PERTEMUAN III BAKTERI FIKSASI NITROGEN

PERTEMUAN III
BAKTERI FIKSASI NITROGEN
Kandungan Nitrogen di udara sekitar 76,5% s.d 78%,
adapun supply nitrogen ke dalam tanah sekitar 0,1 –
0,2%. Masuknya nitrogen dari udara ke dalam tanah
melalui curah hujan dan penambahan bahan-bahan
organik yang mengandung protein ke dalam tanah.
Fiksasi Nitrogen tanah : proses pertukaran nitrogen
udara menjadi nitrogen dalam tanah oleh mikroba
tanah yang simbiotik maupun nonsimbiotik.
Bakteri nitrogen atau dikenal juga sebagai bakteri
pengikat nitrogen adalah kelompok bakteri yang
mampu mengikat nitrogen (terutaman N2) bebas
di udara dan mereduksinya menjadi senyawa
amonia (NH4) dan ion nitrat (NO3-) oleh bantuan
enzim nitrogenase.
Secara umum, kelompok bakteri ini dikenal dengan
istilah rhizobia, termasuk di dalamnya genus
bakteri
Rhizobium,
Bradyrhizobium,
Mesorhizobium,
Photorhizobium,
dan
Sinorhizobium. Contoh bakteri nitrogen yang
hidup bersimbiosis dengan tanaman polongpolongan yaitu Rhizobium leguminosarium, yang
hidup di akar membentuk nodul atau bintil-bintil
akar.
Bakteri penambat Nitrogen (BPN) :
1. Bersimbiosis dengan tanaman (root-nodulating
bacteria). Contoh : Rhizobium sp,
2. Nonsimbiosis/hidup bebas (free-living nitrogen
fixing rhizobacteria), contoh : Azotobacter,
Beijerincka, Azospirillum.
Selain menambat nitrogen, BPN juga mampu
menghasilkan ZPT. Fungsi N : pembentukan
klorofil menjadi optimal (fotosintesis optimal),
membangun protoplasma dan membentuk
enzim.
Tahapan Pembentukan Akar
Umur Bintil
(Hari)
0
Tahap Nodulasi
Bakteri masuk ke dalam rambut akar/sel epidermis
1-2
Benang infeksi mencapai dasar sel epidermis dan
memasuki korteks
3-4
Suatu massa kecil sel-sel terinfeksi dalam premordium
bintil
5
Pembagian pesat dari sel-sel bakteri dan sel-sel inang
7-9
12-18
23
Bintil mulai Nampak
Pertumbuhan lanjut dari bintil menjadi jaringan
bakteroid merah muda, multi terjadi fiksasi N
Bintil berlanjut menjadi periode aktif fiksasi N
28-37
Bintil mencapai besar maksimal dan fiksasi N berlanjut
50-60
Pelapukan bintil
Mekanisme pembentukan bintil akar
Bakteri Rhizobium berkumpul di sekitar rambut – rambut
akar secara alami maupun pada media buatan dengan
pemberian inokulan atau preparat hidup bakteri
Rhizobium (Sutedjo et al., 1991). Sehubungan dengan
berkumpulnya
bakteri
tersebut,
akar
akan
mengekskresikan atau mengeluarkan senyawa triptofan
yang menyebabkan bakteri berkembang pada ujung akar
rambut. Kemudian Triptofan diubah oleh Rhizobium
menjadi IAA (Indole Acetic Acid) yang menyebabkan akar
membengkok Karena adanya interaksi antara akar
dengan Rhizobium. Kemudian bakteri merombak dinding
sel akar tanaman sehingga terjadi kontak antara
keduanya.
Mekanisme pembentukan bintil akar
infeksi
terbentuk,
yang
merupakan
perkembangan dari membran plasma yang
memanjang dari sel terinfeksi. Setelah itu Rhizobium
berkembang di dalam benang infeksi yang menjalar
menembus sel-sel korteks sampai parenkim. Di
dalam sel kortek, Rhizobium dilepas di dalam
sitoplasma untuk membentuk bakteroid dan
menghasilkan stimulan yang merangsang sel korteks
untuk
membelah.
Pembelahan
tersebut
menyebabkan
proliferasijaringan,
membentuk
struktur bintil akar yang menonjol sampai keluar akar
tanaman, yang mengandung bakteri Rhizobium
(Armiadi, 2009)
Benang
Mekanisme pembentukan bintil akar
Bintil akar tidak selalu tumbuh di pangkal akar, ada juga
yang tumbuh di ujung-ujung akar. Tidak selalu bintil
akar dihuni oleh bakteri Rhizobium yang tepat dan
efektif. Ciri bintil akar yang efektif adalah bila dibelah
melintang akan memperlihatkan warna merah muda
hingga kecoklatan di bagian tengahnya. Pigmen
merah leghemeglobin ini yang paling berperan dalam
memfiksasi N. Pigmen itu dijumpai dalam bintil akar
antara bakteroid dan selubung membran yang
mengelilinginya. Jumlah leghemoglobin di dalam
bintil akar memiliki hubungan langsung dengan
jumlah nitrogen yang difiksasi (Novriani, 2011).
Faktor-faktor yang mempengaruhi
keberadaan bakteri bintil akar:
1. Sumber makanan (Bahan Organik dan perakaran)
Untuk bertahan sebelum menginfeksi tanaman.
2. Mikroorganisme lain (sbg kompetitor di rizosfir)
Terutama yang antagonis, karena dapat menghalangi infeksi
3. Lingkungan
yang mempengaruhi kegiatan fotosintesis untuk menyediakan
kebutuhan energi bakteri (cahaya, luas daun, CO2,
pembentukan biji/ fase generatif)
4. pH
keperluan nilai pH dikehendaki netral – agak basa,
5. Suhu
yang disukai 20-28 °C, masing-masing jenis isolat berbeda
tanggapnya terhadap suhu
Faktor-faktor yang mempengaruhi
keberadaan bakteri bintil akar:
6. Ketersediaan air dan hara untuk fotosintesis
karena fotosintesis yang dihasilkan tanaman
dimanfaatkan oleh bakteri
7. Senyawa racun
Yang berasal dari herbisida, fungisida di tanah tidak
disukai bakteri bintil, dapat berpengaruh terhadap
keberadaan bakteri, salinitas
8. Ketersediaan nutrisi
Seperti N yang bisa menghambat bintil; P untuk supali
energi; Mo untuk kerja nitrogenase, Fe dan Co utk
laghemoglobin dan transfer elektron
9. Kesesuian genetik antara bakteri dgn tan (utk
keperluan infeksi)
Faktor- faktor yang Mempengaruhi
Pembentukan Bintil Akar
1. Temperatur dan Cahaya dapat mempengaruhi
pertumbuhan tanaman, bintil akar dan penambatan N.
Pengaruh suhu terhadap tanaman legum bervariasi
tergantung kepada jenis legumnya. Sistem simbiotik
lebih sensitif terhadap suhu dibandingkan dengan
pertumbuhan tanaman. Pada suhu yang rendah (<10
0C) proses pembelahan sel dari bakteri pada rizosfer
akan terhambat sehingga menyebabkan terhambatnya
proses infeksi dan menurunnya berat bintil, sedangkan
pada suhu >24 0C merangsang infeksi rambut akar oleh
Rhizobium. Rentang temperatur yang paling
menguntungkan untuk pembentukan
jaringan
bakteroid di dalam bintil adalah 20-30 0C .
(2)
2. Kelembaban Tanah sangat berperan dalam
pembentukan bintil akar. Terjadi penurunan
infeksi akar dan nodulasi seiring dengan
penurunan kelembaban tanah (kekeringan),
bahkan tidak terbentuk bintil akar pada tanah
yang mengalami kekeringan. Hal ini
disebabkan oleh kegagalan proses infeksi
rambut akar. Keadaan yang demikian juga
dapat menekan proses fiksasi nitrogen dan
menurunkan fotosintesis.
Defisiensi kelembaban tanah sangat mempengaruhi fiksasi N2 sebab pembentukan bintil
awal, perkembangan bintil dan aktifitas
nitrogenase lebih sensitif terhadap stress
kelembaban
tanah
daripada
sistem
metabolisme akar dan pucuk. Stress yang
ringan atau berat menurunkan baik jumlah
maupun ukuran bintil akar tanaman.
(3)
3. Zat Pengatur Tumbuh berupa asam indol
asetat (IAA) dan giberelin telah dapat dideteksi
dalam bintil akar. Bintil akar mengandung lebih
banyak IAA daripada perakaran yang
bersebelahan dengannya. Beberapa zat
tumbuh merangsang pembentukan bintil
sedangkan yang lainnya menghambat,
tergantung pada konsentrasi zat kimia yang
digunakan.
Kemasaman
tanah
berpengaruh
terhadap
perkembangan akar tanaman dan ketersediaan hara
tanah. Pada pH yang rendah, beberapa jenis legum
tidak dapat berkembang walaupun Rhizobium cukup
toleran, sehingga proses pembentukan bintil
terhambat. Jumlah dan ukuran bintil mungkin
dipengaruhi oleh reaksi substrat tempat tumbuh
legum. Kondisi masam dan defisiensi kalsium
berpengaruh langsung terhadap pembentukan
simbiosis
(4)
4.
Faktor ekologis Penggunaan pestisida
merupakan usaha yang dilakukan untuk
mengendalikan hama dan penyakit tanaman
dan beberapa senyawa kimia ini mungkin
mempengaruhi proses mikrobiologis dalam
tanah.
Tetapi
dengan
dosis
yang
direkomendasikan
pestisida
tidak
mempengaruhi nodulasi. Sebaliknya, herbisida
mempengaruhi proses pembentukan bintil
dan fiksasi nitrogen pada legum.
Pada
percobaan
menunjukkan
bahwa
penggunaan Dalapon dapat mengurangi
pembentukkan
bintil
dan
cenderung
mengurangi efisiensi fiksasi nitrogen. Hal ini
terlihat
dari
autoradiograf
herbisida
ditranslokasikan dengan cepat dan dapat
dideteksi dalam daun dan binti
(5)
 Ketersediaan Hara Lainnya
 Ketersediaan fosfor (P) merupakan faktor penting
dalam pembentukkan bintil dan pertumbuhan
tanaman terutama pada tanah-tanah masam.
Kandungan P dalam bintil 2-3 kali lebih besar
daripada kandungan P pada akar .Bahwa aplikasi
KH2PO4 25 ppm di tanah-tanah masam
meningkatkan
dengan
signifikan
persentase
pembentukkan bintil pada Trifolium subterraneum
yang diinokulasikan Rhizobium leguminosarum bv.
Trifolii.
Hal yang sama, pembentukkan bintil dan fiksasi
N2 (aktivitas nitrogenase) pada Trifolium
vesiculosum akan meningkat secara signifikan
setelah ditambahkan P (100 ppm) dan K (300
ppm) sedangkan aktivitas nitrogenase
meningkat dua kali pada saat konsentrasi P
dinaikkan menjadi 400 ppm.
(6)
Kandungan N dalam tanah (khususnya dalam bentuk
NO3-) dapat menghambat proses nodulasi dan fiksasi
N2 oleh bakteri rhizobia yang bersimbiosis dengan
tanaman legum. Selain itu Molibdenum merupakan
unsur mikro yang sangat esensial untuk semua
tanaman
dan
sangat
dibutuhkan
untuk
pembentukkan bintil akar dan fungsi enzim kompleks
nitrogenase dari bakteri rhizobia. Tanah yang
kekurangan Mo akan menurunkan populasi rhizobia
sehingga tanaman yang terinfeksi tidak ternodulasi
efektif Interaksi Mikroorganisme
(7)
Interaksi Mikroorganisme setiap inokulasi strain
Rhizobium ke media tanah akan mengalami
beberapa kendala untuk mencapai keberhasilan
nodulasi akar.
Tiga kendala utama yaitu :
(1) rhizobia tidak berhasil bertahan hidup di daerah
rhizosfer maupun membentuk bintil akar
tanaman inang.
(2) Inokulan Rhizobium berhasil bertahan hidup di
daerah rhizosfer dan menghasilkan bintil akar
yang baik tetapi gagal bertahan hidup di media
tanah sekitarnya.
(3) Inokulan Rhizobium gagal bersaing dengan
rhizobia asli untuk membentuk bintil akar.
Indikasi kemampuan kompetitif dan daya
efektivitas strain rhizobia tergantung dari
karakter strain itu sendiri, namun tanaman
inang lebih menyeleksi beberapa strain yang
terbaik dari campuran populasi strain efektif
dan strain tidak efektif .
(8)
Ada beberapa jenis fungi terutama Penicillium dan
Aspergillus bersifat antagonis terhadap R. trifoli atau
R. lupini. Fungi tersebut membentuk koloni pada
tanah atau daerah sekitar rhizosfer yang
mengakibatkan berkurangnya daya simbiosis yaitu
berkurangnya pembentukkan bintil, leghaemoglobin
bintil, kandungan nitrogen dan pertumbuhan
tanaman inang
Reaksi pada proses penambatan nitrogen :
N2 + 8H+ + 8e- + 16 ATP 2NH3 + 16 ADP +
16Pj + H2
Untuk mereduksi 1 molekul N2 diperlukan 15 –
30 ATP yang 30 – 60 % dari energi ATP ini
terbuang dalam bentuk gas H2
Rumus Pemanfaatan Nitrogen bagi Tanaman:
N2 + H2 → NH4 + O2 → NO3 + O2→ NO2