Text

Plant Growth Promoting Actinobacteria; A New Avenue for Enhancing the Productivity and Soil Fertility of Grain Legumes

---

Legum biji-bijian adalah sumber protein nabati yang banyak digunakan terutama di negara-negara berkembang di Asia Tenggara, Afrika, dan Amerika Latin. Mereka adalah pilihan hemat biaya untuk protein hewani termasuk ikan, daging, dan produk susu dan karenanya mendapatkan nama "daging orang miskin."Selain protein, kekayaannya dalam zat gizi mikro dan elemen vital lainnya menjadikannya entitas penting dalam makanan dan pakan. Asosiasi unik mereka dengan rhizobia menyumbang 65 % kebutuhan nitrogen di bidang pertanian melalui proses fiksasi nitrogen simbiosis. Adaptasi mereka yang lebih baik sebagai persilangan dengan sereal atau tanaman umbi-umbian membantu menghasilkan pendapatan dan ketahanan mata pencaharian. Budidaya legum biji-bijian menguntungkan keluarga petani kecil karena mereka adalah pembudidaya utama tanaman ini, terutama para wanita karena partisipasi mereka dalam rantai nilai membuka jalan untuk memerangi kekurangan nutrisi dan meningkatkan kesejahteraan anak-anak mereka. Kendala yang terkait dengan produksi legum adalah serangan hama dan patogen, hasil panen yang tidak stabil, adaptasi yang buruk, dan perubahan iklim. Selain itu, meningkatnya konsumsi kacang-kacangan biji-bijian per kapita oleh negara-negara berpenghasilan rendah dan berkembang membuat kesenjangan antara penawaran dan permintaan kacang-kacangan biji-bijian. Dalam kasus buncis, kacang tanah, dan kacang polong, kekurangan pasokan saat ini sebesar 7 juta ton di negara-negara dengan defisit pangan berpenghasilan rendah diproyeksikan akan meningkat hampir 50 % pada tahun 2020, jika sistem produksi yang sama terus berlanjut. Produktivitas legum biji-bijian stagnan selama dua hingga tiga dekade terakhir meskipun menggunakan teknik pemuliaan dan molekuler terbaik. Selanjutnya, meningkatnya biaya yang terkait dengan peningkatan kultivar dan efek negatif yang terkait dengan penggunaan pestisida dan pupuk memerlukan pilihan alternatif. Perserikatan Bangsa-Bangsa juga menekankan perlunya fokus pada legum biji-bijian dengan mengumumkan tahun 2016 sebagai International Year of Pulses (IYOP 2016), guna menciptakan kesadaran dan pemahaman akan tantangan yang dihadapi oleh para petani pulse. Tanah rizosfer, dihuni dan dipengaruhi oleh akar tanaman, biasanya kaya nutrisi jika dibandingkan dengan tanah curah, karena akumulasi banyak asam amino, asam lemak, nukleotida, asam organik, fenol, pengatur/promotor pertumbuhan tanaman., putresin, sterol, gula, dan vitamin yang dilepaskan dari akar melalui eksudasi, sekresi, dan pengendapan. Hal ini menghasilkan pengayaan mikroorganisme (10-100 kali lipat dari tanah curah) seperti bakteri, jamur, alga, dan protozoa, di antaranya bakteri mempengaruhi pertumbuhan tanaman secara paling signifikan. Rhizobacteria tersebut hadir dalam berbagai kedekatan dengan akar sebagai (1) bakteri yang hidup di tanah dekat akar (rizosfer), (2) bakteri yang menjajah permukaan akar (rhizoplane), (3) bakteri yang hidup di jaringan akar (endofit), menghuni ruang antara sel kortikal, dan (4) bakteri yang hidup di dalam sel dalam struktur akar khusus, atau bintil, yang meliputi dua kelompok-rhizobia terkait legum dan Frankia sp terkait tumbuhan berkayu. Mikroba yang mendorong pertumbuhan tanaman disebut sebagai bakteri pemacu pertumbuhan tanaman (PGP). Ini termasuk genus Bacillus, Pseudomonas, Erwinia, Caulobacter, Serratia, Arthrobacter, Micrococcus, Flavobacterium, Chromobacterium, Agrobacterium, Hyphomicrobium, Rhizobium, Bradyrhizobium, Sinorhizobium, Azorhizobium, Mesorhizobium Allorhizobium, dan Streptomyces. Selain organisme rizosfer, mikroba yang ada di kascing, kascing, dan cacing tanah, di usus cacing tanah tertentu, nefridia, dan saluran pencernaan, berkontribusi pada khasiat kascing dan kascing yang bermanfaat dalam meningkatkan kesehatan tanah, pertumbuhan tanaman, dan produktivitas pertanian. Laporan untuk keragaman bakteri, jamur, dan actinomycetes dalam kascing dan cacing tanah dan juga untuk peningkatan pertumbuhan tanaman dengan aplikasi kascing tersedia. Actinomycetes, sekelompok bakteri Grampositive, umumnya ditemukan di tanah, kompos, air tawar, dan laut, serta bahan organik yang terurai dan menghasilkan metabolit sekunder yang menjadi kepentingan komersial. Mereka juga berperan dalam pertumbuhan dan perlindungan tanaman dan dianggap sebagai kelompok mikroba PGP yang muncul. PGP actinomycetes secara langsung mempengaruhi pertumbuhan tanaman dalam beberapa cara: (i) produksi hormon pertumbuhan tanaman termasuk auksin (asam indol-3-asetat: IAA), sitokinin, giberelin, dan asam absisat; (ii) fiksasi nitrogen; dan (iii) pelarutan fosfor, seng, besi, dan kalium sehingga meningkatkan ketersediaan unsur hara. Meskipun memenuhi kebutuhan nutrisi dasar ini, mereka juga mendorong pertumbuhan tanaman secara tidak langsung dengan memproduksi ACC deaminase, enzim penghilang stres, dan dengan memberikan perlindungan terhadap serangan patogen dan hama dengan (i) produksi antibiotik seperti 2,4-diacetylphloroglucinol, kanosamine, phenazine-1-carboxylic acid, pyoluteorin, neomycin A, pyrrolnitrin, pyocyanin, dan viscosinamide; (ii) sekresi siderofor yang memungkinkan penyerapan zat besi, menghilangkan patogen jamur di sekitarnya; (iii) produksi metabolit dengan berat molekul rendah seperti asam hidrosianat (HCN) yang menghambat transpor elektron dan karenanya mengganggu suplai energi ke sel; (iv) produksi enzim litik seperti kitinase, prot-1,3-glukanase, protease, dan lipase yang melisiskan dinding sel jamur dan bakteri patogen; (v) berhasil bersaing memperebutkan nutrisi melawan fitopatogen dan dengan demikian menempati tempat kolonisasi pada permukaan akar dan bagian tumbuhan lainnya; dan (vi) induksi resistensi sistemik pada tumbuhan oleh salah satu metabolit yang disebutkan di atas atau dengan menginduksi produksi fenil alanin liase, enzim antioksidan seperti peroksidase, polifenol oksidase, superoksida dismutase, katalase, lipoksigenase, dan askorbat peroksidase.dan juga fitoaleksin dan senyawa fenolik dalam sel tumbuhan. Banyak aktinomiset PGP dilaporkan menggunakan salah satu mekanisme ini untuk menjalankan efek PGP mereka pada tanaman. Selain mekanisme biokontrol yang dijelaskan di atas, penggunaan PGP actinomycetes dilaporkan dapat memicu resistensi tanaman terhadap patogen tanaman, yang disebut sebagai induced systemic resistance (ISR). Dalam proses ini, sinyal dihasilkan yang melibatkan jalur jasmonate atau etilen, sehingga mendorong respons pertahanan tanaman inang. Berbagai mikroba termasuk actinomycetes dilaporkan menginduksi ISR pada tumbuhan dengan memproduksi agen bio-stimulasi. Bahkan komponen seluler individu telah terbukti menginduksi ISR, yaitu., lipopolisakarida, flagela, lipopeptida siklik, lakton homoserin, asetoin, dan butanadiol. Terlepas dari mikroba yang hidup bebas, mikroba endofit termasuk bakteri, jamur, dan actinomycetes menjajah jaringan internal tanaman inang tanpa menyebabkan kerusakan pada tanaman yang dijajah. Mikroba endofit juga memiliki sifat PGP yang bermanfaat. Aktinomiset endofitik dilaporkan menghasilkan senyawa bioaktif dalam jumlah yang melimpah terhadap berbagai fitopatogen dan juga menginduksi resistensi sistemik, yang menjadikannya platform yang cocok untuk eksplorasi biokontrol. Mikroba patogen merupakan salah satu ancaman utama bagi produksi kacang-kacangan dan juga stabilitas ekosistem, karena satu tanaman dipengaruhi oleh banyak patogen dan sebaliknya. Banyak fitopatogen memiliki jangkauan inang yang luas dan karenanya mempengaruhi banyak tanaman. Misalnya, buncis dipengaruhi oleh banyak patogen termasuk (i) bakteri, Xanthomonas campestris (penyakit busuk bakteri); (ii) jamur, Ascochyta rabiei (Ascochyta hawar), Botrytis cinerea (kapang abu-abu Botrytis), Alternaria alternata (Alternaria hawar), Sclerotinia sclerotiorum (Busuk batang Sclerotinia), Fusarium oxysporum(Layu Fusarium), F. solani (busuk akar hitam), Sclerotium rolfsii (busuk kerah), Rhizoctonia solani (busuk akar basah); dan (iii) virus, stunt (virus penggulung daun), daun sempit (kuning virus mosaik), dan nekrosis (virus kuning nekrotik). Patogen seperti Ascochyta dan Botrytis masing-masing memiliki kisaran inang sekitar 50 dan 200 spesies tumbuhan. Untuk mengatasi serangan multi-patogen ini, petani berada dalam situasi untuk meningkatkan penggunaan input kimia, yang selanjutnya mengarah pada resistensi patogen terhadap agen dan dampak lingkungan non-target lainnya. Penggunaan PGP actinomycetes yang memaksakan mekanisme tersebut di atas, termasuk mekanisme tidak langsung dan ISR untuk pengendalian patogen, sangat penting dalam legum biji-bijian. Serangga hama merupakan kendala utama lainnya dalam produksi kacang-kacangan, dan sekitar 40 % insektisida ditargetkan untuk serangga Lepidoptera, penyumbang utama hilangnya hasil panen baik di lapangan maupun di tingkat penyimpanan. Sesuai survei Organisasi Perlindungan Tanaman Eropa, Helicoverpa armigera, serangga lepidopteran, telah tersebar luas di Asia, Afrika, dan Oseania. Di India, H. armigera biasanya menghancurkan lebih dari setengah hasil panen nadi seperti kacang merpati dan buncis, yang menyebabkan kerugian sebesar US $ 300 juta per tahun. Pestisida kimia memainkan peran penting dalam meningkatkan perlindungan tanaman. Jadi kebutuhan untuk mengembangkan pestisida baru dengan langkah-langkah pengendalian yang aman, berkelanjutan, dan ekonomis terutama bergantung pada produk alami seperti senyawa tumbuhan / mikroba. Di antara mereka, senyawa dari mikroorganisme merupakan kumpulan tak terbatas untuk metabolit/senyawa baru, karena mereka ada di mana-mana di alam dan sangat beragam daripada organisme tingkat tinggi. Di antara senyawa mikroba, metabolit aktinomiset memiliki sifat yang menguntungkan secara pertanian seperti sifat fungisida, bakterisida, insektisida. Metabolit tersebut adalah blasticidin-S, natamycin, streptomycin, validamycin, avermectins, dan spinosad yang mengisi kekosongan kebutuhan agen pengendali hayati. Di antara aktinomiset, Streptomiset adalah penghasil utama metabolit sekunder dengan struktur dan cara kerja yang unik dengan pilihan utama untuk biokontrol. Sekitar 17 % metabolit sekunder yang aktif secara biologis (7.600 dari 43.000) telah dikarakterisasi dari streptomycetes. Eksplorasi potensi aktinomiset PGP tersebut akan memberikan kelegaan yang besar bagi agen perlindungan tanaman kimia dan secara tidak langsung meningkatkan kesehatan dan kelestarian lingkungan. Aktinobakteri Pemacu Pertumbuhan Tanaman (PGP Actinobacteria): Actinobacteria adalah filum bakteri yang dikenal dengan kemampuan metabolisme yang beragam. Beberapa aktinobakteri telah ditemukan memiliki hubungan simbiosis dengan tanaman, di mana mereka dapat meningkatkan pertumbuhan tanaman melalui berbagai mekanisme. Bakteri ini dapat meningkatkan penyerapan nutrisi, menghasilkan zat pemacu pertumbuhan, dan melindungi tanaman dari patogen.

---

Availability

No copy data

Detail Information

Series Title

-

Call Number

633.3 SUB p

Publisher

Singapore : Springer., 2016

Collation

-

Language

English

ISBN/ISSN

978-981-10-0707-1

Classification

633.3

Content Type

text

Media Type

computer

Carrier Type

online resource

Edition

-

Subject(s)

Legumes
Tumbuhan Kacang-kacangan

Specific Detail Info

-

Statement of Responsibility

Gopalakrishnan Subramaniam, Sathya Arumugam, Vijayabharathi Rajendran

Other Information

Cataloger

Erwin

Source

https://link.springer.com/10.1007/978-981-10-0707-1

Validator

-

Digital Object Identifier (DOI)

-

Journal Volume

-

Journal Issue

-

Subtitle

-

Parallel Title

-

Other version/related

File Attachment

Comments

---

You must be logged in to post a comment