daur perkembangan penyakit

EPIDEMIOLOGI PENYAKIT TUMBUHAN (S1):
DAUR PERKEMBANGAN PENYAKIT
Faculty of Agriculture, Universitas Brawijaya
Email : @ub.ac.id
1. PENDAHULUAN
4. 4. REFERENSI
2. TUJUAN PEMBELAJARAN
5. PROPAGASI
3. KEGIATAN BELAJAR
6. PENDALAMAN
1. PENDAHULUAN
berurutan dan terjadi secara berulang selama kondisi unsur pendukungnya
sesuai bagi proses tersebut berlangsung.
Urutan dalam proses tersebut disebut sebagai siklus atau daur dari
terjadinya penyakit yang dibagi menjadi dua bagian yakni: daur infeksi
(kejadian dari infeksi ke infeksi kembali, disebut satu daur) dan daur hidup
(cara bagaimana patogen tersebut bertahan dari musim ke musim tanam
untuk terjadinya infeksi kembali, disebut satu daur hidup).
Proses-proses apa sajakah yang memacu dan menghambat daur tersebut di
alam dikemukakan secara teoritis dalam modul ini, sehingga mahasiswa akan
mempunyai persepsi luas mengenai kejadian penyakit di lapangan, mengapa
cepat mewabah dan mengapa juga menghilang (tidak muncul).
Beberapa contoh daur infeksi dikemukakan dalam modul ini dalam rangka
memberikan penjelasan yang lebih konkrit bagaimana suatu proses dalam
daur patogen tersebut seharusnya dapat dilukiskan sehingga dengan mudah
dapat diikuti perkembangannya dari satu unit kejadian pada unit kejadian
berikutnya. Hal ini sangat membantu apabila kemudian ingin dipelajari lebih
mendalam mengenai hubungan satu unit dengan faktor lingkungannya atau
bagaimana suatu proses dapat berjalan atau terhenti ditengah jalan.
Sebagain contoh karena hilangnya inang di lapangan maka proses daur
terhenti atau ia bertahan dalam struktur tertentu di dalam tanah. Di daerah
sub-tropis hal ini menarik karena munculnya cuaca yang ekstrim seperti
adanya winter (musim dingin) sehingga patogen mati atau istirahat dalam
struktur tertentu.
2
SELF-PROPAGATING ENTREPRENEURIAL EDUCATION DEVELOPMENT
(SPEED)
Epidemi penyakit yang terjadi di alam adalah merupakan proses yang
MODUL
Mata Kuliah / MateriKuliah
2. TUJUAN PEMBELAJARAN
Brawijaya University
2013
1. Mengenalkan proses-proses masuknya penyakit dari satu daerah ke daerah lain atau benua
lain.
2. Mengenalkan proses infeksi, reproduksi, dan pelepasan inokulum dan cara bertahannya
patogen di alam dikala tidak ada inang yang sesuai atau kondisi lingkungan yang tidak
mendukung.
3. Mengenalkan tipe-tipe proses infeksi dari yang monosiklus atau polisiklus secara teoritis.
3. KEGIATAN BELAJAR
1. Pendahuluan
Apabila mempelajari perkembangan penyakit yang disebabkan oleh jamur, maka pertanyaan
yang pertama muncul adalah: “Darimanakah inokulum jamur tersebut berasal?”. Maka jawabnya
adalah dapat berasal dari dua kemungkinan, yakni:
a) Eksodemik; yakni berasal dari negara atau daerah lain. Sebagai contoh adalah pada penyakit
karat batang pada gandum di Belanda yang disebabkan oleh Puccinia graminis sp. tritici. Dalam
musim dingin dengan suhu udara yang rendah maka inokulum jamur tersebut akan mati,
sehingga terjadinya epidemi penyakit dapat dipastikan akibat terbawanya inokulum dari luar
negara atau daerah.
b) Endemik; yakni inokulum tersebut berada di daerah yang bersangkutan sepanjang tahun
meskipun dalam kondisi kurang menguntungkan untuk berkembang. Jamur dapat bertahan
dalam inangnya sendiri namun tak nampak dari luar atau berada dalam sisa-sisa tanaman,
dalam tanah, atau dalam inang yang lain, dan sebagainya. Hal serupa ini sangat umum terjadi
di negara tropis dengan perubahan cuaca tidak begitu tajam.
2. Daur hidup
Di dalam epidemiologi terdapat berbagai fenomena tentang daur perkembangan penyakit
antara lain: daur hidup dan daur infeksi.
Daur hidup umumnya diterangkan dalam bentuk gambar yang memaknai tentang peristiwa
selama suatu musim tanam dan periode ke periode berikutnya. Patogen dalam hidupnya dapat
menyesuaikan diri dengan musim tanam tertentu yang dikenal dengan istilah autoccious, misal
Puccinia striiformis penyebab penyakit karat kuning pada gandum. Atau mengalami stadium
parasitisme yang berbeda pada tanaman inang yang berbeda yang disebut heteroccious, contohnya
adalah Puccinia graminis sp. tritici penyebab penyakit karat batang pada gandum.
Daur hidup patogen dapat terjadi beberapa kemungkinan (Gambar 1), yakni:
(a) Satu spora membentuk satu daur infeksi (misal: Ustilago tritici penyebab penyakit loose smut
(gosong bengkak) pada gandum di Belanda).
Page 2 of 9
Mata Kuliah / MateriKuliah
Brawijaya University
2013
(b) Satu daur seksual diselingi dengan sebagian besar daur aseksual (misal: Podosphaera leucotricha,
penyebab penyakit tepung pada apel).
(c) Merupakan suatu seri yang panjang serupa, sebagian besar merupakan daur aseksual (misal:
Phytophthora infestans, penyebab hawar daun pada kentang).
(d) Daur seksual dan aseksual terdapat pada saat yang bersamaan sehingga menyebabkan rangkaian
daur infeksi yang paralel (misal: Mycosphaerella musicola, penyebab penyakit sigatoka pada
pisang).
Daur hidup dapat berbeda untuk setiap negara atau daerah dan iklim yang berlainan. Daur
hidup pada suatu daerah subtropis dengan adanya musim panas dan dingin berbeda dengan daur
hidup di daerah tropis. Pada Gambar 2 disajikan contoh daur hidup dari patogen Venturia inaequalis
penyebab penyakit kudis (scab) pada apel, yang mengalami empat musim.
Gambar 1. Beberapa alternatif daur hidup patogen. A, tipe berseri; B dan D tipe bersarang; C, tipe
paralel. Masing-masing daur mengikuti arah anak panah, segi empat menunjukan daur aseksual,
lingkaran adalah daur seksual. Anak panah vertikal menunjukan awal daur tahunan yang baru, yang
berjalan menurut waktu (t) (Zadoks dan Schein, 1979).
Gambar 2. Daur hidup Venturia inaequalis penyebab penyakit kudis pada apel di daerah subtropis.
Dalam setahun mengalami dua daur, yakni daur pendek bila musim panas, dan daur panjang dikala
musim dingin tiba (Agrios, 2005).
Page 3 of 9
Mata Kuliah / MateriKuliah
Brawijaya University
2013
3. Daur infeksi
Gäuman di Jerman menggunakan istilah rantai infeksi untuk rangkaian infeksi yang tidak
pernah berakhir mulai dari infeksi, kolonisasi, sporulasi, penyebaran dan kembali terjadi infeksi, begitu
seterusnya. Satu daur dari spora sampai ke spora kembali dengan tipe serupa disebut sebagai daur
infeksi. Satu daur infeksi dapat berlangsung sangat lama misalnya setahun (Ustilago nuda, penyebab
loose smut pada jagung), tetapi dapat juga berlangsung sangat singkat, misal empat hari
(Sphaerotheca pannosa, penyebab penyakit tepung pada tanaman mawar).
Daur infeksi dibagi dalam beberapa fase dan sub-fase seperti terlihat pada Tabel 1. Beberapa
penyakit mempunyai suatu rangkaian daur infeksi yang berurutan; suatu rantai infeksi atau
pengulangan daur infeksi. Hal ini disebut sebagai suatu proses daur banyak (polycyclic process).
Penyakit karat kuning pada gandum (Puccinia striiformis) di Belanda mempunyai sekitar delapan
generasi dalam satu musim dingin dan sekitar tiga belas generasi per tahun. Di negara tropis yang
tanamannya ditanam dalam satu daerah yang sama terus-menerus, rantai infeksi akan benar-benar
tak akan pernah berakhir.
Tabel 1. Fase perkembangan daur infeksi patogen
Fase
Sporulasi
Penyebaran
Infeksi
-
Sub-fase
Pembentukan sporofor
Pembentukan spora
Pematangan spora
Pelepasan spora
Pemindahan spora
Pendaratan spora
Perkecambahan awal
Pertumbuhan tabung kecambah
Pembentukan apresorium
Penetrasi
Pembentukan haustorium
Kolonisasi
Lamanya daur infeksi sebagian besar ditentukan oleh periode laten, yaitu waktu antara infeksi
dan pembentukan spora baru. Selama waktu itu tanaman inang terinfeksi tetapi tidak menular. Periode
laten tergantung pada faktor lingkungan seperti suhu, dan sebagainya. Periode menular (infectious
period), yaitu perode dimana spora baru dibentuk; mungkin penting untuk menggambarkan bidang
epidemiologi, namun tidak penting untuk diperhitungkan dalam daur infeksi. Untuk memberikan variasi
dari daur infeksi patogen tanaman, maka dalam Gambar 3, Gambar 4, Gambar 5,
Gambar 7 diberikan contohnya.
Page 4 of 9
Gambar 6, dan
Mata Kuliah / MateriKuliah
Brawijaya University
2013
Gambar 3. Ilustrasi infeksi patogen pada jaringan tanaman. A, uredospora Puccinia sp. yang
berkecambah pada daun rumputan dan memasuki stomata; B, konidium Botrytis sp. yang
berkecambah dan mempenetrasi langsung melalui kutikula (Ingold, 1979).
Gambar 4. Ilustrasi perkembangan patogen permukaan (ectotrophic), Erysiphe graminis pada barley
setelah terjadi infeksi pada sel epidermis (Brown, et.al., 1980).
Gambar 5. Beberapa tipe inokulum patogen dan cara masuk ke sel inang. A. Dua kelompok zoospora
penyebab downy mildew berkumpul di stomata daun anggur. B. Zoospora istirahat Phytophthora soyae
berkecambah dan menginfeksi akar kedelai. C. Konidia jamur penyebab penyakit bercak daun pada
jagung. D. Sel bakteri Pseudomonas syringae penyebab bercak bakteri dan kanker buah batu
berkelompok disekitar stomata daun cherry (Agrios, 2005).
Page 5 of 9
Mata Kuliah / MateriKuliah
Brawijaya University
2013
Gambar 6. Cara berkecambah dan infeksi jamur. A. Uredospora jamur karat dekat dengan stomata
rumputan. B. Uredospora (U) berkecambah menghasilkan tabung kecambah (GT) dan apresorium (A).
C. uredospora berkecambah, tabung kecambah memanjang, dan apresorium masuk lewat stomata.D.
Haustorium jamur karat dalam sel inang (Agrios, 2005).
Gambar 7. Model penetrasi dan perkembangan jamur patogen dalam tanaman (Agrios, 2005)
4. Proses urutan dalam epidemiologi
4.1. Proses yang berurutan (sequens)
Hubungan yang berurutan adalah hubungan dimana urutan (sequence) fenomena memegang
peranan penting. Sebagai contoh umum kejadian tersebut adalah apa yang disebut sebagai “proses
sekolah”. Namun sifat khusus dari contoh ini mempunyai kesamaan dengan proses epidemiologi pada
penyakit tanaman dimana urutan fase-fase tersebut dipelajari dengan saksama (Gambar 8).
Page 6 of 9
Mata Kuliah / MateriKuliah
Brawijaya University
2013
Sifat khusus dari contoh pada Gambar 8. tersebut adalah terjadinya distribusi tidak simetris
(asymmetrical distribution) dari umur. Selama berlangsungnya setiap fase studi hanya dapat terjadi
perpanjangan
fase tetapi
tidak terjadi
perpendekan
fase. Seorang
anak yang
pandai
tidak
diperbolehkan melewati sekolah SD dalam suatu waktu yang lebih pendek dari yang normal untuk
masuk SMP satu tahun lebih dahulu dibandingkan dengan anak yang normal. Sifat lain adalah
sinkronisasi dan seleksi oleh peraturan-peraturan yang resmi, misalnya mengenai ujian. Tidak ada
kemungkinan untuk melewati suatu fase lebih cepat dari yang normal dan setiap anak harus menanti
ujian.
Gambar 8. Sebaran umur (murid laki-laki) selama periode pendidikan. A. Kelas 1 SD. B. Kelas 1 SMP.
D. Ujian akhir SMP. D. Tahun I di Universitas. E. Ujian akhir di Universitas.
4.2. Analisis sequens daur infeksi
Logika dari penjenjangan pendidikan tersebut sama halnya dengan fase-fase pada proses
epidemiologi yakni sejak sporulasi, infeksi, kolonisasi, distribusi, dan seterusnya, yang tak mungkin
melompat satu fase ke fase lainnya. Dengan demikian untuk terjadinya epidemi penyakit sangat
ditentukan oleh keberhasilan atau gagalnya setiap proses patogen tersebut untuk melewatinya. Apabila
suatu spora mendarat pada suatu substrat tanaman, maka perlu waktu penyesuaian untuk dapat
melakukan infeksi, hal ini disebut sebagai sinkronisasi; misal apakah ada film air atau tidak untuk
berkecambah. Bila hal tersebut tidak terpenuhi dalam waktu tertentu, maka spora tersebut akan mati
atau daya kecambahnya menurun sehingga tidak terjadi infeksi, hal demikian dikenal dengan istilah
seleksi, yakni terseleksi secara alamiah. Demikan seterusnya dari masing-masing fase tersebut
mempunyai persyaratannya sendiri-sendiri yang harus dipenuhi agar supaya epidemi berjalan lancar.
Dasar pemikiran tersebut dapat diterapkan dalam proses epidemiologi. Sebagai contoh:
Uredospora dari Puccinia recondita penyebab penyakit karat coklat yang dilepaskan dari suatu pustul
dalam daun gandum, dipindahkan melalui air dan diendapkan pada daun kering lainnya. Secara prinsip
spora dapat diendapkan pada daun sepanjang waktu 24 jam setiap hari.
Page 7 of 9
Mata Kuliah / MateriKuliah
Brawijaya University
2013
Umumnya suatu kuantitas tertentu dari air bebas atau kelembaban udara diperlukan untuk
perkecambahan dan infeksi. Apabila hal ini tak terpenuhi maka spora akan mati. Akan tetapi, dalam
kasus karat coklat, spora dapat tetap bertahan hidup pada keadaan kering pada daun hidup untuk
waktu lama. Perkecambahan terjadi pada malam hari dengan adanya embun. Hal ini disebut
sinkronisasi. Mulainya fase perkecambahan tidak ditentukan oleh saat terjadinya pengendapan tetapi
oleh waktu turunnya embun. Perkecambahan dan penetrasi terjadi selama periode yang cukup
panjang. Jika periode embun pendek dan suhu rendah, hanya spora yang paling cepat berkecambah
akan berhasil melakukan penetrasi. Hal ini disebut sinkronisasi kedua, yang kemudian diikuti dengan
terjadinya seleksi. Dalam cara ini peneliti bisa mendapatkan satu atau lebih sinkronisasi eksternal dan
kadang-kadang juga faktor-faktor seleksi. Tentu saja hal ini akan berbeda untuk setiap kombinasi
inang patogen.
4.3. Reaksi fase khusus dari patogen
Apabila reaksi fase khusus materi biologi memegang peranan, maka diperlukan suatu
pemahaman terhadap elemen baru. Sebagai contoh: Perkecambahan patogen Puccinia graminis f.sp.
tritici penyebab karat batang pada gandum membutuhkan suatu periode gelap. Setelah waktu tertentu
apresorium akan dibentuk, tetapi fase ini memerlukan kondisi daun yang perlahan keringnya dan
adanya cahaya. Jika keringnya daun terlalu cepat, kebanyakan apresoriumnya akan mati. Fase
berikutnya yakni penetrasi, hanya akan terlampaui bila suhu cukup tinggi dan pencahayaan dengan
intensitas tinggi pula. Peningkatan suhu pada saat yang tepat menyebabkan terjadinya efek
sinkronisasi untuk merangsang terjadinya penetrasi. Hal ini menjadi bukti bahwa bahan biologi pada
setiap fase memerlukan pemasakan dahulu sebelum sampai pada fase berikutnya dapat terjadi.
4.4. Hasil optimal
Perbedaan fase daur infeksi saling menunjang satu sama lain. Infeksi yang wajar akan terjadi
pada inang oleh suatu patogen hingga terbentuknya spora baru akan terjadi apabila inokulum yang
diinokulasikan dalam kondisi lingkungan yang optimal untuk terjadinya proses infeksi. Hanya dengan
jalan ini peneliti dapat mencapai hasil optimal.
Suatu respon diukur sebagai suatu fraksi dari sejumlah spora yang digunakan untuk inokulasi,
yang dapat menimbulkan sporulasi baru. Akan tetapi juga ada kemungkinan bahwa untuk melewati
fase yang berhasil dari daur infeksi setiap bagiannya harus ada dalam kondisi lingkungan yang optimal.
Pada akhir dari fase, jumlah maksimal spora akan siap melewati fase berikutnya, sementara setiap
fase juga akan berakhir secepat mungkin. Sebagai contoh: Penyakit karat batang pada gandum:
- Pada suhu tetap, periode gelap dan periode berkabut selama 10 jam. Suhu optimum akan terjadi
pada 240C.
- Hasil yang lebih baik akan dicapai dengan suhu 24 0C, dalam kondisi gelap dan ada kabut selama
tujuh jam dan setelah itu diikuti dengan suhu 29 0C, pencahayaan >5000 Lux dan terjadi kabut
selama tiga jam.
Page 8 of 9
Mata Kuliah / MateriKuliah
Brawijaya University
4. REFERENSI
2013
Agrios, G.N. 2005. Plant pathology. Elsevier Acad. Press, Amsterdam, New York. 922 h.
Brown, J.F., A. Kerr, F.D. Morgan, dan I.H. Parbery. 1980. A course manual in plant protection.
AAUCS-Melbourne. 483 h.
Cooke, B.M., D. G. Jones, dan B. Kaye. 2006. The epidemiology of plant diseases. Publsh. by
Springer, Dordrecht, The Nederlands. 576 h.
5. PROPAGASI
Mahasiswa hendaknya melakukan pengamatan secara langsung baik dalam pengenalan gejala, sign
penyakit, maupun proses infeksi ke jaringan tanaman, hal ini dapat dilakukan dengan cara
membuat percobaan “kecil” di laboratorium. Hasil percobaan dibahas dalam kelas dengan
bimbingan dosen pengampu atau asisten yang ditunjuk untuk itu.
6. PENDALAMAN
1. Amati Gambar 1 dengan seksama kemudian berikan contoh percobaan yang bernuansa pada
masing-masing daur tersebut (A, B, C, dan D).
2. Buatlah suatu daur penyakit yang mengikuti pola Gambar 8, untuk membantu anda dapat
dipelajari melalui pustaka yang ada atau diakses melalui internet.
Page 9 of 9