POTENSI ANTAGONIS MIKROBA DARI AKAR JAGUNG (Zea mays L.) TERHADAP Fusarium sp.
PENYEBAB PENYAKIT LAYU FUSARIUM
Oleh
NURUL ISTIQOMAH
UNIVERSITAS BRAWIJAYA FAKULTAS PERTANIAN
MALANG
2017
POTENSI ANTAGONIS MIKROBA DARI AKAR JAGUNG (Zea mays L.) TERHADAPFusarium sp. PENYEBAB
PENYAKIT LAYU FUSARIUM
OLEH
NURUL ISTIQOMAH 135040201111163
PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGI MINAT HAMA DAN PENYAKIT TUMBUHAN
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Gelar Sarjana Pertanian Strata Satu (S-1)
UNIVERSITAS BRAWIJAYA FAKULTAS PERTANIAN
MALANG 2017
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi dan tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini sesuai dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Malang, Desember 2017
Nurul Istiqomah
Dengan kerendahan hati yang tulus, bersama keridhaan-Mu ya Allah Skripsi ini saya persembahkan untuk Ayah dan Ibu tercinta, Kakak tersayang, serta teman-teman terkasih.
Terima kasih untuk semua Do’a yang tulus, pengertian, pengorbanan
dan perjuangan yang diberikan untuk Nurul.
NURUL ISTIQOMAH. 135040201111163. Potensi Antagonis Mikroba Dari Akar Jagung (Zea mays L.) Terhadap Fusarium sp. Penyebab Penyakit Layu Fusarium. Dibawah bimbingan Prof.Dr.Ir. Ika Rochdjatun Sastrahidayat dan Dr. Anton Muhibuddin, SP., MP.
Jagung (Zea mays L.) merupakan salah satu komoditi tanaman pangan yang menjadi target dari perencanaan pembangunan dibidang pangan dan pertanian karena perannya sebagai sumber utama karbohidrat dan protein setelah beras. Namun dalam menjalankan praktek budidaya di lahan, banyak faktor biotik maupun abiotik yang dapat menghambat produksi tanaman jagung.
Faktor biotik yang sering terjadi yaitu serangan hama dan penyakit pada tanaman jagung.Jamur patogen Fusarium sp. merupakan patogen penyebab penyakit layu fusarium yang termasuk salah satu penyakit penting pada tanaman jagung selain penyakit bulai yang disebabkan oleh jamur Peronosclerospora maydis, penyakit hawar daun, penyakit karat daun, dan busuk pelepah. Informasi mengenai mikroorganisme yang berpotensi antagonis bagi patogen tumbuhan diperlukan agar dapat digunakan sebagai pengendalian hayati. Kelompok mikroba yang banyak dikembangkan saat ini yaitu mikroba jenis jamurendofit dan khamir.
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penyakit Tumbuhan, Jurusan Hama dan Penyakit Tumbuhan, Fakultas Pertanian, Universitas Brawijaya dan Laboratorium Biosains Universitas Brawijaya. Pelaksanaan penelitian dimulai dari bulan Februari sampai Juli 2017. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah eksplorasi mikroba pada akar tanaman jagung dan eksperimental dengan menguji daya antagonis isolat mikroba (jamur endofit dan khamir)terhadap patogen Fusarium sp.pada media PDA. Hasil pengamatan akan disajikan berupa data deskriptif dan analisis perhitungan daya hambat pertumbuhan patogen.
Mikroba yang berhasil diisolasi dan diidentifikasi yaitu terdiri dari sepuluh genus jamur dan tiga genus khamir dari akar tanaman jagung. Sembilan genus jamur diantaranya Nigrospora sp., Alternaria sp., Phomasp., Curvularia sp. (isolat 1), Fusarium sp. (isolat 1), Curvularia sp. (isolat 2), Fusarium sp. (isolat 2), Trichoderma sp. (isolat 1), Trichoderma sp. (isolat 2) dan satu jamur tidak teridentifikasi. Sedangkan tiga genus khamir diantaranyaCandida sp., Metschnikowia sp. dan Pichia sp. Hasil uji antagonis mikroba jamur menunjukkan bahwa delapan jamur yang diujikan dapat menekan pertumbuhan patogen Fusarium sp. melalui 3 mekanisme antagonis yaitu mekanisme mikoparasit, kompetisi dan antibiosis. Persentase penghambatan tertinggi oleh jamur Trichoderma sp. (isolat 1) terhadap patogen Fusarium sp. yaitu 52,22%.
Sedangkan hasil uji antagonis khamir menunjukkan tiga khamir yang diuji tidak dapat menekan pertumbuhan patogen Fusarium sp. Hasil Scanning Electron Microscope (SEM) berhasil menunjukkan secara jelas hifa jamur Trichoderma sp.
menempel dan melilit hifa jamur Fusarium sp. sehingga menyebabkan kerusakan struktur hifa dengan mekanisme antagonis mikoparasit.
i
NURUL ISTIQOMAH. 135040201111163.Potential of Microbial Antagonist Collected from Root of Maize (Zea mays L.) to ControlFusarium sp.
Fusarium Wilt Disease. Supervised by Prof. Dr. Ir. Ika Rochdjatun Sastrahidayat and Dr. Anton Muhibuddin, SP.,MP.
Maize (Zea mays L.) is one of the commodities of food crops that become the targets of development planning in the field of food and agriculture because of its role as the major source of carbohydrate and protein after rice. But in running practice of cultivation of land, many factors both biotic abiotic component which can inhibit the production of corn plants. Biotic factors that often occur i.e. attack pests and diseases on corn plants. The fungi pathogen Fusarium sp. is disease- causing pathogens are fusarium wilt is one of the important diseases on maize plants besides downy mildew disease caused by fungi, Peronosclerospora maydis leaf blight disease, disease, and leaf rust. Information about microorganisms potentially antagonistic to plant pathogens is required in order to be used as a biological control. Microbial groups that many developed today are microbes endophytic fungi and yeasts.
This research was conducted in the Laboratory of Plant Disease, Department of Plant Pests and diseases, Faculty of Agriculture, BrawijayaUniversity and Bioscience Laboratory Brawijaya University.
Implementation of the research starts from February to July 2017. The methods used in this research is the exploration of microbes (fungi and yeast) on roots maize and experiment by testing the antagonistic microbial isolates power against the pathogen Fusarium sp. on PDA. The observations will be presented in the form of descriptive data analysis and calculation of drag power the growth of pathogens.
Microbes that have been isolated and identified consist of ten genera of fungi and three genera of yeast from the roots of maize crops. Nine genera of fungi are Nigrospora sp., Alternaria sp., Phoma sp., Curvularia sp. (isolate1), Fusarium sp. (isolate1), Curvularia sp. (isolate2), Fusarium sp. (isolate2), Trichoderma sp. (isolate1), Trichoderma sp. (isolate2) and one unidentified fungi.
The three genera of yeast are Candida sp., Metschnikowia sp. and Pichia sp. The result of antagonistic microbial test showed thet eight tested fungi could suppress the growth of Fusarium sp. Trough three mechanisms mikoparasit, competition and antibiosis. The highest percentage of inhibition by the fungi Trichoderma sp.
(isolate 1) against Fusarium sp. 52,22%. While the results of the yeast antagonist test showed the three yeast tested could not suppress the growth of Fusarium sp.
pathogens. The result of Scanning Electron Microscope (SEM) succeded in showing clearly the fungal hyphaeTrichoderma sp. Attached and binding Fusarium sp. pathogen thus causing damage to hypha structure with the mechanism of antagonistic mycoparasite.
ii
melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “potensi antagonis mikroba dari akar jagung (Zea mays L.) terhadapFusarium sp. penyebab penyakit layu fusarium”.
Skripsi ini disusun untuk menjelaskan bagaimana penelitian yang telah dilakukan oleh peneliti. Dalam skripsi ini akan dijelaskan tentang potensi antagonis jamur endofit dan khamir terhadap patogen Fusarium sp. sehingga dapat diketahui mekanisme antagonis antara jamur endofit dan khamir dengan patogen Fusarium sp.
Penulis menyampaikan terima kasih kepada Prof. Dr. Ir. Ika Rochdjatun Sastrahidayat dan Dr. Anton Muhibuddin, SP., MP. selaku dosen pembimbing yang mendampingi dan membimbing selama proses penyajian skripsi dan proses pelaksanaan penelitian. Penulis juga mengucapkan terimakasih kepada Bapak Yustiana dan Bapak Santoso selaku pembimbing dari PT. BISI International Tbk.
Farm Kambingan atas segala arahan dan bimbingannya.Penulis berharap semoga hasil dari penelitian berupa skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca dan memberikan sumbangan pemikiran dalam meningkatkan pengetahuan.
Malang, Desember 2017
Hormat Penulis
iii
pasangan Sunardi dan Siti Maisarah. Penulis merupakan anak terakhir dari dua bersaudara. Memiliki kakak bernama Dini Wijayanti.Riwayat pendidikan penulis yang pernah ditempuh yaitu taman kanak-kanak di TK Dahlia Prajekan lulus pada tahun 2002, SD Negeri Prajekan Lor 1 lulus pada tahun 2007, SMP Negeri 1 Prajekan lulus pada tahun 2010 dan SMA Negeri 1 Prajekan lulus pada tahun 2013. Penulis diterima di Program Studi Agroekoteknologi Fakultas Pertanian Universitas Brawijaya Malang pada tahun 2013.
Selama menjadi mahasiswa, penulis pernah aktif mengikuti kepanitian antara lain Pasca Rantai 2013 sebagai Divisi acara dan PROTEKSI 2016 sebagai Divisi pendamping. Penulis pernah melaksanakan kegiatan magang kerja selama empat bulan dari Juli-Oktober 2016 di PT. BISI International, Tbk.
Tulungrejo, kecamatan Pare, kabupaten Kediri dengan judul “Inventarisasi penyakit penting pada budidaya pembenihan jagung manis (Zea mays saccharat Sturt.) varietas SC1320 di PT. BISI International, Tbk. Tulungrejo Kediri”.
iv
DAFTAR ISI
RINGKASAN ... i
SUMMARY ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
RIWAYAT HIDUP ... iv
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR TABEL ... vii
DAFTAR GAMBAR ... viii
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang ... 1
1.2 Perumusan masalah ... 1
1.3 Tujuan ... 3
1.4 Hipotesis... 3
1.5 Manfaat ... 3
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Jamur endofit ... 4
2.1.1 Definisi jamur endofit ... 4
2.1.2 Ekologi jamur endofit ... 5
2.1.3 Mekanisme infeksi jamur endofit ke jaringan tanaman ... 5
2.1.4 Mekanisme jamur endofit dengan inangnya ... 6
2.1.5 Hubungan jamur endofit dengan tanaman inang ... 7
2.1.6 Mekanisme antagonis jamur endofit ... 8
2.2 Khamir (Yeast)... 8
2.2.1 Definisi khamir... 8
2.2.2 Keanekaragaman khamir ... 10
2.2.3 Ekologi dan peran khamir di alam ... 10
2.2.4 Mekanisme antagonis khamir ... 11
2.3 Patogen Fusarium sp... 11
III. METODOLOGI 3.1 Tempat dan waktu ... 14
3.2 Alat dan bahan ... 14
3.3 Metode penelitian ... 14
3.4 Pelaksanaan penelitian ... 15
3.4.1 Sterilisasi alat dan pembuatan media ... 15
3.4.2 Pengambilan sampel akar ... 16
3.4.3 Isolasi patogen Fusarium sp. ... 16
3.4.4 Isolasi jamur endofit dan khamir ... 17
3.4.5 Purifikasi jamur endofit dan khamir... 18
3.4.6 Preparasi jamur endofit dan khamir ... 19
3.4.7 Identifikasi jamur endofit dan khamir ... 19
3.4.8 Uji antagonis jamur terhadap patogen Fusarium sp. ... 21
3.4.9 Uji antagonis khamir terhadap patogen Fusariumsp. ... 22
v
3.4.10 Pengamatan mekanisme antagonis dengan Scanning Electron
Microscope (SEM) ... 23
3.5 Analisa data ... 24
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Gejala tanaman terserang patogen Fusarium sp. ... 25
4.2 Hasil isolasi dan identifikasi patogen Fusarium sp. ... 26
4.3 Hasil isolasi dan identifkasi jamur dari akar jagung ... 27
4.4 Hasil isolasi dan identifikasi khamir dari akar jagung ... 36
4.5 Hasil uji antagonis jamur terhadap patogen Fusarium sp. ... 39
4.6 Hasil uji antagonis khamir terhadap patogen Fusarium sp. ... 43
4.7 Hasil pengamatan mekanisme antagonis jamur endofit terhadap patogen Fusarium sp. ... 46
V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 48
5.2 Saran ... 48
DAFTAR PUSTAKA ... 49
LAMPIRAN ... 54
vi
DAFTAR TABEL
Nomor Halaman
Teks
Tabel 1. Hasil isolasi dan identifikasi jamur endofit dariakar jagung ... 27 Table 2. Rerata persentase penghambatan penghambatan jamur endofit
terhadap patogen Fusarium sp ... 39 Tabel 3. Mekanisme antagonis jamur endofit ... 40 Tabel 4. Rerata persentase penghambatan khamir terhadap patogen Fusarium
sp. ... 43
Lampiran
Nomor Halaman
Teks
Tabel 1. Karakteristik makroskopis dan mikroskopis koloni khamir ... 2 Tabel 2. Analisis ragam uji antagonis jamur endofit terhadap patogen Fusarium
sp. ... 3 Tabel 3. Analisis ragam uji antagonis khamir terhadap patogen Fusariumsp. ... 4
vii
DAFTAR GAMBAR
Nomor Halaman
Teks
Gambar 1. Alur kerja pelaksanaan penelitian ... 15
Gambar 2. Metode isolasi jamur endofit ... 17
Gambar 3. Metode isolasi khamir ... 18
Gambar 4.Uji antagonis jamur endofitterhadap patogen Fusarium sp ... 21
Gambar 5. Uji antagonis khamir terhadap patogen Fusarium sp. ... 22
Gambar 6.Gejala serangan patogen Fusarium sp. pada pangkal batang tanaman jagung ... 25
Gambar 7. Hasil biakan murnidan identifikasi jamur patogen Fusarium sp. ... 26
Gambar 8.Hasil biakan murni dan identifikasi jamur Nigrospora sp. ... 28
Gambar 9.Hasil biakan murnidan identifikasi jamur Alternaria sp. ... 29
Gambar 10. Hasil biakan murni dan identifikasi jamur jamur akar (isolat 1)... 30
Gambar 11. Hasil biakan murnidan identifikasi jamur Phomasp. ... 30
Gambar 12. Hasil biakan murni dan identifikasi jamur Curvularia sp. (isolat 1) .. 31
Gambar 13. Hasil biakan murni dan identifikasi jamur Fusarium sp. (isolat 1) ... 32
Gambar 14. Hasil biakan murni dan identifikasi jamur Curvularia sp. (isolat 2) .. 33
Gambar 15. Hasil biakan murni dan identifikasi jamur Fusarium sp. (isolat 2) ... 34
Gambar 16. Hasil biakan murni dan identifikasi jamur Trichoderma sp. (isolat 1)35 Gambar 17. Hasil biakan murni dan identifikasi jamurTrichoderma sp. (isolat 2) 36 Gambar 18. Hasil biakan murnidan identifikasi khamir Candida sp. ... 37
Gambar 19. Hasil biakan murnidan identifikasi khamir Metschnikowia sp. ... 38
Gambar 20. Hasil biakan murnidan identifikasi khamir Pichia sp. ... 38
Gambar 21. Hasil uji antagonis jamur endofit terhadap patogen Fusarium sp. pada 7 HSI (hari setelah inokulasi). ... 42
Gambar 22. Hasil uji antagonis khamir terhadap patogen Fusarium sp. pada 7 HSI (hari setelah inokulasi). ... 44
Gambar 23. Hasil SEM dari uji antagonis jamur endofit Trichoderma sp. (isolat 1) dengan patogen Fusarium sp. ... 46
Lampiran Nomor Halaman Teks Gambar 1. Media PDA untuk isolasi, purifikasi jamurdan uji antagonis ... 54
Gambar 2. Media YEPD untuk isolasi dan purifikasi khamir ... 54
Gambar 3. Pembuatan suspensi khamir untuk isolasi khamir dari akar jagung . 54 Gambar 4. Isolasi khamir dengan pengenceran bertingkat pada media YEPD .. 54
viii
ix
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Jagung (Zea mays L.) merupakan salah satu komoditi tanaman pangan yang menjadi target dari perencanaan pembangunan di bidang pangan dan pertanian karena perannya sebagai sumber utama karbohidrat dan protein setelah beras.
Tidak hanya biji jagung dimanfaatkan, hampir semua bagian tanaman jagung dapat dimanfaatkan untuk berbagai macam keperluan yaitu sebagai bahan pembuatan pakan ternak dan pupuk organik. Kebutuhan jagung untuk industri pakan ternak telah mencapai lebih dari 50% dari kebutuhan nasional. Dalam 20 tahun ke depan, penggunaan jagung untuk industri pakan ternak diperkirakan terus meningkat dan bahkan setelah tahun 2020 lebih dari 60% dari kebutuhan nasional (Ditjen Tanaman Pangan, 2006). Tingkat konsumsi jagung untuk pakan ternak tertinggi di Indonesia adalah Jawa Barat, Jawa Tengah, Jawa Timur, Sumatera Utara dan Sulawesi Selatan. Untuk memenuhi kebutuhan pakan yang terus meningkat maka penggunaan limbah tanaman jagung merupakan salah satu alternatif terbaik (Bunyamin et al., 2013).
Data Badan Pusat Statistik (2016) memaparkan bahwa produksi jagung tahun 2015 mengalami kenaikan sebanyak 0,60 juta ton atau 3,17% dibandingkan tahun 2014 yaitu 19,61 juta ton pipilan kering. Kenaikan produksi tersebut terjadi di Pulau Jawa dan luar Pulau Jawa masing-masing sebanyak 0,46 juta ton dan 0,15 juta ton. Namun dalam menjalankan praktek budidaya di lahan, banyak faktor biotik maupun abiotik yang dapat menghambat produksi tanaman jagung. Faktor biotik yang sering terjadi yaitu serangan hama dan penyakit pada tanaman jagung.
Penyakit pada tanaman jagung sering disebabkan oleh jamur dan bakteri. Jamur patogen Fusarium sp. merupakan patogen penyebab penyakit layu fusarium yang termasuk salah satu penyakit penting pada tanaman jagung selain penyakit bulai yang disebabkan oleh jamur Peronosclerospora maydis, penyakit hawar daun, penyakit karat daun, dan busuk pelepah.
Fusarium merupakan salah satu genus jamur patogen paling penting diantara kelompok jamur lain yang dapat mempengaruhi tanaman. Menurut Suriani dan Muis (2016), beberapa spesies Fusarium yang ditemukan merusak pada tanaman jagung diantaranya F. oxysporum, F. verticillioides dan F.
polidonogeum. Jamur Fusarium sp. merupakan salah satu patogen penyebabpenyakit penting pada tanaman jagung yang dapat ditularkan melalui benih dan tanah. Patogen ini dapatmenyebabkan pembusukan pada akar,batang,
dan biji jagung. Selain itu Fusarium sp. menghasilkan mikotoksin yang secara langsung disintesis di biji tongkol. Hal tersebut akan menyebabkan kontaminasi jamur yang mengancam kesehatan ternak dan manusia apabila dikonsumsi.
Kontaminasi jamur Fusarium pada biji mempengaruhi kualitas dan menentukan nilai jual jagung di pasaran. Eller et al. (2008) melaporkan infeksi F. verticilloides pada tanaman jagung menyebabkan kehilangan hasil hingga 1,8 ton/ha.
Upaya pengendalian hayati telah diusulkan sebagai pengganti pengendalian penyakit tumbuhan tanpa menggunakan bahan kimia. Hal tersebut mewakili pendekatan alami dan ekologi dengan mengurangi masuknya bahan kimia yang memberikan efek pencemaran pada lingkungan. Pengendalian hayati juga cenderung memiliki efek lebih spesifik yaitu hanya menekan organisme patogen sedangkan organisme lain yang bermanfaat tetap utuh. Dengan demikian, pengendalian hayati lebih aman digunakan untuk manusia, tanaman dan lingkungan.
Tanpa disadari secara alami tanaman memiliki asosiasi dengan mikroorganisme didalam jaringan dengan berbagai mekanisme ketahanannya, salah satunya yaitu mikroba antagonis. Informasi mengenai mikroorganisme yang berpotensi antagonis bagi patogen tumbuhan diperlukan agar dapat digunakan sebagai pengendalian hayati. Kelompok mikroba yang banyak dikembangkan saat ini yaitu mikroba jenis jamur endofit dan khamir. Menurut Purwanto (2008), jamur endofit adalah mikroba antagonis yang mampu memproduksi senyawa antibiotik yang aktif melawan jamur maupun bakteri patogenik terhadap manusia, hewan, dan tumbuhan. Asosiasi beberapa jamur beberapa jamur endofit dengan tumbuhan inang mampu melindungi tumbuhan inangnya dari beberapa patogen virulen. Sedangkan menurut Widiastutiket al. (2014),khamir merupakan mikroba antagonis golongan fungi, uniseluler eukariotik yang bersifat saprofit atau parasit serta memiliki anti mikroba dan lebih bisa tahan terhadap stress lingkungan. Hal tersebut juga disampaikan oleh El-Tarabily dan Sivasithamparam (2006), khamir merupakan kelompok mikroorganisme uniseluler yang memiliki kelebihan yaitu bioekologinya lebih adaptif pada permukaan tanaman yang kering, tahan terhadap terpanaan sinar matahari, fluktuasi cuaca yang tajam dan miskin nutrisi.
Dengan informasi tersebut mikroba seperti jamur endofit dan khamir dapat digunakan sebagai kandidat agen pengendali hayati. Menurut Tasiket al. (2015) pernah melaporkan bahwa terjadi penghambatan pertumbuhan patogen Fusariumoxysporum yang dikendalikan dengan jamur Trichoderma harzianum
pada semai Acacia manginum dengan mekanisme penghambatan parasitisme.
Selain itu Intan et al. (2014) melaporkan bahwa jenis khamir Rhodotorula dapat menekan jamur Mycospaerella musicola penyebab penyakit bercak kuning sigatoka. Oleh karena itu berdasarkan uraian diatas maka perlu dilakukan penelitian mikroba nonpatogen dari akar tanaman jagung yang memiliki potensi sebagai agens pengendali patogen Fusarium sp. pada tanaman jagung dan diharapkan dapat dimanfaatkan sebagai cara alternatif dalam meningkatkan pertumbuhan serta produksi tanaman jagung.
1.2 Rumusan Masalah
1. Genus jamur dan khamir apa saja yang berhasil diisolasi dari akartanaman jagung?
2. Bagaimana potensi danmekanisme antagonis jamur endofit dan khamirdalam menekan patogen Fusarium sp.?
1.3 Tujuan Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Mengisolasi dan mengidentifikasi jamur endofit dan khamir dari akar jagung yang berpotensi sebagai agens antagonis.
2. Mengkajipotensi dan mekanisme antagonisjamur endofit dan khamirterhadap patogen Fusarium sp.
1.4 Hipotesis Hipotesis yang diajukan pada penelitian ini yaitu :
1. Diperoleh beberapa jenis genus jamur endofit dan khamir dari akarjagung yang memiliki kemampuan antagonis.
2. Terdapat perbedaan potensi dan mekanisme antagonis antara jamur endofit dan khamirterhadap patogen Fusarium sp.
1.5 Manfaat
Hasil penelitian ini diharapkan memberikan informasi mengenaijenis mikroba (jamur endofit dan khamir) yang berasal dari akarjagung dan memiliki
potensiantagonisterhadap patogen Fusarium sp.
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Jamur Endofit 2.1.1 Definisi jamur endofit
Mikroorganisme endofit merupakan hubungan atau asosiasi antar mikroorganisme dengan jaringan tanaman. Tipe asosiasi biologis antara mikroorganisme endofit dengan tanaman inang bervariasi dari netral, komensalisme sampai simbiosis. Pada situasi ini tanaman merupakan sumber makanan bagi mikroorganisme endofit dalam melengkapi siklus hidupnya (Clay, 1988). Mikroba endofit adalah mikroba yang mampu hidup didalam jaringan tanaman pada periode tertentu dan mampu hidup dengan membentuk koloni dalam jaringan tanaman tanpa membahayakan inangnya. Setiap tanaman tingkat tinggi dapat mengandung beberapa mikroba endofit yang mampu menghasilkan senyawa biologi atau metabolit sekunder yang diduga sebagai akibat koevolusi atau transfer genetik dari tanaman inangnya kedalam mikroba endofit (Radji, 2005).
Jamur endofit adalah jamur yang tidak menimbulkan gejala infeksi terhadap tanaman yang sehat dan hidup didalam tanaman tersebut dengan membentuk simbiosis mutualisme dengan tanaman. Jamur endofit adalah jamur yang hidup, tumbuh, dan berkembang di dalam jaringan tanaman. Jamur endofit menginfeksi tumbuhan sehat pada jaringan tertentu dan mampu menghasilkan mikotoksin, enzim, serta antibiotik (Worang, 2003). Jamur endofit merupakan jamur yang hidup dalam jaringan tumbuhan tanpa menimbulkan gejala penyakit pada tumbuhan inangnya. Hubungan antara jamur endofit dan tumbuhan inangnya merupakan suatu bentuk hubungan simbiosis mutualisme, yaitu sebuah bentuk hubungan yang saling menguntungkan (Gandjar et al., 2006).
Mikroorganisme endofit merupakan mikroorganisme yang hidup didalam jaringan tanaman tanpa menimbulkan gejala penyakit pada tanaman inangnya (Prihatiningtyas, 2006). Mikroba endofit mendapatkan nutrisi untuk melengkapi siklus hidupnya dari tanaman inangnya dan sebaliknya tanaman inangnya memperoleh proteksi terhadapa patogen tumbuhan dari senyawa yang dihasilkan mikroba endofit. Mikroba endofit terjadi atas bakteri dan jamur, namun yang paling banyak ditemukan adalah dari golongan jamur.
2.1.2 Ekologi jamur endofit
Jamur endofit terdapat pada batang, akar dan daun dari jaringan tanaman yang sehat. Endofit tumbuh diantara sel-sel tanaman yang umumnya pada kulit batang, dan bagian-bagian reproduksi. Jamur endofit hidup pada pembuluh xylem dan hanya akar keluar jika inang sudah dalam keadaan tertekan dan mendekati kematian. Jamur endofit tidak menimbulkan gejala ataupun serangan. Jamur endofit dapat masuk melalui lubang-lubang alami tanpa perlu adanya pelukaan.
Jamur endofit juga tidak menyerang jaringan dan meskipun jamur ini berada pada pembuluh xylem jamur endofit mencapainya melalui luka atau melalui jaringan muda atau ujung akar. Kolonisasi jamur endofit dalam pembuluh korteks sama sekali tidak mengakibatkan kerugian pada tanaman yang sehat. Jamur endofit banyak ditemukan pada berbagai varietas inang di seluruh dunia termasuk pada pohon, semak, rumput-rumputan, lumut, tumbuhan paku dan lumut kerak (Clay, 1988).
2.1.3 Mekanisme infeksi jamur endofit ke jaringan tanaman
Proses infeksinya suatu tanaman oleh mikroorganisme endofit dapat dilihat dengan mekanisme masuknya mikroorganisme tersebut ke dalam biji. Biji yang terinfeksi mikroorganisme endofit berada pada kondisi yang lembab dengan suhu 4°C-20°C. Dalam kondisi tersebut, endofit dan biji memiliki viabilitas (ketahanan hidup) sampai 15 bulan pada gandum, dua tahun pada kelompok rumput- rumputan yang tinggi. Berdasarkan hal tersebut, siklus hidup mikroorganisme endofit dianggap mengikuti siklus hidup pembentukan biji baik secara langsung maupun tidak langsung (Labeda, 1990). Siklus hidup dari jamur endofit terdiri dari dua yaitu :
1. Siklus hidup jamur endofit dari pembentukan biji secara langsung.
Pada siklus ini, jamur endofit masuk atau inokulasi secara langsung ke dalam biji tanaman inang. Miselium aktif menginfeksi atau masuk ke dalam pembibitan, lalu masuk kedalam jaringan tangkai daun. Setelah itu, miselium endofit masuk ke dalam tangkai bunga kemudian menuju ke dalam ovule, dan setelah pembentukan biji selesai miselium tersebut telah terdapat di dalam biji.
2. Siklus hidup jamur endofit dari pembentukan biji secara tidak langsung.
Prosesnya berawal pada masuknya miselium aktif kedalam pembibitan, lalu masuk kedalam jaringan tangkai daun dan daun. Kemudian terjadi pembentukan spora pada tanaman inang, dan spora tersebut berkecambah pada bagian floem dari tanaman inang dan pragisme (germinasi) spora tersebut merupakan benih
jamur yang selanjutnya masuk dan menginfeksi stigma, lalu menuju ovul.
Kemudian setelah pembentukan biji selesai, jamur endofit telah terdapat dan menginfeksi didalam biji (Labeda, 1990).
2.1.4 Mekanisme jamur endofit dengan inangnya
Mekanisme endofit kelompok jamur dalam melindungi tanaman terhadap serangan patogen ataupun serangga meliputi :
1. Penghambatan pertumbuhan patogen secara langsung melalui senyawa antibiotik dan enzim litik yang dihasilkan.
Senyawa antibiotik aktif terhadap mikroba-mikroba patogen tanaman dan potagen manusia. Senyawa antimikroba yang dihasilkan tersebut mampu menghambat pertumbuhan jamur atau membunuh jamur yang merugikan.
Senyawa tersebut bersifat sangat toksik untuk mikroba, tetapi relatif tidak untuk inangnya. Berdasarkan sifat kerjanya, antimikroba melawan mikroba patogen dengan cara mengganggu metabolisme sel mikroba, menghambat sintesis dinding sel mikroba, mengganggu metabolisme sel mikroba, menghambat sintesis dinding sel mikroba, mengganggu permeabilitas membran sel mikroba, menghambat sintesis protein sel mikroba atau menghambat sintesis dan merusak asam nukleat sel mikroba. Salah satunya adalah rumput Festuca prantesis merupakan tanaman yang kebal atau tidak disukai oleh herbivora termasuk serangga akibat adanya senyawa alkaloid loline, yang merupakan insektisida dengan spektrum luas.
Senyawa tersebut dihasilkan oleh jamur endofit Neotyphodium uncinatum.
2. Penghambatan secara tidak langsung melalui perangsang endofit terhadap tanaman dalam pembentukan metabolit sekunder.
Penghambatan secara tidak langsung melalui perangsang endofit terhadap tanaman dalam pembentukan metabolit sekunder seperti asam salisilat, asam jasmonat dan etilen yang berfungsi dalam pertahanan tanaman terhadap serangan patogen atau yang berfungsi sebagai antimikroba seperti fitoaleksin. Metabolit sekunder merupakan senyawa yang disintesis oleh suatu mikroba, tidak untuk memenuhi kebutuhan primernya (tumbuh dan berkembang) melainkan untuk mempertahankan eksistensinya dalam berinteraksi dengan lingkungannya.
Senyawa metabolit sekunder juga dapat digunakan sebagai alat pemikat bagi serangga atau hewan lainnya guna membantu penyerbukan atau penyebaranbiji, sebagai pelindung terhadap kondisi lingkungan fisik yang ekstrim seperti intensitas ultraviolet yang tinggi dari sinar matahari, pencemaran lingkungan secara kimiawi,
kekeringan yang berkepanjangan, atau berkurangnya zat makanan pada tempat tumbuhnya (Sumaryono, 1999).
3. Perangsang pertumbuhan tanaman sehingga lebih kebal dan tahan terhadap serangan patogen.
4. Kolonisasi jaringan tanaman sehingga patogen sulit penetrasi.
5. Hiperparasit
Seperti contoh: pada jamur Cephalosporium sp. dapat menekan perkembangan penyakit Phytoptora infestans dikarenakan pada jamur tersebut menghasilkan senyawa antibiotik sefalosporium yang menghambat sintesis dinding sel sehingga dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme (Irmawan, 2007).
2.1.5 Hubungan jamur endofit dengan tanaman inang
Interaksi mikroba endofit dengan inangnya yang ditemukan pada bagian organ tumbuhan tertentu, berhubungan erat dengan siklus hidup yang dilaluinya.
Masuknya mikroba endofit pada jaringan tanaman inang tergantung pada keberhasilan mikroba tersebut menembus lapisan eksternal inangnya. Proses masuknya mikroba endofit ini dicapai melalui mekanisme pemecahan atau degradasi jaringan pelindung pada lapisan kutikula dan epidermis (Bacon dan Siegel, 1990).
Asosiasi jamur endofit dengan tumbuhan inangnya digolongkan dalam dua kelompok menurut Carol (1998) yaitu:
1. Mutualisme konstitutif merupakan asosiasi yang erat antara jamur dengan tumbuhan terutama rumput-rumputan. Pada kelompok ini jamur endofit menginfeksi ovul(benih) inang dan penyebaranya melalui benih serta organ penyerbukan inang.
2. Mutualisme induktif adalah asosiasi antara jamur dengan tumbuhan inang, yang penyebarannya terjadi secara bebas melalui air dan udara. Jenis ini hanya menginfeksi bagian vegetatif inang dan seringkali berada dalam keadaan metabolisme in-aktif pada periode yang cukup lama.
2.1.6 Mekanisme antagonis jamur
Menurut Baker dan Cook (1982), mekanisme pengendalian dengan agen hayati seperti jamur endofit terhadap jamur patogen tumbuhan secara umum dibagi menjadi tiga macam yaitu:
a. Kompetisi terhadap tempat tumbuh dan nutrisi antara jamur antagonis uji dengan jamur patogen yang dibiakkan secara ganda (dual culture) setiap hari dalam memperebutkan ruang, makanan dan oksigen dengan melihat diantara kedua jamur tersebut mana yang lebih cepat memenuhi cawan petri diamater 9 cm.
b. Antibiosis merupakan mekanisme antagonis dapat dilihat dengan cara melakukan pengukuran lebar zona kosong (hambatan) yang terbentuk dan melihat ada atau tidaknya perubahan warna pada medium akibat senyawa antibiotik yang dihasilkan jamur uji. Namun menurut Chet et al. (2005) antibiosis adalah mekanisme antagonisme yang melibatkan hasil metabolit penyebab lisis, enzim, senyawa folatil dan non-folatil atau toksin yang dihasilkan oleh suatu mikroorganisme.
c. Lisis dan parasitisme dapat dilihat dengan cara mengamati hifa jamur antagonis uji yang tumbuh diatas hifa jamur patogen dengan cara mengambil patogen hifa 1 x 1 cm ditempat bertemunya kedua jamur tersebut, diletakkan pada gelas objek untuk diamati dibawah mikroskop.
2.2 Khamir (Yeast) 2.2.1 Deskripsi khamir
Khamir merupakan mikroorganisme uniseluler yang memiliki ukuran sel panjang sekitar 2-3 µm hingga 20-50 µm dan lebar 1-10 µm, tidak memiliki flagel, berproduksi secara aseksual dengan budding atau fussion, memproduksi beberapa jenis konidia yang disebut stalked conidia, blastoconidia,athroconidia (Hogg, 2005; Kavanagh, 2005). Menurut Jumiati et al. (2012) mengemukakan bahwa khamir tidak mempunyai flagel atau organ lain untuk bergerak. Dalam kultur yang sama, ukuran dan bentuk khamir mungkin berbeda karena pengaruh umur sel dan kondisi lingkungan selama pertumbuhan. Sel yang muda mungkin berbeda bentuknya dari yang tua.
Khamir melalui dua fase dalam berproduksi, yaitu menghasilkan spora aseksual dan spora seksual. Pada saat khamir menghasilkan alat reproduksi seksual maka khamir tersebut berada pada fase telemorfik. Sedangkan khamir yang tidak menghasilkan alat reproduksi seksual maka berada pada fase anamorfik(Pitt dan Hocking, 2009). Alat reproduksi aseksual khamir adalah pertunasan (budding), pseudohifa, hifa sejati, konidia bertangkai pendek (sterigmata), klamidiospora dan ballistokonidia (Gandjar et al., 2006). Setiap sel
khamir memiliki ukuran yang beragam yaitu dengan luas mulai dari 2-3µm hingga 2-5µm panjang dan lebar mulai dari 1-10µm. Sel khamir memiliki komponen berupa: dinding sel, membran sel, lipatan membran sel, tunas, mitokondria, nukleus, vakuola dan reticulum endoplasma (Walker, 2011).
Khamir memiliki sel tunggal dengan proses tumbuh dan berkembang biak yang lebih cepat dibanding jamur yang tumbuh dengan permukaan filamen.
Khamir lebih efektif dalam memecah komponen kimia dibanding jamur, karena mempunyai perbandingan luas permukaan dengan volume yang lebih besar.
Dinding sel sangat tipis untuk sel-sel yang masih muda, dan semakin lama semakin tebal jika sel semakin tua. Komponen dinding selnya berupa glukan (selulosa khamir), protein, khitin dan lipid (Waluyo, 2005).
Ukuran bentuk dan warna dari sel khamir sangat bervariasi. Umumnya khamir memiliki sel dengan bentuk bulat, semi bulat, oval, elips atau silindris (Hogg, 2005; Kavanagh, 2005) juga ada yang berbentuk alpukat atau lemon, membentuk pseudomiselium dan sebagainya. Sel vegetatif yang berbentuk alpukat atau lemon merupakan karakteristik grup khamir yang ditemukan pada tahap awal fermentasi alami buah-buahan dan bahan lain yang mengandung gula, misalnya Hanseniaspora dan Kloeckera. Bentuk ogival adalah bentuk memanjang dimana salah satu ujung bulat dan ujung yang lainnya meruncing. Bentuk ini merupakan karakteristik dari khamir yang disebut Brettanomyces. Khamir yang berbentuk bulat misalnya Debaryomyces,berbentuk oval misalnya Saccharomyces dan yang berbentuk triangular misalnya Trygonopsis. Khamir menghasilkan pigmen berwarna hitam, merah muda, merah, jingga dan kuning (Kavanagh, 2005). Khamir memiliki dua tipe pembentukan hifa, yang pertama yaitu beberapa khamir yang dapat membentuk hifa palsu yang tumbuh menjadi miselium palsu (pseudomicellium) dan yang kedua yaitu khamir pembentuk miselium sejati (true micellium). Miselium palsu merupakan sel-sel tunas khamir yang bentuknya memanjang namun tidak melepaskan diri dari induknya. Maka dari itu miselium tersebut membentuk rantai karena saling berhubungan, seperti pada Candida, Khuyveromyces dan Pichia (Gandjar et al., 2006).
2.2.2 Keanekaragaman khamir
Kurtzman (2004) menyatakan bahwa khamir termasuk dalam filum Ascomycota terdiri dari tiga kelas yaitu Euascomycetes, Hemiascomycetesdan
Archioascomycetes. Contoh khamir dari kelas Euascomycetes adalah Oosporidium margaritifera Stautz, contoh khamir dari kelas Hemiascomycetes adalah Geotrichum candidum Link dan contoh khamir Archioascomycetes adalah Schizosaccharomyces pombe Linder (Kurtzman, 1998). Filum Basidiomycota terdiri dari tiga kelas yaitu Urediniomycetes, Hymenomycetes dan Ustilaginomycetes. Contoh khamir pada kelas Urediniomycetes adalah Sporobolomycetesroseus Kluyver, contoh khamir dari kelasHymenomycetes adalah Pseudozyma antartica S. Goto Sugiyama dan Lizuka (Kurtzman dan Fell, 2006).
Contoh khamir Ascomycota telemorfik antara lain, Debaryomyces nepalensis S. Goto dan Sugiyama, Pichia anomala (E.C Hansen) Kurtzman, dan Saccharomyces cerevisiae, contoh khamir Ascomycota anamorfik antara lain, Candida albicans, Geotrichum candidum link Fries dan Trigonopsis variabilis Schachnr. Contoh khamir Basidiomycota telemorfik antara lain, Filobasidium elegans Bandoni dan Obenwinkler. Contoh khamirBasidiomycota anamorfik antara lain Cryptococus flavus (Saito) Paff dan Fell, Rhodotorula glutinis (Fresnius) F.C. Hariison dan Rhodotorula mucilaginosa (Jorgensen) F.C. Harrison (Kurtzman dan Fell, 1998). Khamir epifit pada permukaan daun di dominasi oleh filum Basidiomycota antara lainCryptococcus sp.,Rhodotorula glutinis dan Rhodotorula mucilaginosa (Fonsenca dan inacio, 2006).
2.2.3 Ekologi dan peran khamir di alam
Khamir ditemukan di seluruh dunia yaitu didalam tanah dan permukaan tanaman dan sangat melimpah pada media yang mengandung gula seperti nektar bunga dan buah-buahan (Rogers, 2011). Khamir memiliki habitat yang luas, mencakup dataran, perairan dan udara. Di alam, khamir dapat hidup sebagai sebagai saprofit dan juga dapat hidup sebagai epifit, endofit maupun parasit. Sifat mikroorganisme antagonis yaitu memiliki pertumbuhan patogen, dan mikroorganisme antagonis dapat menghasilkan senyawa antibiotik yang dapat menghambat pertumbuhan patogen (Avis dan Belanger, 2002). Khamir memiliki kelebihan dari mikroba antagonis lainnya yaitu pada umumnya khamir tidak menghasilkan spora alergenik atau mikotoksin. Selain itu khamir dapat hidup dan bertahan terhadap kekeringan dan cahaya matahari.
2.2.4 Mekanisme antagonis khamir
Mekanisme antagonis yang dilakukan oleh khamir antara lain kompetisi ruang dan nutrisi, antibiosis, parasitisme dan predasi (Mohamed dan Hagagg, 2007). Mekanisme kompetisi ruang dan nutrisi terjadi apabila khamir berusaha memperoleh ruang dan nutrisi yang terbatas ketika ditumbuhkan bersama patogen (Janisiewicz dan Korsen, 2002). Keberhasilan kompetisi ditunjukkan melalui pertumbuhan sel antara kolonisasi khamir antagonis yang lebih cepat atau sejumlah molekul organik hasil metabolisme khamir yang lebih banyak dibandingkan dengan jamur patogen (Morrica dan Ragazzi, 2008).
Mekanisme antibiosis oleh khamir melibatkan penggunaan senyawa metabolit sekunder atau senyawa toksik seperti enzim pelisis, senyawa volatil dan senyawa toksik lainnya (Mohamed danHagagg, 2007). Terbentuknya senyawa metabolit sekunder tersebut dapat menyebabkan fungistatik, lisis dinding sel atau nekrotik sehingga pertumbuhan jamur patogen menjadi terhambat. Kemampuan khamir dalam menekan kejadian penyakit diduga karena khamir mampu merangsang beberapa jenis respon pertahanan inang. Enzim tersebut mampu mendegradasi dinding sel patogen.
Mekanisme parasitisme terjadi melalui kontak langsung antara sel khamir dengan kapang. Sel khamir memanfaatkan mikroorganisme cendawan sebagai inang yang merupakan habitat dan sumber nutrisi untuk melakukan pertumbuhan (Sharma et al., 2009). Sedangkan mekanisme predasi terjadi melalui kontak langsung atau melalui struktur hifa spora sehingga mengganggu viabilitas jamur patogen (Morrica dan Ragazzi, 2008).
2.3 Patogen Fusarium sp.
2.3.1 Spesies jamur Fusarium sp.
Jamur Fusarium sp. merupakan patogen tular tanah yang dapat bertahan hidup relatif lama dalam tanah dengan membentuk miselium atau spora tanpa inang, konidia atau sporanya disebarkan melalui angin, air hujan dan nematoda atau serangga. Menurut Glennet al. (2001) terdapat 31 spesies jamurFusarium sp., 15 spesies di antaranya diketahui menginfeksi banyak tanaman, yaitu F.
moniliforme (verticillioides), F. oxysporum, F. proliferatum, F. solani, F. equeseti, F. graminearum, F. fujikuroi, F. sacchari, F. thapsinum, F. nygamay, F.
pseudoantophilum, F. subglutinans, F. lateritium. Dari 15 spesies yang telah teridentifikasi, ada empat spesies yang dominan menginfeksi tanaman jagung, yaitu F. moniliforme, F. subglutinans, F. graminearum, dan F. proliferatum (Burlakoti et al., 2008).
Perbedaan morfologi antarspesies didasarkan atas bentuk spora dan tangkainya. Perkembangan jamur Fusarium dipengaruhi oleh banyak faktor, antara lain kelembaban, curah hujan, media tumbuh dan suhu di lingkungan pertanaman. Jamur ini dapat menginfeksi tanaman jagung pada semua fase perkembangan sejak menginfeksi biji melalui gigitan serangga vektor dan sumber inokulum kemudian menginfeksi pada fase prapanen hingga pasca panen.
Mekanisme penularan infeksi jamur Fusarium ke tanaman jagung pertama kali melalui lubang alami seperti hidatoda, stomata dan luka. Kemudian berkembang ke dalam jaringan tanaman sehingga menghambat kelancaran pengangkut air dan hara terlarut dari akar ke seluruh bagian tanaman. Selain itu jamurFusarium juga dapat menginfeksi biji secara sistemik, dengan cara membentuk konidia atau miselia yang berasal dari dalam atau permukaan biji, kemudian berkembang pada tanaman muda membentuk akar dan batang selanjutnya menginfeksi bagian tongkol dan biji (Oren et al., 2003).
2.3.2 Bioekologi jamur Fusarium sp.
Infeksi Fusarium sp. terutama ditemukan pada pertanaman jagung yang ditanam setelah padi sawah. Sumber inokulum patogen berasal dari sisajerami padi dengan kelembaban mikro yang tinggi (Pakki dan Muis, 2007).Spesies patogen yang menginfeksi jagung ialah F. verticillioides. patogen ini terutama menginfeksi biji, tetapi juga dapat menginfeksi akar dan batang tanaman (Pakki et al., 2016). Fusarium verticillioides dapat bertahan hidup dan berkembang di dalam tanah di sekitar perakaran tanaman jagung (Wiliam et al., 2006). Penyebarannya pada pertanaman jagung dapat melalui angin dan serangga kelompok herbivora (penggerek batang). Infeksi berlangsung cepat jika tanaman jagung mengalami cekaman (Shutless et al., 2002; Ncube dan Plett 2013). Serangga penggerek batang berperan sebagai vektor. Penularan terjadi ketika serangga aktif mencari makanan. Konidia Fusarium sp. terbawa serangga dari satu tanaman ke tanaman lainnya sehingga penyebarannya berlangsung cepat. Pada fase vegetatif tanaman, perkembangan penyakit dipengaruhi oleh suhu sedang dan kelembaban yang tinggi. Jamur F. Verticillioides menginfeksi tongkol jagung, tetapi infeksi sistemik daritanaman ke biji tidak banyak dipengaruhi oleh suhu (William dan Munkvold, 2008).
Infeksi awal cendawan pada biji jagung berasal darikonidia di permukaan tanah, sisa-sisa hasil panen, atau tanaman yang terinfeksi. Konidia kemudian terdekomposisi pada rambut jagung diujung tongkol, selanjutnya masuk ke dalam
tongkol dan menginfeksi biji (Duncan dan Richard, 2010). Infeksi F. verticillioides sering tidak menampakkan gejala pada biji, tetapi bagian dalam jaringan sel biji rusak (Bacon et al., 2008; Thomas et al., 2014). Jamur F. verticillioides dapat ditularkan melalui biji jagung dan terbawa ke gudang penyimpanan. Makin tinggi kandungan kadar air biji jagung yang disimpan, makin besar peluang penyebaran cendawan sehingga jagung menjadi busuk.
Daur hidup jamur Fusarium sp. dapat bertahan di dalam tanah selama bertahun-tahun. Populasinya akan meningkat jika area pertanaman ditanam tanaman yang sesuai. Fusarium sp. menginfeksi akar tanaman dan berkembang dalam pembuluh kayu. JamurFusarium sp. mengadakan penetrasi melalui jaringan meristem pada ujung akar, melalui epidermis pada zona memanjangnya akar dan melalui celah-celah yang terjadi karena munculnya akar lateral yang baru.
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penyakit Tumbuhan, Jurusan Hama dan Penyakit Tumbuhan, Fakultas Pertanian, Universitas Brawijaya dan Gedung Institut Biosains Universitas Brawijaya. Pelaksanaan penelitian dimulai dari bulan Februari sampai Juli 2017.
3.2 Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam pengambilan sampel akaryaitu sekop kecil, kertas amplop coklat, kertas label, OHP, kotak kedap udara (ice box). Untuk penelitian di laboratorium, alat yang digunakan yaitu autoclave, laminar air flow cabinet (LAFC), cawan petri (d=9 cm), botol media, pipet tetes, jarum ose, pinset, bunsen, spatula, gunting, tabung erlenmeyer, handspayer, beaker glass, rotary shaker, object glass dan cover glass, mikroskop berkamera, kamera, Scanning Electron Microscope (SEM) dan buku identifikasi.Sedangkan bahan yang digunakan yaitu sampel akar tanaman jagung, media Potato Dextrose Agar (PDA), media Yeast Extract Pepton Dextose(YEPD), larutan NaOCl 2%, larutan alkohol 70% dan 96%, larutan aquades steril, chloramphenicol, tissue steril, plastik wrapping, alumunium foil, kertas label, spirtus dan korek api.
3.3 Metode Penelitian
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah ekplorasi dan eksperimental dengan tahapan sebagai berikut :
1. Isolasi dan identifikasi mikroba (jamur endofit dan khamir)dari akarjagung yang diambil dari kebun percobaan PT. BISI International, Tbk. berlokasi di Desa Kambingan, Kecamatan Pagu, Kabupaten Kediri, Jawa Timur. Hal ini dilakukan dengan pertimbangan bahwa daerah Kabupaten Kediri merupakan salah satu sentra pertanaman jagung di Jawa Timur. Tanaman jagung yang diambil untuk diisolasi terdiri dari dua galur yaitu BMD57 dan BMD58 dan dua varietas yaituP35 dan BISI 18.
2. Menguji potensi antagonis isolat mikroba (jamur endofit dan khamir) yang berhasil diisolasi dan identifikasi terhadap patogen Fusariumsp. secara in- vitro pada media PDA.
3. Mengamati mekanisme antagonis jamur endofit Trichoderma sp. terhadap patogen Fusarium sp. menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM).
dengan alur kerja, dapat dilihat pada Gambar 1. agar pelaksaan penelitian dapat dilakukan secara berurutan.
Gambar 1. Alur kerja pelaksanaan penelitian
3.4.1 Sterilisasi alat dan pembuatan media isolasi
Sebelum menggunakan alat dan bahan seperti larutan steril perlu dilakukan tahapan sterilisasi. Prinsip sterilisasi yang digunakan yaitu menggunakan panas dan tekanan dari uap air dengan alat autoclave. Temperatur sterilisasi biasanya 121°C dengan tekanan yang digunakan 1 atm. Lama sterilisasi alat yaitu selama 2 jam.
Media yang digunakan dalam isolasi dan purifikasi jamur adalah Potato Dextrose Agar (PDA) dikarenakan media PDA bersifat selektif terhadap jamur, karbohidrat dan senyawa yang diambil dari kentang mendukung pertumbuhan jamur, dapat dilihat pada Lampiran Gambar 1. Bahan yang digunakan dalam pembuatan PDA yaitu 200 gram kentang, 20 gram dektrose, 20 gram agar, 1 liter aquades dan 1 kapsul chloramphenicol. Kentang dicuci, dikupas, dipotong-potong dan ditimbang sebanyak 200 gram, kemudian direbus dengan aquades 1 liter hingga setengah matang. Setelah itu disaring untuk mengambil ekstrak dari
Uji antagonis (in-vitro) -jamur
-khamir
Analisa Data Pengamatan
SEM (scanning
electron microscope)
dituangkan ke dalam botol media, ditutup dengan alumunium foil dan disterilkan menggunakan autoclave dengan tekanan 1,5 atm pada suhu 121°C selama 2 jam.
PDA yang telah disterilkan selanjutnya disimpan dalam kulkas. Saat di plating ke cawan petri media dipanaskan dan ditambahkan 1 kapsul chlorampenicol.
Kentang dan dektrose merupakan sumber nutrisi utama untuk jamur, agar merupakan pemadat dari media dan chlorampenicol berfungsi untuk mencegah kontaminasi dari bakteri (antibakteri).
Media yang digunakan dalam isolasi khamir adalah Yeast Extract Pepton Dextrose(YEPD), dapat dilihat pada Lampiran Gambar 2. Bahan yang digunakan untuk membuat 1 liter media yaitu 10 gram yeast extract powder, 5 gram pepton, 5 gram dektrose, 15 gram agar, 2 kapsul chlorampenicol. Cara pembuatan media dilaksanakan dengan mendidihkan aquades bersamaan dengan semua bahan kecuali agar dan chloramphenicol. Agar dimasukkan setelah air mendidih dan diaduk merata kemudian ditambahkan chloramphenicol. Media dimasukkan ke dalam botol media dan disterilisasi menggunakan autoclave suhu 121°C dan tekanan 1,5 atm selama 20 menit.
3.4.2 Pengambilan sampel akar
Pengambilan sampel akarjagung dilakukan pada tanaman jagung yang memasuki fase generatif. Metode pengambilan sampel dilakukan dengan cara Random Sampling pada area pertanaman. Sampel akar diambil dari pertanaman yang sehat. Sampel akar yang telah didapatkan dimasukkan ke dalam kertas amplop, kemudian kantong kertas tersebut dimasukkan kedalam kantong plastik, dan ice box tidak boleh dalam kondisi tertutup rapat terutama dalam kondisi panas. Sampel harus diisolasi sesegera mungkin, jika sampel akan disimpan sebaiknya diletakkan didalam kulkas.
3.4.3 Isolasi dan identifikasi patogen Fusarium sp.
Isolat patogen jamur Fusarium sp. yang digunakan dalam penelitian diperoleh dari pengambilan sampel tanaman jagung yang terserang patogen dengan gejala penyakit layu fusariumyaitu bagian pangkal batang tanaman.
Selanjutnya dilakukan tahap isolasi dengan mengikuti metode yang diuraikan oleh Sastrahidayat (2011), isolasi jamur patogen tanaman dengam cara mengambil jaringan inang sakit dengan menggunakan pisau steril. Setelah itu potong bagian
kali dalam air destilasi steril (aquades steril). Keringkan dengan tissue steril, kemudian ditanam pada permukaan media PDA. Setelah diinkubasi selama 2-4 hari, dilakukan purifikasi dengan mengambil potongan blok agar yang berisi ujung hifa ke dalam media PDA baru.
3.4.4 Isolasi jamur endofit dan khamir (yeast)
Jamur endofit. Metode yang digunakan untuk isolasi jamur endofit pada bagian akar tanaman dilakukan berdasarkan metode yang diuraikan oleh Muhibuddin et al.(2011) dapat dilihat pada Gambar 2. sampel akar dicuci pada air mengalir, kemudian ambil akar yang telah dipotong ±5 cm. Dilakukan sterilisasi permukaan dengan merendam potongan akar pada larutan NaOCl 2% masing- masing selama 1 menit, setelah itu dibilas dengan larutan alkohol 70% selama 1 menit,kemudian dibilas menggunakan aquades steril selama 1 menit sebanyak dua kali dan selanjutnya dikering anginkan pada tissue steril.
Gambar 2. Metode isoloasi jamur endofit pada media PDA menurut Muhibuddin et al.(2011).
Sampel akar yang sudah steril dipotong dengan ukuran ± 1 cm menggunakan scapel steril dan kemudian ditanam pada cawan petri 9 cm yang berisi media PDA dengan metode 3 sampel akar disetiap cawan petri. Isolat kemudian diinkubasi pada suhu 25-30°C selama 5-7 hari atau sampai jamur tumbuh memenuhi cawan petri (full plate). Sebagai kontrol, aquades bilasan terakhir diambil ±1 ml dan dituang ke media PDA.
Larutan NaOCl 2%
Larutan Alkohol 70%
Larutan Aquades steril (2x) Inkubasi pada
media PDA
1 ml
10-1 10-2 10-3 10-4 10-5
10-3 10-4 10-5
1 ml 1 ml 1 ml 1 ml
(2013)dengan metode pengenceran dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Metode isolasi khamir denganpengenceran bertingkat 10-3, 10-4, 10-5 menurut Fitriati et al.(2013).
Suspensi dibuat dengan mengambil 10 gram akar jagung kemudian dilarutkan dalam 90 ml aquades steril. Selanjutnya digojok menggunakan orbital shaker dengan kecepatan 120 rpm selama 24 jam, dapat dilihat pada Lampiran Gambar 3. Suspensi diencerkan secara berkala hingga konsentrasi 10-3, 10-4, dan 10-5 yeast sebanyak 50 µl dibiakkan dalam media YEPD dengan metode cawan tuang, dapat dilihat pada Lampiran Gambar 4. Kegiatan isolasi dilakukan dengan kondisi aseptis untuk menghindari kontaminasi.
3.4.5 Purifikasi jamur endofit dan khamir (yeast)
Jamur endofit.Jamur yang tumbuh kemudian dipurifikasi atau pemurnian dengan cara dipisahkan setiap koloni jamur yang dianggap berbeda berdasarkan morfologi makroskopis yang dapat dilihat dari kenampakan warna, bentuk dan pola
dan diberi tanda kemudian diinkubasi pada suhu kamar.
Khamir. Purifikasi koloni dilakukan dengan metode cawan gores pada media YEPD yaitu dengan mengambil koloni khamir sebanyak 1 lup dan digoreskan pada media YEPD baru menggunakan jarum ose. Selanjutnya diinkubasi hingga muncul koloni tunggal.
3.4.6 Preparasi jamur endofit dan khamir (yeast)
Jamur endofit. Pembuatan preparat jamur adalah untuk kepentingan identifikasi. Jamur diambil dengan menggunakan jarum ose kemudian diletakkan pada object glass yang telah diberi sedikit media PDA dan ditutup dengan cover glass. Penggunaan media PDA pada object glass adalah sebagai media pertumbuhan koloni pada preparat dan untuk menjaga nutrisi selama jamur berada di preparat saat diinkubasi. Preparat kemudian diinkubasi selama 3-5 hari didalam wadah yang telah dialasi dengan tissue lembab dan ditutup rapat agar tidak terkontaminasi oleh spora jamur dari udara. Tujuan dari inkubasi adalah untuk menumbuhkan spora jamur pada preparat sehingga lebih mudah pada saat diidentifikasi dengan menggunakan mikroskop.
Khamir. Pembuatan preparat khamir dilakukan dengan meletakkan koloni tunggal pada pada object glass dengan sedikit media. Selanjutnya ditutup menggunakan cover glass kemudian ditekan, putar 180° dan diinkubasi selama 24 jam dalam kondisi lembab dan aseptis.
3.4.7 Identifikasi jamur endofit dan khamir (yeast)
Jamur endofit.Pengamatan dilakukan secara makroskopis dan mikroskopis untuk kemudian dilakukan identifikasi berdasarkan buku panduan identifikasi IllustratedGenere of Imperfect Fungi fourth ed (Barnet and Hunter, 1969) dan tambahan informasi dari buku-buku pendukung lainnya. Pengamatan makroskopis dilakukan dengan cara mengamati kenampakan morfologi koloni jamur secara makroskopis yang meliputi warna koloni, pola persebaran koloni dalam cawan petri (konsentris dan tidak konsentris), tekstur koloni dan waktu yang dibutuhkan oleh koloni untuk memenuhi cawan petri (full plate duration). Pengamatan warna koloni dilakukan pada bagian permukaan dan dasar koloni karena seringkali terdapat perbedaan antara warna permukaan dan warna dasar koloni.
dengan mengamati bentuk koloni dalam cawan petri. Pola persebaran dapat berupa konsentris maupun non konsentris. Pola persebaran konsentris apabila terdapat gelombang-gelombang lingkaran konsentris yang dapat dilihat dari permukaan maupun dasar koloni. Pola persebaran non konsentris dapat berupa bentuk radial (tidak beraturan), menggunung, atau menyamping. Pengamatan tekstur koloni meliputi kasar dan halus, rapat dan renggang, serta tebal tipis koloni yang tumbuh pada media. Pengamatan full plate duration dilakukan untuk mengetahui kemampuan tumbuh koloni jamur endofit pada media PDA, pengamatan ini dilakukan dengan melihat waktu yang dibutuhkan kooni untuk mencapai diameter 9 cm.
Pengamatan secara mikroskopis dilakukan dengan cara mengamati kenampakan morfologi koloni jamur dengan menggunakan mikroskop yang meliputi ada atau tidaknya septa pada hifa, pertumbuhan hifa, warna hifa, ada atau tidaknya konidia, warna konidia, bentuk konidia, serta pola persebaran konidia.
Pengamatan dengan mikroskop dilakukan dengan menggunakan perbesaran 400x (40 x 10). Pengamatan ada atau tidaknya septa pada hifa dilakukan dengan mengamati ada tidaknya sekat (garis melintang) pada hifa. Sekat pada hifa dapat terlihat rapat maupun jarang. Pengamatan pertumbuhan hifa dapat dilihat dengan mengamati percabangan hifa (bercabang atau tidak bercabang). Percabangan hifa dapat terlihat bercabang banyak atau sedikit dengan pola beraturan atau tidak beraturan. Pengamatan warna hifa dan konidia dapat dilihat dari kenampakan warna yaitu gelap atau hialin. Warna hialin adalah ketika hifa atau konidia tidak berwarna dan terlihat transparan. Bentuk konidia dapat berupa bulat, lonjong, elips, oval atau tidak beraturan. Pola persebaran konidia dapat dikategorikan seperti bergerombol diujung konidiofor atau bergerombol di sekitar hifa menyebar tunggal, berantai atau tidak berantai, serta bentuk kumpulan konidia. Kumpulan konidia seringkali terlihat bermacam-macam bentuk, seperti bulat, radial (tidak beraturan), menyerupai bentuk bunga, dan sebagainya.
Pengamatan mikroskopis juga dilakukan terhadap kenampakan konidiofor yaitu hifa khusus yang merupakan tangkai dari konidia serta ciri lain yang ditemukan. Pengamatan konidiofor meliputi bentuk konidiofor (bulat, segitiga, atau segiempat), warna konidifor (gelap atau hialin), ada atau tidaknya septa pada konidiofor (bersekat atau tidak bersekat), dan pertumbuhan konidiofor (bercabang
Khamir. Identifikasi dilaksanakan dengan mengamati kenampakan khamir secara makroskopis dan mikroskopis. Identifikasi makroskopis dilaksanakan dengan mengamati secara langsung kenampakan koloni khamir pada media YEPD meliputi bentuk, warna, tekstur, tepian dan elevasi koloni khamir.
Sedangkan pengamatan morfologi sel dilihat dibawah mikroskop berdasarkan : bentuk dan ukuran sel, jenis reproduksi seksual dan aseksual, pola pertunasan, dan keberadaan pseudohifa (Barnett, 2011; Jumiyati et al., 2012). Sebagai sumber identifikasi khamir digunakan buku The Yeast 5 Editions karya Kurtzman tahun 2011.
3.4.8 Uji antagonis isolat jamur endofit dengan patogen Fusarium sp.
Untuk mengetahui potensi jamur sebagai antagonis maka dilakukan pengujian dalam cawan petri dengan menggunakan medium buatan PDA mengacu pada Sharfuddin dan Mohanka (2012), isolat jamur yang didapat diinokulasi dalam salah satu tepi cawan petri diamater 9 dengan jarak 3 cm posisi berhadapan dengan isolat patogen yang akan diuji, dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Uji antagonisjamur endofit dan patogen Fusarium sp. dengan metode oposisi langsung.Keterangan: P=patogen, A=jamur antagonis
Dengan demikian nantinya akan didapat kombinasi pengujian antara patogen Fusarium sp. dengan isolat-isolat jamur endofit. Perlakuan sesuai dengan banyaknya isolat jamur yang diperoleh dan kontrol (tanpa jamur antagonis).
Maksud dari percobaan tahap ini adalah untuk melihat adanya penghambatan serta besarnya hambatan isolat jamur terhadap pertumbuhan patogen Fusarium sp.
Kemudian diinkubasi pada suhu kamar, radius pertumbuhan koloni patogen diukur setiap hari selama 7 hari pengamatan. Penghambatan pertumbuhan koloni
● ●
P A
3 cm 3 cm 3 cm
𝐼 = (𝑟1 − 𝑟2)
𝑟1 × 100%
Keterangan :
I : Persentase penghambatan
r1 : Jari-jari koloni patogen yang arah pertumbuhannya berlawanan dengan jamur (cm).
r2 : Jari-jari koloni patogen yang arah pertumbuhannya mendekati koloni jamur antagonis (cm).
3.4.9 Uji antagonis isolat khamir dengan patogen Fusarium sp.
Metode pengujian antagonis khamir secara in-vitro mengacu pada Shofiana et al. (2015) dapat dilihat pada Gambar 5. Khamir digoreskan pada media pada PDA tepat ditengah cawan petri secara tegak lurus sebanyak 1 lup inokulasi.
Biakan murni Fusarium sp. diambil dengan bor gabus dan letakkan pada sisi kanan dan kiri goresan khamir dengan jarak ±3 cm kemudian diinkubasi pada suhu ruangan. Pengamatan lebar zona hambat dan persentase tingkat hambat relatif khamir terhadap jamur Fusarium sp. dilakukan setiap hari. Perlakuan kontrol tanpa inokulasi khamir juga disiapkan sebagai pembanding.
Gambar 5. Uji antagonis khamir terhadap patogen Fusarium sp. menurut Shofiana et al. (2015).Keterangan: P=patogen.
Persentase tingkat hambatan relatif terhadap patogen dihitung dengan rumus mengikuti Hadiwiyono (1999), rumusnya adalah sebagai berikut :
khamir
khamir
●
3 cm 3 cm●
p p
Keterangan :
THR : persentase tingkat hambatan relatif terhadap pertumbuhan patogen dk : jumlah jari-jari (r1+r2) koloni patogen tanpa perlakuan khamir (kontrol) dp : jumlah jari-jari (r1+r2) koloni patogen yang diberi perlakuan khamir 3.4.10 Pengamatan mekanisme antagonis dengan Scanning Electron
Microscope(SEM)
Untuk mengetahuimekanisme antagonis sampel isolat hasil uji antagonis antara jamur endofit dan patogen Fusarium sp. diperlukan alat Scanning Electron Microscope (SEM). Metode yang digunakan mengacu pada Hastuti (2016) yaitu mekanisme antagonis diamati dengan cara membuat preparatdengan cara mengiris 2x2 mm koloni jamur yang saling berinterkasi dan diletakkan diatascover glass steril. Kemudian dilakukan pengeringan bertingkat atau dehidrasi menggunakan larutan etanol 30%, 50%, 70%, 80%, 90%, dan 96% dengan cara disemprotkan secara langsung ke isolat jamur antagonis dan jamur patogen.
Penyemprotan dilakukan dengan jarak waktu ±5 menit.
Setelah isolat dikeringkan kemudian diletakkan pada alat pemegang spesimen (alumunium stub) dengan perekat koloid pasta perak dan dilapisi logam emas (Au) (ketebalan logam ±15 mm) dengan mengikuti proses evaporasi selanjutnya diamati menggunakan mikroskop elektron skanning. Cara kerja dari mikroskop scanning elektron adalah sinar dari lampu dipancarkan pada lensa kondensor, sebelum masuk pada lensa kondensor ada pengatur dari pancaran sinar elektron yang ditembakkan. Sinar yang melewati lensa objektif diteruskan pada spesimen yang diatur miring pada pencekamnya, spesimen ini disinari oleh deteksi x-ray yang menghasilkan sebuah gambar yang diteruskan pada layar monitor. Pengamatan dilakukan secara visual terhadap hasil fotomikograf yang diproses dengan foto hitam putih Fuji film.
3.5 Analisa Data
berdasarkan kenampakan makroskopis dan mikroskopis.
Rancangan percobaan yang dilakukan dalam pengujian antagonis in- vitroadalah Rancangan Acak Lengkap (RAL). Data yang diperoleh dari uji antagonis mikroba jamur endofit dan khamir dengan patogen Fusarium sp.
dianalisa menggunakan analisa ragam (Anova) dan dilanjutkan dengan uji Duncan dengan taraf 5% apabila terdapat beda nyata.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Gejala Tanaman yang Terserang Patogen Fusarium sp.
Hasil pengamatan gejala penyakit pada tanaman jagung yang disebabkan oleh patogen Fusarium sp. yaitu sampel tanaman yang didapat sudah dalam kondisi layu walaupun tanaman belum terlalu besar atau tanaman masih dalam fase vegetatif.
Gejala yang tampak pada pangkal batang tanaman jagung mengalami berubahan warna menjadi coklat akibat pembusukan, dapat dilihat pada Gambar 6. Jika tanaman yang masih sangat muda terserang, tanaman dapat membusuk sebelum atau sesudah muncul dari tanah, atau tanaman dapat tumbuh menjadi tanaman yang kerdil. Terdapat massa seperti spora berwarna putih disekitar daun dan pangkal batang.
Gambar 6. Gejala serangan patogen Fusarium sp. pada pangkal batang tanaman jagung.
Keterangan: 1.) Pangkal batang jagung membusuk.
Menurut Satrahidayat (2010), gejala permulaan dari serangan penyakit ini ialah terjadinya pemucatan daun dan tulang daun, diikuti dengan merunduknya tangkai daun. Daun layu dan lambat laun berwarna kuning. Kelayuan terjadi mulai dari daun terbawah dan terus ke daun bagian atas. Jika tanaman yang sakit dipotong melintang akan kelihatan suatu cincin yang berwarna coklat pada pembuluh xilem. Kelayuan tersebut diakibatkan adanya penutupan saluran xylem yang mengangkut air dan mineral dari tanah, yang mengakibatkan tanaman mati dan akhirnya kering.
4.2 Hasil Isolasi dan Identifikasi Jamur Patogen Fusarium sp.
Hasil pengamatan isolasi patogen Fusarium sp. dari hasil perbanyakan didapatkan biakan murni pada media PDA. Pada pengamatan biakan murni yang berumur 7 hari didapatkan ciri-ciri makroskopis patogen Fusarium sp.dapat dilihat pada Gambar 7. yaitu koloni berwarna putih, pada bagian tengah koloni berwarna putih tulang. Koloni bagian bawah berwarna putih kekuningan. Tipe persebaran konsentris, membulat dengan tekstur permukaan koloni yang agak kasar seperti kapas, kerapatan agak rapat, dan ketebalan agak tipis. Ukuran diameter saat berumur 7 hari yaitu 6 cm.
Gambar 7. Hasil biakan murnidan identifikasi jamur patogen Fusarium sp.
Keterangan: A.Makroskopis isolat jamur Fusarium sp.; B. Mikroskopis jamur Fusarium sp. (perbesaran 400x). 1. Hifa, 2. Konidiofor, 3. Mikrokonidia, 4.Makrokonidia bersekat.
Pada pengamatan karakteristik mikroskopis dari isolat patogen Fusarium sp.
dapat dilihat pada Gambar 7.didapatkan hasil adanya hifa hialin yang bersekat dan ramping. Konidofor hialin, bersekat dan tidak bercabang. Mikrokonidia hialin, tidak bersekat dengan dinding yang tipis, dan berbentuk lonjong dengan ujung agak meruncing. Makrokonidia berbentuk seperti bulan sabit atau seperti pengait dengan ujung yang meruncing, hialin, dan memiliki 3-5 sekat. Ukuran makrokonidia yang didapat yaitu 19,34µm x 2,55µm. Berdasarkan ciri-ciri mikroskopis dari jamur Fusarium sp. memiliki ciri khas pada bentuk makrokonidia.
Bentuk makrokonidia dari Fusarium sp. yaitu seperti bulan sabit, hialin, dan bersekat.
Hal ini sesuai dengan Sastrahidayat (2010), Fusarium mempunyai makrokonidium yang berbentuk melengkung, panjang dengan ujung yang mengecil dan mempunyai satu atau tiga buah sekat, sedangkan mikrokonidium mempunyai bentuk tidak bersekat atau bersekat satu dan dihasilkan oleh sporodokium (ukurannya lebih kecil daripada yang makro). Selain itu menurut
