4 BAB II
KERANGKA TEORITIS
2.1. Gambaran Umum Padi
Padi (Oryza sativa. L) merupakan famili Poaceae (rumput-rumputan) dari genus Oryza (Siregar, 1980). Padi dapat diklasifikasikan sebagai berikut:
Kingdom : Plantae Superdivisi : Tracheobionta Subkingdom : Spermatophyta Divisi : Magnoliophyta
Class : Liliopsida (Monocotyledons) Subclass : Commelinidae
Ordo : Cyperales
Family : Poaceae
Genus : Oryza
Spesies : Oryza sativa. L
Tanaman padi merupakan tanaman pangan yang menjadi makanan pokok yang penting, lebih dari setengah penduduk dunia, karena mengandung nutrisi yang dibutuhkan tubuh. Menurut Poedjiadi (1994), kandungan padi giling sejumlah 78.9%, protein 6,8 %, lemak 0,7 dan lain-lain. Tanaman padi merupakan tanaman yang istimewa karena tanaman padi memiliki kemampuan beradaptasi hampir pada semua lingkungan dari dataran rendah sampai dataran tinggi, dari daerah tropis sampai subtropis kecuali Antartika (Kutub) dari daerah basah (rawa-rawa) sampai padang pasir daerah subur sampai marjinal. Tanaman padi termasuk jenis rumput yang memiliki rumpun yang kuat dan dari ruasnya keluar banyak anakan yang berakar.
5 Gambar 1 Padi Sehat (dok. Pribadi)
Dapat dilihat dari gambar di atas, panjang dan lebar daun seragam warna hijau cerah. Malai berjumlah cukup banyak serta bulir terlihat isi tidak kopong.
Menurut Sudarma (2013), permasalahan petani dalam budidaya padi adalah OPT (Organisme Pengganggu Tanaman), seperti adanya serangan hama yang menurunkan hasil panen padi. Hama yang menyerang tanaman padi antara lain tikus, walang sangit, wereng, belalang, dan penggerek batang, sedangkan penyakit yang mengganggu tanaman padi antara lain: blas, bercak cokelat, hawar upih daun, lapuk daun, busuk batang, gosong palsu, penyakit fusarium, penyakit akibat bakteri (hawar daun bakteri dan daun bergores bakteri), penyakit yang diakibatkan oleh virus (tungro, kerdil hampa dan kerdil rumput) serta hawar bibit padi. Indonesia muncul HDB (Hawar Daun Bakteri) dilaporkan sejak tahun 1950. Xanthomonas oryzae menginfeksi tanaman melalui luka, hidatoda, stomata atau benih yang terkontaminasi dengan cara masuk dalam jaringan tanaman. Penyebaran melalui perantara air irigasi, gejala yang ditimbulkan oleh bakteri ini memiliki khas seperti mulai terbentuknya garis basah pada helaian dan yang akan berubah menjadi kuning pucat, layu, kemudian mati (Aris, 2011).
6 Gambar 2. Tanaman Padi Terserang Hawar Daun Bakteri/Kresek
(Litbang Pertanian , 2016)
Gambar 2 menunjukkan penyebaran Xanthomonas oryzae dengan gejala daun berwarna hijau kelabu serta mengering. Penyakit hawar daun bakteri menjadi salah satu penyakit yang dapat menurunkan produktfitas hasil padi.
Menurut Semangun (2008), gejala yang ditimbulkan oleh serangan penyakit ini antara lain terletak pada daun-daun padi dimana daun yang terserang akan berwarna hijau kelabu, mengering, dan daun melengkung. Jenis daun yang biasa diserang adalah daun yang sudah tua. Pada umumnya, gejala pertama dari penyakit ini terlihat pada ujung daun yang dipotong dan dekat dengan bekas potongan terdapat bercak hijau kelabu, ibu tulang daun menjadi kuning. Daur penyakit bakteri ini awalnya menginfeksi melalui luka-luka pada daun, sebab bibit sebelum ditanam akan di potong ujungnya terlebih dahulu, dapat juga menginfeksi melalui luka-luka pada akar disebabkan dari pencabutan (Semangun, 2008).
2.2. Klasifikasi dan Morfologi Xanthomonas oryzae
Menurut Swings (1990), Bakteri Xanthomonas oryzae pertama kali dikenal dengan nama Xanthomonas campestris, Xanthomonas oryzae, Xanthomonas kresek, Xanthomonas pv. oryzae kemudian diidentifikasi dengan nama Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo). Xanthomonas oryzae pv. oryzae di klasifikasikan sebagai berikut :
Kingdom : Bakteri
7 Filum : Proteobakteria
Kelas : Gamma Proeobakteria Ordo : Xanthomodales
Famili : Xanthomonasdaceae Genus : Xanthomonas
Spesies : Xanthomonas oryzae pv. oryzae
Bakteri Xanthomonas oryzae memiliki bentuk batang, ujung bulat, sel tunggal memiliki panjang 2.0 µm- 7.0 µm, lebar 0,4 – 0,7 µm.
Pergerakan sel menggunakan flagella tunggal yang berada di ujung sel (monotrichous). Di dalam media padat, sel Xanthomonas oryzae berbentuk cembung, bulat, berlendir, dan berwarna kuning karena menghasilkan pigmen Xanthomonadin. Xanthomonas oryzae merupakan bakteri aerob obligat karena bakteri yang memerlukan oksigen untuk pertumbuhannya dan tidak membentuk spora. Suhu optimal untuk tumbuh yaitu 25-300C (Liu et al, 2006).
Agrawal dan Sinclair (1996) melaporkan bakteri Xanthomonas oryzae pv.
oryzae memiliki inang yang cukup beragam dan umumnya berasal dari golongan Poaceae seperti Oryzae sativa, Leersia spp., Laptochloa spp., Paspalum scrabiculatum, dan Zizania. Xanthomonas oryzae pv. oryzae pada benih padi dapat bertahan selama 9-16 bulan. Ketahanan bakteri akan turun setelah masa simpan 2 tahun dengan suhu penyimpanan 25-350C. Turunnya ketahanan bakteri tersebut juga disebabkan karena terdapat bakteriofag yang mengurangi populasi Xanthomonas oryzae. Di daerah tropis, pada musim kemarau Xanthomonas oryzae dapat bertahan pada rizosfer tanaman dan batang gulma (Ou, 1985).
Ada beberapa penanganan Xanthomonas oryzae selama ini oleh petani padi. Suryadi dkk. (2013) membuat dan menguji formulasi bakteri konsorsium talc-A5 di rumah kaca yang disemprotkan langsung pada tanaman padi efektif dapat mereduksi penyakit HDB sebesar 45.75%, namun tidak memberikan pengaruh nyata terhadap hasil produksi padi dibandingkan dengan kontrol penelitian di lapangan. Menurut Sudir (2012), penanganan dilakukan secara terpadu antara lain pemilihan benih yang sehat, bibit yang resisten penyakit, pengaturan jarak tanam, sistem jajar legowo, pemupukan sesuai kebutuhan,
8 serta sanitasi gulma. Arwikyanto dkk. (2007) melaporkan bahwa petani belum melakukan penanggulangan yang benar misalnya masih menggunakan bibit padi yang sudah terinfeksi penyakit hawar daun bakteri, membiarkan sisa-sisa tanaman sakit, dan tidak melakukan pemupukan, sehingga dapat memacu penyakit HDB. Pengembangan agen biokontrol sebagai komponen penanganan penyakit HDB pada tanaman padi secara terpadu yang ramah lingkungan perlu dikembangkan dan diharapkan dapat menjadi alternatif dalam era pertanian yang berkelanjutan.
2.3. Bakteriofag: Morfologi dan Siklus Hidupnya
Bakteriofag merupakan kelompok virus yang paling melimpah dan beragam secara genetik dan termasuk kelompok virus yang spesifik dapat menginfeksi organisme prokariot. Bakteriofag pertama kali ditemukan oleh ahli patologi Inggris Frederick William Twort tahun 1915 dan ilmuan Perancis Félix d'Herelle tahun 1917. Bakteriofag dapat diklasifikasikan dalam beberapa kelompok dasar antara lain: bakteriofag berekor, bakteriofag berfilamen, bakteriofag ikosahedral, dengan materi genetik DNA atau RNA (Ackermann, 2007). Gambar 3 adalah keluarga bakteriofag yang berekor sebagai berikut:
Gambar 3. Keluarga Bakteriofag (a) Siphoviridae (b) Myoviridae dan (c) Podoviridae(Jurczak–Krucek,2016)
Keluarga Caudavirales merupakan klasifikasi dari bakteriofag berekor.
Bakteriofag ini ditemukan di mana-mana dan mewakili 96% dari yang diketahui. Bakteriofag berekor dibagi menjadi tiga keluarga yaitu Myoviridae dengan ekor kontraktil yang terdiri dari selubung dan tabung pusat. Hasil
9 penelitian dari Chae (2014) diketahui bahwa diantara 34 bakteriofag yang diisolasi dari air irigasi sawah, sebanyak 29 strain merupakan keluarga Myoviridae yang menunjukkan bahwa bakteriofag berekor kontraktil mewakili populasi terbesar. Keluarga Siphoviridae memiliki ekor panjang, ekor nonkontraktil (61%) dan podoviridae memiliki ekor pendek (14%) (Ackermann, 2006).
Bakteriofag diketahui dapat menyebabkan perubahan fungsi ekosistem dengan cara membunuh bakteri dalam jumlah besar. Bakteri yang dilisiskan oleh bakteriofag akan mengakibatkan sel bakteri dicerna oleh bakteri lain atau dimakan bakteri lain (Flores et al. 2011). Indonesia sejauh ini eksplorasi bakteriofag untuk dikembangkan sebagai agen hayati belum banyak dilakukan, di satu sisi kekayaan hayati di Indonesia paling tinggi. Pemanfaatan bakteriofag sebagai agen hayati dan perlindungan tanaman saat ini sudah mulai berkembang dan memiliki potensi dalam mengurangi penggunaan bahan kimia dalam mengendalikan patogen. Terdapat 2 siklus litik siklus hidup bakteriofag dalam inang yaitu siklus litik dan siklus lisogenik yang berfungsi sebagai usaha dalam memperbanyak diri. Dibawah merupakan gambar siklus reproduksi bakteriofag:
Gambar 4. Siklus Hidup Bakteriofag (Bayat, 2021)
Berdasarkan gambar di atas dapat dijelaskan bahwa siklus litik dimulai dengan adsorpsi bakteriofag kemudian penyisipan genom fag ke dalam sel bakteri, sintesis virion baru (keturunan bakteriofag) lisis bakteri, dan pelepasan bakteriofag baru ke dalam lingkungan sekitarnya. Sedangkan siklus lisogenik dimulai dengan adsopsi bakteriofag dan penyisipan genom akan tetapi genom
10 bakteriofag digabungkan ke dalam genom bakteri untuk membentuk profag yang direplikasi melalui siklus reproduksi bakteri. Siklus lisogenik dapat diinduksi untuk memulai siklus litik yang pada akhirnya mengarah pada lisis sel.
2.4. Bakteriofag Xanthomonas oryzae
Menurut penelitian Ranjani (2018), isolasi dan karakterisasi bakteriofag Xanthomonas oryzae dari benih padi yang dilakukan dengan cara teknik konvensional, namun teknik ini sering terhambat oleh adanya efek penutupan sapro-bakteri, ketersediaan non medium selektif dan pigmen kuning phytic.
Media semi selektif telah dikembangkan guna menghambat pertumbuhan kuning saprofitik bakteri. Metode yang ditingkatkan untuk mendeteksi isolat yang tahan terhadap streptomisin Xanthomonas oryzae menggunakan media selektif tergabung dengan tomycin. Tingkat resistensi streptomisin oleh bakteri dapat digunakan untuk menentuan jumlah aktual bakteri setelah perlakuan benih dengan bakteriofag.
Isolasi bakteriofag merupakan parasit obligat dan sering ditemui dalam jarak dekat dengan bakteri. Penelitian menunjukan bakteriofag dapat diisolasi melalui sampel tanah dan air yang dikumpulkan dari sawah yang terinfeksi Xanthomonas oryzae. Untuk mengisolasi bakteriofag dapat menggunakan metode pengayaan. Berikut hasil isolasi yang dilakukan oleh Ranjani (2018) :
Gambar 5. Uji Plaque pada media agar (Ranjani, 2018)
2.5. Isolasi Purifikasi dan Propagasi Bakteriofag Xanthomonas oryzae Menurut Jamalludeen, et all (2007), isolasi bakteriofag dilakukan berdasarkan metode beberapa modifikasi antara lain 100 µl filtrat sampel hasil
11 dari masing- masing metode pengayaan diencerkan dalam buffer (101 sampai 105). Kemudian 100 µl hasil pengeceran diambil dari setiap tabung lalu dicampur dengan 100 µl masing-masing kultur bakteri inang dalam tabung reaksi ditambahkan CaCl2 hingga mencapai konsentrasi akhir 10 nm.
Kemudian diinkubasi pada suhu 370 C selama 20 menit, lalu ditambahkan 4 ml soft phage agar dengan suhu 47 0C. Tabung reaksi digoyangkan untuk mencampurkan semua yang terkandung di dalamnya dan tuangkan di atas cawan petri yang sudah mengandung hard phage agar dan biarkan hingga memadat. Inkubasi semalam (18 sampai 20 jam) dengan suhu 37 0C. Kemudian sampel diamati keberadaan plaque sebagai indikator keberadaan bakteriofag.
Tabung reaksi yang mengandung bakteri dan soft phage agar tanpa filtrat diinokulasi di atas hard phage agar di cawan petri sebagai kontrol. Purifikasi atau pemurnian bakteriofag merupakan proses untuk memperbanyak isolat murni dari mikroorganisme yang akan digunakan untuk pengujian selanjutnya.
Prinsip dari purifikasi adalah mendapatkan lysat murni Xanthomonas oryzae yang ditandai dengan munculnya partikel yang memiliki ukuran plaque yang sama (Adams, 1959). Multiplikasi (propagasi) adalah proses perbanyakan partikel bakteriofag Xanthomonas oryzae dalam medium cair dari hasil pemurnian. Menurut Sambrook, dkk (1989), tujuan dari propagasi adalah meningkatkan jumlah titer bakteriofag untuk pengujian tahap selanjutnya.
2.6. Karakterisasi Stabilitas Bakteriofag Xanthomonas oryzae terhadap pH Untuk mengetahui karakterisasi bakteriofag dapat diuji menjadi tiga antara lain: karakterisasi morfologi, karakterisasi molokuler dan karakterisasi fungsional. Karakterisasi fungsional meliputi pengujian stabilitas terhadap pH, suhu, kloroform, pestisida, dan UV. Konsep dari stabilitas terhadap pH digunakan untuk menguji seberapa kuat plaque yang tumbuh pada kondisi pH asam hingga pH basa, kemudian jumlah plaque yang tumbuh dapat dihitung dengan satuan PFU/mL (Hayati dkk., 2016). Prinsip dari stabilitas bakteriofag dapat stabil pada kisaran pH 5 hingga 8. Pada saat suhu rendah bakteriofag dapat bertahan pada kondisi asam dengan pH 4 dan kondisi basa dengan pH 9 atau 10 tanpa adanya kehilangan infektivitas. Menurut Herriot dan Barlow (1952), tujuan dari pengujian pH adalah mengetahui seberapa banyak plaque
12 yang muncul dan kuat menginfeksi bakteri Xanthomonas oryzae terhadap kondisi pH asam dan pH basa.
2.7. Hipotesis Penelitian
Berdasarkan latar belakang, tujuan penelitian, dan tinjauan pustaka, maka disusun hipotesis sebagai berikut:
1. Bakteriofag Xanthomonas oryzae memiliki stabilitas pada pH 7
2. Bakteriofag Xanthomonas oryzae tidak memiliki stabilitas pada pH yang kurang dari 7
