KEANEKARAGAMAN JENIS MIKROBA RHIZOSPHERE

Mikroorganisme merupakan kelompok makhluk hidup yang berukuran mikroskopis sehingga tidak dapat dilihat dengan mata telanjang. Pengamatan mikroorganisme dilakukan dengan menggunakan alat bantu yaitu mikroskop. Pada tahun 1970 Carl Woose mengelompokkan makhluk hidup yang ada di bumi kedalam 3 domain yaitu bacteria, archae, dan eukarya (Madigan et al 2015). Bacteria dan archae merupakan kelompok mikroorganisme prokariotik. Di dalam domain eukarya terdapat kingdom fungi yang merupakan kelompok mikroorganisme eukariotik. Bumi sebagai habitat makhluk hidup dikelompokkan dalam empat reservoar yaitu hidrosfer, litosfer, atmosfer, dan biosfer. Keempat reservoar tersebut dapat menjadi habitat bagi mikroorganisme.

Mikroorganisme di bumi memiliki peranan yang sangat penting, yaitu dalam hal siklus biogeokimia dan bahkan terdapat hipotesis yang menjelaskan bahwa organisme eukariotik berasal dari organisme prokariotik melalui proses endosimbiosis. Selain itu, keberadaan oksigen di bumi berasal dari hasil aktivitas mikroorganisme pada masa lalu. Aktivitas manusia, hewan, dan tumbuhan bergantung pada aktivitas mikroorganisme  yaitu dalam hal daur ulang nutrisi dan degradasi substansi organik (Madigan et al 2015). Meskipun mikrorganisme berukuran mikroskopis namun keberadaannya di bumi sangat melimpah dan beranekaragam. Salah satu reservoar bumi yang memiliki kelimpahan dan keanekaragaman spesies organisme tertinggi adalah litosfer. Litosfer merupakan reservoar yang ada didaratan atau permukaan bumi, salah satunya yaitu tanah.

Tanah merupakan lapisan terluar bumi. Tanah mengandung empat komponen yaitu 40% materi anorganik, 5% materi organik, 50% udara dan air, 5% mikroorganisme dan makroorganisme. Profil tanah menunjukkan empat horizon, yaitu horizon O, horizon A, horizon B, dan horizon C (lihat Gambar 1). Kondisi pada tiap horizon dapat dijelaskan sebagai berikut.

1.      Horizon O, yaitu lapisan tanah paling atas. Terdiri dari material yang tidak terdekomposisi.

2.      Horizon A, yaitu surface soil yang mengandung komponen organik tinggi, berwarna gelap dan digunakan dalam bidang pertanian. Pada lapisan tanah ini jumlah mikroorganisme dan aktivitasnya sangat tinggi.

3.      Horizon B, yaitu lapisan subsoil yang terdiri dari mineral, humus, dan hasil aktivitas metabolisme pada surface soil juga dapat terakumulasi di lapisan ini. Kandungan material organik rendah, jumlah dan aktivitas mikroorganisme pada lapisan ini lebih rendah dibandingkan dengan surface soil.  

4.      Horizon C, yaitu lapisan soil base yang banyak mengandung bebatuan dan aktivitas mikroorganisme pada lapisan ini sangat rendah.

Gambar 1. Profil Tanah

Sumber : Madigan et al 2015

            Mikroorganisme terdapat disetiap lapisan tanah dengan kelimpahan dan keanekaragaman yang berbeda-beda. Kelimpahan dan keanekargaman mikroba pada lapisan tanah bergantung pada kondisi lingkungan tanah atau bisa jadi sebaliknya yaitu kondisi lingkungan tanah yang berbeda-beda adalah akibat dari aktivitas mikroba. Berdasarkan hal tersebut dapat dikatakan bahwa lingkungan dan mikroorganisme berkaitan satu sama lain. Selain itu, mikroorganisme dengan organisme tingkat tinggi lain misalnya tumbuhan juga saling berkaitan. Mikrooganisme dapat menyebabkan penyakit bagi tanaman, namun banyak juga mikroorganisme lain yang dilaporkan dari hasil berbagai penelitian bersifat menguntungkan bagi tanaman. Aktivitas mikroba tertinggi adalah di dalam lapisan tanah yang kaya nutrisi dan di rhizosfer (Madigan et al 2015). Pada lapisan tanah di horizon A merupakan model yang baik untuk menjelaskan keterkaitan mikroorganisme, tanaman, dan lingkungan.

Tanah horizon A merupakan tempat tumbuh akar tanaman. Akar tanaman dapat menyerap nutrisi yang terdapat pada tanah horizon A untuk tumbuh dan berkembang. Mikroorganisme (bakteri dan fungi) yang ada dilapisan ini juga mampu berkolonisasi di rhizosfer. Rhizosfer merupakan zona tanah disekitar sistem perakarana tanaman (lihat Gambar 2).  Rhizobakteria  merupakan kelompok bakteri yang berkolonisasi di rhizosfer. Komponen kimia yang disekresikan oleh akar tanaman bertindak sebagai atraktan bagi mikroba tanah. Komponen kimia yang disekresikan oleh akar kedalam tanah (rhizosfer) disebut eksudat akar. Komponen eksudat akar antara lain asam amino, asam organik, gula, vitamin, nukleosida, enzim, dan ion inorganik (Dakora & Phillips 2002). Bakteri yang mampu menstimulasi pertumbuhan tanaman melalui interaksinya dengan akar tanaman dikelompokkan dalam bakteri plant growth promoting rhizobacteria (PGPR).

Gambar 2. Model Mikrobiom Akar

Sumber: Gaiero et 2013

PGPR adalah bakteri tanah yang terdapat baik di dalam maupun disekeliling permukaan akar tanaman. PGPR terlibat dalam pertumbuhan dan pekembangan tanaman secara langsung maupun tidak langsung. Interaksi PGPR secara langsung diantaranya fiksasi nitrogen (dilakukan oleh PGPR simbion maupun nonsimbion), pelarutan fosfat, dan produksi fitohormon. Interaksi PGPR secara tidak langsung diantaranya agen biokontrol yaitu dengan memproduksi metabolit sekunder sebagai antibakteri, antifungal, dan antivirus. Selain itu juga sebagai agen toleran terhadap stres lingkungan yaitu dengan produksi enzim 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) deaminase. Kondisi stres menyebabkan jumlah etilen meningkat. Peningkatan etilen dapat menyebabkan efek negatif bagi tanaman. Konsentrasi etilen yang tinggi dapat menyebabkan defoliasi dan gangguan fungsi seluler. ACC deaminase dapat menurunkan produksi etilen dengan mengkonversi etilen menjadi 2-oxobutanoate dan NH₃ (Arshad 2007). ACC deaminase dapat mengurangi stres lingkungan (diantaranya logam berat, kadar garam tinggi, radiasi, suhu ekstrim, dan flooding) (Glick 2012; lugtenberg dan kamilova 2009).

Peran PGPR sangat penting di lingkungan sehingga berbagai penelitian telah dilakukan untuk mengeksplorasi PGPR dan mengidentifikasi aktivitas PGPR di lingkungan. Hasil penelitian Sgroy et al 2009 mengidentifikasi 7 isolat PGPR dari rhizosfer akar tanaman Prosopis strombulifera. Hasil identifikasi 7 isolat PGPR dan aktivitasnya dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Karakter Biokimia 7 spesies PGPR tanaman P. strombulifera

Spesies	Gram	Produksi siderophore	Pelrutan fosfat	Fiksasi nitrogen	Aktivitas ACC deaminase	Anti-fungi	Produksi protease	Produksi fitohormon (IAA, GA)
Lysinibacillus fusiformis	+	-	-	+	-	-	-	+
Bacillus subtilis	+	-	-	+	+	-	+	+
Brevibacterium halotolerans	+	-	-	+	+	+	+	+
Bacillus licheniformis	+	-	-	+	+	-	-	+
Bacillus pumilus	+	-	-	+	+	+	+	+
Achromobacter xylosoxidant	-	-	-	+	+	-	-	+
Pseudomonas putida	-	+	-	+	+	-	-	+

Hasil penelitian Nehra et al (2016) mengemukakan bahwa Brevibacillus brevis sebagai PGPR yang diisolasi dari rhizosfer akar tanaman Gossypium hirsutum mampu memproduksi amonia, antifungal (terhadap macrophomina phaseolina, F.oxysporum, Rhizoctonia solani, Sclerotium rolfsii), ARA, hormon IAA dan giberelin. PGPR Brevibacillus brevis mampu meningkatkan sintesis hormon giberelin yang berguna sebagai sinyal hidrolis pati melalui induksi sintesis enzim α amilase. α -amilase selanjutnya memecah pati menjadi glukosa sehingga dapat digunakan untuk respirasi seluler dan menghasilkan energi untuk perkecambahan biji. PGPR Brevibacillus brevis toleran terhadap suhu tinggi mencapai 52^oC. 

Selain rhizobacteria sebagai PGPR, terdapat juga mycorrhizosfer yaitu kelompok fungi yang berkolonisasi di rhizosfer (lihat Gambar 3). Fungi yang mampu menstimulasi pertumbuhan tanaman melalui interaksinya dengan akar tanaman dikelompokkan dalam plant growth promoting fungi (PGPF). PGPF berkolonisasi di mycorrhizosfer. Penelitian mengenai PGPF juga telah banyak dilakukan. Hasil penelitian Jogaiah et al (2013) mengemukakan bahwa PGPF diantaranya Penicillium chrysogenum, Phoma multirostrata, Trichoderma asperellum, Trichoderma atroviride, dan Trichoderma harzianum mampu melarutkan fosfat, memproduksi IAA, menghambat patogen Ralstonia solanacearum dan mampu berkolonisasi untuk memperluas area penyerapan sistem perakaran tanaman.

Mycosphere Mycorrhizosphere  Rhizosphere

Gambar 3. Sistem perakaran tanaman di horizon A

Sumber: