EPIDEMIOLOGI KUANTITATIF (S2):
Faculty of Agriculture,
Universitas Brawijaya
Email : @ub.ac.id
1. PENDAHULUAN 2. TUJUAN PEMBELAJARAN 3. KEGIATAN BELAJAR 4. REFERENSI 5. PROPAGASI 6. PENDALAMAN1. PENDAHULUAN
Salah satu pendekatan pengendalian penyakit dengan menggunakan konsep epidemiologi adalah menggunakan jenis varietas tanaman yang resisten terhadap patogen tersebut, baik bersifat ketahanan vertikal yang berarti tahan terhadap ras patogen tertentu atau horizontal yang berarti tahan terhadap semua ras dari patogen tersebut.
Percobaan untuk mendapat ketahanan demikian umumnya dilakukan dalam skala rumah kaca sebelum dilepas ke lapangan setelah melalui pengujian multi lokasi tentunya.
Dalam modul ini mahasiswa diajak untuk memahami permasalahan ketahan tersebut pada pengujian galur dan varietas kedelai terhadap penyakit rebah semai yang disebabkan oleh jamur Sclerotium rolfsii. Dari hampir 100 galur dan beberapa varietas yang diujikan ternyata menunjukan reaksi ketahanan yang berbeda-beda baik dalam kretarium sangat peka, peka, tahan, dan amat tahan. Dengan adanya hasil pengujian ini maka terjadi selektifitas tanaman kedelai untuk nantinya ditindak lanjuti dalam pengujian-pengujian lebih lanjut untuk sampai kepada varietas yang siap dijadikan bibit oleh petani atau pengguna lainnya.
1.
Contoh Percobaan Rumah Kaca epidemi
11
MODUL
SEL
F-P
RO
PAG
ATI
N
G
EN
TR
EP
RE
N
EU
RIA
L E
DU
CATI
O
N
D
EV
EL
O
PM
EN
T
(SP
EED
)
2013
Brawijaya University
2
. TUJUAN PEMBELAJARAN
1. Mengenalkan kepada mahasiswa berbagai jenis penelitian epidemiologi yang dapat dilakukan di rumah kaca dengan berbagai teknik percobaan dan peralatan yang dibangun secara mandiri.
2. Melakukan identifikasi ketahanan tanaman atas dasar morfologi dan anatomis sercara fisiologis tanaman.
3. KEGIATAN BELAJAR
1) Identifikasi ras pada pembibitan
Suatu ide tentang kemungkinan dan pembatasan identifikasi ras diberikan melalui beberapa percobaan dengan menggunakan pengurangan perbedaan tertentu.
Membaca tipe reaksi dilakukan bila gejala berkembang penuh. Membaca dilakukan sekali atau dua kali dengan interval tiga harian. Pembacaan diambil dari daun pertama, 10 sampai 16 hari setelah diinokulasi dengan menggunakan metode tipologi (Kode A).
Aspek lain dari percobaan ini adalah perkecambahan gejala penyakit menurut waktu tertentu yang sesuai dengan kultivar, ras dan perlakuan. Perkembangan gejala, persentase luasan daun yang tertutup klorosis atau bercak bersporulasi, tipe infeksi, jumlah pustul, dan jumlah spora yang dihasilkan dapat dideterminasi dari tiap daun atau perlakuan, rata-rata per pot atau sampel dan di plot terhadap waktu. Dalam hal ini aspek epidemiologi dari interkasi ras kultivar adalah mudah diperagakan.
Devinisi:
1. Periode inkubasi. Adalah waktu (hari) yang dihitung dari saat inokulasi sampai nampak gejala pertama secara kasat mata (makrokospis).
2. Periode laten. Adalah waktu (hari) yang dihitung dari saat inokulasi sampai muncul pustul yang membuka pertama.
3. Periode sporulasi. Adalah waktu (hari) yang dihitung dari saat muncul pustul yang membuka pertama sampai akhir sporulasi.
Laju perkembangan gejala:
Perkembangan gejala dapat dicatat per perlakuan atau pertanaman dari hari ke hari. Karakteristiknya adalah:
Tipe reaksi Jumlah pustul
3 14
2013
Brawijaya University
Persentase dari luasan daun yang tertutup pustul Persentase nekrotik dari luasan daun.
Bacaan harian per tanaman dapat dirata-ratakan ke nilai harian per perlakuan. Kemudian dapat diplot pada kertas khusus (mercurius 526, laporan bulanan). Dalam hubungannya dengan perbedaan tipe laju perkembangan gejala dapat digambarkan mengikuti ras atau kultivar yang digunakan.
Contoh: penyakit yellow rust ras 27/53 selalu mempunyai laju perkembangan gejala tinggi. Perkembangan gejala pada kultivar rentan-sedang adalah selalu lebih lambat dibandingkan kultivar dengan kerentanan tinggi.
Sistem klasifikasi:
Contoh 1: 2 kultivar, 2 patogen, 2 kelas
Patogen
Inang
C1
C2
P1
+
-P2
-
+
Fisiologi spesialis (f.sp) dari patogen:
Contoh 2:n kultivar, mpatogen, 2 kelas
Patogen
Inang
Jenis
C0
C1
C2
Cn
P1
+
+
-
-
R1
P2
+
-
+
-R2
P3
+
-
+
-Pn
+
-
+
+
R3
Identifikasi ras pada set diferensial dari nkultivar C0 adalah kerentanan universal:
Contoh 3: 2 kultivar, 2 patogen, 6 kelas (i/0/1/2/3/4)
Patogen
Inang
C1
C2
P1
4
0
P2
1
3
Ket.: i = tidak terinfeksi; 0 = bercak; 1 = bercak dan sedikit spora; 2 = intermidiate; 3 = intermidiate; 4 = sporulasi berlimpah.
Contoh 4: 2 kultivar, 2 patogen, beberapa kelas (0 -100)
Patogen
Inang
C1
C2
P1
50
1
P2
1
67
2013
Brawijaya University
Bahan:
Kultivar dari jagung; ras-ras dari yellow rust pada jagung (Puccinia striiformis), barley yellow rust, dan wheat brown rust (P. recondita).
2) Derajat serangan dari patogen. Derajat serangan patogen dapat diduga dengan cara membedakannya memakai dua cara, yakni: 1. Metode tipologi dan 2. Metode kuantitatif.
Metode tipologi (digunakan dalam percobaan 5). Metode ini menggunakan sistem deskripsi dan kode yang umumnya digunakan secara internasional untuk penyakit karat (rust) pada serealia, dan cara ini dapat dikembangkan agar pekerjaan lebih teliti. Kode A sering kali digunakan di dalam penelitian rumah kaca untuk pembibitan. Kode B banyak digunakan di lapangan. Banyak variasi dalam penggunaannya, misalnya Kode A kadangkala juga digunakan untuk skala lapangan, yang tentunya deskripsinya perlu disesuaikan berdasarkan kegunaannya. Persentase daun yang tertutup dengan pustul atau gejala yang lain adalah tidak relevan untuk menggunakan metode tipologi ini.
Deskripsi
Kode A
Kode B
Tidak ada gejala
i
VR (sangat tahan)
Tidak klorisis dan atau nekrosis, tidak ada
pustul
0
Klorosis dan atau nekrosis, terdapat pustul
kecil dan sedikit jumlahnya
1
R (tahan)
Klorosis, sedikit atau tidak ada nekrosis,
sedikit pustul berukuran sedang
2
MR (ketahanan sedang)
Klorosis banyak, besar dan pustul sporanya
melimpah
3
MS (kepekaan sedang)
Tidak klorosis, banyak yang besar dan
melimpah oleh spora dari pustul
4
S (peka)
Metode kuantitatif (digunakan dalam percobaan 6).
Dalam metode ini ada dua kemungkian untuk digunakan, yakni:
1. Penilaian persentase permukaan daun yang tertutup dengan spora yang aktif dari pustul. 2. Penilaian persentase permukaan daun yang terserang dengan karat daun.
Kemungkinan dalam penilaian dapat dengan pertolongan planimeter, tetapi hal ini nampaknya kurang praktis. Secara umum ini disebut sebagai metode komperatif yang digunakan. Pada kejadian ini infeksi yang nyata pada daun dibandingkan dengan sejumlah gambar yang memuat contoh dari persentase serangan (PA). Ketelitian metode ini adalah memuaskan untuk aplikasi yang praktis. Banyak pengamat terlatih dapat mengestimasi persentase dari serangan. Suatu pilihan harus selalu dibuat antara sejumlah kelas.
5 14
2013
Brawijaya University
Contoh: t = 0,1 % (bagan) 1% 5% 10% 20% dst. 90% 95% 99% 100%Metode model ini juga sangat memuaskan hasilnya. Metode dapat dilakukan secara destruktif dan non destruktif.
Bagian jaringan daun yang terinfeksi (x):
Untuk epidemiologi kalkulasi dari bagian jaringan daun yang terinfeksi (x) digunakan sebagai pengganti persentase yang terserang (PA):
x= PA/100
Index luasan penyakit (DAI): Index luasan penyakit adalah perbandingan antara permukaan daun-daun yang nampak terserang oleh penyakit dan permukaan tanah dalam m2.
DAI = PA X LAI/100 =x. LAI
Bahan:
1. Uji ras 1, 2, dan 3 dapat dilakukan dengan tangan dalam ruangan cuaca (growth chamber). 2. Penaksiran diambil 4 hari dengan interval dua hari dari daun pertama, dimulainya inokulasi
setelah 10 hari, menggunakan metode tipologi (Model 4).
3. Mencatat tentang waktu inkubasi dan periode laten. Catatan diambil pada hari ketiga setelah terjadi bintil pertanaman dan pustul pertama muncul, dan pada hari yang lain observasi pustul yang membuka pertama kalinya.
4. Perkembangan gejala, waktu inkubasi dan periode laten dapat diplot terhadap waktu pada kertas grafik hitam atau kertas bulanan.
2013
Brawijaya University
Lembaran kerja pengamatan. 1. Yellow rust pada gandum
Jenis
Kultivar
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
Suhu 150C
2. Yellow rust pada barley
Jenis
Kultivar
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
Suhu 150C
3. Pengaruh suhu pada reaksi karat
Beberapa interaksi kultivar – ras tergantung pada suhu dari lingkungannya, sebagai contoh disini adalah:
Brown rust pada gandum Ras:
---Suhu
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
Catatan: beberapa kultivar akan lebih tahan, yang lainnya lebih peka terhadap penambahan suhu. Hari inokulasi :
Hari penafsiran : 1 e 2 e 3 e
Lembaran kerja pengamatan.
Observasi dari : ____________________ Pengamat : ____________________
7 14
2013
Brawijaya University
No.
percobaan
Kultivar
Jenis
oT
Periode
inkubasi
(hari)
Periode
laten
(hari)
1
2
3
3) Menghitung kecepatan laju infeksi epidemi penyakit
Untuk menghitung kecepatan laju infeksi dari suatu penyakit tumbuhan maka epidemiologi teoritis membuat cara perhitungan yang bersifat abstrak, yang telah dikembangkan oleh Van der Plank (1963) dan telah banyak diadopsi oleh para ahli epidemiologi. Dalam epidemiologi laju infeksi diberi simbol r, yang perhitungannya didasarkan atas banyaknya bagian tanaman yang sakit (fraksi), dengan simbol x, dan waktu yang diperlukan yakni pengamatan (dalam hari): t1 ke t2, yang rumusnya
didasarkan atas pola perkembangan patogen tertentu.
Simbol-simbol
Populasi inang yang diduga berdasarkan konstanta berikut: I = periode inkubasi (hari)
Ln = logaritma alami
p = periode laten (hari)
r = laju infeksi penyakit (unit waktu) x= fraksi tanaman sakit (0 ≤1) xt= nilai xpada waktu t
Rumus untuk penyakit yang berkembang (tumbuh) secara linier:
dxt/dt= r (1.1)
atau xt=xo(1 +r.t) (1.2)
2013
Brawijaya University
r disini disebut juga sebagai laju infeksi linier.
Rumus untuk penyakit yang berkembang (tumbuh) secara logaritmik.
dxt/dt= r.xt (2.1)
atau xt= xo.ert (2.2)
danr = 1/t2-t1, lnx2/x1 (2.3)
r disini disebut juga sebagai laju infeksi logaritmik, diberi simbol sebagai rl.
Rumus untuk penyakit yang berkembang secara logistik.
Dalam pustaka ditunjukkan sejumlah persamaan yang berbeda yang dikenal sebagai logistic growth, yang kecepatan lajunya disebut sebagai apparent infection rate (r), rumusnya sebagai berikut:
dxt/dt= r.xt. (1 – xt) (3.1)
lnxt/(1 – xt)= r.t = logit(xt) (3.2)
r =1/t2-t1.(ln x2/1-x2– ln x1/1-x1) (3.3)
Nilai lnx/ (1-x) juga disebut sebagai logit (x), yang nilainya dapat dicari dalam tabel logit.
Hubungan antara logit (xt) dan waktu tmerupakan garis lurus, yakni “garis logit”.
Nilai r dalam hal ini adalah sebanding dengan tangens sudut miring garis logit.
Periode latenp:
Periode laten diukur sebagai koreksi terhadap laju infeksi dan dimasukan dalam rumus sebagai berikut:
dxt/dt= r.xt-p. (1-xt) (4.1)
atau xt= 1-(1-xo) exp [
0t
p.r.x(t-p).dt] (4.2)
r disini juga disebut sebagai basic infection rate, yang ditandai dengan simbol R. Suatu perubahan terjadi dengan adanya i; yakni periode infeksi yang dimulai pada waktut-p-i, dan berakhir pada waktu t-p. Hanya bagian yang terinfeksi dari populasi waktu tmembantu pertumbuhan:
dxt/dt= p(xt-p - xt-i-p) (1 –xt) (5.1)
r disini disebut sebagaicorrected basic infection rate, yang diberi simbol Rc.
Koreksi untuk pertumbuhan populasi inang adalah hubungan pertumbuhan patogen selama pertumbuhan logaritmik adalah:
9 14
2013
Brawijaya University
1/x . dx/dt = d/dt ln x (6.1)
Jika populasi inang y juga tumbuh logaritmik, maka hubungan kecepatan pertumbuhan ini akan menjadi:
1/y . dy/dt = d/dt ln y (6.2)
Sedangkan laju pertumbuhan logaritmik patogen pada inang yang tumbuh logaritmik akan menjadi:
d/dt ln x + d/dt ln y (6.3)
dan menjadir = 1/t2-t1. ln x2/x1. y2/y1 (6.4)
Disini r juga disebut sebagai laju infeksi logistik terkoreksi (corrected logaritmic infection rate), biasanya ditulis dengan simbol p.
Apparent infection rate, r dari suatu perkecambahan patogen secara logistik pada inang yang tumbuh logaritmik ditulis sebagai p adalah:
p = 1/t2-t1 . lnx2(1-x2)/x1(1-x1) . y2/y1
Pelaksanaan:
Percobaan dilakukan di lapangan dengan mengamati penyakit tertentu (misal karat daun), yang berjalan selama 5 minggu, yang tingkat infeksinya dilakukan pengamatan setiap minggu (7 harian), dengan menilai xdari 10 daun yang sama.
Pada akhir perkecambahan penuh daun pada tiap batang diberi label dan nomor. Sepuluh (10) batang diberi nomor dengan angka romawi (I hingga X). Daun diberi nomor dari bagian atas ke bawah jadi label itu dengan mengambil nomor 0 pada daun bendera yang baru muncul sampai sejumlah daun terakhir dapat ditandai.
Dari setiap daun data berikut dapat dicatat: h = luasan yang sehat dalam persen
s = luasan daun yang kena penyakit dalam persen d = luasan daun yang mati dalam persen
LA = jumlah total luasan daun dalam cm2
X = lihat percobaan sebelumnya tentang metode kuantitatif
Juga hitung atau estimasi jumlah batang per m2 di lapangan dan catat pertumbuhan
2013
Brawijaya University
a. Lengkapi lembar kerja W1 dan W2 setiap minggu. Estimasikan tanaman sakit (s), sehat (h), mati (d) dan total luasan daun (LA) dari semua daun pada 10 tangkai, dan kalkulasikan LAI, dan nilai stadia pertumbuhannya. Luasan penyakit (s) berarti tanaman sakit oleh patogen yang terjadi karena diinokulasi secara buatan. Dalam hal serangan oleh patogen lain, bagian yang sakit dihitung sebagai bagian yang mati, untuk luasan ini daun tidak diambil sebagai bagian epidemi dari penyakit yang dipelajari.
b. Isi lembar W3 dan kalkulasi rs+d; rs; ps+d; dan ps (3.3 dan 6.5).
c. Buat grafik dari bagian area daun yang sakit (xs dan xs+d) diplot terhadap waktu dalam diagram logit linier.
d. Buat kesimpulan. Lembar kerja Pengamat :_____________________ Tanaman/kultivar :_____________________ Nomor lapangan :_____________________ Patogen :_____________________ Nomor minggu :_____________________
Nomor
pohon
Luasan total per pohon
d
h
s
LA
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
Jumlah total
Bagian LA
total
4) Tumbuhan perangkap dengan menggunakan terowongan angin
Dalam percobaan dengan menggunakan tumbuhan sebagai penangkap spora terdapat banyak segi positifnya, meskipun ada juga kelemahannya. Keuntungannya adalah bahwa kita dapat melakukan inokulasi secara alamiah dan menginkubasikan setelah inokulasi secara langsung sampai dengan
11 14
2013
Brawijaya University
mengenai pelepas spora serta pembentukannya dalam suatu pertumbuhan tanaman. Namun demikian efisiensinya seringkali rendah (pada kecepatan angin 0,6 -9,5 m/detik, efisiensinya 5% atau kurang), dan juga bentuk dan ukuran tumbuhan merupakan faktor penentu. Daun kecil pada umumnya mempunyai daya penangkapan yang lebih banyak daripada bagian yang besar. Percobaan berikut merupakan suatu percobaan kombinasi tumbuhan perangkap dan terowongan angin, yang akan meneliti sampai jarak seberapa jauh penyakit dapat menyebar, dan efisiensinya akan dibandingkan dengan gelas sediaan yang telah ditempatkan sebagai standar.
Bahan:
1 pot kecil dengan tanaman gandum hitam yang terkena penyakit “Erysiphe graminis”. 20 pot kecil dengan bibit gandum hitam yang sehat. Teropong angin, kipas angin, 10 batang penangkap, vaselin anemometer kecil (= alat pengukur kekuatan angin).
Percobaan:
Pekerjaan dilaksanakan dengan Erysiphe graminis yang telah menyerang bibit gandum hitam. Keseluruhan percobaan dilakukan didalam sebuah terowongan angin sepanjang 8 meter dengan penampang sebesar 0,25m². Di satu sisi terowongan angin sepanjang tersebut dapat di hembuskan udara melalui kipas angin yang berkapasitas cukup (Gambar 1). Pada jarak 2 meter dari kipas anginnya ditempatkan pot kecil yang ada bibit gandum hitam yang terserang oleh Erysiphe graminis tadi. Dengan interval jarak sejauh 1,25m dari tempat tersebut ditempatkan secara berturut-turut deretan 4 pot kecil yang berisi bibit gandum sehat tadi (lihat Gambar 1). Selain itu di tengah-tengah tiap deretan 4 pot kecil tersebut (tetapi kira-kira 10 cm dimukanya) dipasang sebuah batang kecil yang berdiri vertikal, yang telah disemir dengan vaseline.
Gambar 1. Ilustrasi denah percobaan dengan terowongan angin.
Menghitung dan menilai
Menghitung: perhitungan sporanya pada batang-batang dilakukan secara mutlak. Yang diadakan penghitungan hanyalah pada sisi yang berhadapan dengan kipas angin saja dan hanya sepanjang satu bidang pandang saja (mikroskop binokuler 25 X) kira-kira fokus pada batang tersebut.
2013
Brawijaya University
Menilai:
Semua daun dinilai. Penilaiannya dilakukan melalui penghitungan semua bercak disetiap potnya. Banyaknya kumpulan spora secara langsung dibagi dengan banyaknya bibit setiap potnya.
Pelaksanaan:
Hari 1:
a. pot-pot kecil ditempatkan didalam terowongan angin dan juga batang-batangnya bervaselin (titik-titik berwarna mengarah ke kipas angin).
b. kipas angin dihidupkan selama 15 menit.
c. kecepatan angin diukur dengan anemometer yang ditempatkan ditempat batang tanaman (I, II, III, IV, V).
d. batang-batang tanaman dikeluarkan dan sporanya dihitung. Hari 11:
a. batang-batng bervaselin yang baru ditempatkan kembali diterowongan b. kipas angin dihidupkan selama 15 emnit.
c. kecepatan angin diukur dengan anemometer. d. batang-batang tanaman dikeluarkan dan dihitung. e. pot-pot kecil berisi pustul dinilai.
Hari 16:
a. pot-pot kecil berisi tanaman dinilai.
Pengolahan data:
1. Masukan semua data kedalam lembar kerja. 2. Bandingkanlah di atas grafik angka-angka berikut:
a. Kecepatan angin dalam meter/detik dihadapkan dengan jaraknya.
b. Banyaknya spora yang tertangkap oleh batang tanaman dihadapkan dengan jaraknya c. Jumlah rata-rata kumpulan spora per bibit dihadapkan dengan jaraknya
5) Penyebaran spora dalam bidang melingkar
Penyebaran secara horizontal suatu penyakit di dalam tumbuhan dapat dipelajari paling tepat dengan menggunakan sebuah bidang percobaan yang berbentuk lingkaran, dimana sumbernya yang ditulari secara buatan ditempatkan di tengah-tengahnya. Penyebaran oleh angin juga akan ditemukan dengan menyakinkan pada bidang-bidang percobaan macam ini.
13 14
2013
Brawijaya University
Pelaksanaan:
Dalam percobaan ini yang digunakan sebagai patogen uji boleh dipilih berbagai jenis penyebab penyakit (misal Alternaria pori) pada bawang-bawangan. Bidang percobaan untuk tanaman bawang dibentuk menurut denah pada Gambar 2. Kemudian tanaman dipusatnya diinokulasi patogen tersebut secara buatan (disebut foci). Melintasi bidang tersebut terdapat 8 jalur berupaka bintang yang mengarah kesemua mata angin yang padanya ditempatkan etika bernomor. Pengamatan dilakukan setiap minggu sekali selama 5 minggu terhadap daun bawang yang tertulari penyakit pada batang tanaman sampel yang telah diberi nomor tersebut.
Gambar 2. Denah percobaan penyebaran melingkar
4. REFERENSI
Zadoks, J.C. dan H.D. Frinking. 1975. Epidemiologie. LHW., Wageningen.
Zadoks, J.C. dan R.D. Schein. 1979. Epidemiology and plant disease management. Oxford Univ. Press, New York.
427 h.
5. PROPAGASI
Secara berkelompok mahasiswa melakukan percobaan dari persiapan peralatan dan bahan serta design kemudian melakukan pengamatan terhadap objek penelitiannya dan hasilnya didiskusikan untuk mendapatkan kesimpulan kelas. Dosen pengampu akan mengikuti diskusi dan memberikan arahan terhadap proses yang berjalan.
2013
Brawijaya University
6. PENDALAMAN
1. Apakah manfaat percobaan dengan penangkapan spora model Gambar 1 dan apakah bedanya dengan Gambar 2, jelaskan secara teori epidemiologi.
2. Apakah yang anda ketahui dengan istilah “foki” dari suatu penyakit dalam pertanaman dan bagaimana cara anda melakukan percobaan untuk mengetahui peranan foki tersebut dalam penyebaran penyakit di lapangan.
