Mata Kuliah Biologi: Interaksi Mikroba dengan Tanaman

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Bioteknologi secara sederhana sudah dikenal oleh manusia sejak ribuan tahun yang lalu. Sebagai contoh, di bidang teknologi pangan adalah pembuatan bir, roti, maupun keju yang sudah dikenal sejak abad ke-19, pemuliaan tanaman untuk menghasilkan varietas-varietas baru di bidang pertanian, serta pemuliaan dan reproduksi hewan. Bioteknologi adalah cabang ilmu yang mempelajari pemanfaatan makhluk hidup (bakteri, fungi, virus, dan lain-lain) maupun produk dari makhluk hidup (enzim, alkohol) dalam proses produksi untuk menghasilkan barang dan jasa. Dewasa ini, perkembangan bioteknologi tidak hanya didasari pada biologi semata, tetapi juga pada ilmu-ilmu terapan dan murni lain, seperti biokimia, komputer, biologi molekular, mikrobiologi, genetika, kimia, matematika, dan lain sebagainya.Dengan kata lain, bioteknologi adalah ilmu terapan yang menggabungkan berbagai cabang ilmu dalam proses produksi barang dan jasa Pada masa ini, bioteknologi berkembang sangat pesat, terutama di negara negara maju. Kemajuan ini ditandai dengan ditemukannya berbagai macam teknologi semisal rekayasa genetika, kultur jaringan, DNA rekombinan, pengembangbiakan sel induk, kloning, dan lain-lain. Teknologi ini memungkinkan kita untuk memperoleh penyembuhan penyakit-penyakit genetik maupun kronis yang belum dapat disembuhkan, seperti kanker ataupun AIDS. Penelitian di bidang pengembangan sel induk juga memungkinkan para penderita stroke ataupun penyakit lain yang mengakibatkan kehilangan atau kerusakan pada jaringan tubuh dapat sembuh seperti sediakala. Di bidang pangan, dengan menggunakan teknologi rekayasa genetika, kultur jaringan dan DNA rekombinan, dapat dihasilkan tanaman dengan sifat dan produk unggul karena mengandung zat gizi yang lebih jika dibandingkan tanaman biasa, serta juga lebih tahan terhadap hama maupun tekanan lingkungan. Penerapan bioteknologi pada masa ini juga dapat dijumpai pada pelestarian lingkungan hidup dari polusi. Sebagai contoh, pada penguraian minyak bumi yang tertumpah ke laut oleh bakteri, dan penguraian zat-zat yang bersifat toksik (racun) di sungai atau laut dengan menggunakan bakteri jenis baru. Kemajuan di bidang bioteknologi tak lepas dari berbagai kontroversi yang melingkupi perkembangan teknologinya. Sebagai contoh, teknologi kloning dan rekayasa genetika terhadap tanaman pangan mendapat kecaman dari bermacam-macam golongan.

Di zaman yang serba cepat dan mengharuskan segala sistem yang begitu cepat pula karena didukung oleh populasi menusia yang sangat cepat pula hal itu berimbas pada dunia pertanian. Sebagai yang utama dalam masalah hidup ini menuntut sektor pertanian untuk memenuhi kebutuhan pangan populasi manusia yang tidak terbendung secara cepat dan bagus tidak hanya kuantitas tetapi kualitasnya juga. Dari hal-hal seperti itulah bioteknologi di bidang pertanian juga mulai mengalami perkembangan Selama kurang lebih empat dasawarsa terakhir, kita melihat begitu pesat perkembangan bioteknologi di berbagai bidang. Pesatnya perkembangan bioteknologi ini sejalan dengan tingkat kebutuhan manusia dimuka bumi. Hal ini dapat dipahami mengingat bioteknologi menjanjikan suatu revolusi pada hampir semua aspek kehidupan manusia, mulai dari bidang pertanian, peternakan dan perikanan hingga kesehatan dan pengobatan. Melalui bidang pertanian dapat di hasilkan tanaman dengan sifat dan produk unggul karena mengandung zat gizi yang lebih jika di bandingkan tanaman biasa , serta juga lebih tahan terhadap hama maupun tekanan lingkungan . Bioteknologi mempunyai peranan yang sangat besar di dalam budidaya tanaman , terutama dalam pengembangan dan penyediaan pupuk organic dan pestisida sehingga dapat meningkatkan pertumbuhan dan perkembangan tanaman serta melipatgandakan hasil pertanian . Bioteknologi bidang pertanian juga memberikan kontribusi yang sangat besar terhadap konservasi lahan dan lingkungan . Keberadaan Kontroversi bioteknologi di bidang pertanian , dalam prosesnya tidakdapat dipisahkan dari adanya unsure mikroba , dalam prosesnya tidakdapat dipisahkan dari adanya unsure mikroba yang menjadi kunci dalam pengembangan bioteknologi. Mikroba mampu menyemabkan perubahan kimiawi pada berbagai bahan , jumlahnya yang besar di sertai kemampuan kimia yang beragam menyebabkan banyak terjadi proses esensial di alam lingkungan , misalnya mikroba mampu merombak , merusak atau membusukkan tanaman dan hewan yang mati. Dari uraian di atas kami tertarik untuk mengaji lebih dala mengenai “Interaksi mikroba dengan tanaman beserta siklus biogeokimia nya”.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, rumusan masalah yang dapat diambil antara lain :

1. Bagaimanakah interaksi antara tanaman dengan bakteri ?

2. Bagaimanakah interaksi antara tanaman dengan fungi?

3. Bagaimanakah interaksi antara tanaman dengan virus?

4. Bagaimanakah siklus biogeokimia nya ?

1.3 Tujuan

Adapun tujuan pembuatan makalah ini antara lain :

1. Untuk mengetahui interaksi antara tanaman dengan bakteri.

2. Untuk mengetahui interaksi antara tanaman dengan fungi.

3. Untuk mengetahui interaksi antara tanaman dengan virus.

4. Untuk mengetahui siklus biogeokimia nya.

1.4 Manfaat Penulisan

Manfaat dari pembuatan makalah ini adalah :

1. Bagi Mahasiswa

Makalah ini dapat menambah pengetahuan mahasiswa yang lebih dalam tentang Interaksi Mikroba dengan Tumbuhan serta siklus biogeokimiawi nya.

2. Bagi Umum

Dapat digunakan sebagai bahan bacaan dan literatur bagi penulis-penulis berikutnya, sehingga dapat meningkatkan pengetahuan masyarakat tentang Interaksi Mikroba Tanah dengan Tumbuhan

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Interaksi Bakteri dengan Tanaman

2.1.1 Interaksi yang Menguntungkan

Interaksi antara bakteri Rhizobum dengan akar kacang-kacangan

Tanaman kacang-kacangan seperti buncis, kedelai, akarnya memiliki bintil-bintil berisi bakteri yang mampu menambat nitrogen udara, sehingga nitrogen tanah yang telah diserap tanaman dapat diganti. Simbiosis antara tanaman dan bakteri saling menguntungkn untuk kedua pihak. Bakteri mendapatkan zat hara yang kaya energi dari tanaman inang sedangkan tanaman inang mendapatkan senyawa nitrogen dari bakteri untuk melangsungkan kehidupannya.

Bakteri penghambat nitrogen yang terdapat didalam akar kacang-kacangan adalah jenis bakteri Rhizobium. Bakteri ini masuk melalui rambut-rambut akar dan menetap dalam akar tersebut dan membentuk bintil pada akar yang bersifat khas pada kacang-kacangan. Bakteri dalam genus Rhizobium merupakan bakteri Gram negatif, berbentuk bulat memanjang, yang secara normal mampu memfiksasi nitrogen dari atmosfer. Umumnya bakteri ini ditemukan pada nodul akar tanaman Leguminoceae.

Rhizobium berasal dari dua kata yaitu Rhizo yang artinya akar dan bios yang berarti hidup. Rhizobium adalah bakteri yang bersifat aerob, organotrof, tidak berspora, pleomorf, gram negatif dan berbentuk batang bentuk batang, koloninya berwarna putih berbentuk sirkular, merupakan penambat nitrogen yang hidup di dalam tanah dan berasosiasi simbiotik dengan sel akar legume, bersifat host spesifik satu spesies Rhizobium cenderung membentuk nodul akar pada saat spesies tanaman legume saja.

Rhizobium hanya dapat memfiksasi nitrogen atmosfer bila berada di dalam bintil akar dari mitra legumnya. Peranan Rhizobium terhadap pertumbuhan tanaman khususnya berkaitan dengan masalah ketersediaan nitrogen bagi tanaman inangnya. Suatu pigmen merah yang disebut leghemeglobin dijumpai dalam bintil akar antara bakteroid dan selubung membrane yang mengelilinginya. Jumlah leghemeglobin di dalam bintil akar memiliki hubungan langsung dengan jumlah nitrogen yang difiksasi.

Morfologi Rhizobium dikenal sebagai bakteroid. Rhizobium menginfeksi Leguminoceae melalui ujung-ujung bulu akar yang tidak berselulosa karena bakteri Rhizobium tidak dapat menghidrolisis selulosa. Rhizobium yang tumbuh dalam bintil akar leguminoceae mengambil nitrogen langsung dari udara dengan aktifitas bersama sel tanaman dan bakteri, nitrogen itu disusun menjadi senyawaan nitrogen seperti asam-asam amino dan polipeptida yang ditemukan dalam tumbuh-tumbuhan, bakteri dan tanaman disekitarnya. Baik bakteri maupun legume tidak dapat menambat nitrogen secara mandiri, bila Rhizobium tidak ada dan nitrogen tidak terdapat dalam tanah legum tersebut akan mati. Bakteri Rhizobium hidup dengan menginfeksi akar tanaman legum dan berasosiasi dengan tanaman tersebut, dengan menambat nitrogen.

Interaksi ini mengakibatkan terbentuknya nodul akar pada tumbuhan kacang-kacangan. Terdapat beberapa spesies Rhizobium dan tanaman simbiosisnya yang dapat dilihat pada table berikut ini.

Table 1 : Beberapa spesies rizobium dan tanaman simbiosisnya

Spesies Rhizobium	Tanaman simbiosisnya
Rhizobium leguminaserum Rhizobium phaseoli Rhizobium trifoli Rhizobium melioti Rhizobium lupini Rhizobium japonicum Rhizobium sp.	Pea (Pisum sp.) Kacang buncis (Phaseolus vulgaris) Clover (Trifolium subteranim) Alfafa (Medicago sativa) Lupin (Lupinus sp.) Kedelai (Glycine max) Cowpea (Vigna sp.)

Adapun tahapan pembentukan nodul akar pada tanaman kacang-kacangan akibat interaksi bakteri Rhizobium adalah sebagai berikut :

1. Pengenalan Pasangan yang Sesuai Pada Tumbuhan dan Bakteri serta Penempelan Bakteri Terhadap Akar Tumbuhan.

Terjadinya bintil akar diawali oleh interaksi antara tanaman dan bakteri Rhizobia. Akar tanaman mengeluarkan sinyal yang akan mengaktifkan ekspresi gen dari bakteri yang berperan pada nodulasi. Setelah adanya sinyal tadi, bakteri (Rhizobia) akan mensintesis sinyal yang menginduksi pembentukan meristem nodul dan memungkinkan bakteri untuk masuk ke dalam meristem tersebut melalui proses infeksi. Sinyal-sinyal kimia yang di sintesis oleh bakteri itu pada dasarnya merupakan asam amino termodifikasi (homoserin lakton) yang membawa subtituen rantai asil yang bervariasi yang disebut asil homoserin lakton (AHL).

Melalui pendeteksian dan reaksi terhadap senyawa-senyawa kimia tersebut sel-sel tanaman secara individu dapat merasakan berapa banyak sel yang mengelilingi mereka. Interaksi secara simbiosis terjadi karena adanya pertukaran sinyal antara tumbuhan dan bakteri (Rhizobia). Tanaman mensekresikan senyawa-senyawa flavonoid yang gugus fenolnya bersama dengan NodD (protein penggerak) dari bakteri menginduksi ekspresi dari gen pembentukan nodul dari Rhizobia (nod, nol, noe). Sebagai hasilnya, Rhizobia memproduksi Nod factors. Induksi Nod factors direspon oleh tanaman (yang salah satunya) dengan pembentukan nodul.

Di sekitar bulu-bulu akar kacang-kacangan terkumpul sejumlah besar bakteri Rhizobium baik secara alami maupun secara buatan. Akibat terkumpulnya bakteri tersebut, bulu akar akan mengeluarkan triftopan, yang oleh bakteri diubah menjadi indol asetat. Kehadiran indo asetat menyebabkan bulu akar menjadi menkerut dan bakteri juga menghasilkan enzim yang dapat melarutkan senyawa pektat yang terdapat didalam vibril (selulosa) kulit bulu akar, sehingga bakteri dapat menempel pada buluh akar.

2. Invasi Bakteri ke dalam Buluh Akar dan Terjadi Ancaman Infeksi.

Akibat adanya larutan pektat, bakteri Rhizobium kemudian berubah menjadi bulat dan kecil-kecil serta dapat bergerak. Senyawa pektat dapat berikatan dengan selulosa sehingga dinding bulu akar menjadi tipis sehingga dapat ditembus oleh bakteri rhizobium. Didalam bulu akar bakteri memperbanyak diri, kemudian memasuki bagian akar dengan membentuk benang infeksi, hingga koloni bakteri didapatkan pada setiap sel akar.

3. Berjalan Sepanjang Akar Utama Melalui Tempat Infeksi

4. Pembentukan Bakteriod (Sel Bakteri Perusak) dalam Sel Tumbuhan dan Terjadi Perkembangan Ke Keadaan Penambatan Nitrogen

Di dalam bulu akar bakteri memperbanyak diri kemudian memasuki bagian akar dengan membentuk benang infeksi hingga koloni bakteri didapatkan pada setiap sel akar.

5. Berlangsungnya Pembelahan Bakteri Dan Sel Tumbuhan Maka Terbentuk Nodul Akar Matur.

Setelah sampai ditempat infeksi bakteri yang dilepaskan dari benang infeksi ke dalam sitoplasma sel inang, bisa berubah menjadi bengkak, berbentuk tidak teratur, struktur bercabang disebut bacteroids. Bakteroid kemudian menjadi terkepung tunggal atau dalam kelompok kecil oleh membran yang disebut membran peribacteroid. Struktur ini disebut 'symbiosome'. Symbiosomes, pada kenyataannya, situs fiksasi nitrogen. Pada titik ini, symbiosomes mengeluarkan hormon yang memungkinkan sel polyploid untuk membagi cepat inti dari bintil dan sel-sel diploid sekitarnya juga untuk membagi dan membedakan untuk menutupi nodul dalam jaringan korteks dan untuk membentuk hubungan pembuluh darah dengan akar. Hormon ini juga memungkinkan produksi leghaemoglobin yang melindungi enzim fiksasi nitrogen dari oksigen. Komponen lain bintil spesifik juga diproduksi untuk menyelesaikan proses bintil akar. Pada tempat infeksi ini, akan berlangsung pembelahan bakteri dan sel tumbuhan, maka terbentuk nodul akar matur.

Ø Genetic pembetukan nodul: gen nod

Gen-gen yang melangsungkan tahap-tahap spesifik dalam pembentukan nodul pada tumbuhan Leguminoceae oleh strain Rhizobium disebut gen nod. Beberapa gen nod dari spesies Rhizobium yang berbeda disimpan dan umunya berada pada plasmid yang disebut plasmid sym. Sebagai tambahan pada gen nod yang langsung terlibat dalam nodulasi atau pembentukan nodul, gen sym mengandung gen spesifisitas yang menahan strain Rhizobium pada tumbuhan inang tertentu. Selanjutnya, kemampuan nodulasi pada tumbuhan Leguminoceae tertentu dapat dipindahkan antar spesies Rhizobium melalui pemindahan plasmid sym secara singkat. Sebagai contoh, ketika plasmid sym dari Rhizobium leguminosarum (yang memiliki inang kacang tanah) dipindahkan ke Rhizobium trifolii (yang memiliki inang semanggi), sel spesies Rhizobium trifolii akan efektif membentuk nodul pada kacang tanah.

Ø Fiksasi nitrogen oleh bakteri Rhizobium

Rhizobium yang tumbuh dalam bintil akar mengambil nitrogen langsung dari udara dengan aktifitas bersama sel tanaman dan bakteri, nitrogen itu disusun menjadi senyawan nitrogen seperti asam amino dan polipeptida yang ditemukan dalam tumbuhan, bakteri dan tanah disekitarnya. Baik bakteri maupun leguminoceae tidak dapat menambat nitrogen secara mandiri bila Rhizobium tidak ada dan nitrogen tidak terdapat dalam tanah leguminoceae tersebut akan mati.

Tumbuhan yang bersimbiosis dengan rhizobium banyak digunakan sebagai pupuk hijau seperti Crotalaria, Tephrosia dan Indigofera. Akar tanaman polong-polongan tersebut menyediakan karbohidrat dan senyawa lain bagi bakteri melalui kemampuannya mengikat nitrogen sama sekali atau hanya dapat mengikat nitrogen sedikit sekali. Bintil-bintil akar melepaskan senyawa nitrogen organik ke dalam tanah tempat tanaman kacang polong-polongan hidup. Dengan demikian terjadi penambahan nitrogen yang dapat menambah kesuburan tanah.

Rhizobium didalam tanah berperan dalam pengaturan siklus nitrogen yaitu melakukan fiksasi nitrogen dan mengubahnya menjadi Ammonia (NH₃). Dalam sel bakteri ini terdapat sebuah alat yang berperan dalam biokatalis yaitu enzim nitrogenase. Enzim inilah yang berperan dalam mengubah N₂menjadi NH₃

Fiksasi nitrogen berlangsung dengan bantuan kompleks enzim nitrogenase dengan reaksi sebagai berikut:

N₂+ 6e^-à2NH₃(DG’0=+150 kkal/mol=+630Kj/mol.

2.1.2 Interaksi yang merugikan

Interaksi yang merugikan yaitu adanya interaksi bakteri Pseudomonas solanacearum yang menyebabkan penyakit “Darah Pisang”. Penyakit ini disebabkan oleh bakteri Pseudomonas solanacearum. Disebut penyakit darah karena bila akar tinggal tanaman sakit dipotong maka keluar cairan kental yang berwarna kemerahan dari bekas pembuluh. Penularan penyakit ini dapat terjadi melalui bibit terinfeksi, serangga yang mengunjungi bunga, alat-alat penangkasan dan kontak akar. Penyakit tanaman pisang mudah dikenali dengan tanda-tanda sebagai berikut:

1. Tanaman pisang yang terserang pertumbuhan daunnya terhambat, cepat patah dan menjadi kuning, layu dalam waktu yang relatif singkat.

2. Jika batang dipotong maka dalam beberapa zat akan keluar cairan kental berwarna merah seperti darah.

3. Buah dari tanaman yang terserang apabila dipotong atau dibelah terlihat ada getah kental berwarna coklat kemerahan yang berbau busuk.

4. Anakan yang tumbuh pada rumpun yang sakit akan segera menunjukan gejala daun menjadi layu, kering, kerdil dan akhirnya mati.

Interaksi yang juga merugikan adalah bateri Erwinia coratovora yang menyebabkan penyakit layu pada tanaman terutama di daerah subtropis dan tropis. Bateri ini termasuk ganas karena mampu merusak tanaman dalam waktu singkat. Serangannya dapat menyebabkan melunaknya daun dan batang pada tanaman disertai perubahan warna menjadi coklat sambil mengeluarkan bau busuk. Sedangkan bagian tanaman yang diserang akan mengeluarkan lendir putih, kental dan lengket tersebut kedalam jaringan.

Pada saat tanaman terluka, otomatis pengaruh cuaca, dan hewan lainnya dapat masuk melalui lubang alami dan membawa bakteri Erwinia coratovora tersebut kedalam jaringan yang terluka.

Bakteri yang masuk melalui luka ini akan terus berkembang dalam ruang antar sel serta menghasilkan enzim pektoitik yang dapat mencerna jaringan tanaman inang. Akibatnya tananman inang akan mengalami penurunan dan lama-kelamaan akan mengalami pembusukan

Dengan didukungnya kelembapan yang tinggi dan cuaca yang dingin perkebangbiakan bakteri akan lebh cepat sehingga pathogen akan lebih cepat menyebar keseluruh tanaman yang pada akhirnya menyebabkan busuk pada batang. Bila ini dibiarkan dalam waktu yang tidak lama dan didukung oleh kondisi yang sesuai untuk perkembangan penyakit tersebut menjadi sangat pesat yang akhirnya tanaman akan mengalami kematian.

2.2 Interaksi Fungi dengan Tumbuhan

Salah satu contoh interaksi tumbuhan yang bersifat biotik adalah dengan jamur. Hubungan tersebut bisa berupa hubungan yang saling merugikan (parasitisme) karena menyebabkan pohon/tanaman menjadi sakit, atau hubungan yang saling menguntungkan (mutualisme), misalnya mikoriza. Istilah mikoriza diambil dari Bahasa Yunani yang secara harfiah berarti fungi (mykes = miko) dan akar (rhiza). Istilah ini diusulkan pertama kali oleh Albert Bernhard Frank pada tahun 1885 untuk menjelaskan bentuk simbiosis antara fungi dan akar tumbuhan.

2.2.1 Interaksi yang Menguntungkan

Mikoriza merupakan hubungan simbiosis mutualisme yang terjadi antara fungi dengan akar tanaman. Fungi mendapatkan nutrien organik dari tanaman sedangkan tanaman akan terlindungi dari tanaman patogen lain. Fungi mikoriza memproduksi substansi allelopati yang bersifat toksik yang akan menghambat pertumbuhan tanaman di sekitar tanaman tersebut sehingga mengurangi kompetisi. Pada lingkungan yang basah mikoriza dapat meningkatkan nutrisi, khususnya ketersediaan fosfat. Sedangkan pada daerah yang kering/gersang, mikoriza membantu pengambilan air, peningkatan transpirasi (Ristiati, 2008).

Ketika berasosiasi dengan akar tanaman, jamur ini terus berkembang dan selama itu pula berfungsi membantu tanaman. Adanya mikoriza, resitensi akar terhadap gerakan air menurun, sehingga transfer air ke akar meningkat. Keberadaan mikoriza menyebebkan keberadaan Pospat dalam tanaman meningkat, sehingga menyebabkan daya tahan terhadap kekeringan meningkat pula. Adanya hifa eksternal menyebabkan tanaman bermikoriza lebih mampu mendapatkan air daripada yang tidak bermikoriza.

Pada tanaman bermikoriza jumlah air yang dibutuhkan untuk memproduksi 1 gram bobot kering tanaman lebih sedikit daripada tanaman yang tidak bermikoriza. Tanaman mikoriza lebih tahan terhadap kekeringan karena pemakaian air yang lebih ekonomis. Pengaruh tidak langsung karena adanya miselin eksternal menyebabkan mikoriza efektif dalam mengagregasi butir-butir tanah sehingga kemampuan tanah menyimpan air meningkat. Aplikasi mikoriza akan membantu proses penyerapan air yang terikat cukup kuat pada pori mikro tanah, sehingga panjang musim tanam tanaman pada lahan kering diharapkan dapat terjadi sepanjang tahun.

Kondisi lingkungan tanah yang cocok untuk perkecambahan biji akan mendukung pula untuk perkecambahan spora mikoriza. Jamur mikoriza mempenetrasi epidermis akar melalui tekanan mekanis dan aktivitas enzim dan selanjutnya tumbuh menuju korteks. Pertumbuhan hifa secara eksternal terjadi jika hifa internal tumbuh dari korteks melalui epidermis. Pertumbuhan hifa secara eksternal tersebut terus berlangsung sampai tidak memungkinnya untuk terjadi pertumbuhan lagi. Bagi jamur mikoriza, hifa eksternal berfungsi mendukung fungsi reproduksi serta untuk transportasi karbon serta hara lainnya ke dalam spora, selain fungsinya untuk menyerap unsur hara dari dalam tanah untuk digunakan oleh tanaman.

Mikoriza ada yang ditemukan sebagai sumber biofertilizer potensial yang dapat meningkatkan produktivitas budidaya tanaman. Biofertilizer atau pupuk hayati semacam ini bersifat ramah lingkungan dan dapat mempertahankan kualitas tanah secara berkelanjutan. Mikoriza mempunyai peran dalam mempercepat suksesi pada habitat yang terganggu secara ekstrem.

Mikoriza yang menginfeksi akar tanaman berperan dalam perbaikan nutrisi tanaman dan meningkatkan pertumbuhan, karena hifa yang menginfeksi akar mempunyai kemampuan yang tinggi dalam meningkatkan kapasitas penyerapan unsur hara fosfat, nitrogen, sulfur, seng, dan unsur esensial lainnya. Dengan adanya mikoriza, laju penyerapan unsur hara oleh akar bertambah hampir empat kali lipat dibandingkan dengan perakaran normal, demikian juga luas penyerapan akar makin bertambah hingga 80 kali.

Mikoriza berperan juga sebagai bio-protektor terhadap patogen tanaman, bio-remediator bagi tanah-tanah yang tercemar dan membantu pertumbuhan tanaman pada tanah yang tercemar. Jamur mikoriza merupakan asosiasi antara tanaman dan cendawan yang memiliki sifat dan peran yang unik bagi tanaman, manusia, dan lingkungan hidup. Asosiasi ini diketahui memiliki fungsi yang menguntungkan tanaman simbionnya.

Mikoriza dapat dikelompokkan menjadi 2 jenis menurut Kabirun (1994), yaitu endomikoriza dan ektomikoriza. Namun pada umumnya mikoriza lebih banyak dikelompokkan menjadi tiga, yaitu dengan adanya penambahan kelompok mikoriza yang merupakan bentuk peralihan dari kedua jenis tadi, yaitu ektendomikoriza (Harley and Smith 1983).

1. Ektomikoriza

Ektomikoriza biasanya ditemukan di daerah yang beriklim sedang, berasosiasi dengan tumbuhan tingkat tinggi dan beberapa semak. Tumbuhan yang membentuk ektomikoriza antara lain pohon cemara, oak, meranti, kruing, kamper (jenis-jenis Dipterocarapaceae), pasang, mempening (jenis-jenis Fagaceae), pinus, beberapa jenis Myrtaceae (jambu-jambuan) dan beberapa jenis legum. Tumbuhan yang tumbuh pada hutan temperata yang tumbuh pada kondisi dingin biasanya mengandung ektomikoriza, yang terdiri dari komponen fungi dari Basidiomycetes, Ascomycetes atau Zygomycetes. Tetapi kebanyakan yang membentuk mikoriza ialah Basidiomycetes (famili Amanitaceae, Boletaceae, Cortinariaceae, Russulaceae, Tricholomataceae, Rhizopogonaceae, dan Sclerodermataceae).

Ektomikoriza tumbuh pada sekitar akar tanaman yang akarnya berada tidak jauh dari permukaan tanah terutama pada ujung akar, selanjutnya terjadi penetrasi fungi dan mengganggu sebagian lamela tengah di antara sel korteks, hal ini umumnya dijumpai pada jenis kayu cemara atau tanaman berdaun jarum. Susunan hifa di sekeliling sel korteks ini disebut jaringan Hartig. Ektomikoriza biasanya juga menyusun jaringan hifa dengan sangat rapat pada permukaan akar, yang disebut selubung/mantel. Selubung ini sering disebut dengan selubung Pseudoparenkim (Kabirun 1994).

Pada ektomikoriza, jamurnya seluruhnya menyelubungi masing-masing cabang akar dalam selubung atau mantel hifa. Hifa-hifa tersebut hanya menembus antar sel korteks akar (interselular) (Rao, 1994). Jenis fungi ini adalah Thelophora terrestris.

Banyak dari jamur ini menunjukkan inang spektrum luas. Demikian pula inang yang sama mungkin diinfeksi oleh lebih dari satu jamur seperti misalnya Pinus sylvestris yang dari perakaran mikoriza dapat dipisahkan sebanyak lebih dari 40 spesies fungi. Lebih dari 5000 spesies fungi Basidiomycetes, banyak di antaranya yang membentuk Ektomikoriza. Miselium secara luas memanjang ke luar sel dan meningkatkan nutrisi tumbuhan. Salah satu fungi yang terpenting pada Ektomikoriza adalah Pisolitus tinctorius. Bila fungi ini diinokulasikan ke dalam akar tumbuhan, pertumbuhannya menjadi lebih cepat, dibandingkan dengan tumbuhan yang tidak diinokulasi fungi tersebut.

2. Endomikoriza

Endomikoriza merupakan fungi yang tidak dapat berkembang tanpa tumbuhan inang, dan biasanya fungi ini berasal dari kelompok Zygomycetes. Hubungan hifa fungi yang harus masuk ke sel pada akar tanaman, kemudian tumbuh dalam sel/intraseluler dan membentuk gumpalan (lilitan), sehingga membentuk pembengkakan.

Endomikoriza bersimbiosis dengan akar tanaman inang yang berada relatif lebih dalam dari permukaan tanah. Perbedaan ektomikoriza dengan endomikoriza dalam bersimbiosis dengan akar tanaman inang diilustrasikan dalam gambar berikut ini:

Jamur endomikoriza masuk ke dalam sel korteks dari akar serabut (feeder roots). Jamur ini tidak membentuk selubung luar yang padat, namun membentuk miselium yang tersusun longgar pada permukaan akar. Jamur juga membentuk vesikula dan arbuskular yang besar di dalam sel korteks, sehingga sering disebut dengan VAM (Vesicular-Arbuscular Mycorrhiza), sebagai contoh jenis Globus dan Acaulospora (Thorn 1997).

Arbuskular Mikoriza (AM) dicirikan dari adanya organ Arbuskular. Organ Arbuskular dari Endomikoriza ini tumbuh dan berkembang dalam sel kortek akar tanaman inang. Organ Arbuskular ialah struktur hifa yang bercabang-cabang seperti pohon-pohon kecil yang mirip haustorium (membentuk pola dikotom), berfungsi sebagai tempat pertukaran nutrisi antara tanaman inang dengan jamur. Struktur ini mulai terbentuk 2-3 hari setelah infeksi, diawali dengan penetrasi cabang hifa lateral yang dibentuk oleh hifa ekstraseluler dan intraseluler ke dalam dinding sel inang.

Setelah itu hifa yang telah memasuki lapisan korteks, sitoplasmanya akan mengalami perkembangan menjadi lebih padat dengan proses kondensasi, kemudian menyebar di dalam dan di antara sel vasikuler terbentuk setelah pembentukan arbuskular pada ujung hifa, yaitu dengan berbagai bentuk (oval, spherikal atau lobed) yang berfungsi sebagai organ penyimpanan makanan atau berkembang menjadi klamidospora, yang berfungsi sebagai organ reproduksi dan struktur tahan.

Inang yang terlibat dalam asosiasi endotrofik misalnya Phycomycetes (memiliki hifa tidak bersekat), contohnya pada anggrek. Anggrek memiliki endomikoriza, contoh spesies anggrek lainnya ialah dari genus Neottia, Limodorum, Epipogen, Coralliorhiza, Galeola, Vanilla, Gastrodia, Didymoplexis bergantung dengan jamur, namun hanya dalam tahap awal kehidupannya.

Apabila berkecambah, biji anggrek menjadi terinfeksi oleh hifa dari dalam tanah, setelah penetrasi jamur muncul dalam sel-sek korteks dalam bentuk kumparan, menyebabkan pembengkakan dan disorganisasi sel-sel dan akhirnya mengalami disintegrasi dalam sel-sel inang. Disintegrasi hifa didalam sel ini juga disebut “tolifopagi” dan “ptiofopagi” yang merupakan cara pencernaan oleh inang yang berbeda-beda. Dan proses ini mungkin terus berlangsung karena sel inang sudah terinfeksi. Infeksi hanya terbatas pada sel-sel korteks akar atau pada bagian sistem perakaran.

Fungi dapat memecah lignin dan seluosa dan karena ikut menyumbang dalam pembusukan bahan organic. Dalam hal ini, fungi tersebut berbeda dengan fungi ektomikoriza yang tergantung dengan inangnya dalam hal nutrisi karbonnya. Anggrek bergantung pada fungi untuk kebutuhan-kebutuhan awal kehidupannya.

3. Ektendomikoriza

Ektendomikoriza, merupakan bentuk intermediet antara ektomikoriza dan endomikoriza.

Ciri-cirinya antara lain adanya selubung akar yang tipis dan adanya jaringan Hartig, hifa dapat menginfeksi dinding sel korteks dan juga sel-sel korteknya. Penyebarannya terbatas dalam tanah-tanah hutan sehingga pengetahuan tentang mikoiza tipe ini sangat terbatas.

Mikoriza endotrofi dijumpai pada tanaman gandum, jagung, buncis, jeruk dan tanaman komersial lain serta jenis rumput-rumputan tertentu. Terdapat bukti bahwa, pada lingkungan tumbuhan, mikoriza dapat meningkatkan persaingan antar tumbuhan tersebut. Pada lingkungan yang basah Mikoriza dapat meningkatkan nutrisi, khususnya ketersediaan fosfat. Sedangkan pada daerah yang kering/gersang, Mikoriza membantu dalam pengambilan air, peningkatan transpirasi, dibandingkan dengan tanpa adanya mikoriza pada tumbuhan. Dan ini akan memberikan manfaat dalam penggantian energi yang diperlukan untuk fotosintesis tumbuhan.

2.2.2 Interaksi yang Merugikan

Sebagian besar penyakit pada tanaman disebabkan oleh jamur etalen. Sebagian besar jamur yang menyerang tanaman budidaya adalah jamur karat dan jamur api (Bartha, 1987). Banyak jamur yang beradaptasi dengan baik sebagai etalen tumbuhan. Berikut adalah beberapa contoh interaksi tumbuhan dengan jamur yang merugikan.

1. Karat Daun - Jamur Hemileia vastatrix

Penyakit karat pada daun disebabkan oleh jamur, tanaman budidaya yang paling sering terserang oleh jamur ini ialah tanaman kopi.

Proses infeksi jamur Hemileia vastatrix dimulai dari adanya jamur Hemileia vastatrix yang melekat pada daun dan mulai mengeluarkan hifa untik menginfeksi daun. Hifa-hifa yang dikeluarkan oleh jamur ini terkadang sampai menutup stomata sehingga mengganggu proses fotosintesis.

2. Busuk Akar - Jamur Phytium sp

Busuk akar disebabkan oleh serangan jamur Phytium sp. Busuk akar terjadi karena media tanam terlalu basah dan berkelembaban tinggi. Air yang terlalu lama menggenang menyebabkan media menjadi becek dan dalam waktu singkat menyebabkan akar menjadi busuk, daun menjadi pucat, layu lalu busuk.

3. Layu Fusarium - jamur Fusarium oxysporum

Layu Fusarium yang menyerang tanaman cabai dan tomat. Penyakit ini disebabkan oleh jamur Fusarium oxysporum. Gejala yang ditimbulkan adalah memucatnya tulang daun terutama daun bagian atas kemudian menggulunggnya daun yang lebih tua dan akhirnya layu secara keseluruhan. Menggulungnya daun ini mengakibatkan kemampuan daun menerima cahaya matahari menurun dan berdampak pada laju fotosintesis. Penurunan laju fotosintesis berberdampak pada produktivitas tanaman tersebut (Endah, 2002).

Jamur Fusarium oxysporum menginfeksi melalui akar, utamanya pada luka akar akibat dari serangan Nematoda puru akar, pemindahan bibit dari penyemaian maupun akibat dari munculnya akar lateral. Jamur ini akan berkembang dan menetap di berkas vaskuler. Jamur ini tidak mengganggu proses trasportasi di berkas vaksuler karena hifa dari jamur ini tidak cukup menyumbat aliran air pada jaringan xylem (Semangun, 2001).

Menurut Gaumann dan Jaag dalam Semangun (2001), penyebab kelayuan adalah dibentuknya polipeptida yang disebut likomarasmin, toksin yang dapat mengganggu permeabilitas membrane. Likomarasmin diangkut dalam badan tumbuhan dengan cepat dan bersifat toksin. Ini mengubah permeabilitas sel terhadap air dan salah satu pengaruhnya yaitu transpirasi tumbuhan yang cepat. Laju traspirasi yang cepat dan tidak mampu diimbangi oleh laju transportasi, maka akan terjadi kelayuan baik secara sementara maupun secara permanen (Sarna dkk, 2007).

Selain itu jamur Fusarium oxysporum juga menghasilkan asam fusarat. Asam fusarat dapat menghambat pertumbuhan kalus dan tunas. Hal ini diduga karena terganggunya permeabilitas membran sel, terhambatnya oksidasi sitokrom dan respirasi pada mitokondria sehingga menghambat sintesis ATP, serta penurunan aktivitas fenol (Purwati, dkk. 2007).

Menurut Waggoner dan Dimond dalam Semangun (2001), Fusarium Oxysporum menghasilkan enzim pektolitik, terutaman pectin-metil-esterase (PME) dan depolimerase (DP). PME mereduksi etal dari rantai pectin dan menghasilkan asam pektat. DP memecah rantai asam pektat menjadi poligalakturonida dengan dengan berbagai berat molekul.enzim tersebut memecah bahan pectin dalam dinding sel pembuluh xylem dan pectin pada parenkim xylem.

Pemecahan bahan pectin dari dinding sel mengakibatkan sel kehilangan kekakuannya sehingga tanaman menjadi layu. Fragmen-fragmen asam pektat masuk ke pembuluh xylem dan membentuk masa koloidal yang mungkin menggandung bahan nonpektin dan dapat menyumbat pembuluh. Penyumbatan oleh fragmen asam pektat dapat menghalangi proses penghantaran air dan nutrisi tanah.

Keadaan ini mengakibatkan tanaman mengalami kekurangan air, terlebih ketika laju transpirasi tinggi. Kekurangan air mengakibatkan tekanan turgor sel menjadi menurun dan menjadikan tanaman layu. Jika tidak segera teratasi, tanaman akan mengalami layu permanen dan mati (Sarna dkk, 2007).

2.3 Interaksi virus dengan tanaman

2.3.1 Interaksi yang merugikan

1. Interaksi antara chilli veinal mottle virus dengan tanaman cabai

Virus tumbuhan sebagian besar mempunyai materi genetic RNA (ss-RNA). Kaspidnya umumnya berbentuk iksohedral/silindrikal. Virus tumbuhan dapat berpindah melalui perantara serangga, fungi, nematoda, dan kontaminan dari mesin. Salah satu contoh virus yang inangnya tumbuhan adalah ChiVMV (chilli veinal mottle virus).

Penyakit mosaik yang disebabkan oleh virus merupakan salah satu factor pembatas penting dalam budidaya cabai. Beberapa macam virus telah dilaporkan dapat menyerang berbagai kultivar cabai di Indonesia (Duriat et al., 1995; Suryaningsih dkk., 1996), empat virus penting di antaranya yaitu cucumber mosaic virus (CMV), chilli veinal mottle virus (ChiVMV), potato virus Y (PVY) dan tobaco mosaic virus (TMV) dapat menginduksi gejala mosaik (Nurdin, 1998), tiga di antaranya ditemukan berasosiasi dengan penyakit mosaik yaitu TMV, CMV dan ChiVMV. Penyakit mosaic menjadi penting karena kerugian yang ditimbulkannya cukup besar. Penurunan hasil panen akibat penyakit mosaik pada tujuh kultivar cabai berkisar mulai dari 32 sampai 75% (Sulyo, 1984). Bahkan hasil penelitian Sari dkk. (1997) menunjukkan bahwa serangan virus penyebab penyakit mosaic dapat menurunkan jumlah dan bobot buah per tanaman berturut-turut sebesar 81,4 dan 82,3%. Penurunan produksi juga semakin tinggi karena virus penyebab penyakit mosaik ini dapat dengan cepat tersebar ke pertanaman di sekitar sumber virus sesuai dengan aktivitas kutu daun (aphids) yang berfungsi sebagai vektornya.

Terjadinya infeksi virus pada tanaman cabai dapat menurunkan pertumbuhan dan produksi tanaman, baik secara kuantitatif maupun kualitatif (Syamsidi et al., 1997). Tanaman cabai yang terinfeksi virus menunjukkan gejala mosaik; klorosis, keriting, nekrotik, dan kerdil. Gejala mosaik yang terjadi, dapat disebabkan oleh beberapa virus yang menyerang tanaman cabai secara bersama-sama (sinergi). Penyakit virus mosaik pada tanaman cabai umumnya disebabkan oleh gabungan beberapa patogen virus, yaitu CMV (Cucumber Mosaic Virus), PVY (Potato Virus Y), TMV (Tobacco Mosaic Virus). Beberapa virus yang umum menyerang tanaman cabai yaitu : virus CMV (Cucumber mosaic virus), TMV (Tobacco mosaic virus ), TEV (Tobacco etch virus), PVY (Potato virus Y), ChiVMV (Chilli Veinal Mottle Virus) dan TYLCV (Tomato yellow leaf curl virus) (Semangun, 1994; dan Pracaya, 1994). Virus yang menginfeksi tanaman cabai juga menginfeksi tanaman spesies lain. Lebih dari 1800 spesies tanaman dilaporkan dapat terserang virus yang sama dengan virus yang menyerang tanaman cabai. Untuk mengendalikan virus yang menyerang tanaman, hal yang sangat penting dilakukan adalah mendiagnosis virus yang menyerang tanaman tersebut. Dengan hasil diagnosis tersebut, dapat digunakan sebagai panduan untuk pemberantasan (eradikasi) beberapa sumber virus yang potensial, sehingga tanaman cabai maupun tanaman dari spesies lain terhindar dari infeksi virus yang menyerang tanaman cabai (Edwarson dan Christie, 1997). Tanaman cabai seringkali terserang virus dengan menunjukkan gejala mosaik, sehingga dapat menurunkan produksi buah cabai. Penyakit virus tersebut pada umumnya tersebar karena adanya vektor misalnya, Myzus persicae (aphids), Bemisia tabaci (lalat putih), Thrips tabaci (Pracaya, 1994). TMV merupakan virus yang diketahui dapat ditularkan melalui benih (seed transmission).

Virus menginfeksi tanaman dan berkembang biak dalam jasad inang. Ketika ChiMV (chilli veinal mottle virus) menulari tanamancabai, virus memasuki mekanis yaitu melalui dinding sel tumbuhan pecah dan bereplikasi. ChiMV menulari tanaman cabai secara mekanis melalui dinding sel yang pecah kemudian bereplikasi. Virus yang telah bereplikasi tersebut menyebar ke sel tetangga melalui plasmodesmata. ChiMV menghasilkan protein yang disebut dengan P30, protein ini menyebabkan membesarnya plasmodesmata sehingga virus dapat bergerak dari ke sel sebagai suatu komplek RNA.

Gejala yang terlihat yaitu gejala daun yang memperlihatkan banyak daerah kecil berubah wama, yang kontras dengan warna asalnya dan cenderung berupa lingkaran terang seperti cincin. Pola bagian hijau yang bersiku kontras dengan wama kuning; daerah yang dikelilingi cincin klorotik yang memberikan mosaik kuning di atas warna hijau. Jika daerah warna yang berbeda jadi menyatu, akan menghasilkan gejala belang.

Virus dapat bertahan dan bersifat infektif selama beberapa tahun. Virus bersifat sangat stabil dan mudah ditularkan dari benih kepembibitan pada saat pengelolaan tanaman secara mekanis misalnya pada saat pemindahan bibit ke pertamanan. Gejala serangan daun tanaman yangterserang menjadi berwarna belang hijau muda sampai hijau tua. Ukuran daun relatif lebih kecil dibandingkan dengan ukuran daun normal. Jika yang diserang tanaman muda, pertumbuhan tanaman akan terhambat dan akhirnya kerdil. Virus ini mampu menular secara mekanis yakni melalui tangan manusia saat memetik buah cabai, buah cabai yang tidak dicuci sebelum menggunakannya.

2.4 Siklus Biogeokimia

Siklus biogeokimia atau siklus organik-anorganik adalah siklus unsur atau senyawa kimia yang mengalir dari komponen abiotik ke biotik dan kembali lagi ke komponen abiotik. Siklus unsur-unsur tersebut tidak hanya melalui organisme, tetapi juga melibatkan reaksi-reaksi kimia dalam lingkungan abiotik sehingga disebut siklus biogeokimia.

Semua yang ada di bumi baik makluk hidup maupun benda mati tersusun oleh materi. Materi ini tersusun oleh antara lain: karbon (C), Oksigen (O), Nitrogen (N), Hidrogen (H), Belerang atau sulfur (S) dan Fosfor (P). Unsur-unsur kimia tersebut dimanfaatkan oleh produsen untuk membentuk bahan organic dengan bantuan energi matahari atau energi yang berasal dari reaksi kimia. Bahan organik yang dihasilkan adalah sumber bagi organisme. Proses makan atau dimakan pada rantai makanan mengakibatkan aliran materi dari mata rantai yang lain. Walaupun makluk dalam satu rantai makanan mati, aliran materi masih tetap berlangsung terus. Karena mahluk hidup yang mati tadi diuraikan oleh dekomposer yang ahkirnya akan masuk lagi ke rantai makanan berikutnya. Begitu selanjutnya terus-menerus sehingga membentuk suatu aliran energi dan daur materi.

Biogeokimia merupakan pertukaran atau perubahan yang terus menerus, antara komponen biosfer yang hidup dengan tak hidup. Dalam suatu ekosistem, materi pada setiap tingkatan trofik tak hilang. Materi berupa unsur-unsur penyusun bahan organik di daur ulang. Unsur-unsur tersebut masuk ke dalam komponen biotik melalui udara, tanah, dan air. Daur ulang materi tersebut melibatkan mahluk hidup dan batuan (geofisik) sehingga disebut daur biogeokimia. Fungsi daur biogeokimia adalah sebagai siklus materi yang melibatkan semua unsur kimia yang sudah terpakai oleh semua yang ada di bumi baik komponen biotik maupun abiotik, sehingga kelangsungan hidup di bumi tetap terjaga.

Berikut adalah macam-macam siklus biogekimia yang terdapat pada interaksi antara mikroba dengan tanaman diantaranya :

1. Siklus Nitrogen

Gas nitrogen ikatannya stabil dan sulit bereaksi, sehingga tidak bisa dimanfaatkan secara langsung oleh makhluk hidup. Nitrogen dalam tubuh makhluk hidup merupakan komponen penyusun asam amino yang akan membentuk protein. Selain itu, nitrogen diperlukan dalam pembentukan senyawa nitrogen, seperti asam nukleat (ADN dan ARN). Meskipun 78% di udara terdapat nitrogen bebas, Nitrogen bebas juga dapat bereaksi dengan hidrogen atau oksigen dengan bantuan kilat atau petir membentuk nitrat (NO₃^-).

Beberapa tanaman mempunyai nodul pada akarnya yang di dalamnya terdapat bakteri pengikat nitrogen. Bakteri mengubah banyak nitrogen menjadi asam amino yang dilepaskan ke jaringan tumbuhan. Tanaman dengan nodul ini mampu hidup dalam kondisi tanah yang miskin nitrogen, misalnya ercis, tanaman dengan daun menjari dan tanaman lain yang termasuk dalam keluarga kacang-kacangan (legume). Nitrogen berfungsi sebagai pembentuk asam amino merupakan persenyawaan pembentuk molekul protein.

Tanaman tersebut menyerap nitrogen dalam bentuk nitrit ataupun nitrat dari dalam tanah untuk menyusun protein dalam tubuhnya. Ketika tumbuhan dimakan oleh herbivora, nitrogen yang ada akan berpindah ke tubuh hewan tersebut bersama makanan. Ketika tumbuhan dan hewan mati ataupun sisa hasil ekskresi hewan (urine) akan diuraikan oleh dekomposer menjadi amonium dan amonia. Oleh bakteri nitrit (contohnya Nitrosomonas dan Nitrosococus) amonia akan diubah menjadi nitrit, proses ini disebut sebagai nitritasi. Kemudian, nitrit dengan bantuan bakteri nitrat (contohnya Nitrobacter) akan diubah menjadi nitrat, proses ini disebut sebagai proses nitratasi. Peristiwa proses perubahan amonia menjadi nitrit dan nitrat dengan bantuan bakteri disebut sebagai proses nitrifikasi. Adapula bakteri yang mampu mengubah nitrit atau nitrat menjadi nitrogen bebas di udara, proses ini disebut sebagai denitrifikasi.

Proses-proses tersebut diuraikan seperti di bawah ini :

1. Nitrifikasi

Proses nitrifikasi berlangsung dalam dua tahap. Tahap pertama proses nitrifikasi adalah oksidasi ammonium, konversi ammonium menjadi nitrit. Dilakukan oleh bakteri pengoksidasi ammonium dari genus “Nitroso” kemudian nitrit dioksidasi menjadi nitrat oleh bakteri pengoksidasi nitrit dari genus “Nitro”. Selain oksidasi oleh bakteri nitrifikasi autotrof, mikroba lain juga dapat menghasilkan nitrit dan nitrat melalui proses oksidasi enzimatik tetapi tidak terkait dengan pertumbuhan mikroba. Misalnya, beberapa genus bakteri pengoksidasi metana mengandung membran yang mengikat enzim monooksigenase metana yang dapat mengooksidasi ammonium maupun metana. Nitrifikasi heterotrof yang paling banyak dijumpai adalah oksidasi ammonium atau senyawa nitrogen oleh berbagai jenis bakteri heterotrof dan jamur.

Bakteri pengooksidasi ammonium yang terkenal adalah Nitrosomonas tetapi, pada tanah asam bakteri pengooksidasi ammonium yang dominan adalah Nitrosospira , sementara bakteri Nitrosolobus juga dijumpai pada beberapa jenais tanah. Secara keseluruhan, reaksi konversi ammonium menjadi nitrit adalah :

NH₃+ 1,5 O₂-------> NO₂^-+ H⁺+ H₂O

Langkah pertama dalam reaksi tersebut adalah konversi NH₃ menjadi NH₂OH atau Hidroksilamina oleh enzim ammonia monooksigenase yang terikat pada membran yakni :

NH₃+ O₂+ 2H⁺+ 2e^{- --------->}NH₂OH + H₂O

Hidroksilamina kemudian dikonversi menjadi nitrit dengan reaksi :

NH₂OH + H₂O -------->NO₂^- + 5H⁺+ 4e^-

Bakteri pengooksidasi nitrit yang terkenal adalah Nitrobacter spp. Walaupun Nitrospira juga dijumpai pada beberapa tanah oksidasi nitrit menjadi nitrat merupakan reaksi satu langkah:

NO₂^-+ 1,5 O₂ ------->NO₃^-

Nitrit dioksidasi menjdi nitrat oleh nitrit oksidoreduktase yang terikat pada membrane, yang memindahkan oksigen dari air dan memmindahkan sepasang electron.

NO₂^-+ H₂O------>NO₃^- + 2H⁺+ 2e^-

Oksidasi senyawa nitrit menjadi nitrat

$Description: C:\Users\Axioo\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image001.gif$ 2 HNO₃+ O₂ 2 HNO₃+ 44 kkal.

Tabel 2. Bakteri Nitrifikasi Khemoautotrof

Bakteri pengooksidasi NH₃

Genus	Spesies
Nitrosomonas	europeae
	eutropus
	marina
Nitrosococus	nitrosus
	mobilis
	oceanus
Nitrosospira	briensis
Nitrosolabus	multiformis
Nitrosovibro	tenuis

Tabel 3. Bakteri pengooksidasi NO₂^-

Genus	Spesies
Nitrobacter	urinogradskyi
	bamburgensis
	vulgaris
Nitrospina	grasilis
Nitrococcus	mobilis
Nitrospira	marina

2. Denitrifikasi

Bakteri denitrifikasi di dominasi oleh genus Pseumonas dengan spesies Alcaligenus, Flavobakterium, dan juga genus Basilus. Reaksi denitrifikasi adalah sebagai berikut.

2NO₃^- + 5H₂+ 2 H^{+ --------->}N₂ + 6H₂O

2. Siklus fosfor

Fosfor merupakan elemen penting dalam kehidupan karena semua makhluk hidup membutuhkan fosfor dalam bentuk ATP (Adenosin Tri Fosfat), sebagai sumber energi untuk metabolisme sel. Di darat tumbuhan mengambil fosfat yang terlarut dalam air tanah.. Semua mahluk memerlukan fosfat sebagai pembentuk DNA, RNA, protein, energi (ATP), dan senyawa organik lainnya. Daur fosfor lebih sederhana dari pada daur lainnya karena tidak melibatkan atmosfer. Di alam daur fosfor sebagai berikut:

Di dalam tanah mengandung fosfat anorganik yang dapat diserap oleh tumbuhan. Kemudian tumbuhan dimakan oleh konsumer sehingga fosfor berpindah ke hewan. Tumbuhan mati, feses, dan urinnya akan terurai menjadi fosfat organik. Oleh bakteri fosfat tersebut diubah menjadi fosfat anorganik yang dapat diserap tumbuhan. Dan seperti biasa akan terulang.
Dan pada daur fosfor diperlukan pengurai untuk menguraikan tumbuhan yang mati menjadi fosfat anorganik. Fosfat banyak terdapat di batu karang dan fosil. Fosfat dari batu dan fosil terkikis dan membentuk fosfat anorganik terlarut di air tanah dan laut. Fosfat anorganik ini kemudian akan diserap oleh akar tumbuhan lagi. Siklus ini berulang terus menerus.
Daur sedimentasi disebut juga daur fosfor. Fosfor merupakan elemen penting dalam kehidupan karena semua makhluk hidup membutuhkan posfor dalam bentuk ATP (Adenosin Tri Fosfat), sebagai sumber energi untuk metabolisme sel. Posfor terdapat di alam dalam bentuk ion fosfat. Ion Fosfat terdapat dalam bebatuan. Adanya peristiwa erosi dan pelapukan menyebabkan fosfat terbawa menuju sungai hingga laut membentuk sedimen. Adanya pergerakan dasar bumi menyebabkan sedimen yang mengandung fosfat muncul ke permukaan. Di darat tumbuhan mengambil fosfat yang terlarut dalam air tanah. Bakteri dan jamur mengurai bahan-bahan anorganik di dalam tanah lalu melepaskan pospor kemudian diambil oleh tumbuhan.

Fosfor merupakan sumber energi primer bagi oksidasi mikroba. Bakteri yang sangat efektif dalam melarutkan fosfor (bakteri pelarut fosfor) dari batuan fosfat adalah Bacillus megaterium var. Phosphaticum. Bakteri ini dikemas dalam bentuk inokulum yang disebut fosfobakterin dan diaplikasikan ke tanah untuk memacu pelarutan mineral fosfor. Selain itu ada juga jamur mikoriza yang membentuk simbiosis dengan akar tanaman untuk memacu serapan fosfor .

3. Siklus Belerang

Belerang atau sulfur merupakan unsur penyusun protein. Tumbuhan mendapat sulfur dari dalam tanah dalam bentuk sulfat (SO₄ ). Kemudian tumbuhan tersebut dimakan hewan sehingga sulfur berpindah ke hewan. Lalu hewan dan tumbuhan mati diuraikan menjadi gas H₂S atau menjadi sulfat lagi. Secara alami, belerang terkandung dalam tanah dalam bentuk mineral tanah. Setiap daur melibatkan unsur organisme untuk membantu menguraikan senyawa-senyawa menjadi unsur-unsur. Dalam daur belerang misalnya, mikroorganisme yang bertanggung jawab dalam setiap trasformasi adalah sebagai berikut :

1. H₂S → S → SO4; bakteri sulfur tak berwarna, hijau dan ungu.

2. SO₄ → H₂S (reduksi sulfat anaerobik), bakteri desulfovibrio.

3. H₂S → SO₄ (Pengokaidasi sulfide aerobik); bakteri thiobacilli.

4. S organik → SO₄ + H₂S, masing-masing mikroorganisme heterotrofik aerobik dan anaerobik.

Mikroba berperan pada siklus sulfur terutama oksidasi dan reduksi sulfur. Senyawa sulfur yang telah termineralisasi dapat ditransformasi menjadi SO₄^2- atau H₂S oleh mikroba. Tahap reduksi dari SO₄^2- menjadi H₂S dilakukan oleh spesies bakteri Desulfovibrio, Desulfotomaculum, dan Desulfomas pada kondisi anaerob. Kemudian H₂S digunakan bakteri fotoautrotrof anaerob seperti Chromatium dan melepaskan sulfur dan oksigen. Mikroorganisme pengoksidasi sulfur banyak dijumpai dalam tanah, maka jumlahnya jarang sekali membatasi oksidasi (Janzen dan Bettary, 1987). Organisme pengoksidasi yang bersifat heterotrof seperti Arthrobacter dan Pseudomonas yang melakukan sebagian besar oksidasi sulfur, memerlukan karbon organik untuk memenuhi kebutuhan energi dan karbonnya. Pada kondisi tidak cukup karbon, mikroba autotrof termasuk genus Thiobacillus, menjadi lebih penting. Organisme ini memperoleh energinya dari sulfur anorganik dan memperoleh karbon dari CO₂.

Oksidasi Sulfur dilakukan oleh beberapa kelompok bakteri, yang terkenal adalah bakteri sulfur hijau, bakteri sulfur ungu, dan bakteri sulfur tidak berwarna (Thiobacillus). Bakteri sulfur hijau dijumpai pada kondisi anaerob seperti lumpur dan air yang tidak ada oksigen. Bakteri ini sebagian besar dijumpai di bawah lapisan bakteri sulfur ungu. Bakteri ini bersifat fotolitotrof maupun anaerob dan mampu menggunakan sulfida sebagai donor elektron. Dikenal empat genera bakteri sulfur hijau, yaitu Chlorobium, Prosthecohloris, Pelodictyon, dan Clathrochloris. Sedangkan bakteri ungu disebut juga Chromatiacaea.

Thiobacillus adalah bakteri aerob, gram negatif, berbentuk batang. Oksidasi sulfur yang dilakukan oleh Thiobacillus dapat menjadi sangat penting secara komersial untuk industri pertambangan. Timbunan batubara yang banyak mengandung Thiobacillus dapat menghasilkan produk samping berupa asam sulfat. Hal ini menyebabkan drainase tambang asam dan dapat menjadi masalah serius yang berkaitan dengan hilangnya biodiversitas dan habitat

4.Siklus Karbon

Siklus karbon adalah siklus biogeokimia dimana karbon dipertukarkan antara biosfer, geosfer, hidrosfer, dan atmosfer bumi. Karbon diambil dari atmosfer dengan berbagai cara :

Ø Ketika matahari bersinar, tumbuhan melakukan fotosintesis untuk mengubah karbondioksida menjadi karbohidrat, dan melepaskan oksigen ke atmosfer. Proses ini akan lebih banyak menyerap karbon pada hutan dengan tumbuhan yang baru saja tumbuh atau hutan yang sedang mengalami pertumbuhan yang cepat.

Ø Pada permukaan laut ke arah kutub, air laut menjadi lebih dingin dan CO₂ akan lebih mudah larut. Selanjutnya CO₂ yang larut tersebut akan terbawa oleh sirkulasi termohalin yang membawa massa air di permukaan yang lebih berat ke kedalaman laut atau interior laut.

Ø Di laut bagian atas (upper ocean), pada daerah dengan produktivitas yang tinggi, organisme membentuk jaringan yang mengandung karbon, beberapa organisme juga membentuk cangkang karbonat dan bagian-bagian tubuh lainnya yang keras. Proses ini akan menyebabkan aliran karbon ke bawah.

Ø Karbon dapat kembali ke atmosfer dengan berbagai cara pula, yaitu:

v Melalui pernafasan (respirasi) oleh tumbuhan dan binatang. Hal ini merupakan reaksi eksotermik dan termasuk juga di dalamnya penguraian glukosa (atau molekul organik lainnya) menjadi karbon dioksida dan air.

v Melalui pembusukan binatang dan tumbuhan. Fungi atau jamur dan bakteri mengurai senyawa karbon pada binatang dan tumbuhan yang mati dan mengubah karbon menjadi karbon dioksida jika tersedia oksigen, atau menjadi metana jika tidak tersedia oksigen.

v Melalui pembakaran material organik yang mengoksidasi karbon yang terkandung menghasilkan karbon dioksida (juga yang lainnya seperti asap). Pembakaran bahan bakar fosil seperti batu bara, produk dari industri perminyakan (petroleum), dan gas alam akan melepaskan karbon yang sudah tersimpan selama jutaan tahun di dalam geosfer. Hal inilah yang merupakan penyebab utama naiknya jumlah karbon dioksida di atmosfer.

v Di permukaan laut dimana air menjadi lebih hangat, karbon dioksida terlarut dilepas kembali ke atmosfer.

v Erupsi vulkanik atau ledakan gunung berapi akan melepaskan gas ke atmosfer. Gas-gas tersebut termasuk uap air, karbon dioksida, dan belerang. Jumlah karbon dioksida yang dilepas ke atmosfer secara kasar hampir sama dengan jumlah karbon dioksida yang hilang dari atmosfer akibat pelapukan silikat.

Ø Sumber karbon bagi makhluk hidup di alam terdapat dalam bentuk karbondioksida (CO₂), terdapat di atmosfer maupun terlarut dalam air. Tumbuhan hijau memanfaatkan CO₂ dalam fotosintesis untuk menyusun karbohidrat, protein, dan lemak. Melalui respirasi tumbuhan, hewan, dan manusia, CO₂ dilepaskan ke atmosfer. Karbon dilepaskan juga pada proses pembusukan sisa tumbuhan dan hewan yang mati oleh mikroorganisme serta pembakaran karbon organik seperti batu bara dan minyak bumi.

Ø Mikroba yang berperan dalam siklus karbon adalah mikroba metanogenetik. Bakteri metanogenik berperan dalam siklus karbon dengan menghasilkan metan dari CO₂. Sebagian besar metan dilepas ke atmosfer atau direspirasi oleh bakteri metan. Kebanyakan metan atmosfer dioksidasi oleh bakteri menjadi CO₂ dan air.

BAB III

PENUTUP

3.1 Simpulan

1. Interaksi yang terjadi antara bakteri dengan tanaman antara lain interaksi yang menguntungkan dan interaksi yang merugikan . Interaksi yang Menguntungkan yaitu terjadinya interaksi antara bakteri Rhizobum dengan akar kacang-kacangan. Dimana bakteri Rhizobum ini masuk melalui rambut-rambut akar dan menetap dalam akar tersebut dan membentuk bintil pada akar yang bersifat khas pada kacang-kacangan untuk menambat nitrogen dari udara. Interaksi yang merugikan yaitu adanya interaksi bakteri Pseudomonas solanacearum yang menyebabkan penyakit “Darah Pisang”. Penyakit ini disebabkan oleh bakteri Pseudomonas solanacearum.

2. Interaksi yang terjadi antara fungi dengan tanaman antara lain interaksi yang menguntungkan dan interaksi yang merugikan. Interaksi yang Menguntungkan adalah terjadi hubungan simbiosis mutualisme yang terjadi antara fungi dengan akar tanamanyang disebut dengan Mikoriza. Pada umumnya mikoriza lebih banyak dikelompokkan menjadi tiga, yaitu Ektomikoriza biasanya ditemukan di daerah yang beriklim sedang berasosiasi dengan tumbuhan tingkat tinggi dan beberapa semak, endomikoriza merupakan fungi yang tidak dapat berkembang tanpa tumbuhan inang, dan biasanya fungi ini berasal dari kelompok Zygomycetes dan ektendomikoriza yang merupakan bentuk intermediet antara ektomikoriza dan endomikoriza.

3. Interaksi yang terjadi antara virus dengan tanaman adalah interaksi yang merugikan contoh nya Interaksi antara chilli veinal mottle virus dengan tanaman cabai, dengan ciri-ciri klorosis, keriting, nekrotik, dan kerdil.

4. Siklus biogekimia yang terdapat pada interaksi antara mikroba dengan tanaman diantaranya :

· Siklus Nitrogen, dalam siklus nitrogen terdapat proses nitrifikasidan proses denitrifikasi. Dimana proses nitrifikasi berlangsung dalam dua tahap. Tahap pertama proses nitrifikasi adalah oksidasi ammonium, konversi ammonium menjadi nitrit. Dilakukan oleh bakteri pengoksidasi ammonium dari genus “Nitroso” kemudian nitrit dioksidasi menjadi nitrat oleh bakteri pengoksidasi nitrit dari genus “Nitro”. Kemudian Proses Denitrifikasi Bakteri denitrifikasi di dominasi oleh genus Pseumonas dengan spesies Alcaligenus, Flavobakterium, dan juga genus Basilus.

· Siklus fosfor

· Siklus Karbon

Siklus karbon adalah siklus biogeokimia dimana karbon dipertukarkan antara biosfer, geosfer, hidrosfer, dan atmosfer bumi. Karbon diambil dari atmosfer dengan berbagai cara, salah satu contohnyaadalah Ketika matahari bersinar, tumbuhan melakukan fotosintesis untuk mengubah karbondioksida menjadi karbohidrat, dan melepaskan oksigen ke atmosfer. Proses ini akan lebih banyak menyerap karbon pada hutan dengan tumbuhan yang baru saja tumbuh atau hutan yang sedang mengalami pertumbuhan yang cepat.

Mata Kuliah Biologi

Jumat, 13 April 2012

Interaksi Mikroba dengan Tanaman

1 komentar: