TINJAUAN PUSTAKA Biologi Penyebab Penyakit Bakteri penyebab penyakit vaskular bakteri dapat diklasifikasikan sebagai berikut : Kingdom
: Bacteria
Phylum
: Proteobacteria
Class
: Gamma Proteobacteria
Ordo
: Xanthomonadales
Family
: Xanthomonadaceae
Genus
: Xanthomonas
Species
: Xanthomonas albilineans L.
(Pieretti, 2009).
Umumnya genus Xanthomonas merupakan bakteri patogen. Pada awal tahun 1990, Xanthomonas terdiri dari 6 spesies yaitu: X. fragariae, X. populi, X. oryzae, X. albilineans, X. axonopodis dan X. campestris. Kemudian setelah setelah diklasifikasi ulang, terdiri dari 20 spesies yaitu: X. fragariae, X. populi, X. oryzae, X. albilineans, X. sacchari, X. vesicatoria, X. axonopodis, X. vasicola, X. codiaei, X. arboricola, X. hortorum, X. translucens, X. bromi, X. campestris, X. cassavae, X. cucurbitae, X. pisi, X. melonis, X. theicola, X. hyacinthi (Vauterin et al., 1995). Menurut Pieretti et al., (2009) Xanthomonadaceae adalah famili bakteri Gram negatif mempunyai ordo Xanthomonadales dan kelas gamma Proteobacteria. Anggota famili ini biasanya dicirikan sebagai lingkungan organisme dan menempati relung ekologi yang beragam, seperti tanah dan air, serta jaringan tanaman. Bakteri ini berbentuk batang, berukuran 0,25-0,3 x 0,6-1,0
µm, tunggal atau membentuk rantai, bergerak dengan flagel polar, dan Gram negatif. Koloni bakteri ini berwarna kuning tetapi berlendir dan bakteri tumbuh lambat dan muncul setelah 4- 6 hari, lembab, mengkilap, dan kuning transparan. X. albilineans adalah bakteri yang tidak biasa karena ternyata tidak memiliki avirulence atau patogenisitas gen yang biasanya ditemukan pada bakteri pytopatogenik (Champoiseau et al., 2006). Bentuk koloni pada medium biakan adalah bulat, cembung dan berdiameter 1-3 mm. Suhu optimum untuk pertumbuhan Xanthomonas antara 25oC- 30oC dan suhu minimum berkisar antara 5-10oC. Suhu yang cocok untuk pertumbuhan awal adalah 20oC pada suspensi yang agak encer. Derajat keasaman (pH) untuk menumbuhkan bakteri ini berkisar antara 6,2-6,4 atau yang berbeda tergantung strain bakteri dan medium yang dipakai (Pieretti, 2009). Gejala Serangan Bakteri X. albilineans Di Indonesia penyakit vaskular bakteri terdapat di Jawa dan Sumatera, penyakit ini terdapat di semua negara penghasil tebu. Pada varietas-varietas yang rentan dapat terjadi hambatan pertumbuhan, ruas batang pendek-pendek, tunastunas samping berkembang dan daun-daun dari tunas ini juga mempunyai garisgaris klorotis. Susunan akar sangat jelek, sehingga tanaman yang sakit dapat dicabut dengan mudah (Semangun, 2008). Birch (2001) menyatakan bahwa penyakit ini dapat menyebabkan layu cepat dan kematian tanaman. Infeksi laten berkepanjangan dapat terjadi, yang memerlukan deteksi oleh isolasi atau tes molekuler yang sensitif. Gejala luar yang penting untuk mengenal penyakit ini adalah terdapatnya garis atau jalur klorotis pada daun. garis atau jalur ini lurus, dan sejajar dengan ibu
tulang daun, kadang-kadang memanjang sepanjang daun. Garis klorotis lebih cepat mengering daripada jaringan sekitarnya. Terjadi hambatan pertumbuhan sehingga tanaman yang sakit dapat dicabut dengan mudah. Kalau batang tanaman dibelah, tampak bahwa dalam berkas-berkas pembuluh terdapat blendok yang berwarna kuning sampai merah tua (Pieretti et al., 2009). X. albilineans dapat menyebabkan tiga fase yang berbeda dari infeksi dan simtomatologi tebu: laten (tidak ada gejala), kronis, dan akut (Ricaud dan Ryan, 1989; Rott dan Davis, 2000; Saumtally dan Dookun, 2004). Ekspresi gejala dan keparahan berkaitan dengan tingkat resistensi kultivar, kondisi lingkungan, dan keagresifan patogen. Fase kronis ditandai dengan gejala yang berbeda-beda dalam tingkat keparahan, termasuk garis-garis memanjang putih sepanjang urat daun disebut "garis pensil", klorosis daun atau pemutihan, daun nekrosis awalnya sepanjang garis pensil, kemudian berkembang tidak normal dari sisi tunas sampai pada batang, perubahan warna kemerahan dari pembuluh, layu, dan kemudian mati (Birch, 2001; Ricaud dan Ryan, 1989; Rott dan Davis, 2000; Saumtally dan Dookun, 2004). Gejala bisa disebabkan karena penyumbatan xilem oleh bakteri dari limbah metabolik yang dihasilkan (Birch, 2001), sedangkan pemutihan, klorosis dan nekrosis berhubungan dengan perubahan sel yang disebabkan oleh racun albicidin yang diproduksi oleh patogen. Albicidin adalah phytotoxin yang menghambat replikasi DNA dan pengembangan blok plastida (Hashimi, et al. 2008).
Gambar 1. Gejala serangan Sumber : Foto Langsung Faktor- faktor yang mempengaruhi penyakit Di pertanaman tebu gejala penyakit mula-mula terlihat lebih kurang enam minggu sampai dua bulan setelah penanaman. Ada kalanya tanaman yang sakit hanya tampak sedikit merana, bahkan ada yang tampak menjadi sehat kembali, terutama jika hujan turun dengan teratur. Pada saat ini tanaman tadi sukar dibedakan dari tanaman yang benar-benar sehat. Gejala pada daun akan terlihat lagi pada saat musim kering mulai (Pieretti et al., 2009). Menurut Davis et al. (1997) setelah baru-baru ini wabah di Mauritius, Guadeloupe, dan Florida, penyebaran X. albilineans dapat melalui udara, selain ditemui penyebaran yang biasa dengan cara mekanis. France (2007) melaporkan patogen menyerang xilem, ditransmisikan dalam stek, mekanis, dan dengan hujan yang tertiup angin. Penyakit terutama menular dengan perantara parang yang dipakai untuk memotong setek-setek tebu. Bakteri yang berada dalam tanah dapat menginfeksi tanaman melalui akar-akar tetapi penularan dengan cara ini tidak mempunyai arti yang penting, karena bakteri tidak dapat bertahan lama dalam tanah (Semangun, 2008). Mikroorganisme Endofit Endofit merupakan asosiasi antara mikroorganisme dengan jaringan tanaman. Tipe asosiasi biologis antara mikroorganisme endofit dengan tanaman
inang bervariasi mulai dari netralisme, komensalisme sampai mutualisme. Netralisme, dimana kedua pihak tidak saling diuntungkan maupun dirugikan. Interaksi antar kedua spesies tidak menyebabkan keuntungan maupun kerugian bagi keduanya. Komensalisme adalah di mana pihak yang satu mendapat keuntungan tapi pihak lainnya tidak dirugikan dan tidak diuntungkan. Mutualisme adalah hubungan sesama mkhluk hidup yang saling menguntungkan kedua belah pihak. Pada situasi ini tanaman merupakan sumber makanan bagi mikroorganisme endofit dalam melengkapi siklus hidupnya, dimana tanaman menyediakan sumber makanan untuk pertumbuhan dan perkembangbiakan mikroorganisme endofit (Carrol, 1988 ) Purwanto (2008), menambahkan bahwa mikroorganisme endofit akan mengeluarkan suatu metabolit sekunder yang merupakan senyawa antibiotik. Metabolit sekunder merupakan senyawa yang disintesis oleh suatu mikroba, tidak untuk memenuhi kebutuhan primernya (tumbuh dan berkembang) melainkan untuk mempertahankan eksistensinya dalam berinteraksi dengan lingkungannya. Keberadaan Endofit Beberapa ahli telah mengisolasi dan meneliti endofit dari berbagai tanaman diantaranya tanaman obat (Tan dan Zou, 2001), tanaman perkebunan (Zinniel et al., 2002), dan tanaman-tanaman hutan (Strobel, 2002; Suryanarayanan et al., 2003). Dari sekitar 300.000 jenis tanaman yang tersebar dimuka bumi ini, masing-masing tanaman mengandung satu atau lebih mikroorganisme endofit yang terdiri dari bakteri dan fungi (Strobel dan Daisy, 2003). Menurut Strobel dan Daisy (2003), endofit di daerah tropis dengan jumlah yang tinggi menghasilkan senyawa metabolit sekunder yang aktif dalam jumlah yang lebih banyak dibandingkan dengan endofit tanaman-tanaman yang ada di daerah subtropis.
Manfaat Mikroba Endofit Menurut Susilawati et al. (1992), pemanfaatan mikroba endofitik dalam memproduksi senyawa aktif memiliki beberapa kelebihan, antara lain (1) lebih cepat menghasilkan dengan mutu yang seragam, (2) dapat diproduksi dengan skala yang besar, (3) kemungkinan diperoleh komponen bioaktif baru dengan memberikan kondisi yang berbeda. Beberapa tahun terakhir ini, penggalian sumber daya mikroba yang terdapat di dalam jaringan tumbuhan (mikroba endofitik) mulai banyak mendapat perhatian. Mikroba tersebut mulai dipelajari untuk berbagai tujuan, karena mikroba endofitik yang berasal dari tumbuhan tersebut masih banyak yang belum diketahui karakter dan potensinya, khususnya di Indonesia (Clay, 1988; Melliawati et al., 2006). Bakteri atau fungi tersebut dapat menghasilkan senyawa metabolit yang dapat berfungsi sebagai antibiotika (antifungi/antibakteri), antivirus, antikanker, antidiabetes, antimalaria, antioksidan, antiimmunosupresif (Strobel dan Daisy, 2003), antiserangga (Azevedo et al, 2000), zat pengatur tumbuh (Tan dan Zou, 2001) dan penghasil enzim-enzim hidrolitik seperti amilase, selulase, xilanase, ligninase (Choi et al, 2005), kitinase (Zinniel et al, 2002). Mekanisme Kerja Endofit Bakteri dan jamur endofit biasanya masuk pertama kali melalui perakaran sekunder dengan mengeluarkan enzym selulase atau pektiase (Agarwal dan Shende, 1987), atau bagian atas tanaman seperti batang, bunga, radikel kecambah, stomata ataupun kotiledon dan daun yang sobek. Bakteri kemudian berkoloni di titik tempat dia masuk atau menyebar ke seluruh bagian tanaman (Halmann et al., 1997) hidup dalam sel, ruang interseluler atau dalam sistem pembuluh. Sumber
inokulum jamur endofit umumnya spora yang terbang di udara, namun bisa juga ditularkan melalui biji atau vektor serangga (Ghimire dan Hyde, 2004; Aly et al., 2011). Bellone dan Silvia (2012) melaporkan bahwa baik bakteri endofit Azospirillum brasiliense maupun mikoriza Glomus masuk ke dalam jaringan tanaman tebu melalui akar lateral yang baru tumbuh, kemudian berkembang di dalam jaringan dan merubah dinding sel untuk memfasilitasi endofit lain mengkolonisasi. Mekanisme jamur endofit dalam meningkatkan pertumbuhan tanaman adalah melarutkan fosfat dan fiksasi nitrogen. Menurut Rao (1994) mikroorganisme yang dapat mengubah fosfat tidak larut dalam tanah menjadi bentuk larut dengan jalan mensekresikan asam organik tertentu. Contoh asam organik tersebut antara lain asam asetat, propionat, laktat dan suksinat. Jenis jamur yang umum dikelompokkan ke dalam kelompok ini adalah jamur berfilamen seperti Aspergillus dan Penicillium. Mekanisme endofit dalam merangsang pertumbuhan tanaman belum jelas, kecuali beberapa spesies memiliki kemampuan dalam memproduksi fitohormon seperti etielen, auksin, sitokinin (Bacon dan Hinton 2002) atau meningkatkan kemampuan tanaman dalam menyerap hara (Hallmann et al.,1997). Usaha untuk mendapatkan senyawa antibiotik tersebut dilakukan dengan proses fermentasi. Dalam proses tersebut, mikrorganisme endofit akan mengeluarkan suatu metabolit sekunder yang merupakan senyawa antibiotik itu sendiri. Metabolit sekunder merupakan senyawa yang disintesis oleh suatu mikroba, tidak untuk memenuhi kebutuhan primernya (tumbuh dan berkembang) melainkan untuk mempertahankan eksistensinya dalam berinteraksi dengan lingkungannya. Metabolit sekunder yang dihasilkan oleh mikroorganisme endofit
merupakan senyawa antibiotik yang mampu melindungi tanaman dari serangan hama insekta, mikroba patogen, atau hewan pemangsanya, sehingga dapat dimanfaatkan sebagai agen biokontrol (Wahyudi, 1997; Sumaryono, 1999).
Jamur Endofit Jamur endofit adalah jamur yang terdapat di dalam sistem jaringan tumbuhan, seperti daun, bunga, ranting ataupun akar tumbuhan (Clay, 1988). Jamur ini menginfeksi tumbuhan sehat pada jaringan tertentu dan mampu menghasilkan mikotoksin, enzim serta antibiotika (Carrol, 1988; Clay, 1988). Ditinjau dari sisi taksonomi dan ekologi, jamur ini merupakan organisme yang sangat heterogen. Petrini et al. (1992) menggolongkan jamur endofit dalam kelompok Ascomycotina dan Deuteromycotina. Keragaman pada jasad ini cukup besar seperti pada Loculoascomycetes, Discomycetes dan Pyrenomycetes. Strobell et al. (1996) mengemukakan bahwa jamur endofit meliputi genus Pestalotia, Pestalotiopsis, Monochaetia dan lain-lain. Sedangkan Clay (1988) melaporkan bahwa jamur endofit dimasukkan dalam famili Balansiae yang terdiri dari 5 genus yaitu Atkinsonella, Balansiae, Balansiopsis, Epichloe dan Myriogenospora. (Bacon, 1991; Petrini et al., 1992; Rao, 1994). Interaksi Jamur Endofit dengan Tanaman Jamur endofit bersifat simbiosis mutualisme dengan tanaman inangnya. Manfaat yang diperoleh dari tanaman inang yakni meningkatkan laju pertumbuhan tanaman inang, tahan terhadap serangan hama, penyakit dan kekeringan. Selain itu, jamur endofit dapat membentuk proses penyerapan unsur
hara yang dibutuhkan oleh tanaman untuk proses fotosintesis dan hasil fotosintesis dapat digunakan oleh jamur untuk mempertahankan kelangsungan hidupnya. Hubungan yang erat antara jamur endofit dan tanaman inangnya yakni transfermateri genetik satu dengan lainnya (Hidayahti, 2010). Mikroba endofit dalam jaringan tanaman memperoleh nutrisi dan perlindungan dari inang, sebaliknya mikroba endofit membantu kehidupan inang dengan cara memproduksi metabolit yang dibutuhkan inang tersebut. Tanaman yang mengandung endofit sering tumbuh lebih cepat dari tanaman yang tidak terinfeksi. Efek ini terjadi karena endofit memproduksi fitohormon seperti indole-3-acetic acid (IAA), sitokinin, dan senyawa pemacu pertumbuhan lain. Selain itu endofit dapat membantu inang dalam mengambil nutrisi seperti nitrogen dan fosfor (Tan dan Zou, 2001). Mikroba endofit juga mampu meningkatkan kemampuan adaptasi inang terhadap stress lingkungan dan ketahanan terhadap fitopatogen, herbivora, cacing, serangga pemakan inang, serta bakteri dan fungi patogen. Endofit yang tumbuh pada rerumputan biasanya menambah toleransi terhadap kekeringan (Faeth dan Fagan, 2002). Banyak endofit menginfeksi lokal bagian tanaman, yang terbatas pada jaringan kecil tanaman. Hal ini didukung oleh fakta bahwa seringnya beberapa spesies endofit menyembuhkan bagian berbeda dari tanaman yang sama. Dalam kontrasnya, spesies Neotyphodium dan Epichlöe secara sistematis menginfeksi ruang interseluler dari daun, batang reproduktif, dan benih dari tanaman inangnya. Endofit dapat menginfeksi tanaman dengan pertolongan transmisi horizontal, ketika inokulumnya diangkut ke bagian tanaman lain, atau secara vertikal ketika endofit menginfeksi benih dari tanaman yang terinfeksi. Studi membuktikan bahwa hasil dari serangan beberapa patogen mungkin tergantung pada asosiasi
endofit dengan inangnya. Oleh karena itu, sekumpulan jenis endofit ditentukan oleh kehadiran organisme dengan aplikasi potensial untuk mengendalikan penyakit pada jenis tanaman yang sama. Oleh karenanya, endofit mungkin memiliki suatu peranan penting dalam adaptasinya tumbuhan kepada kondisi lingkungan tertentu. Sebagai tambahan, mereka menghadirkan suatu kelompok organisme dengan potensi sangat baik yang diaplikasikan untuk meningkatkan dan mengendalikan penyakit tanaman (Zabalgogeazcoa, 2008). Jamur Endofit sebagai Penghasil Antibiotik Antibiotik merupakan komponen antimikroorganisme yang dihasilkan secara alami oleh organisme dan bersifat toksik bagi mikroalga, bakteri, fungi, virus atau protozoa. Antibiotik bila dimaksudkan untuk kelompok organisme yang khusus maka sering digunakan istilah-istilah seperti antibakteri, antifungi, dan sebagainya (Setyaningsih, 2004). Ada dua cara antibiotik dalam menghambat pertumbuhan mikroorganisme yaitu sebagai bakteriostatis (menghambat pertumbuhan mikroorganisme namun tidak membunuhnya) dan bakteriosidal (mampu membunuh beberapa mikrooorganisme). Menurut Suwandi (1989), sekitar 800 jenis antibiotik dihasilkan oleh fungi. Fungi dari genus Aspergillus dan Penicilin lebih sering memproduksi antibiotik. Suwandi (1989) menyatakan bahwa fungi penghasil antibiotik yang terkenal diantaranya adalah Penicilium menghasilkan penisilin, griseofulvin, Cephalosporium menghasilkan sefalosporin, serta beberapa fungi lain seperti Aspergillus menghasilkan fumigasin, Chaetomium menghasilkan chetomin, Fusarium menghasilkan javanisin dan Trichoderma menghasilkan gliotoxin. Di bawah permukaan air, kultur P. urticae memproduksi antibiotik patulin dan griseofulvin yang tumbuh pada media glukosa-nitrat (Sekiguchi dan Gaucher,
1977). Fungi dermatofita telah lama diketahui menghasilkan suatu senyawa antibiotik. Produksi antibiotik dari dermatofyta pertama kali diteliti oleh Nakumura 1931, yang menemukan aktivitas antibakteri dari jenis Trichophyton (Kheira et al., 2007). Fungi penghasil antibiotik yang terkenal salah satunya adalah Penicilium. Penisilin merupakan antibiotik modern yang pertama, paling bermanfaat serta paling luas penggunaannya. Penisilin dihasilkan selama pertumbuhan dan metabolisme Penicillium notatum (Pelczar dan Chan, 2005). Penicillium chrysogenum juga dapat menghasilkan antibiotik penisilin, mikroorganisme ini mempunyai spektrum yang sangat luas terhadap bakteri dan beberapa jamur (Sri et al., 2000). Penisilin ditemukan oleh Alexander Fleming pada tahun 1929. Fleming memperlihatkan bahwa pada suatu cawan agar yang diinokulasikan dengan Staphylococcus aures telah terkontaminasi oleh sejenis jamur dan koloni jamur tersebut dikelilingi oleh suatu zona yang jernih, menunjukkan adanya penghambatan pertumbuhan bakteri (Pelczar dan Chan, 2005). Penisilin merupakan suatu kelompok persenyawaan dengan struktur yang sekerabat dan sifat-sifat serta aktivitas yang agak berbeda. Semua penisilin mempunyai inti yang sama yaitu cincin β-laktam-thiazolidin, yang memberikan sifat unik pada masing-masing penisilin adalah rantai sampingnya yang berbedabeda (Pelczar dan Chan, 2005). Antibiotik ini spesifik menghambat sintesis dinding sel bakteri, mencegah sintesis peptidoglikan yang utuh sehingga dinding sel akan melemah dan akibatnya akan mengalami lisis (Susanti dan Sri, 2004). Antibiotik lainnya yang dihasilkan oleh jamur adalah sefalosporin merupakan antibiotik yang dihasilkan oleh Cephalosporium acremonium,
