Kedelai (Glycine max L. Merril) termasuk komoditas pangan yang penting di Indonesia. Kedelai menjadi bahan baku berbagai bahan makanan dan industri sehingga kebutuhan kedelai dalam negeri setiap tahun tinggi. Produksi nasional kedelai tahun 2013 adalah 807,568 ton, dengan produktivitas 14.57 kuintal ha-1 (BPS 2013). Rata-rata produktivitas kedelai ini tergolong rendah jika dibandingkan dengan potensi produksi varietas kedelai yang ditanam. Kebutuhan kedelai berkisar antara 2- 3 juta ton per tahun dan hanya mampu memenuhi 36.59% kebutuhan kedelai per tahun sehingga 63.41% kebutuhan disuplai dari impor (Facino 2012). Kebutuhan kedelai tersebut akan semakin meningkat seiring dengan peningkatan jumlah penduduk Indonesia. Peningkatan kebutuhan kedelai ini harus diimbangi dengan peningkatan produktivitasnya.
Berbagai upaya dapat dilakukan untuk meningkatkan produksi kedelai nasional. Upaya yang dilakukan antara lain peningkatan areal penanaman kedelai, penggunaan benih unggul berdaya hasil tinggi, penggunaan varietas tahan cekaman lingkungan, penggunaan pemupukan yang tepat, serta peningkatan mutu benih dengan aplikasi mikroba maupun zat pengatur tumbuh. Benih bermutu merupakan salah satu komponen produksi yang menentukan keberhasilan suatu usaha pertanian untuk mendukung program ketahanan pangan. Teknologi alternatif untuk meningkatkan mutu benih dan bibit tanaman adalah melalui pemanfaatan mikroba yang dapat berasosiasi dengan tanaman serta berperan dalam meningkatkan viabilitas benih dan pertumbuhan tanaman.
Bakteri Methylobacterium spp atau dikenal sebagai Pink Pigmented Facultative Methylotroph (PPFM) adalah bakteri dari kelompok α-Proteobacteria yang merupakan mikrobiota normal pada filosfer pada hampir semua jenis tanaman, lumut dan paku-pakuan. Methylobacterium bersimbiosis dengan tanaman dengan memanfaatkan methanol yang dikeluarkan tanaman (Kutschera 2007 Schauer & Kutschera, 2011). Selain itu, Methylobacterium sp. dapat menstimulasi pertumbuhan tanaman dan perkecambahan benih, merangsang pertumbuhan akar, menstimulasi terbentuknya IAA, protein quinon dan vitamin B12 (Lidstrom & Christoserdova 2002) serta trans-zeatin (Koenig et al. 2002) dan dihydrozeatin ribosid (Ryu et al. 2006).
Aplikasi Methylobacterium dapat merangsang pertumbuhan akar padi (Senthilkumar et al. 2009) cabai dan tomat (Yim et al. 2010) serta meningkatkan ketegaran bibit cabai dan tomat (Deka Boruah et al. 2010). Methylobacterium spp. dapat meningkatkan viabilitas benih padi (Madhaiyan et al. 2004), kacang tanah (Madhaiyan et al. 2006), kedelai (Holland & Polacco 1994; Meenakshi & Savalgi 2009), cabai (Deka Boruah et al. 2009) dan kakao (Sadikin 2009). Aplikasi
Methylobacterium dapat merangsang pertumbuhan akar kecambah Ginko biloba
(Hellmuth dan Kutschera 2008) dan akar padi (Senthilkumar et al. 2009), mematahkan dormansi benih padi (Amin 2008; Safariyah 2009), meningkatkan vigor benih padi, kedelai dan jagung (Anitha 2010). Isolat Methylobacterium dapat digunakan sebagai bahan untuk invigorasi benih padi (Kurniati 2009) dan kedelai (Hapsari 2012).
2
Penggunaan pupuk pupuk hayati berupa mikroba sangat penting untuk meningkatkan efisiensi pemupukan N. Pupuk hayati yang berasal dari mikroba penghasil hormon tumbuh dan anti patogen perlu digunakan untuk memperbaiki pertumbuhan dan perlindungan tanaman (Saraswati 2007). Isolat Methylobacterium
digunakan sebagai pupuk hayati karena mampu menghasilkan zat pengatur tumbuh tanaman. Methylobacterium spp strain TD-J7 dapat menghasilkan zat pengatur tumbuh auksin 9.13 ppm, trans-zeatin 74.37 ppm dan gibrelin 98.75 ppm dan pada isolat strain TD-TPB3 menghasilkan IAA 96.56 ppm, trans zeatin 33.14 ppm dan giberelin 129.83 ppm (Widajati et al. 2008).
Aplikasi PPFM secara signifikan meningkatkan pertumbuhan dan hasil tanaman kapas (Raja & Sundaran 2006), jagung semi (Rathika et al. 2009). Teknik aplikasi Methylobacterium spp isolat TD-TPB3 pada kedelai varietas Kaba dengan cara perendaman yang dilanjutkan dengan penyemprotan pada daun umur 10 HST + 20 HST meningkatkan tinggi tanaman 35 HST, bobot kering tajuk, bobot kering akar, jumlah polong, polong isi, bobot 100 butir dan produksi (Danial 2011). Aplikasi Methylobacterium spp TD-J7+TD-TPB3 direndam dan disemprot pada 15 HST dan 15+30 HST memberikan respon terhadap umur berbunga, jumlah bunga, bobot kering tajuk, jumlah polong bernas, polong hampa, jumlah biji, bobot biji dan produksi total yang sama dan nyata lebih tinggi dibandingkan tanpa aplikasi isolat (Hidayat 2014). Berdasarkan penelitian sebelumnya maka perlu dipelajari bagaimana efektivitas isolat Methylobacterium terhadap viabilitas benih, pertumbuhan dan produksi tanaman kedelai serta peranannya dalam meningkatkan efisiensi penggunaan pupuk NPK pada tanaman kedelai.
Tujuan Penelitian
1. Mempelajari efektivitas perendaman benih dengan isolat Methylobacterium
spp pada viabilitas benih kedelai.
2. Mempelajari pengaruh penyemprotan isolat Methylobacterium spp terhadap pertumbuhan dan produksi tanaman kedelai.
3
TINJAUAN PUSTAKA
Methylobacterium spp.
Bakteri Methylotroph merupakan bakteri yang mempunyai lingkungan penyebaran yang luas, baik di air, tanah, udara maupun permukaan tanaman. Bakteri dari genus Methylobacterium sudah banyak diteliti sebagai salah satu contoh bakteri fakultatif methylotrof. Bakteri ini diklasifikasikan sebagai
α-proteo bacteria dan dapat tumbuh pada senyawa C1 seperti methanol dan metilalamin sebaik pada senyawa C2, C3, dan C4 (Lidstrom & Christoserdova 2002).
Methylobacterium spp dapat ditemukan pada permukaan daun tanaman nangka, rambutan, belimbing dan sawo (Ismail 2002), tanaman sayuran lalapan seperti poh- pohan, selada, kemangi, dan kecambah kacang hijau (Riupassa 2003). . Kelimpahan bakteri PPFM pada daun poh-pohan dan kemangi asal Bogor terdapat 104 cfu g-1 daun, kecambah kacang hijau (taoge) 8.75x102 cfu g-1 daun (Riupassa 2003), daun
Coelogyne pandurata (anggrek hitam), Curculigo latofolia (ulap doyo), Nepenthes
spp (kantung semar) dan Durio kutejensis (durian lai) asal Kalimantan Timur berkisar 103 cfu g-1 daun (Salma 2004), tanaman pangan (padi, jagung dan kedelai) serta tanaman hortikultura (mentimun, tomat, terong, cabai merah, gambas dan labu) berkisar 102-105 cfu g-1 tanaman (Salma et al. 2005). Isolasi dari beberapa daun clover merah dan gandum menunjukkan kelimpahan populasi PPFM menurun dari musim semi ke musim panas, namun meningkat lagi saat akhir musim panen (Omer 2004).
Methylobacterium spp berperan dalam meningkatkan viabilitas benih-benih yang telah lama disimpan dan bermutu rendah. Pada kondisi tercekam, terjadi peningkatan daya berkecambah benih sebesar 70% setelah diberi perlakuan inokulasi dengan suspensi kultur Methylobacterium sp. (Holland & Polacco 1994).
Methylobacterium spp menghasilkan Pyrrolo quinoline quinon (PQQ), berkarakteristik sebagai vitamin B12 dan antioksidan. PQQ efektif dalam melindungi mitokondria dari kerusakan akibat stress oksidatif, yang dapat menginduksi peroksida lemak, pembentuk protein karbonil, dan menonaktifkan fungsi mitokondria. Keberadaan PQQ dapat menghambat proses kemunduran benih (He et al. 2003). Selain itu terdapat spesies Methylobacterium yang dapat membentuk nodul pada akar yaitu Methylobacterium nodulans yang dapat bersimbiosis membentuk nodul pada legum dari genus Crotalaria (Sy et al. 2001; Jourand et al. 2004; Renier et al. 2008), legum spesies Lotononis bainesii, L. listii
dan L. solitudinis (Ardley et al. 2009), dan Crotalaria juncea dan Sesbania aculeata
(Madhaiyan et al. 2009).
Hasil ekstraksi tanaman cabai yang diberi perlakuan Methylobacterium
menunjukkan adanya akumulasi hormon indole acetic acid (IAA) sebesar 61.65 pmol g-1 bobot basah (CBMB20) dan 68.27 pmol g-1 bobot basah (CBMB110), trans zeatin 0.022 pmol g-1 bobot basah (CBMB20) dan 0.013 pmol g-1 bobot basah (CBMB110) dan dihidrozeatin ribosid 0.562 pmol g-1 bobot basah (CBMB20) dan CBMB110 sebesar 0.658 pmol g-1 bobot basah. Sedangkan pada tanaman tomat ditemukan sitokinin sebesar 0.013 pmol g-1 bobot basah (CBMB20) dan 0.012 pmol g-1 bobot basah (CBMB110) dan DHZR sebesar 0.475 pmol g-1 bobot basah (CBMB20) dan 0.431 pmol g-1 bobot basah (CBMB110) tanpa adanya IAA (Ryu
4
et al. 2006). Aplikasi Methylobacterium oryzae secara signifikan menunjukkan peningkatan akumulasi trans-zeatin dan dihidrozeatin ribosid pada ekstrak tanaman cabai dan tomat (Yim et al. 2010).
Kutschera (2007) menyatakan bahwa mekanisme hubungan simbiosis antara tanaman dengan Methylobacterium adalah Methylobacterium spp memanfaatkan produk buangan dari tanaman yang berupa methanol sebagai sumber energinya. Mikroba menghasilkan sitokinin dan auksin yang disekresikan keluar tubuhnya, yang selanjutnya dimanfaatkan oleh tanaman untuk menstimulasi pertumbuhan.
Isolat Methylobacterium banyak dimanfaatkan untuk menstimulasi perkecambahan dan meningkatkan viabilitas benih. Isolat TD-TPB3 memberikan pengaruh terbaik pada viabilitas benih kakao dibanding isolat lainnya yang ditunjukkan oleh daya berkecambah (73.78 %), kecepatan tumbuh (0.2 % etmal-1) dan bobot kering tajuk (4.27 g) (Sadikin 2009). Aplikasi Methylobacterium spp pada tahap persemaian dapat meningkatkan daya tumbuh bibit dan keserempakan tumbuh secara nyata, juga dapat meningkatkan jumlah gabah bernas per malai dan bobot gabah bernas per rumpun (Safariyah 2009). Selain itu isolat TD-TPB3 dapat meningkatkan viabilitas dan vigor benih padi pada parameter KCT sebesar 13.55% KN etmal-1 menjadi 18.66% KN etmal-1 dan indeks vigor 22.67% menjadi 70.67% pada benih dengan viabilitas awal sedang (Kurniati 2009).
Pemanfaatan isolat Methylobacterium spp sebagai bahan untuk mematahkan dormansi fisiologis benih padi (after ripening) telah dilakukan pada beberapa varietas padi. Isolat Methylobacterium spp dapat mematahkan dormansi benih padi varietas Ciherang pada pada after ripening 5 minggu (Amin 2008), mematahkan dormansi benih padi pada minggu ke-2 after ripening (Safariyah 2009).
Perendaman benih padi dengan isolat Methylobacterium dapat meningkakan pertumbuhan tanaman dengan meningkatkan jumlah daun dan anakan. Hasil penelitian Wibowo (2011) menunjukkan bahwa perlakuan perendaman benih padi sawah varietas Ciherang dengan campuran isolat Methylobacterium spp. TD-J10 dan TD-TPB3 merupakan perlakuan yang menghasilkan jumlah daun terbanyak yaitu 30 helai pada 6 MST dan 36 helai pada 7 MST. Kombinasi antara perlakuan perendaman benih dengan pemupukan dosis penuh memberikan hasil jumlah daun terbanyak pada 6 MST sejumlah 41 helai dan pada 7 MST sejumlah 51 helai. Kombinasi antara perlakuan perendaman benih dengan pemupukan dosis penuh menunjukkan jumlah anakan terbanyak 12 anakan pada 6 MST dan 15 anakan pada 7 MST.
Isolat Methylobacterium dapat dimanfaatkan sebagai bahan invigorasi benih. Invigorasi adalah peningkatan kembali vigor benih yang telah menurun dengan memanfaatkan berbagai macam bahan yang dapat menstimulasi perkecambahan. Isolat bakteri Methylobacterium spp TD-G3 dapat digunakan untuk invigorasi benih padi varietas IR-64 dengan viabilitas awal 70% dengan meningkatkan kecepatan tumbuh 9.98 %. Pada benih dengan viabilitas awal 82% dengan isolat TD-J7, TD-G3, TD-J10, TD-TPB3, dan TD-L2 dapat meningkatkan kecepatan tumbuh masing masing sebesar 11.14%, 11.31%, 11.75%, 12.45%, dan 13.13% (Fitriarini 2008).
Perlakuan Methylobacterium spp isolat TD-K2 pada benih kedelai varietas Kaba meningkatkan indeks vigor sebesar 17.33% (dari 72% menjadi 89.33%) dan isolat TD-J2 meningkatkan kecepatan tumbuh sebesar 9.49% etmal-1 (Danial 2011). Hasil penelitian Hapsari (2013) menunjukkan bahwa perlakuan invigorasi benih
5 kedelai dengan Methylobacterium terbukti efektif untuk meningkatkan nilai indeks vigor benih kedelai varietas Argomulyo dengan DB awal 78-94% sehingga mendapatkan hasil indeks vigor rata-rata sebesar 8.9-20.6 % dan panjang hipokotil meningkat 1.5-2.5 cm dibandingkan kontrol. Selain itu, pada coating benih untuk penyimpanan dengan formula arabic gum, arabic gum+tokoferol 800 ppm, dan arabic gum+TD-TM3 secara konsisten dapat mempertahankan viabilitas benih sampai dengan periode simpan 6 bulan yang nyata lebih tinggi dibandingkan kontrol berdasarkan kecepatan tumbuh (KCT) dan daya berkecambah (DB) serta memiliki nilai vigor (IV) yang tidak berbeda nyata dengan kontrol.
Hasil penelitian Deka Boruah et al. (2010) inokulasi Methylobacterium sp dengan aktivitas 1-aminocyclopropane-1-carboxylate Deaminase (ACCD)+IAA atau tanpa IAA meningkatkan ketegaran bibit cabai dan tomat yang terlihat dari rata-rata panjang nodul dan bobot spesifik daun, namun pengaruh ini setara dengan aplikasi IAA dengan konsentrasi yang rendah.
Budidaya Kedelai dengan Agen Hayati
Perlakuan benih dengan mikroba dapat melindungi tanaman tidak hanya pada tahap pembibitan atau pesemaian, tetapi selama siklus hidup tanaman tersebut (Copeland & McDonald 2001). Pada budidaya kedelai, khususnya di lahan kering, penggunaan pupuk kimia perlu dibarengi dengan pupuk mikroba. Penggunaan pupuk mikroba, sangat penting untuk meningkatkan efisiensi pemupukan N. Pupuk mikroba penghasil hormon tumbuh dan anti patogen perlu digunakan untuk memperbaiki pertumbuhan dan perlindungan tanaman (Saraswati 2007). Mikroba berguna (effective microorganism) sebagai komponen habitat alam mempunyai peran dan fungsi penting dalam mendukung terlaksananya pertanian ramah lingkungan melalui berbagai proses, seperti dekomposisi bahan organik, mineralisasi senyawa organik, fiksasi hara, pelarut hara, nitrifikasi dan denitrifikasi. Dalam aliran pertanian input organik, mikroba diposisikan sebagai produsen hara, tanah dianggap sebagai media biosintesis, dan hasil kerja mikroba dianggap sebagai pensuplai utama kebutuhan hara bagi tanaman. Semakin tinggi populasi mikroba tanah semakin tinggi aktivitas biokimia dalam tanah dan semakin tinggi indeks kualitas tanah (Saraswati & Sumarno 2008).
Beberapa jenis Methylobacterium berhubungan dengan metabolisme nitrogen pada tanaman dengan menggunakan urease bakteri (Holland & Pollaco 1992). Beberapa strain Methylobacterium dapat mengefisienkan fiksasi nitrogen dengan membentuk bintil pada simbiosis dengan tanaman kacang-kacangan (Sy et al. 2001). Beberapa strain bakteri Methylobacterium sp. dapat menghasilkan sitokinin trans-zeatin yang disekresikan pada media kultur yang dapat menstimulasi perkecambahan benih kedelai (Koenig et al. 2002).
Inokulasi isolat bakteri Methylobacterium yang dikombinasikan dengan
Bradyrhizobium japonicum strain SB120 mempunyai dampak yang signifikan pada parameter pertumbuhan, penyerapan nutrisi dan daya hasil kedelai dengan peningkatan panjang dan lebar tajuk sebesar 12.60 cm dan 30.33 cm dan peningkatan panjang dan lebar akar sebesar 18.41 cm dan 30.33 cm. Selain itu, aplikasi Methylobacterium sp. dan Bradyrhizobium japonicum strain SB120 pada
6
benih kedelai juga dapat meningkatkan bobot tanaman, jumlah daun dan berat kering akar dengan penanaman dalam pot di rumah kaca (Radha et al. 2009).
Bintil akar kedelai meningkat pada hari ke 45 dan 60 setelah tanam pada perlakuan inokulasi Methylobacterium sp. dan B. japonicum pada benih dan ditambah penyemprotan dibandingkan dengan perlakuan inokulasi benih menggunakan Bradyrhizobium japonicum saja. Total bobot kering kedelai meningkat 41.67% pada perlakuan inokulasi Methylobacterium sp. dan B. japonicum dengan penyemprotan pada 20, 30 dan 45 hari dibandingkan dengan kontrol. Total bobot kering kedelai meningkat 41.67% pada perlakuan inokulasi
Methylobacterium sp. dan B.japonicum dengan penyemprotan pada 20, 30 dan 45 hari dibandingkan dengan kontrol (Meenakashi & Savalgi 2009).
Pengaruh Methylobacterium oryzae CBMB20 pada pertumbuhan tanaman signifikan pada perlakuan pemupukan cabai yang lebih rendah. Pertumbuhan tanaman cabai tidak berbeda nyata pada perlakuan pemupukan 100% dan 300% pada tanaman yang diberi perlakuan Methylobacterium oryzae CBMB20 dan penyemprotan 1% methanol. Dengan aplikasi Methylobacterium oryzae CBMB20 dan penyemprotan methanol maka aplikasi pemupukan dapat dikurangi tanpa adanya penurunan akumulasi biomassa dan daya hasil tanaman (Chauhan et al. 2010).
Perendaman benih kedelai varietas Kaba dalam isolat Methylobacterium spp TD-TPB3 dan dilanjutkan dengan penyemprotan daun pada umur 10+20 HST meningkatkan pertumbuhan dan produksi tanaman sebagaimana ditunjukkan oleh peningkatan tinggi tanaman 35 HST, bobot kering tajuk, bobot kering akar, jumlah polong, polong isi, bobot 100 butir dan produksi (Danial 2011).