KEMAMPUAN BAKTERI ENDOFIT Micrococcus endophyticus
G053 DALAM MEMPRODUKSI IAA-LIKE COMPOUND DAN
MENINGKATKAN PERTUMBUHAN TANAMAN
YULI SITI FATMA
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 Kemampuan Bakteri Endofit Micrococcus endophyticus G053 dalam Memproduksi IAA-like Compound dan Meningkatkan Pertumbuhan Tanaman 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.
ABSTRAK
YULI SITI FATMA. Kemampuan Bakteri Endofit Micrococcus endophyticus G053 dalam Memproduksi IAA-like Compound dan Meningkatkan Pertumbuhan Tanaman. Dibimbing oleh IMAN RUSMANA dan ALINA AKHDIYA.
Bakteri endofit dapat berperan sebagai PGPB (plant growt-promoting bacteria) dengan cara menghasilkan zat pengatur tumbuh atau meningkatkan ketersediaan nutrisi bagi tanaman. Penelitian ini bertujuan menguji kemampuan bakteri endofit Micrococcus endophyticus G053 dalam menghasilkan IAA-like compound, menambat nitrogen bebas, dan kemampuannya dalam meningkatkan pertumbuhan planlet kentang dan tanaman tembakau. Kemampuan M. endophyticus G053 dalam memproduksi IAA-like compound pada media TSB 50% dan TSB 100% diuji menggunakan reagen Salkowski, sedangkan kemampuannya dalam menambat nitrogen bebas diuji dengan menumbuhkannya pada media LGI agar. Potensi M. endophyticus G053 dalam meningkatkan pertumbuhan tanaman diuji secara in vitro menggunakan planlet kentang dan in planta menggunakan tanaman tembakau. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa M. endophyticus G053 mampu memproduksi IAA-like compound pada kedua media dan menambat nitrogen bebas. Produksi IAA-like compound tertinggi tercapai di hari ke-6 pada TSB 50% (64.35 ppm) dan di hari ke-8 pada TSB 100% (69.10 ppm). Inokulasi planlet kentang dengan M. endophyticus G053 mampu meningkatkan tinggi dan jumlah tunas planlet. M. endophyticus G053 yang diinokulasi pada rizosfer tanaman tembakau juga mampu meningkatkan panjang batang, panjang akar, dan bobot kering tanaman tembakau. Kemampuan M. endophyticus G053 dalam meningkatkan pertumbuhan planlet kentang dan tanaman tembakau diduga disebabkan oleh kemampuan bakteri endofit tersebut dalam menghasilkan IAA-like compound dan menambat nitrogen bebas.
Kata kunci: bakteri endofit, bakteri penambat nitrogen, indole-3-acetic acid (IAA), Micrococcus endophyticus G053
ABSTRACT
YULI SITI FATMA. Ability of Endophytic Bacterium Micrococcus endophyticus G053 to Produce IAA-like Compound and Increase Plants Growth. Supervised by IMAN RUSMANA and ALINA AKHDIYA.
plants. The results showed that M. endophyticus G053 was able to produce IAA-like compound in both media and to fix free nitrogen. The highest production of IAA-like compound was at 6th day of incubation in TSB 50% (64.35 ppm) and at 8th day of incubation in TSB 100% (69.10 ppm). Potato plantlets inoculated with M. endophyticus G053 was able to increase plantlet height and its number of shoot. M. endophyticus G053 inoculated in tobacco plants rhizosphere was also able to increase shoot length, root length, and dry weight of tobacco plants. The ability of M. endophyticus G053 to increase potato plantlets and tobacco plants growth was due to their ability to produce IAA-like compound and to fix free nitrogen.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada
Departemen Biologi
KEMAMPUAN BAKTERI ENDOFIT Micrococcus endophyticus
G053 DALAM MEMPRODUKSI IAA-LIKE COMPOUND DAN
MENINGKATKAN PERTUMBUHAN TANAMAN
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2014
PRAKATA
Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga karya ilmiah yang berjudul Kemampuan Isolat Bakteri Endofit Micrococcus endophyticus G053 dalam Memproduksi IAA-like Compound dan Meningkatkan Pertumbuhan Tanaman dapat diselesaikan.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Dr Ir Iman Rusmana, MSi selaku pembimbing I dan Dr Alina Akhdiya, MSi selaku pembimbing II yang telah banyak memberikan bimbingan, arahan, dan saran kepada penulis. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Dr Kanthi Arum Widayati, MSi selaku dosen penguji sekaligus perwakilan komisi pendidikan Departemen Biologi atas saran dan masukan selama penyelesaian karya ilmiah ini. Penulis menyampaikan terima kasih kepada program Bidikmisi dari DIKTI yang telah memberikan kesempatan beasiswa sehingga penulis dapat menyelesaikan Strata 1. Terima kasih penulis sampaikan kepada Mama, Bapak, adik-adik, serta seluruh keluarga besar atas segala doa dan kasih sayangnya. Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Erma, Kak Andri, Pak Ade, IR Crew, Biologi 47, OWA khususnya OWA 13, Asrama Putri Darmaga (APD), staf BB Biogen, staf Departemen Biologi FMIPA IPB, serta berbagai pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL ix
DAFTAR GAMBAR ix
DAFTAR LAMPIRAN ix
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Tujuan Penelitian 2
METODE 2
Waktu dan Tempat 2
Bahan 2
Peremajaan dan Penyimpanan Kultur Bakteri 2
Pembuatan Kurva Tumbuh Bakteri Endofit 2
Penentuan Kadar IAA-like Compound 3
Kemampuan Bakteri Endofit dalam Menambat Nitrogen Bebas 3 Kemampuan Bakteri Endofit dalam Meningkatkan Pertumbuhan Planlet
Kentang 3
Kemampuan Bakteri Endofit dalam Meningkatkan Pertumbuhan Tanaman
Tembakau 4
HASIL DAN PEMBAHASAN 4
Hasil 4
Pembahasan 7
SIMPULAN 10
DAFTAR PUSTAKA 10
LAMPIRAN 12
DAFTAR TABEL
1 Pertambahan tinggi (∆t) dan pertambahan jumlah (∆Σ) tunas pucuk
planlet kentang yang diinokulasi dan tidak diinokulasi kultur
M. endophyticus G053 pada 4 MSI 6
2 Panjang batang, panjang akar, dan bobot kering tanaman tembakau yang diinokulasi dan tidak diinokulasi kultur M. endophyticus
G053 pada 25 HSI 6
DAFTAR GAMBAR
1 Nilai OD kultur M. endophyticus G053 ( ) dan konsentrasi IAA-like compound (ppm) ( ) yang dihasilkannya dalam media
TSB 50% selama 10 hari inkubasi 4
2 Nilai OD kultur M. endophyticus G053 ( ) dan konsentrasi IAA-like compound (ppm) ( ) yang dihasilkannya dalam media
TSB 100% selama 10 hari inkubasi 5
3 Koloni M. endophyticus G053 pada media LGI agar 5 4 Penampilan planlet kentang yang diinokulasi (a) dan tidak diinokulasi (b)
dengan kultur bakteri M. endophyticus G053 pada 4 MSI 6 5 Penampilan tanaman tembakau yang diinokulasi (a) dan tidak diinokulasi
(b) dengan kultur bakteri M. endophyticus G053 pada 25 HSI 7
DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Bakteri endofit merupakan bakteri yang mengolonisasi jaringan tanaman inang tanpa menimbulkan kerugian bagi tanaman inangnya. Beberapa bakteri endofit dapat berperan sebagai PGPB (plant growth-promoting bacteria) yang dapat meningkatkan pertumbuhan tanaman melalui mekanisme langsung dan tidak langsung. Produksi zat pengatur tumbuh dan peningkatan ketersediaan nutrisi oleh bakteri endofit secara langsung dapat memacu pertumbuhan tanaman. Secara tidak langsung, peningkatan pertumbuhan juga dapat disebabkan oleh peningkatan ketahanan tanaman terhadap patogen atau pengaruh pengendalian patogen oleh bakteri endofit melalui mekanisme kompetisi, induksi resistensi tanaman, dan produksi antibiotik, enzim pelisis, atau siderofor (Glick 2012).
Zat pengatur tumbuh merupakan senyawa yang pada konsentrasi rendah mampu menimbulkan respon fisiologi tanaman. Senyawa ini bekerja secara lokal, di sekitar tempat sintesis, dan atau jaringan lain. Zat pengatur tumbuh adalah regulator penting bagi tanaman dalam merespon kondisi biotik dan abiotik. Beberapa zat pengatur tumbuh, antara lain asam absisat (ABA), indole-3-acetic acid (IAA atau auksin), brasinosteroid (BRs), sitokinin, giberelin (GA), etilen, asam jasmonat (JA), dan asam salisilat (Santner et al. 2009). IAA tidak hanya dihasilkan oleh tumbuhan, tetapi dapat dihasilkan oleh beberapa bakteri, di antaranya bakteri endofit, rizosfer, dan nonsimbion. IAA juga dapat dihasilkan oleh bakteri fitopatogen (Tsavkelova et al. 2006).
Indole-3-acetic acid (IAA) adalah salah satu zat pengatur tumbuh yang berperan dalam pembelahan, pemanjangan, dan diferensiasi sel tumbuhan, dominansi apikal, merangsang perkecambahan biji dan umbi, meningkatkan kecepatan pembentukan akar dan xilem, mengatur proses pertumbuhan vegetatif, menginisiasi pembentukan akar lateral dan akar adventif, berperan dalam fotosintesis, resistensi terhadap cekaman, pembentukan pigmen, dan biosintesis berbagai metabolit (Tsavkelova et al. 2006). IAA yang dihasilkan oleh bakteri dapat meningkatkan panjang dan luas permukaan akar sehingga meningkatkan kemampuan tumbuhan dalam memperoleh nutrisi (Glick 2012). Beberapa bakteri endofit yang mampu menghasilkan IAA, antara lain Rhizobium, Agrobacterium, Azospirillum, Bacillus, Pseudomonas, Klebsiella, dan Micrococcus (Tsavkelova et al. 2006).
Peningkatan ketersediaan nutrisi bagi tanaman oleh bakteri endofit juga terjadi melalui penambatan nitrogen, pelarutan fosfat, atau pengikatan besi. Beberapa bakteri endofit mampu menambat nitrogen bebas dari udara. Bakteri mengubah nitrogen (N2) menjadi ammonia (NH3) agar dapat dimanfaatkan oleh
2
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan menguji kemampuan bakteri endofit Micrococcus endophyticus G053 dalam menghasilkan IAA-like compound, menambat nitrogen bebas, dan kemampuannya dalam meningkatkan pertumbuhan planlet kentang dan tanaman tembakau.
METODE
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari 2014 hingga Juli 2014 di Laboratorium Biokimia dan rumah kaca, Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Bioteknologi dan Sumberdaya Genetik Pertanian (BB Biogen), Bogor.
Bahan
Isolat bakteri endofit Micrococcus endophyticus G053 yang merupakan koleksi Dr Alina Akhdiya, MSi. Isolat diisolasi dari tanaman kentang (Atlantic) yang diambil dari daerah Garut, Jawa Barat.
Peremajaan dan Penyimpanan Kultur Bakteri
M. endophyticus G053 diremajakan pada media TSA (Trypticase Soy Agar) dan diinkubasi pada suhu ruang (28±2 oC) selama 24-72 jam. Stok kultur M. endophyticus G053 disimpan di media TSA (TSB [Trypticase Soy Broth, BactoTM, Sparks, USA] 30 g L-1, agar 20 g L-1) miring pada suhu ruang dan gliserol 40% pada suhu -19 oC.
Pembuatan Kurva Tumbuh Bakteri Endofit
3 Penentuan Kadar IAA-like Compound
Pengukuran IAA-like compound dilakukan dengan metode kolorimetri menggunakan reagen Salkowski yang dimodifikasi oleh Glickmann dan Dessaux (1995). Kurva standar IAA diperoleh dari pengukuran IAA (Merck, Darmstadt, Germany) pada konsentrasi 0-100 ppm (Lampiran 2) dan digunakan untuk mengetahui konsentrasi IAA pada setiap kultur bakteri. Sebanyak 1.5 mL kultur bakteri M. endophyticus G053 diambil dari kultur yang sama pada pembuatan kurva tumbuh bakteri, kemudian disentrifugasi dengan kecepatan 10000 rpm selama 10 menit. Sebanyak 1 mL supernatan kultur direaksikan dengan 1 mL reagen Salkowski (12 g L-1 FeCl3 dalam 7.9 M H2SO4), kemudian didiamkan
dalam kondisi gelap selama 30 menit pada suhu ruang. Keberadaan IAA-like compound di dalam sampel yang dianalisis ditunjukkan dengan adanya perubahan warna menjadi merah muda hingga merah anggur. Campuran reaksi diukur rapat optis (optical density/OD) atau absorbansinya menggunakan spektrofotometer pada panjang gelombang 520 nm. Pengukuran tersebut dilakukan sebanyak 2 ulangan setiap 2 hari selama 10 hari. Media tanpa inokulasi bakteri digunakan sebagai kontrol.
Kemampuan Bakteri Endofit dalam Menambat Nitrogen Bebas
M. endophyticus G053 diinokulasikan ke permukaan media LGI agar dengan cara digores. LGI agar merupakan media bebas nitrogen dengan komposisi sebagai berikut: sukrosa 5 g L-1, K2HPO4 0.2 g L-1, KH2PO4 0.6 g L-1,
MgSO4.7H2O 0.2 g L-1, CaCl2 0.02 g L-1, Na2MoO4.2H2O 0.002 g L-1, FeCl3 0.01
g L-1, dan agar 19 g L-1. Bakteri diinkubasi pada suhu ruang selama 12 hari (Kirchhof et al. 2007).
Kemampuan Bakteri Endofit dalam Meningkatkan Pertumbuhan Planlet Kentang
4
Kemampuan Bakteri Endofit dalam Meningkatkan Pertumbuhan Tanaman Tembakau
Sebanyak 15 mL suspensi bakteri M. endophyticus G053 (± 107 sel mL-1 [Lampiran 1]) diteteskan di sekitar akar tanaman tembakau berumur 3 minggu. Sebagai kontrol, tembakau ditetesi dengan 15 mL akuades steril. Pertumbuhan planlet diukur berdasarkan panjang batang, panjang akar, dan bobot kering tanaman yang diamati 25 hari setelah inokulasi (HSI). Pengamatan dilakukan terhadap 2 tanaman kontrol (tanpa inokulasi bakteri endofit) dan 2 tanaman yang diinokulasi bakteri endofit. Media tanam yang digunakan adalah 1.5 kg tanah yang dimasukkan ke polybag.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Kemampuan M. endophyticus G053 dalam Memproduksi IAA-like Compound Hasil uji terhadap supernatan kultur M. endophyticus G053 yang ditumbuhkan pada media TSB 50% dan TSB 100% menunjukkan adanya IAA-like compound dengan konsentrasi yang berbeda-beda selama masa inkubasi. Kadar IAA-like compound tertinggi tercapai berturut-turut pada masa inkubasi 6 hari dan 8 hari untuk kultur M. endophyticus G053 dalam TSB 50% dan TSB 100%.
Kultur M. endophyticus G053 pada media TSB 50% memasuki akhir fase eksponensial pada hari ke-6. Pada fase tersebut dihasilkan IAA-like compound dengan konsentrasi tertinggi, yaitu sebesar 64.35 ppm (Gambar 1). Kandungan IAA-like compound pada hari ke-8 dan 10 mengalami penurunan berturut-turut menjadi 58.35 ppm dan 57.48 ppm. Perubahan nilai OD pada hari ke-6 sampai 10 relatif kecil dan tidak signifikan, yang menunjukkan bahwa kultur telah mencapai fase stasioner.
5 dihasilkan pada hari ke-8 merupakan IAA-like compound dengan konsentrasi tertinggi yaitu sebesar 69.10 ppm. Nilai OD kultur pada hari ke-10 meningkat secara tidak signifikan, sebaliknya kadar IAA-like compound mengalami penurunan yang tajam menjadi 49.60 ppm (Gambar 2). Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya, perubahan nilai OD yang relatif kecil dan tidak signifikan ini menunjukkan bahwa kultur memasuki fase stasioner.
Gambar 2 Nilai OD kultur M. endophyticus G053 ( ) dan konsentrasi IAA-like compound (ppm) ( ) yang dihasilkannya pada media TSB 100% selama 10 hari inkubasi
Kemampuan M. endophyticus G053 dalam Menambat Nitrogen Bebas
Hasil pengamatan pada media LGI agar menunjukkan adanya koloni-koloni kecil bakteri setelah diinkubasi selama 7 hari. Lima hari kemudian koloni M. endophyticus G053 tersebut tumbuh dan memiliki diameter koloni ± 3 mm sampai 5 mm dengan warna transparan hingga opaque (Gambar 3).
6
Kemampuan M. endophyticus G053 dalam Meningkatkan Pertumbuhan Planlet Kentang dan Tanaman Tembakau
Kultur M. endophyticus G053 yang diinokulasi di sekitar akar planlet kentang mampu meningkatkan rata-rata pertambahan tinggi planlet dan pertambahan jumlah tunas planlet dibandingkan dengan kontrol (Tabel 1, Gambar 4). Inokulasi kultur M. endophyticus G053 pada tembakau juga mampu meningkatkan rata-rata panjang batang, panjang akar, dan bobot kering tanaman dibandingkan kontrol (Tabel 2, Gambar 5).
Tabel 1 Pertambahan tinggi (∆t) dan pertambahan jumlah (∆Σ) tunas pucuk planlet kentang yang diinokulasi dan tidak diinokulasi kultur M. endophyticus G053 pada 4 MSI
a
SE = standar eror, n = 10
Gambar 4 Penampilan planlet kentang yang diinokulasi (a) dan tidak diinokulasi (b) dengan kultur bakteri M. endophyticus G053 pada 4 MSI
Tabel 2 Panjang batang, panjang akar, dan bobot kering tanaman tembakau yang diinokulasi dan tidak diinokulasi kultur M. endophyticus G053 pada 25 HSI
a
SE = standar eror, n = 2
Perlakuan ∆t planlet (mm ± SE)a ∆Σ tunas planlet ± SEa Planlet +
M. endophyticus G053 26.20 ± 2.784 3.70 ± 0.473
Planlet kontrol 20.10 ± 3.840 3.40 ± 0.306
Perlakuan Panjang batang (cm ± SE)a
Panjang akar (cm ± SE)a
Bobot kering tanaman (mg ± SE)a Tanaman +
7
Gambar 5 Penampilan tanaman tembakau yang diinokulasi (a) dan tidak diinokulasi (b) dengan kultur bakteri M. endophyticus G053 pada 25 HSI
Pembahasan
Uji kandungan IAA-like compound pada supernatan bakteri Micrococcus endophyticus G053 dilakukan dengan metode kolorimetri, yaitu berdasarkan perubahan warna sampel setelah ditambahkan reagen Salkowski. Reagen Salkowski hasil modifikasi Glickmann dan Dessaux (1995) dapat digunakan untuk membuktikan keberadaan senyawa yang mengandung indol, yaitu pada IAA dan senyawa intermediet dalam biosintesis IAA, antara lain indole-3-acetamide (IAM) dan indole-3-pyruvate (IPyA). Uji positif ditunjukkan dengan adanya perubahan warna supernatan bakteri menjadi merah muda hingga merah anggur.
M. endophyticus G053 mampu menghasilkan IAA-like compound dalam TSB 50% dan TSB 100% selama masa inkubasi. Konsentrasi IAA-like compound yang dihasilkan oleh bakteri endofit tersebut dalam TSB 50% dan TSB 100% mengalami penurunan ketika kultur memasuki fase stasioner. Ghosh dan Basu (2002) melaporkan bahwa pada Rhizobium sp. yang diisolasi dari akar Dalbergia lanceolaria, penurunan konsentrasi IAA pada fase stasioner diduga oleh adanya pelepasan enzim pendegradasi IAA, antara lain IAA oksidase dan peroksidase.
Puncak produksi IAA-like compound pada kedua kultur tercapai ketika kultur memasuki akhir fase eksponensial. Pada akhir fase eksponensial, enzim-enzim yang digunakan dalam biosintesis IAA dihasilkan cukup banyak seiring dengan laju pertumbuhan. Akhir fase eksponensial kultur M. endophyticus G053 dalam TSB 50% tercapai pada hari ke-6, sedangkan pada kultur M. endophyticus G053 dalam TSB 100% baru memasuki akhir fase eksponensial pada hari ke-8. Hal ini disebabkan oleh ketersediaan nutrisi yang ada pada media TSB 100% relatif lebih tinggi dibandingkan dengan yang terkandung dalam TSB 50%,
8
sehingga kultur yang ditumbuhkan dalam TSB 100% lebih lambat masuk ke fase stasioner.
Bakteri memasuki fase stasioner ketika mencapai kepadatan sel yang tinggi, sedangkan nutrisi pada media berkurang dan bahan buangan terakumulasi. Pertumbuhan sel tidak terjadi atau terjadi sangat lambat pada fase stasioner, namun fungsi sel masih berlangsung, seperti metabolisme energi dan proses biosintesis. Aktivitas biosintesis metabolit sekunder oleh bakteri meningkat pada akhir fase eksponesial dan fase stasioner. Metabolit sekunder yang dihasilkan oleh mikroorganime tidak berkaitan dengan proses pertumbuhan, tetapi berperan dalam ketahanan hidup mikroorganisme (Sunatmo 2009). Salah satu jenis metabolit sekunder tersebut adalah IAA.
IAA-like compound yang dihasilkan oleh kultur M. endophyticus G053 pada TSB 100% mampu mencapai konsentrasi yang lebih tinggi dibandingkan pada TSB 50%. Penambahan nutrisi sebanyak 100% pada media dapat meningkatkan produksi IAA-like compound walaupun peningkatannya tidak sebanding dengan persentase kenaikan nutrisinya. Hal ini diduga disebabkan oleh adanya mekanisme hambatan umpan balik (feedback inhibition) dalam aktivitas enzim yang terlibat pada biosintesis IAA. Menurut Sunatmo (2009), mekanisme hambatan umpan balik berlangsung pada langkah pertama dari seluruh lintasan biosintesis, termasuk lintasan biosintesis asam amino atau nukleotida. Produk akhir menghambat enzim pertama lintasan yang secara efektif akan menutup seluruh lintasan. Biosintesis kembali dimulai apabila penghambatan tersebut berkurang. Biosintesis IAA dapat diatur oleh produk akhir dan senyawa intermedietnya. Hutcheson dan Kosuge (1985) melaporkan bahwa pada Pseudomonas syringae pv. savastanoi, aktivitas enzim tryptophan-2-monooxygenase (IaaM) yang merupakan enzim pertama pada lintasan indole-acetamide (IAM) diatur melalui hambatan umpan balik oleh IAM dan IAA. Berbeda pada Azospirillum lipoferum Sp RG20 dan A. brasilense Sp Cd, enzim anthranilate synthetase (AS) diinduksi oleh triptofan melalui mekanisme hambatan umpan balik (Hartmann dan Zimmer 1983).
Bakteri mensintesis IAA melalui lintasan yang bergantung triptofan dependent pathway) atau tidak bergantung triptofan (tryptophan-independent pathway). Triptofan merupakan prekursor utama dalam biosintesis IAA pada bakteri. Lintasan biosintesis IAA yang bergantung triptofan dikelompokkan berdasarkan identifikasi senyawa intermedietnya, yaitu lintasan indole-3-acetamide (IAM), indole-3-pyruvate (IPyA), tryptamine (TAM), tryptophan side-chain oxidase (TSO), dan indole-3-acetonitrile (IAN) (Spaepen et al. 2007). Beberapa bakteri memperoleh triptofan dari antranilat yang diubah dari khorismat pada lintasan shikimat (Moat et al. 2002). Menurut Patten dan Glick (2002), sebagian besar bakteri fitopatogen mengubah triptofan menjadi IAA melalui lintasan IAM, sedangkan bakteri nonpatogen melalui lintasan IPyA. PGPB, seperti Azospirillum spp. dan Enterobacter cloacae, diduga menggunakan lintasan IPyA dalam menghasilkan IAA.
9 M. endophyticus G053 dapat memperoleh triptofan dari hasil hidrolisis protein yang terdapat pada TSB karena bakteri tersebut memiliki aktivitas proteolitik (data tidak dipublikasikan). Aktivitas proteolitik dikatalisis oleh enzim protease. Protease menghidrolisis ikatan peptida yang menghubungkan antar asam amino pada protein (Narendra et al. 2012).
Produksi IAA-like compound oleh M. endophyticus G053 pada media tanpa penambahan triptofan lebih rendah dibandingkan dengan penambahan triptofan. M. endophyticus G053 mampu menghasilkan IAA-like compound dengan konsentrasi 95.51 ppm di media King’s B+triptofan pada umur kultur 7 hari (data tidak dipublikasikan). Khalid et al. (2004) juga melaporkan bahwa rizobakteria menghasilkan lebih banyak IAA pada media dengan penambahan triptofan (1.8-24.8 mg L-1) dibandingkan pada media tanpa penambahan triptofan (1.1-12.1 mg L-1).
Khalid et al. (2004) mengelompokkan produksi IAA secara in vitro oleh rizobakteria ke dalam 3 kelompok, yaitu rendah (1-10 g mL-1), sedang (11-20 g mL-1), dan tinggi (21-30 g mL-1). Produksi IAA-like compound tertinggi yang dihasilkan oleh kultur M. endophyticus G053 mencapai 64.35 ppm pada TSB 50% dan 69.10 ppm pada TSB 100%. Berdasarkan kriteria Khalid et al. (2004), M. endophyticus G053 dapat dikategorikan sebagai bakteri yang memiliki kemampuan tinggi dalam menghasilkan IAA-like compound.
Salah satu peran IAA adalah meningkatkan kecepatan pembentukan akar dan xilem (Tsavkelova et al. 2006). Hal tersebut mengakibatkan tanaman dapat meningkatkan penyerapan nutrisi atau unsur hara yang dibutuhkan dalam proses pertumbuhan dan perkembangannya. Salah satu unsur yang dibutuhkan tanaman dalam jumlah besar adalah nitrogen. Peningkatan ketersediaan nitrogen tersebut dapat ditingkatkan oleh bakteri penambat nitrogen.
M. endophyticus G053 mampu tumbuh pada media LGI agar. Hal tersebut mengindikasikan bahwa M. endophyticus G053 mampu menambat nitrogen bebas. Menurut Kirchhof et al. (2007), LGI agar merupakan media yang tidak mengandung nitrogen, sehingga adanya pertumbuhan bakteri pada media LGI agar menunjukkan bahwa bakteri tersebut mampu menambat nitrogen bebas. Kecepatan pertumbuhan koloni M. endophyticus G053 pada media LGI agar ini lebih lambat dibandingkan dengan pertumbuhannya pada media TSA. Hal ini disebabkan karena proses penambatan nitrogen memerlukan energi yang besar, sehingga energi yang dapat digunakan untuk pertumbuhan dan pembelahan sel menjadi berkurang. Menurut White (2007), jumlah ATP yang dibutuhkan untuk mengubah 1 mol N2 menjadi 2 mol NH3 adalah 16 mol ATP, sedangkan jumlah
ATP yang dihasilkan pada proses oksidasi sempurna 1 mol glukosa menjadi karbon dioksida dan air adalah 38 mol ATP.
Kultur M. endophyticus G053 yang diinokulasi di sekitar akar planlet kentang mampu meningkatkan rata-rata pertambahan tinggi planlet dan pertambahan jumlah tunas planlet dibandingkan dengan kontrol. Inokulasi kultur M. endophyticus G053 pada tembakau juga mampu meningkatkan rata-rata panjang batang, panjang akar, dan bobot kering tanaman dibandingkan kontrol. Hasil pengamatan tersebut mengindikasikan bahwa M. endophyticus G053 mampu meningkatkan pertumbuhan tanaman.
10
dan nitrogen yang difiksasi oleh M. endophyticus G053. IAA-like compound yang diproduksi oleh bakteri endofit tersebut diduga berkontribusi dalam meningkatkan pertumbuhan planlet kentang dan tanaman tembakau melalui pemanjangan dan pembelahan sel tanaman. Peningkatan pertumbuhan tanaman juga diamati pada tanaman gandum yang diinokulasi oleh rizobakteria penghasil IAA (Khalid et al. 2004) dan tanaman jagung yang diinokulasi oleh Azospirillum diazotrophicus L1 penghasil IAA (Patil et al. 2011). Kemampuan M. endophyticus G053 dalam menambat nitrogen bebas juga diduga berperan dalam meningkatkan pertumbuhan planlet kentang dan tanaman tembakau. Menurut Gardner et al. (2008), tanaman membutuhkan nitrogen sebagai bahan penyusun asam amino, protein, asam nukleat, enzim, hormon, klorofil, dan berbagai biomolekul.
SIMPULAN
Micrococcus endophyticus G053 merupakan bakteri endofit yang mampu menghasilkan IAA-like compound dan menambat nitrogen bebas dari udara. Kadar IAA-like compound tertinggi tercapai di hari ke-6 untuk M. endophyticus G053 yang dikulturkan pada TSB 50% (64.35 ppm) dan di hari ke-8 untuk M. endophyticus G053 yang dikulturkan pada TSB 100% (69.10 ppm). Pengayaan planlet kentang dengan M. endophyticus G053 mampu meningkatkan tinggi dan jumlah tunas planlet. Inokulasi M. endophyticus G053 pada rizosfer tanaman tembakau juga mampu meningkatkan panjang batang, panjang akar, dan bobot kering tanaman tembakau. Kemampuan bakteri endofit tersebut dalam meningkatkan pertumbuhan planlet kentang dan tanaman tembakau diduga disebabkan oleh kemampuannya dalam menghasilkan IAA-like compound dan menambat nitrogen bebas.
DAFTAR PUSTAKA
[BD] Becton, Dickinson and Company. 2006. BD NutrientsTM Technical Manual Advanced Bioprocessing. Ed ke-3. US: BD.
Gardner FP, Pearce RB, Mitchell RL. 2008. Fisiologi Tanaman Budidaya. Susilo H, penerjemah. Jakarta (ID): UI Pr. Terjemahan dari: Physiology of Crop Plants.
Ghosh AC, Basu PS. 2002. Growth behavior and bioproduction of indole acetic acid by a Rhizobium sp. isolated from root nodules of a leguminous tree Dalbergia lanceolaria. Indian J Exp Biol. 40:796-801.
Glick BR. 2012. Plant growth-promoting bacteria: mechanisms and applications [ulasan]. Scientifica. 2012:1-15.
11 Hartmann A, Singh M, Klingmuller W. 1983. Isolation and characterization of Azospirillum mutants excreting high amounts of indoleacetic acid. Can J Microbiol. 29:916–923.
Hutcheson SW, Kosuge T. 1985. Regulation of 3-indoleacetic acid production in Pseudomonas syringae pv. savastanoi purification and properties of tryptophan 2-monooxygenase. J Biol Chem. 260(10):6281–6287.
Khalid A, Arshad M, Zahir ZA. 2004. Screening plant growth-promoting rhizobacteria for improving growth and yield of wheat. J Appl Microbiol. 96:473-480. doi:10.1046/j.1365-2672.2003.02161.x.
Kirchhof G, Reis VM, Baldani JI, Eckert B, Dobereiner JD, Hartmann A. 1997. Occurrence, physiological and molecular analysis of endophytic diazotrophic bacteria in gramineous energy plants. Plant and Soil. 194:45-55.
Moat AG, Foster JW, Spector MP. 2002. Microbial Physiology. Ed ke-4. New York (US): Wiley-Liss.
Narendra et al. 2012. Isolation and characterization of protease producing bacterial from soil and estimation of protease by spectrophotometer. Int J Sci Tech. 1(1):1-7.
Patil NB, Gajbhiye M, Ahiwale SS, Gunjal AB, Kapadnis BP. 2011. Optimization of indole 3-acetic acid (IAA) production by Acetobacter diazotrophicus L1 isolated from sugarcane. Int J Environ Sci. 2(1):295-302.
Patten CL, Glick BR. 2002. Role of Pseudomonas putida indoleacetic acid in and microorganism-plant signaling. FEMS Microbiol Rev. (2007):1–24. doi: 10.1111/j.1574-6976.2007.00072.x
Sunatmo TI. 2009. Mikrobiologi Esensial. Jakarta (ID): Ardy Agency.
Tsavkelova EA, Klimova SY, Cherdyntseva TA, Netrusov AI. 2006. Microbial producers of plant growth stimulators and their practical use: a review [ulasan]. Appl Biochem Microbiol. 42(2):117–126.
White D. 2007. The Physiology and Biochemistry of Prokaryotes. Ed ke-3. Oxford (GB): Oxford Univ Pr.
12
LAMPIRAN
Lampiran 1 Kurva standar pertumbuhan M. endophyticus G053
Lampiran 2 Kurva standar pengukuran IAA (Merck, Darmstadt, Germany) y = 0.0436x - 0.0829
R² = 0.9957
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
0 3 6 9 12
OD
=60
0
nm
Log jumlah sel mL-1
y = 0.004x + 0.0031 R² = 0.9906
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
OD
λ
=
520
nm
13
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Cianjur pada 26 Juli 1992 dari ayah M. Komarudin dan ibu Ai Hayati. Penulis adalah anak pertama dari 5 bersaudara. Penulis lulus dari SMA Negeri 1 Sukaresmi pada tahun 2010 dan pada tahun yang sama penulis diterima di Departemen Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB. Penulis menerima beasiswa Bidikmisi dari Direktur Jenderal Pendidikan Tinggi (DIKTI) Kementerian Pendidikan Nasional Republik Indonesia pada tahun 2010 hingga 2014.
Selama menempuh studi, penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah Biologi Dasar pada tahun ajaran 2012/2013 dan 2013/2014 dan Botani Umum pada tahun ajaran 2013/2014. Penulis aktif di Observasi Wahana Alam (OWA), Himpunan Mahasiswa Biologi (Himabio), IPB pada tahun 2012 dan 2013, serta aktif mengikuti beberapa kepanitiaan. Penulis juga merupakan pemandu wisata pendidikan pertanian (Agroedutourism) IPB sejak Mei 2013.
