UJI AKTIVITAS BIOKONTROL BAKTERI ENDOFITIK
KENTANG TERHADAP Erwinia sp. DAN Fusarium sp.
ERMA SURYANTI
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Uji Aktivitas Biokontrol Bakteri Endofitik Kentang terhadap Erwinia sp. dan Fusarium sp. adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, September 2014
Erma Suryanti
ABSTRAK
ERMA SURYANTI. Uji Aktivitas Biokontrol Bakteri Endofitik Kentang terhadap
Erwinia sp. dan Fusarium sp.. Dibimbing oleh IMAN RUSMANA dan ALINA AKHDIYA.
Erwinia sp. dan Fusarium sp adalah patogen yang dapat menurunkan produksi dan kualitas kentang. Alternatif untuk menanggani serangan patogen tersebut adalah penggunaan bakteri endofit. Penelitian ini bertujuan untuk menguji aktivitas biokontrol bakteri endofit kentang (WT25, G053, G0169, dan L12) terhadap Erwinia sp. dan Fusarium sp.. Tiga uji yang dilakukan meliputi: (1) uji anti Qourum sensing (QS) terhadap Chromobacterium violaceum dan Erwinia
sp., (2) uji pengaruh Volatile Organic Compounds (VOCs) terhadap Fusarium sp., (3) uji tantang terhadap Fusarium sp. secara in vitro dan in planta pada tanaman tembakau. Uji anti QS terhadap C. violaceum menunjukkan semua isolat menghambat pembentukkan violacein. Isolat WT25 memiliki indeks penghambatan pembentukan violacein terbesar yaitu 0,44 dengan diameter zona tidak ungu sebesar 1,87. Uji anti QS terhadap Erwinia sp. menunjukkan seluruh bakteri endofit mampu menghambat pembusukkan umbi kentang oleh Erwinia sp. Uji produksi senyawa volatile organic compounds (VOCs) dari bakteri endofit menunjukkan semua isolat mengemisikan VOCs yang mampu menghambat pertumbuhan miselia Fusarium sp. dengan indeks penghambatan tertinggi sebesar 1.06 untuk isolat G0169. Hasil uji tantang terhadap Fusarium sp. menunjukkan semua isolat mampu menghambat pertumbuhan miselia Fusarium sp. Uji in planta pada tanaman tembakau membuktikan bahwa inokulasi bakteri endofit pada rizosfer tanaman dapat menurunkan presentase gejala penyakit layu
Fusarium sp.. Berdasarkan hasil penelitian ini dapat disimpulkan keempat bakteri endofit kentang tersebut berpotensi besar untuk dikembangkan sebagai agen biokontrol untuk penyakit tanaman yang disebabkan oleh Erwinia sp. dan
Fusarium sp.
Kata kunci: Bakteri endofit kentang, Qourum sensing, Volatile organic compounds (VOCs)
ABSTRACT
ERMA SURYANTI. Biocontrol Activity Test of Potato Endophytic Bacteria Against Erwinia sp. and Fusarium sp.. Supervised by IMAN RUSMANA and The anti Qourum sensing (QS) test against Chromobacterium violaceum and
Erwinia sp. (2) the test of Volatile Organic Compounds (VOCs) against Fusarium
The result of QS test against C. violaceum showed all isolates of endophytic bacteria inhibited violacein formation. The WT25 isolate had the largest inhibitory index of violacein formation which was 0.44. The diameter of no purple zone was 1.87 cm. Anti-QS test against Erwinia sp. showed that all endophytic bacteria were able to inhibit the decomposition of potato tubers. The VOCs emitted by endophytic bacteria. The VOCs were able to inhibit the mycelial growth of
Fusarium sp.. G0169 isolate had the highest inhibition index. The challenge test against Fusarium sp. resulted all isolates were able to inhibit the mycelial growth of Fusarium sp. The In planta of tobacco plants had proved the inoculation of endophytic bacteria in the rhizosphere decreased the Fusarium sp. wiltsymptoms. Based on these results we concluded four potato endophytic bacteria (WT25, L12, G0169, and G053) potentially to be developed as plant disease biocontrol agents caused by Erwinia sp. and Fusarium sp.
Keyword : Endophytic bacteria, Qourum sensing, Volatile Organic Compounds
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada
Departemen Biologi
UJI AKTIVITAS BIOKONTROL BAKTERI ENDOFITIK KENTANG TERHADAP Erwinia sp . DAN Fusarium sp.
ERMA SURYANTI
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah yang berjudul Uji Aktivitas Biokontrol Bakteri Endofitik Kentang terhadap Erwinia sp. dan
Fusarium sp. terhitung dari bulan Februari–Juli 2014 di Laboratorium Biokimia dan Rumah Kaca, Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Bioteknologi dan Sumber Daya Genetik Pertanian, Cimanggu Bogor.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Ir Iman Rusmana, Msi selaku dosen pembimbing pertama, Ibu Alina Akhdiya, MSi selakupembimbing kedua yang telah memberikan pengarahan dan dukungan materi selama penelitian dan penyusunan skripsi dan terima kasih kepada Ibu Puji Rianti, MSi sebagai penguji ujian skripsi atas saran, masukan, dan perbaikan yang diberikan. Ucapan terima kasih Penulis sampaikan kepada Yuli, Risma, Pak Ade, Ka Andri, OWA dan IR Crew yang tidak bisa disebutkan satu persatu. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada keluarga tercinta, terutama kedua orang tua (Ibu dan Bapak), adik-adik (Widya dan Aulia) yang senantiasa memberikan doa, dukungan, dan limpahan kasih sayang. Tak lupa penulis ucapkan terima kasih kepada teman-teman Biologi 47 atas kerjasama, dukungan, dan semangatnya
Semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat dan menambah wawasan dan pengetahuan bagi kita semua.
Bogor, September 2014
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR GAMBAR vii
DAFTAR LAMPIRAN vii
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Tujuan Penelitian 2
METODE 2
Pemurnian Dan Peremajaan Bakteri Dan Cendawan 2
Uji Aktivitas Anti Quorum Sensing (QS) 2
a. Anti QS terhadap C. violaceum 2
b. Anti QS Terhadap Erwinia sp. 3
Uji Pengaruh Volatile Organic Compounds (VOCs) Terhadap Fusarium sp. 3 Uji Tantang Bakteri Endofit Terhadap Fusarium sp. 4 Uji Pengaruh Bakteri Endofit Terhadap Patogenisitas Fusarium sp. Secara In
Planta 4
HASIL DAN PEMBAHASAN 4
Hasil 4
Pembahasan 8
SIMPULAN 10
DAFTAR PUSTAKA 11
DAFTAR TABEL
1 Penghambatan pembentukkan senyawa violacein C.violaceum 5
2 Penghambatan pertumbuhan Fusarium sp. 6
3 Persentase tembakau yang terserang Fusarium sp. 8
DAFTAR GAMBAR
1. Penghambatan produksi pigmen violacein C. violaceum disekitar paper
disc yang telah ditetesi supernatan kultur bakteri endofit 4 2. Uji penghambatan QS faktor virulensi Erwinia sp. oleh bakteri endofit
kentang 5
3. Tampilan koloni Fusarium sp. yang tumbuh bersama bakteri endofit
dalam divided plate pada hari kelima 6
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kentang (Solanum tuberosum L.) merupakan salah satu komoditas sumber karbohidrat yang berperan penting dalam industri makanan di Indonesia. Kentang juga banyak mengandung vitamin seperti tiamin, riboflavin, niacin, dan asam askorbat (Niederhauser 1993). Dibandingkan sumber karbohidrat lainnya, kentang memiliki kandungan protein, mineral, vitamin B, dan vitamin C yang relatif tinggi (Dimyati 2003). Umbi ini telah umum dimanfaatkan sebagai bahan makanan cepat saji (fast food). Salah satu contohnya adalah kentang goreng (french fries) yang memiliki pangsa pasar besar untuk jenis makanan fast food. Hal ini menyebabkan kebutuhan kentang untuk industri makanan di Indonesia cukup tinggi dan meningkat dari tahun ke tahun. Namun produktivitas kentang di Indonesia termasuk rendah dikarenakan serangan patogen di lapangan maupun dalam proses penyimpanannya.
Patogen yang berperan besar terhadap penurunan produksi dan kualitas kentang antara lain adalah Fusarium sp. dan Erwinia. Serangan kedua patogen tersebut dapat menyebabkan perubahan fisik, fisiologi dan kimia pada tanaman dan umbi kentang. Fusarium sp. dapat menghasilkan toksin yang mengganggu permeabilitas membran sehiingga mempengaruhi aliran air. Toksin tersebut mengakibatkan daun layu patologis dan menguning. Apabila dibiarkan, serangan ini berakibat kematian pada tanaman (Sunarmi 2010). Erwinia sp. adalah bakteri fitopatogen yang dapat mengolonisasi umbi akar sampai jaringan vaskular sehingga mengakibatkan tangkai dan daun kering serta gejala busuk lunak pada umbi kentang (Elphinstone dan Toth 2007; Czajkowski dan Jafra 2009). Sejauh ini penangan penyakit tanaman tersebut banyak menggunakan antibiotik dan senyawa kimia. Penggunaan antibiotik dan senyawa kimia menimbulkan masalah resistensi, meninggalkan residu dan menyebabkan pencemaran lingkungan. Umbi kentang yang berada di dalam tanah akan lebih banyak menyerap pestisida atau senyawa kimia daripada bagian tanaman yang lain. Oleh karena itu, diperlukan agen pengendali hayati yang ramah lingkungan. Salah satu kelompok bakteri yang dapat dijadikan sebagai agen biokontrol adalah bakteri endofit
Bakteri endofit merupakan bakteri yang secara alami hidup di jaringan dalam tanaman dan tanpa menimbulkan efek negatif terhadap tanaman inangnya. Bakteri endofit dapat berperan sebagai agen pemacu pertumbuhan tanaman (Plant growth promotion) dan biokontrol (Ryan 2008). Potensi bakteri endofit sebagai agen biokontrol diantaranya adalah mampu menghasilkan antibiotik, antikanker, antijamur, dan atau senyawa volatil beracun (Malvanova 2013). Bakteri endofit juga mampu menghasilkan molekul anti quorum sensing (anti QS) seperti AHL (N-acylhomoserine lactone) laktonase dan AHL (N-acylhomoserine lactone) acylase. Kedua anti QS tersebut berperan dalam menghambat ekspresi gen virulensi patogen (Czajkowski dan Jafra 2009). QS merupakan mekanisme komunikasi antara sel bakteri dalam mengendalikan suatu regulasi ekspresi gen. Proses QS ini bergantung pada kerapatan sel bakteri tersebut melalui senyawa
2
produksi antibiotik, pembentukkan pigmen dan kepatogenisitasan dari bakteri (Gomez dan Lopez 2012).
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk menguji aktivitas biokontrol empat bakteri endofit kentang (L12, G053, G0169, dan WT25) terhadap Erwinia sp. dan
Fusarium sp.
METODE
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari sampai Juli 2014 di Laboratorium Biokimia dan Rumah Kaca, Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Bioteknologi dan Sumber Daya Genetik Pertanian, Cimanggu Bogor.
Bahan
Mikroba yang digunakan adalah empat isolat bakteri endofit asal tanaman kentang (G053, G0169, L12, WT25), Chromobacterium violaceum, Erwinia sp. dan Fusarium sp. koleksi Alina Akhdiya M.Si.
Pemurnian Dan Peremajaan Bakteri Dan Cendawan
Isolat bakteri endofit dimurnikan dan diremajakan pada media Trypticase Soy Agar (TSA: 15 g L-1 TSB, 20 g L-1 agar) sedangkan Erwinia sp. dan
C.violaceum pada Luria Berthani Agar (LA: 10 g L-1 trypton
,
10 g L-1 NaCl, 5 g L-1 yeast extract, 1 g L-1 CaCO3, 20 g L-1 agar-agar). Bakteri tersebut inkubasi pada suhu ruang (29-30oC) selama 48 jam. Cendawan Fusarium sp. diremajakan pada media Potato Dextrose Agar (PDA: 200 g L-1 kentang, 20 g L-1 agar-agar, 20 g L-1 gula) dan diinkubasi pada suhu ruang selama 8 hari.Uji Aktivitas Anti Quorum Sensing (QS)
a. Anti QS terhadap C. violaceum
Kultur bakteri endofit diinokulasi ke dalam 200 mL media Trypticase Soy Broth (TSB: 1.5 g L-1 TSB) dan diinkubasi di atas shaker 100 rpm pada suhu ruang selama dua minggu. Kultur tersebut selanjutnya disentrifus dua kali masing-masing selama 10 menit dengan kecepatan 10000 rpm. Sebanyak 100 µL supernatan diteteskan pada paper disc steril (d=1.3cm) yang diletakkan pada permukaan media cawan LAsemi padat (10 g L-1 trypton, 10 g L-1 NaCl, 5 g L-1
3 atas media LA. Cawan tersebut kemudian diinkubasi dalam suhu ruang selama 24 jam (Choo et al. 2006). Sebagai kontrol negatif digunakan media TSB steril untuk menggantikan supernatan yang diteteskan ke paper disc. Dua puluh empat jam kemudian dilakukan pengamatan zona tidak berwarna ungu di sekitar paper disc
yang menunjukkan adanya aktivitas degradasi N-acylhomoserine lactone (AHL). Indeks penghambatan QS dihitung dengan cara sebagai berikut :
Keterangan: Ø zona tidak ungu = diameter zona tidak ungu (cm) Ø paper disc = diameter paper disc (cm) dipotong-potong secara aseptik dengan ketebalan ± 0.5 cm kemudian diletakkan pada cawan steril masing-masing 4 potong setiap cawan. Setiap potongan kentang ditusuk 5 kali dibagian tengahnya dengan tusuk gigi steril. Sebanyak 100 µL setiap bakteri endofit diteteskan pada potongan kentang yang telah ditusuk dengan tusuk gigi steril. Potongan kentang selanjutnya masing-masing ditetesi 100 µL kultur Erwinia sp.. Kontrol positif kentang diinokulasi dengan Erwinia sp. sedangkan kontrol negatif ditetesi media TSB steril.
Uji Pengaruh Volatile Organic Compounds (VOCs) Terhadap Fusarium sp.
Uji aktivitas penghambatan VOCs yang dihasilkan bakteri endofit terhadap Fusarium sp. dilakukan pada divided plate (cawan terbagi) yang berisi TSA dan PDA (Vespermann et al. 2007). Bakteri endofit digoreskan pada media TSA dan diinkubasi pada suhu ruang dalam kondisi tertutup. Empat puluh delapan jam berikutnya media PDA diinokulasi dengan Fusarium sp. (d=7 mm). Cawan tersebut kemudian ditutup dan dirapatkan menggunakan parafilm sebelum diinkubasi selama 4-6 hari. Sebagai kontrol, Furasium sp. ditumbuhkan pada cawan yang tidak diinokulasi oleh bakteri endofit. Pengamatan dilakukan terhadap diameter pertumbuhan Fusarium sp.
4
Uji Tantang Bakteri Endofit Terhadap Fusarium sp.
Bakteri endofit diinokulasi dengan digores secara lurus pada media PDA. Dua hari kemudian Fusarium sp. (d=7 mm) diinokulasikan dengan jarak 2,5 cm dari bakteri endofit. Cawan diinkubasi kembali pada suhu ruang (dengan kondisi gelap) (Berg et al. 2005). Pengamatan dilakukan selama 1 minggu dengan melihat zona hambat pertumbuhan miselia atau penghambatan sporulasi Fusarium sp.
Uji Pengaruh Bakteri Endofit Terhadap Patogenisitas Fusarium sp. Secara
In Planta
Sebanyak 15 mL bakteri endofit (OD600: 1,006) dalam garam fisiologis (0.85%) disiramkan ke bagian akar tanaman tembakau berumur 3 minggu. Setelah 2 hari, 15 mL inokulum Fusarium sp. dalam garam fisiologis (0.85%) disiram pada bagian pangkal batang tembakau. Kemudian dilakukan pengamatan gejala terserang Fusarium sp. selama 3 minggu. Penanaman tembakau dilakukan pada media tanah yang diberi 0.5 g kg-1urea, 1.5 g kg-1 KCl, 2 g kg-1 TSP. Inokulum
Fusarium sp. disiapkan dengan cara menumbuhkan Fusarium sp. selama 7 hari pada media PDA. Spora Fusarium sp. dirontokkan dengan cara menggosok permukaan kultur dengan batang penyebar. Kemudian disiram dengan 10 mL akuades steril. Cairan yang mengandung spora selanjutnya diambil dengan pipet steril
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Anti QS Terhadap C. violaceum
Hasil pengamatan menunjukkan semua supernatan bakteri endofit kentang yang diuji (G053, G0169, WT25, L12) menyebabkan terbentuknya zona tidak ungu disekeliling paper disc. Berbeda dengan paper disc kontrol yang tidak dikelilingi zona tidak ungu (Gambar 1).
Gambar 1 Penghambatan produksi pigmen violacein C. violaceum di sekitar
5 Kekuatan degradasi AHL yang terkandung dalam uji supernatan bakteri endofit ditunjukkan oleh nilai indeks penghambatan pembentukan senyawa violacein.Semakin besar diameter zona tidak ungu maka indeks penghambatan pembentukan senyawa violacein semakin tinggi. Supernatan dari kultur WT25 menghasilkan diameter zona tidak ungu terbesar yaitu 1.87 cm dengan indeks penghambatan 0.44. Isolat G053 memiliki diameter zona tidak ungu terkecil yaitu 1.57 dengan indeks penghambatan 0.21 (Tabel 1).
Tabel 1 Penghambatan pembentukkan senyawa violacein C. violaceum
Isolat Diameter zona tidak ungu (cm)
Keterangan : IP = Indeks Pengamatan, SE= Standar Eror
Anti QS Terhadap Erwinia sp.
Potongan kentang yang telah diinkubasi selama 24 jam menunjukkan terjadinya pembusukan pada kentang kontrol positif (diinfeksi dengan Erwinia
sp.). Pembusukan ini ditandai dengan warna kehitaman, berair, dan pelunakan jaringan diseluruh permukaan kentang. Hal ini berbeda dengan umbi kentang yang telah diinokulasi bakteri endofit sebelum diinfeksi Erwinia sp. yang menunjukkan gejala pembusukan lebih ringan dan lebih lambat dibandingkan dengan kontrol positif. Umbi kentang pada kontrol negatif tidak mengalami gejala pembusukan. Kentang yang telah diinokulasi G053 dan Erwinia sp. memiliki gejala pembusukan paling ringan dan lebih lambat dibandingkan dengan isolat bakteri endofit lain dan kontrol positif (Gambar 2).
Penghambatan Fusarium sp. oleh volatile organic compounds (VOCs) yang dihasilkan bakteri endofit
6
Penghambatan Volatile Organic Compounds (VOCs) Yang Dihasilkan Bakteri Endofit Terhadap Fusarium sp.
Hasil pengamatan menunjukkan uji pengaruh senyawa VOCs terhadap
Fusarium sp. terbukti dapat menghambat pertumbuhan koloni Fusarium sp. yang ditumbuhkan secara terpisah dalam satu cawan dengan bakteri endofit (G053, G0169, WT25, dan L12). Penghambatan tersebut dilihat dari koloni Fusarium sp. pada cawan yang telah diinokulasi masing-masing bakteri endofit memiliki diameter yang lebih kecil dibandingkan dengan kontrol (Gambar 3).
Diantara empat isolat yang diuji, isolat bakteri G0169 memiliki indeks penghambatan terhadap pertumbuhan koloni Fusarium sp. tertinggi yaitu 1.06 (Tabel 2).
Tabel 2 Penghambatan pertumbuhan Fusarium sp. Isolat Diameter koloni
Fusarium sp.uji (cm)
Diameter koloni Fusarium sp. kontrol (cm)
IP± SE
WT25 3.45 7 1.02±0.021
G053 3.50 7 1.00±0.004
G0169 3.35 7 1.06±0.021
L12 3.4 7 1.05±0.029
Keterangan : IP = Indeks Pengamatan, SE= Standar eror
Perbedaan diameter koloni Fusarium sp. pada cawan kontrol dan uji pada hari pertama sampai hari ketiga belum memberikan perbedaan yang nyata. Perbedaan diameter miselia Fusarium sp. pada kontrol dan cawan uji terlihat berbeda nyata pada hari keempat (Gambar 4).
7
Hari ke-1 Hari ke-2 Hari ke-3 Hari ke-4 Hari ke-5
d
Uji Tantang Bakteri Endofit Dengan Fusarium sp.
Hasil morfogenesis uji tantang menunjukkan adanya zona hambat diantara koloni isolat G0169 dan WT25 dengan Fusarium sp.. Isolat WT25 juga menunjukkan memiliki kemampuan dalam penghambat morfogenesis miselia udara. Berbeda dengan kedua isolat bakteri endofit sebelumnya, antara koloni isolat G053 dan L12 dengan Fusarium sp. tidak terlihat adanya zona hambat, tetapi koloni Fusarium sp. lebih kecil dibandingkan kontrol Gambar 4).
Gambar 4 Perkembangan diameter koloni Fusarium sp. yang tumbuh dalam
divided plate berdampingan dengan bakteri endofit dari hari ke-1 sampai ke-5
8
Uji Pengaruh Bakteri Endofit Terhadap Patogenisitas Fusarium sp. Secara
In Planta
Hasil pengamatan tanaman tembakau setelah 3 minggu diinfeksikan
Fusarium sp. menunjukkan bahwa pemberian bakteri endofit 48 jam sebelum infeksi Fusarium sp. terbukti dapat mengurangi gejala penyakit layu Fusarium sp.. Tembakau kontrol yang tidak diinokulasi bakteri endofit mengalami kematian sedangkan tembakau yang diberikan bakteri endofit tidak terserang penyakit layu
Fusarium sp. (Gambar 6).
Persentase tanaman tembakau yang mengalami gejalan layu Fusarium sp. pada kontrol mencapai 100 %. Tanaman tembakau yang telah dinokulasi bakteri endofit tidak ada yang menunjukkan gejala penyakit layu tersebut kecuali pada tanaman yang dinokulasi isolat WT25 sebesar 25 % .
Tabel 3 Persentase tembakau yang terserang Fusarium sp.
Pembahasan
Hasil bioesai dari 4 bakteri endofit (G053, L12, WT25, dan G0169) menunjukkan seluruh supernatan bakteri endofit mampu membentuk zona tidak ungu disekitas paper disc (Gambar 1). Zona tidak ungu tersebut menunjukkan bahwa di dalam supernatan bakteri endofit terdapat senyawa pendegradasi AHL yang dihasilkan oleh C. violaceum. Senyawa pendegradasi AHL dapat berupa
Perlakuan Persentase terserang Fusarium sp.(%)
Kontrol 100
G053 0
G0169 0
L12 0
WT25 25
9 AHL laktonase atau AHL acylase (Czajkowski dan Jafra 2009). N-acylhomoserine lactone (AHL) merupakan salah satu jenis autoinducer proses quorum sensing (QS). Warna ungu pada kultur atau koloni C. violaceum
ditimbulkan oleh antibiotik violacein yang dihasilkan oleh bakteri ini. Regulasi ekspresi gen yang berperan dalam sintesis violacein tersebut melibatkan mekanisme QS (Choo et al. 2006). Oleh karena itu, degradasi AI untuk proses QS
C. violaceum oleh enzim pendegradasi AHL menyebabkan tidak terekspresinya violacein oleh sel-sel C. violaceum yang tumbuh di sekitar paper disc.
Kemampuan bakteri endofit dalam menghambat faktor QS dilakukan juga terhadap Erwinia sp.. Seluruh bakteri endofit yang diuji mampu menghambat pembusukkan umbi kentang yang telah diinokulasi Erwinia sp. (Gambar 2). Pembusukkan yang terjadi pada umbi kentang disebabkan oleh pektinase yang dihasilkan oleh Erwinia sp.. Pektinase adalah enzim yang dapat menghidrolisis pektin yang merupakanperekat diantara dinding sel. Rusaknya pektin diantara dinding sel umbi kentang menyebabkan jaringan umbi melunak sehingga kentang menjadi busuk (Pattat et al. 1992). Inokulasi bakteri endofit pada kentang yang telah diinokulasi Erwinia sp. dapat menghambat faktor ekspresi gen pektinase
Erwinia sp.
Bakteri endofit dapat menghasilkan metabolit sekunder berupa senyawa
Volatile Organic Compounds (VOCs) yang berfungsi sebagai antifungi. Keempat bakteri endofit yang diuji terbukti dapat menghasilkan VOCs yang menghambat pertumbuhan koloni Fusarium sp. (Gambar 3, Tabel 1). Percobaan dilakukan dengan menggunakan cawan yang bersekat (divided plate). Keberadaan Sekat bertujuan agar tidak ada kontak fisik antara miselia cendawan dengan bakteri endofit yang ditumbuhkan. Sehingga mekanisme penghambatan yang terjadi tidak disebabkan oleh kompetisi ruang, kompetisi nutrisi, mikoparasit atau antibiosis oleh senyawa yang berdifusi pada media. Mekanisme penghambatan yang terjadi disebabkan oleh produksi senyawa VOCs yang dihasilkan oleh bakteri endofit. Senyawa VOCs merupakan kompleks metabolit sekunder yang mudah menguap dan diproduksi sebagai respon terhadap kondisi lingkungan. VOCs dapat menstimulasi atau menghambat pertumbuhan mikroorganisme lainnya (Wheatly 2002). Menurut Vespermann et al. (2007) Senyawa volatil yang dihasilkan bakteri dapat menghambat pertumbuhan miselia dan perubahan stuktur cendawan patogen seperti Aspergillus niger, Fusarium culmorum, Sclerotinia sclerotium, Microdochium bolleyi, dan Phoma betae.
Penelitian sebelumnya telah berhasil diidentifikasi komponen VOCs isolat G053 yang terdiri dari sedikitnya 16 senyawa volatil. Diantara senyawa-senyawa tersebut,asam miristat dan metil eugenol adalah komponen yang dominan (data tidak dipublikasikan). Asam miristat dan metil eugenol termasuk ke dalam kelompok senyawa Essential oils (EOs) dan telah dilaporkan dapat digunakan sebagai antifungi terhadap Fusarium oxysporus f.sp cicer dan Rhizopus oryzae.
Mekanisme penghambatan kedua senyawa tersebut dengan cara menghambat pertumbuhan sintesis dinding hifa kedua cendawan tersebut dan pembentukkan spora pada Rhizopus oryzae (Pawar 2007; Mota et al. 2012).
10
menghambat pembentukkan miselia udara Fusarium sp. sedangkan isolat lainya hanya dapat menghambat pertumbuhan miselia Fusarium sp. (Gambar 5). Antara koloni bakteri endofit WT25 dan G0169 dengan Fusarium sp. terdapat daerah penghambatan, sedangkan disekitar koloni L12 dan G053 tidak terdapat zona hambat terhadap Fusarium sp.. Pertumbuhan miselia Fusarium sp. yang diuji tantang dengan isolat L12 dan G053 lebih kecil dibandingkan dengan kontrol. Uji tantang terhadap isolat G053 dan L12 perlu dikonfirmasi uji lebih lanjut. Uji lebih lanjut diperlukan untuk mengetahui kemungkinan adanya mekanisme penghambatan Fusarium sp. yang terjadi akibat sinergisme antara senyawa antifungi (didifusikan melalui media) dan senyawa volatil (diemisikan oleh bakteri).
Senyawa metabolit sekunder golongan antibiotik antifungi non volatil yang dihasilkan oleh bakteri dan didifusikan melalui media pertumbuhannya. Senyawa metabolit sekunder ini diantaranya adalah siderophore, phenazines, pyrolnitrin, 2,4 diacetylphoroglucinol (Kubicek dan Druzhinina 2007). Menurut penelitian Showkat et al. (2012), Siderophore dan 2,4 diacetylphoroglucinol dapat menghambat pertumbuhan Fusarium oxysporum dan Aspergillus niger. Phenazines dan pyrrolnitrin adalah metabolit sekunder yang diproduksi oleh
Pseudomonas chlororaphis. Senyawa ini bekerja secara antibiosis dalam menghambat respirasi dan pembentukkan spora dari cendawan patogen seperti
Fusarium oxysporum, Alterania solani, Sclerotium rolfsii (Kubicek dan Druzhinina 2007). Hasil uji bakteri endofit terhadap Fusarium sp. secara in planta
pada tanaman tembakau menunjukkan seluruh bakteri endofit mampu menurunkan gejala serangan layu Fusarium sp.. Serangan layu Fusarium sp. pada tembakau yang diinokulasi bakteri lebih rendah (Gambar 6, Tabel 3). Hasil uji in planta tersebut mendukung hasil uji keempat bakteri endofit tersebut. Berdasarkan hasil-hasil yang diperoleh dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa keempat isolat bakteri endofit tersebut dapat melindungi tanaman tembakau dari serangan layu Fusarium sp.. Diduga mekanisme biokontrol keempat isolat tersebut melibatkan senyawa antifungi non volatil dan senyawa VOCs yang dihasilkan oleh bakteri endofit G053, WT25, G0169, dan L12.
SIMPULAN
Bakteri endofit kentang G053, WT25, G0169, dan L12 memiliki kemampuan untuk menghambat proses quorum sensing (QS) pada C. violaceum
11 biokontrol dalam mengendalikan Erwinia sp. dan Fusarium sp. yang merupakan penyebab penyakit pada tanaman dan umbi kentang.
DAFTAR PUSTAKA
Berg G, Krechel A, Ditz M, Sikora RA, Ulrich A, Hallmann J. Endophytic and ecophytic potato-associated bacterial communities differ in structure and antagonistic function against plant pathogenic fungi. J. Microbiolgy Ecology. 51: 215-229
Choo JH, Rukayadi Y, Hwang JK. 2006. Inhibition of bacterial quorum sensing by vanilla extract. J. Microbiology. 42: 637-641
Czajkowski R, Jafra S. 2009. Quenching of acyl-homoserine lactone-dependent quorum sensing by enzymatic disruption of signal molecules.Acta Biochimica Polinica 56(1): 1-16
Dimyati A. 2003. Research priorities for potato in Indonesia, Di dalam : Fight KQ (ed). Progress in potato and sweet potato research in Indonesia. CIP-ESEAP and IAARD. Ministry of Agriculture. pp.15-19
Elphinstone J dan Toth I.2007.Erwinia chrysanthemi (Dickeya spp.)The Facts. London (GB): Bristish Potato council Press
Gomez VM, Lopez. 2012. Decontamination Of Fresh And Minimally Processed Produce. New York (USA): Wiley Blackwell Inc
Kubicek C, Druzhinina IS. 2007. Enviromental and Microbial Relationship IV Second Edition. Heidelberg (DE): Springer
Malvanova NV. 2013. Moleculer Microbial Ecology of the Rhizosphere. New York (USA): Willey-Blackwell Inc.
Mota KS, Pereira FO, Oliveira WA, Lima IO, Lima EO. 2012. antifungal activity of Thymus vulgaris L. essential oil and its constituent phytochemicals against Rhizopus oryzae: Interaction with Ergosterol. Molecules 17: 14418-14433
Niederhauser JS. 1993. International cooperation and the role of the potato in feeding the world. American Potato Journal.70 : 383-403
Pattat NHC, Dominguez H, Baudoy JR. 1992. Enviromental condition affect transcription of the pectinase of Erwinia chrysantemi 3937. J. bacterial
174(23): 7087-7818.
Pawar VC. 2007. Biochemical, immunological and physiological studies on some plant pathogenic fungi [Tesis]. Rajkot (IN): Saurashtra University
Ryan RP, Germaine K, Franks A, Ryan DJ, Dowling DN. 2008. Bacterial endophytes: recent developments and applications. Microbiol. 278:1-9 Showkat S, Murtaza I, Laila O, Ali A. 2012. Biological control of Fusarium
oxysporum and Aspergillus sp. by Pseudomonas fluorecens Isolated from wheat rhizosphere soil of kashmir. J.Pharmacy And Biological Sciences.
1(4): 24-32
12
Vespermann A, Kai M, Piechulla B. 2007. Rhizobacterial volatiles affect the growth of fungi and Arabidopsis thaliana. J. Microbiology. 73(17):5639-5641.
13
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Magetan pada tanggal 25 Juli 1992 dari ayah Widji dan Ibu Misinem. Penulis merupakan anak pertama dari tiga bersaudara. Tahun 2010 penulis lulus dari SMA Negeri 1 Parang dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI).Penulis memilih progam studi Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Penulis mendapatkan beasiswa Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) dari DIKTI pada tahun 2011-2014.
Selama masa studi, penulis aktif menjadi anggota Divisi Observasi Wahana Alam (OWA) Himpunan Mahasiswa Biologi (HIMABIO)tahun 2011-2013dan Ikatan Mahasiswa Alumni Magetan (IMPATA). Penulis pernah menjadi asisten praktikum mata kuliah Biologi Tingkat Persiapan Bersama pada tahun 2012-2014 dan mata kuliah Botani umum pada tahun ajaran 2013/ 2014.
