Peran mikroorganisme dalam bidang pertanian

Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR)

Pendahuluan Rhizosfer merupakan habitat yang kaya nutrisi dan tempat hidup berbagai bakteri dan jamur yang masing-masing dapat bersifat netral, menguntungkan atau merugikan bagi tanaman. Beberapa dari organisme ini dapat meningkatkan pertumbuhan tanaman dengan mekanisme yang berbeda. Misal : - Pseudomonas fluorescent dan Trichoderma merupakan mikroorganisme yang mampu merangsang pertumbuhan tanaman dan melindungi tanaman dari infeksi patogen dengan mekanisme antagonis dan ketahanan terinduksi (ISR)\ Rizosfer akan dikolonisasi oleh PGPR (plant growth promoting rhozobacteria) dan PGPF (plant growth promoting fungi).

Apa itu PGPR? PGPR (Plant Growth Promoting Rhizobacteria) adalah : sejenis bakteri yang hidup di sekitar perakaran (rhzosfer) tanaman. Bakteri itu hidupnya secara berkoloni menyelimuti akar tanaman.

Rhizosfer

Latar Belakang PGPR Awal mula diteliti oleh peneliti asal Amerika bernama Kloepper dan Scroth di pertengahan tahun1982. Hasilnya menggambarkan bahwa bakteri tanah yang mendiami daerah perakaran tanaman yang diinokulasikan ke dalam benih dapat meningkatkan pertumbuhan tanaman. Sejak pertama kali diperkenalkan oleh Kloepper dan Scroth (1982) itulah, PGPR mengalami perkembangan yang sangat cepat.

Latar Belakang PGPR Bagi tanaman keberadaan bakteri ini akan sangat baik. Bakteri akan memberi keuntungan dalam proses fisiologi tanaman dan pertumbuhannya. Rhizobakteria adalah kelompok bakteri yang menguntungkan yang agresif mengkolonisasi rizosfir

Pengaruh PGPR PGPR sangat menguntungkan bagi tanaman baik secara langsung maupun tidak langsung. Pengaruh langsung : didasarkan atas kemampuannya menyediakan dan memfasilitasi penyerapan berbagai unsur hara dalam tanah serta mensintesis dan mengubah konsentrasi fitohormon umtuk memacu pertumbuhan. Pengaruh tidak langsung: berkaitan dengan kemampuan menekan aktivitas patogen dengan menghasilkan berbagai senyawa atau metabolit seperti antibiotik.

Karakterisasi Fisiokimia PGPR Rhozobakteri adalah bakteri yang hidup bebas dan beberapa dari mereka hidup di dalam jaringan tanaman. Bakteri ini dapat digunakan pada bibit atau tanaman dan dapat melindungi, meningkatkan pertumbuhan tanaman atau mengurangi kerusakan karena serangan patogen. Beberapa kelompok bakteri yang banyak digunakan dalam pengujian PGPR antara lain Pseudomonas, Azospirillum, Azotobacter, Klebsiella, Enterobacter, Alcaligens, Arthrobacter, Burkholderia, Bacillus dan Serratia.

Karakterisasi Fisiokimia PGPR  PGPR dapat mempengaruhi pertumbuhan tanaman dengan cara melepaskan metabolit sekunder dan memfasilitasi ketersediaan dan serapan nutrisi tertentu dari lingkungan akar. Sayangnya, interaksi antara PGPR dan tanaman dapat menjadi tidak stabil. Hasil yang baik pada uji in vitro bisa tidak sama dengan pengujian di lapangan.

Rhizobakteria di dalan sel Rhizobakteria di akar Akar denga rhizobacteria (kanan) dan tanpa rhizobakteria (kiri) Rhizobakteria di dalan sel Mikroskop cahaya bakteri Mikroskop elektron

PGPR sebagai agens biokontrol Kemampuannya bersaing untuk mendapatkan zat makanan, atau karena hasil-hasil metabolit seperti siderofor, hidrogen sianida, antibiotik, atau enzim ekstraselluler yang bersifat antagonis melawan patogen Contoh : Pseudomonas sp. dapat menghasilkan siderofor daat menekan serangan penyakit yang disebabkan Fusarium oxysporum dan penyakit akar yang disebabkan Gaeumannomyces graminis. Mekanisme kerja PGPR diketahui sebagai senyawa yang berfungsi sebagai pemasok zat makanan, bersifat antibiosis, atau sebagai hormon pertumbuhan, atau penggabungan dari berbagai cara tersebut.

PGPR sebagai agens biokontrol Strain bakteri dengan aktivitas sebagai PGPR umumnya berasal dari genus: Azoarcus, Azospirillum, Azotobacter, Arthrobacter, Bacillus, Paenibacillus, Clostridium, Enterobacter, Gluconacetobacter, Pseudomonas, Serratia, Klebsiella, Alcaligenes, Arthrobacter and Burkholderia. Genus Pseudomonas dan Bacillus adalah yang paling banyak dipelajari

PGPR sebagai pupuk biologis (biofertilizer) Pertanian organik semakin berkembang dengan sejalan dengan timbulnya kesadaran akan petingnya menjaga kelestarian lingkungan dan kebutuhan bahan makanan yang relatif lebih sehat. Dalam pertanian organik yang tidak meggunakan bahan kimia buatan seperti pupuk kimia buatan dan pestisida, biofertilizer atau pupuk hayati menjadi salah satu alternatif yang dapat dipertimbangkan. Biofertilizer fungsinya antara lain membantu penyediaan hara pada tanaman, mempermudah penyediaan hara bagi tanaman membantu dekomposisi bahan organik, meyediakan lingkungn rhizosfer sehingga pada akhirnya akan mendukung pertumbuhan dan produksi peningkatan tanaman. Contoh : Rhizobium, Pseudomonas sp. Bacillus sp. Azaosprillium, dapat dimanfaatkan sebagai biofertilizer pada pertanian organik,

Contoh PGPR sebagai biofertilizer

Mekanisme kerja PGPR

Schematic illustration of important mechanisms known for plant growth promotion by PGPR. Different mechanisms can be broadly studied under (1) Biofertilization, and (2) Biocontrol of pathogens. Biofertilization encompasses: (a) N2 Fixation, (b) Siderophore production, (c) Pinorganic solubilization by rhizobacteria. Biocontrol involves: (a) Antibiosis, (b) Secretion of lytic enzymes, and (c) Induction of Systemic Resistance (ISR) of host plant by PGPR

Kelebihan PGPR Menambah fiksasi nitrogen di tanaman kacang – kacangan Memacu pertumbuhan bakteri fiksasi nitrogen bebas Meningkatkan ketersediaan nutrisi lain seperti phospat, belerang, besi dan tembaga Memproduksi hormon tanaman Menambah bakteri dan cendawan yang menguntungkan Mengontrol hama dan penyakit tumbuhan

Aplikasi PGPR Diberikan ke tanah Ke benih seperti dengan cara seed coating atau perendaman Ke akar seperti dengan cara perendaman Umumnya isolat bakteri yang digunakan secara signifikan dapat meningkatkan pertumbuhan tanaman, panjang akar, dan berat kering tajuk dan akar.

Penutup

Pustaka Ankit Kumar, Anil Prakash and Johri BN. 2011. Bacillus as PGPR in Crop Ecosystem. In. Bacteria in Agrobiology Crop Ecosystems. Maheshwari DK (ed.). Springer. 434 p. Martínez-Viveros O, Jorquera MA, Crowley DE, Gajardo G and Mora ML. 2010. Mechanisms and practical considerations Involved in plant growth promotion by Rhizobacteria. J. Soil Sci. Plant Nutr. 10 (3): 293 – 319. Niranjan Raj S, Shetty HS and Reddy MS. 2005. Plant Growth-promoting Rhizobacteria:Potential Green Alternative for Plant Productivity. In. PGPR: Biocontrol and Biofertilization. Siddiqui ZA (ed.). Springer, Dordrecht, The Netherlands. p 197-216. Prathap M and Ranjitha Kumari BD. 2015. A Critical Review on Plant Growth Promoting Rhizobacteria. J Plant Pathol Microb 2015, 6:4.

MIKROORGANISME PADA PENGELOLAAN MASALAH LINGKUNGAN (BIOREMEDIASI)

Pendahuluan Senyawa inorganik dan organik beracun merupakan penyebab utama lingkungan terkontaminasi yang selanjutnya berakibat pada kesehatan dan tentunya akan mempengaruhi populasi manusia. Jumlah limbah beracun makin meningkat dan asal limbah sangat beragam.

Sumber Pencemar Limbah dapat berasal dari hasil industri dan barang komersial: i. Industri , ii. Kegiatan militer, iii. Kegiatan perubatan, iv. Sumber radioaktif, v. Limbah rumah tangga, vi. Kotoran manusia, vii. Industri ringan, seperti pada dry cleaning dan viii. Kegiatan pertanian.

Kategori Limbah Berdasarkan Efek Berdasarkan efeknya maka bahan kimia dapat dikategorikan atas 2 kelompok yaitu: 1). Berbahaya (hazardous): termasuk mudah meledak (explosive), mudah terbakar (flammable), irritant, sensitizers, asam, alkalin (caustic) 2). Beracun (toxic) yaitu mampu membunuh sel (Cunningham and Cunningham, 2002).

Tujuan Utama Penanganan Limbah mencegah dan mengurangi pencemaran lingkungan terutama masuknya senyawa-senyawa racun ke dalam tanah mengubah atau mengkonversikan bahan-bahan organik dalam limbah menjadi bahan yang lebih berguna menguraikan senyawa racun dan mematikan mikrobia penyebab penyakit.

Dasar-Dasar Penanganan Limbah Penanganan limbah dilakukan 3 cara, yaitu: 1.Penanganan limbah secara fisik. Limbah padat : pengeringan dan pemotongan Limbah cair: penyaringan, pengumpulan dan sedimentasi. 2.Penanganan limbah secara kimiawi Jarang dilakukan karena tidak efisien dan ekonomis. 3.Penanganan limbah secara hayati Merupakan cara paling efektif dan murah karena cara ini menggunakan daya mikrobia.

Bioremediasi Yaitu: Strategi atau proses yang menggunakan mikroorganisme, tanaman maupun enzim dari mikroba maupun tanaman untuk menetralkan sifat beracun dari kontaminan di dalam tanah maupun lingkungan lainnya.

Mikrobia yang aktif dalam proses penanganan limbah secara hayati: Bakteri: aerob dan anaerob Jamur benang: aktif dalam pengomposan Ganggang atau algae Protozoa: berperan dalam penjernihan effluen.

STRATEGI BIOREMEDIASI Berdasarkan tempat dimana bioremediasi ini dijalankan maka bioremediasi dapat dibagi atas 2 teknik yaitu teknik In situ dan Ex situ. Teknik insitu merupakan teknik yang diaplikasikan pada tanah maupun air bawah tanah di tempat dengan sedikit gangguan. Teknik Ex situ merupakan teknik yang diaplikasikan dengan terlebih dahulu memindahkan tanah (ekskavasi) maupun air (pompa) ke tempat lainnya (gangguan besar)

KEUNTUNGAN MENGGUNAKAN BIOREMEDIASI Ramah lingkungan (aman) Tidak mahal Tidak menghasilkan limbah yang baru (masalah baru) Dapat bekerja pada senyawa organik dan inorganik Dapat dilakukan in-situ maupun ex-situ Mudah diimplementasikan dan dikelola

KERUGIAN MENGGUNAKAN BIOREMEDIASI Kurang dapat diaplikasikan pada limbah yang bioavailability rendah Polutan mungkin tidak berbahaya untuk salah satu spesies tetapi berbahaya untuk spesies lain Mikroorganisme perombak menginginkan kondisi lingkungan yang spesifik Memakan waktu yang panjang untuk meremediasikan Terbatas hanya pada daerah perakaran saja Tanaman yang dipanen pada daerah diremediasi dikategorikan sebagai limbah berbahaya Mungkin dapat menjadi rantai makanan

Strategi Bioremediasi Teknik Insitu Bioventing Biosparging Bioaugmentation Biostimulasi Phytoremediasi

Bioventing dilakukan penambahan udara dan hara melalui sumur ke dalam tanah yang terkontaminasi tujuannya untuk menstimulasi bakteri alami tempatan (indigeneous). Bioventing memberikan udara pada kecepatan aliran yang rendah dan hanya diperlukan oksigen dalam jumlah sedikit untuk biodegradasi sementara volatilisasi diminimumkan dan melepaskan kontaminan ke atmosfer

Biosparging injeksi udara ke air dalam tanah yang tujuannya untuk meningkatkan konsentrasi oksigen dan mempercepat laju degradasi kontaminan oleh mikroba/bakteri alami. Melalui biosparging akan meningkat kontak tanah dengan air dalam tanah. Cara yang paling murah dan mudah melaksanakan biosparging adalah dengan membuat instalasi pipa berdiameter kecil tempat menginjeksikan gas.

Biostimulasi Penambahan hara seperti nitrogen dan fosfor bahkan adakalanya penambahan elemen mikro atau pemberian bahan untuk meningkatkan/menurunkan pH yang kesemuanya bertujuan menstimulasi populasi dan aktivitas mikroorganisme tanah setempat.

Bioremediasi Dengan Teknik Ex situ Landfarming Composting Biopiles Bioreactors

Landfarming Aplikasi dan pencampuran kontaminan atau limbah ke permukaan tanah yang tidak terkontaminan. Daerah yang dipilih memiliki ciri tanah yang memiliki lapisan liat yang dapat menghalangi pencucian yang dapat menyebabkan pencemaran air minum/air dalam tanah. Tanah tersebut dilakukan plowing dan disking yang bertujuan untuk memecahkan bongkahan dan mencampur supaya seragam sehingga kondisi kelembaban dan aerasi menjadi baik. Selain itu pengolahan tanah (plowing dan disking) dapat mengakibatkan konsentrasi kontaminan menjadi lebih rendah.

Composting Composting merupakan teknik dengan menggabungkan tanah terkontaminasi dengan bahan organik yang tidak berbahaya seperti kotoran hewan atau limbah pertanian. Kehadiran bahan organik ini akan mendukung perkembangan dari mikroorganisme dan menaikkan temperatur.

Biopiles merupakan hybrid dari landfarming dan composting. Piles tempat melaksanakan bioremediasi didesain untuk melakukan pengomposan aerob. Biasanya biopiles digunakan untuk mengatasi kontaminasi permukaan akibat hidrokarbon petroleum dan merupakan versi landfarming yang lebih modern yang bertujuan untuk mengontrol pencucian dan volatilisasi dari limbah. Biopiles menyediakan lingkungan yang sesuai untk mikroorganisme aerobik dan anaerobik yang indigenous.