Mikrobioma Tanaman dan Kaitannya dengan Pertumbuhan dan Kesehatan Tanaman PDF

MIKROBIOMA TANAMAN DAN PERANNYA DALAM PERTUMBUHAN DAN KESEHATAN TANAMAN Irfan D.Prijambada Profesor Mikrobiologi Pertanian Tumbuhan adalah habitat (tempat hidup) bagi makhluk hidup lainnya  Fitobioma: seluruh makhluk hi...

MIKROBIOMA TANAMAN DAN PERANNYA DALAM PERTUMBUHAN DAN KESEHATAN TANAMAN Irfan D.Prijambada Profesor Mikrobiologi Pertanian Tumbuhan adalah habitat (tempat hidup) bagi makhluk hidup lainnya  Fitobioma: seluruh makhluk hidup yang hidup di dalam atau di dekat tumbuhan  Bagian tumbuhan yang dapat ditinggali makhluk hidup lain  Akar  Batang  Daun  Bunga  Buah  Biji Tumbuhan adalah habitat (tempat hidup) bagi makhluk hidup lainnya  Fitobioma: seluruh makhluk hidup yang hidup di dalam atau di dekat tumbuhan  Makhluk hidup selain tumbuhan yang dapat tinggal di dalam atau di dekat tumbuhan  Nematoda  Jamur  Oomisetes  Archaebakteria  Bakteria  Virus Saling tindak antara tumbuhan dan makhluk hidup lainnya  Tumbuhan mempengaruhi makhluk hidup lainnya  Makhluk hidup lainnya mempengaruhi tumbuhan Saling tindak antara tumbuhan dengan makhluk hidup lain di sekitarnya  Jangka pendek  Jangka panjang Saling tindak jangka pendek antara tumbuhan dengan makhluk hidup lain di sekitarnya  Predasi  Polinasi  Predasi (Pemangsaan)  Dalam pemangsaan, satu organisme, predator, membunuh dan memakan organisme lain, mangsanya.  Predator telah beradaptasi, dan seringkali sangat khusus, untuk berburu, dengan indera yang kuat seperti penglihatan, pendengaran, atau penciuman. Banyak hewan pemangsa, baik vertebrata dan invertebrata, memiliki cakar atau rahang yang tajam untuk mencengkeram, membunuh, dan memotong mangsanya. Adaptasi lainnya termasuk mimikri diam-diam dan agresif yang meningkatkan efisiensi berburu.  Predasi memiliki efek selektif yang kuat pada mangsa, menyebabkan mereka mengembangkan adaptasi antipredator seperti pewarnaan peringatan, panggilan alarm dan sinyal lainnya, kamuflase dan duri dan bahan kimia pertahanan.  Predasi telah menjadi pendorong utama evolusi sejak setidaknya periode Kambrium  Predasi (Pemangsaan)  Konsumsi biji juga bisa dianggap sebagai pemangsaan. Biji dianggap sebagai organisme, yang dalam kondisi ideal, benih akan tumbuh menjadi tanaman. Namun, konsumsi sebuah benih membunuh tanaman sebelum dapat tumbuh, menjadikan konsumsi benih sebagai contoh pemangsaan.  Tidak semua predator adalah binatang. Tumbuhan karnivora, seperti tanaman kantong semar, mengkonsumsi serangga. Dalam skala mikroskopis, protozoa juga mengkonsumsi organisme mangsa. Mereka memainkan peran penting dalam mempertahankan ukuran populasi dalam komunitas mikroba, yang mempromosikan keragaman mikroorganisme dan berkontribusi pada struktur komunitas yang stabil. Tumbuhan Kantong Semar  Polinasi (penyerbukan)  Dalam penyerbukan, penyerbuk, termasuk serangga (entomophily), beberapa burung (ornithophily), dan beberapa kelelawar, memindahkan serbuk sari dari bagian bunga jantan ke bagian bunga betina, memungkinkan penyerbukan, dengan imbalan hadiah berupa serbuk sari atau nektar.  Kemitraan ini telah berdampingan melalui waktu geologis; dalam hal serangga dan tanaman berbunga, evolusi bersama terus berlanjut selama lebih dari 100 juta tahun.  Bunga yang diserbuki serangga berevolusi menyesuaikan bentuknya, warna-warnanya yang cerah, pola, aroma, nektar, dan serbuk sari yang lengket untuk menarik serangga, membimbing mereka untuk mengambil dan menyimpan serbuk sari, dan memberi penghargaan kepada mereka untuk layanan tersebut.  Polinasi (penyerbukan)  Dalam penyerbukan, penyerbuk, termasuk serangga (entomophily), beberapa burung (ornithophily), dan beberapa kelelawar, memindahkan serbuk sari dari bagian bunga jantan ke bagian bunga betina, memungkinkan penyerbukan, dengan imbalan hadiah berupa serbuk sari atau nektar.  Kemitraan ini telah berdampingan melalui waktu geologis; dalam hal serangga dan tanaman berbunga, evolusi bersama terus berlanjut selama lebih dari 100 juta tahun.  Serangga penyerbuk, seperti lebah, beradaptasi untuk dapat mendeteksi bunga berdasarkan warna, pola, dan aroma, untuk mengumpulkan dan mengangkut serbuk sari (seperti dengan bulu yang dibentuk untuk membentuk keranjang serbuk sari di kaki belakangnya), dan untuk mengumpulkan dan memproses nektar (dalam kasus madu lebah, membuat dan menyimpan madu). Adaptasi di setiap sisi interaksi cocok dengan adaptasi di sisi lain, dan telah dibentuk oleh seleksi alam pada efektivitas penyerbukan. Saling tindak jangka panjang antara tumbuhan dengan makhluk hidup lain di sekitarnya Spesies A Spesies B Mutualisme Diuntungkan Diuntungkan Netralisme Tidak terpengaruh Tidak terpengaruh Kompetisi Dirugikan Dirugikan  Mutualisme  Interaksi antara dua atau lebih spesies, yang kesemua spesies memperoleh manfaat, misalnya peningkatan daya dukung. Interaksi serupa dalam suatu spesies dikenal sebagai kerja sama. Satu atau kedua spesies yang terlibat dalam interaksi mungkin bersifat obligat, artinya mereka tidak dapat bertahan hidup dalam jangka pendek atau panjang tanpa spesies pasangaannya. Meskipun mutualisme secara historis kurang mendapat perhatian dibandingkan interaksi lain seperti predasi, interaksi ini adalah subjek penting dalam ekologi. Contohnya termasuk fiksasi nitrogen oleh bakteri dalam bintil akar legum. Mutualisme Mutualisme Mutualisme Mikoriza  Komensalisme  Adalah interaksi yang menguntungkan satu organisme, sedangkan organisme lainnya tidak diuntungkan atau dirugikan.  Ini terjadi ketika satu organisme mengambil manfaat dengan berinteraksi dengan organisme lain akan tetapi organisme inang tidak terpengaruh.  Sebagai contoh, tanaman epifit (yang tumbuh pada tanaman lain tetapi bukan parasit) mendapatkan manfaat ekologis yang sangat besar dari hidup di tanaman yang lebih besar, karena mereka mendapatkan akses ke substrat tempat tumbuh relatif tinggi di kanopi. Pohon inang, bagaimanapun, tidak terpengaruh secara signifikan oleh hubungan ini, bahkan dalam kasus ketika mereka mendukung apa yang tampaknya menjadi populasi besar epifit. Beberapa tanaman yang secara spesifik hidup sebagai epifit, misalnya, banyak spesies bromeliad (famili Bromeliaceae), anggrek (Orchidaceae), dan pakis (Pterophyta). Banyak lumut dan lumut hati juga merupakan epifit pada pohon. Komensalisme  Parasitisme  Adalah hubungan antara spesies, yang menyebabkan kerugian pada satu organisme (inang), sedangkan organisme pasangannya, parasit, diuntungkan.  Sebagai contoh adalah benalu (Loranthus), dan mikroba patogen pada tumbuhan.  Netralisme  Menggambarkan hubungan antara dua spesies yang berinteraksi tetapi tidak saling mempengaruhi (Hal yang hampir tidak bisa ditemukan di alam).  Contoh-contoh netralisme sejati hampir mustahil untuk dibuktikan; istilah ini dalam praktiknya digunakan untuk menggambarkan situasi di mana interaksi dapat diabaikan atau tidak signifikan  Amensalisme  Interaksi yang merugikan satu organisme tetapi tidak memberikan manfaat bagi organisme pasangannya.  Kasus amensalisme yang jelas adalah ketika domba atau sapi menginjak-injak dan merugikan rumput, sedangkan bagi domba dan sapi tidak mendapatkan manfaat dari kegiatan tersebut.  Contoh yang lain adalah interaksi antara Kambing Liar (Ibex) Spanyol dan kumbang dari genus Timarcha yang memakan jenis semak yang sama. Sementara keberadaan kumbang hampir tidak memiliki pengaruh pada ketersediaan makanan, keberadaan ibex memiliki efek yang sangat besar pada jumlah kumbang, karena mereka mengkonsumsi sejumlah tumbuhan makanan mereka, bahkan kadang-kadang secara tidak sengaja menelan kumbang di tumpukan pakan.  Kompetisi (Persaingan)  Interaksi antara organisme atau spesies, yang kehadiran salah satu organisme menurunkan kebugaran organisme yang lain.  Persaingan sering kali untuk mendapatkan sumber daya seperti makanan, air, atau wilayah yang terbatas, atau akses ke betina untuk reproduksi.  Persaingan di antara anggota spesies yang sama dikenal sebagai kompetisi intraspesifik, sementara kompetisi antar individu dari spesies yang berbeda dikenal sebagai kompetisi interspesifik.  Menurut prinsip ekslusi kompetitif, spesies yang kurang cocok untuk bersaing mendapatkan sumber daya harus beradaptasi atau mati.  Menurut teori evolusi, persaingan di dalam dan di antara spesies untuk sumber daya ini memainkan peran penting dalam seleksi alam. Kompetisi (Persaingan) Makhluk hidup di sekitar tumbuhan  Bakteri U K U  Jamur Mikroflora R A  Alga N T  Protozoa Mikrofauna U  Nematoda B U H  Mikroarthropoda Mesofauna M  Enchytraeid (cacing tanah kecil) E M B  Cacing tanah Makrofauna E  Semut, rayap, laba-laba S A Siput R  Megafauna  Lainnya: rodensia, ular, burung, amfibi  Ukuran makin kecil permukaan kontak makin tinggi  Ukuran kontak makin tinggi reaksi makin intensif Makhluk hidup di sekitar tumbuhan  Bakteri  Jamur Mikroflora J U  Alga M L A  Protozoa Mikrofauna H  Nematoda M E  Mikroarthropoda Mesofauna N I  Enchytraeid (cacing tanah kecil) N G K  Cacing tanah Makrofauna A  Semut, rayap, laba-laba T Siput  Megafauna  Lainnya: rodensia, ular, burung, amfibi  Jumlah makin banyak peranan makin kuat Belajar dari mikrobioma di perut manusia  Makhluk hidup komensalis tidak hanya “menumpang”, akan tetapi juga mempengaruhi sistem imun, sistem syaraf, juga perilaku.  Mikrobioma manusia sehat bukan merupakan kumpulan mikroba tertentu tetapi kumpulan dari fungsi tertentu.  Mikrobioma dapat ditularkan dengan menghasilkan dampak yang sama  Mikrobioma dapat dikelola, prebiotik dan probiotik Turnbaugh et al. 2009. Nature  Munculnya penyakit tumbuhan Lingkungan yang kondusif SAKIT Mikroba Tumbuhan patogen inang yang yang virulen peka Kajian tentang saling tindak antara tumbuhan dengan makhluk hidup lain di sekitarnya  Umumnya melibatkan satu atau beberapa makhluk  Jika mikroba, yang dapat ditumbuhkan  Saling tindak sederhana Kemajuan cara analisis dalam kajian mikrobiologis  Penentuan urutan basa DNA secara cepat dan bersamaan dari suatu kumpulan mikroba (High-throughput sequencing)  Komputasi biologi  Teknologi omik (omics) kemajuan ini memungkinkan kita untuk menilai komposisi, fungsi, dan aktivitas komunitas dari organisme di sekitar tumbuhan (baik yang dapat ditumbuhkan maupun yang tidak dapat ditumbuhkan) Pengaruh kesehatan tanaman terhadap fitobioma  Apakah omik mikroba penyebab penyakit mempengaruhi tanggapan omik tumbuhan  Apakah perubahan omik tanaman sebagai tanggapan atas omik mikroba penyebab penyakit mempengaruhi omik mikrobioma Hasil penelitian tentang pengaruh kesehatan tanaman terhadap fitobioma  Komunitas mikroba di rhizosfer tanaman sehat berbeda dengan komunitas mikroba rhizosfer tanaman sakit.  Terdapat perubahan fitobioma karena sakit Trivedi et al., 2012. ISME J 6: 363 Hasil penelitian tentang pengaruh kesehatan tanaman terhadap fitobioma  Keragaman fungsional komunitas mikroba di rhizosfer tanaman sakit berkurang secara nyata.  Yang dimaksud gen fungsional: gen ketahanan terhadap antibiotika, gen yang mengendalikan fungsi pendauran C, N, P, dan S, serta gen yang mengendalikan regenerasi energi Trivedi et al., 2012. ISME J 6: 363 Hasil penelitian tentang pengaruh kesehatan tanaman terhadap fitobioma Trivedi et al., 2012. ISME J 6: 363  Manfaat kajian fitobioma  Memberikan cara pandang yang lebih tepat terhadap mekanisme terjadinya penyakit dan konsekuensinya.  Memberikan cara pandang yang lebih tepat terhadap mekanisme terjadinya ketahanan.  Menemukan mikroba indikator yang menunjukkan adanya proses terjadinya penyakit sebelum gejalanya muncul.  Mengetahui faktor paling penting yang menentukan kesehatan tanaman.  Mengetahui cara merekayasa hubungan mikroba-mikroba agar menghasilkan tanaman yang sehat Fitobioma dan kesehatan tanaman Fitobioma dan kesehatan tanaman  Fitobioma dan kesehatan tanaman Pertanaman kentang yang hancur karena serangan hama Nematoda Sista Kuning Pengaruh sterilitas tempat tumbuh bagi pertumbuhan tanaman Pengaruh sterilitas tempat tumbuh bagi pertumbuhan tanaman Fitobioma menurunkan dampak genangan air, kekeringan, dan kegaraman terhadap pertumbuhan tanaman Fitobioma menurunkan dampak genangan air, kekeringan, dan kegaraman terhadap pertumbuhan tanaman  Mikroba memacu pertumbuhan akar melalui pemacuan produksi fitohormon.  Hasilnya akar makin panjang untuk dapat menjangkau nutrisi dan air  Mikroba mengurangi dampak produksi etilene oleh tanaman dengan memproduksi enzim ACC deaminase yang mengubah 1- aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) menjadi amonia dan a- ketobutirat.  Mikroba membentuk biofilm yang menghambat masuknya ion-ion ke dalam sel tumbuhan. Pemacu pertumbuhan tumbuhan yang disintesis oleh mikroba yang menempati perakaran Hormon Fungsi Pemacu Pertumbuhan Auksin Memacu pertumbuhan dan perkembangan sel tumbuhan, seperti pembelahan sel, perpanjangan, dan diferensiasi Sitokinin Mempertahankan proliferasi dan diferensiasi sel dan pencegahan penuaan daun ABA (Asam Mengendalikan tanggapan terhadap cekaman dan mengatur Absisat) pertumbuhan akar dan kandungan air dalam sel GA (Asam Mengatur dormansi benih, perkembangan organ pembungaan, dan Giberelat) pertumbuhan tunas lateral SA (Asam Mengatur ekspresi enzim-enzim yang berfungsi anti-oksidan Salisilat) Mikroba penghasil senyawa pemacu pertumbuhan tumbuhan Hormon Mikroba Penghasil Pemacu Pertumbuhan Auksin Mycobacterium, Azotobacter, Azospirillum, Cellulomonas, Mycoplana, Rahnella, Pseudomonas spp., Enterobacter, Stenotrophomonas, Arthrobacter, Klebsiella, Enterobacter, Ochrobactrum spp., Bacillus, Klebsiella, Leifsonia, Enterobacter, Streptomyces, Nocardia, Nocardiopsis, Spirillospora, Microbispora, dan Micromonospora Sitokinin Halomonas, Bacillus, Escherichia, Pseudomonas, Arthrobacter, Azospirillum, dan Pseudomonas Mikroba penghasil senyawa pemacu pertumbuhan tumbuhan Hormon Mikroba Penghasil Pemacu Pertumbuhan ABA (Asam Proteus mirabilis, Klebsiella pneumoniae, Bacillus megaterium, dan Absisat) B. Cereus, B. Licheniformis, Pseudomonas fluorescens, Achromobacter xylosoxidans GA (Asam Bacillus pumilus, Bacillus licheniformis, Acetobacter sp., Bacillus Giberelat) sp., Azospirillium sp. SA (Asam Bacillus licheniformis dan Pseudomonas sp. Salisilat) Memperbaiki tanah “rusak” menggunakan fitobioma