Andri Abdi
[email protected] Pendahuluan
Bakteri pembentuk bintil akar merupakan organisme mikroskopis yang memegang peran penting dalam proses pembentukan bintil akar pada tanaman. Bintil akar adalah struktur khusus yang muncul pada akar tanaman tertentu sebagai bagian dari kerja sama mutualistik antara tanaman dan jenis-jenis bakteri tertentu. Dalam hubungan simbiosis ini, bakteri membantu tanaman dengan penyediaan nutrisi tambahan, sementara tanaman memberikan bakteri tempat tinggal dan karbon melalui proses fotosintesis. Kerjasama ini memberikan manfaat signifikan dalam meningkatkan produktivitas pertanian dan menjaga keseimbangan ekosistem alami.
Bakteri pembentuk bintil akar biasanya tergolong dalam kelompok bakteri Rhizobia. Bakteri ini memiliki kemampuan khusus untuk menginfeksi akar tanaman dan memicu pembentukan bintil akar yang mengandung bakteri tersebut. Proses ini dimulai dengan adanya sinyal kimia yang dikeluarkan oleh tanaman untuk menarik bakteri ke akarnya. Setelah itu, bakteri masuk ke dalam akar tanaman melalui akar-akar kecil dan memulai proses pembentukan bintil akar.
Manfaat utama dari pembentukan bintil akar adalah kemampuan bakteri untuk menangkap nitrogen dari udara dan mengubahnya menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh tanaman, seperti amonia atau senyawa nitrat. Ini meningkatkan ketersediaan nitrogen yang sangat penting bagi pertumbuhan tanaman. Selain itu, bakteri pembentuk bintil akar juga dapat meningkatkan keragaman jenis tanaman yang dapat tumbuh di lahan-lahan yang kekurangan nitrogen, seperti lahan pertanian yang sudah sering ditanami.
Namun, perlu diingat bahwa proses simbiosis ini merupakan interaksi yang kompleks dan rentan terhadap faktor-faktor lingkungan, seperti pH tanah, suhu, dan ketersediaan nutrisi lainnya. Oleh karena itu, pemahaman yang lebih dalam tentang bakteri pembentuk bintil akar dan bagaimana menjaga kemitraan ini dengan baik memiliki peran kunci dalam meningkatkan produktivitas pertanian secara berkelanjutan dan menjaga ekosistem alami.
Dalam artikel ini, kita akan mengeksplorasi lebih lanjut mengenai 2 genus rhizobia yaitu Bradyrhizobium dan Sinorhizobium.
Pembahasan
Bakteri bintil akar atau rhizobia merupakan bakteri rizosfir yang mampu melakukan penambatan nitrogen udara melalui simbiosis dengan tanaman kacang-kacangan, dan secara genetik sangat beragam dan secara fisiologi merupakan kelompok mikroorganisme yang heterogen, oleh karena itu diklasifikasikan sesuai kemampuannya membentuk bintil akar pada sekelompok tanaman dari famili Leguminosae. Klasifikasi ini mengacu pada kelompok ”inokulasi silang”, dimana satu spesies Rhizobium dapat membentuk bintil akar pada semua jenis legum dalam satu kelompok legum. Berdasarkan sequen 16S ribosomal RNA, rhizobia dikelompokkan ke dalam tiga genus, yaitu Rhizobium, Bradyrhizobium dan Azorhizobium (Young et al., 1991; Willems & Collins, 1993; Yanagi & Yamasato, 1993). Selanjutnya Young & Haukka (1996) mengelompokkan rhizobia menjadi lima genus, yaitu Rhizobium, Bradyrhizobium, Azorhizobium, Sinorhizobium dan Mesorhizobium. De Lajudie et al. (1998) menambah satu genus lagi, yaitu Allorhizobium, sehingga jumlahnya menjadi enam genus. Secara umum rhizobia dibedakan atas rhizobia tumbuh lambat (Bradyrhizobium) dan rhizobia tumbuh cepat (Sinorhizobium).
Bradyrhizobium
Genus Bradyrhizobium merupakan rhizobia penghasil basa, membutuhkan waktu 3-5 hari untuk pertumbuhannya dalam medium cair dengan doubling time 6-7 jam. Genus ini termasuk anggota famili Rhizobiaceae, mampu mengikat nitrogen bebas dari udara melalui simbiosisnya dengan tanaman kedelai (Glycine max). Bakteri ini memiliki karakteristik khas untuk genus bakteri bintil akar, yaitu berbentuk batang berukuran 0,5-0,9 x 1,2 x 3,0 µm, bersifat aerobik, Gram negatif, serta tidak membentuk spora. Selnya memiliki flagella pada bagian kutub atau subkutub (Jordan, 1984). Bradyrhizobium sebagai mikroba kemoorganotrof, pada dasarnya dapat menggunakan berbagai karbohidrat, garam-garam mineral dan asam-asam organik (Allen & Allen, 1981).
Bradyrhizobium memiliki koloni berbentuk bundar, berwarna putih, berelevasi cembung, cenderung bertekstur granular, berdiameter tidak lebih dari 1 mm dalam masa inkubasi 5-7 hari pada medium sari khamir manitol (SKM) pada suhu 28o C, dan umumnya resisten terhadap streptomisin, penisilin G, tetrasiklin, viomisin, vancomisin (Jordan, 1984). Koloni Bradyrhizobium yang ditumbuhkan pada medium SKM-merah kongo, setelah inkubasi 7-10 hari pada suhu 28o C dibedakan menjadi tiga tipe, yaitu LM (large mucoid), LW (large watery) dan SD (small dry). Koloni tipe LM berdiameter >1 mm, berlendir, cembung, translusens hingga opag; tipe LW berdiameter lebih dari 1 mm, berair, datar, translusens, cenderung granular dengan tepian tidak teratur; tipe SD berdiameter < 1 mm, cembung, translucens hingga hamper opag. Kebanyakan Bradyrhizobium yang indigenous memiliki tipe LM (Fuhrmann, 1990).
Rhizobia yang dapat menodulasi tanaman kedelai dikenal sebagai Bradyrhizobium japonicum (Jordan 1982), meskipun pada kenyataannya B. japonicum bukan merupakan mikrosimbion tunggal untuk inang ini. Strain lain yang mampu menodulasi tanaman kedelai berupa B. elkanii (Kuykendall dkk, 1992) dan B. liaoningense (Xu dkk., 1995). Kemampuan menodulasi tanaman kedelai oleh B. japonicum lebih tinggi daripada B. elkanii
Gen-gen utama untuk fungsi simbiotik, nodulasi dan penambatan nitrogen pada B. japonicum berada pada kromosom (Barbour dkk., 1992). Disamping itu, B. japonicum juga memiliki plasmid berukuran besar yang dikenal sebagai megaplasmid (Masterson dkk., 1982). B. japonicum memiliki satu kromosom besar dan sirkular berukuran 8.7 Mpb dengan gen-gen simbiotik yang terkluster pada daerah 380 kbp (Kundig dkk., 1993).
Sinorhizobium
Genus Sinorhizobium yang secara in vitro bereaksi asam berhasil diisolasi pada tahun 1982 dari bintil akar kedelai yang dikoleksi di Republik Rakyat Cina (RRC). Strain rhizobia tumbuh cepat tersebut infektif dan efektif terhadap varietas kedelai primitif Peking (P117852.B) (Glycine soja Sieb.), namun sedikit atau tidak efektif terhadap varietas kedelai komersial yang tumbuh di USA. Berdasarkan studi perbandingan dalam hal keperluan hara, resistensi terhadap antibiotik, toleransi terhadap NaCl, profil plasmid, lokalisasi gen-gen untuk aktivitas nodulasi, hibridisasi DNA, dan karakter-karakter lainnya, strain-strain tersebut diusulkan ke dalam spesies baru Rhizobium fredii, dengan dua kemovar fedii dan xinjiangensis (Keyser et al., 1982; Scholla & Elkan, 1984) sehingga dikenal dua spesies S. fredii dan S. Xinjiangensis (Chen et al., 1988). Sinorhizobium pertama kali diusulkan karena adanya beberapa perbedaan antara R. fredii dengan rhizobia lainnya (termasuk R. meliloti) (Chen et al., 1988).
Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Jarvis, Downer & Young pada tahun 1992 antara R. fredii dan R. meliloti memiliki kemiripan, sehingga digolongkan ke dalam genus Sinorhizobium. S. fredii merupakan rhizobia tumbuh cepat yang dapat menodulasi tanaman kedelai. Bakteri ini berbentuk batang berukuran 0,5-0,9 x 1,2 x 3,0 µm, bersifat aerobik, Gram negatif, bereaksi asam pada medium manitol-garam mineral, dan koloninya berbentuk bundar, berelevasi cembung, agak tembus cahaya, lengket, berdiameter 2-4 mm selama masa inkubasi 3-5 hari pada medium SKM suhu 28 oC, berwarna putih opag seperti susu dan umumnya sensitif terhadap streptomisin, penisilin G, tetrasiklin, viomisin, vancomisin (Jordan, 1984; Somasegaran & Hoben, 1994). Jika pada Bradyrhizobium gen-gen utamanya untuk fungsi simbiotik, nodulasi dan penambatan nitrogen terdapat pada kromosom, maka pada Sinorhizobium gen-gen tersebut terdapat pada plasmid. Gen-gen penyandi nitrogenase (gen nif) biasanya terkait dengan gen-gen lain untuk fungsi simbiotik. Pada Sinorhizobium juga didapatkan replikon ekstrakromosomal berukuran besar (megaplasmid) (Burkhardt et al., 1987).
Kesimpulan
- Rhizobia adalah bakteri yang melakukan penambatan nitrogen udara melalui simbiosis dengan tanaman kacang-kacangan, seperti kedelai.
- Rhizobia dikelompokkan ke dalam beberapa genus, termasuk Bradyrhizobium dan Sinorhizobium, yang memiliki karakteristik morfologi dan genetik yang berbeda.
- Bradyrhizobium tumbuh lambat dan umumnya tumbuh dalam bentuk koloni berwarna putih pada medium khusus, sementara Sinorhizobium tumbuh cepat dan membentuk koloni berwarna putih susu.
- Gen-gen yang mengatur fungsi simbiotik, nodulasi, dan penambatan nitrogen dapat terletak pada kromosom atau plasmid tergantung pada genus bakteri rhizobia tersebut.
- Sinorhizobium dulunya dianggap sebagai Rhizobium fredii tetapi kemudian digolongkan ke dalam genus Sinorhizobium karena kesamaan genetik dengan Rhizobium meliloti.
Daftar Pustaka
Allen, O.N. & E.A. Allen. 1981. The Leguminosae. A source book of characteristic, uses and nodulation. The University of Wisconsin Press, Wisconsin.
Barbour, W.M., S.H. Wang, & G. Stacey. 1992. Molecular Genetics of Bradyrhizobium Symbiosis. In Biological Nitrogen Fixation. G. Stacey, R.H. Borris, and H.J. Evans (Eds.). Chapman & Hall Inc., USA.
Burkhard, B., D. Schillik, and A. Puhler. 1987. Physical characterization of Rhizobium meliloti megaplasmids. Plasmid 17:13-25.
Chen, W.X., G.H. Yan, & J.L. Li. 1988. Numerical taxonomic study of fastgrowing soybean rhizobia and a proposal that Rhizobium fredii be assigned to Sinorhizobium gen. nov. Int. J. Sys. Bacteriol. 38:392- 397.
De Lajudie , P., E. Laurent-Fulele, A. Willems, U. Torck R. Coopman, M.D. Collins, K. Kersters, B. Dreyfus, & M. Gilles. 1998. Allorhizobium undicola sp.nov, sp.nov. nitrogen-fixing bacteria that efficiently nodulate Neptunia natans in Senegal. Int. J. Sys. Bacteriol. 48: 1277- 1290.
Fuhrmann, J. 1990. Symbiotic effectiveness of indigenous soybean bradyrhizobia as related to serological, morphological, rhizobitoxine, and hydrogenase phenotypes. Appl. Environ. Microbiol. 56: 224-229.
Jordan, D.C. 1984. Famili III. Rhizobiaceae Conn 1938, 321AL, p. 234-256. In N.R. Krieg & J.E. Holt (Eds.) Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology, vol. 1. The William and Wilkins Co., Baltimore.
Keyser, H.H., B.B. Bohlool, T.S. Hu, & D.F. Weber. 1982. Fast-growing rhizobia isolated from root nodules of soybeans. Science 215: 1631- 1632.
Kundig, C., H. Hennecke, & M. Gottfert. 1993. Correlated physical and genetic map of Bradyrhizobium japonicum 110 genome. J. bacteriol. 175: 613-622.
Kuykendall, L.D., B. Saxena, T.E. Devine, & S.E. Udell. 1992. Genetic diversity in Bradyrhizobium japonicum Jordan 1982 and a proposal for Bradyrhizobium elkanii sp. nov. Canadian J. Microbiol. 38: 501- 505.
Masterson, R.V., P.R. Russel, & A.G. Atherly. 1982. Nitrogen fixation (nif) genes and large plasmid of Rhizobium japonicum. J. Bacteriol. 152: 928-931.
Scholla, M.H. & G. H. Elkan. 1984. Rhizobium fredii sp nov. a fast-growing spesies that effectively nodulates soybeans. Int. J. Sys. bacteriol. 34: 484-486.
Somasegaran, P. & H.J. Hoben. 1994. Handbook for Rhizobia. SpringerVerlag, New York.
Willems, A. & M.D. Collins. 1993. Phylogenetic analysis of rhizobia and agrobacteria based on 16S ribosomal RNA gene sequences. Int. J. Sys. Bacteriol. 43: 305-313.
Xu, L.M., C. Ge, Z. Cui, J. Li, & H. Fan. 1995. Bradyrhizobium liaoningensis sp. nov. isolated from the root nodules of soybean. Int. J. Sys. bacteriol. 45: 706-711.
Yanagi, M. & K. Yamasato. 1993. Phylogenetic analysis of the family Rhizobiaceae and related bacteria by sequencing of 16S rRNA gene using PCR and DNA sequencer. FEMS Microbiology Lett. 107: 115- 120.
Young, J.P.W., H.L. Downer, & B.D. Eardly. 1991. Phylogeny of the phototrophic rhizobium strain BTAil by polymerase chain reactionbased sequencing of a 16S rRNA gene segment. J. Bacteriol. 173: 2271-2277.
Young, J.P.W., H.L. Downer, & B.D. Eardly. 1991. Phylogeny of the phototrophic rhizobium strain BTAil by polymerase chain reactionbased sequencing of a 16S rRNA gene segment. J. Bacteriol. 173: 2271-2277.
