EFEK FITOHORMON PGPR TERHADAP PERTUMBUHAN TANAMAN JAGUNG (Zea mays) Nini Mila Rahni Dosen Agroteknologi Universitas Haluoleo BTN Batu Marupa Indah Blok D No. 16 Email :
[email protected]
Abstract Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR) is hyper Rhizobakteri growing plants, which are groups of beneficial bacteria that actively colonize rizosfir. Plant growth hormones will meet their needs through the ability to get from rizosfir and filosfir as a result of the activity of PGPR in synthesising fitohormon. In the rhizosphere zone, the interaction of plants with PGPR has a very important role in maintaining soil biological environment. One of the most common ways how PGPR increase nutrient capture by plants that alter plant hormone levels. The purpose of this article shows the effect of PGPR on plant growth fitohormon corn. Some of the genus Pseudomonas, Azotobacter, Bacillus, and Seratia identified as PGPR fitohormon producer that can improve plant growth and yield of maize.
Keywords: PGPR, fitohormon, corn. PENDAHULUAN Rhizobakteri pemacu tumbuh tanaman yang lebih popular disebut Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR) merupakan kelompok bakteri menguntungkan yang secara aktif mengkolonisasi rizosfir. PGPR berperan penting dalam meningkatkan pertumbuhan tanaman, hasil panen dan kesuburan lahan (Wahyudi, 2009). Secara langsung, PGPR merangsang pertumbuhan tanaman dengan menghasilkan hormon pertumbuhan, vitamin dan berbagai asam organik serta meningkatkan asupan nutrien bagi tanaman. Pertumbuhan tanaman ditingkatkan secara tidak langsung oleh PGPR melalui kemampuannya dalam menghasilkan antimikroba patogen yang dapat menekan pertumbuhan fungi penyebab penyakit tumbuhan (fitopatogenik) dan siderophore (Hindersah dan Simarmata, 2004; McMillan, 2007; Ashrafuzzaman et al. 2009; Yazdani et al. 2009). Berbagai jenis bakteri telah diidentifikasi sebagai PGPR. Sebagian besar berasal dari kelompok gram-negatif dengan jumlah strain paling banyak dari genus Pseudomonas dan beberapa dari genus Serratia. Selain kedua genus tersebut, dilaporkan antara lain genus Azotobacter, Azospirillum, Acetobacter, Burkholderia, Enterobacter, Rhizobium, Erwinia, Flavobacterium dan Bacillus (Wahyudi, 2009).
Meskipun sebagian besar
Bacillus (gram-positif) tidak tergolong pengkoloni akar, beberapa strain tertentu dari genus ini ada yang mampu melakukannya sehingga bisa digolongkan PGPR.
CEFARS : Jurnal Agribisnis dan Pengembangan Wilayah Vol. 3 No. 2 Juni 2012
27
Beberapa genus bakteri terseleksi mampu menstimulasi pertumbuhan, baik tanaman legum maupun yang bukan legum pada skala lapangan. Bakteri tersebut terbukti memproduksi fitohormon, yaitu auksin, sitokinin, giberelin, etilen dan asam absisat. Streptomyces griseoviridis mampu memproduksi auksin dan IAA secara in vitro yang berperan menstimulasi pertumbuhan tanaman.
Pseudomonas fluorescens dilaporkan
menghasilkan IAA yang juga dapat merangsang pertumbuhan akar jagung pada kondisi hidroponik (Aryantha et al. 2004; Glick dan Penrose, 2004; Ana et al. 2011). Artikel ini bertujuan memperlihatkan efek fitohormon PGPR terhadap pertumbuhan tanaman jagung, yang memperlihatkan kemampuan PGPR sebagai agen hayati melalui kapasitasnya dalam memproduksi fitohormon.
FUNGSI DAN MEKANISME Secara umum, fungsi PGPR dalam meningkatkan pertumbuhan tanaman dibagi dalam tiga kategori yaitu : (1) sebagai pemacu/perangsang pertumbuhan (biostimulan) dengan mensintesis dan mengatur konsentrasi berbagai zat pengatur tumbuh (fitohormon) seperti IAA, giberelin, sitokinin dan etilen dalam lingkungan akar; (2) sebagai penyedia hara (biofertilizer) dengan menambat N2 dari udara secara asimbiosis dan melarutkan hara P yang terikat di dalam tanah; (3) sebagai pengendali pathogen berasal dari tanah (bioprotectans) dengan cara menghasilkan berbagai senyawa atau metabolit anti pathogen seperti siderophore, β-1,3-glukanase, kitinase, antibiotik dan sianida (Mcmillan, 2007; Husein et al. 2008; Egamberdiyev, 2007; Yolanda et al. 2011). Dalam beberapa kasus, satu train PGPR dapat memilki kemampuan lebih dari satu kategori fungsi, sehingga fungsi perangsang pertumbuhan dan penyedia hara (fungsi langsung) dan fungsi pengendali patogen (fungsi tidak langsung) menjadi satu kesatuan yang tidak terpisahkan (Wahyudi, 2009).
Tanaman yang perakarannya berkembang
dengan baik akan efisien menyerap unsur hara sehingga tanaman tidak mudah terserang patogen. Mekanisme PGPR dalam memacu atau meningkatkan pertumbuhan tanaman belum sepenuhnya dipahami. Hal ini terkait dengan kompleksitas peran PGPR bagi pertumbuhan tanaman dan beragamnya kondisi fisik, kimia dan biologi di lingkungan rizosfir.
Namun diyakini bahwa proses pemacuan tumbuh tanaman dimulai dari
keberhasilan PGPR dalam mengkolonisasi rizosfir (Bhatnagar dan Bhatnagar, 2005).
CEFARS : Jurnal Agribisnis dan Pengembangan Wilayah Vol. 3 No. 2 Juni 2012
28
Gambar 1 Spektrum Mekanisme Peningkatan Pertumbuhan Tanaman oleh PGPR. Peningkatan Pengaruh Positif PGPR secara Langsung terhadap Pertumbuhan Tanaman
Fitohormon - Biosimultan Penyediaan Unsur Hara - Pupuk Hayati Pengendalian Patogen - Bioprotektan Sumber : Tenuta, 2006
Lingkungan rizosfir yang dinamis dan kaya akan sumber energi dari senyawa organik yang dikeluarkan oleh akar tanaman (eksudat akar) merupakan habitat bagi berbagai jenis mikroba untuk berkembang dan sekaligus sebagai tempat pertemuan dan persaingan mikroba. Tiap tanaman mengeluarkan eksudat akar dengan komposisi yang berbeda-beda sehingga berperan juga sebagai penyeleksi mikroba; meningkatkan perkembangan mikroba tertentu dan menghambat perkembangan mikroba lainnya (Husen et al. 2008). Semakin banyak eksudat akar, akan semakin besar jumlah dan keragaman mikroba. Tabel 1
Karakter Fungsional Beberapa Isolat PGPR yang Diisolasi dari Tanah dan Rizosfir Terkait dengan Fungsi Pemacu Pertumbuhan Tanaman
Identifikasi dengan FAME (fatty acid methyl ester) GN1102 Pseudomonas fluorescens GN1212 Pseudomonas chlororaphis GW2103 Flavobacterium GW1206 indologenes GN1210 Bacillus laterosporus GN2214 Bacillus thuringiensis LC3316 Pseudomonas pickettil LN1118 Acinetobacter baumannii GW2306 Bacillus megaterium (Belum diidentifikasi) Isolat
Reakasi Gram + + + -
1 + + + -
Karakter Fenotip (Fungsional) 2 3 4 5 6 7 8 - + - - - - + + - - - - + - - + - - - + - - - - - - - - - + - + + - + - - - + - - - - - - + - - - + - - - + - + -
9 + + + + + + + + +
Sumber : Husen et al., 2008 Keterangan : 1 = Produksi IAA; 2 = Produksi ACC deaminase; 3 = Pelarutan P; 4 = Aktivitas nitrogenase; 5 = Produksi siderphore; 6 = Produksi kitinase; 7 = Produksi glukanase; 8 = Produksi sianida; 9 = Prototropi biotin. Kemampuan menghasilkan pektinase dan selulase negative untuk semua isolate.
Kompleksitas mekanisme PGPR memacu pertumbuhan tanaman telah banyak dilaporkan. Pada awalnya para ahli percaya bahwa peningkatan pertumbuhan tanaman yang diinokulasi dengan Azotobacter dan Azospirillum disebabkan oleh sumbangan
CEFARS : Jurnal Agribisnis dan Pengembangan Wilayah Vol. 3 No. 2 Juni 2012
29
nitrogen hasil penambatan N2. Namun kemudian diketahui bahwa ada faktor lain yang turut berperan dalam peningkatan pertumbuhan tanaman yakni hormon IAA yang dihasilkan bakteri tersebut. Peran ganda bakteri ini terkait dengan komunikasi bakteri – tanaman. Ekspresi karakter fungsional yang muncul merupakan respon terhadap kondisi fisik dan kimia di lingkungan rizosfir (Cattelan et al., 1999; Egamberdiyeva, 2007).
PRODUKSI DAN EFEK FITOHORMON Indol Acetat Acid (IAA) IAA merupakan bentuk aktif dari hormon auksin yang dijumpai pada tanaman dan berperan meningkatkan kualitas dan hasil panen. Fungsi hormon IAA bagi tanaman antara lain meningkatkan perkembangan sel, merangsang pembentukan akar baru, memacu pertumbuhan, merangsang pembungaan dan meningkatkan aktivitas enzim (Egamberdiyeva, 2007). Gambar 2 Hormon Auksin Menstimulir Perpanjangan Sel.
Sumber http://preuniversity.grkraj.org/html/6_PLANT_GROWTH_AND_DEVELOPMENT.htm, 2009.
Umumnya tanaman tidak mampu menghasilkan IAA dalam jumlah cukup untuk pertumbuhan dan perkembangannya. Beberapa strain PGPR mampu mensitesis IAA dari prekusor yang terdapat dalam eksudat akar maupun dari bahan organik. Senyawa aktif ini dapat
meningkatkan
maupun
menghambat
pertumbuhan
tanaman
tergantung
konsentrasinya (Aryantha et al. 2004). Sintesis IAA yang berlebihan oleh PGPR dapat terjadi dalam kondisi tertentu sehingga berpengaruh negatif terhadap pertumbuhan tanaman. Kondisi hyperauxiny (akumulasi
auksin atau IAA yang berlebihan dalam tanaman) dapat terjadi bila tanaman
terserang pathogen dan pathogen ini ikut serta memproduksi IAA. Dengan demikian, secara alami dalam kondisi normal, jumlah IAA yang diproduksi di lingkungan rizosfir sangat
rendah
atau sebagian dari IAA yang diproduksi berlebihan didegradasi oleh
mikroba rizosfir (Husen et al. 2008; Tenuta, 2006).
CEFARS : Jurnal Agribisnis dan Pengembangan Wilayah Vol. 3 No. 2 Juni 2012
30
Gambar 3 Rumus Bangun dari IAA
Gambar 4 Pengaruh beberapa Level IAA terhadap Fase Pertumbuhan tanaman
Sumber : http://preuniversity.grkraj.org/html/6_PLANT_GROWTH_AND_DEVELOPMENT.htm, 2009.
Egamberdiyeva (2007), melaporkan bahwa IAA dan enzim nitrogenase terbukti meningkatkan bobot kering dan pengambilan hara tanaman jagung. Asosiasi P. polymyxa dengan akar tanaman jagung meningkatkan penyerapan nitrogen, produksi sitokinin, auksin dan enzim hidrolitik (protease, lipase, pectinase dan amylase) juga melawan pertumbuhan jamur patogen seperti F. culmorum dan F. oxysporum. Wu et al. (2005), juga melaporkan bahwa inokulum Bacillus megaterium dan Bacillus mucilaginous tidak hanya meningkatkan pertumbuhan tanaman jagung, tetapi juga meningkatkan asimilasi hara tanaman (total N, P dan K). Enzim Aminocyclopropne Carboxylic Acid (ACC) Deaminase Enzim ACC deaminase berperan mengurangi pembentukan ACC yang merupakan bahan dasar pembentukan hormon etilen. Hormon etilen selain berfungsi sebagai
pemacu
tumbuh
(mempercepat
perkecambahan,
perkembangan
akar,
pembungaan dan pematangan buah) juga berperan sebagai antagonis atau modulator bagi berbagai fitohormon
untuk mencegah
pertumbuhan tanaman
yang berlebihan
(gigantisme). Sintesis ACC dipacu oleh hormon IAA dan ACC yang terbentuk akan diubah menjadi hormon etilen yang dalam jumlah besar akan menghambat perkembangan akar baru (Mullis, 1972 dalam Husen et al. 2008). Beberapa PGPR penghasil ACC deaminase selain terbukti mampu mengurangi pengaruh negatif etilen bagi pertumbuhan tanaman, juga memiliki kemampuan lain seperti melindungi tanaman dari berbagai cekaman lingkungan (genangan) dan memfasilitasi produksi senyawa organik volatile untuk fitoremediasi tanah-tanah tercemar logam berat (Glick dan Penrose, 2006). Hasil penelitian Kausar dan Shahzad (2006) dan Zahir et al. (2008), menunjukkan bahwa ACC deaminase yang dihasilkan oleh PGPR dan diinokulasikan pada benih jagung potensial memacu pertumbuhan tanaman CEFARS : Jurnal Agribisnis dan Pengembangan Wilayah Vol. 3 No. 2 Juni 2012
31
jagung meliputi pemanjangan akar, panjang akar, bobot segar bibit dan bobot segar jagung pada tanah bergaram. Gambar 5 Pengaruh ACC deaminase terhadap beberapa Parameter Pertumbuhan Jagung.
A. Perpanjangan Akar
B. Panjang Akar
C. Bobot segar
Sumber : Kausar dan Shahzad, 2006.
PENINGKATAN PERTUMBUHAN TANAMAN Peningkatan pertumbuhan tanaman (khususnya tanaman jagung) oleh PGPR dapat terjadi melalui satu atau lebih mekanisme yang terkait dengan karakter fungsional PGPR dan kondisi di lingkungan rizosfir. Karakter fungsional PGPR selain produksi fitohormon dan siderofor adalah mekanisme penambatan N secara nonsimbiotik dan pelarutan hara P. Tabel 2. Pengaruh PGPR dan PSM serta Aplikasi Pupuk terhadap Hasil dan Komponen Hasil Jagung
Sumber : Yazdani, et al. 2009.
Gambar 6 Pengaruh PGPR thdp Perkecambahan dan Indeks Vigor 7 HSP dalam kondisi invitro
Sumber : Gholami et al. 2009
Hasil penelitian Pedro et al. (1996) menunjukkan bahwa inokulasi PGPR terhadap benih meningkatkan bobot kering tanaman dan perkecambahan benih jagung pada suhu rendah. Yazdani et al. (2009) juga melaporkan bahwa inokulasi bakteri rhizobacteria terbukti
CEFARS : Jurnal Agribisnis dan Pengembangan Wilayah Vol. 3 No. 2 Juni 2012
32
efisien digunakan untuk meningkatkan pertumbuhan dan hasil biji tanaman jagung, mengurangi biaya pembelian pupuk dan mengurangi gas rumah kaca, meningkatkan ketersediaan hara N dan mengurangi kehilangan N karena pencucian. Gholami et al.(2009) melaporkan bahwa benih tanaman jagung yang diinokulasi dengan Pseudomonas, Azospirilium dan Azotobacter meningkatkan pertumbuhan dan produktivitas jagung melalui sintesis fitohormon, meningkatkan serapan hara sekitar akar, mendukung penyerapan hara melalui penurunan tingkat keracunan logam berat dan melawan patogen. Tanaman yang diinokulasi PGPR juga menunjukkan peningkatan luas daun, bobot segar tanaman serta bobot kering biji terutama bobot 100 biji dan jumlah biji pertongkol. Tabel 3 Pengaruh PGPR terhadap Karakteristik Pertumbuhan Benih Jagung 30 HST pada Kondisi Tanah yang Berbeda
Sumber : Gholami, et al. 2009.
CEFARS : Jurnal Agribisnis dan Pengembangan Wilayah Vol. 3 No. 2 Juni 2012
33
SIMPULAN Bakteri dari genus Pseudomonas, Azotobacter, Bacillus dan Seratia diidentifikasi sebagai PGPR penghasil fitohormon yang mampu meningkatkan pertumbuhan dan hasil tanaman jagung. Kemampuan PGPR dalam mensintesis fitohormon
terutama
IAA
dan
ACC
deaminase,
memfiksasi
nitrogen,
meningkatkan ketersediaan hara P dan hara lainnya serta siderofor merupakan indikator kemampuan PGPR untukk digunakan sebagai input dalam sistem pertanian yang berwawasan lingkungan. Inokulasi PGPR telah dilakukan pada benih tanaman jagung dan memperlihatkan potensi PGPR untuk meningkatkan pertumbuhan dan hasil tanaman jagung. DAFTAR PUSTAKA Ana P.G.C.M., C. Pires, H. Moreira, A.O.S.S. Range, dan P.M.L. Castro. 2011. Assessment of the Plant Growth Promotion Abilities of Six Bacterial Isolatesusing Zea mays as Indicator Plant. Soil Biology and Biochemistry. Vol. 4(2). P : 1229-1235 Aryantha, I.N.P., D.P. Lestari dan N.P.D. Pangesti. 2004. Potensi Isolat Bakteri Penghasil IAA dalam Peningkatan Pertumbuhan Kecambah Kacang Hijau pada Kondisi Hidroponik. Jurnal Mikrobiologi Indonesia. Vol. 9(2). P : 43-46. Ashrafuzzaman, M., F.A. Hossen, M.R. Ismail, M.A. Hoque, M.Z. Islam, S.M. Shahidullah dan S. Meon. 2009. Efficiency of Plant Growth-Promoting Rrhizobacteria (PGPR) for the Rice Growth. African Journal of Biotechnology. Vol.8(7). P : 1247-1252. Bhatnagar A. and Bhatnagar M. (2005) : Microbial Diversity in Desert Ecosystems. Curr. Sci. Vol.8(9). P : 91-100. Cattelan, A.J., P.G. Hartel dan J.J. Fuhrmann. 1999. Screening for Plant Growth– Promoting Rhizobacteria to Promote Early Soybean Growth. Soil Sci. Soc. Am. J. Vol.6(3). P : 1670–1680. Egamberdiyeva, D. 2007. The effect of PGPR on Growth and Nutrient Uptake of Maize in Two Different Soils. Applied Soil Ecology. Vol.36(1). P : 184-189. Glick, B.R. dan D.M. Penrose. 2004. Plant Surface Microbiology. The Use of ACC Deaminase-Containing Plant Growth-Promoting Bacteria to Protect Plants Against the Deleterious Effects of Ethylene. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. www.nuance.com Gholami, A., S. Shahsavani dan S. Nezrat. 2009. The Effect of Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR) on Germination, Seedling Growth and Yield of Maize. Proceedings of World Academy of Science, Engineerring and Technology. Vol.3(7). P : 2070-3740. Hindersah, R. dan T. Simarmata. 2004. Artikel Ulas Balik. Potensi Rizobakteri Azotobacter dalam Meningkatkan Kesehatan Tanah. Jurnal Natur Indonesia. Vol.5(2). P : 127-133.
CEFARS : Jurnal Agribisnis dan Pengembangan Wilayah Vol. 3 No. 2 Juni 2012
34
Husen, E., R. Saraswati dan R.D. Hastuti. Tanaman. www.nuance.com
2008.
Rizobakteri Pemacu Tumbuh
McMillan, S. 2007. Promoting Growth with PGPR. Soil Foodweb. Canada Ltd. Soil Biology Laboratory and Learning Centre. Pedro, V., L. Cleuza, Y. Yano, M. Itamar dan K. Yoshimasa. 1996. Characterization of Plant Growth-Promoting Rhizobacteria from Maize under Low Temperature. Japan Collection of Microorganisms, The Institute of Physical and Chemical Research,Japan. Wahyudi, A.T. 2009. Rhizobacteria Pemacu Pertumbuhan Tanaman : Prospeknya sebagai Agen Biostimulator & Biokontrol. Nano Indonesia. www.nuance.com Tenuta, M. 2006. Plant Growth Promoting Rhizobacteria: Prospects for Increasing Nutrient Acquisition and Disease Control. Department of Soil Science, University of Manitoba.
[email protected] Yazdani, M.A. Bahmanyar, H. Pirdashti dan M.A. Esmaili. 2009. Effect of Phosphate Solubilization Microorganisms (PSM) and Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR) on Yield and Yield Components of Corn (Zea mays L.). Proceedings of World Academy of Science, Engineerring and Technology. Vol.3(7). P : 90-92. Yolanda, E.M.G., D.J. Hernandez, C.A. Hernandez, M.A.M. Esparza, M.B. Cristales, L.F. Ramirez, R.D.M. Contreras dan J.M. Rojas. 2011. Growth Response of Maize Plantlets Inoculated with Enterobacter spp., as a Model for Alternative Agriculture. Revista Argentina de Microbiología. Vol.4(3). P : 287-293 Zahir, Z.A., M. Arshad dan B. Shaharoona. 2008. Screening of ACC deaminase Containing Rhizobacteria for Growth Promoting in Zea mays under Axenic Condition. Institute of Soil & Environmental Sciences, University of Agriculture, Faisalabad, Pakistan. www.nuance.com
CEFARS : Jurnal Agribisnis dan Pengembangan Wilayah Vol. 3 No. 2 Juni 2012
35
