EFEK FITOHORMON PGPR TERHADAP PERTUMBUHAN

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