Makalah Lengkap Mikrobiologi Pertanian

 

I.      PENDAHULUAN

 

1.1       Latar Belakang

Mikrobiologi pertanian adalah ilmu yang mempelajari tentang peranan mikroba dalam bidang pertanian. Mikrobiologi Pertanian merupakan penggunaan mikrobiologi untuk tujuan memecahkan masalah-masalah praktis di bidang pertanian. Rhizobium  adalah basil yang gram negatif yang merupakan penghuni biasa didalam tanah. Rhizobium adalah bakteri yang bersifat aerob, bentuk batang, koloninya berwarna putih berbentuk sirkular, merupakan penambat nitrogen yang hidup di dalam tanah dan berasosiasi simbiotik dengan sel akar legume leguminoceae atau disebut juga facebeae merupakan tanaman berbunga yang dikenal sebagai keluarga kacang kacangan. Mikoroza adalah fungi akar yang memiliki fungsi yaitu dapat memperpanjang jangkauan akar dan dapat memasuki tanah dengan ukuran pori yang sangat kecil.

Penemuan fiksasi nitrogen yang konsisten dalam ekstrak yang bebas sel dari Clostridium pasteurianum oleh Carnahan dan kawan-kawan di laboratorium Du Pont di Amerika Serikat pada tahun 1960, merupakan tonggak sejarah dalam bidang fiksasi nitrogen secara biologi. Perluasan pengetahuan yang cepat dalam genetika bakteri telah memberikan pengaruh besar dalam studi mengenai bakteri penambat N. Genetika mikroorganisme penambat nitrogen dipelajari oleh Postgate dan kawan-kawan di Inggris dan gen yang bertanggungjawab untuk fiksasi nitrogen sudah berhasil dipindahkan dari bakteri penambat nitrogen ke bakteri yang bukan penambat nitrogen.

Morfologi Rhizobium dikenal sebagai bakteroid.  Rhizobium menginfeksi akar leguminoceae melalui ujung-ujung bulu akar yang tidak berselulose, karena bakteri Rhizobium tidak dapat menghidrolisis selulose. Rhizobium yang tumbuh dalam bintil akar leguminoceae mengambil nitrogen langsung dari udara dengan aktifitas bersama sel tanaman dan bakteri, nitrogen itu disusun menjadi senyawaan nitrogen seperti asam-asam amino dan polipeptida yang ditemukan dalam tumbuh-tumbuhan, bakteri dan tanak disekitarnya. Baik bakteri maupun legum tidak dapat menambat nitrogen secara mandiri, bila Rhizobium tidak ada dan nitrogen tidak terdapat dalam tanah legum tersebut akan mati. Bakteri Rhizobium hidup dengan menginfeksi akar tanaman legum dan berasosiasi dengan tanaman tersebut, dengan menambat nitrogen.

Klasifikasi rhizobium Kingdom : Monera, Kelas : Psilopsida, Ordo : Psilotales, Family : Psilotaceae, Genus : Rhizobium, Species : Rhizobium leguminosarum.

1.2       Tujuan

            Untuk mengetahui manfaat Rhizobium leguminosarum sebagai mikrobiologi dalam pertanian.

1.3              Manfaat

Mengetahui manfaat Rhizobium leguminosarum sebagai mikrobiologi dalam pertanian.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II.               TINJAUAN PUSTAKA

 

2.1       Pengertian Rhizobium sp.

 

            Rhizobium berasal dari dua kata yaitu Rhizo yang artinya akar dan bios yang berarti hidup. Rhizobium adalah bakteri yang bersifat aerob, bentuk batang, koloninya berwarna putih berbentuk sirkulasi, merupakan penghambat nitrogen yang hidup di dalam tanah dan berasosiasi simbiotik dengan sel akar legume, bersifat host spesifik satu spesies Rhizobium cenderung membentuk nodul akar pada satu spesies tanaman legume saja. Bakteri Rhizobium adalah organotrof, aerob, tidak berspora, pleomorf, gram negatif dan berbentuk batang. Bakteri rhizobium mudah tumbuh dalam medium pembiakan organik khususnya yang mengandung ragi atau kentang. Pada suhu kamar dan pH 7,0 – 7,2.

            Novriani (2011), menyatakan bahwa Rhizobium merupakan kelompok bakteri yang bisa menyediakan hara bagi tanaman kedelai. Kelompok bakteri ini mampu menginfeksi akar tanaman dan membentuk bintil akar jika bersimbiosis dengan tanaman legum. Bintil akar bisa memfiksasi N₂ di atmosfer dan menyalurkannya sebagai unsure hara pada tanaman inang. Rhizobium juga bisa menghasilkan zat pengatur tumbuh tanaman, seperti auksin dan sitokinin.

            Peranan rhizobium terhadap pertumbuhan tanaman khususnya berkaitan dengan masalah ketersediaan nitrogen bagi tanaman inangnya. Pada tanaman legum, Rhizobium mampu mencukupi 80% kebutuhan nitrogen tanaman legum dan meningkatkan produksi antara 10% - 25%. Tanggapan tanaman sangat bervariasi tergantung pada kondisi tanah dan efektivitas populasi asli.

 

2.2       Manfaat Nitrogen Bagi Tanaman

 

            Tanaman memerlukan unsur hara untuk pertumbuhan dan perkembangannya. Unsur hara yang dibutuhkan oleh tumbuhan dapat dikelompokkan menjadi 2 (dua) bagian yaitu (1) makronutrien/ unsur hara pokok yang terdiri dari unsur-unsur C, H, O, P, K, N, S, Ca, Fe, dan Mg; (2) mikronutrien/unsur hara pelengkap yang terdiri dari unsur-unsur Mn, B, Cu, Zn, Cl, dan Mo. Nitrogen merupakan unsur hara esensial bagi tanaman, namun unsur ini cepat hilang dalam tanah baik melalui volatilisasi/penguapan, nitrifikasi, denitrifikasi maupun hanyut (tercuci) bersama air, dan erosi (Ashari, 2006).

            Nitrogen adalah unsur yang diperlukan untuk membentuk senyawa penting di dalam sel, termasuk protein, DNA dan RNA. Tanaman harus mengekstraksi kebutuhan nitrogennya dari dalam tanah. Sumber nitrogen yang terdapat dalam tanah, makin lama makin tidak mencukupi kebutuhan tanaman, sehingga perlu diberikan pupuk sintetik yang merupakan sumber nitrogen untuk mempertinggi produksi. Keinginan menaikkan produksi tanaman untuk mencukupi kebutuhan pangan, berakibat diperlukannya pupuk dalam jumlah yang banyak. Industri pupuk yang ada belum dapat memenuhi kebutuhan pupuk yang semakin meningkat. Untuk itu perlu dicari pupuk nitrogen alternatif dan rekayasa gen hijau yang kelihatannya dapat memberikan harapan untuk memenuhi kebutuhan pupuk di masa yang akan datang (Dewi, 2007).

            Nasikah (2007) menyatakan nitrogen di atmosfer dapat berupa Urea CO(NH2)2; N2 dan N. Akan tetapi, tidak ada yang secara langsung dapat digunakan oleh tanaman. Sehingga setiap saat para petani harus menambahkan sumber nitrogen ke dalam tanah dalam bentuk pupuk anorganik yang mengandung nitrogen, seperti Urea, ZA dan NPK. Nitrogen bagi tanaman berfungsi sebagai penyusun protoplasma, molekul klorofil, asam nukleat, dan asam amino yang merupakan penyusun protein. Nitrogen memasuki tanah dalam bentuk ammonia dan nitrat (NH3) bersama air hujan, dalam bentuk hasil penambatan N2 oleh mikroba atau dalam bentuk penambahan pupuk sintesis. Kandungan nitrogen tanah yang cukup tinggi lebih banyak disebabkan oleh adanya kemampuan beberapa mikroba untuk memfiksasinya, N organik yang terbentuk kemudian diubah menjadi ammonia melalui proses deaminasi, karena ammonia dapat Rhizobium: Pemanfaatannya Sebagai Bakteri Penambat Nitrogen  secara langsung diasimilasikan oleh mikroba atau diubah terlebih dahulu menjadi senyawa nitrat secara nitrifikasi.

 

2.3       Karakteristik Bakteri Rhizobium

 

            Bakteri Rhizobium adalah salah satu contoh kelompok bakteri yang mampu menyediakan hara bagi tanaman. Apabila bersimbiosis dengan tanaman legum, kelompok bakteri ini akan menginfeksi akar tanaman dan membentuk bintil akar di dalamnya. Rhizobium hanya dapat memfiksasi nitrogen atmosfer bila berada di dalam bintil akar dari mitra legumnya. Peranan Rhizobium terhadap pertumbuhan tanaman khususnya berkaitan dengan ketersediaan nitrogen bagi tanaman inangnya. Bakteri Rhizobium merupakan mikroba yang mampu mengikat nitrogen bebas yang berada di udara menjadi ammonia (NH3) yang akan diubah menjadi asam amino yang selanjutnya menjadi senyawa nitrogen yang diperlukan tanaman untuk tumbuh dan berkembang, sedangkan Rhizobium sendiri memperoleh karbohidrat sebagai sumber energi dari tanaman inang.

Surtiningsih, et al. (2009) menjelaskan karakteristik bakteri Rhizobium secara makroskopis adalah warna koloni putih susu, tidak transparan, bentuk koloni sirkuler, konveks, semitranslusen, diameter 2 - 4 mm dalam waktu 3 - 5 hari pada agar khamir-manitol-garam mineral. Secara mikroskopis sel bakteri Rhizobium berbentuk batang, aerobik, Gram negatif dengan ukuran 0,5 - 0,9 x 1,2 - 3 µm, bersifat motil pada media cair, umumnya memiliki satu flagella polar atau subpolar. Untuk pertumbuhan optimum dibutuhkan temperatur 25 - 30°C, pH 6 - 7 (kecuali galur-galur dari tanah masam). Lebih lanjut Soepardi (1989) dalam Nasikah (2007) menjelaskan bahwa suhu optimal untuk Rhizobium berkisar 18°C - 26°C, minimal 3°C dan maksimal 45°C. Sedangkan kisaran pH optimal untuk Rhizobium adalah sedikit di bawah netral hingga agak alkali, kendati demikian pada pH 5,0 beberapa strain Rhizobium masih dapat bertahan hidup. Bakteri Rhizobium bersifat kemoorganotropik, yaitu dapat menggunakan berbagai karbohidrat dan garam-garam asam organik sebagai sumber karbonnya.

Organisme ini memiliki ciri khas yaitu dapat menyerang rambut akar tanaman kacang-kacangan di daerah beriklim sedang atau beberapa daerah tropis dan mendorong memproduksi bintil-bintil akar yang menjadikan bakteri sebagai simbiosis intraseluler. Kehadiran bakteri pada bintil-bintil akar sebagai bentuk pleomorfik di mana secara normal termasuk dalam fiksasi nitrogen atmosfer ke dalam suatu bentuk penggabungan yang dapat dimanfaatkan oleh tanaman inang. Semua galur bakteri bintil akar menunjukkan afinitas terhadap inang.

2.4       Potensi Bakteri Rhizobium

 

            Salah satu usaha meningkatkan penambatan nitrogen adalah inokulasi menggunakan strain Rhizobium yang sesuai dan efektif. Penelitian yang dilakukan oleh Suharjo (2001) dalam Surtiningsih, et al. (2009) menyatakan bahwa pemberian isolat Rhizobium dapat meningkatkan tinggi tanaman kedelai. Selanjutnya dari hasil penelitian Kurniaty, et al. (2013) menunjukkan bahwa inokulasi Rhizobium memberikan pengaruh yang nyata terhadap pertumbuhan tinggi, diameter dan jumlah nodul akar bibit Kaliandra umur 5 bulan di persemaian.

Sumber energinya berasal dari oksidasi senyawa-senyawa organik seperti sukrosa dan glukosa. Dengan demikian, untuk mendapatkan senyawa organik tersebut, bakteri membutuhkan tanaman inang. Bentuk simbiosis antara tanaman legum dengan Rhizobium adalah simbiosis mutualisme, karena bakteri dalam bersimbiosis menginfeksi tanaman dan tanaman menanggapinya dengan membentuk bintil (nodul). Bakteri Rhizobium memperoleh makanan berupa mineral, gula/karbohidrat dan air dari tanaman inangnya, sedangkan bakteri memberi imbalan berupa nitrogen yang ditambatnya dari atmosfer.

 

2.5       Peranan Rhizobium Sebagai Bakteri Penambat N₂

 

                Fiksasi (penambatan) nitrogen merupakan proses biokimiawi di dalam tanah yang memainkan salah satu peranan paling penting, yaitu mengubah nitrogen atmosfer (N2, atau nitrogen bebas) menjadi nitrogen dalam persenyawaan/nitrogen tertambat. Adapun genusgenus bakteri yang dapat mengikat N2 di udara yaitu Azotobacter, Clostridium, dan Rhodospirilum. Selain itu, dikenal pula genus bakteri yang mampu mengikat N2 bebas, tetapi hanya dapat hidup jika bersimbiosis dengan tanaman dari suku Leguminoceae, yaitu genus Rhizobium (Nasikah, 2007).

Rhizobium masuk ke dalam akar legum melalui rambut akar atau secara langsung ke titik munculnya akar lateral. Rambut akar merupakan bagian tanaman yang pertama kali dapat memberikan respon karena terinfeksi Rhizobium. Di dalam bintil akar tidak hanya terdapat satu strain Rhizobium saja, mungkin dua atau lebih strain hidup bersama-sama di dalam satu bintil akar. Meskipun demikian, beberapa genus hanya ditemukan pada tanaman inang tertentu (spesifik) saja. Strain Rhizobium mampu menginfeksi legum dengan melepaskan polisakarida spesifik yang menyebabkan lebih banyak aktivitas pektolitik oleh akar. Beberapa berpendapat bahwa robekan mekanik terjadi di mana Rhizobium masuk ke dinding rambut akar yang pecah dan Rhizobium terperangkap sampai rambut akar yang telah berubah bentuk terbungkus kembali (Dewi, 2007).

 Dewi (2007) menyatakan terbentuknya nodula akar dimulai dengan masuknya infeksi benang dan berpenetrasi ke dalam akar dari sel ke sel. Sel ini terbagi membentuk jaringan nodula di mana bakteri ini membelah dan menggandakan diri. Batas pemisah pun berkembang, lokasi pusat di mana bakteri berada dinamakan zona bakteri yang ditandai dengan adanya nodula dari bakteri yang menyerangnya, sedangkan jaringan bebas dinamakan korteks nodula. Jaringan nodula tumbuh dalam berbagai ukuran, mendorong dirinya melalui akar dan kemudian muncul sebagai tambahan dalam sistem perakaran. Ukuran dan bentuknya bergantung pada spesies dan tanaman legumnya.

Ada dua tipe nodula, yaitu efektif dan inefektif. Nodula efektif dibentuk oleh strain efektif dari Rhizobium. Nodula ini berkembang dengan baik, berwarna merah muda akibat adanya pigmen leghaemoglobin. Jaringan bakteroid berkembang baik dan terorganisasi dengan baik dengan banyak bakteroid (Dewi, 2007). Surtiningsih, et al. (2009) menyatakan terbentuknya bintil akar efektif yang lebih banyak mampu meningkatkan penambatan nitrogen yang selanjutnya untuk membentuk klorofil dan enzim. Peningkatan klorofil dan enzim mampu meningkatkan fotosintesis yang pada akhirnya dapat meningkatkan pertumbuhan vegetatif dan generatif (hasil produksi biji) tanaman. Berbeda dengan strain inefektif dari Rhizobium, bentuk nodula umumnya kecil dan berisi sedikit jaringan bakteroid yang berkembang, menunjukkan akumulasi tepung dalam sel tanaman inang yang tidak berisi Rhizobium. Bakteroid dalam nodula inefektif berisi glikogen.

            Terjadinya simbiosis antara tanaman inang tertentu dengan Rhizobium ditentukan paling sedikit dua tahap perubahan sinyal yang saling bergantian antara tanaman dan mikrosimbiotik. Pertama, gen bakteri nodulasi (nod) aktif dalam merespon sinyal molekul yang dikeluarkan tanaman seperti flavonoid, dihasilkan dari biosintesis dan sekresi lipochitooligosaccharides (LCOs) oleh bakteri Rhizobium. Tahap kedua, LCOs mendatangkan bentuk nodul pada akar tanaman inang dan memicu proses infeksi. LCOs yang menyebabkan bentuk akar bernodula pada tanaman inang dinamakan faktor Nod (Dewi, 2007).

            Dewi (2007) menjelaskan bahwa fiksasi nitrogen melibatkan penggunaan ATP dan proses reduksi ekuivalen yang berasal dari metabolisme primer. Semua reaksi yang terjadi dikatalisis oleh nitrogenase. Enzim ini mengandung 2 molekul nutrien yaitu molekul protein besi dan 1 molekul protein molibden besi. Reaksi ini berlangsung ketika molekul N2 terikat pada kompleks enzim nitrogenase. Protein Fe mula-mula direduksi oleh elektron yang diberikan oleh ferredoksin. Kemudian Fe reduksi mengikat ATP dan mereduksi protein molibden besi yang memberikan elektron pada N2 sehingga menghasilkan NH=NH. Pada dua daur berikutnya prosesi ini (masing-masing membutuhkan elektron yang disumbangkan oleh ferredoksin) NH=NH direduksi menjadi H2N-NH2 dan selanjutnya direduksi menjadi NH3 tergantung pada jenis mikrobanya, ferredoksin reduksi yang memasok elektron untuk proses ini diperoleh melalui fotosintesis, respirasi atau fermentasi.

            Hamzah (2013) menambahkan bahwa produk akhir dari proses pengikatan nitrogen adalah Amoniak (NH3) dan air. Enzim nitrogenase akan hancur ketika kontak dengan oksigen. Oleh karena itu, proses pengikatan nitrogen hanya terjadi pada kondisi anaerob (tanpa oksigen) atau oksigen yang dinetralkan dengan bahan kimia lain seperti Leghemoglobin.

            Beberapa faktor yang berpengaruh pada proses fiksasi nitrogen, di antaranya (1) terdapatnya tanaman inang yang sesuai; (2) derajat keasaman tanah atau pH tanah; (3) ketersediaan hara; (4) kondisi fisik tanah (misalnya tergenang); dan (5) adanya serangan virus bakteri (bacteriophage) dapat menyebabkan berkurangnya populasi Rhizobium dalam tanah. Penambatan nitrogen secara biologis diperkirakan lebih dari 170 juta ton nitrogen ke biosfer per tahun, 80 % di antaranya merupakan hasil simbiosis antara bakteri Rhizobium dengan tanaman leguminosa. Simbiosis yang terjadi mampu memenuhi 50 % atau bahkan seluruh kebutuhan nitrogen tanaman yang bersangkutan dengan cara menambat nitrogen bebas.

            Di samping itu, bakteri Rhizobium mempunyai dampak yang positif baik langsung maupun tidak langsung terhadap sifat fisik dan kimia tanah, sehingga mampu meningkatkan kesuburan tanah. Namun demikian, dalam kehidupannya bakteri Rhizobium tersebut sangat dipengaruhi oleh kondisi tanah, terutama pH tanah, kondisi fisik, kimia serta biologi tanah (Purwaningsih, 2008). Biofertilisasi bakteri Rhizobium adalah pemberian bakteri simbiotik Rhizobium penambat nitrogen pada tanaman (Surtiningsih, et al., 2009). Kemampuan bakteri Rhizobium menambat nitrogen telah banyak dilaporkan. Diperkirakan dalam setahun, bakteri ini mampu menambat N udara antara 50 - 600 kg/ha. Angka sebesar itu, jika disetarakan dengan pupuk urea menjadi sekitar 100 - 1300 kg/ha. Pemberian bakteri simbiotik penambat nitrogen diharapkan dapat menambah sumber nitrogen yang murah sehingga membantu mengurangi biaya produksi, mengingat pupuk kimia urea harganya semakin mahal dan penggunaan terus-menerus pupuk kimia tersebut dapat mencemari lingkungan.

 

 

 

 

 

 

 

III.           PENUTUP

 

3.1       Kesimpulan

 

            Mengingat besarnya peranan bakteri Rhizobium, maka keberadaan bakteri tersebut perlu dikonservasi dan diisolasi dalam bentuk koleksi kultur. Koleksi kultur bakteri memberikan jaminan bahwa bakteri yang telah dideskripsikan tersimpan dengan aman dan baik, sehingga tersedia setiap saat untuk keperluan generasi sekarang dan masa mendatang. Untuk selanjutnya isolat-isolat bakteri dari suatu daerah akan digunakan kembali di kawasan tersebut sehingga mempunyai peluang keberhasilan yang lebih tinggi penggunaan inokulan yang berasal dari daerah lain (Purwaningsih, 2008).

            Ketersediaan nitrogen bagi tanaman sangat penting sebagai penyusun protoplasma, molekul klorofil, asam nukleat, dan asam amino. Kandungan senyawa nitrogen tanah yang cukup tinggi disebabkan adanya mikroba tanah yang memfiksasinya dari udara.  Keuntungan memanfaatkan bakteri penambat nitrogen sebagai pupuk hayati adalah tidak mempunyai bahaya atau efek samping, efisiensi penggunaan dapat ditingkatkan tanpa menimbulkan bahaya pencemaran terhadap lingkungan, harga yang relatif murah, dan teknologi yang cukup sederhana. - Perlu konservasi dan isolasi bakteri penambat nitrogen (Rhizobium) dalam bentuk koleksi kultur.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DAFTAR PUSTAKA

 

Adisarwanto, T. 2005. Kedelai Budi Daya dengan Pemupukan yang Efektif dan Pengoptimalan Peran Bintil Akar. Jakarta: Penebar Swadaya.

 

Alfiah, T. 2014. Struktur dan Komposisi Atmosfer. http://Tatyalfiah.files.wordpress.com. Diakses Tanggal 16 Juli 2014.

Ashari, S. 2006. Hortikultura Aspek Budidaya. Jakarta : UI Press.

 

Dewi, I. R. A. 2007. Fiksasi N Biologis pada Ekosistem Tropis. Makalah pada Fakultas Pertanian. Universitas Padjajaran. Jatinangor.

 

Hamzah. 2013. Proses Fiksasi Nitrogen. http://Hamzahagriculture.blogspot.com. Diakses Tanggal 7 Agustus 2014.

 

Nasikah. 2007. Pengaruh Inokulasi Rhizobium dan Waktu Pemberian Pupuk N (Urea) terhadap Pertumbuhan dan Hasil Kedelai di Lahan Sawah setelah Kedelai (Glycine Max (L) Merril.). Skripsi pada Jurusan Biologi. Fakultas Sains dan Teknologi. Universitas Islam Negeri Malang. Malang.

 

Novriani. 2011. Peranan Rhizoma dalam Meningkatkan Ketersediaan Nitrogen bagi Tanaman Kedelai. Agronobis. 3(5): 35-42

 

Purwaningsih, S. 2008. Populasi Bakteri Rhizobium di Tanah pada Beberapa Tanaman dari Pulau Buton, Kabupaten Muna, Provinsi Sulawesi Tenggara. Jurnal Tanah Trop, 14 (1): 65 - 70.

 

Surtiningsih, T., Farida, dan T. Nurhariyati. 2009. Biofertilisasi Bakteri Rhizobium pada Tanaman Kedelai (Glycine max(L) Merr.). Berk. Penel. Hayati, 15 : 31–35.