Induksi Toleransi Sistemik terhadap Cekaman Salinitas oleh Bakteri asal Tumbuhan Pesisir Jawa pada Tanaman Padi

Abstract

Salinitas tanah telah banyak dilaporkan menjadi salah satu faktor yang menyebabkan penurunan produktivitas tanaman pertanian di berbagai negara, termasuk di Indonesia. Salah satu alternatif teknologi untuk mengatasi cekaman salinitas tanah adalah dengan memanfaatkan mikrob berguna dalam praktek budidaya pertanian. Beberapa penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa tanaman dapat beradaptasi di lingkungan yang tercekam secara abiotik maupun biotik karena tanaman tersebut bersimbiosis dengan mikrob. Pesisir Jawa dengan kondisi salinitas tanahnya yang tinggi merupakan habitat alami tumbuhan yang telah teradaptasi memiliki potensi yang besar untuk diperolehnya bakteri toleran salin yang dapat menginduksi sifat toleransi tanaman padi terhadap cekaman salinitas. Tujuan penelitian adalah untuk mendapatkan bakteri toleran salin asal tumbuhan pesisir Jawa yang dapat menginduksi sifat toleransi tanaman padi terhadap cekaman salinitas dan mengkarakterisasi mekanisme induksi toleransi salinitas sistemik oleh bakteri toleran salin pada tanaman padi. Sebanyak 1358 isolat bakteri toleran salin diperoleh dari 218 tumbuhan pesisir Jawa. Setelah melalui pengujian hemolisis, reaksi hipersensitif dan uji daya kecambah padi diperoleh sebanyak (7.95%) 108 isolat bakteri rizoplan, (6.41%) 87 isolat bakteri endofit akar dan (2.58%) 35 isolat bakteri endofit daun dapat meningkatkan pertumbuhan tanaman padi. Hasil karakterisasi fisiologi 33 isolat terseleksi menunjukkan sebanyak 32 isolat mendegradasi pektin, sebanyak 26 isolat mampu menghasilkan hormon indole acetic acid (IAA), 18 isolat merupakan pelarut fosfat, 15 isolat menghasilkan enzim 1aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) deaminase, 3 isolat menghasilkan eksopolisakarida, 5 isolat memfiksasi N2, 27 isolat proteolitik, 24 isolat amilolitik, 15 isolat kitinolitik, 11 isolat menghasilkan hidrogene cyanide (HCN) dan 29 isolat menghasilkan NH3. Pengujian inokulasi dengan metode perlakuan benih terhadap benih padi, jagung dan kedelai yang diinokulasi dengan 15 isolat bakteri terseleksi menunjukkan bahwa isolat E194-3, D183-4 dan isolat E101-1 memiliki tingkat kolonisasi terbaik berturut-turut pada kecambah padi, jagung dan kedelai pada media perkecambahan tanpa NaCl maupun pada media dengan 100 mM NaCl. Sebagian besar isolat menunjukkan tingkat kolonisasi yang tinggi pada daerah rizoplan dibandingkan bagian tanaman lainnya. Hasil penelitian juga menunjukkan bahwa tingkat konisasi isolat bakteri yang diamati bervariasi antar isolat, spesies tanaman, bagian organ tanaman dan konsentrasi NaCl. Pengujian secara gnotobiotik terhadap 12 isolat bakteri terseleksi pada 3 varietas padi yaitu Ciherang, IF8 dan Situbagendit dengan perlakuan NaCl 0,50, 100, 150 dan 200 mM menunjukkan bahwa isolat E194-3 untuk bakteri endofit akar, isolat D150 untuk bakteri endofit daun, dan isolat R146-6 untuk bakteri rizoplan memberikan pengaruh terbaik terhadap pertumbuhan kecambah padi untuk ketiga varietas pada semua perlakuan NaCl adalah. Isolat E194-3 secara nyata meningkatkan rata-rata panjang akar, panjang tajuk, bobot basah dan bobot kering kecambah padi dari ketiga varietas berturut-turut sebesar 21%, 39%, 62% and 49% pada perlakuan NaCl 200 mM dibandingkan kontrol. Hasil seleksi di rumah kaca menggunakan media tanah terhadap 9 isolat bakteri terpilih (D150, E194-3, R146-6, R188-2, E203-1, D205-1, R55-11, E196-1 dan D183-4) yang diinokulasikan pada 2 varietas padi yaitu Ciherang dan IF8 dengan perlakuan NaCl 0, 25, 50, 100, 75, 150 dan 200 mM menunjukkan bahwa tanaman kontrol pada perlakuan NaCl di atas 75 mM mati setelah tanaman berumur 30 HST baik pada varietas Ciherang maupun varietas IF8. Pada tanaman yang diinokulasi dengan isolat bakteri menunjukkan sebanyak 40-100% tanaman hidup pada perlakuan NaCl 0-100 mM, sebanyak 6.7-6.7- 46.7% tanaman hidup pada perlakuan NaCl 150 mM dan 0-13.3% tanaman hidup pada konsentrasi NaCl 200 mM. Isolat yang memberikan pengaruh terbaik terhadap pertumbuhan kedua varietas tanaman padi pada tingkat perlakuan NaCl diatas 100 mM selanjutnya dipilih untuk pengujian rumah kaca. Pengujian induksi toleransi salinitas sistemik skala rumah kaca dilakukan terhadap 2 varietas padi (Ciherang dan IF8) dengan inokulasi 6 isolat bakteri terseleksi (R146-6, R55-11, E194-3, E203-1, D205-1, D183-4) pada perlakuan NaCl 0, 25, 50, 75 dan 100 mM menggunakan media tanah. Hasil pengujian menunjukkan bahwa perlakuan NaCl secara nyata menurunkan semua variabel pertumbuhan dan hasil tanaman padi varietas Ciherang maupun IF8. Inokulasi isolat bakteri secara nyata mengurangi penurunan variabel pertumbuhan dan hasil pada semua taraf perlakuan NaCl dengan efektivitas yang berbeda-beda. Meningkatnya pertumbuhan dan hasil tanaman akibat inokulasi bakteri pada semua tingkat perlakuan NaCl diduga merupakan mekanisme induksi toleransi oleh isolat bakteri dengan mengurangi stress osmotik dan toksisitas ion Na+ sehingga tanaman dapat tumbuh lebih baik dibandingkan tanaman kontrol pada kondisi cekaman salinitas. Peningkatan variabel pertumbuhan dan hasil paling efektif pada perlakuan NaCl 100 mM ditunjukkan oleh isolat bakteri R146-6 dan E194-3 untuk kedua varietas padi Ciherang dan IF8. Kedua isolat tersebut juga memberikan nilai indeks toleransi cekaman (ITC) yang terbaik diantara isolat bakteri lainnya pada perlakuan NaCl 100 mM. Isolat E194-3 diisolasi dari internal akar tanaman Spagneticola trilobata dapat menghasilkan ACC deaminase, IAA, NH3, eksopolisakarida, amilase, pektinase dan melarutkan fosfat inorganik. Isolat R146-6 diisolasi dari akar tanaman padi dapat menghasilkan ACC deaminase, IAA, HCN, NH3, protease dan pektinase. Sifat-sifat fisiologi dari kedua isolat tersebut diduga merupakan faktor kunci yang berperan dalam mekanisme induksi toleransi tanaman padi terhadap cekaman salinitas. Mekanisme induksi toleransi oleh isolat bakteri tersebut ditunjukkan dengan meningkatnya laju fotosintesis, kadar klorofil a dan b, karotenoid, kadar protein terlarut, kadar gula terlarut, kandungan prolin dan ABA daun serta menurunnya rasio Na+/K+ daun dan akar pada kedua varietas tanaman padi yang diinokulasi oleh isolat bakteri dibanding tanaman kontrol tanpa inokulasi isolat bakteri pada semua tingkat perlakuan NaCl. Hasil identifikasi berdasarkan sekuen parsial 16S rRNA menunjukkan bahwa R146-6 homolog sebesar 99.5% dengan Brevibacterium sediminis strain AB-S91 dan isolat E194-3 homolog sebesar 99.8% dengan Mesorhizobium sp. T68 1.