EL-VIVO Vol.3, No.1, hal 6 – 10, April 2015
ISSN: 2339-1901 http://jurnal.pasca.uns.ac.id
ISOLASI DAN UJI AKTIVITAS BAKTERI ICE NUCLEATION ACTIVE PADA TUMBUHAN BERDAUN JARUM DI JALUR PENDAKIAN CEMORO SEWU GUNUNG LAWU Arti Wahyu Utami1, 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. Bakteri Ice Nucleation Active (INA) adalah bakteri yang menyebabkan luka beku (frost injury) pada tanaman. Pada perkembangannya sekarang, bakteri INA berperan dalam proses biopresipitasi yaitu dapat mempengaruhi curah hujan. Gunung Lawu merupakan pegunungan hujan tropis yang kaya akan vegetasi dan mempunyai suhu relative rendah. Salah satu vegetasi yang banyak ditemukan di Gunung Lawu adalah tanaman berdaun jarum. Penelitian ini bertujuan untuk mengisolasi dan menguji aktivitas nukleasi es bakteri INA pada tumbuhan berdaun jarum di jalur pendakian Cemoro Sewu. Pengambilan sampel dilakukan dengan metode purposive sampling dalam tiga ketinggian ± 2300 m dpl ; ± 2.500 m d.p.l ; ± 2.700 m.d.p.l. Isolasi bakteri INA dilakukan dengan menggunakan media agar nutrien dan 2,5 % gliserol dan King'B. Uji aktivitas bakteri INA menggunakan metode tube freezing. Hasil penelitian menunjukkan bahwa 3 dari bakteri INA dapat diisolasi dari tumbuhan berdaun jarum di jalur pendakian Cemoro Sewu Gunung Lawu . Kata kunci : Bakteri Ice Nucleation Active ( INA ) , isolasi , aktivitas nukleasi es.
PENDAHULUAN
pembentukan es pada suhu di atas -10°C.
Bakteri adalah mikrooganisme prokariot
Bakteri INA memainkan peranan penting
bersel tunggal yang hanya dapat dilihat
dalam mengatur curah hujan. Bakteri INA
morfologinya
bantuan
di pengaruhi oleh curah hujan dan untuk
mikroskop. Keragaman bakteri dilihat
lokasi geografis aktivitas dan konsentrasi
dari berbagai sudut pandang seperti:
bakteri ini terkait dengan musim dan
morfologi, fisiologi, dan genetik. Tiap-
kimia curah hujan (Christner et al., 2008).
tiap habitat yang berbeda memberikan
Habitat
keragaman yang berbeda pula. Contoh
berada di permukaan daun atau filosfer.
habitat yang sering dihuni oleh bakteri
Total keseluruhan luas permukaan daun
adalah daun. Salah satu bakteri filosfer
yang dapat dihuni oleh bakteri 0,1-1%
yang dapat ditemukan pada permukaan
dan dari jumlah tersebut lebih dari 90%
daun adalah bakteri ice nucleation active
bakteri mati karena terpapar sinar UV
(INA) (Lindow dan Brandl, 2003).
dari matahari (Morris, 2001).
dengan
Bakteri
pembentuk
merupakan
kelompok
memiliki
kemampuan
inti
bakteri
INA
sebagian
besar
es
(INA)
Bakteri INA umumnya tumbuh pada
bakteri
yang
permukaan daun tanaman, beberapa di
mengkatalis
antaranya yang telah ditemukan adalah 6
EL-VIVO Vol.3, No.1, hal 6 – 10, April 2015
Pseudomonas viridiflava, Erwinia
syringae,
Pseudomonas
dpl. Teknik pengambilan sampel yang
fluorescens,
digunakan dalam penelitian ini adalah
Pseudomonas
herbicola
dan
ISSN: 2339-1901 http://jurnal.pasca.uns.ac.id
Xanthomonas
metode
purposive
sampling
yaitu
campestris (Edwars et al., 1994). Wahyudi
penarikan sampel dengan pertimbangan
(1995) menyatakan bahwa sebagian dari
tertentu, pertimbangan tersebut didasar-
bakteri INA secara potensial memainkan
kan pada tujuan penelitian. Penentuan
peranan
sampel menggunakan metode purposive
dalam
pembentukan
salju,
perubahan cuaca, dan pembentukan inti
sampling
es di awan serta menstimulasi terjadinya
ketinggian dan keberadaan sampel pada
hujan. Bakteri INA berpartisipasi dalam
masing-masing pengambilan sampel.
siklus dalam
biopresipitasi
yaitu
mempengaruhi
dengan
kriteria
perbedaan
membantu
pembentukan
Isolasi Bakteri
awan dan hujan (Morris et al., 2004).
Lima
Bakteri INA yang terdapat pada daun
berdaun jarum dipotong kecil dimasuk-
terbawa oleh angin ke awan dan akan
kan dalam 500 ml tabung Erlenmeyer
membantu
berisi 200 ml 0.1 M bufer fosfat dengan
dalam
mempengaruhi
gram
terjadinya hujan, sebaliknya hujan akan
pH
menguntungkan
(Waturangi dan
bagi
pertumbuhan
7.0
sampel
dan
0.1%
daun
tumbuhan
peptone
(Difco)
Amelia, 2009). Bufer
bakteri yang terdapat pada permukaan
fosfat pH 7.0 dibuat dari bahan 0,6 g
tanaman karena kebutuhannya akan air
Monosodium Phosphate (NaH2 PO4.2H2O)
terpenuhi.
dan 1,6 g Disodium Phosphate Hepta
Gunung Lawu merupakan kawasan
Hydrate
(Na2HPO4.7H2O).
Tabung
yang sangat subur, karena merupakan
Erlenmeyer yang berisi 200 ml 0.1 M
daerah tangkapan hujan. Kondisi ini
bufer fosfat dengan pH 7.0 dan 0.1%
sangat
peptone (Difco) dan 5 gr tumbuhan ber-
berpengaruh
biodiversitas
di
daun jarum dikocok pada rotary shaker
adalah
selama 2 jam dengan kecepatan 150 rpm.
tumbuhan berdaun jarum atau conifer
Setelah di shaker kemudian dilakukan
yaitu spesies dari Cupressus sp, Pinus
seri pengenceran hingga 10-3 dengan 9 ml
mercussi dan Casuarina sp.
aquades steril. Seri pengenceran diambil
Gunung
vegetasi
terhadap
Lawu,
salah
tumbuhan satunya
0,1 ml dispread plate pada media NA + METODE PENELITIAN
2,5%
Pengambilan Sampel
kemudian diinkubasi pada suhu ruang
Sampel tumbuhan berdaun jarum di jalur
selama 24 jam (King et al., 1954). Koloni
pendakian Cemoro Sewu Gunung Lawu
bakteri berbeda yang tumbuh di media
pada tiga titik ketinggian berbeda yaitu:
NAG dan media King’s B diambil dengan
2.300 m dpl, 2.500 m dpl dan 2.700 m 7
gliserol
dan
media
King’s
B
EL-VIVO Vol.3, No.1, hal 6 – 10, April 2015
ISSN: 2339-1901 http://jurnal.pasca.uns.ac.id
ose digores kembali pada media miring
ketinggian yaitu 2.300 m dpl, 2.500 m dpl
NAG dan media King’s B.
dan 2.700 m dpl. Media yang digunakan dalam isolasi bakteri INA adalah media
Uji aktivitas bakteri INA
King’s B dan media NAG. Seluruh isolat
Aktivitas bakteri INA ditentukan dengan
diuji
menggunakan metode tube-freezing yaitu
menggunakan circulating alkohol bath
memasukkan 100 µl suspensi bakteri
selama 10 menit dengan suhu
berumur 4-6 hari ke dalam supercool
sampai suhu -10ºC. Jumlah isolat fiosfer
water (Lindow et al., 1978). Supercool
yang
water dibuat dengan mengisi 400 µl
Cupressus sp, P. mercussi, dan Casuarina
buffer
microtube
sp dari 3 ketinggian yaitu 45 isolat.
kemudian disimpan di dalam circulating
Sejalan dengan pendapat Lindow (1990)
alcohol bath pada suhu -10ºC selama 30
bakteri
menit. Bakteri pada agar miring diambil
menginisiasi pembentukan inti es pada
menggunakan ose kemudian dimasukkan
suhu diatas -10ºC. Tiga isolat
dalam supercool water dan disimpan di
bakteri
dalam circulating alcohol bath pada suhu
tumbuhan berdaun jarum dapat dilihat di
-5ºC hingga -10ºC selama 15 menit. Suatu
Tabel 1.
masing-masing
ke
isolat dianggap mengandung inti es aktif
Stasiun
pada -5ºC jika supercool water yang
1
ditetesi suspensi bakteri membeku dalam waktu
15
Lindow,
menit
(Govindarajan
dan
1988).
Bakteri
INA
2 3
aktivitas
didapat
nukleasi
dari
INA
INA
isolasi
es
-5ºC
tumbuhan
umumnya
yang
nya
mampu positif
diisolasi
Jenis sampel dari tumbuhan berdaun jarum Cupressus sp
Jumlah Isolat Filosfer yang diperoleh 6
Jumlah Isolat Positif INA 2
Pinus merkussi Cupressus sp Pinus merkussi Casuarina sp Jumlah
12 6 13 8 45
1 3
pada
Kode isolat C1N-5, C1N-1 P2N-8 -
Tabel 1. Jumlah isolat bakteri yang diperoleh hasil isolasi dari daun jarum di jalur pendakian Cemoro Sewu Gunung Lawu
dikelompokkan menjadi tiga kelas yaitu kelas A membentuk inti es pada suhu > -
Dua isolat diperoleh dari sampel
2ºC hingga -5ºC, kelas B aktif pada suhu -
Cupressus sp pada stasiun 1 dan satu
5ºC hingga -7ºC, kelas C aktif pada suhu -
isolat diperoleh dari sampel P.merkussi
7ºC hingga -10ºC (Rugless et al., 1993).
pada stasiun dua. Perolehan isolat yang positif bakteri INA lebih sedikit dari
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
jumlah total isolat yang diisolasi karena
Jumlah Isolat Bakteri Ice Nucleation
pada
Active pada Sampel Tumbuhan Berdaun
mengambil 10µl sampel dalam larutan
Jarum di Jalur Pendakian Cemoro Sewu
bufer 200 ml untuk penanaman bakteri.
tahap
pengenceran
hanya
Bakteri INA diisolasi dari tiga spesies tumbuhan
berdaun
Cupressus
sp,
Casuarina
sp
jarum
Pinus yang
yaitu
mercussi
terdapat
di
Aktivitas
bakteri
INA
dan
Tumbuhan
tiga
Pendakian Cemoro Sewu 8
Berdaun
pada
Jarum
Sampel di
Jalur
EL-VIVO Vol.3, No.1, hal 6 – 10, April 2015
ISSN: 2339-1901 http://jurnal.pasca.uns.ac.id
Aktivitas nukleasi es akan terlihat ketika suspensi bakteri yang berada di dalam microtube akan membeku setelah dimasukkan kedalam circulating alcohol bath. Isolat yang positif bakteri INA dapat dilihat pada Gambar 1 dan Gambar 2.
Gambar 2. A, B : Isolat C1N-5 dan C1N-1 menunjukkan adanya aktivitas nukleasi es, C: tidak menunjukkan adanya aktivitas nukleasi es
Gambar 2 menunjukkan ada dua isolat yang mempunyai aktivitas nukleasi es yaitu isolat C1N-5 dan C1N-1, yang diperoleh
dari
sampel
Cupressus
sp.
Isolat C1N-5 dan C1N-1 diklasifikasikan Gambar 1. B : Isolat P2N-8 menunjukkan adanyaaktivitas nukleasi es A, C, D : tidak menunjukkan aktivitas nukleasi es
dalam kelas B karena isolat tersebut membeku pada suhu 7ºC. Penelitian lain yang
Isolat yang dikategorikan bakteri INA
telah
dilakukan
di
bakteri
INA
Indonesia
adalah bakteri yang mempunyai aktivitas
menunjukkan
nukleasi es. Gambar 1 menunjukkan
diisolasi dari tanaman Fragaria vesca
hanya ada satu isolat yang membeku
sebanyak 5 bakteri dan 10 bakteri INA
yaitu isolat P2N-8. Isolat yang tidak
berhasil diisolasi dari 7 spesies daun
membeku
ada
Ficus thunbergi Morinda citrifolia, Piper
aktivitas nukleasi es pada isolat tersebut.
betle, Carica papaya, Allium fistulosum,
Isolat P2N-8 merupakan isolat dari Pinus
Lactuca
mercusii. Rugless et al (1993) menjelas-
(Waturangi dan Amelia, 2009).
menunjukkan
tidak
sativa
dan
berhasil
Fragaria
vesca
kan protein INA dibagi atas tiga kelas yaitu
kelas
A,
B
dan
C.
Kelas
KESIMPULAN DAN SARAN
A
membentuk inti es pada suhu >-2ºC
Bakteri INA yang berhasil diisolasi dari
hingga -5ºC, kelas B aktif pada suhu -5ºC
tumbuhan
hingga -7ºC, kelas C aktif pada suhu -7ºC
pendakian Cemoro Sewu Gunung Lawu
hingga-10ºC. Isolat P2N-8 dari sampel P.
sebanyak 3 isolat. Isolat C1N-5 dan C1N-1
mercussi diklasifikasikan dalam kelas C
merupakan bakteri INA kelas B aktif pada
karena isolat tersebut membeku pada
suhu -5ºC hingga -7º C, sedangakan isolat
suhu -10ºC. 9
berdaun
jarum
di
jalur
EL-VIVO Vol.3, No.1, hal 6 – 10, April 2015
ISSN: 2339-1901 http://jurnal.pasca.uns.ac.id
P2N-8 merupakan bakteri INA kelas C
Morris, C.E., Gergakopoulos D.G., and Sands D.C. 2004. Ice Nucleation Active Bacteria and Their Potential Role in Precipitation. J. Phys. IV France 121:87-103. Ruggles, J.A., Marshall M.N., and Fall R. 1993. Kinetics of Appearance and Disappearance of Classes of Bacterial Ice Nucleation Support and Agregation Model for Ice Nucleus Assembly. J. Bacteriol. 175:72167221. Wahyudi, A.T. 1995. Pembentukan Inti Es oleh Bakteri. Hayati 2:55-59. Waturangi, D.E., and Amelia T. 2009. Isolation, Characterization and Genetic Diversity of Ice Nucleation Active Bacteria on Various Plants. Hayati 16 (2):54-58.
aktif pada suhu -7ºC hingga -10ºC. Perlu
dilakukan
penelitian
lebih
lanjut tentang identifikasi bakteri INA supaya diketahui spesies bakteri INA pada tumbuhan berdaun jarum di jalur pendakian Cemoro Sewu Gunung Lawu. DAFTAR PUSTAKA Christner, B.C., Cai R., Morris C.E., McCarter K.S., Foreman C.M., Skidmore M.L., Montross S.N., and Sands D.C. 2008. Geographic, Seasonal, and Presipitation Chemistry Influence on The Abudance and Activity of Biological Ice Nucleators in Rain and Snow. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 105 (48): 16. Edwards, 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. Govindarajan, A.G., and Lindow S.E. 1988. Size of Bacterial Ice Nucleation Sites Measured in Situ Low Radiation Inactivtion Analysis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 58: 1334-1338. King, E.O., Ward M.K., and Raney E.D. 1954. Two simple media for the demonstration of pyocyanin and fluorescein. Journal of Laboratory and Clinical Medicine 44: 301-307 Lindow, S.E., Amy D.C., and Upper C.D. 1978. Distribution of Ice Nucleat- ion Active Bacteria on Plants in Nature. Appl. Environ. Microbiol. 36: 1-838. Lindow, s.E.1990. Bacterial Ice nucleation activity.p 428-434.inZ. clement, K.Rudolp and DC Sand (Ed). Methods in Phytobacteriology. Budapest: academiai Kiodo. Lindow, S.E., and Brandl,M.T.2003. Microbiology of the phylospere. Appl Environ Microbiol 69:1875-1883. Morris, C.E. 2001. Encyclopedia for Life Sciences. Nature Publishing Group, London. 10
