PERTEMUAN III BAKTERI FIKSASI NITROGEN Kandungan Nitrogen di udara sekitar 76,5% s.d 78%, adapun supply nitrogen ke dalam tanah sekitar 0,1 – 0,2%. Masuknya nitrogen dari udara ke dalam tanah melalui curah hujan dan penambahan bahan-bahan organik yang mengandung protein ke dalam tanah. Fiksasi Nitrogen tanah : proses pertukaran nitrogen udara menjadi nitrogen dalam tanah oleh mikroba tanah yang simbiotik maupun nonsimbiotik.

Bakteri nitrogen atau dikenal juga sebagai bakteri pengikat nitrogen adalah kelompok bakteri yang mampu mengikat nitrogen (terutaman N2) bebas di udara dan mereduksinya menjadi senyawa amonia (NH4) dan ion nitrat (NO3-) oleh bantuan enzim nitrogenase. Secara umum, kelompok bakteri ini dikenal dengan istilah rhizobia, termasuk di dalamnya genus bakteri Rhizobium, Bradyrhizobium, Mesorhizobium, Photorhizobium, dan Sinorhizobium. Contoh bakteri nitrogen yang hidup bersimbiosis dengan tanaman polong-polongan yaitu Rhizobium leguminosarium, yang hidup di akar membentuk nodul atau bintil-bintil akar.

Bakteri penambat Nitrogen (BPN) : Bersimbiosis dengan tanaman (root-nodulating bacteria). Contoh : Rhizobium sp, Nonsimbiosis/hidup bebas (free-living nitrogen fixing rhizobacteria), contoh : Azotobacter, Beijerincka, Azospirillum. Selain menambat nitrogen, BPN juga mampu menghasilkan ZPT. Fungsi N : pembentukan klorofil menjadi optimal (fotosintesis optimal), membangun protoplasma dan membentuk enzim.

Tahapan Pembentukan Akar Umur Bintil (Hari) Tahap Nodulasi Bakteri masuk ke dalam rambut akar/sel epidermis 1-2 Benang infeksi mencapai dasar sel epidermis dan memasuki korteks 3-4 Suatu massa kecil sel-sel terinfeksi dalam premordium bintil 5 Pembagian pesat dari sel-sel bakteri dan sel-sel inang 7-9 Bintil mulai Nampak 12-18 Pertumbuhan lanjut dari bintil menjadi jaringan bakteroid merah muda, multi terjadi fiksasi N 23 Bintil berlanjut menjadi periode aktif fiksasi N 28-37 Bintil mencapai besar maksimal dan fiksasi N berlanjut 50-60 Pelapukan  bintil

Mekanisme pembentukan bintil akar Bakteri Rhizobium berkumpul di sekitar rambut – rambut akar secara alami maupun pada media buatan dengan pemberian inokulan atau preparat hidup bakteri Rhizobium (Sutedjo et al., 1991). Sehubungan dengan berkumpulnya bakteri tersebut, akar akan mengekskresikan atau mengeluarkan senyawa triptofan yang menyebabkan bakteri berkembang pada ujung akar rambut. Kemudian Triptofan diubah oleh Rhizobium menjadi IAA (Indole Acetic Acid) yang menyebabkan akar membengkok Karena adanya interaksi antara akar dengan Rhizobium. Kemudian bakteri merombak dinding sel akar tanaman sehingga terjadi kontak antara keduanya.

Mekanisme pembentukan bintil akar Benang infeksi terbentuk, yang merupakan perkembangan dari membran plasma yang memanjang dari sel terinfeksi. Setelah itu Rhizobium berkembang di dalam benang infeksi yang menjalar menembus sel-sel korteks sampai parenkim. Di dalam sel kortek, Rhizobium dilepas di dalam sitoplasma untuk membentuk bakteroid dan menghasilkan stimulan yang merangsang sel korteks untuk membelah. Pembelahan tersebut menyebabkan proliferasijaringan, membentuk struktur bintil akar yang menonjol sampai keluar akar tanaman, yang mengandung bakteri Rhizobium (Armiadi, 2009)

Mekanisme pembentukan bintil akar Bintil akar tidak selalu tumbuh di pangkal akar, ada juga yang tumbuh di ujung-ujung akar. Tidak selalu bintil akar dihuni oleh bakteri Rhizobium yang tepat dan efektif. Ciri bintil akar yang efektif adalah bila dibelah melintang akan memperlihatkan warna merah muda hingga kecoklatan di bagian tengahnya. Pigmen merah leghemeglobin ini yang paling berperan dalam memfiksasi N. Pigmen itu dijumpai dalam bintil akar antara bakteroid dan selubung membran yang mengelilinginya. Jumlah leghemoglobin di dalam bintil akar memiliki hubungan langsung dengan jumlah nitrogen yang difiksasi (Novriani, 2011).

Faktor-faktor yang mempengaruhi keberadaan bakteri bintil akar: Sumber makanan (Bahan Organik dan perakaran) Untuk bertahan sebelum menginfeksi tanaman. Mikroorganisme lain (sbg kompetitor di rizosfir) Terutama yang antagonis, karena dapat menghalangi infeksi Lingkungan yang mempengaruhi kegiatan fotosintesis untuk menyediakan kebutuhan energi bakteri (cahaya, luas daun, CO2, pembentukan biji/ fase generatif) pH keperluan nilai pH dikehendaki netral – agak basa, 5. Suhu yang disukai 20-28 °C, masing-masing jenis isolat berbeda tanggapnya terhadap suhu

Faktor-faktor yang mempengaruhi keberadaan bakteri bintil akar: 6. Ketersediaan air dan hara untuk fotosintesis karena fotosintesis yang dihasilkan tanaman dimanfaatkan oleh bakteri 7. Senyawa racun Yang berasal dari herbisida, fungisida di tanah tidak disukai bakteri bintil, dapat berpengaruh terhadap keberadaan bakteri, salinitas 8. Ketersediaan nutrisi Seperti N yang bisa menghambat bintil; P untuk supali energi; Mo untuk kerja nitrogenase, Fe dan Co utk laghemoglobin dan transfer elektron 9. Kesesuian genetik antara bakteri dgn tan (utk keperluan infeksi)

Faktor- faktor yang Mempengaruhi Pembentukan Bintil Akar 1. Temperatur dan Cahaya dapat mempengaruhi pertumbuhan tanaman, bintil akar dan penambatan N. Pengaruh suhu terhadap tanaman legum bervariasi tergantung kepada jenis legumnya. Sistem simbiotik lebih sensitif terhadap suhu dibandingkan dengan pertumbuhan tanaman. Pada suhu yang rendah (<10 0C) proses pembelahan sel dari bakteri pada rizosfer akan terhambat sehingga menyebabkan terhambatnya proses infeksi dan menurunnya berat bintil, sedangkan pada suhu >24 0C merangsang infeksi rambut akar oleh Rhizobium. Rentang temperatur yang paling menguntungkan untuk pembentukan jaringan bakteroid di dalam bintil adalah 20-30 0C .

(2) 2. Kelembaban Tanah sangat berperan dalam pembentukan bintil akar. Terjadi penurunan infeksi akar dan nodulasi seiring dengan penurunan kelembaban tanah (kekeringan), bahkan tidak terbentuk bintil akar pada tanah yang mengalami kekeringan. Hal ini disebabkan oleh kegagalan proses infeksi rambut akar. Keadaan yang demikian juga dapat menekan proses fiksasi nitrogen dan menurunkan fotosintesis.

Defisiensi kelembaban tanah sangat mempe-ngaruhi fiksasi N2 sebab pembentukan bintil awal, perkembangan bintil dan aktifitas nitrogenase lebih sensitif terhadap stress kelembaban tanah daripada sistem metabolisme akar dan pucuk. Stress yang ringan atau berat menurunkan baik jumlah maupun ukuran bintil akar tanaman.

(3) 3. Zat Pengatur Tumbuh berupa asam indol asetat (IAA) dan giberelin telah dapat dideteksi dalam bintil akar. Bintil akar mengandung lebih banyak IAA daripada perakaran yang bersebelahan dengannya. Beberapa zat tumbuh merangsang pembentukan bintil sedangkan yang lainnya menghambat, tergantung pada konsentrasi zat kimia yang digunakan.

Kemasaman tanah berpengaruh terhadap perkembangan akar tanaman dan ketersediaan hara tanah. Pada pH yang rendah, beberapa jenis legum tidak dapat berkembang walaupun Rhizobium cukup toleran, sehingga proses pembentukan bintil terhambat. Jumlah dan ukuran bintil mungkin dipengaruhi oleh reaksi substrat tempat tumbuh legum. Kondisi masam dan defisiensi kalsium berpengaruh langsung terhadap pembentukan simbiosis

(4) 4. Faktor ekologis Penggunaan pestisida merupakan usaha yang dilakukan untuk mengendalikan hama dan penyakit tanaman dan beberapa senyawa kimia ini mungkin mempengaruhi proses mikrobiologis dalam tanah. Tetapi dengan dosis yang direkomendasikan pestisida tidak mempengaruhi nodulasi. Sebaliknya, herbisida mempengaruhi proses pembentukan bintil dan fiksasi nitrogen pada legum.

Pada percobaan menunjukkan bahwa penggunaan Dalapon dapat mengurangi pembentukkan bintil dan cenderung mengurangi efisiensi fiksasi nitrogen. Hal ini terlihat dari autoradiograf herbisida ditranslokasikan dengan cepat dan dapat dideteksi dalam daun dan binti

(5) Ketersediaan Hara Lainnya Ketersediaan fosfor (P) merupakan faktor penting dalam pembentukkan bintil dan pertumbuhan tanaman terutama pada tanah-tanah masam. Kandungan P dalam bintil 2-3 kali lebih besar daripada kandungan P pada akar .Bahwa aplikasi KH2PO4 25 ppm di tanah-tanah masam meningkatkan dengan signifikan persentase pembentukkan bintil pada Trifolium subterraneum yang diinokulasikan Rhizobium leguminosarum bv. Trifolii.

Hal yang sama, pembentukkan bintil dan fiksasi N2 (aktivitas nitrogenase) pada Trifolium vesiculosum akan meningkat secara signifikan setelah ditambahkan P (100 ppm) dan K (300 ppm) sedangkan aktivitas nitrogenase meningkat dua kali pada saat konsentrasi P dinaikkan menjadi 400 ppm.

(6) Kandungan N dalam tanah (khususnya dalam bentuk NO3-) dapat menghambat proses nodulasi dan fiksasi N2 oleh bakteri rhizobia yang bersimbiosis dengan tanaman legum. Selain itu Molibdenum merupakan unsur mikro yang sangat esensial untuk semua tanaman dan sangat dibutuhkan untuk pembentukkan bintil akar dan fungsi enzim kompleks nitrogenase dari bakteri rhizobia. Tanah yang kekurangan Mo akan menurunkan populasi rhizobia sehingga tanaman yang terinfeksi tidak ternodulasi efektif Interaksi Mikroorganisme

Tiga kendala utama yaitu : (7) Interaksi Mikroorganisme setiap inokulasi strain Rhizobium ke media tanah akan mengalami beberapa kendala untuk mencapai keberhasilan nodulasi akar. Tiga kendala utama yaitu : rhizobia tidak berhasil bertahan hidup di daerah rhizosfer maupun membentuk bintil akar tanaman inang. Inokulan Rhizobium berhasil bertahan hidup di daerah rhizosfer dan menghasilkan bintil akar yang baik tetapi gagal bertahan hidup di media tanah sekitarnya.

(3) Inokulan Rhizobium gagal bersaing dengan rhizobia asli untuk membentuk bintil akar. Indikasi kemampuan kompetitif dan daya efektivitas strain rhizobia tergantung dari karakter strain itu sendiri, namun tanaman inang lebih menyeleksi beberapa strain yang terbaik dari campuran populasi strain efektif dan strain tidak efektif .

(8) Ada beberapa jenis fungi terutama Penicillium dan Aspergillus bersifat antagonis terhadap R. trifoli atau R. lupini. Fungi tersebut membentuk koloni pada tanah atau daerah sekitar rhizosfer yang mengakibatkan berkurangnya daya simbiosis yaitu berkurangnya pembentukkan bintil, leghaemoglobin bintil, kandungan nitrogen dan pertumbuhan tanaman inang

Reaksi pada proses penambatan nitrogen : N2 + 8H+ + 8e- + 16 ATP 2NH3 + 16 ADP + 16Pj + H2 Untuk mereduksi 1 molekul N2 diperlukan 15 – 30 ATP yang 30 – 60 % dari energi ATP ini terbuang dalam bentuk gas H2 Rumus Pemanfaatan Nitrogen bagi Tanaman: N2 + H2 → NH4 + O2 → NO3 + O2→ NO2