PENGEMBANGAN METODE DETEKSI CEPAT Aspergillus flavus Link. DAN Fusarium sp. PADA BENIH PADI MENGGUNAKAN LASER-INDUCED FLUORESCENCE
ARINY PRASETYA
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Pengembangan Metode Deteksi Cepat Aspergillus flavus Link. dan Fusarium sp. pada Benih Padi Menggunakan Laser-Induced Fluorescence adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini. Bogor, Desember 2008 Ariny Prasetya NRP A451064024
ABSTRACT ARINY PRASETYA. The Development of Rapid Detection Method for Aspergillus flavus Link. and Fusarium sp. on Rice Seed Using Laser-Induced Fluorescence. BONNY POERNOMO WAHYU SOEKARNO dan AKHIRUDDIN MADDU. Rice as a food crop provides high economical value in Indonesia and many other countries. Seed is one of important commodity which is being constraint factor in rice production system. Seed quality will determine the value of an agricultural production, because of that seed is a commodity which has high economical value. The rice crop is known to be attacked by many microbial infections or contaminations. Fungi have been reported to cause more diseases of rice than any other group of pathogens. Fusarium sp. is one of fungi that infects rice crop in field, while Aspergillus flavus Link. spoils rice grains in storage. Seed health tetsting is done in order to prevent or to minimize risks caused by seed-borne pathogens. Ideally, the seed health testing should be accurate, specific, sensitive, fast, practical, cheap, and reliable. One of potential technology can be developed as detection method is laser-induced fluorescence. This study is aimed to develop rapid detection protocol by laser-induced fluorescence mechanism. The result of the this study is expected in the future fluorescence spectroscopy using laser light could be used as easy, cheap, fast, and accurate seed health testing method. The research was conducted in Mycology Laboratory of Plant Protection Department and Biophysics Laboratory Physics Department, Bogor Agricultural Institute, started from April 2008 until November 2008. This research covered (1) research preparation to obtain pure isolates of A. flavus and Fusarium sp., (2) calibration of laser-induced fluorescence which covered measurement wavelength of metabolite produced by A. flavus and Fusarium sp.; and laser-induced fluorescence calibration of metabolite of A. flavus and Fusarium sp. as standard fungi metabolite, and (3) detection of A. flavus and Fusarium sp. on rice seed which covered fungi growth media modification as standard media to measure the wavelength of fungi metabolite; and laser-induced fluorescence application to detect A. flavus and Fusarium sp. on PDA media. The result of this study showed that laser induced fluorescence could detect fluorescence emission of metabolite of A. flavus and Fusarium sp. after rice seeds were incubated for 4 days. Metabolite of A. flavus produced blue fluorescence at 424-427 nm and metabolite of Fusarium sp. produced blue fluorescence at 427 nm when exposed to violet light (405 nm). A. flavus and Fuarium sp. displayed typical fluorescence emission spectra which differ from fluorescence emission spectra of growth medium PDA (448 nm and 485 nm). The results indicate that specific fluorescence emission spectra have been identified which permit detection method of fungal infection on rice seed using laser-induced fluorescence. Keywords: rice seed, detection, Aspergillus flavus, Fusarium sp., laser-induced fluorescence
RINGKASAN ARINY PRASETYA. Pengembangan Metode Deteksi Cepat Aspergillus flavus Link. dan Fusarium sp. pada Benih Padi Menggunakan Laser-Induced Fluorescence. BONNY POERNOMO WAHYU SOEKARNO dan AKHIRUDDIN MADDU. Padi merupakan tanaman pangan yang memiliki nilai ekonomi tinggi dan sebagai komoditas politik. Berbagai upaya dilakukan pemerintah untuk mencapai target produksi padi sehingga dapat mengimbangi kenaikan konsumsi beras sebesar 2% yang disebabkan oleh pertambahan jumlah penduduk dan peningkatan konsumsi beras per kapita. Benih merupakan salah satu komponen utama yang menjadi faktor pembatas dalam sistem produksi padi. Kualitas benih akan menentukan nilai ekonomi suatu produksi pertanian, sehingga benih merupakan komoditas yang bernilai ekonomi tinggi. Dewasa ini telah dilaporkan berbagai mikroorganisme penyebab penyakit pada tanaman padi terbawa dan tertular melalui benih. Cendawan merupakan kelompok mikroorganisme penyebab penyakit (patogen) utama pada padi. Fusarium sp. merupakan salah satu cendawan patogen yang terbawa benih dan menimbulkan penyakit saat padi ditanam di lapang, sedangkan Aspergillus flavus Link. merupakan salah satu cendawan yang merusak benih di penyimpanan. Salah satu langkah utama untuk mencegah atau mengurangi resiko akibat penyakit atau patogen terbawa benih adalah dilakukan pengujian kesehatan benih. Persyaratan utama dalam pengujian kesehatan benih adalah akurat, spesifik, sensitif, cepat, praktis, murah, dan dapat dipercaya. Salah satu teknologi yang sangat potensial dikembangkan untuk deteksi cendawan patogen terbawa benih adalah laser-induced fluorescence. Pemanfaatan fluorescen menggunakan sinar laser (laser-induced fluorescence) untuk deteksi cendawan patogen tumbuhan dikembangkan karena cendawan patogen diketahui menghasilkan metabolit tertentu yang akan menghasilkan emisi fluorescen sangat spesifik apabila dikenai cahaya near ultraviolet atau ultraviolet. Proses fluorescen diawali oleh adanya absorbsi energi cahaya oleh suatu molekul. Selanjutnya, molekul akan memanfaatkan tambahan energi tersebut untuk mengangkat elektron sehingga mencapai keadaan tereksitasi. Molekul akan melepaskan sisa energi, salah satunya, dengan memancarkan cahaya dalam bentuk fluorescen. Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan protokol deteksi cepat cendawan patogen tumbuhan melalui mekanisme laser-induced fluorescence. Hasil penelitian ini diharapkan di masa depan spektroskopi fluorescen menggunakan sinar laser dapat dimanfaatkan sebagai metode pengujian kesehatan benih yang cepat, mudah, murah, dan akurat. Penelitian telah dilaksanakan di Laboratorium Cendawan Departemen Proteksi Tanaman dan Laboratorium Biofisika Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor, dari April 2008 hingga November 2008. Penelitian ini meliputi (1) persiapan penelitian untuk mendapatkan isolat murni A. flavus dan Fusarium sp., (2) kalibrasi laserinduced fluorescence, meliputi pengukuran panjang gelombang metabolit yang dihasilkan dari isolat cendawan A. flavus dan Fusarium sp.; dan kalibrasi laserinduced fluorescence metabolit A. flavus dan Fusarium sp. sebagai metabolit cendawan standar, dan (3) deteksi A. flavus dan Fusarium sp. pada benih padi, meliputi modifikasi media tumbuh cendawan sebagai media standar untuk pengukuran panjang gelombang metabolit cendawan dan aplikasi laser-induced fluorescence untuk deteksi A. flavus dan Fusarium sp. pada media PDA.
Hasil penelitian adalah laser-induced fluorescence dapat mendeteksi metabolit A. flavus dan Fusarium sp. pada benih padi setelah diinkubasikan selama empat hari. Metabolit A. flavus menghasilkan fluorescen biru pada panjang gelombang 424-427 nm, sedangkan metabolit Fusarium sp. menghasilkan fluorescen biru pada panjang gelombang 427 nm ketika dipapari sinar laser violet (405 nm). A. flavus dan Fusarium sp. memiliki spektrum emisi fluorescen tertentu yang berbeda dengan spektrum emisi fluorescen media PDA (448 nm dan 485 nm). Aplikasi laser-induced fluorescence berpotensi untuk dikembangkan sebagai dasar metode deteksi cepat cendawan patogen tumbuhan yang cepat, mudah, spesifik, tidak merusak, dan akurat. Kata kunci: benih padi, deteksi, Aspergillus flavus, Fusarium sp., laser-induced fluorescence
@ Hak cipta milik IPB, tahun 2008 Hak Cipta dilindungi Undang-undang 1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
PENGEMBANGAN METODE DETEKSI CEPAT Aspergillus flavus Link. DAN Fusarium sp. PADA BENIH PADI MENGGUNAKAN LASER-INDUCED FLOURESCENCE
ARINY PRASETYA
Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Departemen Proteksi Tanaman
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
LEMBAR PENGESAHAN Judul Tesis :
Pengembangan Metode Deteksi Cepat Aspergillus flavus Link. dan Fusarium sp. pada Benih Padi Menggunakan Laser-Induced Flourescence
Nama
:
Ariny Prasetya
NRP
:
A451064024
Disetujui Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Bonny P.W. Soekarno, MS. Ketua
Dr. Akhiruddin Maddu, S.Si, M.Si. Anggota
Diketahui Dekan Sekolah Pascasarjana IPB
Ketua Program Studi Entomologi-Fitopatologi
Dr. Ir. Sri Hendrastuti Hidayat, MS. Tanggal ujian: 22 Desember 2008
Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, MS. Tanggal lulus: 14 Januari 2009
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga tesis dengan judul “Pengembangan Metode Deteksi Cepat Aspergillus flavus Link. dan Fusarium sp. pada Benih Padi Menggunakan LaserInduced Fluorescence ” dapat diselesaikan. Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan terima kasih kepada Badan Karantina Pertanian Departemen Pertanian yang telah memberikan kesempatan untuk melanjutkan sekolah pascasarjana di Departemen Proteksi Tanaman Institut Pertanian Bogor. Penghargaan dan terima kasih disampaikan kepada Dr. Ir. Bonny Poernomo Wahyu Soekarno, MS. selaku ketua komisi pembimbing, Dr. Akhiruddin Maddu, S.Si, M,Si. selaku anggota komisi pembimbing, dan Dina, S.TP., M.Si. selaku dosen penguji luar komisi. Akhir kata, penulis berharap semoga tesis ini dapat membawa manfaat bagi yang memerlukannya. Bogor, Desember 2008 Penulis
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 16 Oktober 1980. Penulis merupakan anak pertama dari tiga bersaudara dari pasangan Asril Agus (alm.) dan Bustanidar Badar. Tahun 1998, penulis lulus dari SMU Negeri 1 Tangerang dan melanjutkan pendidikan di Universitas Andalas, Fakultas Pertanian, Jurusan Hama dan Penyakit Tumbuhan di Padang tahun 1998-2002. Tahun 2007, penulis mendapat ijin belajar dari Badan Karantina Pertanian untuk mengikuti program S2 pada program studi Entomologi-Fitopatologi di Departemen Proteksi Tanaman-Institut Pertanian Bogor. Penulis menjadi pegawai negeri sipil di Badan Karantina Pertanian Departemen Pertanian pada tahun 2002. Penulis ditugaskan pertama kali di Stasiun Karantina Tumbuhan Kelas I SSK II Pekanbaru dan dimutasikan ke Stasiun Karantina Tumbuhan Kelas I Soekarno-Hatta, sekarang menjadi Balai Besar Karantina Pertanian Soekarno-Hatta, pada tahun 2004. Penulis menikah dengan Asep Orien Mubasyirin, ST pada tahun 2006 dan dikaruniai putra bernama Rafif Alifio Musabbihin pada tahun 2006.
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL ...................................................................................
Halaman xiv
DAFTAR GAMBAR ...............................................................................
xv
PENDAHULUAN ...................................................................................
1
Latar Belakang .............................................................................
1
Tujuan ..........................................................................................
4
Manfaat ........................................................................................
4
TINJAUAN PUSTAKA ..........................................................................
5
Cendawan Patogen pada Benih Padi ..........................................
5
Deteksi Cendawan Patogen .........................................................
9
Spektroskopi Fluorescen ..............................................................
12
BAHAN DAN METODE .........................................................................
15
Tempat dan Waktu .......................................................................
15
Bahan dan Alat .............................................................................
15
Metode .........................................................................................
15
Persiapan Penelitian ...........................................................
15
Kalibrasi Laser-Induced Fluorescence ................................
16
Deteksi Aspergillus flavus dan Fusarium sp. pada Benih Padi ...........................................................................
17
HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................
18
Hasil ...............................................................................................
18
Pembahasan ..................................................................................
25
KESIMPULAN DAN SARAN .................................................................
29
Kesimpulan .....................................................................................
29
Saran ..............................................................................................
29
DAFTAR PUSTAKA ..............................................................................
31
DAFTAR TABEL
Halaman 1. Kandungan air biji padi pada kelembaban relatif 65% sampai 90% dan kecenderungan cendawan yang muncul ................................. 2. Cendawan pada benih padi varietas Cisantana, metode kertas blotter dengan deep freezing ..........................................................
DAFTAR GAMBAR
9 18
Halaman 1. Skema proses fluorescen .................................................................
13
2. Skema aplikasi ......................................
fluorescence
17
3. Grafik fluorescen metabolit A. flavus (A), grafik fluorescen Fusarium sp. (B) ...............................................................................
19
laser-induced
20
4. Grafik fluorescen media PDB ........................................................... 5. Grafik fluorescen metabolit A. flavus (A): 10-1(a), 10-2(b), 10-3(c), 10-4(d), 10-5(e), 10-6(f), 10-7(g), 10-8(h); grafik fluorescen metabolit Fusarium sp. (B): 10-1(a), 10-2(b), 10-3(c), 10-4(d), 10-5(e) ................. 6. Media PDA (A.a), media PDA yang ditumbuhi Fusarium sp. (A.b), media PDA yang ditumbuhi A. flavus (A.c); Eksitasi laser violet (405 nm) pada metabolit cendawan (B) ............................................ 7. Grafik fluorescen metabolit A. flavus, inkubasi hari ke-4 (A), Grafik fluorescen metabolit A. flavus, inkubasi hari ke-6 ............................ 8. Grafik fluorescen ...........................
Fusarium
sp.,
inkubasi
hari
ke-6
9. Grafik fluorescen media PDA ...........................................................
PENDAHULUAN
21
23 23 24 25
