1. Pengetian Rhizobium
Kehidupan manusia
dengan mikroba memiliki hubungan yang erat. Mikroba membantu berbagai kebutuhan
hidup manusia seperti pada bidang pertanian, kesehatan, industri, dan lingkungan.
Berbagai peluang kemajuan teknologi mikroba (bioteknologi) akan mampu
berkembang dengan dilandasi oleh pemahaman terhadap sifat-sifat kehidupan
mikroba.
Tanaman dan kebanyakan
mikroba tidak mempunyai cara untuk mengikat nitrogen menjadi senyawa dalam
selnya. Tanaman dan mikroba umumnya mendapatkan nitrogen dari senyawa seperti
ammonium dan nitrat dalam tanah. Untuk memanfaatkan nitrogen dalam bentuk gas,
pakar bioteknologi memusatkan perhatiannya pada hubungan antara tanaman dengan
jenis mikroba tertentu yang dapat menambat nitrogen dari udara dan menyusun
atom nitrogen ke dalam molekul ammonium, nitrat, atau senyawa lain yang dapat
digunakan oleh tumbuhan.
Pada umumnya bakteri
itu ada yang bersifat patogen dan ada pula yang menguntungkan khususnya pada
bakteri Rhizobium yang hidupnya bersimbiosis dengan akar kacang
polong-polongan dimana bakteri tersebut sangat berperan penting dalam proses
pertumbuhan tanaman kacang kedelai karena kacang kedelai dalam proses
pertumbuhannya sangat membutuhkan Nitrogen (N2) maka yang berfungsi untuk
mengikat nitrogen bebas di udara adalah bakteri Rhizobium japanicum.
Rhizobium merupakan kelompok bakteri berkemampuan sebagai penyedia hara bagi
tanaman kedelai. Bila bersimbiosis dengan tanaman legum, kelompok bakteri ini
mampu menginfeksi akar tanaman dan membentuk bintil akar. Bintil akar berfungsi
mengambil nitrogen di atmosfer dan menyalurkannya sebagai
unsur hara yang diperlukan tanaman inang. Rhizobium mampu menyumbangkan
N dalam bentuk asam amino kepada tanaman kedelai.
Nitrogen (N) merupakan
unsur paling penting bagi pertumbuhan tanaman kedelai, namun ketersediaan N di
daerah tropis termasuk Indonesia tergolong rendah. Pupuk N buatan yang
menggunakan gas alam sebagai bahan dasar mempunyai keterbatasan karena gas alam
tidak dapat diperbarui. Oleh karena itu, diperlukan teknologi penambatan N
secara hayati melalui inokulasi rhizobium untuk mengefisienkan pemupukan N pada
tanaman kedelai, walaupun ini masih harus dilakukan pemupukan.
Kedelai (Glycine max L)
merupakan salah satu tanaman budidaya masyarakat, yang mengandung nutrisi yang
tinggi, diantaranya mengandung protein 30 sampai 50 % yang merupakan sumber
protein nabati, bahan baku industri dan bahan pakan ternak. Kandungan protein
yang tinggi memberi indikasi bahwa tanaman kedelai memerlukan unsur hara
nitrogen yang tinggi pula. Penggunaan Rhizobium merupakan salah satu tehnologi
budidaya yang ramah lingkungan, berkelanjutan dan layak digunakan dalam program
peningkatan produktivitas tanaman kedelai (Novriani, 2011) dan merupakan salah
satu alternatif untuk memenuhi kebutuhan nitrogen terhadap tanaman kedelai,
sehingga akan mengurangi terhadap penggunaan pupuk kimia. Secara umum inokulasi
dilakukan dengan memberikan biak Rhizobium kedalam tanah agar bakteri tersebut
mampu berasosiasi dengan tanaman kedelai dalam mengikat N2 bebas dari udara.
2. Karakteristik Bakteri Rhizobium
Bakteri Rhizobium adalah salah satu
contoh kelompok bakteri yang mampu menyediakan hara bagi tanaman. Apabila
bersimbiosis dengan tanaman legum, kelompok bakteri ini akan menginfeksi akar
tanaman dan membentuk bintil akar di dalamnya. Rhizobium hanya dapat memfiksasi
nitrogen atmosfer bila berada di dalam bintil akar dari mitra legumnya. Peranan
Rhizobium terhadap pertumbuhan tanaman khususnya berkaitan dengan ketersediaan
nitrogen bagi tanaman inangnya.
Bakteri Rhizobium merupakan mikroba yang mampu
mengikat nitrogen bebas yang berada di udara menjadi ammonia (NH3) yang akan
diubah menjadi asam amino yang selanjutnya menjadi senyawa nitrogen yang
diperlukan tanaman untuk tumbuh dan berkembang, sedangkan Rhizobium sendiri memperoleh karbohidrat sebagai sumber energi dari
tanaman inang.
Karakteristik bakteri Rhizobium secara makroskopis
adalah warna koloni putih susu, tidak transparan, bentuk koloni sirkuler,
konveks, semitranslusen, diameter 2 - 4 mm dalam waktu 3 - 5 hari pada agar
khamir-manitol-garam mineral. Secara mikroskopis sel bakteri Rhizobium berbentuk batang, aerobik,
Gram negatif dengan ukuran 0,5 - 0,9 x 1,2 - 3 μm, bersifat motil pada media
cair, umumnya memiliki satu flagella polar atau subpolar. Untuk pertumbuhan
optimum dibutuhkan temperatur 25 - 30°C, pH 6 – 7.
Suhu optimal untuk Rhizobium berkisar 18°C - 26°C,
minimal 3°C dan maksimal 45°C. Sedangkan kisaran pH optimal untuk Rhizobium adalah sedikit di bawah netral
hingga agak alkali, kendati demikian pada pH 5,0 beberapa strain Rhizobium masih dapat bertahan hidup.
Bakteri Rhizobium bersifat
kemoorganotropik, yaitu dapat menggunakan berbagai karbohidrat dan garam-garam
asam organik sebagai sumber karbonnya. Organisme ini memiliki ciri khas yaitu
dapat menyerang rambut akar tanaman kacang-kacangan di daerah beriklim sedang
atau beberapa daerah tropis dan mendorong memproduksi bintil-bintil akar yang
menjadikan bakteri sebagai simbiosis intraseluler.
3.
Potensi Bakteri Rhizobium
Tanaman legum (kacang-kacangan) merupakan mitra yang
lebih besar sedangkan Rhizobium
adalah mitra yang lebih kecil, sering disebut ‘mikrosimbion’. Apabila bintil
menua setelah suatu periode fiksasi nitrogen, mulai terjadi pembusukan jaringan
dengan membebaskan bentuk aktif Rhizobium
ke dalam tanah yang biasanya berfungsi sebagai sumber inokulum bagi
tumbuh-tumbuhan budi daya berikutnya dari spesies legum tertentu.
Bakteri Rhizobium
secara umum termasuk golongan heterotrof, yaitu sumber energinya berasal dari
oksidasi senyawa-senyawa organik seperti sukrosa dan glukosa. Dengan demikian,
untuk mendapatkan senyawa organik tersebut, bakteri membutuhkan tanaman inang.
Bentuk simbiosis antara tanaman legum dengan Rhizobium adalah simbiosis mutualisme, karena bakteri dalam
bersimbiosis menginfeksi tanaman dan tanaman menanggapinya dengan membentuk
bintil (nodul). Bakteri Rhizobium
memperoleh makanan berupa mineral, gula/karbohidrat dan air dari tanaman
inangnya, sedangkan bakteri memberi imbalan berupa nitrogen yang ditambatnya
dari atmosfer.
Bintil akar merupakan bengkakan jaringan akar
tumbuhan yang berisi bakteri. Bakteri ini mendapatkan karbohidrat dalam
jaringan akar, sedangkan tumbuhan memanfaatkan sebagian bahan bernitrogen yang
dibuat oleh bakteri dari nitrogen dalam udara yang ada di atas partikel tanah.
Simbion menjadikan tumbuhan pasangan simbiosisnya sebagai sumber nitrogen yang
berharga untuk tanah. Waktu mulai terbentuknya nodul/bintil akar berbeda - beda
untuk tiap jenis tumbuhan inang. Adisarwanto (2005) mengatakan nodul atau
bintil akar tanaman kedelai terbentuk pada umur 4 - 5 hst yaitu sejak
terbentuknya akar tanaman, dan dapat mengikat nitrogen dari udara pada umur 10
- 12 hst, tergantung kondisi lingkungan tanah dan suhu. Suhu lingkungan seperti
kelembaban yang cukup dan suhu tanah sekitar 25°C sangat mendukung dalam
pertumbuhan bintil akar. Perbedaan warna hijau daun pada awal pertumbuhan (10 -
15 hst) merupakan indikasi efektivitas Rhizobium.
Rhizobium
yang berasosiasi dengan tanaman legum mampu memfiksasi 100 - 300 kg N/ha dalam
satu musim tanam dan meninggalkan sejumlah N untuk tanaman berikutnya.
Permasalahan yang perlu diperhatikan adalah efisiensi inokulan Rhizobium untuk
jenis tanaman tertentu. Rhizobium
mampu mencukupi 80 % kebutuhan nitrogen tanaman legum dan meningkatkan produksi
antara 10 % - 25 %. Tanggapan tanaman sangat bervariasi tergantung pada kondisi
tanah dan efektivitas populasi asli.
4. Peranan
Rhizobium sebagai Pupuk Hayati
Rhizobia merupakan
kelompok penambat nitrogen yang bersimbiosis dengan tanaman kacang-kacangan.
Kemampuan penambatan pada simbiosis rhizobium ini dapat mencapai 80 kg
N2/ha/thn atau lebih. Ada beberapa jenis rhizobium yang mampu
bersimbiosis dengan tanaman tertentu, karena tidak semua rhizobium mampu
bersimbiosis dengan tanaman ini dapat dilihat pada Tabel 1. di bawah ini.
Tabel 1. Kesesuaian Inang dengan Spesies
Rhizobium Kelompok Inokulasi
Kelompok
Inokulasi
|
Rhizobium sp
|
Genera Tanaman Anggota Kelompok
|
Alfafa
|
Rh. mililoti
|
Medicago, Mililotus, Trigonella
|
Clover
|
Rh.
trifolii
|
Trifolium
|
Pea
(kacang polong)
|
Rh.
leguminosarum
|
Pisum, Vicia, Lathyrus, Lens
|
Bean
(buncis)
|
Rh.
phaseoli
|
Phaseolus
|
Lupini
|
Rh.
lupini
|
Lupinus, Ornithopus
|
Kedele
|
Rh.
japonicum
|
Glycine
|
Rhizobium
tak hanya meningkatkan nitrogen pada tanaman, rhizobium mampu
menghasilkan hormon pertumbuhan berupa IAA dan giberellin yang dapat
memacu pertumbuhan rambut akar, percabangan akar yang memperluas jangkauan
akar. Akhirnya, tanaman berpeluang besar menyerap hara lebih banyak yang dapat
meningkatkan produktivitas tanaman. Selain itu rhizobium mampu
meningkatkan penyerapan fosfat. Fosfat merupakan hara utama dalam perkembangan
akar dan pembentukan polong kedelai.
5.
Peranan Rhizobium Sebagai Bakteri Penambat N2
Fiksasi (penambatan) nitrogen merupakan proses
biokimiawi di dalam tanah yang memainkan salah satu peranan paling penting,
yaitu mengubah nitrogen atmosfer (N2, atau nitrogen bebas) menjadi nitrogen
dalam persenyawaan/nitrogen tertambat. Adapun genus-genus bakteri yang dapat
mengikat N2 di udara yaitu Azotobacter, Clostridium, dan Rhodospirilum. Selain
itu, dikenal pula genus bakteri yang mampu mengikat N2 bebas, tetapi hanya
dapat hidup jika bersimbiosis dengan tanaman dari suku Leguminoceae, yaitu
genus Rhizobium.
Rhizobium
masuk ke dalam akar legum melalui rambut akar atau secara langsung ke titik
munculnya akar lateral. Rambut akar merupakan bagian tanaman yang pertama kali
dapat memberikan respon karena terinfeksi Rhizobium.
Di dalam bintil akar tidak hanya terdapat satu strain Rhizobium saja, mungkin
dua atau lebih strain hidup bersama-sama di dalam satu bintil akar.
(1)
|
(2)
|
Gambar 1.
(1) Akar dari Pisum sativum dengan nodula yang dibentuk oleh Rhizobium. (2) Nodula akar berkembang
sebagai hasil dari simbiosis antara bakteri Rhizobium
dengan rambut akar tanaman. (a) Bakteri mengenal rambut akar dan mulai membelah,
(b) Masuknya rhizobia ke akar melalui infeksi sehingga bakteri masuk ke dalam
sel akar, (c) Membelah menjadi bentuk nodula (Dewi, 2007).
Ada dua tipe nodula, yaitu efektif dan inefektif.
Nodula efektif dibentuk oleh strain efektif dari Rhizobium. Nodula ini
berkembang dengan baik, berwarna merah muda akibat adanya pigmen
leghaemoglobin. Jaringan bakteroid berkembang baik dan terorganisasi dengan
baik dengan banyak bakteroid. Terbentuknya bintil akar efektif yang lebih
banyak mampu meningkatkan penambatan nitrogen yang selanjutnya untuk membentuk
klorofil dan enzim. Peningkatan klorofil dan enzim mampu meningkatkan
fotosintesis yang pada akhirnya dapat meningkatkan pertumbuhan vegetatif dan
generatif (hasil produksi biji) tanaman. Berbeda dengan strain inefektif dari Rhizobium, bentuk nodula umumnya kecil
dan berisi sedikit jaringan bakteroid yang berkembang, menunjukkan akumulasi
tepung dalam sel tanaman inang yang tidak berisi Rhizobium. Bakteroid dalam nodula inefektif berisi glikogen.
Interaksi antara bakteri Rhizobium dengan tanaman legum dikendalikan oleh tanaman inang
tertentu. Inokulasi tanaman dengan strain rhizobia yang tepat akan menjamin
terbentuknya bintil akar yang efektif mengikat N2 udara. Keberadaan populasi
rhizobia yang tidak efisien justru akan menghambat pengikatan N2. Kaliandra (Calliandra calothyrsus) mampu membentuk
bintil akar, baik dengan fast growing rhizobia maupun slow growing rhizobia,
namun efektivitasnya bervariasi. Dari 13 strain yang digunakan dalam
penelitiannya, hanya 4 strain yang efektif dan dari 4 yang efektif tersebut
hanya 1 strain yang slow growing. C. calothyrsus membentuk bintil akar dengan
Bradyrhizobia (strain yang pertumbuhannya lambat, slow growing rhizobia).
6.
Manfaat Nitrogen Bagi
Tanaman
Tanaman memerlukan unsur hara untuk
pertumbuhan dan perkembangannya. Unsur hara yang dibutuhkan oleh tumbuhan dapat
dikelompokkan menjadi 2 (dua) bagian yaitu (1) makronutrien/ unsur hara pokok
yang terdiri dari unsur-unsur C, H, O, P, K, N, S, Ca, Fe, dan Mg; (2)
mikronutrien/unsur hara pelengkap yang terdiri dari unsur-unsur Mn, B, Cu, Zn,
Cl, dan Mo. Nitrogen merupakan unsur hara esensial bagi tanaman, namun unsur
ini cepat hilang dalam tanah baik melalui volatilisasi/penguapan, nitrifikasi,
denitrifikasi maupun hanyut (tercuci) bersama air, dan erosi.
Nitrogen adalah unsur yang diperlukan untuk
membentuk senyawa penting di dalam sel, termasuk protein, DNA dan RNA. Tanaman
harus mengekstraksi kebutuhan nitrogennya dari dalam tanah. Sumber nitrogen
yang terdapat dalam tanah, makin lama makin tidak mencukupi kebutuhan tanaman,
sehingga perlu diberikan pupuk sintetik yang merupakan sumber nitrogen untuk
mempertinggi produksi. Keinginan menaikkan produksi tanaman untuk mencukupi
kebutuhan pangan, berakibat diperlukannya pupuk dalam jumlah yang banyak.
Industri pupuk yang ada belum dapat memenuhi kebutuhan pupuk yang semakin
meningkat.
Kandungan atmosfer sekitar 80% adalah unsur
nitrogen. Menurut Alfiah (2009), secara garis besar, komposisi atmosfer alami
tersusun oleh 78 % nitrogen, 21 % oksigen, 1 % argon, dan gas-gas lainnya.
Keberadaan dari masing-masing gas tersebut merupakan sumber hara bagi makhluk
hidup bumi. Secara detil, gas-gas penyusun atmosfer bumi.
Nitrogen bagi tanaman berfungsi sebagai penyusun
protoplasma, molekul klorofil, asam nukleat, dan asam amino yang merupakan
penyusun protein. Nitrogen memasuki tanah dalam bentuk ammonia dan nitrat (NH3)
bersama air hujan, dalam bentuk hasil penambatan N2 oleh mikroba atau dalam
bentuk penambahan pupuk sintesis. Kandungan nitrogen tanah yang cukup tinggi
lebih banyak disebabkan oleh adanya kemampuan beberapa mikroba untuk
memfiksasinya, N organik yang terbentuk kemudian diubah menjadi ammonia melalui
proses deaminasi, karena ammonia dapat secara langsung diasimilasikan oleh
mikroba atau diubah terlebih dahulu menjadi senyawa nitrat secara nitrifikasi.
DAFTAR PUSTAKA
Novriani. 2011. Peranan Rhizobium dalam
Meningkatkan Ketersediaan Nitrogen
bagi Tanaman Kedelai. AgronobiS.
Vol. 3 (5) : 35-42.
Sari,
Ramdana., Retno Prayudyaningsih. 2015. Rhizobium: Pemanfaatannya
sebagai Bakteri Penambat Nitrogen. Info Teknis Eboni. Vol. 12 (1) :
51 –
64.
Raymond A. B. Sopacua. 2014. Pengaruh
Inokulasi Bakteri Rhizobium japanicum
Terhadap Pertumbuhan Kacang Kedelai (Glycine max L). Biopendix. Vol
1
(1) : 48-53.
Komentar
Posting Komentar