1
Screening of ACC Deaminase-Producing Bacteria to Ameliorate Salt-Stress in Paddy Field
EDI HUSENDAN SELLY SALMA1
Naskah Diterima 29 Februari 2012; Hasil Evaluasi 22 Juli 2012; Hasil Perbaikan 25 Oktober 2012 ABSTRAK
Gangguan pertumbuhan dan penurunan produksi padi yang disebabkan oleh salinitas telah banyak dilaporkan. Saat ini, beberapa bakteri penghasil enzim
1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) deaminase telah digunakan untuk mengurangi
pengaruh salinitas dengan mencegah meningkatnya produksi hormon etilen pada tanaman selama masa pertumbuhan vegetatif dan menurunkan penyerapan Na+ oleh tanaman. Penelitian ini
bertujuan menapis dan menyeleksi isolat bakteri penghasil ACC deaminase yang berasal dari tanah salin, rizosfer dan tanaman padi dan menguji potensinya sebagai pupuk hayati ataupun amelioran. Pengambilan contoh tanah dan tanaman dilakukan pada tanah sawah salin di daerah pesisir pantai Cantigi, Kabupaten Indramayu, Jawa Barat. Penapisan isolat putatif penghasil ACC deaminase dilakukan secara in vitro menggunakan media garam minimal Dworkin-Foster yang diperkaya dengan amonium sulfat. Penapisan secara in planta untuk menyeleksi isolat yang mampu mengurangi pengaruh salinitas pada bibit padi dilakukan di ruang penumbuh (growth chamber) menggunakan kantong tumbuh mengandung media dengan berbagai tingkat daya hantar listrik (DHL). Isolat yang terpilih selanjutnya diuji untuk aktivitas enzim ACC deaminase dan berbagai karakter menguntungkan lainnya, termasuk kompatibilitas isolat dengan bakteri yang sudah dikenal dan sifat patogenisitasnya pada tanaman. Dari hasil pengujian diperoleh sebanyak 292 isolat putatif yang berasal dari contoh tanah dan akar tanaman. Sebanyak 26 dari 292 isolat tersebut mampu menekan gangguan salinitas pada bibit padi yang ditanam pada media dengan tingkat DHL 3 dS m-1. Dari 26 isolat tersebut, sebanyak 8 di antaranya
mampu mengendalikan cekaman salinitas pada bibit padi pada media dengan tingkat DHL 6 dS m-1. Selain memiliki aktivitas
ACC deaminase, isolat bakteri ini juga mampu hidup pada media bebas-N dan media dengan P terikat yang mengindikasikan bahwa isolat ini mampu mengikat N2 udara dan melarutkan P
yang terikat. Penelitian lebih dalam terhadap isolat ini masih diperlukan untuk menguji kemampuan ameliorasi cekaman salinitas dan meningkatkan produksi tanaman pada kondisi lapangan.
Kata kunci : ACC deaminase, Padi, Salinitas, Pupuk hayati, Amelioran
ABSTRACT
Growth arrest and yield reduction of rice due to salinity have been reported for many years. Currently, some bacteria producing 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) deaminase have been used to ameliorate salinity effects by preventing ethylene production in plant during vegetative growth and reducing Na+ uptake by the plant. This study aimed to screen
and select ACC deaminase-producing bacteria isolated from saline
soil, rhizosphere and plant root and examine their potential use as a biofertilizer or an ameliorant. Soil and plant sampling were collected from saline paddy field located in coastal plain of Cantigi, Indramayu District, West Java. Screening for putative isolates producing ACC deaminase from the samples was conducted in vitro using minimal salt medium of Dworkin-Foster enriched with ammonium sulfate. Screening in planta to select the isolates that have ability to ameliorate salinity effects in rice seedlings was conducted in growth chamber using growth pouches containing media with different levels of electrical conductivity (EC) values. The selected isolates were further assessed for ACC deaminase activity and other various beneficial traits including their compatibility with other known beneficial bacteria and their non pathogenic characteristic on plant. About 292 isolates of putative isolates were obtained from soil and plant root samples. Twenty six out of 292 isolates significantly prevented growth arrest of rice seedlings in media containing 3 dS m-1 of sterile water. Of 26 isolates, 8 of them significantly
ameliorated salinity stress of rice seedlings grown in media containing 6 dS m-1 of sterile water. Besides having ACC
deaminase activity, these selected isolates were also able to grow in N-free and fixed-phosphate media indicating that they may have the ability to fix dinitrogen and solubilize fixed-phosphates. Further works under field soil conditions are still required to assess their potential use to ameliorate salinity stress and increase yield.
Keywords : ACC deaminase, Rice, Salinity, Biofertilizer, Ameliorant
PENDAHULUAN
Penurunan produksi padi sawah akibat cekaman salinitas ini sudah banyak dilaporkan. Petunjuk praktis yang dirilis oleh Majalah “Science” di Amerika memaparkan bahwa untuk tiap peningkatan 1 unit nilai electrical conductivity (EC) di atas 3,0 deci-Siemens per meter (dS m−1) akan
menurunkan produksi padi sebesar 12%. Hasil studi Scardaci et al. (1999) menyimpulkan bahwa nilai EC air irigasi <0,7 dS m−1 tidak menimbulkan masalah
salinitas pada tanaman padi, nilai EC 0,7-1,7 dS m-1
tanaman mulai memperlihatkan masalah salinitas
ISSN 1410 – 7244
ringan sampai sedang, dan nilai EC >2,0 dS m−1
penurunan produksi terjadi secara signifikan. Menurut Asch dan Wopereis (2001) tiap peningkatan satu unit nilai EC air genangan dengan EC >2 dS m−1 akan menurunkan hasil padi sampai
1 t ha−1.
Di Indonesia, upaya pengendalian cekaman salinitas pada padi sawah dengan memanfaatkan bakteri pengendali cekaman lingkungan ekstrim seperti salinitas tinggi, khususnya bakteri penghasil enzim 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) deaminase (E.C.4.1.99.4), belum pernah dilaporkan. Dari hasil penelitian di negara-negara seperti Canada, USA, India, dan Korea pada tanaman hortikultura, gandum, dan kacang-kacangan, penggunaan bakteri ACC deaminase mampu
meningkatkan kebugaran tanaman dan
meningkatkan daya tahan tanaman terhadap cekaman lingkungan ekstrim dan serangan patogen (Glick et al., 2007). Pemanfaatan bakteri ACC deaminase ini di Indonesia memiliki prospek yang menjanjikan untuk mengurangi kehilangan produksi padi pada sawah-sawah berkadar garam tinggi seperti di daerah pesisir pantai di Pulau Jawa. Hasil penelitian penggunaan bakteri ACC deaminase asal Indonesia pada tanaman kedelai terbukti mampu meningkatkan pertumbuhan bibit kedelai dan memiliki prospek untuk dikembangkan pada lahan pertanian dengan tingkat cekaman lingkungan ekstrim (Husen et al., 2008; 2009; 2011).
Tanaman tercekam salinitas akan memproduk-si hormon etilen karena akumulamemproduk-si senyawa ACC (precursor hormon etilen) (Glick et al., 1998 and 2007). Sebagai hormon senessen, etilen memicu pematangan buah, sehingga peningkatan konsentrasi etilen pada masa awal pertumbuhan vegetatif justru menghambat perkecambahan dan perkembangan perakaran (Glick, 1995; Mayak et al., 1997; Shah
et al., 1997). Bakteri penghasil enzim ACC
deaminase mampu menghidrolisis ACC yang dikeluarkan akar, sehingga membatasi biosintesis hormon etilen, khususnya pada masa vegetatif (Jacobson et al., 1994; Glick, 1995). Berbagai penelitian menunjukkan bahwa bakteri penghasil ACC deaminase efektif membantu tanaman mengendalikan berbagai cekaman lingkungan seperti logam berat tinggi (Belimov et al., 2001), genangan (Grichko and Glick, 2001), kahat hara (Belimov et
al., 2002), kekeringan (Mayak et al., 2004),
senyawa polutan (Reed and Glick, 2005), salinitas tinggi (Saravanakumar and Samiyappan, 2007), dan beberapa diantaranya juga terbukti mampu meningkatan daya tahan tanaman terhadap patogen (Wang et al., 2000; Dey et al., 2004). Pengurangan cekaman salinitas pada tanaman oleh bakteri ACC deaminase menurut Mayak et al. (2004) juga terkait dengan meningkatnya penyerapan P dan K yang menjadi bagian dari aktivitas proses ameliorasi cekaman kadar garam pada tanaman. Selain menurunkan konsentrasi etilen pada tanaman, bakteri ACC deaminase juga berperan dalam meningkatkan rasio serapan K+/Na+ melalui
mekanisme pengikatan Na+ di sekitar rhizosfer
tanaman (Zahir et al., 2009; Nadeem et al., 2009; Jalili et al., 2009).
Bakteri penghasil enzim ACC deaminase yang berasal dari tanah-tanah pertanian Indonesia perlu dieksplorasi untuk digunakan sebagai pupuk hayati yang dapat mengendalikan cekaman lingkungan. Tantangannya terletak pada kemampuan untuk mendapatkan isolat bakteri ACC deaminase yang unggul melalui serangkaian penelitian terarah, mulai dari proses skrining sampai tahap pengujiannya pada tanaman. Penelitian ini bertujuan mendapatkan isolat-isolat bakteri penghasil ACC deaminase yang mampu mengendalikan cekaman salinitas pada padi sawah di daerah berkadar garam tinggi (salin) dan mempelajari sifat-sifat bakteri yang dapat mendukung keberhasilan penggunaannya.
3 BAHAN DAN METODE
Sumber bakteri
Bakteri diisolasi dari contoh tanah dan tanaman yang berasal dari lahan sawah salin di daerah Kecamatan Cantigi, Kabupaten Indramayu, Jawa Barat. Lokasi pengambilan contoh mengacu pada peta salinitas seperti disajikan pada Gambar 1. Pengambilan contoh tanah dan tanaman mengacu pada prosedur pengambilan contoh tanah untuk analisis mikroba (Balai Penelitian Tanah, 2004). Pengambilan contoh di tiap titik pengambilan terdiri atas 1 contoh tanah dan 1 contoh tanah rhizosfir (tanah yang melekat pada akar) dan akar tanaman. Contoh tanah diambil pada kedalaman 0-20 cm di
empat kuadran tegakan tanaman padi yang selanjutnya digabung (komposit). Contoh tanah rhizosfir disatukan dengan contoh akar yang selanjutnya dipisahkan di laboratorium.
Lokasi pengambilan contoh pertama terletak pada 06°20'40.5" lintang selatan (LS) dan 108°14'19.9" bujur timur (BT), yaitu lahan sawah setelah panen padi. Pada lokasi ini, pengambilan contoh mencakup contoh tanah, rhizosfer dan akar tanaman padi (kondisi ratun) dan rumput kipas. Lokasi kedua terletak pada 06°19'14.2" LS, 108°13'49.8" BT yaitu di lahan sekitar tambak udang. Lokasi ketiga terletak pada 06°20'02.9" LS dan 108°13'27.6" BT, yaitu pada lahan yang ditanami padi. Pada lokasi ketiga ini, kondisi pertumbuhan tanaman padi terlihat kurus dan kerdil,
Sumber : Balai Penelitian Tanah (2010)
Gambar 1. Peta salinitas di Kabupaten Indramayu, Jawa Barat yang digunakan sebagai dasar dalam penentuan lokasi pengambilan contoh tanah, rhizosfir, dan tanaman
Figure 1. Salinity map of area in Indramayu District of West Java as a basis to locate sampling areas for soil, rhizosfere, and plants
dan pada lokasi ini diambil contoh tanah, contoh rhizosfer dan akar tanaman padi.
Skrining in vitro isolat penghasil ACC deaminase Skrining in vitro dan uji aktivitas ACC deaminase mengacu pada prosedur Glick (1995). Skrining dilakukan dengan menumbuhkan bakteri dari contoh tanah dan tanaman pada media selektif garam minimal Dworkin-Foster (DF) (Dworkin and Foster, 1958) yang diperkaya dengan amonium sulfat. Komposisi media DF adalah 4 g KH2PO4; 6 g
Na2HPO4; 0,2 g MgSO4.7H2O; 1 mg FeSO4.7H2O;
10 µg H3BO3; 10 µg MnSO4; 70 µg ZnSO4; 50 µg
CuSO4; 10 µg MoO3; 2 g glukosa; 2 g asam
glukonik, 2 g asam sitrat; 12 g agar (untuk media padat) yang dilarutkan dalam 1000 mL akuades. Bakteri yang mampu tumbuh pada media selektif ini (media dengan unsur hara terbatas), yaitu sebanyak 292 isolat, selanjutnya dimurnikan sebagai isolat penghasil ACC deaminase.
Uji pendahuluan ketahanan tanaman padi terhadap salinitas
Pengujian pendahuluan dilakukan untuk mengetahui respon tanaman padi yang diekspos pada media dengan berbagai tingkat salinitas sampai pada nilai DHL 12 dS m-1. Hasil pengujian
pendahuluan ini digunakan sebagai dasar dalam penetapan nilai DHL yang tepat dalam skrining in
planta bakteri putatif penghasil ACC deaminase di
ruang penumbuh. Pengujian menggunanakan media steril kantong tumbuh (growth pouch) yang ditempatkan pada rak-rak di ruang penumbuh (growth chamber). Kantong tumbuh terbuat dari plastik tebal tahan panas berukuran 18 cm (lebar) x 19 cm (panjang). Di dalam kantong diberi kertas saring yang bagian atasnya dilipat untuk dudukan benih padi. Kantong tumbuh disterilisasi dengan autoklaf selama tiga hari berturut-turut @ 1 jam per hari.
Benih padi yang sudah dikecambahkan ditanam pada kantong tumbuh yang diberi air
akuades yang ditambahkan NaCl untuk mendapatkan nilai DHL 0, 1, 3, 6, 9, dan 12 dS m-1. Benih padi
ditumbuhkan pada kantong tumbuh selama 10 hari. Pengamatan meliputi tinggi tajuk dan pangjang akar, masing-masing dengan lima ulangan.
Skrining in planta kemampuan ameliorasi cekaman salinitas
Skrining kemampuan ameliorasi cekaman salinitas dilakukan dalam dua tahap, yaitu: (i) tahap pendahuluan, menggunakan 292 isolat dan tingkat DHL 3 dS m-1 (terdiri atas 14 set percobaan); dan (ii)
tahap lanjutan, menggunakan isolat terbaik dari hasil skrining tahap pendahuluan dan tingkat DHL 6 dS m-1
(terdiri atas dua set percobaan). Tiap set percobaan terdiri atas perlakuan benih padi dengan 13 isolat dan perlakuan isolat tanpa inokulasi yang dirancang berdasarkan Rancangan Acak Lengkap (RAL). Tiap perlakuan diulang lima kali dan tiap ulangan terdiri atas tiga tanaman. Skrining in planta ini menggunakan media steril kantong tumbuh yang ditempatkan pada rak-rak kantong tumbuh di ruang penumbuh. Data yang disajikan dalam makalah ini adalah hasil skrining tahap lanjutan.
Benih padi disterilisasi dengan alkohol 70% dan selanjutnya dengan larutan natrium hipokhlorida (NaOCl 0,21M). Benih steril diinokulasi dengan masing-masing suspensi sel isolat. Suspensi sel disiapkan dalam media cair kaya M26 untuk produksi sel. Media cair M26 mengandung 10 g ekstrak beef; 10 g pepton; dan 5 g NaCl yang dilarutkan dalam 1000 mL akuades. Suspensi sel diatur pada absorbansi 0,55 dengan panjang gelombang 600 nm yang setara dengan 109 sel per
mL (Cattelan et al., 1999).
Inokulasi benih padi dilakukan dengan merendam biji dengan suspensi sel isolat selama 1 jam. Perlakuan kontrol adalah benih padi yang hanya direndam pada larutan 100 mM MgSO4 tanpa sel.
Benih yang sudah diinokulasi dan tanpa inokulasi dikecambahkan pada kertas saring lembab steril pada cawan Petri. Kecambah ditumbuhkan pada tiap
5 kantong tumbuh steril yang diberi 20 mL larutan
garam steril dengan tingkat salinitas 3 dan 6 dS m-1.
Kecambah pada kantong tumbuh diletakkan tegak lurus pada rak dan ditumbuhkan selama 10 hari di ruang tumbuh dengan suhu 24oC dengan intensitas
cahaya harian sebesar 1.300 lux selama 12 jam dan masa gelap harian selama 12 jam.
Parameter yang diukur meliputi tinggi tajuk, panjang akar, dan bobot basah tanaman. Perbedaan hasil antar perlakuan dianalisis dengan analisis sidik ragam (ANOVA) yang dilanjutkan dengan uji beda
nyata bertingkat DMRT antar perlakuan
menggunakan perangkat lunak SAS system for Windows v6.12. Isolat terbaik dari hasil pengamatan dan pengukuran panjang akar dan bobot tanaman dipilih untuk pengujian aktivitas ACC deaminase dan karakter fungsional lainnya.
Pengukuran aktivitas ACC deaminase dan karakter fungsional isolat
Pengukuran aktivitas ACC deaminase
dilakukan terhadap isolat terpilih dari hasil skrining in
planta tahap lanjutan. Pengukuran dilakukan dengan
menumbuhkan isolat pada media garam minimal DF yang diperkaya dengan ACC sebagai satu-satunya sumber nitrogen. Bahan ACC disterilisasi dengan filter membran 0,2 µm.
Biakan isolat ditumbuhkan pertama kali di dalam media kaya M3 selama 24 jam. Pelet sel dipanen dengan cara sentrifusi seperti diuraikan di atas. Pelet sel dibilas dengan 100 mM MgSO4 steril
dan selanjutnya diinokulasikan ke media cair dan padat DF + ACC. Isolat yang mampu tumbuh pada media DF + ACC mengindikasikan bahwa isolat memiliki aktivitas enzim ACC deaminase karena mampu menggunakan ACC sebagai satu-satunya sumber N.
Pengujian karakter fungsional selain aktivitas ACC deaminase mencakup: (a) uji kemampuan melarut fosfat yang terikat pada media Pikovskaya dan menambat N2 pada media tanpa-N (N-free
medium), (b) uji kompatibilitas isolat (sifat non
antagonis) dengan bakteri lain, dan (c) uji sifat patogenisitas. Uji melarutkan fosfat dan menambat N2 dilakukan secara kualitatif pada media
cawan-gores dan penghitungan populasi dengan teknik pengenceran bertingkat. Pengujian kompatibilitas isolat (sifat non antagonis) dengan bakteri lain dilakukan terhadap bakteri koleksi Laboratorium Biologi dan Kesehatan Tanah, Balai Penelitian Tanah, yaitu bakteri Pseudomonas, Azotobacter, dan
Bacillus. Pengujian ini dilakukan dengan teknik
ko-inokulasi yaitu dengan menumbuhkan isolat bersama-sama dengan masing-masing bakteri koleksi pada cawan agar. Pengujian sifat patogene-sitas isolat diuji dengan tanaman tembakau (uji hipersensistif), yaitu dengan menyuntikkan suspensi isolat pada daun tembakau dan mengamati tingkat kerusakan (lesi) pada daun dibandingkan dengan perlakuan kontrol positif (patogen). Isolat penghasil ACC deaminase yang unggul diindikasikan oleh kemampuannya menambat nitrogen atau melarutkan fosfat, tidak antagonis, dan tidak bersifat patogen.
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil skrining in vitro isolat
penghasil ACC deaminase
Hasil isolasi dengan menggunakan media selektif DF gram minimal + amonium sulfat diperoleh 292 isolat putatif penghasil ACC deaminase yang berasal dari rhizosfer maupun akar tanaman padi dan rumputan liar (Lampiran 1). Isolat ini mampu tumbuh pada media garam minimal yang diperkaya dengan amonium sulfat yang menjadi indikasi kemampuan bakteri ini menggunakan amonium sulfat, yaitu kemampuan konstitutif isolat dalam menghasilkan ACC deaminase seperti dinyatakan Jacobson et al. (1994).
Pertumbuhan padi pada berbagai tingkat salinitas Hasil pengujian pendahuluan pengaruh salinitas terhadap tanaman padi di ruang penumbuh disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1. Respon bibit padi yang ditumbuhkan pada berbagai tingkat kadar garam (diukur dengan satuan daya hantar listrik) di media kantong tumbuh (growth pouch) di ruang penumbuh
Table 1. Growth response of rice seedlings in growth pouch with various levels of salt concentration under growth room conditions No. DHL Tinggi tajuk % terhadap kontrol Panjang akar % terhadap kontrol dS m-1 cm cm 1. 0 (kontrol) 9,99 100,0 13,03 100,0 2. 1 8,07 80,8 14,83 113,8 3. 3 3,45 34,6 6,31 48,4 4. 6 2,95 29,5 3,04 23,3 5. 9 2,85 28,5 1,55 11,9 6. 12 --- Tanaman mati ---
Penurunan tingkat pertumbuhan bibit padi mulai terlihat pada tingkat daya hantar listrik (DHL) 3 dS m-1. Pada nilai DHL 12 dS m-1 bibit tanaman
padi tidak mampu tumbuh (mati). Dengan demikian, nilai DHL 3 dS m-1 digunakan sebagai acuan dalam
skrining isolat penghasil ACC deaminase dan mengurangi cekaman salinitas.
Ameliorasi cekaman salinitas pada media steril Hasil skrining in planta terhadap 292 isolat putatif penghasil ACC deaminase diperoleh 26 isolat terbaik yang mampu mengurangi dampak salinitas 3 dS m-1. Pengurangan dampak salinitas ini didasarkan
atas tinggi tajuk, panjang akar, dan bobot tanaman inokulasi yang nyata berbeda dengan tanaman tanpa inokulasi, namun tidak berbeda dengan perlakuan kontrol (salinitas 0 dS m-1) (data tidak ditampilkan).
Uji in planta lanjutan terhadap 26 isolat terpilih dengan tingkat DHL 6 dS m-1 memperlihatkan
bahwa sebanyak 8 dari 26 isolat mampu mengendalikan cekaman salinitas yang ditunjukkan oleh tinggi tajuk, panjang akar, dan bobot tanaman yang nyata berbeda dengan perlakuan kontrol (tanpa
inokulasi) dan tidak berbeda dengan perlakuan kontrol 0 dS m-1 (Tabel 2 dan Gambar 2).
Kedelapan isolat terbaik penghasil ACC deaminase yang diperoleh sebagian besar berasal dari rhizosfer dan akar tanaman padi dan rumput kipas, yaitu isolat RRp 27.3, RRp 27.6, RRp 27.29, Rp 21.15, RRp 39.7, RRp 39.15, RRp 19.18, dan RRp 42.4. Isolat terplilih ini potensial digunakan sebagai pupuk hayati ataupun ameliorant pada tanaman padi untuk meningkatkan daya tahan tanaman terhadap cekaman salinitas.
Aktivitas ACC deaminase dan karakter fungsional lainnya
Hasil pengujian aktivitas ACC deaminase dan karakter fungsional lainnya disajikan pada Tabel 3. Kedelapan isolat terpilih mampu menggunakan substrat ACC yang ditambahkan ke dalam media DF sebagai satu-satunya sumber nitrogen. Data pada Tabel 3 juga memperlihatkan bahwa sebagian isolat mampu hidup pada media P-terikat (media Pikovs-kaya) dan media tanpa-N. Hasil ini memperlihatkan bahwa isolat tersebut juga mampu melarutkan P dan menambat N2 udara. Kedelapan isolat ini tidak bersifat patogen dan dapat hidup bersama dengan Pseudomonas, Bacillus, dan Azotobacter, sehingga isolat ini dapat diformulasi bersama-sama dengan bakteri lain. Beberapa sifat tambahan ini memberi keuntungan dalam pemanfaatannya sebagai pupuk hayati maupun sebagai amelioran.
Secara keseluruhan, hasil yang diperoleh memperlihatkan bahwa isolat-isolat yang potensial sebagai pengendali cekaman salinitas pada tanaman padi dapat diisolasi pada daerah-daerah berkadar garam tinggi. Secara alami eksudat akar spesifik yang dikeluarkan tanaman berperan sebagai penarik mikroba tertentu (Kennedy, 1998) untuk membantu tanaman mengurangi cekaman salinitas. Secara umum, tanaman yang mengalami cekaman seperti
tingginya kadar garam akan merangsang
7 Tabel 2. Kemampuan isolat terpilih penghasil ACC deaminse dalam ameliorasi cekaman salinitas pada tingkat
DHL 6 dS m-1 di ruang penumbuh
Table 2. The ability of selected ACC deaminase-producing isolates in ameliorating salt stress of paddy field at an electrical conductivity (EC) of 6 dS-1 under growth chamber conditions
No. Perlakuan Tinggi tajuk Panjang akar Bobot total Bentuk akar
... cm ... ... g ... Percobaan-1 1. Kontrol (0 dS m-1) 9,58 ab 16,99 ab 0,051 d lurus 2. Kontrol (6 dS m-1) 6,73 cd 12,53 cd 0,052 d lurus 3. RRp 27.3 (6 dS m-1) 9,01 abc 18,73 a 0,065 c lurus 4. RRp 27.2 (6 dS m-1) 7,88 bcd 16,97 ab 0,069 c bercabang 5. RRp 27.6 (6 dS m-1) 7,42 bcd 16,87 ab 0,065 c Lurus 6. RRp 27.21 (6 dS m-1) 7,96 bcd 13,63 bc 0,072 bc lurus 7. RRp 27.29 (6 dS m-1) 8,95 abc 16,63 ab 0,085 ab lurus 8. RRp 15.2 (6 dS m-1) 8,04 bcd 13,98 bc 0,070 c lurus 9. RRp 15.3 (6 dS m-1) 8,27 bcd 16,43 abc 0,077 bc lurus 10. RRp 15.11 (6 dS m-1) 6,53 d 17,45 ab 0,072 bc bengkok 11. Rp 21.12 (6 dS m-1) 7,06 cd 13,77 bc 0,071 c bengkok 12. Rp 21.15 (6 dS m-1) 7,37 bcd 19,35 a 0,068 c lurus 13. RRp 21.7 (6 dS m-1) 8,01 bcd 16,51 abc 0,075 bc lurus 14. RRp 21.8 (6 dS m-1) 6,21 d 9,51 d 0,066 c bercabang 15. RRp 39.7 (6 dS m-1) 10,77 a 19,70 a 0,090 a lurus CV (%) 19,64 17,58 13,28 Percobaan-2
1. Kontrol (0 dS m-1) 8,17 abc 11,09 bcd 0,079 abc lurus
2. Kontrol (6 dS m-1) 5,27 de 10,33 cd 0,075 bc lurus
3. RRp 39.13(6 dS m-1) 6,19 cde 14,33 abcd 0,070 cd lurus
4. RRp 39.15 (6 dS m-1) 9,34 ab 16,38 ab 0,097 a lurus
5. RRp 19.6 (6 dS m-1) 7,31 bcd 16,02 ab 0,077 abc bercabang
6. RRp 19.18 (6 dS m-1) 9,59 ab 18,06 a 0,091 ab lurus
7. Rp 37.4 (6 dS m-1) 6,77 cde 15,69 abc 0,068 cde lurus 8. Rp 37.8 (6 dS m-1) 8,49 abc 14,25 abcd 0,083 abc bercabang 9. Rp 37.11 (6 dS m-1) 7,76 abc 15,21 abc 0,068 cde bercabang
10. RRp 42.4 (6 dS m-1) 10,02 a 18,08 a 0,079 abc lurus
11. RRp 42.7 (6 dS m-1) 6,76 cde 16,55 ab 0,068 cde lurus 12. RRp 42.12 (6 dS m-1) 4,78 e 11,57 bcd 0,053 de bercabang 13. RRp 42.13 (6 dS m-1) 8,49 abc 16,09 ab 0,079 abc bercabang
14. RRp 42.15 (6 dS m-1) 4,48 e 9,18 d 0,049 e lurus
15. Rp 42.1 (6 dS m-1) 6,53 cde 15,27 abc 0,062 cde bercabang
CV (%) 22,77 26,38 19,26
Keterangan: Untuk tiap set percobaan, huruf yang sama di belakang angka pada lajur yang sama tidak berbeda nyata pada taraf 5% uji berganda Duncan (DMRT)
selanjutnya etilen (Abeles et al., 1992; Kende, 1993). Sebagai hormon senesen, etilen berperan penting dalam mempercepat proses pembungaan dan pematangan buah. Namun, peningkatan konsentrasi etilen pada awal masa pertumbuhan vegetatif justru menghambat perkembangan akar (Glick, 1995; Mayak et al., 1997; Shah et al., 1997). Adanya bakteri penghasil ACC deaminase di lingkungan rizosfer, ACC yang terbentuk dan dikeluarkan akar akan didegradasi oleh bakteri. Degradasi ACC secara terus menerus oleh bakteri penghasil ACC deaminase akan menurunkan sintesis hormon etilen dalam jaringan akar, sehingga mengurangi hambatan perkembangan akar dan pertumbuhan tanaman.
Delapan isolat penghasil ACC deaminase yang diperoleh memiliki potensi untuk digunakan sebagai pengendali cekaman salinitas pada tanaman padi. Namun demikian, studi mendalam terhadap isolat ini masih sangat perlu dilakukan dalam kondisi alami di rumah kaca dan lapangan untuk menjamin keberhasilan penggunaannya pada lingkungan tanah alami, termasuk uji konsistensi, formulasi, dan teknik aplikasi yang tepat.
Gambar 2. Pengaruh inokulasi dengan isolat ACC deaminase terhadap bibit padi pada daya hantar listrik 6 dS m-1 di media kantong
tumbuh steril di ruang penumbuh
Figure 2. Effects of inoculation with ACC deaminase-producing bacteria on rice seedlings at an electrical conductivity (EC) of 6 dS m-1 of media in sterile growth pouch under growth room conditions
K6 K0 1 2 3 4 5 6 7
Tabel 3. Aktivitas ACC deaminase, melarutkan P-terikat, menambat N2, sifat antagonis (antibakteri) dan
patogenisitas isolat
Table 3. ACC deaminase activity, P solubilization, N2 fixation, antagonism and pathogenity of the isolates
No. Isolat DF+ACC Cfu ml
-1 pada media Reaksi antagonis terhadap Patogenisitas
Tanpa-N P-terikat Ps Az Ba 1. RRp 27.3 + - 2,5,E+06 - - - - 2. RRp 27.6 + 8,0,E+06 4,5,E+07 - - - - 3. RRp 27.29 + 2,2,E+07 3,0,E+07 - - - - 4. Rp 21.15 + 4,0,E+06 3,0,E+08 - - - - 5. RRp 39.7 + 2,1,E+08 3,0,E+08 - - - - 6. RRp 39.15 + 1,7,E+07 - - - - - 7. RRp 19.18 + - - - - 8. RRp 42.4 + 1,3,E+06 - - - - -
Keterangan : + = positif (ada); - = negatif (tidak ada); Cfu = Colony forming unit (satuan koloni). Ps = Pseudomonas; Az = Azotobacter; Ba = Bacillus
9 KESIMPULAN DAN SARAN
1. Bakteri penghasil ACC deaminase untuk pengendali cekaman salinitas dapat diperoleh dari rhizosfer dan perakaran tanaman di tanah-tanah berkadar garam tinggi. Sebanyak 292 isolat putatif bakteri penghasil ACC deaminase berhasil diisolasi dari contoh rhizosfer dan akar tanaman padi dan rumput liar yang tumbuh pada tanah-tanah pertanian bersalinitas tinggi di daerah pesisir pantai di Kecamatan Cantigi, Kabupaten Indramayu, Jawa Barat.
2. Delapan isolat terbaik, yaitu RRp 27.3, RRp 27.6, RRp 27.29, Rp 21.15, RRp 39.7, RRp 39.15, RRp 19.18, dan RRp 42.4 mampu mengendalikan cekaman salinitas pada tanaman padi sampai tingkat DHL 6 dS m-1. Sifatnya
yang tidak patogen, kompatibel dengan bakteri lain (tidak antibakteri), dan beberapa memiliki kemampuan melarut P dan menambat N men-jadikan isolat ini berpotensi untuk dikembangkan sebagai pupuk hayati maupun amelioran untuk meningkatkan pertumbuhan dan produksi padi di daerah-daerah tercekam salinitas.
3. Studi mendalam yang terkait dengan karakter fungsional pendukung keberhasilan penggunaan-nya isolat ini, termasuk uji konsistensi, formulasi dan teknik aplikasi masih diperlukan.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian ini dibiayai dari Program Insentif Riset Terapan Balai Besar Litbang Sumberdaya Lahan Pertanian, Kerjasama antara Kementerian Pertanian dan Kementerian Ristek, tahun 2011.
DAFTAR PUSTAKA
Abeles, F.B., P.W. Morgan, and M.E. Saltveit. 1992. Ethylene in Plant Biology, 2nd edition. San
Diego: Academic Press.
Asch, F. and M.C.S. Wopereis. 2001. Responses of field-grown irrigated rice cultivars to varying levels of floodwater salinity in a semi-arid environment. Field Crops Research 70:127-137.
Balai Penelitian Tanah. 2004. Prosedur Pengambilan Contoh Tanah untuk Analisis Mikroba. Leaflet. Balai Penelitian Tanah. Badan Litbang Pertanian.
Balai Penelitian Tanah 2010. Peta Salinitas di Kabupaten Indramayu, Jawa Barat. Balai Penelitian. Bogor.
Belimov, A.A., F.I. Safranova, T.A. Sergeyeva, T.N. Egorova, V.A. Matveyeva, V.E. Tsyganov, A.Y. Borisov, I.A. Tikhonovich, C. Kluge, A. Preisfeld, K.J. Dietz, and V.V. Stepanok. 2001. Characterization of plant growth promoting rhizobacteria isolated from polluted soils and containing 1-aminocyclo-propane-1-carboxylate deaminase. Can J Microbiol 47:642-652.
Belimov, A.A., V.I. Safronova, and T. Mimura. 2002. Response of spring rape (Brassica
napus var. oleifera L.) to inoculation with
plant growth promoting rhizobacteria containing 1-aminocyclopropane-1-carboxy-late deaminase depends on nutrient status of the plant. Can J Microbiol 48:189-199. Cattelan, A.J., P.G. Hartel, and J.J. Fuhrmann.
1999. Screening for plant growth-promoting rhizobacteria to promote early soybean growth. Soil Sci. Soc. Am. J. 63:1670-1680.
Dey, R., K.K. Pal, D.M. Bhatt, and S.M. Chauhan, 2004. Growth promotion and yield enhancement of peanut (Arachis hypogaea L.) by application of plant growth-promoting rhizobacteria. Microbiological Research. 159: 371-394.
Dworkin, M. and J. Foster. 1958. Experiments with some microorganisms which utilize ethane and hydrogen. J. Bacteriol 75: 592-601.
Glick, B.R. 1995. The enhancement of plant growth by free-living bacteria. Can. J. Microbiol. 4: 109-117.
Glick, B.R., D.M. Penrose, and J. Li. 1998. A model for the lowering of plant ethylene concentrations by plant growth promoting bacteria. J. Theor. Biol. 190:63-68.
Glick, B.R., B. Todorovic, J. Czarny, Z. Cheng, and J. Duan. 2007. Promotion of plant growth by bacterial ACC deaminase. Crit. Rev. Plant Sci. 26:227-242
Grichko, V.P. and B.R. Glick. 2001. Amelioration of flooding stress by ACC deaminase-containing plant growth promoting bacteria. Plant Physiol Biochem 39:11-17.
Husen, E., A.T. Wahyudi, A. Suwanto, and R. Saraswati. 2009. Soybean seedling root growth promotion by 1-aminocyclopropane-1-carboxylate deaminase-producing pseudo-monads. Indonesian J. Agric. Sci. 10:19-25. Husen, E., A.T. Wahyudi, A. Suwanto, and R. Saraswati. 2008. Prospective use of ACC deaminase-producing bacteria for plant growth promotion and defense against biotic and abiotic stresses in peat-soil-agriculture. Microbiol. Indones. 2:107-111.
Husen, E., A.T. Wahyudi, A. Suwanto, and Giyanto. 2011. Soybean response to 1-aminocyclo-propane-1-carboxylate deaminase-producing
Pseudomonas under field soil conditions.
Amer. J. Agric. Biol. Sci. 6:273-278.
Jalili, F., K. Khavazi, E. Pazira, A. Nejati, H.A. Rahmani, H.R. Sadaghiani, and M. Miransari. 2009. Isolation and characterization of ACC deaminase-producing fluorescent pseudomo-nads, to alleviate salinity stress on canola (Brassica napus L.) growth. Journal of Plant Physiology 166: 667-674.
Jacobson, C.B., J.J. Pasternak, and B.R. Glick. 1994. Partial purification and characterization of ACC deaminase from the plant growth promoting rhizobacterium Pseudomonas putida GR12-2. Can. J. Microbiol.
40:1019-1022.
Kende, H. 1993. Ethylene biosynthesis. Annual Review of Plant Physio Plant Mol Biol 44: 283-307.
Kennedy, A.C. 1998. The rhizosphere and spermosphere. Pp. 389-407. In Silvia et al. (Eds.). Principles and Application of Soil Microbiology. Prentice Hall. New Jersey. Mayak, S., T. Tirosh, and B.R. Glick. 1997. The
influence of plant growth promoting rhizobacterium Pseudomonas putida GR12-2. Pp. 313-315 In A. Ogoshi et al. (Eds.) Plant Growth-Promoting Rhizobacteria, Present Status and Future Prospects. Proceedings of the Fourth International Workshop on PGPR. Japan-OECD Joint Workshop. Sapporo, Japan. October 5-10, 1997.
Mayak, S., T. Tirosh, and B.R. Glick. 2004. Plant growth-promoting bacteria that confer resistance to water stress in tomato and pepper. Plant Sci 166:525-530.
Nadeem, S.M., Z.A. Zahir, M. Naveed, and M. Arshad. 2009. Rhizobacteria containing ACC-deaminase confer salt tolerance in maize grown on salt-affected fields. Can. J. Microbiol. 55:1302–1309.
Nagatsu, T. and K. Yagi. 1966. A simple assay of monoamine oxidase and D-amino acid
oxidase by measuring ammonia. J.
Biochemistry 60(2):219-221.
Reed, M.I.E. and B.R. Glick. 2005. Growth of canola (Brassica napus) in the presence of plant growth-promoting rhizobacteria and either copper or polycyclic aromatic hydrocarbons. Can J Microbiol 51:1061-1069.
11 Saravanakumar, D. and R. Samiyappan. 2007. ACC
deaminase from Pseudomonas fluorescens mediated saline resistance in groundnut (Arachis hypogea) plants. Journal of Appl. Microbiol. 102:1283-1292.
Scardaci, S.C., A.U. Eke, J.E. Hill, M.C. Shannon, and J.D. Rhoades. 1999. Water and Soil Salinity Studies on California Rice. Rice Publication No. 2, U.C. Cooperative Exten-sion, Sunrise Boulevard, Suite E, Colusa, California.
Shah, S., J. Li, B.A. Moffatt, and B.R. Glick. 1997. ACC deaminase genes from plant growth promoting rhizobacteria. Pp. 320-324 In A. Ogoshi, K. Kobayashi, Y. Homma, F. Kodama, N. Kondo, and S. Akino (Eds.) Plant Growth-Promoting Rhizobacteria: Present Status and Future Prospects. Paris: Organization for Economic Cooperation and Development.
Wang, C., E. Knill, B.R. Glick, and G. Défago. 2000. Effect of transferring 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) deaminase gene into
Pseudomonas fluorescens Strain CHA0 and
its gacA derivative CHA96 on their growth-promoting and disease-suppressive capaci-ties. Can. J. Microbiol. 46:898-907.
Zahir, Z.A., U. Ghani, M. Naveed, S.M. Nadeem, and H.N. Asghar. 2009. Comparative evectiveness of Pseudomonas and Serratia sp. containing ACC-deaminase for improving growth and yield of wheat (Triticum
aestivum L.) under salt-stressed conditions.
Lampiran 1. Isolat bakteri putatif penghasil ACC deaminase dari hasil skiring in vitro menggunakan media garam minimal diperkaya amonium sulfat
Appendix 1. Putative ACC deaminase-producing bacterial isolates based on in vitro screening using minimal salt medium enriched with ammonium sulfate No. Kode isolat Sumber isolat Jumlah isolat
1. Rp 11 Rhizosfer padi 8 2. RRp 11 Akar padi 17 3. Rp 13 Rhizosfer padi 17 4. RRp 13 Akar padi 26 5. Rp 15 Rhizosfer padi 1 6. RRp 15 Akar padi 13 7. Rp 17 Rhizosfer padi 16 8. RRp 17 Akar padi 16 9. Rp 19 Rhizosfer padi 3 10. RRp 19 Akar padi 24
11. Rp 21 Rhizosfer rumput kipas 16
12. RRp 21 Akar rumput kipas 16
13. Rp 27 Rhizosfer rumput kipas 7
14. RRp 27 Akar rumput kipas 22
15. Rp 31 Rhizosfer rumput kipas 16
16. RRp 31 Akar rumput kipas 7
17. Rp 37 Rhizosfer rumput kipas 12
18. RRp 37 Akar rumput kipas 5
19. Rp 39 Rhizosfer rumput kipas 2
20. RRp 39 Akar rumput kipas 8
21. Rp 40 Rhizosfer padi 6
22. RRp 40 Akar padi 4
23. Rp 42 Rhizosfer padi 14
24. RRp 42 Akar padi 16
