simbiosis Rhizobium sp. dengan tanaman kacang-kacangan

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Dunia ini sungguh menakjubkan. Tuhan menciptakan mahluk hidup yang ternyata ada tanaman yang bersahabat kental dengan mikroba. Mereka hidup rukun saling berbagi dan saling membantu. Bahkan mereka sangat setia kawan. Mereka adalah Rhizobium sp. yang bersahabat dengan  akar kacang-kacangan.

      Tanaman kacang-kacangan atau legum adalah tanaman yang unik,contoh tanaman ini adalah kacang tanah, kedelai, kacang merah, kacang koro, kacang hijau, dll. Pada tanaman ini biasanya terdapat bintil-bintil kecil pada akarnya.

      Di bintil akar inilah sahabat kecil kacang-kacangan hidup. Namanya Rhizobium sp. mahluk kecil ini hidup menumpang di akar kacang-kacangan. Tanaman kacang-kacangan menyediakan tempat tinggal dan memberi makanan untuk sang sahabat, Sebagai gantinya Rhizobium sp. membantu kacang-kacangan untuk mendapatkan sari-sari makanan N (nitrogen) yang berasal dari udara.Nitrogen merupakan salah satu makanan utama tumbuhan.

      Rhizobium memiliki kemampuan luar biasa yang tidak banyak dimiliki oleh mikroba lain, yaitu kemampuan untuk menambat N langsung dari udara. Seperti kita tahu                                                        bahwa kandungan utama udara adalah gas nitrogen yang lebih dari 70% kandungan udara. Meskipun melimpah tanaman tidak bisa langsung menyerap kandungan N dari udara. N harus tetap diserap dari akar, Untunglah ada rhizobium yang membantu tanaman kacang-kacangan mendapatkan N dari udara. Ternyata Persahabatan Rhizobium dengan tanaman kacang-kacangan ini sangat kental sekali. Rhizobium hanya mau bersahabat dengan kacang-kacangan. Di dunia jasad renik ini ada banyak jenis Rhizobium,  demikian pula ada banyak jenis kacang-kacangan. Ternyata setiap jenis kacang-kacangan memiliki sahabat Rhizobiumnya sendiri-sendiri dan saling bersimbiosis mutualisme. Misalnya akar kacang kedelai bersimbiosis dengan Rhizobium japonicum.

B.   Tujuan  

Pentingnya di bidang pertanian

Ø  Mengurangi penggunaan pupuk khususnya pupuk N

Ø  Menambah kesuburan lahan petanian

Ø  Memberi Efek positif bagi tanaman yang akan ditanam selanjutnya

 Oleh karena itulah, agar kita semua tahu bahwa bakteri Rhizobium sangat penting dalam pertanian, karena dengan adanya bakteri Rhizobium dapat membantu tanaman untuk mengikat nitrogen di dalam tanah sebagai kelangsungan hidup tanaman

KAJIAN PUSTAKA

1.    Bakteri Rhizobium  pada Legum

Peranan keberadaan bakteri rhizobium yang efektif pada tanaman legum:
Bakteri dapat mengurangi kebutuhan N tanaman karena dapat mensuplainya. N (urea, ZA) yang diberikan bisa hilang karena pencucian, denitrifikasi, terangkut saat panen. Peran bakteri terjadi saat tanaman dalam kondisi kekurangan N (proses simbiosis).

Faktor-faktor yang mempengaruhi keberadaan bakteri bintil akar:

1. Sumber makanan (BO dan perakaran)
untuk bertahan sebelum menginfeksi tanaman.
2. Mikroorganisme lain (sbg kompetitor di rizosfir)
terutama yang antagonis, karena dapat menghalangi infeksi
3. Lingkungan
yang mempengaruhi kegiatan fotosintesis untuk menyediakan kebutuhan energi bakteri (cahaya, luas daun, CO2, pembentukan biji/ fase generatif)
4. pH
yang dikehendaki netral – agak basa,

5. Suhu
yang disukai 20-28oC, masing-masing jenis isolat berbeda tanggapnya terhadap suhu
6. Ketersediaan air dan hara untuk fotosintesis
karena fotosintesis yang dihasilkan tanaman dimanfaatkan oleh bakteri
7. Senyawa racun
yang berasal dari herbisida, fungisida di tanah tidak disukai bakteri bintil, dapat berpengaruh terhadap keberadaan bakteri, salinitas

8. Ketersediaan nutrisi
seperti N yang bisa menghambat bintil; P untuk supali energi; Mo untuk kerja nitrogenase, Fe dan Co utk laghemoglobin dan transfer elektron
9. Kesesuian genetik antara bakteri dgn tan (utk keperluan infeksi)

(Idonkelor.blogspot.com/2009/08/bakteri-rhizobium-pada-legum.html.)

2.    Mekanisme Infeksi Bakteri Rhizobiuam pada Akar

Sebagian besar dari N2 dihasilkan oleh simbiosis Rhizobium. Ada hubungan antara bintil-bintil Leguminose dengan senyawa N2. Tanaman kacang-kacangan akan tetap tumbuh walaupun tidak ada Nitrogen kalau pasa akarnya terdapat bintil-bintil ini, bintil-bintil ini timbul karena infeksi rambut akarnya dengan bakteri dari dalam tanah.

Bintil- bintil Akar pada Tanaman Leguminosa

Bakteri-bakteri yang menimbulkan bintil pasa tanaman Leguminosa, yaitu bakteri bintil, dikelompokkan dalam  genus Rhizobium. Batang-batang Gram-negatif ini yang hidup bebas dalam tanah, tumbuh secara anaerob ketat dengan senyawa organic sebagai nutrein.

Infeksi tumbuh-tumbuhan terjadi hanya pada rambut akar muda. Bakteri menerobos masuk pada / ketat pada ujung rambut akar dan tumbuh sebagai benang infeksi sampai ke dasarnya. Benang infeksi ini yang diliputi oleh membran selulosa kemudian menerobos dinding sel muda dari epidermis dan kulit akar. Kalau bakteri ini berjumpa dengan sebuah sel tetraploid dan jaringan kulit, maka sel ini dan sel-sel diplois yang ada di sekelilingnya terangsang untuk membelah, benang infwekinya bercabang dan membagi diri pada sel tetraplois. Percabangan ini menyebabkan jaringan kortek membesar yang dapat dilihat sebagai bintil. Bintil-bintil ini merupakan hasil poliferasi jaringan yang terangsang oleh Rhizobium dengan perantara sesuatu faktor pertumbuhan. Bakteri-bakteri ini amat cepat memperbanyak diri, tumbuh menjadi sel dengan bentuk tidak teratur ( bakterod ), dengan volume 10-12 kali lipat dari Rhizobium yang dapat bebas, dan akhirnya terletak dalam sitoplasma sel-sel tumbuh-tumbuhan sebagai sel-sel individual/dalam kelompok yang diselubungi oleh sebuah membrane. (Hans G. Schlegel,1994 )

Tipe bintil akar :
1. Globus
Ciri: berbentuk bulat, gampang lepas dari akar
2. Peanut
Ciri: berbentuk agak bulat, letaknya terbenam
3. Semi Globus
Ciri: bentuknya tidak beraturan, permukaannya ada yang kasar dan licin.
4. Memanjang
5. Koral
Seringkali bintil akar terdapat pada tanaman legum yang tumbuh pada tanah berpasir yang kurang subur seperti tanah jenis PMK.
Bintil akar tidak selalu tumbuh di pangkal akar, ada juga yang tumbuh di ujung-ujung akar.
Tidak selalu bintil akar dihuni oleh bakteri rhizobium yang tepat dan efektif.

(Idonkelor.blogspot.com/2009/08/bakteri-rhizobium-pada-legum.html.)

Fungsi dan Ciri-ciri Bintil Akar yang Efektif

                    Timbulnya pigmen dan di mulainya fiksi N pada saatnya berjalan pararel. Pada pembongkaran pigmen ini menjadi pigmen empedu hijau ( biliverdin ) hilang juga pengikatan N₂. Pigmen ini nampaknya terletak dalam ruang antara bakteroid dengan membrane yang menyelubunginya.

                     Pembentukan pigmen ini merupakan hasil khusus dari simbiosis : Gugus prostetiknya yaitu protohem disentris oleh bakteroid, sedangkan bagian proteinnya disentris dengan partisipasi tumbuhan. Leghemoglobin mirip dengan mioglobin, dan dalam bintil zat ini terdapat terutama dalam bentuk oksi, besi (II) dan mempunyai afinitas tinggi terhadap O₂. Dapat dianggap bahwa leghemoglobin mempermudah difusi O₂ dari membrane selubung melalui ruang tanpa konveksi ke permukaan bakteroid, dan demikaian meningkatkan kecepatan transport O₂ sifat lemoghlobin menjamin bahwa bakteroid mendapat persediaan O₂ untuk perolehan energy dan pertumbuhan, tanpa menimbulkan tekanan parsial O₂ terlalu tinggi yang menghambat fiksasi N₂ oleh bakteroid.

( Sadikin Somaatmadja,1984 )

3.    Mekanisme Penambatan Nitrogen oleh Bakteri Bintil Akar

Untuk menambat nitrogen, bakteri ini menggunakan enzim nitrogenase, dimana enzim ini akan menghambat gas nitrogen di udara dan merubahnya menjadi gas amoniak. Gen yang mengatur proses penambatan ini adalah gen nif (Singkatan nitrogen – fixation). Gen – gen nif ini berbentuk suatu rantai , tidak terpencar kedalam sejumlah DNA yang sangat besar yang menyusun kromosom bakteri, tetapi semuanya terkelompok dalam suatu daerah. Hal ini memudahkan untuk memotong bagian untaian DNA yang sesuai dari kromoson Rhizobium dan menyisipkanya ke dalam mikroorganisme lain (Prentis, 1984).

Keuntungan memanfaatkan bakteri rhizobium :
1. Tidak mempunyai bahaya atau efek sampingan
2. Efisiensi penggunaan yang dapat ditingkatkan sehingga bahaya pencemaran lingkungan dapat dihindari
3. Harganya yang relatif murah

4.      Teknologinya yang sederhana

Pada proses isolasi yang kita inginkan adalah memisahkan bakteri yang efektif dari koloninya. Untuk mengetahui efektif atau tidaknya suatu koloni bakteri yang diisolasi maka kita dapat menggunakan media YMA (Yeast Manitol Agar) yang ditambah dengan Bromtimol Red. Selama proses inkubasi setelah inokulasi diharapkan berada di ruang gelap selama beberapa hari sampai bakteri tumbuh. Jika yang bakteri yang tumbuh tersebut berwarna bening atau transparan maka bakteri tersebut efektif dalam memfixasi N dalam bintil akar.

Ada 2 jenis bakteri rhizobium yaitu bakteri rhizobium yang menghasilkan senyawa. asam dan ada juga bakteri rhizobium yang menghasilkan senyawa basa. Jenis ini dapat dibedakan dengan melakukan isolasi bakteri rhizobium pada media YMA + BB. Bakteri yang menghasilkan senya asam, warnanya akan berubah menjadi kuning sedangkan bakteri yang menghasilkan senyawa basa, warnanya akan semakin biru.

Keberadaan bakteri bintil akar dapat diuji daya infeksi bakteri rhizobium pada akar serta keefektivan kerja bakteri dalam bintil akar terhadap tanaman melalui uji infektivitas dan uji efektivitas. Untuk melakukan uji ini diperlukan koloni bakteri rhizobium yang besar.
Terdapat 2 cara dalam menularkan bakteri:
§ Lewat biji
§ Lewat tanah
Indikator infektif atau tidaknya suatu bakteri bintil akar dilihat dari jumlah dan berat bintil. Sedangkan indikator efektivitas bakteri bintil akar berdasarkan berat tanaman dan warna hijau daunnya.

(En. Wikipedia.org/wiki/Rhizobia )

RANGKUMAN

A.   Hubungan simbiosis antara tanaman legume dengan bintil akar :

Simbiosis mutualisme yang terjadi. Bakteri mendapatkan zat  hara yang kaya energy dari tanaman inang, sedangkan tanaman inang mendapatkan senyawa nitrogen dari bakteri untuk melangsungkan kehidupannnya.

B.   Bintil Akar pada Tanaman Leguminosa

Bakteri-bakteri yang menimbulkan bintil pasa tanaman Leguminosa, yaitu bakteri bintil, dikelompokkan dalam  genus Rhizobium. Batang-batang Gram-negatif ini yang hidup bebas dalam tanah, tumbuh secara anaerob ketat dengan senyawa organic sebagai nutrein.

Infeksi tumbuh-tumbuhan terjadi hanya pada rambut akar muda. Bakteri menerobos masuk pada / ketat pada ujung rambut akar dan tumbuh sebagai benang infeksi sampai ke dasarnya. Benang infeksi ini yang diliputi oleh membran selulosa kemudian menerobos dinding sel muda dari epidermis dan kulit akar. Kalau bakteri ini berjumpa dengan sebuah sel tetraploid dan jaringan kulit, maka sel ini dan sel-sel diplois yang ada di sekelilingnya terangsang untuk membelah, benang infwekinya bercabang dan membagi diri pada sel tetraplois. Percabangan ini menyebabkan jaringan kortek membesar yang dapat dilihat sebagai bintil. Bintil-bintil ini merupakan hasil poliferasi jaringan yang terangsang oleh Rhizobium dengan perantara sesuatu faktor pertumbuhan. Bakteri-bakteri ini amat cepat memperbanyak diri, tumbuh menjadi sel dengan bentuk tidak teratur ( bakterod ), dengan volume 10-12 kali lipat dari Rhizobium yang dapat bebas, dan akhirnya terletak dalam sitoplasma sel-sel tumbuh-tumbuhan sebagai sel-sel individual/dalam kelompok yang diselubungi oleh sebuah membran.

Tipe bintil akar :

v  Globus
Ciri: berbentuk bulat, gampang lepas dari akar

v  Peanut
Ciri: berbentuk agak bulat, letaknya terbenam

v  SemiGlobus
Ciri: bentuknya tidak beraturan, permukaannya ada yang kasar dan licin.

v  Memanjang

v  Koral
      Sering kali bintil akar terdapat pada tanaman legum yang tumbuh pada tanah berpasir yang kurang subur seperti tanah jenis PMK.

Bintil akar tidak selalu tumbuh di pangkal akar, ada juga yang tumbuh di ujung-ujung akar.

Tidak selalu bintil akar dihuni oleh bakteri rhizobium yang tepat dan efektif.

Bintil-bintil ini timbul karena infeksi rambut akar dengan bakteri dari dalam tanah. Bakteri yang menimbulkan bintil pada tanaman leguminosa, yaitu bakteri bintil, dikelompokan dalam genus Rhizobium.

C.   Infeksi Bakteri Rhizobium pada Akar

Sejalan dengan masuknya bakteri akar membentuk benang infeksi yang didalamnaya ada bakterin bintil. Benang infeksi terus bekembang sampai dikotreks dan mengadakan percabangan. Percabangan ini menyebabakan jaringan korteks ini membesar yang dapat dilihat sebagai bintil. Ditempat ini terjadi fiksai N. Fiksai N₂ hanya terjadi dalam bakteroid, nitrogen yang difiksasi dilepaskan ke dalam sitoplasma sel-sel hospes 95% sebagai ion-ion ammonium.

D.   Efektifitas Bintil Akar

Efektifitas bintil akar dinilai dari adanya warna merah pada bagian tengah bintil akar setelah dibelah dan dari letak bintil akar pada system perakaran.

DAFTAR PUSTAKA

En. Wikipedia.org/wiki/Rhizobia

Idonkelor.blogspot.com/2009/08/bakteri-rhizobium-pada-legum.html.

http/isroi.wordpress.com/2009/01/14/Rhizobium-sahabat-kacang-kacangan

Schlegal, hans.G.1994.Mikrobiologi Umum.Yogyakarta: Gadjah Mada University Press.

Somaatmadja, sadikin.1984.Kedelai.Bogor:Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian.