PERAN INOKULAN MIKROBA SEBAGAI PUPUK HAYATI UNTUK MENINGKATKAN PRODUKTIVITAS TANAMAN (PART I)
1. Pendahuluan
Mikroorganisme di dalam tanah memainkan peran penting dalam keanekaragaman hayati tanah dan pengelolaan unsur hara. Mikroorganisme penting untuk pertumbuhan dan evolusi tanaman. beberapa dekade terakhir, penggunaan pupuk kimia di bidang pertanian meningkatkan produksi dan sawasembada pangan, namun mengorbankan ekosistem dan kesejahteraan semua makhluk hidup. Penggunaan pupuk kimia secara berlebihan di bidang pertanian meningkatkan biaya produksi menjadi lebih tinggi dan memberikan dampak negatif terhadap kesuburan tanah. Praktek pertanian ramah lingkungan dengan memanfaatkan mikroorganisme menguntungkan diharapkan memberikan dampak positif terhadap perbaikan kesuburan tanah dibandingkan dengan praktik pertanian konvensional yang menggunakan input bahan kimia sintetik. Selain itu, pemanfaatan mikroorganisme dalam praktik pertanian ramah lingkungan memiliki potensi untuk berkembang biak di alam dan diharapkan terjadi peningkatan populasi dan keragamannya sehingga lebih bentak membebrikan keuntungan terhadap tanaman, keseimbangan mikrobiologi tanah dan kesehatan lingkungan.
Bioinokulan (mikroorganisme yang diinokulasi ke dalam tanah) hingga saat ini tidak menunjukkan dampak merugikan terhadap tumbuhan dan organisme tanah karena ramah lingkungan, dapat berperan sebagai biopestisida yang menguntungkan bagi tanaman. Inokulan mikroba digambarkan sebagai organisme yang dimasukkan ke dalam suatu lingkungan untuk tujuan tertentu seperti biokontrol atau mendorong pertumbuhan tanaman seperti bakteri, cendawan dan mikroorganisme lainnya. Bioinokulan yang ditambahkan ke dalam tanah dapat berupa pupuk hayati atau pestisida hayati, digunakan sebagai pengganti pupuk anorganik konvensional dan pestisida sintetik.
Selain pupuk dan pestisida hayati, saat ini juga telah banyak pemanfaatan mikroba yang memiliki mekanisme sebagai pemacu pertumbuhan atau lebih dikenal dengan Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR). Menurut Gupta et.al. (2002), PGPR dapat mempengaruhi perkembangan tanaman baik secara langsung atau tidak langsung dan menginduksi pertumbuhan tanaman dengan meningkatkan ketersediaan nutrisi mineral di dalam tanah, menghambat perkembangan fitopatogen (Patogen tumbuhan), menghasilkan zat pengatur tumbuh yang berbeda, memperbaiki struktur tanah dan melakukan bioremediasi tanah melalui pemisahan logam berat berbahaya dan menurunkan senyawa kimia seperti pestisida, fungsisida, dan lain-lain (Ahemad M., 2012). PGPR juga berperan penting dalam meningkatkan ketahanan tanaman dengan memproduksi berbagai metabolit sekunder seperti antibiotik, siderofor, biosurfaktan serta enzim yang dapat meningkatkan resistensi sistemik (Ahemad M., 2012). Kumar et.al. (2016) melaporkan bahwa peran PGPR dalam meningkatkan serapan hara tanaman merupakan mekanisme yang penting dan tepat untuk perkembangan tanaman. PGPR mencegah terjadinya penghambatan pertumbuhan melalui mekanisme peningkatan ketahanan tanaman terhadap berbagai bentuk cekaman termasuk cekaman logam berat, cekaman genangan air, cekaman salinitas, cekaman kekeringan dan berbagai faktor lainnya.
Inokulasi PGPR menekan terjadinya stress pada tanaman dengan memberikan dampak yang bermanfaat terhadap kebugaran (Fitness) tanaman, pertumbuhan, peningkatan produksi dan asimilasi nutrisi. PGPR penting diaplikasikan untuk mendukung Pembangunan pertanian berkelanjutan dan sangat bermanfaat untuk meningkatkan hasil panen dan kesuburan tanah, terutama pada kondisi kesuburan tanah yang semakin menurun.
2. Mekanisme Kerja PGPR Secara Langsung
a. Fiksasi Nitrogen Biologis (Biological Nitrogen Fixation)
Bagi semua organisme hidup, nitrogen merupakan unsur penting, sekaligus merupakan unsur yang membatasi ekosistem dan produksi tanaman. Fiksasi nitrogen biologi (BNF) merupakan proses alami mengubah nitrogen di atmosfer (N2) menjadi aminia melalui siklus reduksi dengan bantua mikroba, beberapa diantaranya adalah eubacteria, actinomycetes dan alga hijau (ganggang hijau). PGPR yang banyak dimanfaatakan antara lain yang termasuk dalam genus Azoospirillium yang mampu meningkatkan pertumbuhan dan kebugaran tanaman gandum, jagung dan ppadi (Steenhoudt & Vanderlayden., 2000).
b. Fiksasi Nitrogen Simbiosis (Symbiotic Nitrogen Fixation)
Fiksasi nitrogen symbiosis (SNF) adalah hubungan mutualistik antara tanaman dan mikroba. Mikroba penambat nitrogen siombiosis memiliki kemampuan mengikat nitrogen di atmosfer secara simbiosis dan menyediakan akses ke semua jenis tanaman. Interaksi antara tanaman dan bakteri penambat nitrogen simbiotik yang sebagian besar sebagai bagian rhizobacteria pemacu pertumbuhan (PGPR), merupakan bentuk simbiosis penambat nitrogen yang paling sederhana. Bakteri asosiatif ini merespon eksudat akar melalui kemotaksis dan kolonisasi rhizofer pada berbagai tanaman. Rhizobium, Sinorhizobium, Bradyrhizobium dan Mesorhizobium adalah contoh beberapa bakteri yang hidup bersimbiosis dengan tanaman polong-polongan. Bakteri Rhizobium merupakan penyebab utama fiksasi nitrogen simbiosis pada tanaman kacang-kacangan.
c. Fiksasi Nitrogen nonsimbiotik atau hidup bebas
Fiksasi nitrogen yang hidup bebas ditemukan di zona akar tanaman dan memperoleh nutrisi dari tanaman, dan mendukung pengembalian nitrogen tetap dalam keadaan hidup bebas. Fiksasi nitrogen non simbiotik juga dilakukan oleh diazotroph yang memacu perkembangan tanaman non kacang-kacangan seperti padi dan lobak. Beberapa bakteri rhizosfer tertentu yang termasuk dalam genus Azotobacter, Burkholderia, Azoarcus, Azospirilium, Gluconacetobacter, Diazotrophicus, Pseudomonas, Enterobacter dan Cyanobacteria yang juga dapat menambat nitorogen nonsimbiotik (Bhattacharyya & Jha., 2012). Mukherjee et.al. (2022) melaporkan bahwa Azotobacter chrococcum dapat digunakan sebagai pupuk hayati karena kapasitas sebagai penambat nitrogen nonsimbiotik yang dapat mengikat 10 mg N/g dan sebagi sumber karrbon pada pengujian secara in vitro. Azotobacter brasilense dilaporkan dapat menurunkan pemupukan N anorganik, meningkatkan nutrisi tanaman dan meningkatkan biomassa tanaman dan hasil gandum (Galindo et.al. 2022). Laporan lainnya menyebutkan bahwa inokulasi Azospirillium dapat meningkatkan pertumbuhan bibit jagung, sorgum, gandum dan graminae laiannya. Selain itu bakteri tersebut dilaporkan dapat menyediakan hingga 25% dari keseluruhan kebutuhan nitrogen pada tanaman padi dan jagung (Montanez et.al. 2012).
d. Produksi Siderofor
Di dalam tanah, aktivitas produksi siderofor berperan penting dalam menentukan kemampuan berbagai mikroorganisme untuk memacu pertumbuhan tanaman. Siderofor yang dihasilkan oleh mikroba meningkatkan penyerapan zat besi oleh tanaman. Produksi siderofor memberikan keunggulan yang kompetitif bagi PGPR yang mengolonisasi akar dan menekan mikroorganisme lainnya yang merugikan di sekitar perakaran (Haas & Defago, 2005). Siderofor pseudobactin yang dihasilkan oleh bakteri Pseudomonas putida B10 dilaporkan juga dapat menekan perkembangan cendawan Fusarium oxysporum pada tanah yang kekurangan zat besi, dan penekanan ini langsung hilang ketika tanah kembali diberikan zat besi (Kloepper et.al. 1980). Gauda et.al. (2018) melaporkan bahwa Pseudomonas putida juga memiliki kemampuan untuk memanfaatakan siderofor heterology yang dihasilkan oleh mikroba lain yang ada disekitar perkaran tanaman untuk meningkatkan kadar zat besi yang ada di lingkungan alami. Produksi enzim siderofor dan antioksidan oleh Pseudomonas koreensis pada tanaman jagung dilaporkan dapat mencegah perkembangan patogen tanaman (Ghazy & El-Nahrawy. 2021). Menurut Battu dan Reddy ( 2009), siderofor dianggap sebagai pemacu pertumbuhan tanaman dan agnes bikontrol penyakit yang disebabkan oleh cendawan yang serumpun dengan tanaman lain. Siderofor berperan penting dalam penyerapan zat besi Ketika tanaman terpapar logam lain, termasuk cadmium dan nikel. PGPR adalah aset utama karena menghasilkan siderofor yang dapat menyediakan sejumlah zat besi yang dibutuhkan tanaman.
e. Pelarut Kalium
Unsur hara makro terpenting ketiga yang dibutuhkan tanaman adalah kalium (K). lebih dari 90% kalium ditemukan dalam bentuk mineral silikat dan batuan tidak larut. Kalium merupakan komponen penting dalam sintesis protein, aktivasi enzim dan fotosintesis. Kekurangan Kalium menyebabkan berbagai masalah dalam perkembangan tanaman, akar tidak berkembang dengan baik, pertumbuhan tanaman terhambat, dan produksi hasil rendah atau menurun. Liu et.al. (2012) melaporkan bahwa PGPR seperti Bacillus adaphicus, Acidothiobacillus sp., Burkholderia sp., Ferrooxidans sp., dan Paenibacillus sp. dapat melarutkan dan melepaskan unsur Kalium dan mineral yang mengandung Kalium di dalam tanah sehingga tanaman dapat dengan mudah memanfaatkannya. Aplikasi PGPR yang memiliki kemampuan melarutkan Kalium sebagai pupuk hayati untuk meningkatkan unsur hara pertanian dapat mengurangi penggunaan pupuk anorganik dan mendorong produksi pertanian berkelanjutan.
f. Pelarut Fosfat
Unsur penting lainnya yang dibutuhkan oleh tumbuhan adalah Fosfor (P) yang hanya dapat diserap tanaman sebagai ion monobasa atau dibasa . sebanyak kurang lebih 95 – 99% unsur P di dalam tanah berada dalam bentuk tidak larut atau mengendap dan tidak tersedia bagi tanaman sehingga hanya Sebagian kecil yang dapat diserap oleh tanaman dan biasanya jumlahnya tidak mencukupi. PGPR diketahui mengandung bakteri pelarut fosfat sehingga banyak disarankan untuk digunakan sebagai pupuk hayati dalam system pertanian. Bebebrapa bakteri pelarut fosfat antara lain dari genus Pseudomonas, Bacillus dan Burkholderia, Arthobacter, Serratia, Gordonia, Enterobacter dan Rhozobium (Abril et.al. 2007).
g. Produksi Fitohormon
Kemampuan bakteri PGPR dalam menghasilkan fitohormon seperti indol acetid acid (IAA), sitokinin dan giberalin dapat mempengaruhi keseimbangan hormonal tanaman secara signifikan. IAA khususnya, dapat secara langsung mempengaruhi reservoir auksin endogen tanaman. Pengaruh IAA yang dihasilkan bakteri terhadap perkembangan akar tergantung pada jumlah total IAA yang tersedia bagi tanaman dan sensitivitas tanaman terhadap hormon tersebut yang dapat menghasilkan efek positif. Stimulasi pertumbuhan akar lateral dan serabur akar oleh bakteri yang menghasilkan IAA dapat meningkatkan efisiensi penyerapan unsur hara dan mendorong eksudasi akar. Beberapa mikroba PGPR yang mampu mensintesis fitohormon anatara lain Azospirillium, Rhizobium, Bradyrhizobium, Enterobacter, Agrobacterium, Pseudomonas, Bacillus dan Klebsiella.
Fitohormon lainnya yang disintesis oleh mikroba PGPR adalah giberalin. Giberalin disintesa oleh tanaman itu sendiri dan oleh cendawan Giberella fujikuroi. Namun beberapa laporan menyebutkan bahwa mikroba PGPR seperti Azospirillium, Rhizobium, Bacillus, Micrococcus, Agrobacterium, Clostridium dan Pseudomonas menghasilkan giberalin dan juga dapat menghasilkan fitohormon lainnya seperti sitokinin (Al-Ali et.al. 2021).
Kontributor : Tuminem (POPT Ahli Madya) & Nurbayana (POPT Muda)
DAFTAR PUSTAKA
Ahemad M., 2012. Implication of bacterial resistance against heavy metals in bioremediation: a review, J. Instit. Integr. Omics Appl. Biotecnol. (IIOAB) 3(3) (2012).
AlAli H.A., Khalifa A. and Al-Maliki M. 2021. Plant Growthpromoting rhizobacteria from Ocimum basilicum improve growth of Phaseolus vulgaris and Abelmoschus esculentus. South Afr. J. Bot. 139 (2021).
Battu P.R. & Reddy M.S., 2009. Siderophore mediated antibiosis of rhizobacterial fluorescent Pseudomonads against rice fungal pathogens. Int.J.Pharm. Tech res., 1(2) 2009).
Gupta A., Myer J.M., and Goel R. 2002. Development of heavy metal-resistant mutants of phosphate solubilizing Pesudomonas sp. NBRI 4014 and their characterization. Curr.Microbiol, 45(5)( 2002).
Kumar A., Singh V., Singh P.P., Singh S.K., Sing P.K. 2016. Isolation of plant growth promoting rhizobacteria and their impact on growth and curcumin content in Curcuma longa L. Biocatal. Agric. Biotechnol. 8 (2016).
Liu D., Lian B., and Dong H. 2012. Isolation of Paenibaxillus sp. and asessessment of its potential for enhancing mineral weathering. Geomicrobial. J. 29 (5) 2012.
Mukherjee A., Gaurav A.K., Singh S., Yadav S., Bhowmick S., Abeysinghe S., dan Verma J.P. 2022. The bioactive potential of phytohormones: A revew. Biotechnology Report (35) 2022.