Peran mikroorganisme dalam bidang pertanian

Peran mikroorganisme dalam
bidang pertanian
Plant Growth Promoting
Rhizobacteria (PGPR)
Pendahuluan
 Rhizosfer merupakan habitat yang kaya nutrisi dan tempat hidup
berbagai bakteri dan jamur yang masing-masing dapat bersifat
netral, menguntungkan atau merugikan bagi tanaman.
 Beberapa dari organisme ini dapat meningkatkan pertumbuhan
tanaman dengan mekanisme yang berbeda.
Misal :
- Pseudomonas fluorescent dan Trichoderma merupakan
mikroorganisme yang mampu merangsang pertumbuhan tanaman
dan melindungi tanaman dari infeksi patogen dengan mekanisme
antagonis dan ketahanan terinduksi (ISR)\
Rizosfer akan dikolonisasi oleh PGPR (plant growth promoting
rhozobacteria) dan PGPF (plant growth promoting fungi).
Apa itu PGPR?
 PGPR (Plant Growth
Promoting Rhizobacteria)
adalah :
sejenis bakteri yang hidup
di sekitar perakaran
(rhzosfer) tanaman.
 Bakteri itu hidupnya
secara berkoloni
menyelimuti akar
tanaman.
Rhizosfer
Latar Belakang PGPR
 Awal mula diteliti oleh peneliti asal Amerika bernama
Kloepper dan Scroth di pertengahan tahun1982.
 Hasilnya menggambarkan bahwa bakteri tanah yang
mendiami daerah perakaran tanaman yang diinokulasikan
ke dalam benih dapat meningkatkan pertumbuhan
tanaman.
 Sejak pertama kali diperkenalkan oleh Kloepper dan
Scroth (1982) itulah, PGPR mengalami perkembangan
yang sangat cepat.
Latar Belakang PGPR
 Bagi tanaman keberadaan bakteri ini akan sangat
baik.
 Bakteri akan memberi keuntungan dalam proses
fisiologi tanaman dan pertumbuhannya.
 Rhizobakteria adalah kelompok bakteri yang
menguntungkan yang agresif mengkolonisasi
rizosfir
Pengaruh PGPR
 PGPR sangat menguntungkan bagi tanaman baik secara
langsung maupun tidak langsung.
 Pengaruh langsung :
didasarkan atas kemampuannya menyediakan dan
memfasilitasi penyerapan berbagai unsur hara dalam tanah
serta mensintesis dan mengubah konsentrasi fitohormon umtuk
memacu pertumbuhan.
 Pengaruh tidak langsung:
berkaitan dengan kemampuan menekan aktivitas patogen
dengan menghasilkan berbagai senyawa atau metabolit seperti
antibiotik.
Karakterisasi Fisiokimia PGPR
 Rhozobakteri adalah bakteri yang hidup bebas dan beberapa dari
mereka hidup di dalam jaringan tanaman.
 Bakteri ini dapat digunakan pada bibit atau tanaman dan dapat
melindungi, meningkatkan pertumbuhan tanaman atau
mengurangi kerusakan karena serangan patogen.
 Beberapa kelompok bakteri yang banyak digunakan dalam
pengujian PGPR antara lain Pseudomonas, Azospirillum,
Azotobacter, Klebsiella, Enterobacter, Alcaligens, Arthrobacter,
Burkholderia, Bacillus dan Serratia.
Karakterisasi Fisiokimia PGPR
 PGPR dapat mempengaruhi pertumbuhan tanaman
dengan cara melepaskan metabolit sekunder dan
memfasilitasi ketersediaan dan serapan nutrisi tertentu
dari lingkungan akar.
 Sayangnya, interaksi antara PGPR dan tanaman dapat
menjadi tidak stabil. Hasil yang baik pada uji in vitro
bisa tidak sama dengan pengujian di lapangan.
Rhizobakteria di akar
Akar denga rhizobacteria (kanan) dan
tanpa rhizobakteria (kiri)
Rhizobakteria di dalan sel
Mikroskop
cahaya
bakteri
Mikroskop
elektron
PGPR sebagai agens biokontrol
 Kemampuannya bersaing untuk mendapatkan zat makanan,
atau karena hasil-hasil metabolit seperti siderofor, hidrogen
sianida, antibiotik, atau enzim ekstraselluler yang bersifat
antagonis melawan patogen
 Contoh : Pseudomonas sp. dapat menghasilkan siderofor daat
menekan serangan penyakit yang disebabkan Fusarium
oxysporum dan penyakit akar yang disebabkan
Gaeumannomyces graminis.
 Mekanisme kerja PGPR diketahui sebagai senyawa yang
berfungsi sebagai pemasok zat makanan, bersifat antibiosis,
atau sebagai hormon pertumbuhan, atau penggabungan dari
berbagai cara tersebut.
PGPR sebagai agens biokontrol
 Strain bakteri dengan aktivitas sebagai PGPR umumnya
berasal dari genus:
Azoarcus, Azospirillum, Azotobacter, Arthrobacter, Bacillus,
Paenibacillus, Clostridium, Enterobacter,
Gluconacetobacter, Pseudomonas, Serratia, Klebsiella,
Alcaligenes, Arthrobacter and Burkholderia.
 Genus Pseudomonas dan Bacillus adalah yang paling
banyak dipelajari
PGPR sebagai pupuk biologis (biofertilizer)
 Pertanian organik semakin berkembang dengan sejalan dengan
timbulnya kesadaran akan petingnya menjaga kelestarian
lingkungan dan kebutuhan bahan makanan yang relatif lebih sehat.
 Dalam pertanian organik yang tidak meggunakan bahan kimia
buatan seperti pupuk kimia buatan dan pestisida, biofertilizer atau
pupuk hayati menjadi salah satu alternatif yang dapat
dipertimbangkan.
 Biofertilizer fungsinya antara lain membantu penyediaan hara pada
tanaman, mempermudah penyediaan hara bagi tanaman membantu
dekomposisi bahan organik, meyediakan lingkungn rhizosfer
sehingga pada akhirnya akan mendukung pertumbuhan dan produksi
peningkatan tanaman.
 Contoh : Rhizobium, Pseudomonas sp. Bacillus sp. Azaosprillium,
dapat dimanfaatkan sebagai biofertilizer pada pertanian organik,
Contoh PGPR sebagai biofertilizer
Mekanisme kerja PGPR
Schematic illustration of important mechanisms known for plant growth promotion by
PGPR. Different mechanisms can be broadly studied under (1) Biofertilization, and (2)
Biocontrol of pathogens. Biofertilization encompasses: (a) N2 Fixation, (b) Siderophore
production, (c) Pinorganic solubilization by rhizobacteria. Biocontrol involves: (a)
Antibiosis, (b) Secretion of lytic enzymes, and (c) Induction of Systemic Resistance (ISR) of
host plant by PGPR
Kelebihan PGPR
 Menambah fiksasi nitrogen di tanaman kacang –





kacangan
Memacu pertumbuhan bakteri fiksasi nitrogen bebas
Meningkatkan ketersediaan nutrisi lain seperti phospat,
belerang, besi dan tembaga
Memproduksi hormon tanaman
Menambah bakteri dan cendawan yang menguntungkan
Mengontrol hama dan penyakit tumbuhan
Aplikasi PGPR
 Diberikan ke tanah
 Ke benih seperti dengan cara
seed coating atau
perendaman
 Ke akar seperti dengan cara
perendaman
 Umumnya isolat bakteri
yang digunakan secara
signifikan dapat
meningkatkan pertumbuhan
tanaman, panjang akar, dan
berat kering tajuk dan akar.
Penutup
Pustaka
Ankit Kumar, Anil Prakash and Johri BN. 2011. Bacillus as PGPR in Crop
Ecosystem. In. Bacteria in Agrobiology Crop Ecosystems. Maheshwari DK (ed.).
Springer. 434 p.
Martínez-Viveros O, Jorquera MA, Crowley DE, Gajardo G and Mora ML. 2010.
Mechanisms and practical considerations Involved in plant growth promotion by
Rhizobacteria. J. Soil Sci. Plant Nutr. 10 (3): 293 – 319.
Niranjan Raj S, Shetty HS and Reddy MS. 2005. Plant Growth-promoting
Rhizobacteria:Potential Green Alternative for Plant Productivity. In. PGPR:
Biocontrol and Biofertilization. Siddiqui ZA (ed.). Springer, Dordrecht, The
Netherlands. p 197-216.
Prathap M and Ranjitha Kumari BD. 2015. A Critical Review on Plant Growth
Promoting Rhizobacteria. J Plant Pathol Microb 2015, 6:4.
MIKROORGANISME PADA PENGELOLAAN MASALAH
LINGKUNGAN (BIOREMEDIASI)
Pendahuluan
 Senyawa inorganik dan organik beracun merupakan
penyebab utama lingkungan terkontaminasi yang
selanjutnya berakibat pada kesehatan dan tentunya akan
mempengaruhi populasi manusia. Jumlah limbah
beracun makin meningkat dan asal limbah sangat
beragam.
Sumber Pencemar
Limbah dapat berasal dari hasil industri dan barang komersial:
i. Industri , ii. Kegiatan militer, iii. Kegiatan perubatan, iv. Sumber
radioaktif, v. Limbah rumah tangga, vi. Kotoran manusia, vii.
Industri ringan, seperti pada dry cleaning dan viii. Kegiatan
pertanian.
Kategori Limbah Berdasarkan Efek
 Berdasarkan efeknya maka bahan kimia dapat
dikategorikan atas 2 kelompok yaitu:
1). Berbahaya (hazardous): termasuk mudah
meledak (explosive), mudah terbakar (flammable),
irritant, sensitizers, asam, alkalin (caustic)
2). Beracun (toxic) yaitu mampu membunuh sel
(Cunningham and Cunningham, 2002).
Tujuan Utama Penanganan Limbah
 mencegah dan mengurangi pencemaran
lingkungan terutama masuknya senyawasenyawa racun ke dalam tanah
mengubah atau mengkonversikan bahanbahan organik dalam limbah menjadi bahan
yang lebih berguna
menguraikan senyawa racun dan mematikan
mikrobia penyebab penyakit.
Dasar-Dasar Penanganan Limbah
Penanganan limbah dilakukan 3 cara, yaitu:
1.Penanganan limbah secara fisik.
Limbah padat : pengeringan dan pemotongan
Limbah cair: penyaringan, pengumpulan dan sedimentasi.
2.Penanganan limbah secara kimiawi
Jarang dilakukan karena tidak efisien dan ekonomis.
3.Penanganan limbah secara hayati
Merupakan cara paling efektif dan murah karena cara ini
menggunakan daya mikrobia.
Bioremediasi
Yaitu:
Strategi atau proses yang menggunakan
mikroorganisme, tanaman maupun enzim dari
mikroba maupun tanaman untuk menetralkan
sifat beracun dari kontaminan di dalam tanah
maupun lingkungan lainnya.
Mikrobia yang aktif dalam proses
penanganan limbah secara hayati:
 Bakteri: aerob dan anaerob
 Jamur benang: aktif dalam
pengomposan
 Ganggang atau algae
 Protozoa: berperan dalam
penjernihan effluen.
Coleps
Lacrymaria
Paramecium
Stentor
Spirostomum
STRATEGI BIOREMEDIASI
 Berdasarkan tempat dimana bioremediasi ini
dijalankan maka bioremediasi dapat dibagi atas 2
teknik yaitu teknik In situ dan Ex situ.
 Teknik insitu merupakan teknik yang diaplikasikan
pada tanah maupun air bawah tanah di tempat
dengan sedikit gangguan.
 Teknik Ex situ merupakan teknik yang
diaplikasikan dengan terlebih dahulu
memindahkan tanah (ekskavasi) maupun air
(pompa) ke tempat lainnya (gangguan besar)
KEUNTUNGAN MENGGUNAKAN
BIOREMEDIASI
 Ramah lingkungan (aman)
 Tidak mahal
 Tidak menghasilkan limbah yang baru (masalah
baru)
 Dapat bekerja pada senyawa organik dan inorganik
 Dapat dilakukan in-situ maupun ex-situ
 Mudah diimplementasikan dan dikelola
KERUGIAN MENGGUNAKAN
BIOREMEDIASI
 Kurang dapat diaplikasikan pada limbah yang






bioavailability rendah
Polutan mungkin tidak berbahaya untuk salah satu
spesies tetapi berbahaya untuk spesies lain
Mikroorganisme perombak menginginkan kondisi
lingkungan yang spesifik
Memakan waktu yang panjang untuk meremediasikan
Terbatas hanya pada daerah perakaran saja
Tanaman yang dipanen pada daerah diremediasi
dikategorikan sebagai limbah berbahaya
Mungkin dapat menjadi rantai makanan
Strategi Bioremediasi Teknik Insitu
 Bioventing
 Biosparging
 Bioaugmentation
 Biostimulasi
 Phytoremediasi
Bioventing
 dilakukan penambahan udara dan hara melalui
sumur ke dalam tanah yang terkontaminasi
tujuannya untuk menstimulasi bakteri alami
tempatan (indigeneous).
 Bioventing memberikan udara pada kecepatan
aliran yang rendah dan hanya diperlukan oksigen
dalam jumlah sedikit untuk biodegradasi
sementara volatilisasi diminimumkan dan
melepaskan kontaminan ke atmosfer
Biosparging
 injeksi udara ke air dalam tanah yang tujuannya
untuk meningkatkan konsentrasi oksigen dan
mempercepat laju degradasi kontaminan oleh
mikroba/bakteri alami. Melalui biosparging akan
meningkat kontak tanah dengan air dalam tanah.
Cara yang paling murah dan mudah melaksanakan
biosparging adalah dengan membuat instalasi pipa
berdiameter kecil tempat menginjeksikan gas.
Biostimulasi
 Penambahan hara seperti nitrogen dan fosfor
bahkan adakalanya penambahan elemen mikro
atau pemberian bahan untuk
meningkatkan/menurunkan pH yang kesemuanya
bertujuan menstimulasi populasi dan aktivitas
mikroorganisme tanah setempat.
Bioremediasi Dengan Teknik Ex situ
 Landfarming
 Composting
 Biopiles
 Bioreactors
Landfarming
 Aplikasi dan pencampuran kontaminan atau limbah
ke permukaan tanah yang tidak terkontaminan.
Daerah yang dipilih memiliki ciri tanah yang memiliki
lapisan liat yang dapat menghalangi pencucian yang
dapat menyebabkan pencemaran air minum/air dalam
tanah. Tanah tersebut dilakukan plowing dan disking
yang bertujuan untuk memecahkan bongkahan dan
mencampur supaya seragam sehingga kondisi
kelembaban dan aerasi menjadi baik. Selain itu
pengolahan tanah (plowing dan disking) dapat
mengakibatkan konsentrasi kontaminan menjadi lebih
rendah.
Composting
 Composting merupakan teknik dengan
menggabungkan tanah terkontaminasi dengan
bahan organik yang tidak berbahaya seperti
kotoran hewan atau limbah pertanian.
Kehadiran bahan organik ini akan mendukung
perkembangan dari mikroorganisme dan
menaikkan temperatur.
Biopiles
 merupakan hybrid dari landfarming dan
composting. Piles tempat melaksanakan
bioremediasi didesain untuk melakukan
pengomposan aerob. Biasanya biopiles digunakan
untuk mengatasi kontaminasi permukaan akibat
hidrokarbon petroleum dan merupakan versi
landfarming yang lebih modern yang bertujuan
untuk mengontrol pencucian dan volatilisasi dari
limbah. Biopiles menyediakan lingkungan yang
sesuai untk mikroorganisme aerobik dan anaerobik
yang indigenous.