Penerapan Mikrobiologi dalam Peningkatan Produktivitas Tanaman

Penerapan Mikrobiologi dalam Peningkatan Produktivitas Tanaman

Oleh: Ika Putri Riani

Pendahuluan

  • Latar belakang

Tanaman memiliki banyak manfaat bagi manusia, yaitu sebagai sumber pangan, pakan dan juga sumber serat. Tanaman merupakan kebutuhan vital bagi makhluk hidup, terutama bagi manusia untuk dapat bertahan hidup. Dewasa ini, jenis-jenis tanaman tertentu memiliki nilai komersial yang tinggi, baik sebagai sumber pangan maupun sebagai komoditas industri.

Oleh karena itu, tanaman dituntut untuk mampu berproduksi tinggi. Namun ada banyak permasalahan yang menyebabkan tanaman tidak dapat berproduksi tinggi, misalnya benih yang digunakan memiliki viabilitas dan vigor yang rendah, atau adanya serangan hama dan penyakit tertentu yang menyebabkan tanaman mengalami penurunan produktivitas.

Dalam permasalahan tersebut, mikrobiologi hadir sebagai sarana perbaikan maupun peningkatan kualitas tanaman untuk dapat menghasilkan produksi yang maksimal. Pemanfaatan agen hayati merupakan upaya alternatif yang tidak memiliki efek buruk terhadap tanaman. Namun, perlu diketahui karakteristik agen hayati tertentu untuk dimanfaatkan, sebab masing-masing agen hayati memiliki karakteristik dan peran masing-masing. Makalah ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh pemanfaatan agen hayati dalam rangka meningkatkan produktivitas tanaman budidaya. Penulis juga berharap, makalah ini bermanfaat bagi banyak pihak sebagai salah satu referensi pemanfaatan agen hayati untuk upaya meningkatkan produktivitas tanaman.

  • Tujuan

Makalah  ini bertujuan untuk mengetahui pemanfaatan agen hayati dalam rangka meningkatkan produktivitas tanaman budidaya.

  • Metode

Metode yang digunakan dalam makalah ini adalah metode kajian pustaka.

Hasil kajian

  • Seed coating

Menurut Copeland dan McDonald (2001), seed coating merupakan salah satu metode untuk memperbaiki mutu benih menjadi lebih baik dengan penambahan bahan kimia pada formula coating. Seed coating dapat mengendalikan dan meningkatkan perkecambahan serta berpotensi digunakan untuk inokulasi benih dengan mikroorganisme hidup, dapat melindungi benih dari hama dan penyakit tanaman yang menyerang saat persemaian dan awal musim tanam, meningkatkan vigor bibit, serta mengurangi penggunaan pestisida saat menanam.

Sementara menurut Ilyas (2003) bahwa penggunaan seed coating dalam industri benih sangat efektif karena dapat memperbaiki penampilan benih, meningkatkan daya simpan, mengurangi risiko tertular penyakit dari benih di sekitarnya, dan dapat digunakan sebagai pembawa zat aditif, misalnya antioksidan, anti mikroba, repellent, mikroba antagonis, zat pengatur tumbuh dan lain-lain.

Penggunaan seed coating dengan pemanfaatan agen hayati salah satunya dilakukan oleh Muchtar dkk (2014), yaitu pelapisan benih menggunakan bakteri probiotik dalam rangka mempertahankan viabilitas jagung manis selama penyimpanan. Bakteri probiotik yang digunakan adalah Bacillus subtilis, Pseudomonas fluorescens dan Serratia marcescens.

Bacillus subtilis merupakan bakteri gram positif berbentuk batang, katalase positif dan umumnya ditemukan di tanah. Bakteri ini memiliki kemampuan untuk menghasilkan endospora oval yang protektif dan memberi kemampuan untuk mentolerir keadaan ekstrim seperti kondisi panas, asam atau pun garam. Bakteri ini terkadang membentuk rantai atau terpisah. B.subtilis merupakan anaerob fakultatif yang  sebagian motil dan sebagian lain non-motil. B.subtilis  merupakan jenis bakteri termofilik yang dapat tumbuh pada kisaran suhu 450-550 C dan tumbuh optimum pada suhu 600-800C.

Pseudomonas fluorescens merupakan bakteri gram negatif berbentuk batang yang merupakan bakteri aerob obligat. Pseudomonas fluorescens merupakan baketri yang dapat ditemui di tanah, tanaman maupun permukaan air. Bakteri ini memiliki pigmen hijau kuning yang disebut pyocyanin dan pyoverdin yang menyebar pada media biakan dan fluorescens di bawah sinar ultraviolet.

Serratia marcescens merupakan bakteri gram negatif yang motil dengan flagela peritrik, berbentuk batang dan merupakan anaerob fakultatif. Bakteri ini dapat tumbuh pada kisaran suhu 500-400C. Bakteri ini menghasilkan pigmen prodigiosin yang berwarna merah gelap hingga merah muda tergantung terhadap usia koloni.

Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa Pelapisan benih menggunakan bakteri Bacillus subtilis dapat mempertahankan daya berkecambah hingga 64.0% dan indeks vigor hingga 43.3% sampai periode simpan 24 minggu. Pelapisan benih menggunakan bakteri Serratia marcescens mampu mempertahankan daya berkecambah hingga 60.0% dan indeks vigor hingga 44.0%. Berdasarkan tolok ukur daya berkecambah dan indeks vigor, pelapisan benih menggunakan bakteri Bacillus subtilis dan Serratia marcescens merupakan perlakuan coating yang paling potensial untuk dikembangkan sebagai treatment untuk mempertahankan viabilitas benih jagung manis. Bakteri Bacillus subtilis lebih mampu bertahan hidup selama penyimpanan dibanding dengan bakteri Serratia marcescens maupun Pseudomonas kelompok fluorescens.

Bacillus subtilis bekerja dengan mengkolonisasi perakaran tanaman sehingga tidak meninggalkan tempat bagi jamur. Bacillus subtilis menghasilkan enzim proteolitik yaitu subtilisin yang berfungsi sebagai anti kanker. Bacillus subtilis juga menghasilkan antibiotik berupa basitrain, yang merupakan zat anti mikroba. Mekanisme basitrain ini menghambat sintesis dinding sel mikroba lain, terutama sintesis peptidoglikan, selain itu basitrain juga menghambat sintesis enzim sehingga menyebabkan sel mengalami lisis.

Pseudomonas fluorescens menghasilkan fitohormon dalam jumlah besar khususnya IAA (Indole Acetic Acid) yang berfungsi dalam pertumbuhan dan pemanjangan batang tanaman. Pseudomonas fluorescens juga menghasilkan hidrogen sianida yang berfungsi untuk membunuh bakteri dan jamur lain. Pseudomonas fluorescens memiliki mekanisme perlindungan akar tanaman seperti halnya pada B.subtilis yaitu dengan mengkolonisasi perakaran. Sementara Serratia marcescens menghasilkan antibiosis seperti IAA, sitokinin, giberelin dan etilen. Serratia marcescens bekerja dengan mengkolonisasi perakaran tanaman, serta memacu pertumbuhan akar halus sehingga memacu penyerapan unsur hara tanaman.

  • Bioinsektisida

Pengendalian hama umumnya menggunakan insektisida kimiawi. Penggunaan insektisida kimiawi secara luas dan terus menerus dapat menekan kerusakan akibat serangan hama, selain itu timbul masalah pencemaran lingkungan, residu kimia, dan timbulnya resistensi serangga yang memungkinkan terjadinya resurgensi (Untung, 1996).Untuk mengatasi permasalahan tersebut perlu alternatif pengendalian yang lebih baik, aman dan ramah lingkungan. Pengendalian hayati yang merupakan komponen utama pengendalian hama terpadu (PHT) menjadi salah satu alternatif pengendaian hama yang baik dan ramah lingkungan, seperti dengan menggunakan B. thuringiensis. Bacillus thuringiensis merupakan 90-95% dari bioinsektisida yang dikomersialkan untuk dipakai oleh petani diberbagai negara (Bahagiawati, 2002).

Salah satu penelitian pemanfaatan mikroba sebagai agen pengendali hayati adalah penelitian yang dilakukan oleh Tampuolon, D.Y. (2013), tentang uji patogenitas Bacillus thuringiensis dan Metharizium anisopliae terhadap mortalitas Spodoptera litura Fabr. Ulat grayak (S. litura F.) (Lepidoptera: Noctuidae) merupakan salah satu hama daun yang penting karena mempunyai kisaran inang yang luasmeliputi kedelai, kacang tanah, kubis, ubi jalar, kentang, dan lain-lain. Spodoptera litura menyerang tanaman budidaya pada fase vegetatif yaitu memakan daun tanaman yang muda sehingga tinggal tulang daun saja (Laoh et al. 2003).

Ulat grayak (Spodoptera litura Fabr.) merupakan salah satu hama potensial dalam dunia pertanian. Ulat grayak bersifat polifag, artinya ia mampu menyerang berbagai jenis tanaman, baik tanaman pangan, sayur maupun buah. Ulat grayak menyerang tanaman pada semua stadia larvanya. Pada stadia larva instar 1, 2 dan 3, ulat grayak menyerang bagian daun tanaman dan hanya menyisakan epidermis atas dan tulang daun saja. Pada larva instar 4 dan 5, ulat grayak menyerang bagian tulang daun, sehingga terdapat lubang-lubang pada tulang daun, sementara pada stadia larva instar 6 atau stadia akhir ulat grayak mengalami penurunan nafsu makan dan serangan pada tanaman (Arifin, 1991).

Bacillus thuringiensis merupakan bakteri gram positif berbentuk bacil atau batang, merupakan bakteri aerobik. Bakteri ini merupakan bakteri yang ada di tanah, air, permukaan tumbuhan, serangga mati dan biji-bijian. Bakteri Bacillus thuringiensis menghasilkan protein kristal yang beracun bagi serangga, termasuk serangga dari ordo Lepidoptera yang menyerang tanaman kubis yaitu Spodoptera litur Fabr. (ulat grayak). Protein kristal tersebut bersifat ramah lingkungan karena mempunyai target yang spesifik sehingga tidak mematikan serangga bukan sasaran dan mudah terurai sehingga tidak menumpuk dan mencemari lingkungan.

 Sementara Metarhizium anisopliae merupakan jamur yang memiliki miselium bersekat. Konidiofor pada jamur ini berbentuk tegak, berlapis dan bercabang penuh dengan konidia. Konidia bersel satu dan hialin. Jamur ini parasit pada serangga dan merupakan saprofit pada tanah. Suhu optimum untuk pertumbuhan M.anisopliae adalah 220-270C. Jamur ini memiliki patogenitas yang tinggi pada kelembaban udara lebih dari 80%. M.anisopliae menginfeksi serangga ordo coleopteran, Lepidoptera, homoptera, hemiptera dan isoptera.

Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, bakteri B. thuringiensis dan jamur M. anisopliae efektif dalam mengendalikan ulat grayak (S. litura). Pada perlakuan B. thuringiensis didapatkan perlakuan yang paling efektif yaitu pada perlakuan B3 (B. thuringiensis 30 g/ liter air) sebesar 100%. Pada penggunaan M. anisopliae perlakuan yang paling efektif yaitu pada perlakuan M3 (M. anisopliae 30 g/ liter air) sebesar 76,67%. Perilaku larva S. litura pada perlakuan B. thuringiensis dan M. anisopliae terlihat bahwa larva mengalami nafsu makan yang berkurang sampai tidak mau makan sehingga gerakan lamban bahkan tidak bergerak dan mengalami perubahan warna.

Aguskrisno (2011) menyatakan kristal protein Bacillus thuringiensis yang termakan oleh serangga akan larut dalam lingkungan basa pada usus serangga. Pada serangga target, protein tersebut akan teraktifkan oleh enzim pencerna protein serangga. Protein yang teraktifkan akan menempel pada protein reseptor yang berada pada permukaan sel epitel usus. Penempelan tersebut mengakibatkan terbentuknya pori atau lubang pada sel sehingga sel mengalami lisis. Menurut Hofte & Whitley (1989), toksin yang terdapat pada B. thuringiensis menyebabkan terbentuknya pori-pori di sel membran dan mengganggu keseimbangan osmotik, karena keseimbangan osmotik terganggu, sel membengkak dan pecah sehingga serangga mati. Pada akhirnya serangga akan mengalami gangguan pencernaan dan mati.

Larva yang terinfeksi tubuhnya mengkerut, lembek, warna tubuh larva lama kelamaan semakin menghitam dan apabila diamati tubuh larva tersebut akan mengecil dan menipis, hal ini disebabkan oleh sistem pencernaan dari serangga uji tersebut hancur atau lisis dan selanjutnya larva S. litura mati (Bravo et al. 2007). Menurut Lacey dan Undeen (1986), proses terjadi kematian pada serangga uji diakibatkan serangga tersebut memakan kristal protein yang dimiliki oleh bakteri entomopatogen, B. thuringiensis dimana kristal protein itu akan larut dalam sistem pencernaan serangga dan enzim protease yang dimiliki oleh serangga akan membantu kristal protein dalam memecahkan kristalnya.

Sementara mekanisme patogenitas jamur entomopatogen menurut Ferron (1985) yaitu terdapat empat tahapan. Tahap pertama adalah inokulasi, yaitu kontak antara propagul jamur ke tubuh serangga. Tahap kedua adalah proses penempelan dan perkecambahan propagul jamur ke integument serangga. Tahap ketiga yaitu penetrasi dan invasi, jamur membentuk tabung kecambah. Sedangkan pada tahap keempat destruksi, pembentukan blastospora yang beredar dalam hemolimfa.

Tahap inokulasi adalah proses kontak propagul M.anisopliae dengan tubuh serangga, kemudian menempel pada integument serangga. Selanjutnya M.anisopliae akan melakukan penetrasi ke dalam tubuh serangga dengan mementuk tabung kecambah (appresorium). Secara kimiawi dan mekanik, M.anisopliae menghasilkan enzim dan toksin pada proses ini, enzim yang dikeluarkan diantarannya adalah lipase, proteinase, amylase, kitinase, pospatase dan esterase. Kemudian M.anisopliae melakukan destruksi dengan mengeluarkan zat dextruksin yang menyebabkan efek antifeedant atau menghilangkan nafsu makan dari serangga.

Jamur Metarhizium anisopliae kemudian menghasilkan blatospora atau hifa yang berfungsi untuk menyerap makanan. Blastospora akan menyebar ke hemolimfa dan kemudian membentuk hifa sekunder untuk menyerang jaringan lain di dalam tubuh serangga. Sebelum blatospora mengalami poliferasi serangga sudah mengalami kematian. Pada fase ini terjadi perkembangan saprofit dari jamur M.anisopliae yaitu dengan melakukan penyerangan ke jaringan lain sampai dengan pembentukan organ reproduksi yang menyebabkan tubuh serangga mengeras. Jamur M.anisopliae kemudian menghasilkan pigmen atau toksin yang berfungsi sebagai perlindungan diri dari mikroba lain  atau dari kondisi lingkungan yang tidak mendukung dengan pembentukan arthospora.

Menurut Situmorang (1990) menyatakan bahwa serangga yang terinfeksi M. anisopliae mula-mula akan berwarna pucat kekuningan, gerakan menjadi lamban dan aktifitas makan menurun. Serangga dimulai dari bagian tubuh yang lunak. Konidia masuk kedalam tubuh dan menyebar keseluruh rongga tubuh (haemosil) dan menembus integument. Gejala khas dari jamur M. anisopliae adalah larva yang terserang akan mati mengeras dan kaku, akan tetapi tidak berbau.

  • Biopriming

Matriconditioning adalah conditioning dengan menggunakan media padatan lembab yang mempunyai daya pegang air yang tinggi. Priming benih adalah conditioning dengan menggunakan larutan primingtik seperti KNO3, KH2PO4, NaCl dan manitol yang tidak bersifat racun bagi benih. Salah satu perlakuan priming yang efektif dan relatif lebih murah yakni dengan menggunakan larutan primingtik berupa garam KNO3. Larutan KNO3 salah satu fungsinya adalah untuk mempercepat penerimaan oksigen oleh benih (Sutariati, 2002).

Aplikasi teknik invigorasi benih sebelum tanam mampu mengatasi permasalahan hambatan mekanis pada benih, mempercepat dan menyeragamkan pertumbuhan serta meningkatkan persentase pemunculan kecambah dan bibit (Wahid et al., 2008). Perlakuan priming benih yang diintegrasikan dengan rizobakteri disebut biopriming. Salah satu contoh penggunaan biopriming adalah penelitian yang dilakukan oleh Sutariati (2014) mengenai efektivitas teknik bio-invigorasi terhadap viabilitas dan vigor beberapa sumber benih kakao. Rizobakteri yang digunakan dalam penelitian ini adalah Bacillus sp., Pseudomonas fluorescens, Serratia liquefaciens dan Trichoderma sp.

Bacillus sp adalah bakteri berbentuk batang, gram positif, motil dan menghasilkan spora yang biasanya resisten pada panas, bersifat aerob namun ada beberapa anaerob fakultatif. Pseudomonas fluorescens merupakan bakteri gram negatif berbentuk batang yang merupakan bakteri aerob obligat. Pseudomonas fluorescens merupakan bakteri yang dapat ditemui di tanah, tanaman maupun permukaan air. Serratia liquefaciens merupakan jenis bakteri gram negatif yang motil dan berbentuk batang serta merupakan anaerob fakultatif. Trichoderma sp merupakan cendawan yang hidup bebas di tanah maupun perakaran tanaman.

Berdasarkan hasil penelitian Sutariati (2014), menunjukkan bahwa: sumber benih yang digunakan dalam penelitian ini (Hibrida, Sulawesi 1, dan Sulawesi 2) responsif terhadap perlakuan bio-invigorasi (biopriming) benih yang diberikan, ditunjukkan dengan peningkatan terhadap viabilitas dan vigor benih kakao. Perlakuan biopriming Bacillus sp. CKD061 dan biopriming Trichoderma sp. memberikan pengaruh yang lebih baik terhadap viabilitas dan vigor benih kakao.

Benih kakao yang diberi perlakuan biopriming dengan rizobakteri menunjukkan peningkatan vigor dan viabilitas benih kakao jika dibandingkan dengan kontrol. Perlakuan biopriming Bacillus sp dan Trichoderma sp menunjukkan pengaruh yang lebih baik terhadap viabilitas dan vigor benih kakao. Bacillus sp. Dan Trichoderma sp. bekerja dengan mengkolonisasi perakaran tanaman dimana kedua rizobakteri ini memiliki sifat antimikroba, sehingga keduanya mencegah pertumbuhan mikroba lain pada benih, dan menyebabkan benih memiliki viabilitas dan vigor yang tinggi.

Kesimpulan

Pemanfaatan agen hayati dalam rangka peningkatan produktivitas tanaman budidaya dapat dilakukan dengan banyak cara, diantaranya dengan seed coating, bioinsektisida dan biopriming. Seed coating adalah metode pelapisan benih, dapat dilakukan dengan pemanfaatan jenis bakteri PGPR (Plant Growth Promoting Rhizobacteria) seperti Bacillus subtilis yang mampu mempertahankan viabilitas jagung manis selama periode penyimpanan. Bioinsektisida adalah insektisida menggunakan agen hayati, seperti Bacillus thuringiensis yang bekerja dengan menghasilkan kristal protein yang teraktifkan jika termakan oleh organisme pengganggu tanaman yang menyerang tanaman budidaya. Bacillus thuringiensis terbukti mematikan larva ulat grayak yang merupakan hama polifag. Sementara biopriming sendiri adalah invigorasi benih yang diintegrasikan dengan rizobakteri seperti Bacillus sp dan Trichoderma sp yang mampu meningkatkan viabilitas dan benih kakao.

DAFTAR PUSTAKA

Aguskrisno. 2011. Penggunaan Bacillus thuringiensis sebagai Biopestisida. Diunduh http://edukasi.kompasian.com pada tanggal 25 Maret 2015.

Arifin M. 1991. Bioekologi, serangan dan pengendalian hama pemakan daun kedelai. Lokakarya Pengendalian Hama Terpadu Tanaman Kedelai. Malang, 8-11 Agustus. 1991.

Bahagiawati. 2002. Penggunaan Bacillus thuringiensis Sebagai Bioinsektisida. Buletin Agrobio, Bogor. 5(1): 21-28.

Bravo A, Gill S S, Soberon M .2007. Mode of action of Bacillus thuringiensis Cry and cry toxins and their potential for insect control. Toxicon. 49:423-435

Copeland, L.O., M.B. McDonald. 2001. Principles of Seed Science and Technology, Edisi ke 4. Chapmond & Hall, New York, USA.

Ferron, P. 1985. Pest Control by The Fungi Beauveria and Metarrhizium, in H.D. Burgers (Ed),

Microbial Control of Pest and Plant Disease, New York, Academic Press, 465-482 pp.

Hofte H, H R Whiteley. 1989. Distribution of Bacillus thuringiensis. Mocrobiol. Rev. 53 (2) : 242-255.

Ilyas, S. 2003. Teknologi Pelapisan Benih. Makalah Seminar Benih Pellet. Fakultas Pertanian. IPB. Bogor. 16 hal.

Lacey LA, Undeen AH. 1986. Microbial Control of Blackflies and Mosquitoes. Ann. Rev. Entomol. 31:265-296

Laoh, J.H., Puspita, F., dan Hendra. 2003. Kerentanan Larva Spodoptera litura F. Terhadap Virus Nuklear Polyhedrosis. Jurnal Natur Indonesia Jurusan Agronomi Faperta, Pekanbaru 5 (2): 145-151.

Muchtar, S.D., Eni, W. dan Giyanto. 2014. Pelapisan Benih Menggunakan Bakteri Probiotik untuk Mempertahankan Viabilitas Benih Jagung Manis (Zea mays saccharata Sturt.) selama Penyimpanan. Buletin Agrohorti 1 (4) Hal: 26-33.

Situmorang, J. 1990. Petunjuk Praktikum Patologi Serangga. PlAV. Bioteknologi UGM: Yogyakarta. Hal 31.

Sutariati, G.A.K. 2002. Peningkatan Performansi Benih Cabai (Capsicum anuum L.). Program Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Bogor.

Sutariati, G.A.K., Safuan, Andi Khaeruni dan Fitrianti Handayani. 2014. Uji Efektivitas Teknik Biopriming dan Sumber Benih Terhadap Viabilitas dan Vigor Bibit Kakao. Jurnal Agriplus 24(2). Hal.111-122

Tampubolon, D.Y., Yuswani, P., Fatimah, Z., dan Fatiani, M. 2013. Uji Patogenitas Bacillus Thuringiensis dan Metharizium Anisopliae terhadap Mortalitas Spodoptera Litura Fabr di Laboratorium. Jurnal Online Agroteknologi 1(3): 783-793.

Untung. 2006. Pengantar Pengelolaan Hama Terpadu. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta.

Wahid, A., A. Noreen, M.A. Shahzad, Basra, S. Gelani, M.Farooq. 2008. Priming-Induced Metabolic Changes in Sunflower (Helianthus Annuus) Achenes Improve Germination and Seedling Growth. Bot. Study 49:343-350.

Catatan: Postingan ini adalah karya penulis tamu

Terima kasih ya Ika Putri Riani, kita sudah dan selalu akan belajar bersama….tetap belajar melalui membaca dan menulis. Sila direspon tanggapan para sahabat melalui komentar ini. Andalah pemilik postingan ini.

Iklan
Pos ini dipublikasikan di Bioindustri, Penulis Tamu, Seri Kiprah dan tag , , , , . Tandai permalink.

2 Balasan ke Penerapan Mikrobiologi dalam Peningkatan Produktivitas Tanaman

  1. Ika berkata:

    Terima kasih, Ibu. Semoga tulisan ini tidak sebatas tugas akhir MK, tetapi bisa memberi manfaat bagi banyak orang.

    Selamat terus membaca dan menulis ya Ika, semakin dipelajari semakin banyak yang kita belum pahami. Salam

  2. prih berkata:

    Ika Putri Riani….tulisan Anda sungguh menambah wawasan betapa alternatif penerapan mikrobiologi untuk proses bioindustri, Selamat terus berkarya. Mari silakan tanggapi komentar apresiasi pembaca…
    Salam

Terimakasih, pendapat Anda sangat berharga.

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s