Image of Plant-Microbe Interaction: An Approach to Sustainable Agriculture
Bookmark Share

Text

Plant-Microbe Interaction: An Approach to Sustainable Agriculture

Pertanian berkelanjutan melibatkan perancangan sistem pertanian yang menggunakan alam sebagai model. Pada sebagian besar ekosistem alami, semakin besar keanekaragamannya, semakin tahan ekosistem tersebut terhadap perubahan dan semakin mampu pulih dari gangguan. Dalam ekosistem pertanian atau yang disebut agroekosistem (AES), gangguan jauh lebih sering terjadi, teratur, dan intens. Konsep ekologi gangguan dan pemulihannya melalui suksesi memainkan peran penting dalam pengelolaan AES. AES mengalami gangguan dalam bentuk budidaya, persiapan lahan, penyemaian, penanaman, pengairan, pemberian pupuk, pengelolaan hama, pemangkasan, pemanenan, dan pembakaran. Keragaman dan intensitas AES di negara berkembang dan negara maju telah berubah dari waktu ke waktu sebagai respons terhadap sejumlah faktor biofisik dan sosial yang saling berinteraksi di tingkat lokal, regional, dan global. Dampak peningkatan variabilitas iklim spatiotemporal pada AES kemungkinan akan semakin meningkat akibat perubahan iklim, yang akan mengganggu banyak fungsi ekosistem, mengubah kapasitasnya dalam menyediakan barang dan jasa serta membuatnya lebih rentan terhadap degradasi. Selain itu, keamanan pasokan pangan untuk populasi dunia yang terus meningkat telah menjadi isu yang mendesak di seluruh dunia. Produksi pangan yang berkelanjutan dapat dicapai dengan menghindari gangguan yang berlebihan dan memungkinkan proses yang berurutan untuk menghasilkan stabilitas AES yang lebih besar. Kita dapat meningkatkan kemampuan AES untuk mempertahankan kesuburan dan produktivitas melalui manajemen gangguan dan pemulihan yang tepat. Produktivitas tanaman sering kali dibatasi oleh ketersediaan hara tanah dan interaksi antara akar hidup dan tanah, yaitu rizosfer, yang merupakan komoditas utama pertukaran di mana fluks C organik dari bahan bakar akar dan pengurai mikroba dapat menyediakan hara yang tersedia bagi akar. Hampir tidak mungkin untuk menyelidiki seluk-beluk interaksi rizosfer yang potensial di setiap kondisi lingkungan karena keanekaragaman mikroba tanah, fauna tanah, dan tanaman yang luar biasa. Selain itu, sifat fisikokimia dan struktural tanah termasuk perkembangannya sangat dipengaruhi oleh aksi rizosfer selama jangka waktu evolusi berturut-turut, dan evolusi akar tanaman yang sebenarnya beserta perluasannya jauh ke dalam substrat dihipotesiskan telah menyebabkan revolusi pada siklus C dan air di planet ini yang merefleksikan fungsi biogeokimia rizosfer di Bumi saat ini. Memahami komunitas mikroba yang kompleks di lingkungan rizosfer telah terbukti menjadi tugas yang menantang karena keanekaragaman yang luas dan besarnya populasi yang mendiami habitat unik ini. Penelitian ekstensif telah menyelidiki gangguan terhadap keseimbangan populasi komunitas mikroba oleh perubahan kondisi lingkungan dan praktik pengelolaan tanah. Telah lama diketahui bahwa aktivitas mikroorganisme tanah memainkan peran intrinsik dalam penguraian residu, siklus hara, dan produksi tanaman. Pergeseran dalam struktur komunitas mikroba dapat tercermin dalam penerapan berbagai penggunaan lahan dan sistem manajemen yang mengarah pada pengembangan praktik manajemen terbaik untuk AES. Pada AES subsisten, hasil panen secara langsung bergantung pada kesuburan tanah yang melekat dan pada proses mikroba yang mengatur mineralisasi dan mobilisasi unsur hara yang diperlukan untuk pertumbuhan tanaman. Selain itu, dampak dari spesies tanaman yang berbeda yang digunakan dalam berbagai kombinasi kemungkinan besar menjadi faktor penting dalam menentukan struktur komunitas mikroba yang bermanfaat bagi tanaman yang berfungsi dalam siklus hara, produksi hormon pertumbuhan tanaman, dan penekanan penyakit akar. Mikroorganisme mewakili sebagian besar biomassa tegakan di ekosistem terestrial dan berkontribusi dalam pengaturan penyerapan C, ketersediaan dan kehilangan N, serta dinamika P. Ukuran dan kondisi fisiologis dari biomassa mikroba yang ada dipengaruhi oleh praktik manajemen termasuk keragaman rotasi, pengolahan tanah, serta kualitas dan kuantitas input C ke dalam tanah. Dalam AES, keberlanjutan tergantung pada keseimbangan biologis di dalam tanah yang diatur oleh aktivitas komunitas mikroba. Populasi mikroba tanah terbenam dalam kerangka interaksi yang diketahui mempengaruhi kebugaran tanaman dan kualitas tanah; dengan demikian, stabilitas dan produktivitas AES dan ekosistem alami ditingkatkan. Kebutuhan global untuk meningkatkan produktivitas pertanian dari penurunan dan degradasi sumber daya lahan yang terus terjadi telah memberikan tekanan yang signifikan pada agroekosistem yang rapuh. Oleh karena itu, perlu untuk mengadopsi strategi untuk mempertahankan dan meningkatkan produktivitas pertanian dengan menggunakan praktik-praktik input tinggi. Peningkatan keberlanjutan pertanian membutuhkan penggunaan dan pengelolaan kesuburan tanah dan sifat fisik tanah yang optimal dan bergantung pada proses biologis tanah dan keanekaragaman hayati tanah. Penting untuk memahami perspektif keanekaragaman mikroba dalam konteks pertanian yang penting dan berguna untuk mendapatkan ukuran yang dapat bertindak sebagai indikator kualitas tanah dan produktivitas tanaman. Pertanian berkelanjutan saat ini harus menghadapi ancaman serius yang membahayakan ketahanan pangan bagi populasi manusia yang terus bertumbuh, yang semuanya diperparah oleh perubahan iklim. Beberapa di antaranya adalah hilangnya lahan yang dapat digunakan karena penggunaan yang berlebihan, penggundulan hutan, dan praktik irigasi yang buruk, yang menyebabkan penggurunan dan salinisasi tanah, terutama di lahan kering. Pendekatan yang saat ini sedang dilakukan untuk menghadapi situasi ini adalah dengan mengembangkan tanaman yang toleran terhadap stres, misalnya dengan modifikasi genetik atau pemuliaan sifat-sifat dari tanaman liar. Rekayasa genetika telah diusulkan sebagai solusi untuk masalah ini melalui perbaikan tanaman secara cepat. Modifikasi genetik tanaman telah menimbulkan keprihatinan publik yang besar terkait potensi ancaman terhadap lingkungan dan kesehatan masyarakat. Sebagai konsekuensinya, undang-undang di beberapa negara telah membatasi penggunaannya di bidang pertanian. Di sisi lain, perpustakaan eksotis dari tanaman liar untuk pemuliaan tanaman yang cerdas dapat mengatasi masalah variabilitas genetik yang menyempit dari tanaman unggul saat ini. Pemuliaan tanaman yang didorong oleh penanda seleksi juga merupakan terobosan besar. Namun, pendekatan-pendekatan ini hanya mencapai keberhasilan yang terbatas, mungkin karena toleransi terhadap stres melibatkan proses-proses yang kompleks secara genetis dan mekanisme ekologis dan evolusioner yang bertanggung jawab terhadap toleransi stres pada tanaman belum terdefinisi dengan baik. Kontaminasi logam berat dalam tanah merupakan salah satu masalah lingkungan utama di dunia, yang menimbulkan risiko signifikan terhadap kesehatan masyarakat dan ekosistem. Oleh karena itu, pengembangan strategi remediasi untuk tanah yang terkontaminasi logam menjadi sangat penting untuk konservasi lingkungan dan kesehatan manusia. Fitoremediasi menawarkan manfaat yang jauh lebih besar daripada teknologi konvensional untuk mengakumulasi logam berat dari tanah karena lebih murah dan lebih aman bagi manusia dan lingkungan. Namun, pertumbuhan yang lambat dan biomassa tanaman yang rendah pada tanah yang terkontaminasi logam berat dapat membatasi efisiensi fitoremediasi. Hal ini mendorong kami untuk mengeksplorasi kemungkinan meningkatkan biomassa akumulator logam menggunakan bakteri sebagai bioinokulan pemacu pertumbuhan tanaman. Bakteri yang dapat menghasilkan IAA, siderofor, dan ACCdeaminase mampu menstimulasi pertumbuhan tanaman; menurunkan tingkat etilen dengan mengkonsumsi ACC, prekursor langsung etilen pada tanaman yang tumbuh dengan adanya logam berat; dan membantu tanaman mendapatkan zat besi yang cukup untuk pertumbuhan yang optimal. Sebagian besar logam berat memiliki mobilitas yang rendah di dalam tanah dan tidak mudah diserap oleh akar tanaman. Akar tanaman dan mikroba tanah serta interaksinya dapat meningkatkan ketersediaan hayati logam di rizosfer dan mengarah pada adaptasi inang terhadap lingkungan yang berubah. Penekanan patogen oleh mikroorganisme antagonis dapat terjadi melalui satu atau beberapa mekanisme, tergantung pada antagonis yang terlibat. Efek langsung pada patogen meliputi kompetisi untuk kolonisasi atau tempat infeksi, kompetisi untuk sumber karbon dan nitrogen sebagai nutrisi dan sinyal, kompetisi untuk zat besi melalui produksi senyawa penambat besi atau siderofor, penghambatan patogen oleh senyawa antimikroba seperti antibiotik dan HCN, degradasi faktor perkecambahan patogen atau faktor patogenisitas, dan parasitisme. Efek-efek ini dapat disertai dengan mekanisme tidak langsung, termasuk peningkatan nutrisi tanaman dan kompensasi kerusakan, perubahan anatomi sistem perakaran, perubahan mikroba di rizosfer, dan aktivasi mekanisme pertahanan tanaman, yang mengarah pada peningkatan ketahanan tanaman. Saat ini, telah diketahui bahwa beberapa tanah secara alami menekan beberapa patogen tanaman yang ditularkan melalui tanah termasuk Fusarium, Gaeumannomyces, Rhizoctonia, Pythium, dan Phytophthora. Meskipun penekanan ini berkaitan dengan fitur fisikokimia dan mikrobiologi tanah, di sebagian besar sistem, elemen biologis merupakan faktor utama dalam penekanan penyakit, dan topik "pengendalian biologis patogen tanaman" mendapatkan kelayakan dalam konteks isu-isu berkelanjutan. Kelompok mikroorganisme yang memiliki sifat antagonis terhadap patogen tanaman sangat beragam, termasuk prokariota dan eukariota yang berasosiasi dengan tanaman. Di antara prokariota, berbagai macam bakteri seperti Agrobacterium, Bacillus spp (misalnya B. cereus, B. pumilus, dan B. subtilis), Streptomyces, dan Burkholderia telah terbukti menjadi antagonis yang efektif terhadap patogen tular tanah. Bakteri yang paling banyak dipelajari sejauh ini dalam kaitannya dengan biokontrol adalah Bacillus spp. dan Pseudomonas spp, yaitu P. aeruginosa dan P. fluorescens, yang mungkin termasuk di antara bakteri pengkolonisasi akar yang paling efektif. Pertanian berkelanjutan memiliki sejarah panjang dalam penelitian yang bertujuan untuk memahami bagaimana meningkatkan efektivitas simbion akar, yaitu rhizobia dan mikoriza. Sebuah pendekatan yang menjanjikan telah digunakan untuk memahami bagaimana seleksi alam mengatur perubahan dalam interaksi mutualistik. Pengetahuan deskriptif tentang proses evolusi dasar dapat digunakan untuk mengembangkan praktik manajemen pertanian yang mendukung simbion yang paling efektif. Interaksi yang saling menguntungkan antara tanaman dan mikroorganisme rizosfer yang terkait ada di mana-mana yang penting untuk fungsi ekosistem. Fiksasi nitrogen simbiosis oleh bakteri, misalnya Rhizobium, Bradyrhizobium, Mesorhizobium, Mesorhizobium, Sinorhizobium, dan Azorhizobium spp, yang secara kolektif dikenal sebagai rhizobia atau oleh Frankia spp. merupakan masukan N utama ke banyak ekosistem alami dan pertanian dalam bintil akar kacang-kacangan atau tanaman aktinorhizal. Selain itu, jamur mikoriza memasok tanaman inang mereka dengan nutrisi mineral, yaitu P, dan manfaat lainnya. Beberapa mikroorganisme rizosfer menyebabkan infeksi parah pada akar, dan yang disebut patogen akar ini dapat ditekan oleh Pseudomonas fluorescens setelah kolonisasi akar sehingga meningkatkan kesehatan tanaman. Eksploitasi simbiosis tanaman-jamur muncul sebagai alternatif cerdas untuk adaptasi tanaman karena jumlahnya yang banyak, keberadaannya di mana-mana, keanekaragamannya, dan berbagai fungsi ekologis yang mereka mainkan dalam ekosistem alami. Penelitian terbaru menunjukkan bahwa mikroba simbiosis sangat penting dalam distribusi komunitas tanaman di seluruh dunia dan bertanggung jawab atas adaptasi mereka terhadap lingkungan di bawah tekanan yang sangat selektif. Hal ini menunjukkan bahwa beberapa mikroba memberikan toleransi terhadap tekanan tertentu dan bertanggung jawab atas kelangsungan hidup tanaman pada lingkungan yang mengalami kondisi tertentu. Toleransi stres yang diberikan oleh simbiosis adalah fenomena spesifik habitat, yang telah didefinisikan sebagai simbiosis yang beradaptasi dengan habitat yang memberikan toleransi terhadap panas tetapi tidak terhadap garam dan mikroba simbiosis pesisir yang memberikan toleransi terhadap garam tetapi tidak terhadap panas. Spesies jamur yang sama yang diisolasi dari tanaman di habitat tanpa tekanan garam atau panas tampaknya tidak memberikan toleransi terhadap tekanan ini. Saat ini diperkirakan bahwa setiap tanaman di ekosistem alami terdiri dari komunitas organisme, termasuk mikoriza dan bakteri. Kemampuan jamur simbiotik untuk memberikan toleransi terhadap stres dapat memberikan strategi baru untuk mengurangi dampak perubahan iklim global pada pertanian dan komunitas tanaman alami. Gaya hidup simbiosis semacam itu mengandaikan sumber potensial untuk peningkatan tanaman pangan melalui adaptasi mereka terhadap situasi meningkatnya penggurunan dan kekeringan pada lahan tanaman global. Oleh karena itu, hal ini muncul sebagai alternatif yang berkelanjutan untuk penggunaan organisme yang dimodifikasi secara genetik, yang di sisi lain tidak memberikan hasil yang diharapkan. Terakhir, mikroorganisme yang berasosiasi dengan tanaman dapat memainkan peran penting dalam memberikan ketahanan terhadap tekanan abiotik. Organisme ini dapat mencakup rhizoplankton dan bakteri simbiotik serta jamur yang bekerja melalui berbagai mekanisme seperti memicu respons osmotik dan induksi gen baru pada tanaman. Pengembangan varietas tanaman yang toleran terhadap stres melalui rekayasa genetika dan pemuliaan tanaman merupakan hal yang penting namun membutuhkan waktu yang lama, sedangkan inokulasi mikroba untuk meringankan stres pada tanaman dapat menjadi pilihan yang lebih hemat biaya dan ramah lingkungan serta tersedia dalam jangka waktu yang lebih singkat. Mengambil petunjuk yang tersedia saat ini, penelitian terpadu di masa depan diperlukan di bidang ini, terutama pada evaluasi lapangan dan penerapan organisme potensial. Kami percaya bahwa tanaman asli dapat bertahan dan berkembang di ekosistem yang mengalami tekanan karena adanya organisme endosimbiotik yang telah berevolusi dan sangat penting untuk adaptasi mereka terhadap perubahan lingkungan. Pertumbuhan dan perkembangan tanaman tidak dapat dijelaskan secara memadai tanpa mengetahui interaksi mikroba. Kita perlu menentukan sejauh mana asosiasi mikroba dalam kerajaan tanaman. Pertanyaan ini hanya akan terjawab seiring dengan berkembangnya teknologi untuk mendeteksi keberadaan mereka di dalam jaringan tanaman. Apa yang telah kita pelajari adalah bahwa ada kebutuhan untuk memahami bagaimana tanaman dan mikroba berkomunikasi dalam hubungan endosimbiotik ini dan bagaimana mereka mengatur fungsi genetik dan fisiologis dasar. Oleh karena itu, dalam buku ini, para editor mengumpulkan penelitian yang dilakukan oleh para peneliti dalam tiga bagian dengan deskripsi yang rumit terkait dengan "interaksi tanaman-mikroba untuk pertanian berkelanjutan."

Availability

No copy data

Detail Information
Series Title
-
Call Number
577.85 CHO p
Publisher
Noida, UP, India : Springer.,
Collation
-
Language
English
ISBN/ISSN
978-981-10-2854-0
Classification
577.85
Content Type
text
Media Type
computer
Carrier Type
online resource
Edition
-
Subject(s)
Simbiosis Mutualisme
Specific Detail Info
-
Statement of Responsibility
Other Information
Cataloger
Erwin
Source
https://link.springer.com/10.1007/978-981-10-2854-0
Validator
-
Digital Object Identifier (DOI)
-
Journal Volume
-
Journal Issue
-
Subtitle
-
Parallel Title
-
Other version/related

No other version available

File Attachment
Comments
You must be logged in to post a comment