Kehilangan hasil panen di seluruh dunia sebagian besar disebabkan oleh penyakit tular tanah. Produktivitas tanaman global dipengaruhi oleh penyakit yang disebabkan oleh patogen tanaman, mengakibatkan kehilangan hasil 20-40 persen pada berbagai tanaman serealia dan legum setiap tahun.
Selama musim pertanian 2016-17, 57, 000 metrik ton pestisida sintetis digunakan di India untuk melindungi dari patogen tanaman dan hama serangga. Namun, biopestisida hanya menyumbang 6340 metrik ton.
Mirip dengan resistensi herbisida gulma , banyak organisme resisten pestisida telah muncul karena penggunaan pestisida yang berkelanjutan di pertanian modern dan adanya residu pestisida dalam sayuran, biji-bijian, dan sereal juga menimbulkan bahaya besar bagi kesehatan manusia.
pestisida yang digunakan untuk memerangi penyakit tanaman mempengaruhi serangga alami yang bermanfaat, kesuburan tanah dan mikrobiota tanah merugikanKhatoon et al., 2020
Lebih jauh, pestisida kimia dan pupuk digunakan dengan cara yang tidak diatur dan tidak pandang bulu menyebabkan pencemaran tanah, air, dan udara, serta penurunan fauna dan mikroflora tanah. Untuk mengendalikan penyakit tular tanah di seluruh dunia, sejumlah besar uang dihabiskan untuk pestisida sintetis. Karena efek merugikan dari bahan kimia sintetis pada lingkungan, pendekatan alternatif untuk pengendalian penyakit tanaman sedang dieksplorasi lebih dan lebih.
keasaman tanah karena bahan kimia yang kuat ini juga berubah
Slepetiene dkk., 2020
*Wajib Dibaca :Jenis tanah
Kegiatan antropogenik bertanggung jawab untuk menyebabkan kerusakan ekologi dan menghalangi kesehatan tanah, akhirnya menghabiskan aset tak terbarukan. Oleh karena itu, penting untuk mengadopsi berbagai cara yang ramah lingkungan. Dalam keadaan sekarang, pertanian berkelanjutan sangat penting karena menawarkan kapasitas untuk memenuhi tidak hanya kebutuhan kita saat ini tetapi juga memastikan masa depan yang sehat, sesuatu yang tidak dapat diwujudkan melalui praktik agraria konvensional yang merugikan Santoyo dkk., 2017
Untuk mengurangi penggunaan pestisida untuk produksi tanaman pertanian, mikroorganisme rizosfer yang bermanfaat dapat dimanfaatkan untuk solusi pertanian berkelanjutan. Dibandingkan dengan pestisida kimia/sintesa tradisional, Biopestisida menawarkan beberapa keuntungan, termasuk 100% biodegradabilitas dan kelarutan dalam air.
Oleh karena itu, biokimia dan mikroorganisme yang berasal dari tumbuhan merupakan alternatif yang lebih aman untuk mengendalikan penyakit tanaman di bidang pertanian.
Apa itu PGPR?
Rhizobakteri pemacu pertumbuhan tanaman yang hidup bebas (PGPR) menjajah akar dan tanah di sekitar tanaman, mendorong pertumbuhan mereka, perkembangan, Dan kesehatan.
PGPR juga dapat diklasifikasikan sebagai agen biokontrol, pupuk hayati, atau biopestisida, tergantung aktivitas/kemampuannya.
Rhizobakteri pemacu pertumbuhan tanaman (PGPR) adalah pemain penting dalam pertanianEtesami dan Maheshwari, 2018
*Wajib Dibaca :Panduan untuk pupuk hayati
PGPR memberikan efek menguntungkannya melalui kemampuan untuk mengendalikan atau mencegah penyebaran organisme perusak yang berdampak negatif terhadap kesehatan dan pertumbuhan tanaman.
Ini membantu dalam kesejahteraan tanaman dengan memperbaiki nitrogen, melarutkan fosfat, mereduksi logam berat, menghasilkan fitohormon (seperti auksin, giberelin, sitokinin dll), mineralisasi bahan organik tanah, pembusukan sisa tanaman, menekan fitopatogen, dll. Dia dkk., 2019
Biokontrol patogen dilakukan oleh PGPR dengan beberapa cara berikut:
1. Beberapa bakteri dapat menjajah ceruk tanaman lebih cepat dan lebih efektif daripada patogen penyebab penyakit. Hal ini pada gilirannya menghasilkan ketersediaan nutrisi yang rendah untuk organisme yang merugikan karena bakteri menguntungkan bersaing untuk mendapatkan nutrisi.
2. Lebih-lebih lagi, beberapa bakteri menghasilkan antibiotik. Antibodi ini adalah senyawa organik yang mematikan bagi organisme penyebab penyakit dalam konsentrasi rendah.
3. Akhirnya, bakteri menginduksi mekanisme resistensi pada tanaman yang disebut Resistensi sistemik yang diinduksi (IRS) . Hal ini memicu produksi metabolit pertahanan yang meningkatkan kemampuan pertahanan tanaman.
Keuntungan dari PGPR
Ada keuntungan tertentu menggunakan PGPR sebagai agen biokontrol dibandingkan senyawa kontrol kimia.
PGPR bermanfaat, mikroorganisme alami. Mereka juga tidak beracun dan aman digunakan. Lebih-lebih lagi, dari segi ekologi, mereka berkelanjutan (jangka panjang).
Lebih-lebih lagi, PGPR memiliki beragam mode aksi, termasuk antibiotik, siderofor, enzim yang mendegradasi dinding sel, bio-surfaktan, dan volatil, serta ketahanan sistemik pada tanaman.
PGPR terhadap cekaman tanaman abiotik dan biotik
Ada berbagai jenis tekanan pada tanaman. Tekanan-tekanan ini secara luas dapat dikategorikan menjadi dua jenis: Stres abiotik dan biotik.
STRES ABIOTIK
Cekaman abiotik dapat ditentukan oleh kondisi lingkungan yang tidak menguntungkan yang mempengaruhi keragaman mikroba dan juga mengubah sifat fisikokimia tanah.
Sebagai bagian dari stres abiotik, ada banyak kondisi yang berdampak buruk pada mikrobioma tanaman dan ekologi di sekitarnya, seperti keracunan logam berat, salinitas, kekeringan, dan banjir.
Logam Berat
Ketika logam berbahaya seperti merkuri, asbes, kadmium, dan agregat timbal dalam tanah, mereka menyebabkan stres tanaman dan sangat mengurangi produktivitas tanaman. Selain berdampak negatif pada pH dan tekstur tanah, agregasi logam secara langsung mempengaruhi beberapa proses biologis di dalam tanah, mengganggu pertumbuhan tanaman.
Kehadiran logam di rizosfer menunda pertumbuhan tanaman dengan mengganggu penyerapan nutrisi.
Meskipun PGPR meningkatkan pertumbuhan dan produktivitas tanaman, itu juga mengatur kontaminan logam tanah melalui berbagai mekanisme dan meningkatkan sifat tanah.
Masalah tersebut dapat diatasi dengan menginokulasi PGPR dengan ketahanan logam. Tanaman dapat secara efektif dilindungi dari cekaman abiotik oleh PGPR dengan induksi Induced Toleransi Sistemik (IST).
A siderofor adalah metabolit mikroba yang membentuk kompleks logam jejak. Ini adalah senyawa dengan berat molekul rendah yang memiliki afinitas besi yang baik. Mikroba memproduksinya saat kekurangan zat besi di dalam tanah. Stres logam secara efektif dilawan oleh siderophores yang dihasilkan oleh mikroba.
Biosurfaktan yang merupakan komposit amfifilik terutama ditemukan pada permukaan mikroorganisme. Mereka meningkatkan toleransi logam jejak dan membantu menghilangkan logam tanah.
Asam organik dengan berat molekul rendah seperti asam oksalat dan asam sitrat diproduksi oleh PGPR. Asam organik ini mengurangi tekanan logam dalam pertanian. PGPR menghasilkan asam anorganik yang dapat mencegah tekanan logam melalui presipitasi.
Zat polimer ekstraseluler (EPS) adalah polimer mikroba homo atau hetero-polisakarida dengan berat molekul berat. Bakteri rizosfer melepaskan polisakarida ekstraseluler seperti lipopolisakarida, polisakarida, peptida larut, dan glikoprotein dan menciptakan area pembatas anion yang membantu dalam pembuangan atau detoksifikasi logam berat melalui biosorpsi.
Tabel berikut menunjukkan bioremediasi PGPR logam berat dalam tanah:
PGPR
Tanaman
Logam
Kondisi budidaya
Peran PGPR
Referensi
Brevundimonas kecil, Alcaligenes faecalis
Skripus mucronatus
Air raksa
rumah hijau
• Peningkatan fitoremediasi • Penurunan toksisitas tanah
Misra dkk., 2016
Basil, stafilokokus, Aerokokus
Prosopis juliflora, Lolium mltiforum
kromium Kadmium, Tembaga, Memimpin dan Seng
Kondisi rumah hijau
• Meningkatkan efisiensi Fitoremediasi • Menoleransi konsentrasi tinggi. dari • Kromium.
Wani dan Khan, 2012
Rhizobium sp., Mikrobakterium sp.
Pisum sativum
kromium (VI)
Kondisi rumah kaca
• Meningkatkan konsentrasi nitrogen pada tumbuhan • Penurunan toksisitas Chromium
Misra dkk., 2016
Basil megatrium
Brassica napus
Memimpin
Di bawah kondisi lapangan
• Penurunan polusi tanah • Total hasil bahan kering tanaman
Reichman, 2014
Bradyrhizobium japonicum CB1809
Helianthus annuus dan Triticuma semangat
Arsenik
Studi pot
• Kelebihan biomassa tanaman • Pertumbuhan dalam kondisi tinggi konsentrasi arsenik
Yavar dkk., 2014
Mesorhizobium huakuii subsp. rengei B3
Tomat Astragalus sinicus
Kadmium
Hidroponik
• Ekspresi gen PCSAT peningkatan kemampuan sel untuk mengikat CD2
Sriprang dkk., 2003
Bacillus subtilis SJ-101
Brassica juncea
Nikel
Eksperimen pot dalam pertumbuhan ruang
• Memfasilitasi akumulasi Nikel.
Zaidi dkk., 2006
Azotobacter chroococcum HKN-5, Bacillus megaterium HKP-1, B. mucilaginosus HKK-1
Brassica juncea
Memimpin, seng
Eksperimen pot di rumah kaca
• Merangsang pertumbuhan tanaman • Tanaman terlindung dari keracunan logam
Wu dkk., 2006
Salinitas
Hal ini merugikan bagi agro-ekonomi untuk memiliki kondisi salinitas. Sebagai hasil dari penggunaan bahan kimia pertanian jangka panjang, garam terakumulasi melalui tanah dari waktu ke waktu, yang mengarah pada masalah salinitas.
Di bawah tekanan salinitas, spesies oksigen reaktif (ROS) termasuk O-2, O2, dan H2O2 merusak sel, yang dikenal sebagai stres oksidatif. PGPR yang mampu menghasilkan komponen enzimatik dan non-enzimatik membantu tanaman bertahan dari tekanan garam. Dengan mengatur kadar H2O2, NS sistem antioksidan enzimatik dan nonenzimatik menetralkan toksisitas tersebut. Tingkat ROS secara rutin dikendalikan oleh enzim seperti katalase dan askorbat peroksidase dan komponen nonenzimatik seperti askorbat.
hasil PGPR ACC (1-aminocyclopropane-1-carboxylate) deaminase, yang melindungi tanaman dari tegangan etilen.
Kekeringan
Faktor utama yang menghambat produktivitas pertanian di seluruh dunia adalah kekeringan. Ketahanan kekeringan mengacu pada kemampuan tanaman untuk bertahan dan bertahan selama kekeringan.
Dengan memodifikasi arsitektur akar yang disebabkan oleh bakteri, total luas akar bertambah , menghasilkan peningkatan penyerapan nutrisi dan air, yang memfasilitasi pertumbuhan secara keseluruhan. Bakteri meningkatkan jumlah rootlets dengan diameter yang lebih kecil dengan kedalaman yang lebih besar, karenanya meningkatkan total luas permukaan sistem akar.
Dengan keberhasilan inokulasi strain PGPR, produktivitas tanaman dapat ditingkatkan dengan mempertahankan pertumbuhan tunas mendekati rata-rata selama stres kekeringan. Karena mengurangi permukaan daun yang dapat diakses dan kehilangan air melalui penguapan berkurang .
Status air tanaman dapat ditentukan dengan mengukur kadar air relatif (RWC) . Tanaman yang diberi PGPR memiliki pengelolaan RWC yang lebih baik daripada tanaman yang tidak diberi PGPR. PGPR dapat mengatur penutupan stomata tanaman di daerah kering dan menghasilkan RWC tanaman yang lebih baik.
Pada tumbuhan, Modifikasi osmotik adalah strategi adaptasi utama untuk mengatasi cekaman kekeringan. Pada tanaman yang mengalami cekaman kekeringan, prolin adalah osmolit yang penting. Tanaman dengan tingkat prolin yang lebih tinggi lebih tahan terhadap kekeringan. Kadar prolin dapat ditingkatkan dengan inokulasi PGPR.
Pertumbuhan dan perkembangan tanaman difasilitasi oleh zat pengatur tumbuh dan fitohormon seperti: sitokinin, asam absisat, giberelin, auksin, asam jasmonic (JA) dan etilena . PGPR mempromosikan pengembangan tanaman yang mengalami kekeringan dengan mengatur fitohormon dan zat pengatur tumbuh.
Banjir
Saat banjir, pertukaran gas dalam sistem akar berkurang> ini menghasilkan akumulasi etilen. Etilen bertanggung jawab untuk mengatur sifat-sifat tanaman yang tahan banjir. Tingkat ACC yang tinggi menyebabkan tingkat oksigen yang lebih rendah dalam sistem akar selama banjir.
Konsentrasi tinggi ACC yang terakumulasi di akar dikurangi oleh ACC deaminase, yang memungkinkan ACC berdifusi keluar dari akar. Mekanisme ini mengurangi kadar etilen selama dan setelah penggenangan.
STRES BIOTIK
Pada tumbuhan, Stres biotik disebabkan oleh organisme hidup, seperti bakteri, virus, jamur, serangga, dan nematoda. Organisme ini mengganggu nutrisi inang, mengakibatkan kematian tanaman. Stres biotik berkontribusi pada kerugian pra dan pasca panen.
Meskipun beberapa mikroba berpartisipasi dalam pengendalian biologis patogen, namun PGPR diketahui menciptakan perlindungan dari banyak penyakit mengikuti berbagai mekanisme termasuk bakteriosin, antibiotik, produksi senyawa organik volatil (VOC), dan lisis melalui enzim ekstraselulerHamid et al., 2021
Bakteriosin
Racun bakteri melawan bakteri alias Bakteriosin adalah sekresi peptida dengan aktivitas antimikroba terbatas. Bakteriosin diproduksi oleh bakteri Gram-negatif (misalnya, colisin ) dan bakteri gram positif (misalnya, nisin ). Dalam kondisi laboratorium, bakteriosin telah terbukti bermanfaat dalam memerangi penyakit bercak bakteri tomat.
Antibiosis
Karena antimikroba mereka, insektisida, antivirus, fitotoksik, sitotoksik, dan sifat antihelmintik, Antibiotik PGPR lebih kuat daripada yang lain. Berbagai macam zat antijamur diproduksi oleh Pseudomonas, termasuk 2, 4 diacetylphloroglucinol (2, 4-DAPG), butirolakton, rhamnolipid, N-butilbenzena sulfonamida.
Produksi VOC
Ada banyak Volatile Organic Compounds (VOC) yang disekresikan oleh PGPR yang merupakan spesialis biokontrol untuk nematoda dan mikroorganisme tertentu. VOC termasuk benzena, sikloheksana, tetradekana, dan 2-(benziloksi)-1-etanamin. HCN merupakan salah satu VOC (dibawa oleh mikroba rizosfer) yang mampu mengendalikan beberapa fitopatogen.
Lisis melalui Enzim Ekstraseluler
PGPR menghasilkan senyawa litik yang memungkinkan tanaman melawan mikroba penyebab infeksi. Rhizobacteria menghasilkan enzim ekstraseluler (kitinase dan -1, 3- glukanase) yang terkait dengan lisis dinding sel. Kitinase dan -1, 3-glukanase adalah senyawa antijamur yang kuat pada sel jamur yang dindingnya terbuat dari kitin dan 1, 4-N-asetil-glukosamin.
Hubungan simbiosis PGPR dan tanaman
Interaksi metabolik antara tanaman dan mikroba diusulkan untuk melibatkan asam amino, gula, asam organik, dan sumber karbon lain yang disediakan oleh tanaman.
Asosiasi metabolik antara tanaman dan rhizomikroba dapat dieksplorasi di ceruk ini.
Metabolit biologis dari mikroorganisme rizosfer sangat penting untuk keberhasilan ekologis. Menurut pola penyerapan substrat mereka, rizomikroba di habitat ini memainkan peran ekologis yang penting.
Banyak strain rhizobakteri berfungsi dengan cara mengeluarkan metabolit baru yang tidak ditemukan dalam sistem akar asli. Karenanya memuji sistem root.
Dengan menambahkan banyak gula, Mikroba tanah berkembang biak dengan cepat, memberikan kesan bahwa karbon dalam tanah berada dalam kapasitas yang terbatas di dalam tanah. Dengan demikian, Hal ini disebabkan bahwa tanaman mengandung banyak tingkat karbon yang berdifusi ke luar melalui beberapa jalur metabolisme.
Meskipun tanaman memperbaiki karbon terutama melalui respirasi, deposisi rizosfer juga melepaskan karbon.
Rhizobacteria menghasilkan metabolit untuk tanaman, tetapi rhizodeposit pada tanaman menghasilkan berbagai metabolit yang menawarkan peluang besar baik untuk menarik dan menghambat strain bakteri tertentu.
Rhizomikroba memasok nitrogen, fosfor, dan besi untuk tanaman dalam bentuk yang dapat digunakan yang penting untuk pertumbuhan tanaman.
Rhizomikroba menghasilkan fitohormon seperti ACC deaminase, sitokinin, dan asam indole-3-asetat yang penting untuk pertumbuhan dan perkembangan tanaman.
Kriteria pemilihan PGPR
Untuk pengembangan formulasi PGPR yang sukses, spesies therhizobacterial harus memiliki karakteristik berikut Jeyarajan dan Nakkeeran, 2000
Meningkatkan pertumbuhan tanaman
Perkalian dalam skala massal harus dimungkinkan
Harus memiliki kompetensi rizosfer yang tinggi
Menunjukkan kemampuan saprofit kompetitif yang tinggi
Mendemonstrasikan cakupan aktivitas yang lebih luas
Kompatibilitas ekologis dengan rhizobakteri lain
Tahan terhadap kondisi stres abiotik (termal, radiasi, pengeringan dan agen pengoksidasi)
Harus ramah lingkungan
PGPR sebagai pupuk hayati
Pupuk hayati adalah formulasi hidup dari mikroba bermanfaat yang membantu menyediakan nutrisi bagi tanaman. Melalui aktivitas biologisnya, itu meningkatkan kesehatan tanah dan dengan demikian mikroflora tanah.
Apakah PGPR sebagai pupuk hayati? Ya. PGPR adalah pupuk hayati .
PGPM merupakan komponen utama dari pupuk hayati ini. PGPM dapat diklasifikasikan menjadi tiga kelompok besar, yaitu, organisme mikoriza arbuskular (AMF), rizobakteri pemaju perkembangan tanaman (PGPR), dan rhizobia pengikat nitrogen.
PGPR telah digunakan di seluruh dunia sebagai pupuk hayati, meningkatkan hasil dan kualitas tanah. Dengan kemungkinan PGPR akan dilakukan, itu bisa mengarah pada berkelanjutan agribisnis .
Pupuk hayati ini tersedia dalam bentuk padat maupun cair, dengan formulasi cair yang ditemukan lebih efektif. Inokulasi akar, inokulasi benih, dan inokulasi tanah adalah tiga jenis utama formulasi cair.
Setelah menerapkan pupuk hayati Burkholderia phytofirmans ke akar Ryegrass, benih, dan tanah, metode inokulasi tanah paling efisien dalam meningkatkan produksi biomassa tanaman, fitoremediasi dan degradasi hidrokarbon Afzal et al., 2013
Kendala PGPR
PGPR memiliki sifat variasi alami yang membatasi penggunaannya. Di bawah kondisi lapangan (sebagai lawan dari kondisi laboratorium terkontrol), sulit untuk memprediksi bagaimana suatu organisme akan berperilaku.
Tambahan, PGPR adalah mikroorganisme hidup, jadi memiliki kemampuan untuk menyebarkannya secara artifisial di lapangan adalah tantangan lain.
Produksi massal secara optimal juga menjadi tantangan. Lebih-lebih lagi, mempertahankan daya tahan dan efisiensi aktivitas biologisnya hingga aplikasi lapangan juga rumit.
Bakteri PGPR tidak dapat hidup lama di tanah, dan seiring waktu pembudidaya perlu melakukan reinokulasi untuk mempertahankan populasi mereka di lapangan.
Contoh PGPR
Apa contoh PGPR?
Berikut ini adalah beberapa contoh PGPR dan perannya dalam rizosfer:
Perwakilan jenis
Peran
Mekanisme yang terlibat
Tanaman yang berpartisipasi
Referensi)
Agrobakteri radiobakteri
Meningkatkan bioproteksi
Antibiotik
-
Mohanram dan Kumar, 2019
Azotobacter kecoa
Membantu dalam biostimulasi
Produksi giberelin
Sereal
Zhang dkk., 2019
Membantu dalam bioproteksi
Siderofor
-
Azospirillum brasilense
Biofertilisasi
Kelarutan fosfat
Jagung (Zea mays), Gandum (Triticum aestivum L.) dan Beras (Oryza sativa)
Lucy dkk., 2004
Bacillus cereus
Meningkatkan bioproteksi
Lipopeptida
Kacang (Phaseolus vulgaris)
Ongena dan Jacques, 2008; Vaikundamoorthy dkk., 2018; Hasami dkk., 2019
