KEMAMPUAN PENGHAMBATAN

Transkripsi

1 KEMAMPUAN PENGHAMBATAN Streptomyces spp. TERHADAP MIKROBA PATOGEN TULAR TANAH PADA BEBERAPA KONDISI PERTUMBUHAN: JENIS MEDIA, WAKTU PRODUKSI, ph, DAN SUHU JUNDATUL ULYA SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009

2 PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa tesis yang berjudul Kemampuan Penghambatan Streptomyces spp. terhadap Mikroba Patogen Tular Tanah pada Beberapa Kondisi Pertumbuhan: Jenis Media, Waktu Produksi, ph dan Suhu adalah hasil karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada Perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lainnya telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini. Bogor, Agustus 2009 Jundatul Ulya NRP G

3 ABSTRACT JUNDATUL ULYA. Capability of Streptomyces spp. in Inhibiting Soil Borne Microbial Pathogen at Various Growth Conditions: Media, Incubation Times, ph, and Temperature. Under Direction of YULIN LESTARI and RASTI SARASWATI Streptomyces spp. have the potency to be used as an agent of biological control through their capability to produce various anti microbial compounds. The production of anti microbial compounds is influenced by nutrition, culture media, incubation times, ph and temperature. This research aimed to study the capability of Streptomyces spp. in inhibiting soil borne microbial pathogen at several media, incubation times, ph, and temperature. There were two tested media i.e: ISP4 and modified molasses-soy bean meal media; 5, 10, and 15 days of incubation times, three level of ph (5, 7, 9); and five level of temperature (room temperature ( C), 30 0 C, 40 0 C, and 50 0 C). The result showed that three local isolates of Streptomyces namely LSW05, LBR02 and PS4-16 grew better and produce more anti microbial activity when they grown using modified molasses-soy bean meal media compared with that using ISP4. The highest anti microbial activity was obtained at 15 days incubation at room temperature. The three selected Streptomyces isolates was able to produce anti microbial activity under ph 5 9, and room temperature to 40 0 C in inhibiting soil borne microbial pathogen (Bacillus subtilis, B. cereus, Xanthomonas axonopodis, X. oryzae, and Ralstonia solanacearum). LSW05 had an optimum inhibition at ph 7 and room temperature meanwhile, LBR02 inhibited soil borne microbial pathogen at ph 7 9 and room temperature to 40 0 C temperature. PS4-16 isolate had the highest inhibition activity at ph 5 9 and room temperature to 40 0 C. All isolates tested showed anti fungal inhibition at room temperature and ph 5 9 against soil borne fungal pathogen (Fusarium oxysporum, Sclerotium rolfsii, and Rhizoctonia solani). The results indicate that three local isolates of Streptomyces spp. tested have capability to be developed as biocontrol agent for soil borne microbial pathogen, and its production can be stimulated by giving environmental growth conditions i.e: modified molasses-soybean meal media, ph 5 9, and room temperature to 40 0 C. Key words: Streptomyces spp., anti microbial compounds, soil borne microbial pathogen, external growth factor.

4 RINGKASAN JUNDATUL ULYA. Kemampuan Penghambatan Streptomyces spp. terhadap Mikroba Patogen Tular Tanah pada Beberapa Kondisi Pertumbuhan: Jenis Media, Waktu Produksi, ph, dan Suhu. Dibimbing oleh YULIN LESTARI dan RASTI SARASWATI. Pemanfaatan agen biokontrol sebagai alternatif pengendalian terhadap mikroba patogen semakin berkembang. Hal ini dipicu oleh semakin banyaknya pencemaran yang disebabkan oleh pestisida yang terakumulasi di tanah. Agen biokontrol terhadap penyakit tumbuhan mampu menurunkan populasi patogen penyebab penyakit atau semua aktivitas yang dihasilkannya dalam menyerang tanaman. Namun dengan semakin banyaknya penyebab penyakit yang belum diketahui musuh alaminya, maka sekarang ini pemanfaatan mikroba sebagai agen biokontrol banyak diteliti. Mikroba tersebut dapat menghasilkan berbagai senyawa anti mikroba yang dapat dikembangkan untuk subtitusi senyawa kimia sintetik. Selain itu penggunaan senyawa anti mikroba yang dihasilkan oleh mikroba untuk mengontrol penyakit tanaman dapat diaplikasikan dalam konsentrasi yang rendah, mudah diuraikan oleh mikroba tanah, sehingga tidak terjadi akumulasi residu, serta tidak mengganggu keseimbangan lingkungan. Salah satu bakteri yang memiliki potensi untuk dikembangkan adalah Streptomyces spp. Kemampuan Streptomyces spp. dalam menghasilkan berbagai senyawa metabolik sekunder seperti antibiotik: neomisin, kloramfenikol, streptomisin, nistatin, amfoterisin, dan natamisin yang dapat menghambat pertumbuhan bakteri maupun fungi dengan spektrum penghambatan yang luas merupakan dasar pengembangan Streptomyces spp. sebagai agen biokontrol. Produksi senyawa anti mikroba yang dihasilkan dapat dipengaruhi berbagai faktor pertumbuhan baik internal maupun eksternal. Faktor-faktor inilah yang menjadikan upaya penelitian terus dilakukan, terutama rekayasa faktor eksternal seperti jenis media, waktu produksi, ph, dan suhu sehingga menghasilkan senyawa anti mikroba yang optimum menghambat berbagai mikroba patogen. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji daya hambat senyawa anti mikroba Streptomyces spp. terhadap mikroba patogen tular tanah pada beberapa kondisi media, waktu produksi, ph, dan suhu. Metode yang dilakukan untuk mengetahui kemampuan Streptomyces spp. dalam menghambat mikroba patogen tular tanah dengan memproduksi senyawa anti mikroba yang dioptimasi dengan berbagai faktor eksternal seperti media, waktu produksi, ph, dan suhu. Empat Streptomyces lokal LSW05, LBR02, SSW02 dan PS4-16 digunakan dalam penelitian ini. Media optimasi dilakukan dengan menggunakan dua media uji yaitu ISP4 (Internasional Streptomyces Project) dan media modifikasi molase-kedelai. Pengaruh waktu produksi dilakukan dengan menginkubasi biakan pada tiga waktu berbeda yaitu selama 5 hari, 10 hari, dan 15 hari. Pengaruh ph dilakukan dengan menumbuhkan Streptomyces spp. pada media terpilih dengan ph 5, 7, dan 9 untuk mengetahui ketahanan senyawa anti mikroba pada media masam, netral dan basa. Optimasi selanjutnya yaitu dengan menguji kemampuan senyawa anti mikroba yang dihasilkan pada berbagai suhu yaitu suhu ruang ( C), suhu 30 0 C, suhu

5 40 0 C, dan suhu 50 0 C. Filtat kultur yang dihasilkan pada perlakuan tersebut selanjutnya diujikan terhadap bakteri target seperti: Ralstonia solanacearum, Xanthomonas axonopodis, X. oryzae, Bacillus subtilis dan B. cereus, serta cendawan target seperti: Fusarium oxysporum, Rhizoctonia solani, dan Sclerotium rolfsii. Kemampuan isolat dalam menggunakan subtrat media juga diamati dengan metode DNS Miller (1959) yang diukur dengan spektrofotometer pada panjang gelombang 550 nm. Pertumbuhan diukur berdasarkan berat kering sel. Streptomyces spp. yang diuji mempunyai pertumbuhan yang berbeda. Isolat LSW05, LBR02, dan SSW02 mampu tumbuh pada media Yeast Malt Agar, sedangkan PS4-16 tumbuh baik pada media Oatmeal Agar. Perbedaan pertumbuhan tersebut menunjukkan bahwa kemampuan isolat dalam memanfaatkan sumber karbon berbeda. Media modifikasi molase-kedelai mampu meningkatkan pertumbuhan dan aktivitas penghambatan Streptomyces spp. terhadap mikroba patogen tular tanah. Penghambatan tertinggi terlihat pada waktu produksi 15 hari. Hal ini kemungkinan terjadi karena pada hari ke-15 kondisi pertumbuhan yang terbatas sehingga isolat mengeluarkan senyawa anti mikroba untuk mempertahankan diri dari kondisi yang tidak menguntungkan, terutama karena kekurangan nutrisi. Penghambatan tertinggi nampak pada isolat PS4-16 dan LBR02 terhadap semua bakteri patogen pada media modifikasi molasekedelai. Peningkatan penghambatan tersebut juga terjadi pada cendawan patogen. PS4-16 mempunyai kemampuan tertinggi dalam menghambat semua cendawan patogen, diikuti LBR02. Hal itu membuktikan bahwa media modifikasi molasekedelai mampu digunakan sebagai media pertumbuhan dan produksi senyawa anti mikroba Streptomyces spp dengan waktu produksi 15 hari sebagai acuan untuk waktu produksi senyawa anti mikroba. Modifikasi molase-kedelai dapat menjadi sumber karbon dan nitrogen bagi isolat-isolat uji. Tiga isolat yang mempunyai penghambatan terbesar (PS4-16, LBR02, dan LSW05) digunakan pada pengujian kemampuan penghambatan pada ph dan suhu. Pengujian terhadap ph 5, 7, dan 9 digunakan untuk mengamati aktivitas anti mikroba pada kondisi masam, netral dan alkali. Pengaruh ph terhadap produksi senyawa anti mikroba diketahui bahwa isolat LSW05, LBR02, dan PS4-16 mampu menghasilkan senyawa anti mikroba pada ph 5 sampai 9. Setiap isolat mempunyai penghambatan yang beragam terhadap bakteri patogen tular tanah. Isolat LSW05 mempunyai penghambatan yang tinggi (10 mm) terhadap B. subtilis pada ph 7, LBR02 mampu menghambat kuat B. cereus pada ph 9 dan PS4-16 mampu menghambat kuat X. oryzae (11 mm) pada ph 7. Hal tersebut kemungkinan terjadi karena setiap isolat menghasilkan beberapa anti mikroba yang berbeda sehingga ph optimumnya berbeda. Perubahan ph pada media produksi merangsang senyawa baru yang berpengaruh pada produksi antibiotik. Hasil produksi pada media modifikasi molase-kedelai, waktu produksi 15 hari, dan ph 7 kemudian diinkubasi pada beragam suhu. Streptomyces spp. yang diuji mampu menghambat mikroba patogen tular tanah pada suhu ruang, 30 0 C, dan 40 0 C, sedang pada suhu 50 0 C tidak terjadi penghambatan. Hasil penghambatan setiap isolat beragam terhadap mikroba patogen. Isolat LSW05 pada suhu ruang dapat menghambat empat bakteri uji (B. subtilis, B. cereus, dan X. axonopodis). Bacillus subtilis dan B. cereus mempunyai penghambatan tertinggi (10 mm dan 5.5 mm). Hal tersebut bisa terjadi kemungkinan karena senyawa metabolit yang dihasilkan LSW05 optimum pada suhu ruang. Isolat

6 LBR02 mampu menghambat kuat B. cereus pada suhu ruang sampai 40 0 C, dan pada suhu 30 0 C kemampuan senyawa anti mikroba yang dihasilkan mampu menghambat empat mikroba patogen (B. subtilis, B. cereus, X. oryzae, dan R. solanacearum). Isolat PS4-16 mampu menghambat kuat X. oryzae pada suhu ruang, dan mampu menghambat semua bakteri patogen pada suhu ruang sampai 40 0 C. Pengaruh suhu pada aktivitas penghambatan Streptomyces spp. terhadap cendawan patogen target sangat beragam. Isolat LSW05 hanya mampu menghambat S. rolfsii pada suhu ruang dan 30 0 C, sedangkan isolat LBR02 dan PS4-16 mampu menghambat F. oxysporum, S. rolfsii dan R. solani pada suhu ruang sampai 40 0 C. Namun aktivitas penghambatan pada suhu ruang lebih baik dibandingkan suhu 30 0 C dan 40 0 C. Hal tersebut bisa terjadi karena aktivitas anti fungi oleh Streptomyces spp. umumnya disebabkan oleh produksi antibiotik dan enzim ekstraseluler (kitinase dan glukanase) yang dihasilkan sehingga kenaikan suhu diatas suhu optimum dapat menurunkan aktivitas penghambatannya. Kemampuan penghambatan tersebut juga dipengaruhi kemampuan isolat dalam menggunakan subtrat dalam media. Hasil pengukuran kadar gula dalam media molase-kedelai menunjukkan bahwa semua isolat Streptomyces spp. mampu memanfaatkan molase sebagai sumber karbon. Hal itu terlihat adanya perubahan kadar gula dan pertambahan berat kering sel pada semua isolat. Kemampuan isolat yang beragam dalam memanfaatkan gula, mempengaruhi kemampuan dalam menghasilkan senyawa anti mikroba. Glukosa merupakan sumber karbon utama dalam pertumbuhan, dan mempengaruhi biosintesis senyawa anti mikroba. Hasil penelitian ini memberikan gambaran bahwa tiga isolat LSW05, LBR02, dan PS4-16 dapat memproduksi senyawa anti mikroba dengan menggunakan media modifikasi molase-kedelai, ph 5 9, dan suhu ruang sampai 40 0 C. Hasil ini memerlukan tindak lanjut untuk mengetahui efektivitas senyawa anti mikroba yang dihasilkan Streptomyces spp. pada kondisi lapangan, dan formulasinya untuk biokontrol. Kata kunci: Streptomyces spp., senyawa anti mikroba, mikroba patogen tular tanah, dan faktor eksternal pertumbuhan.

7 Hak Cipta milik IPB, tahun 2009 Hak Cipta dilindungi Undang-Undang Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyususnan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau keseluruhan Karya tulis dalam bentuk apapun tanpa ijin IPB.

8 KEMAMPUAN PENGHAMBATAN Streptomyces spp. TERHADAP MIKROBA PATOGEN TULAR TANAH PADA BEBERAPA KONDISI PERTUMBUHAN: JENIS MEDIA, WAKTU PRODUKSI, ph, DAN SUHU JUNDATUL ULYA Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Biologi Mayor Mikrobiologi SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009

9 Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Ir. Suryo Wiyono, MSc. Agr.

10 Judul Tesis : Kemampuan Penghambatan Streptomyces spp. terhadap Mikroba Patogen Tular Tanah pada Beberapa Kondisi Pertumbuhan: Jenis Media, Waktu Produksi, ph, dan Suhu. Nama : Jundatul Ulya NRP : G Disetujui Komisi Pembimbing: Dr. Ir. Yulin Lestari Ketua Dr. Rasti Saraswati Anggota Diketahui Ketua Mayor Mikrobiologi Dekan Sekolah Pascasarjana Dr. Ir. Gayuh Rahayu Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S Tanggal Ujian: 25 Agustus 2009 Tanggal Lulus:

11 PRAKATA Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala nikmat dan karunia-nya sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Penelitian yang berjudul Kemampuan Penghambatan Streptomyces spp. terhadap Mikroba Patogen Tular Tanah pada Beberapa Kondisi Pertumbuhan: Jenis Media, Waktu Produksi, ph dan Suhu dilaksanakan sejak bulan Juni 2008 hingga Mei 2009 di Laboratorium Mikrobiologi, Departemen Biologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengtahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr. Ir. Yulin Lestari dan Dr. Rasti Saraswati selaku pembimbing atas bimbingan dan saran, serta dukungannya dalam pelaksanaan penelitian dan penyusunan karya ilmiah ini. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Dr. Ir. Suryo Wiyono, MSc. Agr selaku penguji atas koreksi dan sumbang sarannya. Terima kasih yang sebesar-besarnya penulis sampaikan kepada Departemen Agama Republik Indonesia yang telah mengadakan program beasiswa pascasarjana. Terima kasih juga kepada teman-teman di Laboratorium Mikrobiologi yang kesemuanya tidak dapat saya sebutkan satu persatu, penulis mengucapkan banyak terima kasih atas bantuan dan kebersamaannya. Akhirnya ucapan terima kasih tak terhingga penulis sampaikan kepada suami tercinta atas kekuatan, kesabaran, pengorbanan, dan ketulusannya dalam memberikan motivasi dan semangat. Kepada Bapak, Ibu serta seluruh keluarga atas doa, kasih sayang, dan dukungannya selama ini. Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran sangat diharapkan. Penulis berharap semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi pembaca. Bogor, Agustus 2009 Jundatul Ulya

12 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Lamongan Jawa Timur pada tanggal 31 Desember Penulis merupakan anak ketiga dari enam bersaudara, pasangan Bapak Muhtadi dan Ibu Khoitin. Tahun 1995 penulis lulus dari SMAN I Paciran Lamongan, dan tahun 1996 penulis diterima di jurusan Ilmu Tanah Fakultas Pertanian Universitas Jember. Penulis lulus dari Universitas Jember pada tahun Tahun 2003 penulis mulai bekerja sebagai guru Madrasah Aliyah Salafiyah Yayasan Pondok Pesantren Al Fattah Siman, Sekaran Lamongan sampai sekarang. Saat ini penulis bekerja sebagai staf pengajar Biologi di Madrasah Aliyah Salafiyah Yayasan Pondok Pesantren Al Fattah Siman, Sekaran-Lamongan. Tahun 2007 penulis mendapatkan kesempatan melanjutkan ke Program S2 Pascasarjana Program Mayor Mikrobiologi melalui beasiswa pendidikan pascasarjana dari Departemen Agama Republik Indonesia.

13 DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL... xiv DAFTAR GAMBAR... DAFTAR LAMPIRAN... PENDAHULUAN Latar Belakang... 1 Tujuan Penelitian... 4 Manfaat Penelitian... 4 TINJAUAN PUSTAKA xv xvii Karakterisasi dan Ekologi Streptomyces spp Potensi Streptomyces spp. dalam Memproduksi Senyawa Anti Mikroba... 7 Potensi Streptomyces spp. sebagai Agen Biokontrol Mikroba Patogen Tular Tanah... 9 Faktor-Faktor yang Berpengaruh terhadap Produksi Senyawa Anti Mikroba... 9 Mikroba Patogen Tular Tanah BAHAN DAN METODE Peremajaan Isolat Streptomyces spp. dan Mikroba Patogen Tular Tanah Pembuatan Stok Inokulum Mikroba Patogen Tular Tanah Uji Antagonis Langsung Kemampuan Penghambatan Streptomyces spp. terhadap Mikroba Patogen Tular Tanah Optimasi Produksi Senyawa Anti Mikroba Bioesei Filtrat Kultur Streptomyces spp. terhadap Pertumbuhan Bakteri Patogen Tular Tanah Bioesei Filtrat Kultur Streptomyces spp. terhadap Pertumbuhan Cendawan Patogen Tular Tanah Pengukuran Berat Kering Sel dan Kadar Gula dalam Media HASIL DAN PEMBAHASAN Pertumbuhan Streptomyces spp Kemampuan Penghambatan Streptomyces spp. terhadap Mikroba Patogen Tular Tanah Kemampuan Isolat Streptomyces spp. Terpilih dalam Menghasilkan Senyawa Anti Mikroba pada Media ISP4 dan Media Modifikasi Molase-Kedelai selama 15 Hari Waktu Produksi... 22

14 Kemampuan Isolat Streptomyces spp. Terpilih dalam Menghasilkan Senyawa Anti Mikroba pada ph 5, 7 dan Kemampuan Isolat Streptomyces spp. Terpilih dalam Menghasilkan Senyawa Anti Mikroba pada Suhu Ruang, 30 0 C, 40 0 C, dan 50 0 C Pertumbuhan Sel Streptomyces spp. dan Pemanfaatan Subtrat dalam Media SIMPULAN DAN SARAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... 50

15 DAFTAR TABEL Halaman 1 Beberapa antibiotik yang dihasilkan Streptomyces spp

16 DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Siklus hidup Streptomyces spp Streptomyces spp. hasil peremajaan pada media YMA (LSW 05), LBR02, SSW02, dan media OA PS4-16 (d) Aktivitas penghambatan sel Streptomyces spp. terhadap bakteri patogen tular tanah Aktivitas penghambatan sel Streptomyces spp. terhadap cendawan patogen tular tanah Aktivitas penghambatan Streptomyces spp. terhadap B. subtilis pada media ISP4 dan modifikasi molase-kedelai Aktivitas penghambatan Streptomyces spp. terhadap B. cereus pada media ISP4 dan modifikasi molase-kedelai Aktivitas penghambatan Streptomyces spp. terhadap X. axonopodis pada media ISP4 dan modifikasi molase-kedelai Aktivitas penghambatan Streptomyces spp. terhadap X. oryzae pada media ISP4 dan modifikasi molase-kedelai Aktivitas penghambatan Streptomyces spp. terhadap R. solanacearum pada media ISP4 dan modifikasi molase-kedelai Aktivitas penghambatan Streptomyces spp. terhadap F. oxysporum pada media ISP4 dan modifikasi molase-kedelai Aktivitas penghambatan Streptomyces spp. terhadap S. rolfsii dan R. solani pada media ISP4 dan modifikasi molase-kedelai Berat kering sel Streptomyces spp. pada media ISP4 dan modifikasi molase-kedelai Aktivitas penghambatan Streptomyces spp. LSW 05, LBR02, dan PS4-16 terhadap bakteri patogen tular tanah pada ph 5, 7, dan Aktivitas penghambatan Streptomyces spp. LSW 05, LBR02,

17 dan PS4-16 terhadap cendawan patogen tular tanah pada ph 5, 7, dan Berat kering sel Streptomyces spp. pada ph 5, 7, dan Aktivitas penghambatan Streptomyces spp. terhadap bakteri patogen tular tanah pada suhu ruang, 30 0 C, 40 0 C, dan 50 0 C Aktivitas penghambatan Streptomyces spp. terhadap cendawan patogen tular tanah pada suhu ruang, 30 0 C, 40 0 C, dan 50 0 C Berat kering sel Streptomyces spp. terhadap suhu ruang, 30 0 C, 40 0 C, dan 50 0 C Kadar glukosa dalam media selama produksi

18 DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Komposisi media peremajaan Komposisi media produksi Prosedur pengujian kadar gula dalam media Komposisi kimia media produksi... 53