca.uns.ac.id
pada ketinggian 2.700 m dpl. Sampel
Penghitungan jumlah bakteri berdasar-
daun dari masing-masing tumbuhan yang
kan tabel MPN
diambil
Jumlah bakteri INA per gram berat segar
kemudian
langsung
dengan menggunakan
dibawa
kantong kertas
daun
koran untuk dilakuakan uji estimasi.
MPN.
diestimasi Jumlah
membeku Estimasi jumlah bakteri Estimasi
populasi
tabung
dihitung
pengenceran,
bakteri
INA
berdasarkan
metode
reaksi untuk
kemudian
yang setiap
dicocokkan
pada
dengan angka pada tabel MPN seri 3
masing-masing sampel dilakukan dengan
tabung sehingga diperoleh nilai tabel
metode multiple tube nucleation (Cazorla
(Fardiaz, 1993).
et al., 1995). Tabung reaksi yang berisi 9 mL bufer fosfat steril didinginkan pada
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
suhu -10°C selama 3 menit. Kemudian
Tumbuhan di Jalur Pendakian Cemoro
tabung dikocok dan semua tabung yang
Sewu, Gunung Lawu.
mengalami
Spesies tumbuhan yang digunakan untuk
pembekuan
dipisahkan.
Tabung berisi bufer fosfat yang tidak
mengetahui
membeku dihangatkan pada suhu 5°C.
Nucleation Active (INA) adalah: Dodonae
Masing-masing
viscosa
sampel
penelitian
populasi
Jacq,
bakteri
Ice
Rubus
fraxinifolius,
laurifolium,
Chromolaena
sebanyak 2 g dihomogenkan dalam 20
Vaccinium
mL bufer fosfat dan 0,1 % peptone meat,
odonata, Conodopsis javanica (B) Hook F
kemudian
suspensi
dan Polygonum chinense L. Pemilihan 6
bakteri dimasukkan ke dalam tabung
spesies tumbuhan dalam penelitian ini
reaksi yang berisi 9 mL bufer fosfat steril.
didasarkan atas keberadaan tumbuhan
Selanjutnya dilakukan 3 seri pengenceran
pada ketiga stasiun penelitian.
sebanyak
1
mL
10 10 dan 10 ke dalam tabung berisi -1,
-2
-3
bufer fosfat yang tidak membeku. Setiap
Estimasi populasi bakteri INA
seri pengenceran dilakukan sebanyak tiga
Estimasi jumlah bakteri INA dilakukan
kali
didapatkan
dengan metode Multiple tube nucleation
pengenceran seri 3 tabung. Setiap tabung
yaitu suatu metode untuk mengestimasi
berisi bufer fosfat yang tidak membeku
jumlah inti es dari suspensi bakteri
dan masing-masing sampel yang telah
maupun
dihomogenkan
dalam
bagian tanaman (Cazorla et al., 1995).
circulating alkohol bath selama 10 menit
Metode Most Probable Number (MPN)
sehingga suhunya mencapai -3°C sampai -
mengasumsikan
9°C.
tabung yang beku mengandung paling
ulangan
sehingga
dimasukkan
ke
populasi
bakteri
bahwa
INA
dalam
pada
satu
sedikit satu inti es (Govindarajan &
69
EL-VIVO Vol.2, No.2, hal 67 – 72, September 2014
Lindow,
1988).
Output metode
ISSN: 2339-1901 http://jurnal.pasca.uns.ac.id
MPN
adalah nilai MPN. Estimasi jumlah bakteri dilakukan dengan menggunakan circulating alcohol bath. Estimasi populasi bakteri dilakukan dengan metode multiple tube nucleation test pada suhu -5°C selama 10 menit dalam circulating alkohol bath, sesuai
c)
dengan pendapat Hirano et al., (1985) dan Baertlein et al., (1992). Demikian juga dengan penelitian Cazorla et al., (1995) yang menggunakan suhu -5°C sebagai suhu
optimum untuk melakukan uji
estimasi.Berdasarkan hasil uji, tabung positif
beku
terdapat
pada
lima
tumbuhan (tabung positif beku dapat d)
dilihat pada Gambar 1).
Gambar 1. Tabung positif (beku) pada uji MPN Keterangan: a) Kombinasi tabung 0-1-0; b) Kombinasi tabung 1-1-0; c) Kombinasi tabung 0-1-0; d) Kombinasi tabung 1-0-0
Jumlah terbanyak
tabung
positif
(beku)
terdapat
pada
sampel
Polygonum chinense L yaitu 2 tabung dengan kombinasi 1-1-0 untuk ulangan 1
a)
dan
2.
Kombinasi
dicocokkan
dengan
ini tabel
kemudian MPN
yang
menunjukkan nilai rata-rata 5,4 MPN/g. Sampel
yang
tidak
positif
beku
adalah
fraxinifolius sehingga
dengan
didapat
terdapat
tabung
sampel
Rubus
kombinasi nilai
0-0-0,
rata-rata
>3
MPN/g. Kombinasi tabung positif beku dapat dilihat pada Tabel 1.
b)
70
EL-VIVO Vol.2, No.2, hal 67 – 72, September 2014
ISSN: 2339-1901 http://jurnal.pasca.uns.ac.id
Sewu, Gunung Lawu tergolong rendah
Tabel 1. Estimasi Jumlah Bakteri Berdasarkan Tabel MPN Ulangan 1 Sampel Penelitian Dodonae viscosa Jacq Rubus fraxinifolius Vacinium laurifolium Chromolaen a odonata L Conodopsis javanica (B) Hook F Polygonum chinense
Ulangan 2
berkisar antara >3 hingga 5,4 x 103/g
RataRata Estimasi Bakteri g/mpn
daun, (2) Populasi bakteri INA tertinggi
10-1
10-2
10-3
10-1
10-2
10-3
0
1
0
0
1
0
3 x 103
terdapat
pada
tumbuhan
0
0
0
0
0
0
<3 x 10
chinense
dan
yang
1
0
0
1
0
0
3,6 x 103
1
0
0
1
0
0
3 x 103
0
0
1
0
0
0
<3 x 103
1
1
0
1
1
0
5,4 x 103
Berdasarkan
3
perhitungan
Polygonum
terendah
pada
tumbuhan Rubus fraxinifolius. Berdasarkan kesimpulan diperoleh saran yaitu perlu dilakukan penelitian lanjutan pada tumbuhan yang lain untuk mendapatkan data estimasi yang lebih
meng-
lengkap.
gunakan tabel MPN, estimasi populasi bakteri INA pada keenam tumbuhan di jalur
pendakian
Cemoro
Sewu
DAFTAR PUSTAKA
yang
paling tinggi adalah 5,4 x 103/g daun.
Baertlein, D. A., Lindow, S. E., Panapoulos, N. J.M., Lee, S. P., Min-drinos, M. N. and Chen, T. H.H. 1992.Expression of bacterial ice nucleation gene in plants. Plant Physiology 100:17301736. Cazorla, F. M., Olalla, L., Tores, J. A., Perez-Garcia, A., Codina, J. C., and de Vicente, A. 1995. A method for estimastion of population densities of ice nucleation active Pseudomonas syringae in buds and leaves of mango. J. Appl Bacteriol 79:341-346. Edwars, A.R., Ronald, A., Wichman, H.A., and Orser C.S. 1994. Unusual pattern of bacterial ice nucleation gene evolution. Mol. Biol. Evol. 11:911-920. Fardiaz, S. 1993. Analisis Mikrobiologi Pangan. Jakarta: PT. Raja Grafindo. Govindarajan, A.G. and Lindow, S.E. 1998. Size of Bacterial Ice Nucleation Sites Measured in Situ Low Radiation Inactivation Analysis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 58:1334-1338. Hirano, S.S., Baker, L.T., and Christian, D.U. 1985. Ice Nucleation of individual leaves in relation to populatioan sizes of ice nucleation active bacteria and frost injury. Plant. Physiol. 77:259-265. Hirano, S.S., and Upper, C.D. 2000. Bacteria in the leaf ecocsystems with emphasis on Pseudomonas syringae a pathogen, ice nucleus, and epiphyte. Mol. Microbio. Biol. Rev. 64:624-653
Nilai ini menunjukkan jumlah bakteri yang
rendah
apabila
dibandingkan
dengan beberapa penelitian sebelumnya. Beberapa penelitian telah dilakukan di antaranya
oleh
Lindow
(1993)
yang
menyatakan bahwa populasi bakteri INA mencapai 106 sel/g jaringan tanaman. Jumlah populasi bakteri paling rendah yang ditemukan adalah 102 sel/g (Lindow, 1978). Populasi bakteri yang rendah pada penelitian, dimungkinkan karena adanya pengaruh
faktor
perbedaan
kondisi
lingkungan dari habitat bakteri INA yang biasa ditemukan. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan dari penelitian ini adalah (1) Populasi bakteri INA pada tumbuhan Dodonae fraxinifolius, Chromolaena
viscosa
Jacq,
Rubus
Vaccinium
laurifolium,
odonata,
Conodopsis
javanica (B) Hook F dan Polygonum chinense L di Jalur Pendakian Cemoro 71
EL-VIVO Vol.2, No.2, hal 67 – 72, September 2014
ISSN: 2339-1901 http://jurnal.pasca.uns.ac.id
Lindow, S.E., Arny, D.C., and Upper, C.D. 1978. Distribution of ice nucleation active on plants in nature. Appl. Environ. Microbiol. 36:831-838. Lindow, S.E. Aray, D.C. and Upper, C.D. 1982. Bacterial Ice Nucleation : A Factor in Frost Injury to Plants. Plant Physiol 70:1084-1089. Lindow, S.E., Hirano, S.S., Barchet, W.R., Arny, D.C., and Upper, C.D.1982. Relationship beetween ice nucleation frequency of bacteria and frost injury. Plants Physiology 70: 10901093. Lindow, S.E. 1983. The Role of Bacterial Ice Nucleation In Frost Injury to Plant. Ann. Rev. Phytopathol. 21:363384. Lindow, S. E. 1993. Novel Method For Identifying Bacterial Mutant With Reduced Epiphytic Fitness. Appl. Environ. Microbiol. 59:1586-1592. Morris, C.E., Georgakopoulus, D.G. and Sands, D.C. 2004. Ice Nucleation Active bacteria and their potential role in precipitation. J Phys IV France 121:87-103. Pelczar, M.J., Krieg, N.R., Roop, R.M, and Chan, E.C.S., 2003. The Microbial Universe: An Introduction to Microbiology. John Wiley & Sons Incorporated. Wahyudi, A.T. 1995. Pembentukan Inti Es oleh Bakteri. Hayati 2:55-59. Waturangi, D. E., Meicy, V. and Suwanto, A. 2008. Isolation and identification of Ice-Nucleating active Bacteria From Indonesian Edible plant poh-pohan. Microbiol. Indones, 1(2):8-10.
72
