Perbanyakan Massal Mikroba Sebagai Agens Antagonis Irda Safni

Pendahuluan

Apa Pengertian Pengendalian Hayati? William Roberts (1874) pertama sekali mendemonstrasiskan aksi antagonis jamur Penicillium glaucum dan bakteri di dalam kultur cair dan mengenalkan istilah “antagonisme”. Istilah pengendalian hayati (biological control) untuk mengendalikan penyakit tumbuhan pertama sekali diusulkan oleh C. F. Von (1914). Istilah umum Pengendalian Hayati: Proses suatu populasi di mana populasi satu spesies menurunkan populasi spesies lainnya.

Sanford (1926) mengamati infeksi penyakit kudis kentang (potato scab) dapat ditekan dengan aktivitas antagonistik pupuk hijau. Weindling (1932) melaporkan keefektifan Trichoderma lignorumon pada beberapa penyakit tanaman. Grossbard (1948-1952), Wright (1952-1957) mendemonstrasikan kerja antibitiok yang dihasilkan di dalam tanah oleh Penicillium, Aspergillus, Trichoderma, Streptomyces. Kloepper (1980) mendemostrasikan kegunaan siderophore yang dihasilkan Erwinia carotovora.

Produk agens biokontrol pertama yang dipasarkan adalah BINAP T di Perancis tahun 1976, di USA tahun 1989. Di Amerika Serikat, telah terdaftar 26 produk mikroba oleh perusahaan komersil untuk mengendalikan berbagai penyakit tumbuhan pada tahun 2005. Di Eropa, telah terdaftar 14 produk mikroba untuk pengendalian penyakit.

Kenapa menggunakan pengendalian hayati? Agens biokontrol: Mahal Membutuhkan tenaga kerja yang banyak Inang spesifik Pestisida kimia : Harganya efektif Mudah diaplikasikan Ber-spektrum luas

Kenapa menggunakan pengendalian hayati? AKANKAH: Pestisida kimia Berpengaruh terhadap ekologi, lingkungan dan masalah kesehatan manusia Membutuhkan perlakuan tahunan Berspektrum luas Beracun terhadap spesies yang berguna dan patogenik TETAPI: Agens biokontrol Tidak beracun terhadap manusia Tidak mengkontaminasikan air Sekali mengkolonisasi, akan bertahan bertahun-tahun Inang spesifik Hanya berpengaruh terhadap satu atau beberapa spesies

Biopestisida Pembagian biopestisida berdasarkan Lembaga Perlindungan Lingkungan Amerika Serikat (US-EPA): Pestisida Mikroba (microbial pesticide), yaitu produk biopestisida yang mengandung mikroba (jamur, bakteri, virus, protozoa) sebagai bahan aktif. Disebut juga Agens pengendali hayati/Agens hayati/agens biokontrol. Protektan-Bagian-Integral-Tanaman (PBIT) atau Plant- Incorporated-Protectants (PIPs), yaitu bahan materi genetik bersifat pestisidal, artinya faktor keturunan (DNA) yang membentuk senyawa bersifat racun ditambahkan atau dimasukkan ke dalam tanaman. Disebut juga pestisida tanaman transgenik (transgenic plant pesticides).

Biopestisida 3. Pestisida biokimia (biochemical pesticides), yaitu bahan alami yang digunakan mengendalikan hama dengan mekanisme nontoksik, dan berbagai ekstrak tanaman yang digunakan untuk memikat serangga. Contoh. Sex pheromone, pestisida nabati yang berasal dari tanaman.

Mekanisme agens pengendalian hayati patogen tumbuhan Produksi metabolit beracun – menghambat satu organisme sebagai akibat difusi enzim, antibiotik dan bahan organik volatil Contoh: Produksi zwittermicin A oleh Bacillus cereus terhadap busuk akar Phytophthora pada tanaman alfalfa

Mekanisme agens pengendalian hayati patogen tumbuhan Kompetisi ruang dan nutrisi – Kompetisi antara mikroorganisme untuk karbon, nitrogen, O2, besi dan nutrisi lainnya. Cara kebanyakan organisme menghambat pertumbuhan mikroorganisme yang lain. Oleh karena itu, hal penting bagi keberhasilan agens biokontrol rizosfer adalah kemampuan untuk tetap pada kepadatan populasi pada permukaan akar yang tinggi, memberi perlindungann pada seluruh akar selama masa hidupnya.

Mekanisme agens pengendalian hayati patogen tumbuhan Mikoparasitisme – parasitisme oleh satu jamur oleh agens antagonis lainnya Kontak langsung Enzim penghancur dinding sel Beberapa menghasilkan antiobiotik Contoh: Trichoderma harzianum, digunakan sebagai perlakuan benih terhadap jamur patogenik. Menghambat kolonisasi patogen di jaringan inang

Mekanisme agens pengendalian hayati patogen tumbuhan Ketahanan induksi pada tumbuhan terhadap penyakit tumbuhan Ketahanan diinduksi adalah respon tanaman terhadap mikroorganisme atau agens abiotik yang mengikuti ketahanan de novo diinduksi terhadap patogen yang ditunjukkan pada tanaman peka. Ketahanan diinduksi dapat bersifat lokal, ketika ia dapat dideteksi hanya di daerah dekat dengan faktor penginduksi, atau sistemik, ketika ketahanan terjadi pada tempat di seluryh tanaman.

Substansi Aktif Substansi Aktif adalah bahan-bahan yang mempunyai aktifitas tertentu yang dihasilkan oleh makhluk hidup dan bahan aktif ini dapat bersifat positif bagi makhluknya sendiri, tapi dapat berdampak negatif atau positif bagi makhluk hidup lain.

Substansi Aktif Substansi aktif dapat dibagi 2, yaitu: 1.Metabolit Primer - Bersifat intraselluler - Dihasilkan dalam jumlah sedikit 2. Metabolit Sekunder - Hasil metabolit di dalam sel yang di-sekresikan keluar dari sel atau dikumpulkan di kantong-kantong khusus di atara sel/jaringan di dalam tubuhnya. - Dapat dihasilkan dalam jumlah besar tergantung lingkungan dan kebutuhannya  pengembangan rekayasa aktivitas bio-industri (produk enzim, antibiotik, pestisida biokimia dan agrokimia)

Substansi Aktif Metabolit sekunder Secara otomatis dikeluarkan karena dapat meracuni dirinya sendiri Karena adanya rangsangan untuk tujuan tertentu

Substansi Aktif

Substansi Aktif Pengaruh substansi aktif terhadap patogen tanaman: Aktivitas antibiosis. Efek langsung terhadap penghambatan pertumbuhan patogen pada sistem perakaran. Induksi sistem pembangkitan kekebalan terhadap tanaman.

Antibiosis Antibiosis adah senyawa kimia hasil metabolisme yang memiliki sifat sebagai antibiotik. Proses pengendalian mekanisme biologi antibiosis dapat bekerja secara tunggal dari 1 jenis substansi aktif atau bekerja sama dengan aktivitas substansi aktif lainnya. Senyawa antibiosis dihasilkan sebagian besar kelompok jamur (Trichoderma spp., dll), hanya sebagian kecil yang dihasilkan bakteri (Pseudomonas spp., Bacillus, sp.)

Daftar Antibiotik No Antibiotic Source Target pathogen Disease Reference 1 2,4 - Diacetyl- pholoroglucinol Pseudomonas fluorescence F113 Pythium Damping off (Shanahan et al., 1992) 2 Agrocin 84 Agrobacterium radiobacter Agrobacterium tumefaciens Crown gall (Kerr, 1980) 3 Bacillomycin D Bacillus subtillus AU195 Aspergillus flavus Aflatoxin contamination (Moyne et al., 2001) 4 Bacillus amylo liquefaciens strain FZB42 Fussorium oxysporium Wilt (Koumoutsi et al., 2004) 5 Xanthobacin A Lycobacter sp. Strain K88 Aphanomyces cochlioides (Islam et al., 2005) 6 Gliotoxin Trichoderma virens Rhizoctonia solani Root rot (Wilhite et al., 2001) 7 Zwitermycin A Bascillus cereus UW85 Pythium aphanidermatum (Smith et al., 1993) 8 Mycostubilin Bascillus BBG100 (Leclere et al., 2005) 9 Herbicolin Pantoea agglomerans C91 Erwinia amylovora Fire blight (Sandra et al., 2001) 10 Iturin Bascillus subtillus QST713 Botrytis, Rhizoctonia solani (Paulitz and Blanger, 2001)

Persyaratan untuk keberhasilan pengendalian hayati 1. Strain biokontrol yang sangat efektif harus dapat diperoleh atau dihasilkan Bisa dikolonisasi dan diperbanyak Tidak patogenik terhadap tanaman inang dan lingkungan

Persyaratan untuk keberhasilan pengendalian hayati 2. Produksinya tidak mahal dan agen formulasi dapat dikembangkan Produksi harus menghasilkan perbanyakan massal dengan daya hidup yang sangat baik. Agar dapat berhasil sebagai agens pertanian harus Murah Dapat diproduksi dalam jumlah besar Viabilitasnya dapat dipertahankan

Persyaratan untuk keberhasilan pengendalian hayati 3. Pengiriman dan aplikasi harus memenuhi persyaratan ekspresi penuh agens hayati. Harus meyakinkan bahwa agens akan tumbuh dan mencapai tujuannya Coiling of Trichoderma around a pathogen. (Plant Biocontrol by Trichoderma spp. Ilan Chet, Ada Viterbo and Yariv Brotman)

Nama Dagang/Perusahaan Daftar Bioinsektisida & Biofungisida yang telah dipasarkan secara komersil Mikroorganisme Patogen Target Inang/Penyakit Nama Dagang/Perusahaan Agrobacterium radiobacter Agrobacterium tumefaciens Crown gall/tumor Norbac 84, C Nogall, Gatrol-A Bacillus subtilis Rhizoctonia sp., Fusarium sp., Alternaria sp., Aspergillus sp. Busik akar, busuk benih Epic, Kodiak, MBI-60, Seranade, Burkholderia cepacia Jamur tular tanah, Fusarium sp., Phytium sp. Tanaman sayuran, kedelai, penyakit layu, keriting Deny Pseudomonas fluorescens Erwinia amylovora Apel, kentang, tomat Blight Ban-506 Pseudomonas syringae Patogen pasca panen Apel, pir, jeruk Bio-Save 100 Trichoderma harzianum Jamur tular tanah (Phytium sp., Rhizoctonia sp., Verticilium sp., Sclerotium sp., dll) Busuk akar BioTrek 22G, Supervisit Trichoderma spp. Rhizoctonia solani, Athelia (Sclerotium) rolfsii, Phytium sp., Fusarium sp. Pembibitan tanaman, pemacu tumbuh Biospark Trichoderma, Triko SP, dll

Penapisan (Screening) mikroorganisme antagonis Beberapa kategori untuk berhasil menapis mikroorganisme antagonis, yaitu: Memilih patosistem yang sesuai Memilih metode isolasi mikroorganisme yang sesuai. Melakukan karakterisasi isolat yang sesuai dan evaluasi performa isolat. Cth. Penapisan agens bakteri antagonis terhadap Gibberella pulicaris penyebab busuk kering pada kentang yang disimpan Memfokuskan pada bioefikasi dan pertumbuhan kinetik kandidat agens antagonis yang sesuai pada media cair.

Penapisan (Screening) mikroorganisme antagonis Melakukan adaptasi isolat mikroorganisme terhadap suhu Cth. Validov et al. (2007) menyeleksi bakteri untuk mengendalikan Fusarium oxysporum f.sp. radicis-lycopersici . Proses pengeringan sering merusak produksi massal dan formulasi agens antagonis, sehingga mengurangi keefektifannya. Oleh karena itu, Validov et al (2007) melakukan metode freeze-dry & sprya-dry pada sampel rizosfer sebelum agens antagonis di-isolasi dari sampel tersebut  diasumsikan bakteri yang diseleksi awal seperti ini akan toleran terhadap proses pengeringan pada industri, sehingga cocok untuk sistem produksi massal.

Produksi Massal Agens Biokontrol Langkah multi proses komersialisasi produk biokontrol meliputi aktivitas berikut: Isolasi mikroorganisme dari ekosistem alami. Evaluasi agens biokontrol secara in vitro dan uji rumah kaca. Uji isolat terbaik di lapangan Produksi massal Formulasi Pengiriman Kesesuaian Registrasi dan pemasaran  

No Bio control agent Product Target disease/organism Crop Manufacturer 1 Agrobacterium radiobacter strain 84 Galtrol Agrobacterium tumefaciens Ornamentals, Fruits, Nuts AgBioChem, USA 2 Agrobacterium radiobacter strain K 1026 Nagol Agrobacterium tumefaciens Ornamentals, Fruits, Nuts Bio-care 3 Bascillus GB34 subtillus strain Rhizoctonia, Fussarium Soyabean Gustafon, USA 4 GB03 Kodiac, companion Aspergillus Wheat, barley, peas Growth products,USA 5 Pseudomonas aureofaciens strain TX-1 Bio–jet, spot less Pythium, Rhizoctonia solani Vegetables and Ornamentals ingreen houses EcoSoil system 6 Pseudomonas fluorescence strain A506 Frostban Fire blight, bunch rot Fruit crop, Tomato, Potato Plant Health Technologies 7 Streptomycine griseoviridis Mycostop Soil borne pathogens Ornamentals, Tree seedlings Kemira Oy, Finland 8 Trichoderma harzianum T- 22 Root shield, plant shield Green house nurseries Bio works, USA 9 39 Trichodex Botrytis cinerea Most of the food crops 10 Ampelomyces quisquallis isolate M-10 AQ10 Powdery mildew Fruits, Ornamentals , Vegetables Ecogen,USA 11 Aspergillus flavus AF36 Alfa guard Aspergillus flavus Cotton Circleone globa,USA 12 Gliocladium catenulatum strain JI446 Prima stop soil guard Soil borne Vegetables, Herbs , Spices Kemira Agro Oy, Finland 13 Gliocladium virensGL-21 parasitic nematodes Food, Fibre, -Do-

Formulasi Formulasi adalah campuran bahan aktif seperti spora jamur dengan bahan inert seperti pelarut (diluent) dan bahan aktif permukaan (surfactant) agar meningkatkan karakteristik fisik menjadi bentuk yang sesuai keinginan. Syarat formulasi final adalah: Mudah digunakan Stabil pada suhu kisaran -5 - 35ºC. Memiliki waktu bertahan disimpan minimum 2 tahun pada suhu ruang.

Registrasi Agens Biokontrol Dua faktor penting untuk registrasi agens biokontrol adalah daya racun dan faktor lingkungan. Syarat-syarat registrasi agens biokontrol   Nama sistemik dan nama umum agens biokontrol Kejadian secara alami Deskripsi morfologi agens biokontrol Detail proses pembuatannya Toksisitas pada mammalia Toksisitas pada lingkungan Analisa residu

Terima Kasih