7/22/2019 b cereus

1/7

TINJAUAN PUSTAKA

Bacillus sp.

Bacillus sp. merupakan bakteri gram positif, berbentuk batang yang

mempunyai kemampuan membentuk endospora pada kondisi yang kurang

menguntungkan. Bakteri ini dapat ditemukan dan dapat diisolasi dari tanah.

Bentuk endospora merupakan nilai lebih bagi bakteri yang sangat terkait secara

ekologi di dalam tanah. Kemampuannya membentuk endospora menyebabkan

bakteri ini relatif lebih tahan terhadap kondisi lingkungan yang kurang

menguntungkan dan kritis misalnya radiasi, panas, asam, desinfektan, kekeringan,

nutrisi yang terbatas dan dapat dorman dalam jangka waktu yang lama hingga

bertahun-tahun. Struktur spora tidak akan terjadi jika sel sedang berada pada fase

pembelahan secara eksponensial tetapi akan dibentuk terutama pada kondisi

nutrisi esensial misalnya karbon dan nitrogen terbatas. Pada Bacillus subtilis

sporulasi terjadi sekitar 8 jam dengan melibatkan hingga 200 gen (Madigan et al.

2000). Selain itu Bacillus sp. mempunyai sifat katalase positif sehingga mampu

menguraikan peroksida toksik menjadi air dan oksigen. Bacillus sp. termasuk

kelompok PGPR yang memiliki banyak potensi karena mampu memproduksi

IAA, melarutkan fosfat, memsekresi siderofor dan berperan sebagai agens

biokontrol dengan menginduksi sistem kekebalan tanaman serta menghasilkan

antibiotik (Compant et al. 2005).

KarakterBacillus sp. sebagai PGPR

Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR) pertama kali didefinisikan

oleh Kloepper dan Schroth (1978) untuk mendeskripsikan bakteri tanah yang

berkumpul di akar setelah benih ditanam. PGPR dapat meningkatkan

pertumbuhan tanaman dengan berbagai mekanisme antara lain fiksasi nitrogen,

produksi siderofor, sebagai pengkelat besi dan sintesis fitohormon. Bakteri

tersebut dapat meningkatkan pertumbuhan tanaman dengan meningkatkan sistem

perakaran tanaman. Menurut Enebak et al. 1998 (diacu dalam Mello et al. 2004)

PGPR dapat mempengaruhi pertumbuhan tanaman melalui satu mekanisme atau

lebih termasuk meningkatkan fiksasi nitrogen, produksi auksin, giberelin,

7/22/2019 b cereus

2/7

5

sitokinin, etilen, melarutkan fosfat dan oksidasi sulfur, meningkatkan ketersediaan

nitrat, produksi antibiotik ekstraseluler, enzim litik, asam hidrosianik,

meningkatkan permiabilitas akar dan kompetisi dalam nutrisi. Kemampuan

rizobakteria dalam meningkatkan pertumbuhan tanaman sangat bergantung pada

karakter yang merupakan ciri khas dan spesifik gen yang dimilikinya (Nelson

2004).

Mikroorganisme mampu menghasilkan hormon tumbuhan seperti auksin,

sitokinin dan giberelin (Leveau & Lindow 2005). Asam indol asetat atau Indol

acetic acid (IAA) merupakan hormon auksin pertama pada tumbuhan yang

mengendalikan berbagai proses fisiologi penting meliputi pembelahan dan

perkembangan sel, diferensiasi jaringan serta respons terhadap cahaya dan

gravitasi (Salisbury & Ross 1992). Tumbuhan mungkin saja tidak mampu

mencukupi kebutuhan auksin untuk pertumbuhannya secara optimal sehingga

diperlukan tambahan hormon pemacu pertumbuhan dari luar. Menurut Patten dan

Glick (2002) respons tanaman terhadap IAA yang dihasilkan mikrob berbeda-

beda bergantung pada spesies tanaman dan konsentrasi IAA yang dihasilkan.

Menurut Leveau dan Lindow (2005) hormon IAA atau yang dikenal

sebagai auksin merupakan hormon pemacu pertumbuhan dan mengontrol berbagai

proses fisiologi seperti pembelahan sel, diferensiasi jaringan dan respons terhadap

cahaya dan gravitasi. Bakteri penghasil IAA mempunyai kemampuan membantu

berbagai proses tersebut dengan memasukkan IAA ke dalampool auksin tanaman.

Akar merupakan organ tanaman yang paling sensitif terhadap fluktuasi kadar IAA

dan responsnya pada peningkatan jumlah IAA eksogenous meluas dari

pemanjangan akar primer, pembentukan akar lateral dan akar liar, sampai

penghentian pertumbuhan.Biosintesis IAA oleh mikrob ditingkatkan oleh prekursor fisiologi tertentu

yaitu L-Tryptophan (Husen 2003). Protein TRAP (AT) yang diproduksi oleh

trpA pada Bacillus subtilis dapat mengikat dan menghambat aktifitas triptofan

protein yang berikatan lemah antara Trp-RNA (TRAP). Pada Bacillus subtilis

diperlukan ekspresi dari tujuh gen untuk berlangsungnya biosintesis L-triptofan

dari asam korismat termasuk prekursor asam amino amoniak. Enam dari tujuh gen

terorganisasi sebagai operan triptofan, suboperan dalam superoperon aromatik.

7/22/2019 b cereus

3/7

6

Gen triptofan yang ketujuh trpG (pabA) terletak pada operan folat dan

menghasilkan polipeptida yang berperan dalam biosintesis triptofan dan folat

(Wen & Charles 2005).

Manulis et al. (1998) mengemukakan bahwa beberapa lintasan sintesis

IAA pada bakteri yang melibatkan senyawa intermediat indole-3-pyruvate (IpyA)

yaitu indole-3-acetamide (IAM), tryptamine (TAM) dan indole-3-acetonitrile

(IAN). Jalur utama yang ada pada bakteri yaitu lintasan IAM dan IPyA. Bakteri

yang memproduksi IAA menstimulasi pertumbuhan sistem perakaran inang.

Sel tumbuhan memproduksi IAA dari L-tripthofan melalui intermediet

IAM, lintasannya melalui enzim triptofan 2-monooksenase yang mengkatalisis

konversi triptofan menjadi IAM dan enzim indoleacetamid hidrolase yang

mengkatalisis konversi IAM menjadi IAA (Mazzola & White 1993). Tien et al.

(1979) mengamati bahwa produksi IAA meningkat sesuai dengan peningkatan

konsentrasi triptofan dari 1 100 ug / ml. Konsentrasi IAA juga meningkat

seiring dengan umur kultur sampai bakteri mencapai fase stasioner. Pengocokan

lebih disukai untuk memproduksi IAA, terutama pada yang mengandung nitrogen

sedangkan fitohormon lainnya juga terdeteksi pada media kultur yaitu giberelin

dan senyawa serupa sitokinin.

Produksi IAA tidak berfungsi nyata sebagai hormon dalam sel bakteri,

dimungkinkan terdapat dalam sel bakteri karena hormon tersebut berperan penting

dalam interaksi antara bakteri dan tanaman. Pada penelitian yang dilakukan Patten

dan Glick (2002) diperoleh bahwa bakteri yang memproduksi IAA menstimulasi

pertumbuhan sistem perakaran inang. Keuntungan dari asosiasi tanaman dengan

bakteri adalah mensuplai sebanyak produk metabolit fiksasi karbon oleh

tumbuhan yang telah hilang ke rhizosfer sebagai eksudat (Martens et al. 1994,diacu dalam Patten & Glick 2002).

Reaksi awal pengubahan triptofan menjadi indol-3-piruvat dikatalisis oleh

aminotransferase aromatik, dimana empat enzim berhasil diidentifikasi pada

Azospirillum lipoferum. Enzim-enzim yang ditemukan ini spesifik terhadap

berbagai asam amino aromatik dan tidak hanya pada triptofan, sehingga deteksi

pada protein-protein ini kurang membuktikan bahwa IAA disintesis melalui

indole-3-piruvat padaAzospirillum.

7/22/2019 b cereus

4/7

7

Triptofan

Indole-acetamide typtamine Indole-3- ruvic acid

Indole-3-acetic acid (IAA) Indole-3-acetic acid

Indole-3-acetaldehyde

Inndole-3-acetic acid

Gambar 1 Diagram alir lintasan biosintesis IAA pada Bakteri (Hartman et al.

1983; Brandl et al. 1996; Manulis et al. 1980). Gen-gen iaaM, iaaHdanipdCmasing-masing menyandikan tryptohan-2-monooygenase,

indole-3-acetamide hydrolase dan indole-pyruvat decarboxylase.

iaaM

iaaH

ipdC

Fosfat merupakan salah satu unsur hara yang sangat diperlukan oleh

tanaman. Di dalam tanah hanya sebagian kecil saja fosfat yang dapat diserap oleh

tanaman karena masih terikat dengan kation logam misalnya Fe, Ca dan Al.Adanya kemampuan bakteri dalam melarutkan fosfat berpotensi untuk

meningkatkan penyerapan unsur fosfat ke dalam tanaman apabila tersedia cukup

endapan fosfat dalam tanah. Bakteri pelarut fosfat dapat menyediakan fosfat

terikat menjadi fosfat yang dapat terlarut sehingga dapat diserap oleh tanaman.

Mekanisme utama pelarutan fosfat pada bakteri dengan memisahkan kation dari

senyawa asam menggunakan asam organik yang disintesisnya (Altomare et al.

1999). Bakteri pelarut fosfat melepaskan ikatan ion fosfat anorganik yang sukar

larut dengan mensekresikan sejumlah asam organik. Beberapa bakteri yang

dilaporkan mempunyai aktifitas fitase (enzim kelompok fosfomonoesterase) yang

mampu menghidrolisis polifosfat organik tak larut (fitat) menjadi rangkaian ester

fosfat dengan bobot molekul yang rendah dari myo-inositol dan fosfat yang

penting untuk prokariot dan eukariot. Bakteri yang mempunyai kemampuan

melarutkan fosfat antara lain Bacillus amyloliquefaciens, B. subtilis, Klebsiella

terrigena, Pseudomonas spp. dan Enterobacter sp. (Idriss et al. 2002).

7/22/2019 b cereus

5/7

8

Siderofor merupakan molekul atau ligan pengkelat besi (Fe3+ ) yang

diproduksi oleh bakteri terutama pada tanah netral dan alkalin yang banyak diteliti

saat ini. Siderofor disekresikan oleh mikroorganisme dan tanaman dari famili

Gramineae sebagai respons terhadap defisiensi unsur besi (Crowley 2001, diacu

dalam Nawangsih 2006). Jenis agen pengkelat besi, siderofor, yang dihasilkan

oleh mikroorganisme antara lain berupa hydroxamatedan enterobactin(padaE.

coli). Hidroxamate mengikat besi ferric (Fe3+) yang direduksi dan dilepaskan ke

dalam sel bakteri sebagai besi ferro(Fe2+) (Madigan 2003). Menurut Nawangsih

(2006) hasil deteksi pada beberapa galur Pseudomonas fluorescens, Bacillus

subtilis, dan B. cereuspositif menghasilkan senyawa siderofor. Adanya siderofor

pada bakteri ini mendukung kemampuan bakteri sebagai PGPR karena dapat

bertindak dalam kompetisi dengan mikroorganisme patogen dalam menggunakan

Fe3+ yang konsentrasinya sangat terbatas dalam tanah. Namun pengambilan Fe3+

oleh mikroorganisme ini tidak mempengaruhi kebutuhan tanaman akan besi yang

sangat sedikit dibandingkan dengan mikroorganisme

KemampuanBacillus sp. sebagai pengendali penyakit tanaman antara lain

karena kemampuannya memproduksi antibiotik yang diekskresikan saat kultur

memasuki fase stasioner (Madigan et al. 2000) dan produksi metabolit sekunder

misalnya enzim kitinase, mycobacilin, basitrasin dan zwittermicin. Menurut

Benhamou et al. (1996) bakteri endofit Bacillus pumilus strain SE34 dapat

digunakan untuk menginduksi ketahanan secara sistemik pada buncis (Pisum

sativum). Bakteri ini dapat merangsang penebalan dinding sel terutama pada

jaringan korteks dengan produksi kitin sehingga patogen tidak dapat melakukan

penetrasi. Patogen hanya terdistribusi pada jaringan epidermis dan tidak dapat

menyebar ke jaringan korteks. Bacillus subtilis diketahui menunjukkan aktifitasantagonis terhadap bakteri dan fungi fitopatogen. Sedangkan Bacillus cereus

diketahui dapat mereduksi pertumbuhan miselia Sclerotium rolfsii., Fusarium

oxysporum, Pythium aphanidermatum, Helminthosporium maydis dan

Rhizoctonia solanidengan zona inhibisi 35.3% - 53.3 % (Muhammad & Amusa

2003).

7/22/2019 b cereus

6/7

9

Kemampuan Bacillus sebagai biokontrol juga dapat terjadi melalui mekanisme

resistensi terinduksi oleh B. subtilis pada tanaman yang diserang cendawan A.

niger(Sailaja et al.1997).

Fungi Patogen Akar Kedelai

Penyakit-penyakit pada tumbuhan baik pada bagian akar, batang, daun dan

bunga ataupun biji sebagian besar disebabkan oleh fungi. Fungi masuk ke dalam

jaringan tanaman melalui struktur terbuka yang alami pada jaringan tanaman

misalnya stomata lentisel, dan hidatoda atau melalui jaringan tanaman yang

terluka. Beberapa fungi mengkolonisasi tanaman kedelai dan benih secara

asimtom. Beberapa fungi yang dikenal menyerang akar tanaman kedelai antara

lain Rhizoctonia solani penyebab penyakit busuk akar dan rebah kecambah

(damping off) serta Sclerotium rolfsiipenyebab penyakit busuk akar dan batang

(Hartman et al.2001) dan damping offpada benih (Agrios 2004). Kedua fungi ini

menyebabkan penyakit yang cukup serius baik pada akar, batang dan bagian-

bagian tanaman lainnya.

Rhizoctonia solani merupakan fungi saprofit yang dapat bertahan walau

tidak berada pada tanaman inang. R. solani memiliki sel multinukleat yang

hifanya berwarna coklat dan mampu membentuk sklerotia berwarna coklat hingga

hitam. Fungi ini menginfeksi pada saat penanaman benih dan menginfasi

hipokotil selanjutnya menyebabkan damping off atau jika tidak akan

menyebabkan busuk akar. SemuaRhizoctoniaterdapat sebagai miselium steril dan

kadang-kadang sebagai sklerotia kecil tanpa diferensiasi jaringan internal (Agrios

2004). Penggunaan Bacillus megaterium diketahui dapat menurunkan tingkat

penyakit yang disebabkan fungi ini (Hartman et al. 2001).Tanaman kedelai sangat rentan terhadap serangan S. rolfsii yang

menyerang tanaman sejak pembenihan. S. rolfsii memiliki hifa hialin berseptat,

tidak memproduksi spora aseksual, dan mampu membentuk struktur pertahanan

berupa sklerotia sperikel. Massa miselium yang menyerang jaringan memproduksi

sekret berupa asam oksalat, pektinolitik, selulolitik dan enzim-enzim yang dapat

membunuh dan mengurai jaringan tanaman sebelum penetrasi (Agrios 2004).

7/22/2019 b cereus

7/7

10

Gen 16S rRNA

RNA di dalam sel dapat dikelompokkan menjadi 2 kelompok yaitu

kelompok RNA yang berhubungan dengan ekspresi gen yaitu mRNA, tRNA dan

kelompok rRNA yang tidak berhubungan dengan ekspresi gen. Ribosomal RNA

merupakan salah satu makromolekul yang menarik karena molekul ini bersifat

stabil, terdapat sekitar 83% dari keseluruhan RNA dalam sel dan merupakan

kerangka ribosom yang sangat berperan dalam mekanisme translasi. Semua rRNA

identik secara fungsional yakni terlibat dalam produksi protein, walaupun

demikian sekuen-sekuen di bagian tertentu terus berevolusi dan mengalami

perubahan pada level struktur primer sambil mempertahankan struktur sekunder

dan tersier yang homolog (Gutell et al. 1994).

Kemampuannya mewakili semua informasi filogenetik dan kepraktisannya

menyebabkan sekuen 16S rRNA lebih sesuai digunakan untuk identifikasi bakteri

daripada menggunakan 5S rRNA atau 23S rRNA. Menurut Bottger (1996)

aplikasi molekuler untuk menganalisis keragaman mikrob melalui analisis gen

16S rRNA sesuai untuk mengidentifikasi mikroorganisme karena gen ini terdapat

pada semua organisme prokariot. Molekul 16S rRNA memiliki daerah-daerah

berbeda berupa sekuen yang konservatif dan sekuen lain yang sangat variatif.

Terdapat lebih dari 4000 entri (sekuen yang terdaftar ) yang ada pada database

16S rRNA yang mencakup sekitar 1800 species yang terus bertambah jumlahnya.

Strategi yang sering digunakan untuk melihat keragaman mikrob meliputi tahap-

tahap isolasi DNA dari komunitas alami, amplifikasi gen 16S rRNA

menggunakan PCR, penapisan klon-klon untuk variabilitas genetik, pemilihan

klon unik untuk disekuen dan menentukan hubungan filogeniknya (Marchesi et al.

1998). Gen 16S rRNA bersifat relatif stabil dalam sel bakteri daripada rRNA yangbiasanya didegradasi dan hanya terdapat pada fase-fase tertentu saja.