Toksisitas Sekresi Pertahanan Diri Rayap Tanah. Jurnal Ilmu dan Teknologi Hasil Hutan 2(1): (2009)

Toksisitas Sekresi Pertahanan Diri Rayap Tanah

27

TOKSISITAS SEKRESI PERTAHANAN DIRI RAYAP TANAH COPTOTERMES CURVIGNATHUS HOLMGREN TERHADAP SEMUT ODONTOPONERA DENTICULATA Toxicity of Soldier Defensive Secretion from Subterranean Termites Coptotermes curvignathus Holmgren Against Odontoponera denticulata Ants Farah DIBA1 dan Dodi NANDIKA2 Corresponding Author : [email protected]

ABSTRACT Soldier from subterranean termites Coptotermes curvignathus eject a poison secretions as a defensive secretions to overcome their enemy. This research aimed to evaluation the toxicity of soldier defensive secretions extract in aquabidestilata, ethanol, ethyl acetate and n-hexane solutions against Odontoponera denticulata ants. Filter paper with 200 µl extract were exposure to ants for 14 day. The first time ants mortality and time for all ants mortality were recorded. Result of the research showed that the first time ants mortality was on ethanol extract (15 minutes after exposure), then followed on ethyl acetate extract, n-hexane extract and aquabidestilata extract for 30, 35 and 40 minutes respectively.The faster time for all ants mortality was on ethanol extract (54 hour), then followed by ethyl acetate extract, n-hexane extract and aquabidestilata extract for 74, 79 and 82 hour respectively. GCMS analysis showed that the bioactive compound on ethanol extract were pentadecanal and tetradecanal. Keywords : Soldier defensive secretions, toxicity, Coptotermes curvignathus, Odontoponera denticulata

PENDAHULUAN Koloni rayap terdiri atas kasta pekerja, kasta prajurit dan kasta reproduktif. Kasta prajurit merupakan agen pertahanan koloni rayap. Kasta prajurit rayap tanah Coptotermes curvignathus mengeluarkan sekresi kimia dari lubang fontanel untuk melumpuhkan musuhnya. Beberapa penelitian

1 Fakultasa 2

Kehutanan, Universitas Tanjungpura, Pontianak Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan IPB, Bogor

mengenai sekresi pertahanan diri kasta prajurit rayap telah dilakukan oleh Prestwich (1984) pada genus Nasutitermes, Chuah et al. (1989) juga pada genus Nasutitermes, Chuah dan Goh (1990) pada genus Hospitalitermes, Da Silva et al. (2003)pada genus Pseudacanthotermes sp, Goh et al. (1990) pada genus Laccessititermes, Roseangus dan Traniello (2001) pada genus Zootermopsis, dan Lamberty et al. (2001) pada rayap Pseudacantermes spiniger. Sekresi pertahanan diri tersebut terdiri atas campuran komponen yang spesies-spesifik seperti alkena, ketoaldehida, vinilketon, lakton, seskuiterpena, diterpena dan diterpena alkohol. Hasil penelitian tersebut mengungkapkan bahwa sekresi pertahanan diri kasta prajurit rayap memiliki senyawa bioaktif yang berpotensi sebagai pestisida hayati yang mampu mematikan predator serta menghambat pertumbuhan bakteri dan cendawan. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan toksisitas sekresi pertahanan diri rayap tanah C. curvignathus terhadap semut Odontoponera denticulata (semut hitam). Pemilihan semut hitam berdasarkan hasil penelitian Olegbemiro et al. (1990) yang menyatakan semut hitam merupakan musuh utama rayap di alam. BAHAN DAN METODE Koleksi Sekresi C. curvignathus

Pertahanan

Diri

Rayap

Tanah

Koleksi sekresi pertahanan diri rayap tanah C. curvignathus dilakukan berdasarkan metode Quintana et al. (2003). Sekresi pertahanan diri rayap dikeluarkan dari fontanel prajurit rayap dengan menggunakan pipet pasteur. Untuk setiap pelarut digunakan cairan sekresi yang diambil dari 4000 ekor rayap. Pelarut untuk ekstraksi meliputi akuabidestilata (H2O pure), etanol (C2H5OH), etil asetat (C4H8O2) dan n-Heksana (C6H14), dengan demikian total rayap yang digunakan sebanyak 16.000 ekor. Cairan sekresi yang menempel pada pipet pasteur dipindahkan ke dalam botol kaca dan selanjutnya siap untuk diekstraksi.

Jurnal Ilmu dan Teknologi Hasil Hutan 2(1): 27-31 (2009)

Diba dan Nandika

28

Ekstraksi Sekresi C. curvignathus

Pertahanan

Diri

Rayap

Tanah

Ekstraksi sekresi pertahanan diri rayap tanah C. curvignathus dilakukan berdasarkan metode Chuah et al. (1990). Sekresi pertahanan diri rayap dilarutkan dalam 10 ml akuabidestilata, dilakukan homogenisasi, selanjutnya pelarut diuapkan dengan cara freeze-dry. Filtrat kering yang terjadi disimpan di dalam botol kaca dan selanjutnya disimpan di dalam freezer pada suhu -10 C dan siap digunakan untuk pengujian bioasai terhadap semut. Pada ekstraksi dengan pelarut organik, sekresi pertahanan diri rayap dilarutkan dalam 10 ml pelarut etanol, kemudian dilakukan homogenisasi. Selanjutnya pelarut diuapkan dengan ditiupkan gas nitrogen. Filtrat disimpan dalam botol kaca dan selanjutnya disimpan di dalam freezer pada suhu -10 C. Untuk mendapatkan ekstrak dengan pelarut etil asetat dan n-Heksana, dilakukan perlakuan yang sama seperti pada perlakuan pelarut etanol. Pengujian Toksisitas Sekresi Pertahanan Rayap Terhadap Semut Semut hitam diperoleh dari arboretum Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor. Pengujian toksisitas ekstrak sekresi pertahanan rayap tanah dilakukan berdasarkan metode Chen et al. (2002). Media pengujian adalah sebuah cawan petri yang disajikan pada Gambar 1. Ekstrak sekresi rayap sebanyak 200 µl diteteskan pada kertas saring steril yang berukuran setengah lingkaran, kemudian kertas saring dikeringanginkan. Di dalam cawan petri diletakkan dua kertas saring, satu kertas saring steril (tanpa esktrak) dan satu kertas saring yang mengandung ekstrak sekresi rayap. Tiga puluh ekor semut hitam diletakkan pada bagian tengah cawan petri. Pengamatan meliputi waktu kejadian kematian semut pertama kali dan waktu kematian semut mencapai seratus persen. Sebagai perlakuan kontrol adalah cawan petri yang diletakkan dua kertas saring steril (tidak mengandung ekstrak sekresi rayap) kemudian dimasukkan semut hitam pada cawan petri. Pengujian dilakukan dengan tiga kali ulangan.

gula semut

1. Kertas saring kontrol 2. Kertas saring yang diberi ekstrak sekresi rayap Gambar 1. Media pengujian toksisitas ekstrak sekresi pertahanan diri rayap tanah C. curvignathus terhadap Semut O. denticulata


Pengujian perilaku pertahanan diri rayap terhadap semut dilakukan dengan meletakkan dua ekor semut hitam pada kelompok rayap berdasarkan metode Collins dan Prestwich (1983). Tiga kelompok rayap digunakan dalam pengujian meliputi kelompok pertama terdiri atas 20 ekor kasta pekerja dan 20 ekor kasta prajurit, kelompok kedua terdiri atas 50 ekor kasta pekerja dan 50 ekor kasta prajurit, dan kelompok ketiga adalah 100 ekor kasta pekerja dan 100 ekor kasta prajurit. Pengujian dilakukan dengan tiga kali ulangan pada setiap kelompok rayap. Pengamatan dilakukan selama enam jam sejak peletakan semut hitam pada setiap kelompok rayap. Analisis GCMS Sekresi Pertahanan Rayap Ekstrak sekresi pertahanan diri rayap dalam pelarut etanol dianalisa dengan detektor gas chromatografi spektrometer massa (GCMS) untuk mengidentifikasi komponen volatil ekstrak. Instrumen GCMS yang digunakan adalah GCMS tipe Shimadzu QP 5050, kondisi analisis mengikuti metode Clement et al. (2001) yang disajikan pada Tabel 1. Tabel 1. Kondisi GCMS merk Shimadzu QP 5050 Kondisi GC Kolom Gas pembawa Detektor Suhu interface Suhu injektor Volume injeksi Teknik injeksi Waktu sampling Program suhu: Suhu awal Laju kenaikan suhu Suhu akhir Kondisi MS Energi ionisasi Kisaran massa Interval Resolusi Waktu

Kolom kapiler DB-5 MS 122-5532 panjang 30 m, diameter dalam 0,25 mm dan tebal lapisan 0,25 µm. Helium dengan tekanan 40.20 Kpa MS (Mass Spectrometry) 330 C 300 C 1 µL Split/Splitless 0,5 menit 40 C ditahan selama 5 menit 4 C / menit 330 C, ditahan selama 5 menit 0.90 kv 33 – 550 0.5 detik 1000 1.6 – 56.0 detik

Identifikasi komponen volatil dilakukan sebagai berikut: 1. Interpretasi spektra masa yaitu membandingkan spektra massa suatu senyawa target dengan spektra massa standar yang terdapat pada mass spectra library koleksi NIST (National Institute Standard and Tehnology), WILEY 229 dan PESTICD.LIB. Mass spectra library koleksi NIST 62 memiliki koleksi pola spektra massa lebih dari 62.000 pola. Pustaka spektra masa ini sudah berbentuk program software yang dapat dibaca dengan bantuan komputer.


2. Penentuan nilai Linear Retention Indices (LRI) dimana setiap peak yang terdeteksi pada detektor dan dicatat oleh integrator mempunyai waktu retensi masing-masing. Untuk program temperatur gradien, digunakan perhitungan LRI. Nilai LRI merupakan hubungan antara waktu retensi standar n-alkana (C8 - C40) yang disuntikkan pada kondisi yang sama dengan kondisi penyuntikan sampel. Perhitungan nilai LRI dilakukan dengan persamaan sebagai berikut (Madruga dan Mottram 1998): LRIx =

(Rtx - Rtn) Rtn+1 - Rtn

+ n x 100

Keterangan: LRIx = indeks retensi linear komponen x Rtx = waktu retensi komponen x (menit) Rtn = waktu retensi standar alkana sebelum puncak komponen x Rtn+1 = waktu retensi standar alkana sesudah puncak komponen x n = jumlah atom karbon standar alkana yang muncul sebelum komponen x Hasil perhitungan LRI suatu komponen dibandingkan dengan nilai LRI yang terdapat pada pustaka dengan kolom GCMS yang digunakan dan dipak dengan fase diam yang sama. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil penelitian menunjukkan pada satu jam pengamatan setelah semut diletakkan di media pengujian, kematian semut yang pertama terjadi pada cawan petri dengan kertas saring yang diberi ekstrak etanol, yaitu 15 menit, kemudian diikuti dengan semut yang terdapat pada cawan petri yang diberi ekstrak etil asetat, n-Heksana dan akuabidestilata berturut-turut 30, 35 dan 40 menit. Sementara pada perlakuan kontrol, kejadian kematian semut pertama terjadi setelah 5760 menit atau selama 4 hari setelah pemaparan. Hasil penelitian disajikan pada Tabel 2. Waktu rata-rata kematian semut mencapai 100 persen pada setiap ekstrak sekresi rayap berbeda-beda. Ekstrak sekresi rayap dalam pelarut etanol memiliki waktu rata-rata kematian tertinggi yaitu 54 jam, kemudian diikuti oleh ekstrak sekresi rayap dalam pelarut etil asetat, akuabidestilata dan nHeksana, berturut-turut setelah 74, 79, dan 82 jam. Sementara pada perlakuan kontrol, kematian semut mencapai 100 persen setelah 168 jam. Penelitian Smedley et al. (2002) yang menguji daya tahan semut Solenopsis sp terhadap racun yang dikeluarkan oleh rambut ulat Pieris rapae menunjukkan bahwa semut dapat bertahan selama 48 jam dan kematian semut pertama terjadi setelah 15 menit terkontaminasi racun. Toksisitas ekstrak rayap dalam penelitian ini setara dengan hasil penelitian Chen et al. (2002) dan Smedley et al.

29

(2002). Penelitian yang dilakukan oleh Chen et al. (2002) pada semut Solenopsis invicta dengan enam ekstrak minyak esensial menghasilkan waktu kematian pertama semut untuk media pengujian dengan ekstrak minyak rosemary, geranium dan pohon teh setelah 15 menit, dan waktu kematian pertama pada perlakuan kontrol selama 7200 menit (5 hari). Sekresi pertahanan diri rayap mengandung senyawa yang bersifat racun terhadap semut. Kandungan sekresi paling banyak adalah senyawa aldehida, senyawa yang telah lama diketahui sebagai racun syaraf bagi serangga (Olegbemiro et al. 1990). Pada pengujian pertahanan diri rayap terhadap semut, prajurit rayap langsung memberikan reaksi terhadap kehadiran semut pada media pengujian. Walaupun ukuran semut lebih besar dari prajurit rayap, prajurit rayap secara bersama-sama langsung menyerang semut dan berusaha melumpuhkan mereka. Prajurit rayap bergerak dengan cepat menuju semut, mengelilingi mereka, mengeluarkan sekresi pertahanan diri, dan menggigit bagian tubuh semut, sementara kasta pekerja rayap berusaha menjauh dari arena pertempuran. Kasta prajurit tidak melepaskan gigitannya, walaupun semut berusaha untuk melepaskan gigitan rayap, sampai semut mengalami kematian. Tabel 2. Waktu kematian semut O. denticulata dalam media pengujian ekstrak sekresi rayap C. curvignathus Sekresi Rayap dalam Pelarut Etanol Etil asetat n-Heksana Akuabidestilata Perlakuan Kontrol

Waktu Kematian Semut Pertama (menit) 15 20 35 40 5760

Waktu Kematian Seluruh Semut (jam) 54 74 79 82 168

Jika terjadi interaksi langsung antara semut dan rayap, rayap memiliki reaksi yang lebih lamban dari semut, baik pada respons pertahanan dan pada gerakan untuk membela diri, karenanya rayap melengkapi sistem pertahanan diri dengan sekresi kimia dan mandibel yang keras sebagai senjata mekanik untuk melumpuhkan semut. Semut yang diletakkan pada media pengujian berusaha menjauhi rayap dan mengelilingi cawan petri. Pada kelompok rayap dengan jumlah 20 ekor kasta pekerja dan 20 ekor kasta prajurit, semut diserang oleh kasta prajurit dan mengalami kematian setelah tiga jam kemudian, sedangkan pada kelompok rayap dengan jumlah 50 ekor kasta pekerja dan 50 ekor kasta prajurit, kematian semut terjadi lebih cepat, yaitu 2 jam setelah peletakan semut pada media pengujian. Sementara pada kelompok ketiga yang terdiri atas 100 ekor kasta pekerja dan 100 ekor kasta prajurit, semut mengalami kematian 1 jam setelah peletakan semut pada media pengujian. Sekresi pertahanan yang dimiliki rayap merupakan senjata kimia yang berguna untuk melindungi anggota koloni rayap. Sistem pertahanan ini diperlukan karena sebagai


Diba dan Nandika

30

serangga sosial, rayap hidup dalam satu koloni besar dan berada pada kondisi sarang yang hangat dan mendukung pertumbuhan mikroorganisme (Christe et al. 2003). Rayap memproduksi sekresi pertahanan dengan mekanisme yang beragam, baik secara perilaku dan fisiologi, misalnya dengan fungsi antibiotik yang diproduksi simbion (Lamberty et al. 2001), allogrooming (Roseangus et al. 1998), sekresi antibiotik (Roseangus et al. 2000), dan pertahanan kekebalan diri (immune defense) (Traniello et al. 2002). Morgan (2004) menyatakan bahwa sekresi pertahanan diri rayap merupakan alomon yang mempunyai fungsi sebagai agen pertahanan diri untuk melindungi rayap dari serangan predator. Hasil analisis GC-MS pada ekstrak etanol mendapatkan 5 komponen yang berdasarkan golongan terdiri atas 20% golongan alkana dan 80% golongan aldehida. Kromatogram komponen bioaktif yang terdapat pada ekstrak sekresi pertahanan rayap C. curvignathus dalam pelarut etanol disajikan pada Gambar 2 dan hasil identifikasi senyawa bioaktifnya disajikan pada Tabel 3.

Senyawa yang memiliki persentase terbesar adalah pentadekanal sebesar 36%, kemudian tetradekanal, oktadekanal dan undekanal berturut-turut sebesar 29, 3 dan 2%. KESIMPULAN Ekstrak sekresi rayap membuat semut mengalami kematian pada waktu yang berbeda. Kematian semut yang pertama terjadi pada cawan petri dengan kertas saring yang diberi ekstrak etanol, yaitu 15 menit setelah semut diletakkan pada media pengujian, kemudian diikuti dengan semut yang terdapat pada cawan petri yang diberi ekstrak etil asetat, nHeksana dan akuabidestilata berturut-turut 30, 35 dan 40 menit. Waktu untuk mencapai mortalitas semut sebesar 100 persen tercepat pada ekstrak etanol yang dicapai dalam waktu 54 jam, kemudian diikuti dengan ekstrak etil asetat, n-Heksana dan akuabidestilata berturut-turut 74, 79 dan 82 jam. Sekresi pertahanan diri rayap mengandung senyawa yang bersifat racun terhadap semut. Kandungan sekresi paling banyak adalah senyawa aldehid, senyawa yang telah lama diketahui sebagai racun syaraf bagi serangga. Senyawa yang memiliki persentase terbesar adalah pentadekanal dan tetradekanal. DAFTAR PUSTAKA Chen F, Zungoli PA, Benson E. 2002. Screening of Natural Insecticides from Tropical Plants Against Fire Ants, Termites and Cockroaches. Clemson University Integrated Pest Management Program. http://www.clemson.edu/ipm

Gambar 2. Kromatogram Komponen Bioaktif Ekstrak Sekresi Pertahanan Rayap C. Curvignathus dalam Pelarut Etanol. Nomor puncak disesuaikan dengan nomor pada Tabel 3 Tabel 3.

Komponen Ekstrak Sekresi Rayap C. curvignathus dalam Pelarut Etanol

No. Waktu Puncak Retensi LRIexp LRIref Komponen (menit) 1 1.419 673 (a) 2-metil-pentana (C6H14) 2 19.420 1027 Undekanal (C11H22O) 3 21.654 1096 1107 (b) Tetradekanal (C14H28O) 4 23.706 1134 Pentadekanal (C15H30O) 5 25.573 1178 Oktadekanal (C18H36O) Keterangan: LRI experiment dari GC-MS, kolom DB-5 LRI reference (a) Larrayoz et al., (2001) kolom DB-5 LRI reference (b) Mondello et al., (2002) kolom DB-5

Golongan Alkana Aldehida Aldehida Aldehida Aldehida

Golongan aldehida merupakan komponen terbesar dalam ekstrak sekresi rayap C. curvignathus dalam pelarut etanol.


Chuah CH, Goh SH, Tho YP. 1989. Interspecific Variation in Defense Secretions of Malaysian Termites from the Genus Nasutitermes (Isoptera : Nasutitermitinae). Journal of Chemical Ecology 15 (2): 549-563. Chuah CH, Goh SH. 1990. 17-O-Acetoxy(8,19)β,3α,7α,9α,14α,17–hexahydroxytrinervitene 2,3,9,14-O-tetra propionate, a new diterpene from the Malaysian termite Hospitalitermes umbrinus. Malaysian Journal of Science 12: 63-70. Chuah CH , Goh SH, Tho YP. 1990. Chemical Defense Secretions of Some Species of Malaysian Rhinotermitide (Isoptera: Rhinotermitidae). Journal of Chemical Ecology 16 (3): 685-692. Christe P, Oppliger A, Bancala F, Castella G, Chapuisat M. 2003. Evidence for Collective Medication in Ants. Ecology Letters 6: 19-22 Clement JL, Bagnerer AG, Uva P, Wilfert L, Quintana A, Reinhard J, Dronnet S. 2001. Biosystematics of Reticulitermes termites in Europe: Morphological, Chemical and Molecular Data. Insectes Soc. 48:202-215.


Collins MS, Prestwich GD. 1983. Defense in Nasutitermes Octopilis Banks (Isoptera, Termitidae, Nasutitermitinae): Comparative Effectiveness of Soldier Secretion. Insect Sociaux Paris 30: 70-81. Da Silva P, Jouvensal L, Lamberty M, Bulet P, Caille A, Vovelle F. 2003. Solution Structure of Termicin, an Antimicrobial Peptide From The Termite Pseudacantho termes spiniger. Protein Science 12: 438-446. Goh SH, Cuah CH, Vadiveloo J, Tho YP. 1990. Soldier Defense Secretions of Malaysian Free-Ranging Termite of the Genus Laccessititermes (Isoptera : Nasutitermitinae). Journal of Chemical Ecology 16 (2): 619-630. Lamberty M, Zachary D, Lanot R, Bordereaus C, Robert A, Hoffmann JA, Bulet P. 2001. Insect Immunity: Constitutive Expression of A Cystein-Rich Antifungal and a Linear Antibacterial Peptide in a Termite Insect. Journal of Biological Chemistry 276 (6): 4085-4092 Larrayoz P, Addis M, Gauch R, Bosset JO. 2001. Comparison of Dynamic Headspace and Simultaneous Distillation Extraction Techniques Used for the Analysis of the Volatile Components in Three European PDO Ewes Milk Cheeses. International Dairy Journal 11: 911-926.

31

Olegbemiro TO, Sani KM, Staddon BW. 1990. A Note on Volatiles From Exocrine Glands of Some Grassland Ants and Termites From Tropical West Africa. In Chromatography and Isolation of Insect Hormones and Pheromones. Edited by A.R Mc Caffery and I D Wilson. Plenum Press. New York. Prestwich GD. 1984. The Chemical Defense of Termites. Scientific American 249 (1). Quintana A, Reinhard J, Faure R, Uva P, Bagneres AG, Massiot G, Clement JL. 2003. Interspecific Variation in Terpenoid Composition of Defensive Secretions of European Reticulitermes Termites. Journal of Chemical Ecology 29 (3): 639-652. Roseangus RB, Maxmen AB, Coates LE, Traniello JFA. 1998. Disease Resistance: a Benefit of Sociality in the Dampwood Termite Zootermopsis angusticolis (Isoptera:Termopsidae). Behav. Ecol. Sociobiol, 44: 125134. Roseangus RB, Lefebvre ML, Traniello JFA. 2000. Inhibition of Fungal Spore Germination by Nasutitermes:Evidence for a Possible Antiseptic Role of Soldier Defensive Secretions. Journal of Chemical Ecology 26: 21-39.

Madruga MS, Mottram DS. 1998. The Effect of pH on the Formation of Volatile Compounds Produced by Heating a Model System Containing 5’-Imp and Cystein. J. Braz. Chem. Soc. Vol 9 No 3, 261-271

Roseangus RB, Traniello JFA. 2001. Disease Susceptibility and the Adaptive Nature of Colony Demography in the Dampwood Termite Zootermopsis angusticollis. Behav Ecol Sociobiol, 50: 546 – 556.

Mondello L, Zappia G, Cotroneo A, Bonaccorsi I, Chowdhurry JU, Yusuf M, Dugo G. 2002. Studies on the Essential Oil-Bearing Plants of Bangladesh. Part VIII. Composition of Some Ocimum oils O. basilicum L. Var. Purpurascens; O. sanctum L. Green; O. sanctum L. Purple; O. americanum L. Citral type; O. americanum L. Camphor type. Flavour and Fragrance Journal 17 (5):335-340

Smedley SR, Schoeder FC, Weibel DB, Meinwald J, Lafleur KA, Renwick JA, Rutowski R, Eisner T. 2002. Mayolenes: Labile Defensive Lipids from the Glandular Hairs of a Caterpillar (Pieris rapae). PNAS. 99 (10)

Morgan ED. 2004. Biosynthesis in Insects. The Royal Society of Chemistry. London

Traniello JFA, Roseangus RB, Savoie K. 2002. The Development of Immunity in a Social Insect: Evidence for the Group Facilitation of Disease Resistance. PNAS. 99 (10): 6838-6842.


Toksisitas Sekresi Pertahanan Diri Rayap Tanah. Jurnal Ilmu dan Teknologi Hasil Hutan 2(1): (2009)

Recommend Documents