ACARA V BIOLOGI TERAPAN INOKULASI RHIZOBIUM PADA TANAMAN KACANG TANAH YANG DIBERI BAHAN ORGANIK A. Pendahuluan 1. Latar Belakang Nitrogen berperan dalam pembentukan sel, jaringan, dan organ tanaman. Ia berfungsi sebagai sebagai bahan sintetis klorofil, protein, dan asam amino. Karena itu kehadirannya dibutuhkan dalam jumlah besar, terutama saat pertumbuhan vegetatif. Bersama fosfor (P), nitrogen digunakan untuk mengatur pertumbuhan tanaman secara keseluruhan. Mikroba-mikroba tanah banyak yang berperan di dalam penyediaan maupun penyerapan unsur hara bagi tanaman. Tiga unsur hara penting tanaman, yaitu nitrogen (N), fosfat (P), dan kalium (K) seluruhnya melibatkan aktivitas mikroba. Hara N tersedia melimpah di udara. Kurang lebih 74% kandungan udara adalah N. Namun, N udara tidak dapat langsung dimanfaatkan tanaman. N harus ditambat oleh mikroba dan diubah bentuknya menjadi tersedia bagi tanaman. Kebutuhan bakteri akan unsur N dapat dipenuhi dari sumber N yang terdapat dalam berbagai senyawa organik maupun dari N 2 udara. Beragam jenis bakteri bertanggung jawab pada penambatan N 2 secara hayati, mulai dari Sianobakter (ganggang hijau biru) dan bakteri fotosintetik pada air tergenang dan permukaan tanah sampai pada bakteri heterotrofik dalam tanah dan zona akar. Bakteri mampu melakukan penambatan nitrogen udara, baik melalui nonsimbiosis (free-living nitrogen-fixing bacteria) maupun simbiosis (root-nodulating bacteria). 2. Tujuan Praktikum Tujuan dari paktikum acara Biologi Terapan: Inokulasi Rhizobium Pada Tanaman Kacang Tanah Yang Diberi Bahan Organik adalah
mempelajari peran Rhizobium sp., mikorhiza dan tanamna kacang tanah yang diberi pupuk kandang sapi terhadap pertumbuhan dan hasil tanaman. B. Tinjauan Pustaka Bakteri bintil akar kacang-kacangan yang biasa dikenal dengan nama kolektif rhizobia merupakan bakteri tanah yang mampu melakukan penambatan nitrogen udara melalui simbiosis dengan tanaman kacang-kacangan (Simarmata, 1995). Penggunaan Rhizobium untuk semua jenis rhizobia masih banyak digunakan pada publikasi (makalah, skripsi, thesis, dan disertasi) di Indonesia, pada hal taksonomi rhizobia sudah banyak berubah. Pada mulanya semua bakteri bintil akar termasuk Rhizobium leguminosarum. Pemanfaatan rhizobia sebagai inokulan pupuk hayati sangat mendukung upaya peningkatan produktivitas tanaman kacang-kacangan, khususnya kedelai di Indonesia. Kesuksesan inokulasi rhizobia sangat dipengaruhi oleh kesesuaian inokulan rhizobia dengan jenis tanah yang diinokulasi dan faktor kompetisi (Purwaningsih, 2005). Rhizobium adalah jenis bakteri yang mampu melakukan fiksasi nitrogen (N 2 ) dari udara menjadi senyawa-senyawa nitrat yang dapat digunakan oleh jenis-jenis kacangan (legum) dalam suatu hubungan simbiosis dengan kacangan tersebut. Pada akar kacangan, bakteri ini membentuk bintil-bintil akar (nodul). Tanpa inokulasi bintil-bintil akar tersebut akan terbentuk juga jika dalam tanah terdapat populasi rhizobium. Tetapi, dengan inokulasi pembentukan bintil-bintil akar akan lebih cepat (Mangoensoekarjo dan Semangun, 2005). Rhizobium berasal dari dua kata yaitu Rhizo yang artinya akar dan bios yang berarti hidup. Rhizobium adalah bakteri yang bersifat aerob, bentuk batang, koloninya berwarna putih berbentuk sirkular, merupakan penambat nitrogen yang hidup di dalam tanah dan berasosiasi simbiotik dengan sel akar legume, bersifat host specific satu species Rhizobium cenderung membentuk nodul akar pada satu species tanaman legume saja. Bakteri Rhizobium adalah orgarotrof, aerob, tidak berspora, pleomorf, gram negatif dan berbentuk batang. Bakteri rhizobium mudah tumbuh dalam medium pembiakan organik
khususnya yang mengandung ragi atau kentang. Pada suhu kamar dan ph 7.0-7.2 (Isroi, 2009). Tanaman kacang-kacangan seperti buncis, kedelai, akarnya mempunyai bintil bintil berisi bakteri yang mampu menambat nitrogen udara, sehingga nitrogen tanah yang telah diserap tanaman dapat diganti. Simbiosis antara tanaman dan bakteri saling menguntungkan untuk kedua pihak. Bakteri mendapatkan zat hara yang kaya energi dari tanaman inang sedangkan tanaman inang mendapatkan senyawa nitrogen dari bakteri untuk melangsungkan kehidupannya (Vincent, 1992). Bakteri penambat nitrogen yang terdapat didalam akar kacangkacangan adalah jenis bakteri rhizobium. Bakteri ini masuk melalui rambutrambut akar dan menetap dalam akar tersebut dan membentuk bintil pada akar yang bersifat khas pada kacang-kacangan Mikroba penambat N simbiotik antara lain : Rhizobium sp yang hidup di dalam bintil akar tanaman kacangkacangan (leguminose). Mikroba penambat N non-simbiotik misalnya Azospirillum sp dan Azotobacter sp. Mikroba penambat N simbiotik hanya bisa digunakan untuk tanaman leguminose saja, sedangkan mikroba penambat N non-simbiotik dapat digunakan untuk semua jenis tanaman (Khairul, 2001). C. Alat, Bahan, dan Cara Kerja 1. Waktu dan Tempat Praktikum acara V ini dilaksanakan pada hari Rabu tanggal 4 April 2012 pukul 15.00-17.00 WIB. Bertempat di Laboratorium Biologi dan Kesehatan Tanah Fakultas Pertanian Universitas Sebelas Maret Surakarta. 2. Alat a. Silet atau pisau b. Pipet volume dan pipet drop c. Penyala bunsen d. Tabung reaksi e. Petridish f. Erlenmeyer
g. Autoclave 3. Bahan a. Bintil akar kacang tanah (Arachis hypogaea) dengan kisaran umur 1-1,5 bulan dan umur 2-2,5 bulan b. Bintil akar kacang kedelai (Glycine max) dengan kisaran umur 1-1,5 bulan dan umur 2-2,5 bulan c. Bintil akar tanaman orok-orok (Crotalaria striata) d. Tanah Vertisol yang sedang atau sering ditanami tanaman Leguminosae dan tanah yang jarang atau belum pernah ditanami tanaman Leguminosae. e. Tanah Alfisol yang sedang atau sering ditanami tanaman Leguminosae dan tanah yang jarang atau belum pernah ditanami tanaman Leguminosae. f. Media YEMA dalam petridish g. Garam fisiologis 4. Cara kerja a. Pengamatan morfoogi bintil akar yang terinfeksi Rhizobium 1) Mengambil akar tanaman Leguminosae (kacang tanah, kedelai dan orok-orok) yang berbintil dari berbagai tingkat umur yang telah ditentukan dan dibersihkan dari sisa tanah yang masih menempel dengan air mengalir. 2) Mengamati dan menggambar sebaran bintil akar, tipe bintil, permukaan luar akar sesuai dengan jenis tanaman Leguminosae. 3) Membelah bintil akar tanaman Leguminosae (kacang tanah, kedelai dan orok-orok) menjadi dua bagian menggunakan silet atau pisau dan amati warnanya. Jika terdapat warna merah maka efektifitasnya tinggi. 4) Melakukan pengamatan yang sama terhadap setiap perlakuan yang telah ditentukan.
5) Memberikan pendapat tentang tingkat efektifitas Rhizobium dari masing-masing bintil akar sesuai dengan perlakuan yang telah ditentukan. b. Metode Plate count 1) Mensterilkan peralatan (petridish, pipet, erlenmeyer dan tabung reaksi) yang digunakan dengan autoclave. 2) Menyiapkan media YEMA (Yeast Extract Manitol Agar) 3) Menyiapkan larutan garam fisiologis 4) Melakukan isolasi bakteri Rhizobium sp. dari tanah Rhizosphere beberapa tanaman Leguminosae. 5) Cara isolasi bakteri Rhizobium sp. dari tanah : a) Memasukkan 10 gram tanah Rhizosphere ke dalam 90 ml garam fisiologis, lalu digojog hingga homogen (pengenceran 10-1 ). b) Pengenceran 10-2 : mengambil 1 ml larutan 10-1, memasukkan ke dalam 9 ml larutan garam fisiologis lalu digojog hingga homogen. c) Melakukan hal yang sama hingga pengenceran 10-5. d) Inkubasi isolat-isolat tersebut pada suhu kamar dengan posisi petridish terbalik mulai dari 4 hari hingga secukupnya. 6) Menghitung jumlah koloni yang tumbuh menggunakan handcolony counter. D. Hasil Pengamatan dan Pembahasan 1. Hasil Pengamatan Tabel 5.1 Peran Rhizobium Terhadap Pertumbuhan dan Hasil Tanaman Tinggi Jumlah Diameter Kelompok Perlakuan tanaman bintil Warna bintil bintil (cm) akar 9 T1I0B2 10 T1I1B2 11 T2I0B2 Keragaan tanaman 44,5 > 70 ± 1 mm Merah Sehat 38,7 > 50 ± 1 mm Merah muda Sehat 38,5 > 20 ± 3 mm Merah Sehat 24 > 20 ± 5 mm Merah Sehat 36 > 100 ±2 mm Merah Sehat 36 >70 ±2 mm Merah Sehat
12 T2I1B2 Sumber: Laporan Sementara 30 > 50 ±2 mm Merah tua Sehat 32 > 20 ± 1 mm Merah kecokelatan Sehat 2. Pembahasan Rhizobium berasal dari dua kata yaitu Rhizo yang artinya akar dan bios yang berarti hidup. Rhizobium adalah bakteri yang bersifat aerob, bentuk batang, koloninya berwarna putih berbentuk sirkular, merupakan penambat nitrogen yang hidup di dalam tanah dan berasosiasi simbiotik dengan sel akar legume, bersifat host specific satu species Rhizobium cenderung membentuk nodul akar pada satu species tanaman legume saja. Bakteri Rhizobium adalah orgarotrof, aerob, tidak berspora, pleomorf, gram negatif dan berbentuk batang. Bakteri rhizobium mudah tumbuh dalam medium pembiakan organik khususnya yang mengandung ragi atau kentang. Morfologi Rhizobium dikenal sebagai bakteroid. Rhizobium menginfeksi akar leguminoceae melalui ujung-ujung bulu akar yang tidak berselulose, karena bakteri Rhizobium tidak dapat menghidrolisis selulose. Bakteri nitrogen yang hidup bersimbiosis dengan tanaman polong-polongan yaitu Rhizobium leguminosarum, yang hidup dalam akar membentuk nodul atau bintil-bintil akar. Fiksasi nitrogen tejadi di dekat pusat bintil akar tanaman. Dalam reaksi ini, sel Rhizobium berubah bentuk menjadi bentuk bakteroid, sedangkan bagian tengah bintil akar yang mengandung bakteroid akan membentuk pigmen merah yang disebut leghemoglobin. Rhizobium sp. membantu tanaman kacang-kacangan dalam mendapatkan sari makanan yang berupa nitrogen (N). Tidak selalu bintil akar dihuni oleh bakteri rhizobium yang tepat dan efektif. Bintil akar yang dibelah melintang akan memperlihatkan warna merah muda hingga kecoklatan di bagian tengahnya. Muda atau tuanya warna belahan bintil akar menandakan efektivitas bakteri Rhizobium dalam menambat nitrogen. Sebaran bintil akar sangat tergantung dari banyaknya
jumlah bakteri Rhizobium yang ada di dalam tanah. Ketika jumlah bakteri ini banyak maka sebaran akan lebih merata demikian pula sebaliknya. Struktur dari dari dinding sel perakaran yang terlalu keras juga akan mengakibatkan tidak meratanya sebaran bintil akar. Tipe morfologi Rhizobium pada hasil pengamatan pada tanaman Orok-orok (Crotalaria striata), Kedelai (Glycine max) dan Kacang Tanah (Arachis hypogaea) adalah eksogen. Pada tanaman Orok-orok (Crotalaria striata) dan Kedelai (Glycine max) berumur 2-2,5 bulan sebaran Rhizobium telah bergerombol dan warnanya merah, menandakan bahwa infeksi Rhizobium telah berjalan dengan baik dan Rhizobium telah tumbuh sebagi penambat N. Namun jumlah bintik akar lebih banyak pada kedelai di bandingkan dengan orok-orok. Jumlah bintil akar pada tanaman kacang umur 1-1,5 bulan lebih sedikit dibandingkan dengan umur 2-2,5 bulan, hal ini menandakan pada umur 2-2,5 bulan Rhizobium tanaman kacang tanah telah menginfeksi secara optimal dengan ditandai warna merah kecoklatan dan sebaran yang merata. Sehingga semakin banyak jumlah bintil akar, semakin tinggi pula efektifitas dalam penyerapan nitrogen. Semakin tua umur kacang tanah, semakin banyak jumlah bintil akar yang dihasilkan serta semakin tinggi pula efektifitas dalam penyerapan unsur nitrogen. Jumlah bintil akar pada tanah vertisol lebih mendominasi daripada tanah alfisol. Pada tanah vertisol yang telah ditanami legume jumlah bintil akar lebih banyak daripada yang belum ditanami legume. Karena Rhizobium telah bersimbiosis dengan legume dan telah berkembang pada tanah tersebut. Dari pengamatan ketiga tanaman, dapat disimpulkan bahwa semakin tua umurnya, semakin tinggi tingkat keefektivitasan tanaman dalam menyerap nitrogen. Jumlah bintil akar turut berpengaruh pula terhadap keefektivitasan penyerapan. Faktor-faktor yang mempengaruhi sebaran bintil akar pada tiap tanaman leguminosae adalah jenis tanaman, umur tanaman dan banyaknya jumlah bakteri Rhizobium yang ada di dalam tanah.
Ketika jumlah bakteri ini banyak maka sebaran akan lebih merata dan kefektifannya lebih besar demikian pula sebaliknya. Sedangkan umlah dan efektivitas bintil akar pada tanaman dipengaruhi oleh beberapa factor juga, antara lain jenis tanaman (legume), jenis tanah (kimia dan fisika tanah) dan jenis lahan. Isolasi merupakan usaha untuk mengasingkan suatu mikroorganisme, dalam melakukan isolasi salah satu hal yang perlu diperhatikan yaitu kesterilan dari alat dan media yang digunakan untuk menghindari tumbuhnya mikrobia lain yang tidak diinginkan. Pada praktikum isolasi bakteri metode plate count, media yang digunakan adalah YEMA (Yeast Extract Manitol Agar), bahan yang digunakan adalah segumpal tanah Rhizosphere dari beberapa tanaman. Rhizobium yang kita isolasikan setelah tumbuh akan kita ketahui morfologinya sehingga dapat kita amati. Tanah Rhizosphere tersebut dilarutkan ke dalam air hingga homogen dan terbentuk larutan tanah. Larutan tanah ini kemudian diencerkan sehingga memiliki 4 macam variasi kepekatan larutan tanah yang berbeda yaitu 10-4 dan 10-5 masing-masing 2 kali ulangan. Larutan tanah dengan kepekatan yang berbeda ini kemudian diinokulasi pada media YEMA dan diinkubasikan beberapa hari sehingga muncul koloni bakteri dalam media. Hasil pengamatan kelompok kami, ada 1 ulangan yang terdapat bakteri yaitu 10-4 ulangan 2. Selain ulangan itu semuanya terkontaminasi oleh jamur. Jamur yang ada pada media berbentuk bulat berserabut, dengan warna abu-abu, kehijauan, dan kehitaman. Hal ini berkaitan erat dengan cara kerja dari proses pembuatan biakan murni yang tidak sesuai dengan prosedur. Penyebab terjadinya kontaminan yaitu udara di sekitarnya, kelembaban tempat, cara penyimpanan yang tidak sesuai dengan ketentuan dan juga faktor manusia yang dalam bekerja kurang steril. Berdasarkan pada pengamatan semua kelompok, jumlah koloni bakteri pada tanah alfisol yang ditanami legum lebih banyak daripada yang tidak ditanami legum, dengan ciri ciri koloni bakteri adalah berwarna
merah, bulat berserabut, bulat berbintik-bintik, dan berlendir. Jumlah koloni bakteri pada tanah vertisol yang ditanami legum lebih banyak daripada yang tidak ditanami legum, dengan ciri ciri koloni bakteri adalah ada koloni yang berwarna merah, ada yang putih, ada yang biru cerah, bulat berserabut dan berlendir. Jumlah koloni bakteri pada tanah vertisol lebih banyak daripada jumlah bakteri pada tanah alfisol. E. Kesimpulan Dari pembahasan di atas dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1. Pada tanaman Orok-orok (Crotalaria striata) dan Kedelai (Glycine max) berumur 2-2,5 mempunyai tipe morfologi eksogen dengan jumlah masingmasing 5 dan 30 bintil. 2. Jumlah bintil akar pada tanaman kacang umur 1-1,5 bulan lebih sedikit dibandingkan dengan umur 2-2,5 bulan karena umur tanaman mempengaruhi jumlah bintil akar dan efektivitas bakteri Rhizobium dalam menambat nitrogen. 3. Pada tanaman yang berbeda, maka jumlah dan tingkat keefektivitasan Rhizobium dalam menambat nitrogen berbeda. 4. Leghemoglobin merupakan pigmen warna merah yang berada pada bagian tengah bintil akar. Semakin merah leghemoglobin menandakan semakin efektif bakteri dalam menambat nitrogen (N). 5. Bintil akar lebih banyak ditemukan pada tanah vertisol daripada tanah alfisol. 6. Pada praktikum isolasi bakteri metode plate count, media yang digunakan adalah YEMA (Yeast Extract Manitol Agar) dengan hasil isolasi yang menghasilkan bakteri yaitu pada pengenceran 10-4 ulangan 2.
DAFTAR PUSTAKA Anonim. 2005. Manajemen Pemupukan. Lembaga Riset Perkebunan Indonesia. Jakarta. Isroi. 2009. Rhizobium Sahabat Kacang-kacangan. http://isroi.wordpress.com/. Diakses pada 10 Juni 2010. Simarmata, T. 1995. Strategi Pemanfaatan Mikroba Tanah (Pupuk Biologi) dalam era Bioteknologi untuk Meningkatkan Produktivitas Lahan Marginal di Indonesia menuju Pertanian Berwawasan Lingkungan. Fakultas Pertanian UNPAD. Bandung. Soekartadiredja, E.M. 1992. Perubahan Inefektivitas dan Efektivitas Penambatan Nitrogen pada Galur Rhizobium setelah Perlakuan Pasasi in Vivo. Universitas Pajajaran. Bandung. Purwaningsih, Sri. 2005. Seleksi Biak Rhizobium dari Wonogiri, Jawa Tengah terhadap Pertumbuhan Tanaman Kedelai (Glycine max L.) pada Media Pasir Steril di Rumah Kaca. Biodiversitas Volume 6, Nomor 3. Vincent. J.M., 1992. Nitrogen Fixation in Legumes. Academic Press. Sidney.