Diversitas bakteri asal spora fungi mikoriza

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Diversitas Bakteri Asal Mikoriza
Keberadaan mikroorganisme tanah di alam sangat melimpah dalam
keragaman dan jumlah jenisnya. Setiap mikroorganisme memiliki peran spesifik
terhadap pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan. Beberapa mikroorganisme
memiliki sifat parasit namun ada pula yang bersifat menguntungkan dan tidak
sedikit pula yang keberadaannya bersifat netral.
Aktivitas mikroorganisme tanah di sekitar rizosfer sangat membantu
perbaikan kesuburan tanah dan berdampak positif terhadap peningkatan kualitas
dan
kuantitas
produksi
tanaman.
Penggunaan
mikroorganisme
untuk
meningkatkan pertumbuhan tanaman merupakan hal menarik yang dalam
beberapa tahun terakhir ini mendapat perhatian para peneliti. Sejalan dengan
perkembangan ilmu bioteknologi, mikroorganisme tanah merupakan objek yang
mempunyai prospek untuk dikembangkan (Barriuso et al. 2008).
Mikroba yang memiliki sifat asosiasi dengan tanaman inang, umumnya
memiliki sifat kompatibilitas antara inang dan mikroba tersebut. Mikroba yang
dapat berasosiasi dengan tanaman inang tertentu, belum tentu dapat berasosiasi
dengan tanaman inang yang lain. Dengan demikian, perlu dilakukan suatu
penelitian untuk mendapatkan jenis-jenis mikroba yang kompatibel dengan jenis
tanaman yang diinginkan. Ada beberapa rangkaian kegiatan pengujian yang harus
dilakukan hingga didapatkan isolat mikroorganisme yang efektif membantu
pertumbuhan tanaman.
Keberadaan bakteri yang terlibat secara langsung dalam pembentukan
mikoriza pertama kali dibuktikan oleh penelitian yang dilakukan oleh Bowen dan
Theodorou (1979). Beberapa penelitian telah dilakukan dan ditemukan adanya
bakteri yang berasosiasi dengan mikoriza. Dahm et al. (2005) mengisolasi bakteri dari
beberapa jenis fungi ektomikoriza dan mendapatkan sejumlah bakteri dengan jumlah
jenis dan penampakan morfologi yang berbeda (Tabel 1). Budi et al. (1999) mengisolasi
bakteri asal sporokarp FMA Glomus mosseae dan mendapatkan delapan jenis
bakteri (Tabel 2). Varese et al. (1996) mengisolasi bakteri dari sporokarp Suillus
grevillei dan mendapatkan 16 bakteri (Tabel 3). Bakhtiar et al. (2010) yang
20
mengisolasi bakteri spora FMA tanpa disterilkan dari daerah mikorizosfer kelapa
sawit dan menemukan 20 isolat bakteri.
Tabel 1 Jumlah dan morfologi jenis bakteri yang diisolasi dari sporokarp fungi
ektomikoriza
Fungi
Amanita muscaria
Hebeloma
crustuliniforme (1)
Hebeloma
crustuliniforme (2)
Hebeloma
crustuliniforme (3)
Laccaria amethistina
Laccaria laccata (1)
Laccaria laccata (2)
Laccaria laccata (3)
Laccaria proxima1
Lycoperdon sp.
Scleroderma sp.
Suillus grevillei
Suillus luteus
Thelephora terrestris
Xerocomus sp.
Jumlah
isolat
yang
dijumpai
3
30
Jumlah
gram
negatif
(batang)
3
21
Jumlah
gram
positif
(basil)
–
6
Jumlah
gram
positif
(kokus)
–
2
Jumlah
bakteri
variabel
pelomorfik
–
1
30
18
–
12
–
30
28
–
–
2
29
30
29
30
30
30
30
30
30
30
29
5
30
29
27
27
30
30
20
28
30
27
–
–
–
1
–
–
–
1
2
–
2
24
–
–
–
–
–
–
9
–
–
–
–
–
–
–
3
–
–
–
–
–
–
Sumber : Dahm et al. (2005)
Tabel 2 Jenis bakteri yang ditemukan dari sporokarp Glomus mosseae
Nomor isolat
B1
B2
B3
B4
B5
B6
B7
B8
Jenis-jenis bakteri yang ditemukan
Methylobacterium sp.
Paenibacillus azotofixans
Bacillus megatorium
Bacillus firmus
Bacillus circulans
Bacillus polymixa
Bacillus sp.
Paenibacillus aspiarius
Sumber : Budi et al. (1999)
21
Tabel 3 Jenis–jenis bakteri yang ditemukan dari sporokarp Suillus grevillei dan
ektomikoriza
Bakteri asal Sporokarp
Bacillus bravis
Bacillus cereus
Bacillua megaterium
Bacillus mycoides
Bacillus polymixa
Bacillus purnilus
Bacillus subtilis
Enterobacter aglomerans
Flavobacterium oryzihabitans
Micrococcus luteus
Pseudomonas aureofaciens
Pseudomonas cepacia
Pseudomonas chloraphis
Pseudomonas fluorocens
Serratia fonticola
Streptomyces spp.
Bakteri asal Ektomikoriza
Acinobacter calcoaceticus
Aeromonas hydrophyla
Agrobacterium radiabacter
Bacillus cereus
Bacillus mycoides
Enterobacter aglomerans 3
Enterobacter aglomerans 4
Enterobacter sakazakii
Klebseiella pneumoniae
Klebseiella ozaenae
Micrococcus luteus
Pseudomonas cepacia
Pseudomonas aeruginosa
Pseudomonas putida
Pseudomonas choraphis
Serratia liquefaciens
Serratia marcescens
Serratia rubidae
Streptomyces sp.
Sumber : Varese et al. (1996)
22
2.2 Fungi Mikoriza Arbuskula (FMA)
Mikoriza adalah asosiasi saling menguntungkan antara fungi dan akar
tanaman yang membentuk struktur simbiotik dan menghasilkan sifat morfologi
yang baru. Melalui hubungan simbiosis dengan tanaman, mikoriza berperan
penting dalam pertumbuhan tanaman, perlindungan penyakit, dan peningkatan
kualitas tanah secara keseluruhan. Dari tujuh jenis mikoriza yang dijelaskan
dalam literatur ilmiah saat ini (FMA, ektomikoriza, ektendomikoriza, arbutoid,
monotropoid, mikoriza ericoid dan mikoriza orchid), FMA dan Ektomikoriza
adalah yang paling banyak diteliti.
Mikoriza dapat berfungsi sebagai alat untuk pertanian berkelanjutan karena
mempunyai kemampuan dalam meningkatkan pertumbuhan sistem perakaran
tanaman, meningkatkan vigor tanaman dan kualitas tanah. Hifa dari mikoriza
memperluas bidang perakaran serta mengeluarkan enzim, membantu penyerapan
nutrisi secara efisien dan dapat berperan sebagai kontrol patogen.
Dengan
demikian, mikoriza sangat berperan dalam produktivitas tanaman (Siddiqui dan
Pithtel 2008).
Fungi pembentuk mikoriza efektif mendukung pertumbuhan tanaman
setelah terbentuk kolonisasi pada akar tumbuhan inangnya. Kolonisasi merupakan
jembatan untuk transfer timbal balik antara fungi pembentuk mikoriza dan
tanaman inangnya. Untuk dapat berkolonisasi pada tumbuhan simbion, mikobion
harus mampu hidup, tumbuh dan berkembang pada rizosfer tumbuhan simbion.
Dengan demikian, kemampuan beradaptasi mikroba di lingkungannya merupakan
kunci keberhasilan simbiosisnya.
Spora FMA berkecambah dan terjadi pertumbuhan hifa sebelum terjadinya
kolonisasi. Proses berikutnya adalah kontak antara hifa dengan permukaan akar
inang dan menghasilkan apresorium. Tahapan setelah kegiatan tersebut adalah
terjadi kolonisasi jaringan akar dan membentuk hifa interseluler dan intraseluler,
hifa eksternal, hifa koil, arbuskula dan dalam beberapa jenis membentuk vesikula.
FMA hanya mengkolonisasi jaringan akar spesifik seperti epidermis dan korteks
sedangkan jaringan lainnya seperti pembuluh dan meristem resisten terhadap
kolonisasi.
23
Perkembangan hifa yang ekstensif yang berasosiasi dengan akar tanaman
inang menyebabkan terbentuknya apresorium. Ketika tidak terjadi sinyalisasi,
morfogenesis dan apresorium tidak terbentuk. Studi interaksi simbiotik dan
patogen menunjukkan bahwa pembentukan apresorium dapat dianggap sebagai
tanda keberhasilan pengenalan tanaman inang sebelum terjadi infeksi ke inang.
Apresorium merupakan ujung hifa yang berbentuk elips, rata dan terbentuk pada
permukaan akar inang.
Berbeda dengan patogen, proses infeksi fungi endofit dicirikan dengan
produksi enzim pendegradasi dinding sel dalam jumlah kecil dan terkontrol. FMA
hanya mengkolonisasi jaringan akar spesifik seperti epidermis dan korteks
sedangkan jaringan lainnya seperti pembuluh dan meristem resisten terhadap
kolonisasi.
2.3 Mycorrhiza Helper Bacteria (MHB)
MHB merupakan istilah yang digunakan bagi bakteri yang dapat
membantu mikoriza menjalankan perannya. Bakteri dikatakan MHB ketika
bakteri itu bersifat endofit dengan kata lain bakteri tersebut harus berada di salah
satu bagian tubuh mikoriza, dan berperan terhadap perkembangan mikoriza.
Simbiosis mikoriza bukan hanya hubungan antara fungi pembentuk mikoriza dan
tanaman inang namun melibatkan organisme pendukung lainnya seperti bakteri.
Hubungan
antara
fungi,
tanaman
inang
dan
MHB
membentuk
mikorizosfer yaitu daerah sekitar perakaran dimana fungi, bakteri dan akar
tanaman saling berinteraksi. Akar bermikoriza dan hifa fungi mikoriza turut
membentuk komposisi jenis bakteri akibat eksudasi dan pergantian akar atau hifa
(Bowen 1993; Morgan et al. 2005). Keberadaan mikorizosfer dapat menyebabkan
peningkatan nutrisi tanah dan membantu tanaman bertahan terhadap serangan
patogen (Linderman 1988; Frey-Klett et al. 2005).
Tingkat kolonisasi mikoriza tergantung pada interaksi antara parameter
abiotik dan biotik, fisiologi fungi, dan tingkat kerentanan akar terhadap infeksi.
MHB dapat meningkatkan laju infeksi mikoriza pada berbagai tahapan interaksi.
Sebagai contoh, fase pra infeksi seperti perkecambahan spora dan pertumbuhan
miselium di dalam tanah dan pada permukaan akar dapat ditingkatkan oleh MHB,
sehingga akar lebih rentan terhadap infeksi (Bowen 1993).
24
Eksudat MHB sering kali merangsang perkecambahan spora fungi. Xavier
dan Germida (2003) mengamati bahwa sebagian besar bakteri dari dinding sel
spora FMA mampu meningkatkan perkecambahan spora G. clarum ketika terjadi
kontak langsung antara spora dan bakteri, sementara sebagian isolat bakteri
menghambat perkecambahan spora dengan menghasilkan volatile antagonistic.
Duponnois
dan
Garbaye
(1990)
menganalisis
bagaimana
MHB
mempengaruhi konsentrasi senyawa antagonistik yang diproduksi oleh fungi
mikoriza. Mereka mendapati bahwa bakteri tersebut mampu mendetoksifikasi
media cair dari metabolit fungi yang bersifat menghambat.
Bakteri MHB
kemungkinan juga dapat menekan produksi senyawa toksik oleh mikroba tanah.
Vivas et al. (2005) melaporkan bahwa bakteri MHB memiliki dampak positif
yang kuat terhadap perkecambahan spora dan pertumbuhan fungi prasimbiosis
dalam larutan yang terkontaminasi logam berat. Inokulasi bakteri bukan hanya
menurunkan kerusakan hifa G. mosseae tetapi bahkan menghasilkan peningkatan
pertumbuhan akar dari 95% (tanpa Cd) menjadin 254% (dengan larutan Cd).
Pengaruh ini sama kuatnya dengan pada perlakuan Zn di mana pertumbuhan
miselium berkisar dari 125% (tanpa Zn) hingga 232% (dengan larutan Zn).
Produksi akar secara lateral dapat dipengaruhi secara positif oleh MHB
(Garbaye 1994; Schrey et al. 2005), kemungkinan karena produksi auksin atau
senyawa yang berhubungan dengan auksin oleh bakteri. Pembentukan ujung akar
baru dapat menyebabkan pembentukan lebih banyak mikoriza, karena kerapatan
situs kolonisasi per volume tanah meningkat.
Paenibacillus sp. EJP73 dan
Burkholderia sp. EJP67, dan dua isolat strain dari mikoriza Lactarius rufus,
ditemukan meningkatkan percabangan dikotomus pada semai Pinus sylvestris.
Beberapa laporan menyatakan bahwa kombinasi inokulasi dengan Plant
Growth Promoting Bacteria (PGPB) dan fungi mikoriza dapat menghasilkan
pengaruh positif secara sinergis terhadap pertumbuhan tanaman.
Inokulasi
dengan Azospirillum brasilense dan FMA Gigaspora margarita atau Glomus
fasciculatum menyebabkan peningkatan biomassa pucuk dan akar pada
Pennisetum americanum, sebagai akibat dari peningkatan penyerapan fosfor (Rao
et al.1985).
MHB dan PGPB Pseudomonas fluorescens 92 merangsang
25
pertumbuhan tanaman timun. Gamalero et al. (2003) menduga bahwa alasan yang
dapat menjelaskan hal ini adalah kuatnya laju produksi IAA oleh bakteri.
Untuk mengilustrasikan kompleksitas interaksi di dalam mikorizosfer,
Gamalero et al. (2004) menunjukkan bahwa penggunaan dua strain bakteri
bersama dengan satu FMA secara kuat meningkatkan pertumbuhan tomat. Strain
MHB P. fluorescens 92 digunakan bersama dengan strain PGPB P. fluorescens
P190r, dan kombinasi kedua bakteri ini dengan G. mossaeae BEG12
menyebabkan peningkatan pertumbuhan tanaman secara nyata.
Dalam sebuah laporan tentang tanah yang terkontaminasi timah, Vivas et al.
(2003) menunjukkan bahwa isolat
Bacillus brevis mampu meningkatkan
pembentukan mikoriza dan nodulasi, mampu menurunkan jumlah Pb yang diserap
tanaman, mampu meningkatkan biomassa tanaman, dan akumulasi N dan P dalam
Trifolium pretense. Sebagai akibat dari perubahan nyata arsitektur akar, diduga
bahwa produksi IAA oleh Bacillus brevis kemungkinan cukup tinggi.
Kompleksitas interaksi di dalam mikorizosfer dapat dieksploitasi untuk
meningkatkan keuntungan bagi tanaman, khususnya dengan menggunakan
kombinasi PGPR, MHB dan FMA dalam hortikultura maupun pembibitan pohon
(Gamalero et al. 2004). Dosis MHB yang efektif yang harus digunakan untuk
meningkatkan pembentukan mikoriza bervariasi di antara bakteri.
Hasil
penelitian pada tanah-tanah tercemar (Vivas et al. 2003) menunjukkan bahwa
MHB, kemungkinan jika dikombinasi dengan bakteri yang mendetoksifikasi
tanah, dapat berperan meningkatkan kebugaran tanaman pada tanah toksik dan
untuk fitoremediasi.
26