i

ABSTRAK

INTERAKSI KIMIAWI SERANGGA DENGAN TANAMAN

PISANG DALAM PENYEBARAN PENYAKIT BANANA

BLOOD DISEASE (BBD)

Oleh

Masriany

NIM: 30613002

(Program Studi Doktor Biologi)

Banana Blood disease (BBD) merupakan penyakit yang menjadi salah satu

tantangan utama produksi tanaman pisang di Indonesia. Penyakit ini disebabkan

oleh Blood disease bacterium (BDB) strain dari bakteri Ralstonia solanacearum

filotipe IV. Gejala penyakit BBD adalah pelepah daun melemah, daun menguning,

terjadi diskolorasi yang berwarna kemerahan pada jaringan buah, jaringan

pembuluh batang semu, dan penghitaman pada bunga jantan. Serangan BBD terjadi

secara sistemik sehingga pada akhirnya tanaman pisang mengalami kematian.

Penyebaran patogen ini sangat tinggi dan disebarkan oleh serangga pengunjung

bunga pisang melalui aktifitas foraging dari tanaman pisang sakit ke tanaman

pisang sehat. Penelitian ini bertujuan mengetahui interaksi kimiawi antara serangga

vektor BDB dengan metabolit bunga pisang.

Penelitian didesain menjadi tiga tahapan utama: tahap pertama adalah untuk

mengetahui pola aktivitas harian serangga dan keanekaragaman serangga pada: (1).

bunga pisang kultivar Nangka dan kultivar Klutuk, (2). bunga pisang yang bergejala

BBD dan yang tidak bergejala BDB, serta menganalisis hubungan faktor abiotik

dengan keanekaragaman serangga pada perbungaan pisang. Tahap kedua adalah

menganalisis interaksi kimiawi antara serangga vektor BDB dengan metabolit

atraktan dan fagostimulan bunga pisang. Tahap dua meliputi analisis metabolomik

dari metabolit gula dan metabolit atraktan pada bunga pisang kultivar Nangka dan

kultivar Klutuk serta uji preferensi serangga pengunjung bunga pisang terhadap

metabolit standar bunga pisang. Tahap ketiga adalah membuktikan bahwa serangga

pengunjung bunga pisang adalah vektor BDB. Kegiatan pada tahap ini meliputi

isolasi dan identifikasi bakteri BDB dari tubuh serangga pengunjung bunga pisang

dilanjutkan dengan uji postulat Koch untuk mengkonfirmasi penyakit BDB.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa pola aktivitas serangga perbungaan pisang

baik kultivar Nangka maupun kultivar Klutuk tertinggi pada pagi hari dan

mengalami penurunan pada siang hari kemudian terjadi kenaikan kembali pada sore

harinya. Keanekaragaman serangga pada bunga pisang kultivar Nangka dengan

kultivar Klutuk berbeda sangat nyata dengan signifikansi F(1,3)= 1,035 (p < 0.001).

Selain itu diketahui pula bahwa serangga perbungaan pisang kultivar Nangka terdiri

atas empat ordo: Diptera, Hymenoptera, Coleoptera, dan Blattodea, dan 11 spesies

yaitu Rhodesiella bhutanensis, R. manii, Semut, Eupuraea sp, Tribolium sp,

ii

Choragus sp., Carpophylus sp., Vespa sp., Drosophila melanogaster, Blatella sp,

Musca domestica, sedangkan pada kultivar Klutuk hanya terdiri atas 4 spesies: R.

bhutanensis, Semut, Choragus sp., Eupuraea sp. Bunga pisang yang bergejala BBD

memiliki kelimpahan populasi serangga yang lebih tinggi pada jenis D.

melanogaster, Carpophylus sp., dan M. domestica, sebaliknya pada bunga yang

sehat lebih banyak dikunjungi oleh serangga jenis R. bhutanensis, Vespa sp, dan

Semut. Faktor abiotik suhu, pH, kelembaban udara dan intensitas cahaya

berpengaruh terhadap keanekaragaman serangga.

Hasil analisis metabolomik menunjukkan bahwa metabolit atraktan monoterpen

pada bunga pisang kultivar Nangka dan kultivar Klutuk berbeda nyata. Begitu pula

pada bunga sakit BBD metabolit monoterpen alpha pinen lebih tinggi dibandingkan

pada bunga sehat. Alpha pinen merupakan jenis metabolit monoterpen yang

dominan pada bunga pisang kultivar Nangka dan diduga berperan sebagai atraktan

bagi serangga perbungaan pisang. Metabolit gula yang secara kualitatif dan

kuantitatif berbeda pada bunga sakit dan sehat adalah glukosa dan fruktosa.

Selanjutnya dari uji konfirmasi metabolit atraktan melalui uji preferensi serangga

pada alpha pinen, dan metabolit fagostimulan pada senyawa glukosa, fruktosa, dan

sukrosa diketahui bahwa serangga lebih tertarik pada alpha pinen dibandingkan

dengan metanol (kontrol negatif), dan lebih memilih glukosa dibandingkan dengan

fruktosa dan sukrosa. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa metabolit atraktan

dan fagostimulan pada bunga pisang bagi serangga D. melanogaster, R.

bhutanensis, M. domestica secara berurut adalah alpha pinen dan glukosa.

Identifikasi bakteri yang diisolasi dari tubuh serangga pengunjung bunga pisang

secara morfologi, biokimia, dan molekuler menunjukkan bahwa bakteri isolat

adalah gram negatif dengan karakter yang memiliki kemiripan dengan R.

solanacearum strain BDB. Begitu pula setelah dilakukan uji postulat Koch

menunjukkan terjadinya diskolorasi dan kelayuan pada tanaman pisang. Jenis

serangga yang paling banyak mengandung bakteri BDB adalah R. bhutanensis dan

D. melanogaster dengan demikian kedua jenis serangga tersebut berpotensi sebagai

vektor BDB melalui aktifitas mencari sumber makanan pada bunga pisang.

Interaksi kimia antara serangga vektor BDB dengan bunga pisang diduga melalui

senyawa alpha pinen yang dilepaskan oleh bunga pisang dan menarik kedatangan

serangga D. melanogaster dan R. bhutanensis. Kedua jenis serangga kemudian

datang untuk mencari sumber makanan pada bunga pisang. Mekanisme penyebaran

BDB diduga ketika serangga vektor BDB melakukan aktifitas foraging pada bunga

pisang sakit BBD, maka bakteri yang ada pada bunga kemungkinan ikut terbawa

baik ke dalam jaringan tubuh maupun di luar tubuh serangga, dan selanjutnya

bakteri ikut bermigrasi ketika serangga berpindah ke tanaman pisang lainnya

sehingga terjadilah penyebaran BDB dari satu pohon ke pohon pisang lainnya.

Kata Kunci: Metabolit sekunder volatil, interaksi tanaman dan serangga, aktivitas

foraging, BDB.

iii

ABSTRACT

INSECT - BANANA PLANT CHEMICAL INTERACTION

DURING THE TRANSMISSION OF BANANA BLOOD DISEASE

(BBD)

By

Masriany

NIM: 30613002

(Doctoral Program in Biology)

Banana Blood disease (BBD) is one of the important diseases that infect banana

plants in Indonesia. It is caused by Blood disease bacterium (BDB) which isthe

strain of phylotype IV of Ralstonia solanacearum. Symptoms of BBD are

weakening of leaf midribs, yellowing leaves, reddish discoloration of the fruit and

pseudo-stem tissue, and male flowers darkening. BBD attacks banana plant

systemically and caused death. The wide-range transmission of the disease is due

to foraging activity of banana flower insect from the BDB-infected plants to the

healthy plants. This study was conducted to investigate chemical interaction

between banana plant metabolites and insect vectors of BDB.

There were three stages performed during this research. The first stage was to

identify the insects daily activity and diversity on the: (1). Flowers of Nangka and

Klutuk cultivars; (2). Flowers with and without the BDB symptoms.The effect of

abiotic factors to the diversity of banana flower insects was also investigated during

this stage . The second stage was to analyze the chemical interaction between the

insect vector of BDB with the attractant and phagostimulant metabolites of banana

flower. During this stage, metabolomic analysis of sugar and attractant metabolites

of Nangka and Klutuk flowers was performed as well as the preference test of

banana flower insects Drosophila melanogaster, Rhodesiella bhutanensis, Musca

domestica on the standard metabolites of banana flowers. The third stage was to

confirm that the insect banana flowers are BDB vectors. The BDB bacteria was

isolated and identified from the insects followed by the postulate Koch test to

confirm the BDB disease.

It was shown that many banana flower insects are active mainly in the morning and

in the afternoon. The insect diversity in Nangka cultivar was different significantly

from the Klutuk cultivar with significance of F(1,3)= 1,035 (p < 0.001). There are

four genera of insects found in Nangka cultivar: Diptera, Hymenoptera, Coleoptera,

Blattodea, with 11 species: Rhodesiella bhutanensis, R. manii, ants, Eupuraea sp,

Tribolium sp, Choragus sp, Carpophylus sp, Vespa sp, D. melanogaster., Blatella

sp, M. domestica, whereas in Klutuk, only four species were found: R. bhutanensis,

ants, Choragus sp, Eupuraea sp. The D. melanogaster, Carpophylus sp., and M.

domestica are highly abundant in the BDB infected flowers., whereas the R.

bhutanensis, Vespa sp., and ants are highly abundant in the health flowers. Abiotic

iv

factors such as temperature, pH, humidity, and light intensity are suggested to

influence the insect diversity.

Metabolomic analysis has shown that the monoterpene attractant metabolite was

different significantly within the flower of Nangka and Klutuk cultivars. Similarly,

the amount of α-pinene metabolites in BDB-infected flowers was higher compared

to the uninfected flowers. The α-pinene metabolite is known to be dominant in the

flower of Nangka cultivar and is suspected to be an attractant for banana insect

pollinators. Glucose and fructose are sugar metabolites that was found significantly

different qualitatively and quantitatively in the BBD-infected and healthy flowers .

In addition, preference tests have shown that insects were more attracted to α-pinene

than methanol and prefer glucose over fructose or sucrose. In conclusion, for

D.melanogaster, R. bhutanensis, and M. domestica insects, α-pinene and glucose

are the attractant and phagostimulant metabolites of banana flowers. .

Identification of the isolated bacteria from the insect vectors morphologically,

biochemically, and molecularly has shown that the isolate was gram negative

bacteria with similar characteristics with the R. solanacearum BDB strain. The

result was confirmed by Koch's postulate test that showed discoloration/yellowing

and wilting of the banana plants. R. bhutanensis and D.melanogaster contained

most of the BDB bacteria, leading these insects to be potential BDB vectors via

their feeding activities on banana flowers.

Chemical interaction between BDB insect vectors and banana flowers is suggested

via the α-pinene metabolite that is released by the banana flowers which attract the

D.melanogaster and R. bhutanensis insects. Both insects then performed foraging

activity on the banana flowers stimulated by glucose. The spreading of BDB disease

is suggested due to foraging activity performed by these insects from BDB-infected

plants to the healthy plants on banana flowers hurt BBD, the bacteria that are

present in the flowers may be carried along either into the body tissues or outside

the body of the insect, and then the bacteria migrate when the insects move to other

banana plants so that there was a spread of BDB from one banana plant to another.

Keywords: Volatile secondary metabolites, plant-insect interactions, foraging

activity, Blood Disease Bacteria.