EKOLOGI MIKROBA Pertemuan ke-6 Mikrobiologi Pertanian (AET 209)

Bidang yang erat terkait dan seringkali dipersepsikan sama dengan mikrobiologi lingkungan yaitu: EKOLOGI MIKROBA Ekologi mikroba yaitu Ilmu yang mempelajari antara hubungan timbal balik (interaksi dan interdependensi) antara mikrorganisme dengan lingkungannya baik lingkungan biotik maupun abiotik.

Microbial Ecology & Environmental Microbiology- the study of microbes & their processes in vivo: ➢ What is an ecosystem? ➢ Are all ecosystems colonised by microbes? ➢ What do we know about numbers & diversity of microbes in nature? ➢ Do they live in isolation and or do they interact? ➢ How many microbial species are there & can we culture them all in the laboratory Who, where, what & how

? Bacteria Archaea Eucarya Why Study ecosystems? To date, much of what we know about the origin, maintenance and distribution of biological diversity stems from research on terrestrial macroorganisms such as birds, plants and insects. Bacteria Archaea Eucarya Animals Green non-sulfur ? Entamoebae Slime molds bacteria Fungi Plants Ciliates Gram Methanosarcina positives Purple bacteria Cyanobacteria Flavobacteria Methanobacterium Halophiles Methanococcus ThermoproteusT.celer Pyrodictium Flagellates Trichomonad Thermotogales Microsporidi Diplomonads

Pemahaman distribusi dan ekologi dasar dari salah satu kelompok organisme paling beragam di muka bumi masih merupakan isu penting dalam penelitian lingkungan yang belum terpecahkan.

Habitat Mikroba Lingkungan Terestrial/Daratan 2. Lingkungan Air Termasuk “tanah” dan “tanaman” Pada habitat tanah, kebanyakan pertumbuhan mikroba terjadi di permukaan partikel tanah (rhizosfer) Faktor utama yang mempengaruhi aktifitas mikroba di dalam tanah adalah ketersediaan air. 2. Lingkungan Air Contoh: danau, kolam, dan sungai Alga yang mengambang pada permukaan air: phytoplankton Alga yang menempel pada dasar air: alga bentos

Abundance of aquatic microbes Groundwater 1 x 104 - 4 105 cells/ml Central Atlantic Ocean 2 105 - 8 Mediterranean Sea - 7 Antartic coastal areas Coastal lagoons 7 - 2 106 cells/ml Continental lakes 106 - 3 Eutrophic lakes 6 107 cells/ml Hyperhaline ponds up to 108 cells/ml Extremely abundant High and constant abundances in very different environments Bacterial biomass equivalent to phytoplankton and zooplankton

Microbes are small but…

sometimes they have conspicuous colors in pure cultures… and we can see them easily … PHOTOSYNTHETIC SULFUR BACTER

…making visible the invisible! LAKE CISO, SPAIN PURPLE SULFUR BACTERIA

Biogeochemical activity… D E F G H IRON BACTERIA

…making visible the invisible! RIO TINTO, SPAIN

huge cells accumulations… Hyperhaline Haloquadratum and Salinibacter ST POLA SOLAR SALTERNS, SPAIN Up to 108 cells/ml!

… even from 800 km distance! COASTAL WATERS, SOMALIA A “milk sea” of luminescent Vibrio detected by satellite

SIKLUS KARBON

SIKLUS KARBON

SIKLUS KARBON Dekomposisi mikroba merupakan sumber CO2 tunggal terbesar yang dilepas ke atmosfer

SIKLUS NITROGEN

SIKLUS SULFUR

JENIS INTERAKSI BIOLOGI PADA MIKROBA Interaksi yang terjadi pada mikroorganisme berlangsung antara Mikroorganisme >< mikroorganisme Mikroorganisme >< tumbuhan Mikroorganisme >< hewan Mikroorganisme >< manusia Inang menyediakan lingkungan yang stabil (T, pH, tekanan osmosis, kelembaban dll) dan nutrien yang cukup bagi kehidupan mikroba. Mikroba pada rumen sapi Mikroba dalam mulut manusia

KARAKTERISTIK DALAM INTERAKSI MIKROBA Interaksi bersifat dinamis Kemampuan tumbuh mikroba sesuai dengan kondisi lingkungan yang mendukung pertumbuhannya Beberapa mikroba dapat tumbuh pada inang juga mampu hidup bebas di lingkungan. Dalam banyak kasus, kondisi fisiologis yang dibutuhkan pada dua keadaan ini sangat berbeda. Mikroba harus mempunyai cara untuk mendeteksi apakah bisa berinteraksi dengan inang Mikroba harus bereaksi terhadap keberadaan /ketiadaan inang melalui perubahan dari ekspresi gen tertentu

KARAKTERISTIK DALAM INTERAKSI MIKROBA Mikroba harus hati-hati dalam memilih inang yang tepat Mikroba harus mampu melakukan kolonisasi pada inang dan mikroba harus bisa mendapatkan senyawa pertumbuhan yang diperlukan selama interaksinya Mikroba harus mempunyai mekanisme untuk mampu memenangkan upaya pertahanan diri dari inang sehingga mikroba tetap bisa mempertahankan kolonisasinya.

Masing-masing mikroorganisme mempunyai pengaruh terhadap lingkungannya Sebagian besar mikroorganisme ditemukan di alam tidak dalam bentuk tunggal, tetapi dalam bentuk populasi di dalam komunitas. Interaksi sangat berarti pada beberapa populasi yang ada dalam komunitas. Interaksi yang terjadi bisa bersifat positif ataupun negatif Masing-masing mikroorganisme mempunyai pengaruh terhadap lingkungannya Mikroba yang tumbuh pada air yang tercemar Mikroorganisme fotosintetik di perairan Mikroba pada tanaman tomat Mikroba tanah Mikroba pada rumen sapi Mikroba pada rongga mulut manusia

Interaksi Mikroba dengan Tanaman/Mikroba

mengendalikan penyakit secara biologis, Interaksi mikroba dalam tanah memegang peranan kunci dalam mengendalikan penyakit secara biologis, pembusukan bahan-bahan organik, dan daur bahan-bahan makanan pokok untuk tanaman.

Peran Mikroba pada Tanaman

JENIS-JENIS INTERAKSI MIKROBA DENGAN TANAMAN/MIKROBA

3. Amensalisme / Antibiosisme /Antagonisme 4. Mutualisme 1. Simbiosis 2. Komensalisme 3. Amensalisme / Antibiosisme /Antagonisme 4. Mutualisme 5. Parasitisme 6. Predasi 7. Kompetisi 8. Netralisme

Simbiosis Suatu interaksi yang stabil antara dua jenis organisme dimana terjadi asosiasi atau kontak fisik yang erat tanpa memperhatikan dampaknya pada masing masing pihak.

Komensalisme Suatu interaksi yang stabil dimana satu pihak mendapat keuntungan dari proses interaksi, sementara pihak lain tidak mendapat keuntungan namun juga tidak Dirugikan. Contoh : anggrek dengan pohon yang di tumpanginya

Parasitisme Suatu interaksi yang menghasilkan asosiasi dimana satu pihak diuntungkan, sementara pihak lain (inang) dirugikan (dirusak) karena parasit mengambil makanan dari inang. Contoh : benalu dengan pohon inangnya Tanaman yang diparasitasi oleh patogen Binatang yang diparasitasi oleh patogen

Amensalisme / Antibiosisme /Antagonisme Suatu interaksi antagonis (penghambatan atau penghentian pertumbuhan dari satu organisme terhadap yang lain melalui senyawa metabolit yang dihasilkan berupa antibiotik.

Predasi Suatu bentuk interaksi pemangsaan antara pemangsa (predator) dengan mangsa

Kompetisi Suatu interaksi persaingan terhadap sumber daya (nutrisi, oksigen, cahaya, ruang) yang ketersediaannya terbatas dibutuhkan secara bersamaan dalam sebuah 'niche'

Netralisme Hubungan tidak saling mengganggu antara organisme dalam satu habitat yang sama. Masing-masing hidup dengan tidak mengganggu satu dengan lainnya.

NAMA INTERAKSI EFEK INTERAKSI POPULASI A POPULASI B NETRALISME KOMENSALISME + MUTUALISME KOMPETISI _ AMENSALISME 0/+ PARASITISME PREDASI

INTERAKSI MIKROBA DENGAN AKAR TANAMAN Akar tanaman secara langsung berinteraksi dengan mikroorganisme di dalam tanah. Interaksi ini ada yang menguntungkan dan ada yang merugikan. Interaksi yang menguntungkan dapat bermanfaat sebagai biofertilizer

Interaksi yang menguntungkan Antara lain : - Cendawan Mikoriza dengan akar tanaman - Bakteri Rhizobium dengan akar tanaman leguminosae

Bakteri Rhizobium Merupakan kelompok bakteri yang mempunyai kemampuan sebagai penyedia hara bagi Tanaman Bakteri hanya bisa memfiksasi nitrogen atmosfer bila berada di dalam bintil akar mitra legumnya Bintil akar yang efektif : bagian dalam berwarna merah (pigmen leghemoglobin)

Bakteri Rhizobium Proses Pembentukan Bintal Akar

Rhizobium-legume mutualism (food for food) Tanaman memberikan gula kepada bakteri Rhizobium Bakteri Rhizobium memfiksasi nitrogen dan mengirimkannya ke akar tanaman.

Cendawan Mikoriza Mikoriza adalah struktur sistem perakaran yang terbentuk karena adanya cendawan yang bersimbiosis (umumnya menguntungkan) dengan sistem akar tanaman.

Tipe Mikoriza Ektomikorhiza : hidup antara jamur dengan tanaman, apabila hifanya tidak menembus ke dalam akar tetapi hanya pada sampai lapisan epidermis. Endomikorhiza (CMA): hidup antara jamur dengan tanaman, apabila hifanya dapat menembus sampai ke dalam (korteks).

CENDAWAN MIKORIZA ARBUSKULA (CMA)

Peranan mikoriza pada tanaman 1. Membantu penyerapan air dan hara (fosfat) 2. Membantu transfer hara, asimilasi karbon, dan fitohormon 3. Membantu pertumbuhan awal bibit 4. Meningkatkan daya hidup-transplanting- dan kualitas bibit 5. Mengefisiensikan pemupukan

Peranan terhadap lingkungan 1. Membantu ketahanan atau toleransi bibit terhadap logam berat, kekeringan, salinitas, dan tanah miskin 2. Melindungi akar terhadap serangan patogen tanah 3. Memperbaiki struktur tanah (aerasi dan drainase) 4. Sebagai agens bio remediasi 5. Sebagai bio indikator kualitas lingkungan

Tanaman dengan tanpa Mikoriza (kiri) dan dengan Mikoriza (kanan)

Interaksi yang merugikan Mikroorganisme yang bersifat parasit pada tanaman, yang disebut patogen tanaman Menyebabkan berbagai penyakit pada tanaman

Nematoda Puru Akar (Meloidogyena spp.)

Penyakit Layu Bakteri Ralstonia solanacearum

INTERAKSI MIKROBA DENGAN PERMUKAAN TANAMAN Batang, daun dan buah tanaman merupakan habitat yang sesuai bagi beberapa mikroba seperti cendawan, yeast, alga, cyanobacteria, heterotropik dan lumut kerak (lichens) Mikroba yang tumbuh pada permukaan tanaman disebut epifit.

Lumut kerak (Lichen/Lichenes) adalah suatu organisme majemuk yang merupakan hasil simbiosis erat dari cendawan dengan mitra fotosintetik, yang dapat berupa alga hijau (biasanya Trebouxia) atau sianobakteri (biasanya Nostoc). Kerja sama ini demikian eratnya sehingga morfologinya pun berbeda dari komponen simbiotiknya.

Jamur pada liken memperoleh makanan dari hasil fotosintesis algae, dan memperoleh air atau mineral dari jamur. Inilah yang menunjukan adanya simbiosis antara jamur dan algae.

Usnea barbata Parmelia acetubulum

Terima Kasih