TESIS POTENSI AGEN BIOKONTROL UNTUK MENGENDALIKAN Fusarium sp. PENYEBAB PENYAKIT LAYU PADA SEMANGKA ANAK AGUNG NGURAH NARA KUSUMA PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2015
TESIS POTENSI AGEN BIOKONTROL UNTUK MENGENDALIKAN Fusarium sp. PENYEBAB PENYAKIT LAYU PADA SEMANGKA ANAK AGUNG NGURAH NARA KUSUMA NIM 1392261007 PROGRAM MAGISTER PROGRAM STUDI BIOLOGI PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2015
POTENSI AGEN BIOKONTROL UNTUK MENGENDALIKAN Fusarium sp. PENYEBAB PENYAKIT LAYU PADA SEMANGKA Tesis untuk Memperoleh Gelar Magister pada Program Magister, Program Studi Biologi, Program Pascasarjana Universitas Udayana ANAK AGUNG NGURAH NARA KUSUMA NIM 1392261007 PROGRAM MAGISTER PROGRAM STUDI BIOLOGI PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2015 ii
Lembar Pengesahan TESIS INI TELAH DISETUJUI TANGGAL 3 SEPTEMBER 2015 Pembimbing I, Pembimbing II, Drs. Yan Ramona, M.App.Sc., Ph.D. NIP. 19641922 199003 1 002 Dr. Dra. Meitini Wahyuni Proborini, M.Sc.St. NIP. 19640523 199103 2 002 Mengetahui, Ketua Program Magister Biologi Program Pascasarjana Universitas Udayana Direktur Program Pascasarjana Universitas Udayana Ir. Ida Ayu Astarini, M.Sc., Ph.D. NIP. 19680327 199302 2 001 Prof. Dr. dr. A.A. Raka Sudewi, Sp.S(K). NIP. 19590215 198510 2 001 iii
PENETAPAN PANITIA PENGUJI Tesis ini Telah Diuji pada Tanggal 3 Agustus 2015 Berdasarkan SK Rektor Universitas Udayana No : 2236/UN14.4/HK/2015 Tanggal : 28 Juli 2015 Panitia Penguji Tesis adalah : Ketua : Drs. Yan Ramona, M. App.Sc., Ph.D. Anggota : 1. Dr. Dra. Meitini Wahyuni Proborini, M.Sc.St. 2. Dr. Dra Retno Kawuri, M. Phil 3. Ni Luh Arpiwi, S. Si., M. Sc., Ph. D 4. Drs. I Made Sara Wijana, M. Si iv
SURAT PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT Saya yang bertanda tangan di bawah ini : Nama : A.A. Ngurah Nara Kusuma NIM : 1392261007 Program Studi : Magister Biologi Judul Tesis :Potensi Agen Biokontrol untuk Mengendalikan Fusarium sp. Penyebab Penyakit Layu pada Semangka Dengan ini menyatakan bahwa tesis ini bebas plagiat. Apabila kemudian hari terbukti plagiat dalam tulisan ini, maka saya bersedia menerima sanksi sesuai Peraturan Mendiknas RI No, 17 Tahun 2010 dan Peraturan Perundang-undangan yang berlaku. Denpasar, Agustus 2015 Yang membuat pernyataan A.A. Ngurah Nara Kusuma v
UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena berkat kasih dan karunianya, penulis dapat menyelesaikan Tesis yang berjudul Potensi Agen Biokontrol untuk Mengendalikan Fusarium sp. Penyebab Penyakit Layu pada Semangka. Pada kesempatan ini, penulis ucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada bapak Drs. Yan Ramona, M.App.Sc., Ph.D. selaku pembimbing I dan pembimbing akademik yang dengan sabar dan teliti memberikan bimbingan serta dukungan moral selama penulis melakukan penyusunan tesis ini. Terima kasih kepada ibu Dr. Dra. Meitini Wahyuni Proborini, M.Sc.St selaku pembimbing II yang dengan sabar dan teliti memberikan bimbingan serta dukungan moral selama penulis melakukan penyusunan tesis ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Rektor Universitas Udayana Prof. Dr. dr. I Ketut Suastika, Sp. PD-KEMD, Direktur Program Pascasarjana Universitas Udayana Prof. Dr. dr. A.A. Raka Sudewi, Sp.S(K) yang telah memberikan kesempatan bagi penulis dalam menuntut ilmu di Pascasarjana Universitas Udayana. Ucapan yang sama juga ditujukan kepada Ir. Ida Ayu Astarini, M.Sc., Ph.D selaku ketua Program Studi Magister Biologi, Program Pascasarjana Universitas Udayana berkat dukungan dan pesan-pesan kepada penulis. Ucapan terima kasih juga penulis ucapkan kepada dosen penguji Dr. Dra. Retno Kawuri, M. Phil., Ni Luh Arpiwi, S. Si, M.Sc, Ph. D dan Drs. I Made Sara Wijana, M.Si yang telah memberikan bimbingan dukungan dan saran dalam penyusunan tesis ini serta seluruh Ibu dan Bapak Dosen beserta staf pegawai di Program Studi Magister Biologi Program Pascasarjana Universitas Udayana yang telah memberikan dukungan, semangat dan fasilitasnya. Terima kasih sebesar-besarnya terhadap ayah A.A. Ngurah Made Suryadharma dan ibu A.A. Istri Gunawati atas doa, restu dan dukungan materi selama penyusunan penelitian ini serta ke-3 adik A.A. Istri Puspita Sari Dewi, A.A. Istri Berliana Permatasari, A.A. Ngurah Abimanyu atas segala dukungan dan doanya. Terima kasih vi
penulis ucapkan kepada rekan mikrobiologi Made Raningsih yang sering membantu penulis selama jalannya proses penelitian, rekan-rekan konsentrasi mikrobiologi lainnya Nadya, Yuliana dan Bu Made Susilawati, serta rekan-rekan Magister Biologi Universitas Udayana angkatan 2013 atas kekeluargaan selama perkuliahan dan penelitian. Kepada semua pihak yang namanya tidak bisa penulis sebutkan satu persatu, penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya. Semoga Tuhan Yang Maha Esa selalu melimpahkan rahmat-nya kepada penulis sekeluarga dan semua pihak yang telah membantu pelaksanaan serta penyelesaian tesis ini. Denpasar, Agustus 2015 Penulis
ABSTRAK POTENSI AGEN BIOKONTROL UNTUK MENGENDALIKAN Fusarium sp. PENYEBAB PENYAKIT LAYU PADA SEMANGKA Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui penyebab penyakit layu pada tanaman semangka dan menguji efektivitas mikroba antagonis dalam mengendalikan patogen penyebab penyakit layu, pada skala laboratorium dan rumah kaca. Penelitian ini dilakukan mulai dari bulan November 2014 hingga April 2015 di Laboratorium Mikrobiologi, Jurusan Biologi, Universitas Udayana dan di Rumah Kaca Fakultas Pertanian Universitas Udayana. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penyakit layu pada tanaman semangka di Subak Intaran, Desa Sanur Kauh, Denpasar Selatan, Bali, disebabkan oleh Fusarium oxysporum. Jamur dan bakteri antagonis yang berhasil diisolasi dari lahan tersebut adalah Trichoderma harzianum, Trichoderma viride, Aspergillus niger, Pseudomonas sp. dan Bacillus sp. Dalam percobaan in vitro (dual culture assay), antagonis-antagonis tersebut menghambat pertumbuhan Fusarium oxysporum dengan persentase hambatan sebesar 87,64 ± 2,84% (Trichoderma harzianum), 82,34 ± 2,40% (Trichoderma viride), 71,24 ± 5,48% (Aspergillus niger), 79,80 ± 2,94% (Pseudomonas sp.) dan 75,60 ± 9,55% (Bacillus sp.) relatif terhadap kontrol. Pada percobaan skala rumah kaca, efektivitas Trichoderma harzianum dan Pseudomonas sp. mampu menurunkan insiden penyakit layu Fusarium pada tanaman semangka berturut-turut sebesar 80% dan 66,67%, relatif terhadap pot-pot yang hanya diinokulasi dengan Fusarium oxysporum. Kata kunci : Biokontrol, Fusarium oxysporum, Tanaman semangka, Trichoderma harzianum dan Pseudomonas sp., Bali. viii
ABSTRACT POTENTIAL OF BIOCONTROL AGENTS TO CONTROL Fusarium sp. WILT IN WATERMELON PLANTS The main objectives of this research were to investigate the causative agent of wilt disease in watermelon plants and to investigate the efficacy of antagonists of this disease causative agent, isolated from rhizosphere zone of watermelon farm, to control this pathogen, in both laboratory and glasshouse scale experiments. This research was conducted in the period of November 2014 to April 2015 at the Laboratory of Microbiology, Biology Department, Udayana University and at the glasshouse of Agriculture Faculty, Udayana University. The results showed that wilt disease in watermelon plants cultivated in the village of west Sanur, Bali was caused by Fusarium oxysporum. Bacterial and fungal antagonists successfully isolated from rizosphere zone of this area were Trichoderma harzianum, Trichoderma viride, Aspergillus niger, Pseudomonas sp. and Bacillus sp. In the in vitro experiment, these antagonists inhibited the growth of Fusarium oxysporum with the percentage of inhibitions of 87.64 ± 2.84% (Trichoderma harzianum), 82.34 ± 2.40% (Trichoderma viride), 71.24 ± 5.48% (Aspergillus niger), 79.80 ± 2.94% (Pseudomonas sp.) and 75.60 ± 9.55% (Bacillus sp.), relative to the control. In a glasshouse scale experiment, Trichoderma harzianum and Pseudomonas sp. decreased the disease incident caused by Fusarium oxysporum by 80% and 66.67%, respectively relative to the pots inoculated with Fusarium oxysporum only. Keywords : Biocontrol, Fusarium oxysporum, Trichoderma harzianum, Pseudomonas sp. and Watermelon plant, Bali. ix
RINGKASAN Semangka (Citrullus vulgaris) merupakan salah satu buah yang sangat digemari masyarakat Indonesia karena rasanya yang manis, renyah dan kandungan airnya yang banyak. Berdasarkan Badan Pusat Stastistik (BPS) Republik Indonesia (2011), produksi tanaman semangka di Indonesia pada tahun 2009 mencapai 474,327 ton. Namun, produksi ini mengalami penurunan pada tahun 2010 yang hanya mencapai 348,631 ton. Salah satu penyebab penurunan produksi ini disebabkan oleh penyakit. Salah satu penyakit yang sering ditemukan pada tanaman semangka adalah layu Fusarium yang disebabkan oleh Fusarium sp. Saat ini pengendalian penyakit tanaman semangka dilakukan dengan menggunakan fungisida berbahan dasar kimia dapat merusak keseimbangan lingkungan. Pemanfaatan agen biokontrol merupakan alternatif untuk mengendalikan patogen tanaman. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui spesies Fusarium penyebab penyakit layu pada tanaman semangka, jenis-jenis jamur dan bakteri antagonis yang diisolasi dari rizosfer tanaman semangka sehat pada areal perkebunan semangka, dan efektivitas jamur dan bakteri antagonis yang diisolasi dari rizosfer tanaman semangka pada areal perkebunan semangka Subak Intaran, Desa Sanur Kauh, Denpasar Selatan, Bali dalam mengontrol pertumbuhan patogen penyebab layu pada tanaman semangka pada skala in vitro dan in vivo. Penelitian ini dilakukan mulai bulan November 2014 hingga April 2015 di Laboratorium Mikrobiologi, Jurusan Biologi, Universitas Udayana dan di Rumah Kaca Fakultas Pertanian Universitas Udayana. Penelitian ini diawali dengan mengisolasi batang semangka yang terkena penyakit layu pada media Potato Dextrose Agar lalu diinkubasi sampai diperoleh jamur yang diduga Fusarium sp. Isolat-isolat yang diperoleh diuji Postulat Koch dan diidentifikasi secara makroskopis dan mikroskopis kemudian disesuaikan dengan buku Fungi and Food Spoilage. Jamur dan bakteri antagonis diisolasi dari rhizosphere tanaman semangka yang sehat. Jamur antagonis yang diperoleh kemudian diidentifikasi secara makroskopis (warna koloni dan pigmentasi) dan mikroskopis (struktur spora dan hifa) kemudian dicocokkan dengan buku Fungi and Food Spoilage. Bakteri antagonis diidentifikasi secara mikroskopis melalui pewarnaan Gram dan biokimia (katalase, pergerakan di media SIM dan MIO, indol dan fermentasi gula). Tahap selanjutnya adalah dual culture assay dengan rancangan acak lengkap (RAL) dan lima kali pengulangan. Jamur dan bakteri antagonis yang memiliki persentase hambatan terbesar terhadap patogen digunakan dalam penelitian in vivo. Penelitian skala rumah kaca menggunakan RAL dengan mengamati persentase tanaman semangka yang terinfeksi selama 6 minggu setelah perlakuan. Data yang diperoleh dianalisis dengan ANOVA menggunakan software SPSS versi 20. Jika didapat p < 0,05 maka dilanjutkan dengan uji jarak berganda Duncan s Multiple Range Test (DMRT) pada taraf nyata 5%. x
Hasil penelitian menunjukkan bahwa Fusarium oxysporum merupakan patogen utama penyebab penyakit layu pada tanaman semangka di Subak Intaran, Desa Sanur Kauh, Denpasar Selatan, Bali. Fusarium spp. tergolong soil borne pathogen karena infeksi terjadi melalui tanah. Genus Fusarium sangat sulit diberantas karena kemampuan jamur membentuk klamidospora yang tahan terhadap kondisi lingkungan ekstrim seperti tanah yang miskin hara dan lahan kering. Walaupun tidak diinvestigasi dalam penelitian ini, beberapa literatur menyatakan Fusarium oxysporum menghasilkan toksin fusaric acid, enniatins, fumonisin, moniliformin, naptazarins dan sambutoxin yang berperan dalam mengganggu aktivitas metabolisme sel tanaman. Adanya hifa Fusarium di dalam pembuluh tanaman menyebabkan terganggunya proses transportasi. Jamur dan bakteri antagonis yang berhasil diisolasi dari lahan tersebut diantaranya: Trichoderma harzianum, Trichoderma viride, Aspergillus niger, Pseudomonas sp. dan Bacillus sp. Jamur Trichoderma spp. merupakan jamur saprofit yang tersebar luas pada tanah dan berkembang cepat pada daerah perakaran tanaman. Kelompok jamur ini memproduksi cell wall degrading enzymes yang membantu hifa menembus lumen serta asimilasi dinding sel jamur patogen. Hal ini menyebabkan Trichoderma spp. berpotensi digunakan sebagai biokontrol patogen tanaman. Selain itu, kelompok jamur ini berperan sebagai PGPR (Plant Growth Promoting Rhizobacterium) yang dapat meningkatkan pertumbuhan tanaman. Genus Pseudomonas dan Bacillus paling mendominasi dari isolat bakteri yang diisolasi. Pseudomonas dan Bacillus memanfaatkan berbagai senyawa organik maupun anorganik serta hidup di berbagai kondisi lingkungan dan banyak ditemukan di daerah rizosfer dan rhizoplane. Mekanisme kontrol yang dilakukan Pseudomonas sp. berupa menghasilkan antibiotika, enzim litik (glucanase dan chitinase) dan siderofor. Pada penelitian in vitro, mikroba-mikroba antagonis tersebut menghambat pertumbuhan Fusarium oxysporum dengan persentase 87,64 ± 2,84% (Trichoderma harzianum), 82,34 ± 2,40% (Trichoderma viride), 71,24 ± 5,48% (Aspergillus niger), 79,80 ± 2,94% (Pseudomonas sp.) dan 75,60 ± 9,55% (Bacillus sp.) relatif terhadap kontrol. Pada penelitian ini tidak dielusidasi lebih lanjut mengenai mekanisme yang dilakukan mikroba-mikroba antagonis terhadap patogen. Pada skala rumah kaca, efektivitas Trichoderma harzianum dan Pseudomonas sp. secara konsisten memproteksi tanaman semangka dari patogen dengan persentase 100,0 ± 0,0% dan 86,66 ± 5,52% relatif terhadap pot-pot yang hanya diinokulasi patogen. Data penunjang berupa berat basah dan kering tanaman yang paling baik dimiliki A 1 B 0 (pot yang hanya diinikulasi Trichoderma harzianum) sebesar 79,97 ± 5,87 dan 28,63 ± 3,90 gram relatif terhadap kontrol.