Parasitisme & Perkembangan Penyakit Bakteri Tumbuhan Oleh :Irda Safni

Parasitisme & Penyakit Tumbuhan Definisi Penting: Patogen – agen penyebab penyakit Patogenisitas: kemampuan suatu organisme untuk mengganggu dengan satu atau lebih fungsi penting organisme lain  menyebabkan penyakit Virulensi : tingkat patogensitas suatu patogen Parasit: organisme yang hidup pada permukaan atau di dalam organisme lain dan memperoleh makananan dari organisme tersebut. Parasit Tumbuhan: organisme yang berasosiasi dekat dengan tumbuhan dan bereplikasi/tumbuh pada tumbuhan Saprofit : organisme yang hidup pada bahan yang mati dan mesekresikan enzim untuk memecah bahan untuk energi.

Spektrum Patogen Parasit Non-obligat Facultative Parasites Facultative Saprophytes Obligate Parasites (Biotrophs) Obligate Saprophytes (Necrotrophs)

Parasit Saprofit Cenderung memiliki kisaran inang yang sempit, kecuali virus. Tidak perlu membunuh sel tumbuhan untuk menyempurnakan siklus hidupnya. Berhubungan dekat dengan tumbuhan – menyerap nutrisi terus menerus. Tumbuh secara inter‐ dan intra‐ selluler. Tumbuhan terinfeksi biasanya menjadi kerdil, dan pertumbuhan terganggu. Dianalogikan sebagai “Vampir” Cenderung memiliki kisaran inang yang luas Membunuh jaringan tumbuhan untuk mendapat nutrisi untuk pertumbuhan dan menyelesaikan siklus hidupnya. Mengeluarkan enzin dan toksin. Tumbuh secara inter‐selluler Dianalogikan sebagai “serigala”

Segitiga Penyakit Patogen Lingkungan (Biotik & Abiotik) Inang Seluruh sisi segitiga harus mendukung penyakit untuk proses terjadinya penyakit ! Kejadian penyakit adalah kejadian interaktif ! Patogen Total Virulensi, Jumlah, dll Lingkungan (Biotik & Abiotik) Total kondisi yang mendukung penyakit Inang Total kondisi yang mendukung kerentanan

Segitiga Penyakit

Bagaimana suatu penyakit tumbuhan berkembang……. Perkembangan penyakit bergantung kepada interaksi di atara 3 faktor-faktor yang berbeda, yaitu: Tanaman Inang Patogen Lingkungan

1. How the Plant Affects Development disease Genetic resistance or susceptibility of Host –Vertical Resistance –Horizontal Resistance Degree of genetic uniformity of host in a particular field –Monoculture, especially Clones –Natural, Intermingled Populations Type of crops Annual crops & foliar or fruit diseases develop much more rapidly (in weeks) Perennial woody diseases take longer time to develop (in years) iv. Age of host plants Some plants are susceptible only during growth period & become resistant during mature period 4

–Faster Production of Larger # Inoculum Levels of virulence –Faster Production of Larger # Inoculum Quantity of inoculum near hosts Type of reproduction of the pathogen –Monocyclic –Polycyclic •Responsible for most Sudden, Catastrophic Epidemics Ecology of the pathogen –Reproduce on Surface of Aerial Parts of Plant –Reproduce inside Plant –Reproduce on Infected Plant Parts in Soil Mode of spread of the pathogen –Breezes or Strong Winds •Most Sudden & Widespread Epidemics –Inoculum Carried by Airborne Vectors –Wind-Blown Rain –Carried on Seed, Tubers, Bulbs –Beetles –Pathogens Spreading through Soil •Usually Local, Slow-Spreading Diseases of Considerable Severity

3. Environmental factors How Humans Affect Development of Plant Disease Moisture Rain, dew, high humidity Dominant factor in diseases caused by oomycetes, fungi, bacteria & nematodes Temperature Affects disease cycles of pathogens Disease development is also affected by 4. Time Time factors Season of the year Duration & frequency of favorable temp. & rains Appearance of vectors, etc. Site Selection & Preparation Selection of Propagative Material Introduction of Exotic Pathogens Cultural Practices Disease control measures Introduction of new pathogens or disease

Siklus Penyakit Jadi, dalam pembentukan dan perkembangan tiap penyakit menular (infectious diseases) terjadi suatu seri dari beberapa tahap atau proses yang berlangsung kontinyu secara berurutan. Proses yang terjadi secara berurutan dalam pembentukan dan perkembangan penyakit disebut siklus penyakit. I. Fase aktif (patogenesis) Siklus Sekunder II. Fase pasif (saprogenesis) Siklus Primer

Siklus Penyakit

Tahapan penting Siklus Penyakit Bakteri Tumbuhan Inokulasi Penetrasi Perkembangan Infeksi Invasi Pertumbuhan dan reproduksi bakteri patogen (Kolonisasi) Diseminasi bakteri patogen Survival dengan ketiadaan inang

Inokulasi Yaitu: proses deposisi atau kontaknya inokulum pada permukaan jaringan inang. Inokulum : patogen yang dibawa ke tempat infeksi (bakteri) Jenis Inokulum: 1) Inokulum primer: inokulum yang bertahan dorman selama musim dingin atau musim panas dan menyebabkan infeksi pada musim semi atau musim gugur  Infeksi yang ditimbulkan: “Infeksi Primer” 2) Inokulum Sekunder: Inokulum yang dihasilkan dari inokulum primer  Infeksi yang ditimbulkan: “Infeksi Sekunder”

Inokulasi Sumber inokulum: Bertahan hidup (survival) pada tanaman tahunan, gulma, tanah yang terkontaminasi, sisa-sisa tanah, benih, dan vektor Kedatangan inokulum: Secara pasif (mis. angin) Kemotaksis – organisme di dalam tanah tertarik terhadap akar tanaman Transmisi vektor (mis. serangga)

Penetrasi Yaitu: proses masuknya patogen ke dalam inang. Penetrasi aktif: patogen berpartisipasi aktif menembus dinding sel dan masuk ke dalam jaringan inang  jamur, nematoda Penetrasi pasif: patogen tidak berpartisipasi aktif, dilakukan melalui luka atau lubang alami dari inang (stomata, lentisel, lubang hidatoda, dan kelenjar sekresi).  bakteri

Penetrasi Patogen untuk pertumbuhan dan perkembangannya perlu makanan (nutrisi). Karena nutrisi yang dibutuhkan berada dalam jaringan inang maka untuk mendapatkannya ia harus melampaui berbagai rintangan. Patogen harus menembus (penetrate) lapisan pelindung dinding sel inang. Bahkan setelah berhasil menembus lapisan luar dinding sel, patogen masih harus menembus lapisan-lapisan lain dari dinding sel

a. Pra-penetrasi pH t°c O2 Rh CO2 phylloplane Deposisi suatu inokulum di tempat infeksi sebelum penetrasi terjadi dipengaruhi oleh faktor fisik, kimia, dan biologi

Permukaan akar (rhizoplane) yang berada di rizosfer banyak mengandung senyawa metabolit yang diproduksi oleh akar dan dapat dimanfaatkan oleh mikro organisme. Beberapa hifa cendawan patogenik dapat tumbuh ke arah akar tumbuhan yang rentan (inang) karena adanya daya tarik kimia (chemotrophic attraction) berupa gula, asam organik, asam amino, dll. Namun pada tumbuhan yang resisten, akarnya memproduksi zat penghambat pertumbuhan patogen. Misal: sekresi akar kapri mampu menghambat pertumbuhan spora Fusarium sp. strain yang lemah.

Lubang alami lainnya yang berperan dalam penetrasi adalah : Lentisel : Erwinia carotovora (busuk lunak pada kentang dan wortel) Hidatoda : Xanthomonas campestris (busuk hitam pada crucifera) masuk via tepi/ ujung helai daun. BilaRh rendah maka tetes air akan terhisap kembali ke dalam lubang hidatoda sekaligus membawa patogen masuk. Trikoma : Kutikula dari kelenjar trikoma dapat pecah pada bagian sekresi kelenjar yang terakumulasi. Sobekan tersebut manjadi lubang masuk. Sel nektar : serangga membawa inokulum dan tertinggal pada nektar yang tersisa.

Perkembangan Infeksi Yaitu: tahapan dimana patogen yang sudah menetap dalam jaringan inang mulai memperoleh nutrisi dari inangnya. Infeksi yang berhasil akan menyebabkan gejala – perubahan visual yang dapat dideteksi pada tumbuhan. Patogen mengeluarkan enzim, toxksin, dan pengatur tumbuh (growth regulators). Tumbuhan bereaksi dengan mekanisme pertahanan diri.

Invasi Yaitu: patogen menyebar ke seluruh tanaman. Bakteri menyebar dengan pertumbuhan intraseluler dan intraseluler dengan menggunakan enzim, dan hormon dan secara lokal.

Pertumbuhan dan Reproduksi Bakteri Patogen (Kolonisasi) Patogen terus menyebar sampai infeksi berhenti dan tumbuhan mati. Hanya jamur dan nematoda yang dapat aktif bergerak, sedangkan patogen lain seperti bakteri bereproduksi dengan cepat dan bergerak secara pasif. Bakteri bergerak secara intraseluler. Saat sel yang terinfeksi terbelah dua maka sebagian sel yang berasosiasi ditransfer ke sel yang baru. Banyak bakteri yang melakukan multiplikasi di dalam sistem pembuluh xylem.

Diseminasi Patogen Struktur patogen yang berfungsi sebagai inokulum (sekunder) disebarkan/ didiseminasikan oleh serangga, air, angin atau agen penyebar yang lain.

Caranya …..? Lingkungan yang ekstrim …..? Penyebaran inokulum Angin take off, flight, deposisi. Air/ hujan memindahkan spora dan mengaktifkan metabolisme. Serangga (sebagai vektor) terbawa pada tubuh/ organ pemotong. Benih atau pun bagian lain virus/ viroid, bakteri, cendawan. Manusia jarak jauh. Lingkungan yang ekstrim …..? Iklim temperate (subtropik) patogen harus mampu bertahan pada kondisi ekstrim. ******************************* ******************************* ******************************* Caranya …..?

Survival Bakteri dengan Ketiadaan Inang Fungi Bacteria Viruses Nematodes Survival Crop residue Soil Alt. hosts - Insect vectors Dispersal Wind Rain Insects Tillage Equipment Water run-off Infection Directly Wounds Insect feeding

Bakteri patogen  tidak hanya hidup pada daerah infeksi Di luar lingkungan infeksi : Aerial Tanah / air Asosiasi dengan invertebrata

Di lingkungan Aerial - Patogen : pada daun, bunga, buah, atau batang - Meliputi : 1. Fisik - hujan - angin - sinar matahari 2. Biotik - Organisme phyloplane - Serangga vektor Komponen aerial merupakan medium sangat penting untuk survival dan menyebar

Suhu, Penyinaran & Radiasi Air Hujan - tetesan air hujan menentukan arah penyebaran angin dan hujan  kecepatan > 8 m/detik dapat membawa sel bakteri 104 CFU/ml  terjadi infeksi berikutnya - Ukuran butiran  2 – 7 um butir kecil  arah sebar jauh butir besar  bakteri lebih mampu bertahan Suhu, Penyinaran & Radiasi - Kondisi hangat dan penyinaran cerah akan dapat meningkatkan perkembangan bakteri

Air Irigasi/ Hujan deras - Pengaruh bervariasi dapat meningkatkan atau menurunkan penyakit misalnya : pengaruhnya menurunkan penyakit jika hujan deras P. syringae pv tomato X. campestris pv vesicatoria Kedua spesies bakteri ini tidak tahan di dalam tanah. Kultur Teknis & Fungisida - Dapat menimbulkan luka, sehingga meningkatkan penyebaran penyakit - Meningkatkan infeksi

Lingkungan Mikro Permukaan tanaman - nektarius - trichoma - kuncup-kuncup - tunas - kanker batang Kelembapan tinggi 90 – 95 % sangat penting Bakteri hidup sebagai phyloplane Bakteri pada permukaan daun  epifit Kerapatan populasi sel bakteri pada individu daun lebih menentukan daripada seluruh kanopi daun dalam epidemi bakteri Meningkatnya populasi bakteri epifit berkorelasi dengan meningkatnya infeksi penyakit Bakteri patogen aerial dapat bersifat epifit sementara sebelum lingkungan mendukung untuk terjadi infeksi dan fase hidupnya berubah menjadi patogenik

- Populasi bakteri rhizosfer  ~ fase pertumbuhan akar B. Di Lingkungan Air dan Tanah - Patogen terbawa tanah (R. solanacearum) - Sebagai Saprofit - Permukaan akar  media penyebaran Rhizosfer  media multiplikasi - Populasi bakteri rhizosfer  ~ fase pertumbuhan akar ujung akar  populasi turun lateral  epidermis kortek  lisis  populasi tinggi 105 CFU/ml lisis menurun  populasi bakteri juga turun - Sel bakteri migrasi  Chemotaxis  akar  perkecambahan biji - Populasi bakteri rhizosfer = spesifikasi jenis tanaman tanaman berbeda  berbeda jenis bakteri  berbeda ciri LPS dan CEP (Cell Envelope Protein)

SOIL INHABITANTS (Soil-borne Pathogen) Definisi : Bakteri yang dapat bertahan hidup di dalam tanah dalam waktu yang lama Contoh : 1. Streptomyces scabies 2. Erwinia carotovora 3. Agrobacterium tumefaciens 4. Ralstonia solanacearum Bakteri kelompok ini tidak tergantung pada sisa tanaman atau inang Bakteri bersifat saprofit

SOIL INVADER Definisi : Bakteri yang hidup di dalam tanah untuk waktu yang singkat atau sementara Bakteri yang hidupnya tergantung pada inang atau jaringan tanaman Contoh. : 1. Erwinia amylovora 2. Xanthomonas campestris 3. Pseudomonas syringae

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI SURVIVAL BAKTERI PATOGEN DALAM TANAH 1. Nutrisi dari sisa tanaman 2. Genetik 3. Faktor lingkungan - sifat tanah - mikroflora dan mikrofauna tanah INTERAKSI YANG MEMPENGARUHI KEMAMPUAN BERTAHAN BAKTERI 1. Kemampuan kompetisi secara saprofit 2. Soil inhabitant  fakultatif saprofit 3. Kemampuan menggunakan berbagai substrat (simple dan kompleks) 4. Kemampuan menggunakan substrat pada berbagai kondisi lingkungan 5. Membentuk toksin, tahan terhadap antibiotika 6. Kemampuan chemotaksis

FAKTOR FISIK YANG BERPENGARUH 1. Suhu tanah 2. Kelembapan tanah - film air 3. Sifat tanah - porositas tanah - ukuran partikel tanah - Kapasitas Pertukaran Kation Lempeng / partikel tanah dan Bakteri (EPS)  terjadi ikatan  sel bakteri terlindung sehingga bertahan hidup lebih lama 4. pH tanah - Alkalin (sedikit alkalin )  membantu survival - pH 4,8 – 5,2 untuk spesies tertentu terhambat/ mati

Terima Kasih