Perbanyakan Massal Mikroba
Sebagai Agens Antagonis
Irda Safni
Kuliah ke-11
Pendahuluan
Apa Pengertian Pengendalian Hayati?
William Roberts (1874) pertama sekali
mendemonstrasiskan aksi antagonis jamur
Penicillium glaucum dan bakteri di dalam kultur
cair dan mengenalkan istilah “antagonisme”.
Istilah pengendalian hayati (biological control)
untuk mengendalikan penyakit tumbuhan
pertama sekali diusulkan oleh C. F. Von (1914).
Istilah umum Pengendalian Hayati:
Proses suatu populasi di mana populasi satu
spesies menurunkan populasi spesies lainnya.
Sanford (1926) mengamati infeksi penyakit kudis kentang
(potato scab) dapat ditekan dengan aktivitas antagonistik
pupuk hijau.
Weindling (1932) melaporkan keefektifan Trichoderma
lignorumon pada beberapa penyakit tanaman.
Grossbard (1948-1952), Wright (1952-1957)
mendemonstrasikan kerja antibitiok yang dihasilkan di
dalam tanah oleh Penicillium, Aspergillus, Trichoderma,
Streptomyces.
Kloepper (1980) mendemostrasikan kegunaan
siderophore yang dihasilkan Erwinia carotovora.
Produk agens biokontrol pertama yang
dipasarkan adalah BINAP T di Perancis tahun
1976, di USA tahun 1989.
Di Amerika Serikat, telah terdaftar 26 produk
mikroba oleh perusahaan komersil untuk
mengendalikan berbagai penyakit tumbuhan
pada tahun 2005.
Di Eropa, telah terdaftar 14 produk mikroba
untuk pengendalian penyakit.
Kenapa menggunakan pengendalian hayati?
Agens biokontrol:
Mahal
Membutuhkan tenaga kerja yang banyak
Inang spesifik
Pestisida kimia :
Harganya efektif
Mudah diaplikasikan
Ber-spektrum luas
Kenapa menggunakan pengendalian hayati?
AKANKAH:
Pestisida kimia
Berpengaruh terhadap ekologi, lingkungan dan masalah kesehatan manusia
Membutuhkan perlakuan tahunan
Berspektrum luas
Beracun terhadap spesies yang berguna dan patogenik
TETAPI:
Agens biokontrol
Tidak beracun terhadap manusia
Tidak mengkontaminasikan air
Sekali mengkolonisasi, akan bertahan bertahun-tahun
Inang spesifik
Hanya berpengaruh terhadap satu atau beberapa spesies
Biopestisida
Pembagian biopestisida berdasarkan Lembaga
Perlindungan Lingkungan Amerika Serikat (US-EPA):
1. Pestisida Mikroba (microbial pesticide), yaitu produk
biopestisida yang mengandung mikroba (jamur, bakteri,
virus, protozoa) sebagai bahan aktif. Disebut juga Agens
pengendali hayati/Agens hayati/agens biokontrol.
2. Protektan-Bagian-Integral-Tanaman (PBIT) atau Plant-
Incorporated-Protectants (PIPs), yaitu bahan materi
genetik bersifat pestisidal, artinya faktor keturunan
(DNA) yang membentuk senyawa bersifat racun
ditambahkan atau dimasukkan ke dalam tanaman.
Disebut juga pestisida tanaman transgenik (transgenic
plant pesticides).
Biopestisida
3. Pestisida biokimia (biochemical pesticides), yaitu bahan
alami yang digunakan mengendalikan hama dengan
mekanisme nontoksik, dan berbagai ekstrak tanaman
yang digunakan untuk memikat serangga.
Contoh. Sex pheromone, pestisida nabati yang berasal
dari tanaman.
Mekanisme agens pengendalian hayati patogen
tumbuhan
Produksi metabolit beracun – menghambat
satu organisme sebagai akibat difusi enzim,
antibiotik dan bahan organik volatil
Contoh: Produksi zwittermicin A oleh Bacillus
cereus terhadap busuk akar Phytophthora
pada tanaman alfalfa
Mekanisme agens pengendalian hayati patogen
tumbuhan
Kompetisi ruang dan nutrisi – Kompetisi antara
mikroorganisme untuk karbon, nitrogen, O2, besi dan
nutrisi lainnya.
Cara kebanyakan organisme menghambat
pertumbuhan mikroorganisme yang lain.
Oleh karena itu, hal penting bagi keberhasilan agens
biokontrol rizosfer adalah kemampuan untuk tetap pada
kepadatan populasi pada permukaan akar yang tinggi,
memberi perlindungann pada seluruh akar selama
masa hidupnya.
Mekanisme agens pengendalian hayati patogen
tumbuhan
Mikoparasitisme – parasitisme oleh satu jamur oleh
agens antagonis lainnya
Kontak langsung
Enzim penghancur dinding sel
Beberapa menghasilkan antiobiotik
Contoh:
Trichoderma harzianum, digunakan sebagai
perlakuan benih terhadap jamur patogenik.
Menghambat kolonisasi patogen di jaringan inang
Mekanisme agens pengendalian hayati patogen
tumbuhan
Ketahanan induksi pada tumbuhan terhadap penyakit
tumbuhan
Ketahanan diinduksi adalah respon tanaman terhadap
mikroorganisme atau agens abiotik yang mengikuti
ketahanan de novo diinduksi terhadap patogen yang
ditunjukkan pada tanaman peka.
Ketahanan diinduksi dapat bersifat lokal, ketika ia dapat
dideteksi hanya di daerah dekat dengan faktor
penginduksi, atau sistemik, ketika ketahanan terjadi pada
tempat di seluruh tanaman.
Substansi Aktif
Substansi Aktif adalah bahan-bahan yang
mempunyai aktifitas tertentu yang dihasilkan oleh
makhluk hidup dan bahan aktif ini dapat bersifat
positif bagi makhluknya sendiri, tapi dapat
berdampak negatif atau positif bagi makhluk hidup
lain.
Substansi Aktif
Substansi aktif dapat dibagi 2, yaitu:
1.Metabolit Primer
- Bersifat intraselluler
- Dihasilkan dalam jumlah sedikit
2. Metabolit Sekunder
- Hasil metabolit di dalam sel yang di-sekresikan keluar
dari sel atau dikumpulkan di kantong-kantong khusus di
atara sel/jaringan di dalam tubuhnya.
- Dapat dihasilkan dalam jumlah besar tergantung
lingkungan dan kebutuhannya pengembangan
rekayasa aktivitas bio-industri (produk enzim, antibiotik,
pestisida biokimia dan agrokimia)
Substansi Aktif
Metabolit sekunder
Secara otomatis dikeluarkan
karena dapat meracuni dirinya
sendiri
Karena adanya rangsangan
untuk tujuan tertentu
Substansi Aktif
Substansi Aktif
Pengaruh substansi aktif terhadap patogen
tanaman:
1. Aktivitas antibiosis.
2. Efek langsung terhadap penghambatan
pertumbuhan patogen pada sistem perakaran.
3. Induksi sistem pembangkitan kekebalan
terhadap tanaman.
Antibiosis
Antibiosis adah senyawa kimia hasil metabolisme
yang memiliki sifat sebagai antibiotik.
Proses pengendalian mekanisme biologi
antibiosis dapat bekerja secara tunggal dari 1
jenis substansi aktif atau bekerja sama dengan
aktivitas substansi aktif lainnya.
Senyawa antibiosis dihasilkan sebagian besar
kelompok jamur (Trichoderma spp., dll), hanya
sebagian kecil yang dihasilkan bakteri
(Pseudomonas spp., Bacillus, sp.)
Daftar AntibiotikNo Antibiotic Source Target pathogen Disease Reference
1 2,4 - Diacetyl-
pholoroglucinol
Pseudomonas
fluorescence F113
Pythium Damping off (Shanahan et
al., 1992)2 Agrocin 84 Agrobacterium
radiobacter
Agrobacterium
tumefaciens
Crown gall (Kerr, 1980)
3 Bacillomycin D Bacillus subtillusAU195
Aspergillus flavus Aflatoxin
contamination
(Moyne et
al., 2001)
4 Bacillomycin D Bacillus amyloliquefaciens
strain FZB42
Fussorium
oxysporium
Wilt (Koumoutsiet al., 2004)
5 Xanthobacin A Lycobacter sp.
Strain K88
Aphanomyces
cochlioides
Damping off (Islam et al.,2005)
6 Gliotoxin Trichoderma virens Rhizoctonia solani Root rot (Wilhite et
al., 2001)7 Zwitermycin A Bascillus cereus
UW85Pythium
aphanidermatum
Damping off (Smith et al.,1993)
8 Mycostubilin Bascillus BBG100 Pythium
aphanidermatum
Damping off (Leclere et
al., 2005)9 Herbicolin Pantoea
agglomerans C91
Erwinia amylovora Fire blight (Sandra et
al., 2001)10 Iturin Bascillussubtillus
QST713Botrytis,
Rhizoctonia solani
Damping off (Paulitz and
Blanger,2001)
Persyaratan untuk keberhasilan
pengendalian hayati
1. Strain biokontrol yang sangat efektif harus dapat
diperoleh atau dihasilkan
a. Bisa dikolonisasi dan diperbanyak
b. Tidak patogenik terhadap tanaman inang
dan lingkungan
Persyaratan untuk keberhasilan
pengendalian hayati
2. Produksinya tidak mahal dan agen formulasi dapat
dikembangkan
a. Produksi harus menghasilkan perbanyakan massal
dengan daya hidup yang sangat baik.
b. Agar dapat berhasil sebagai agens pertanian harus
i. Murah
ii. Dapat diproduksi dalam jumlah besar
iii. Viabilitasnya dapat dipertahankan
Persyaratan untuk keberhasilan
pengendalian hayati
3. Pengiriman dan aplikasi harus memenuhi persyaratan
ekspresi penuh agens hayati.
a. Harus meyakinkan bahwa agens akan tumbuh dan
mencapai tujuannya
Coiling of Trichoderma around a pathogen.
(Plant Biocontrol by Trichoderma spp. Ilan Chet, Ada Viterbo and Yariv Brotman)
Daftar Bioinsektisida & Biofungisida yang telah
dipasarkan secara komersilMikroorganisme Patogen Target Inang/Penyakit Nama
Dagang/Perusahaan
Agrobacterium radiobacter Agrobacterium
tumefaciens
Crown gall/tumor Norbac 84, C Nogall,
Gatrol-A
Bacillus subtilis Rhizoctonia sp., Fusarium
sp., Alternaria sp.,
Aspergillus sp.
Busik akar, busuk benih Epic, Kodiak, MBI-60,
Seranade,
Burkholderia cepacia Jamur tular tanah,
Fusarium sp., Phytium sp.
Tanaman sayuran,
kedelai, penyakit layu,
keriting
Deny
Pseudomonas fluorescens Erwinia amylovora Apel, kentang, tomat Blight Ban-506
Pseudomonas syringae Patogen pasca panen Apel, pir, jeruk Bio-Save 100
Trichoderma harzianum Jamur tular tanah
(Phytium sp., Rhizoctonia
sp., Verticilium sp.,
Sclerotium sp., dll)
Busuk akar BioTrek 22G, Supervisit
Trichoderma spp. Rhizoctonia solani, Athelia
(Sclerotium) rolfsii,
Phytium sp., Fusarium sp.
Pembibitan tanaman,
pemacu tumbuh
Biospark Trichoderma,
Triko SP, dll
Penapisan (Screening)
mikroorganisme antagonis
Beberapa kategori untuk berhasil menapis mikroorganisme
antagonis, yaitu:
1. Memilih patosistem yang sesuai
2. Memilih metode isolasi mikroorganisme yang sesuai.
3. Melakukan karakterisasi isolat yang sesuai dan evaluasi
performa isolat.
Cth. Penapisan agens bakteri antagonis terhadap Gibberella
pulicaris penyebab busuk kering pada kentang yang disimpan
Memfokuskan pada bioefikasi dan pertumbuhan kinetik
kandidat agens antagonis yang sesuai pada media cair.
Penapisan (Screening)
mikroorganisme antagonis
Melakukan adaptasi isolat mikroorganisme
terhadap suhu
Cth. Validov et al. (2007) menyeleksi bakteri untuk
mengendalikan Fusarium oxysporum f.sp. radicis-lycopersici .
Proses pengeringan sering merusak produksi massal dan
formulasi agens antagonis, sehingga mengurangi
keefektifannya. Oleh karena itu, Validov et al (2007)
melakukan metode freeze-dry & sprya-dry pada sampel
rizosfer sebelum agens antagonis di-isolasi dari sampel
tersebut diasumsikan bakteri yang diseleksi awal seperti ini
akan toleran terhadap proses pengeringan pada industri,
sehingga cocok untuk sistem produksi massal.
Produksi Massal Agens Biokontrol
Langkah multi proses komersialisasi produk biokontrol meliputi aktivitas berikut:
Isolasi mikroorganisme dari ekosistem alami.
Evaluasi agens biokontrol secara in vitro dan uji rumah kaca.
Uji isolat terbaik di lapangan
Produksi massal
Formulasi
Pengiriman
Kesesuaian
Registrasi dan pemasaran
No Bio control agent Product Target
disease/organism
Crop Manufacturer
1 Agrobacterium radiobacterstrain 84
Galtrol Agrobacteriumtumefaciens
Ornamentals,Fruits, Nuts
AgBioChem,USA
2 Agrobacterium radiobacter
strain K 1026
Nagol Agrobacterium
tumefaciens
Ornamentals, Fruits,
Nuts
Bio-care
3 BascillusGB34
subtillus strain GB34 Rhizoctonia,Fussarium
Soyabean Gustafon, USA
4 BascillusGB03
subtillus strain Kodiac,companion
Rhizoctonia,Aspergillus
Wheat, barley,peas
Growthproducts,USA
5 Pseudomonas aureofaciensstrain TX-1
Bio–jet, spot
less
Pythium, Rhizoctonia
solani
Vegetables and
Ornamentals ingreen
houses
EcoSoil system
6 Pseudomonas fluorescencestrain A506
Frostban Fire blight, bunch rot Fruit crop,
Tomato, Potato
Plant Health
Technologies7 Streptomycine griseoviridis Mycostop Soil borne
pathogensOrnamentals, Treeseedlings
Kemira Oy,Finland
8 Trichoderma harzianum T-22
Root shield,plant shield
Soil bornepathogens
Green housenurseries
Bio works, USA
9 Trichoderma harzianum T-39
Trichodex Botrytis cinerea Most of the foodcrops
Bio works, USA
10 Ampelomyces quisquallisisolate M-10
AQ10 Powdery mildew Fruits, Ornamentals
,Vegetables
Ecogen,USA
11 Aspergillus flavus AF36 Alfa guard Aspergillus flavus Cotton Circleonegloba,USA
12 Gliocladium catenulatumstrain JI446
Prima stopsoil guard
Soilpathogens
borne Vegetables, Herbs, Spices
Kemira AgroOy, Finland
13 Gliocladium virensGL-21 parasiticnematodes
Food, Fibre, -Do-
Formulasi
Formulasi adalah campuran bahan aktif seperti
spora jamur dengan bahan inert seperti pelarut
(diluent) dan bahan aktif permukaan (surfactant)
agar meningkatkan karakteristik fisik menjadi
bentuk yang sesuai keinginan.
Syarat formulasi final adalah:
1. Mudah digunakan
2. Stabil pada suhu kisaran -5 - 35ºC.
3. Memiliki waktu bertahan disimpan minimum 2
tahun pada suhu ruang.
Registrasi Agens Biokontrol
Dua faktor penting untuk registrasi agens biokontrol adalah daya racun dan faktor lingkungan.
Syarat-syarat registrasi agens biokontrol
Nama sistemik dan nama umum agens biokontrol
Kejadian secara alami
Deskripsi morfologi agens biokontrol
Detail proses pembuatannya
Toksisitas pada mammalia
Toksisitas pada lingkungan
Analisa residu
Terima Kasih
TUGAS
Makalah dan presentasi tentang Efektivitas Agens
Biokontrol, yaitu:
1. Bakteri antagonis terhadap nematoda
patogen tumbuhan
2. Bakteri antagonis terhadap jamur patogen
tumbuhan
3. Bakteri antagonis terhadap bakteri patogen
tumbuhan
4. Bakteri antagonis terhadap virus patogen
tumbuhan