PERANAN TRYPTOPHAN DAN KONSENTRASI AWAL INOKULAN DALAM PENINGKATAN KANDUNGAN IAA, NITROGEN TOTAL DAN KEPADATAN SEL PADA PUPUK HAYATI CAIR Azospirillum

(1)

28 CEFARS : Jurnal Agribisnis dan Pengembangan Wilayah Vol. 5 No. 1 Desember 2013

PERANAN TRYPTOPHAN DAN KONSENTRASI AWAL INOKULAN

DALAM PENINGKATAN KANDUNGAN IAA, NITROGEN TOTAL DAN

KEPADATAN SEL PADA PUPUK HAYATI CAIR Azospirillum

Nana Danapriatna

1

Fakultas Pertanian, Universitas Islam "45", Jl. Cut Meutia 83 Bekasi 17113 email : nadaprina@yahoo.co.id

Abstract

Inoculant with N2 fixation capacity and optimal cell density and the

concentration of precursor in the synthesis of growth hormone is required in the production process of liquid biofertilizers Azospirillum. This experiment was conducted in order to study the effect of the combination of the concentration of tryptophan as precursors and initial concentration of inoculants Azospirillum to the increased production of hormones, nitrogen, and the cell density of liquid biofertilizers. Completely randomized design with nine treatment combinations initial concentration inoculant (5, 10 and 15%) and the concentration of tryptophan (without, 50 and 100 g mL-1) with three replications was used in this study. The results showed a positive effect occurs from the initial inoculum concentration Azospirillum and tryptophan concentration on nitrogen and production of IAA, but has no effect on cell density Azospirillum. The technology to manufacture biofertilizer liquid inoculant Azospirilum with an initial concentration of

10% and 50



g ml-1 tryptophan is the best combination in producing of liquid

biofertilizer.

Keywords : Tryptophan, Nitrogen, IAA, Azospirillum

Abstrak

Inokulan murni dengan kapasitas fiksasi N2 dan kepadatan sel optimal serta

konsentrasi prekursor dalam sintesis hormon tumbuh diperlukan dalam proses produksi pupuk hayati cair Azospirillum. Percobaan ini dilakukan dalam rangka mempelajari pengaruh kombinasi konsentrasi tryptophan sebagai prekursor dan konsentrasi awal inokulan Azospirillum terhadap peningkatan produksi hormon dan nitrogen total serta kepadatan sel Azospirillum pupuk hayati cair. Rancangan acak lengkap sembilan perlakuan kombinasi konsentrasi awal inokulan (5, 10 dan 15 %) dan konsentrasi tryptophan (tanpa, 50 dan 100 g ml-1) dengan tiga ulangan digunakan dalam penelitian ini. Hasil penelitian memperlihatkan bahwa kombinasi konsentrasi inokulan awal

Azospirillum dan konsentrasi tryptophan berpengaruh positif terhadap nitrogen total dan

produksi IAA, tetapi tidak berpengaruh terhadap kepadatan sel Azospirillum. Teknologi pembuatan pupuk hayati cair Azospirilum dengan konsentrasi awal inokulan 10 % dan 50 g ml-1

tryptophan merupakan kombinasi yang terbaik dalam memproduksi inokulan pupuk hayati cair.

Kata Kunci : Tryptophan, Nitrogen Total, IAA, Azospirillum

PENDAHULUAN

Peningkatan penggunaan pupuk kimia dalam budidaya padi sawah diduga menjadi penyebab terjadinya penurunan kesehatan tanah. Oleh karena itu, diperlukan adanya perubahan perilaku penggunaan pupuk yang mengedepankan pemanfaatan bahan organik dan mikroba sebagai pupuk hayati agar tanah tetap terjaga kesehatannya. Pupuk

(2)

hayati didefinisikan oleh (Vessey, 2003) sebagai zat yang mengandung mikroorganisme hidup yang bila diterapkan pada benih, permukaan tanaman, atau tanah, berkolonisasi di rhizosfer atau masuk ke dalam jaringan tanaman akan meningkatkan pertumbuhan dengan meningkatkan pasokan atau ketersediaan nutrisi utama untuk tanaman. Menurut Saxena (1993) pupuk hayati adalah beberapa mikroba non-simbiosis dan simbiosis seperti

Azospirillum, Bacillus polymyxa, Pseudomonas striata dan Azotobacter yang dapat

merangsang pertumbuhan tanaman dan memberikan kontribusi pada perbaikan ekosistem. Salah satu jenis pupuk hayati adalah pupuk penambat N udara non simbiotis yaitu dari genus Azospirillum. Azospirillum sp. merupakan bakteri mikroaerofilik yang potensial dimanfaatkan sebagai pupuk hayati pada lahan sawah. Hasil penelitian Mirza et

al. (2000) yang dilakukan di rumah kaca menggunakan tanah tidak steril memperlihatkan

bahwa inokulasi Azospirillum lipoferum dapat meningkatkan hasil padi sebesar 6,7 g per tanaman dibandingkan tanaman padi tanpa inokulasi atau meningkat sebesar 80,7 %. Pertanaman padi yang diinokulasi dengan Azospirillum brasilense terjadi peningkatan hasil sekitar 1,8 t ha-1 atau meningkatkan sebanyak 22 % dibandigan tanpa inokulasi (Balandreau, 2002). Peneliti lainnya yaitu Murty dan Ladha (1988) memperoleh hasil bahwa inokulasi Azospirillum lipoferum dapat meningkatkan serapan ion PO4

dan N-NH4

+

tanaman padi dengan kultur hidroponik.

Selain berperan secara langsung dalam meningkatkan kandungan N tanaman,

Azospirillum sp. juga mampu menghasilkan fitohormon yang diduga berpengaruh lebih

besar terhadap pertumbuhan tanaman daripada N yang disumbangkan. Inokulasi

Azospirillum sp. pada bibit jagung menambah konsentrasi IAA terikat maupun bebas di

daerah perakaran dibandingkan tanama kontrol (Fallik et al. 1989). Penelitian Lestari et

al. (2007) mengungkap adanya produksi auksin pada kultur cair Azospirillum sp. Azospirillum sebagai bakteri yang bersifat endofit mikroaerofilik diketahui dapat

memproduksi hormon auksin jenis indole acetic acid (Lee et al. 1988; Spaepen et al. 2008). Peningkatan konsentrasi IAA yang dihasilkan Azospirillum berefek positif terhadap pertumbuhan dan perkembangan padi IR64 (Lestari et al. 2007). Berdasarkan beberapa hasil kajian para peneliti, Azospirillum dalam memproduksi IAA menggunakan tryptophan sebagai prekursor. Hasil penelitian Ona et al. (2005) menunjukkan bahwa kultur dari Azospirillum brailense yang diberi tryptophan (Trp) sebagai prekursor menghasilkan IAA lebih tinggi dibandingkan tanpa pemberian tryptophan.

Inokulan murni dengan kapasitas fiksasi N2, produksi hormon dan kepadatan sel

optimal diperlukan dalam proses produksi pupuk hayati cair Azospirillum. Kepadatan sel awal dari inokulan Azospirillum yang tepat diperlukan untuk dapat berkembang dan

(3)

berperan secara optimal dalam menambat nitrogen udara dan memproduksi hormon tumbuh. Berdasarkan standar dari Kementerian Pertanian nomor: 70/Permentan/SR.140/10/2011, bahwa minimal kandungan mikroba untuk pupuk hayati cair adalah 107 cfu ml-1. Oleh karena itu konsentrasi awal inokulan dalam produksi pupuk hayati cair sangat menentukan. Penelitian ini dilakukan dalam rangka mempelajari pengaruh kombinasi konsentrasi tryptophan dan konsentrasi awal inokulan Azospirillum terhadap peningkatan produksi hormon dan nitrogen total serta kepadatan sel

Azospirillum. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh teknologi optimasi yang tepat

dalam memproduksi hormon tumbuh dan fiksasi nitrogen oleh Azospirillium.

METODE PENELITIAN

Pelaksanaan penelitian bertempat di Laboratorium Biologi dan Bioteknologi Tanah, Jurusan Ilmu Tanah dan Manajemen Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian Universitas Padjadjaran selama 2 bulan. Sumber inokulan Azospirillum irakense koleksi Laboratorium Biologi dan Bioteknologi Tanah, Jurusan Ilmu Tanah dan Manajemen Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian Universitas Padjadjaran. Produksi pupuk hayati cair dengan cara bakteri dikultur pada media cair Okon yang ditambah dengan larutan tryptophan.

Gambar 1 Isolat Murni Azospirillum pada media Okon agar miring dan proses kultur cair okon

Penelitian eksperimental ini dirancang dalam rancangan acak lengkap diulang tiga kali dengan kombinasi perlakuan sebagai berikut : t1 = konsentrasi inokulan 5%,

(4)

tanpa tryptophan; t2 = konsentrasi inokulan 5%, 50 g ml-1 tryptophan; t3 = konsentrasi inokulan 5%, 100 g ml-1 tryptophan; t4 = konsentrasi inokulan 10%, tanpa tryptophan; t5 = konsentrasi inokulan 10%, 50 g ml-1 tryptophan; t6 = konsentrasi inokulan 10%, 100 g ml-1 tryptophan; t7 = konsentrasi inokulan 15%, tanpa tryptophan; t8 = konsentrasi inokulan 15%, 50 g ml-1 tryptophan; t9 = konsentrasi inokulan 15%, 100 g ml-1 tryptophan.

Kultur cair Azopspirillium dengan konsentrasi sesuai perlakuan dimasukkan ke dalam 50 ml media Okon cair di dalam tabung botol 100 ml. Kultur di dalam botol 100 ml tersebut kemudian ditempatkan di atas mesin pengocok pada suhu kamar selama 72 jam.

Variabel respon yang diamati dalam penelitian ini adalah (a) N-Total menggunakan metode Kjeldahl (Sulaeman et al. 2005); (b) Produksi hormon IAA diukur menggunakan HPLC (High Performance Liquid Chromatografy) menurut Chen (1987); (c) Kepadatan sel bakteri Azospirillum dihitung menggunakan metode pengenceran plat dengan media Okon (Schinner et al. 1995). Produksi hormon IAA dari kultur

Azospirillum, nitrogen total pada kultur yang telah disentrifugasi 13000 rpm dan

kepadatan sel diamati setelah 72 jam inkubasi dari supernatan kultur. Data hasil pengamatan pada penelitian ini dianalisis dengan Analisis Ragam pada taraf nyata 5 % dan dilanjutkan dengan Uji Beda Nyata Terkecil (BNT) pada taraf 5 % (Steel dan Torrie, 1980).

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengamatan variabel respon yang terdiri dari populasi Azospirillum, nitrogen total dan auksin (IAA) yang dihasilkan dari inokulan cair dilakukan setelah inkubasi selama 72 jam di atas mesin pengocok. Kombinasi konsentrasi inokulan Azospirillum dan konsentrasi tryptophan berpengaruh nyata pada taraf 5 % terhadap nitrogen total dan produksi auksin, tetapi tidak berpengaruh nyata terhadap kepadatan sel Azospirillum. Menurut Ona et al. (2005) bahwa tryptophan adalah prekursor sintesis IAA oleh

Azospirillum brasiliensis, yang pada penelitian ini juga berperan meningkatkan produksi

IAA. Hal senada disampaikan oleh Spaepen et al. (2007), bahwa jalur terbaik dalam produksi auksin oleh Azospirillum adalah melalui intermediet indole-3-acetamide (IAM) dan indole-3-piruvat (IPyA).

Terjadinya pengaruh yang nyata dari peningkatan konsentrasi inokulan awal terhadap nitrogen total dan produksi IAA (auksin) akibat adanya metabolisme bakteri dalam mendorong proses fiksasi nitrogen dan produksi hormon tumbuh. Konsentrasi

(5)

inokulan awal yang lebih pekat memberikan peluang lebih banyak Azospirillum yang dapat berkembang biak dan aktif dalam memfiksasi N dan produksi hormon. Biosintesis IAA oleh Azospirillum menurut Reis et al. (2011) dipengaruhi oleh sumber energi (karbon), kondisi lingkungan biotik maupun abiotik dan kepadatan populasi. Faktor lain yang berpengaruh terhadap proses sintesis IAA oleh Azospirillum adalah kondisi oksigen pada media bakteri. Hasil penelitian Ona, et.al. (2005) memperlihatkan bahwa kondisi aerobik (ketersedian oksigen banyak) memberikan produksi IAA yang lebih rendah dibandingkan pada kondisi mikroaerob. Sehingga Azospirillum yang pada kultur cair mempunya potensi yang besar untuk menghasilkan auksin. Selain itu, fenomena ini menunjukkan bahwa isolat Azospirillum yang dijadikan sebagai bahan baku pembuatan pupuk hayati cair merupakan isolat yang unggul dalam menambat N dan produksi IAA (auksin).

Tabel 1. Pengaruh Pengaruh Kombinasi Konsentrasi Inokulan Awal Azospirillum dan Konsentrasi Tryptophan terhadap Rata-Rata Kepadatan Sel Azospirillum, Nitrogen Total dan IAA (Auksin)

Perlakuan Kepadatan Sel Azospirillum (x 109 cfu ml-1) Nitrogen Total (%) IAA (auksin) (mg kg-1) Konsentrasi Inokulan 5%; tanpa

tryptophan 7,1 a 2,3 ab 105,6 abc

Konsentrasi Inokulan 5%; 50 g

ml-1 tryptophan 9,6 a 1,8 b 105,3 abc

ml-1 tryptophan 6,5 a 2,6 a 88,6 c

Konsentrasi Inokulan 10%; tanpa

tryptophan 7,0 a 2,6 a 98,1 bc

ml-1 tryptophan 7,2 a 2,6 a 129,4 a

Konsentrasi Inokulan 10%; 100

g ml-1 tryptophan 11,5 a 2,6 a 121,2 ab

Konsentrasi inokulan 15%; tanpa

tryptophan 6,6 a 2,6 a 130,4 a Konsentrasi Inokulan 15%; 50 g ml-1 tryptophan 7,4 a 2,4 a 127,1 a Konsentrasi Inokulan 15%; 100 g ml-1 tryptophan 7,4 a 2,4 a 131,1 a BNT0.05 4,5 0,5 26,4

Keterangan : angka yang diikuti dengan huruf kecil yang sama dalam kolom menunjukkan tidak berbeda nyata berdasarkan uji BNTpada taraf nyata 5%.

Pengukuran nitrogen total dilakukan dengan cara mengukur supernatan setelah sentrifugasi 13000 rpm dari inokulan cair yang ditumbuhkan di atas mesin pengocok

(6)

selama 72 jam. Perlakuan konsentrasi inokulan 10 % dengan pemberian tryptophan 50 g ml-1 menghasilkan nitrogen total tertinggi (2,63 %), sedangkan pada perlakuan konsentrasi inokulan 5% dengan pemberian tryptophan 50 g ml-1 menghasilkan nitrogen total terendah (1,8 %). Produksi auksin tertinggi terdapat pada perlakuan kombinasi konsentrasi inokulan 15 % dengan pemberian tryptophan 100 g ml-1 (131,1 mg kg-1), sedangkan terendah terdapat pada perlakuan kombinasi konsentrasi inokulan 5% dengan pemberian tryptophan 100 g ml-1 (88,6 mg kg-1).

Kepadatan sel Azospirillum tertinggi terdapat pada perlakuan konsentrasi inokulan 10% dengan pemberian tryptophan 100 g ml-1 (11,5 x 109 cfu ml-1), sedangkan kepadatan sel terendah terdapat pada perlakuan konsentrasi inokulan 5% dengan pemberian tryptophan 100 g ml-1 (6,5 x 109 cfu ml-1). Kepadatan sel

Azospirillum pada pupuk hayati cair ini telah sesuai dengan baku mutu Kementerian

Pertanian nomor 70/Permentan/SR.140/10/2011 yaitu diatas 107 cfu ml-1. Kepadatan sel tersebut sudah diatas standar optimal untuk inokulan Azospirillum dalam meningkatkan luas permukaan akar yang menurut Fallik et al. (1988) minimal sebesar 107 cfu per tanaman.

Berdasarkan hasil pengamatan dan uji BNT kombinasi konsentrasi inokulan 10 % dengan pemberian tryptophan 50 g ml-1 merupakan kombinasi yang terbaik dalam produksi pupuk hayati cair Azospirilum. Kombinasi perlakuan ini menghasilkan N total dan IAA (auksin) berturut-turut sebesar 2,6 %, 129,4 mg kg-1 dan kepadatan sel

Azospirillum sebanyak 7,2 x 109 cfu ml-1.

SIMPULAN

Kombinasi konsentrasi awal inokulan 10 % pada media Okon dengan tryptophan 50 g ml-1 menghasilkan pupuk hayati cair Azospirilum terbaik dalam memproduksi N total dan IAA. Teknologi pembuatan inokulan cair Azospirilum dengan konsentrasi 10 % dengan 50 g tryptophan merupakan kombinasi yang terbaik dalam memproduksi pupuk hayati cair Azospirrilum.

UCAPAN TERIMAKASIH

Terima kasih disampaikan kepada staf laboratorium Biologi dan Bioteknologi Faperta UNPAD atas bantuan analisis.

DAFTAR PUSTAKA

Balandreau J. 2002. The spermosphere model to select for plant growth promoting rhizobacteria. I.R.Kennedy dan A.T.M.A.Choudhury (Editor). Biofertilisers in

(7)

Action, Penerbit Rural Industries Research and Development Corporation, Canberra. pp. 55–63

Chen CM. 1987. Characterization of Cytokinins and Related Compounds by HPLC dalam Linskens. H.F. and J.F. Jackson (ed.). High Performance Liquid Chromatography in Plant Sciences. Springer-Verlag. Berlin.

Fallik E., Okon Y. and Fischer M. 1988. Growth response of maize roots to Azospirillum inoculation : Effect of soil organic matter content, number of rhizosphere bacteria and time of inoculation. Soil Biol. Biochem. 20: 45-49.

Fallik E, Okon Y, Epstein E, Goldman A and Fischer M. 1989. Identification and quantificationof IAA and IBA in Azospirillum brasilense inoculated maize roots. Soil Biol. Biochem. 21(1) : 147-133.

Lestari P, Susilowati DN dan Riyanti EI. 2007. Pengaruh Hormon Asam indol asetat yang Dihasilkan Azospirillum sp. terhadap Perkembangan Akar Padi Jurnal AgroBiogen. 3 (2) : 66 – 72.

Lee WK., Lee JY, Kang KY and Cho M J. 1988. Synthetic Pathway of Indole acetic acid in Azospirillum lipoferum. Korean Biochem. J. 21 (4): 519-524.

Mirza, M.S., G. Rasul, S. Mehnaz, J.K. Ladha, R.B.So, S. Ali, and K.A.Malik. 2000. Beneficial effects of inoculated nitrogen-fixing bacteria on rice. In The Quest for Nitrogen Fixation in Rice, J.K. Ladha dan P.M. Reddy (Editor), Penerbit International Rice Research Institute, Los Ban˜os, , pp. 191–204

Murty, M.G. and J.K Ladha. 1988. Influence of Azospirillum inoculation on the mineral uptake and growth of rice under hydroponic conditions. Plant Soil, 108 : 281–285. Ona, O., J.V. Impe, E. Prinsen and J. Vanderleyden. 2005. Growth and indole-3acetic

acid biosynthesis of Azospirillum brasilense Sp245 is environmentally controlled. FEMS Microbiology Letters 246 : 125 – 132.

Reis, V. M., K.R. d. S. Teixeira, and R. O. Pedraza. 2011. What Is Expected from the Genus Azospirillum as a Plant Growth-Promoting Bacteria? In Bacteria in Agrobiology: Plant Growth Responses. D.K. Maheshwari (ed.). Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

Saxena, M.C. 1993. The challenge of developing biotic and a biotic stress resistance in cool-season food legumes. Pp: 3- 14. In: Singh, K.B., Saxena, M.C. (Eds). Breeding for stress tolerance in cool-season food legumes. John Wiley and Sons, Chichester, Uk.

Schinner F,. Ohlinger R, E. Kandeler and R. Margesin. 1995. Methods in Soil Biology. Springer-Verlag. Berlin

(8)

Spaepen S, Dobbelaere S, Croonenborghs A and J. Vanderleyden. 2008. Effects of

Azospirillum brasilense indole-3-acetic acid production on inoculated wheat

plants. Plant and Soil. 312 (1-2):15-23.

Subba-Rao, N.S. 1982. Biofertilizers in Agriculture. Oxford and IBH Publishing Co. New Delhi. Bombay. Calcutta

Sulaeman, Suparto dan Eviati. 2005. Petunjuk Teknis Analisis Kimia Tanah. Tanaman. Air dan Pupuk. Laboratorium Tanah Balai Penelitian Tanah. Bogor

Vesey JK. 2003. Plant growth promoting rhizobacteria as biofertilizers. Plant and Soil 255: 571–586.