proposal disertasi

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Berbagai jenis bakteri yang menguntungkan dari kelompok rizobakteri
pemacu tumbuh tanaman banyak diteliti dan dikembangkan, antara lain dari genus
Pseudomonas, Enterobacter, Bacillus, Serratia, Acetobacter, Azotobacter, dan
Azospirillum. Selain mampu menghasilkan senyawa pemacu tumbuh dan
mengendalikan penyakit, beberapa rizobakteri seperti Pseudomonas juga dikenal
sebagai bakteri kompetitif dan paling efisien memanfaatkan sumber hara di
lingkungan rhizosfer (Kloepper & Schroth 1981). Manfaat rizobakteri ini terhadap
pertumbuhan tanaman telah banyak dilaporkan. Beberapa galur mampu
mensintesis zat pengatur tumbuh (fitohormon), menghasilkan enzim 1aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) deaminase untuk mengurangi sintesis
hormon etilen yang berlebihan pada masa pertumbuhan vegetatif tanaman,
memfasilitasi penyerapan unsur hara di dalam tanah (Glick 1995; Cattelan et al.
1999; Tenuta 2006), dan menghasilkan senyawa atau metabolit seperti
siderophore, -1,3-glukanase, kitinase, antibiotik, dan sianida untuk menekan
aktivitas patogen (Kloepper 1993; Cattelan et al. 1999; Wang et al. 2000). Di
antara berbagai peran penting ini, bakteri penghasil enzim ACC deaminase mulai
banyak diteliti untuk membantu pertumbuhan tanaman.
Rizobakteri penghasil ACC deaminase mampu memacu pertumbuhan dan
meningkatkan daya tahan tanaman terhadap cekaman (stress) yang disebabkan
berbagai faktor biotik dan abiotik (lingkungan) yang ekstrim, antara lain tingginya
hormon IAA (Mayak et al. 1997), genangan (Grichko & Glick 2001), kekeringan
(Mayak et al. 2004), adanya polutan organik dan anorganik (Reed & Glick 2005;
Belimov et al. 2001), tingginya kadar garam (Saravanakumar & Samiyappan
2007), dan serangan patogen (Wang et al. 2000; Dey et al. 2004; Shaharoona et al.
2006). Enzim ini berperan mendegradasi ACC (prekursor hormon etilen) menjadi
amonia dan α-ketobutirat untuk mengurangi pembentukan hormon etilen dalam
jaringan akar yang dipicu oleh berbagai faktor biotik dan abiotik ekstrim tersebut
(Abeles et al. 1992; Glick 1995). Sebagai hormon senescence yang berperan
penting dalam pembungaan dan pematangan buah, peningkatan konsentrasi
2
hormon etilen pada awal masa pertumbuhan tanaman menghambat perkembangan
akar (Glick 1995; Mayak et al. 1997) dan pembentukan bintil akar (Ma et al.
2003), dan dalam banyak kasus melemahkan ketahanan tanaman terhadap
penyakit (Wang et al. 2000; 2006; Dey et al. 2004). Tanaman yang terinfeksi
patogen juga dilaporkan sering mengalami cekaman etilen dengan diproduksinya
hormon ini dalam jumlah yang berlebihan, sehingga memperparah serangan
penyakit (Lund et al. 1998; Van Loon et al. 2006). Dengan demikian,
pemanfaatan rizobakteri penghasil ACC deaminase untuk mengendalikan sintesis
etilen, terutama pada masa pertumbuhan vegetatif, merupakan salah satu upaya
untuk meningkatkan pertumbuhan dan ketahanan mereduksi tanaman terhadap
penyakit.
Di Indonesia, studi penggunaan rizobakteri penghasil enzim ACC
deaminase sebelum penelitian ini belum pernah dilaporkan. Pemanfaatannya bagi
budidaya tanaman kedelai di Indonesia merupakan salah satu alternatif teknologi
yang menjanjikan untuk mengatasi rendahnya kualitas pertumbuhan tanaman
yang dapat disebabkan oleh faktor tanah, air maupun penyakit. Selain itu,
penggunaan bakteri penghasil ACC deaminase ini dalam sistem budidaya
tanaman kedelai akan dapat mengurangi pemakaian senyawa agrokimia sintetik
yang berlebihan (pupuk dan fungisida) yang saat ini harganya semakin mahal dan
berpotensi mencemari lingkungan. Bakteri dari genus Pseudomonas penghasil
IAA yang dipilih sebagai model dalam penelitian ini dikenal kompetitif dan
paling efisien dalam memanfaatkan sumber hara di lingkungan rhizosfer
(Kloepper & Schroth 1981). Tiga jenis penyakit tular tanah yang juga digunakan
sebagai model dalam penelitian ini adalah penyakit busuk kecambah dan busuk
akar yang disebabkan oleh cendawan patogen Rhizoctonia solani dan Fusarium
oxysporum, dan penyakit hawar batang yang disebabkan oleh cendawan patogen
Sclerotium rolfsii. Ketiga jenis patogen ini termasuk penyakit penting pada
tanaman kedelai di Indonesia. Kehilangan panen kedelai yang diakibatkan oleh
penyakit ini di Indonesia cukup besar yaitu sekitar 12,5 ribu ton dari total 147,5
ribu ton kehilangan panen kedelai pada tahun 1998 (Wrather et al. 2001). Hasil
penelitian Balai Penelitian Tanaman Kacang-kacangan dan Umbi-umbian (2005)
juga memperlihatkan bahwa intensitas serangan cendawan tular tanah R. solani
3
mencapai 15,5% dari total serangan penyakit. Tantangan dalam pemanfaatan
bakteri penghasil ACC deaminase ini pada tanaman kedelai terletak pada
kemampuan menapis dan memilih bakteri penghasil ACC deaminase yang unggul,
kompetitif, dan dapat bekerja secara sinergis dengan bakteri bintil akar (rhizobia).
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan mendapatkan isolat-isolat Pseudomonas penghasil
enzim 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) deaminase yang mampu
meningkatkan pertumbuhan dan ketahanan tanaman kedelai terhadap penyakit
melalui serangkaian penelitian di laboratorium, ruang penumbuh (growth
chamber), dan rumah kaca. Secara rinci, tujuan penelitian ini dicapai melalui 3
tahapan utama, sebagai berikut:
1. Penapisan (screening) isolat-isolat Pseudomonas pemacu pertumbuhan
kedelai secara in planta di ruang penumbuh (growth chamber) dan
pengukuran aktivitas ACC deaminase secara in vitro di laboratorium.
2. Seleksi isolat-isolat Pseudomonas penghasil ACC deaminase yang unggul dan
tidak antagonis terhadap bakteri bintil akar melalui uji kompatibilitas.
3. Pengujian kemampuan isolat-isolat Pseudomonas penghasil ACC deaminase
dalam meningkatkan pertumbuhan dan ketahanan tanaman kedelai terhadap
penyakit yang disebabkan oleh cendawan patogen Fusarium oxysporum,
Sclerotium rolfsii, dan Rhizoctonia solani melalui percobaan di rumah kaca
pada media tanah steril dan non-steril.
Hipotesis
Diperoleh bakteri Pseudomonas penghasil ACC deaminase yang unggul,
mempunyai karakter tidak antagonis terhadap bakteri bintil akar (rhizobia), dan
mampu meningkatkan pertumbuhan dan daya tahan tanaman kedelai terhadap
serangan penyakit.
4
Manfaat Penelitian
Pemanfaatan Pseudomonas penghasil ACC deaminase sebagai agen hayati
dalam sistem budidaya tanaman kedelai di Indonesia akan mendukung upaya
peningkatan produksi yang selama ini lebih banyak bertumpu pada penggunaan
bahan kimia sintetik (pupuk dan fungisida). Pemanfaatan bakteri ini secara tepat
akan mengurangi penggunaan pupuk dan fungisida kimia sintetik yang harganya
terus semakin mahal dan pemakaiannya yang berlebihan berpotensi mencemari
lingkungan. Sifat bakteri ini yang tidak antagonis terhadap rhizobia dapat bekerja
secara sinergis dengan bakteri bintil akar penambat N yang alami (native) maupun
yang diaplikasikan secara bersamaan. Fungsi ganda karakter ACC deaminase
yang dimiliki bakteri ini selain mampu melindungi tanaman dari berbagai
cekaman biotik (serangan penyakit) juga diharapkan dapat melindungi tanaman
dari berbagai cekaman abiotik (lingkungan ekstrim). Sebagai agen hayati,
Pseudomonas penghasil ACC deaminase dapat diperbanyak dan diperbaharui,
sehingga dapat digunakan secara berkelanjutan.
Temuan Baru (Novelty)
Studi bakteri penghasil enzim ACC deaminase dan pemanfaatannya bagi
sistem budidaya tanaman kedelai di Indonesia belum pernah dilaporkan.
Ditemukannya isolat lokal (indigenous) Pseudomonas penghasil ACC deaminase
dari rizosfer tanaman kedelai yang mampu meningkatkan pertumbuhan dan daya
tahan tanaman kedelai terhadap serangan cendawan patogen akan memotivasi
kegiatan eksplorasi, isolasi, dan seleksi berbagai jenis bakteri dengan karakter dan
fungsi yang sama untuk dikembangkan sebagai pupuk dan fungisida hayati.