3.bioteknologi pupuk hayati

7/25/2019 3.Bioteknologi Pupuk Hayati

1/56

Bioteknologi Mikroba di Bidang Pertanian

ANGGITA RAHMI H,M.SiJURUSAN BIOLOGI FAKULTAS SAINTEK

UIN SUNAN GUNUNG DJATI BANDUNG

2015


2/56

PENDAHULUAN

10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 2

Membutuhkan Nutrisi

Posfat & Nitrogen

Pupuk

buatan

pencemaran sumber-sumber air

rusaknya struktur tanah perkembangan akar tanaman menjadi tidak

sempurna.

produksi tanaman yang ketergantungan dan

lahan mereka menjadi lebih sukar untuk

diolah.

Pupuk Hayati

(Biofertilizer)

Menyeburkan tanah

Meningkatkan aktivitas mikroorganisme tanah

Meningkatkan daya serap tanah terhadap airMenyediakan hara mineral bagi tanaman

Meningkatkan kualitas dan kuantitas produksi

pertanian

Meningkatkan daya tahan tanaman

Menghasilkan produk sehat dan ramah lingkungan

Menghemat Biaya


3/56

Pupuk Hayati

O Pupuk hayati (biofertilizer) adalah suatu bahanyang berasal dari jasad hidup, khusunyamikroba yang digunakan untuk meningkatkankualitas dan kuantitas produksi suatu tanaman

O Pupuk hayati berbeda dari pupuk kimiabuatan, misalnya urea, TSP dan lain-lain karenadalam pupuk hayati komponen utamanya

adalah jasad hidup yang pada umumnyadiperoleh dari alam tanpa penambahan zatkimia

10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 3


4/56

O

FNCA Biofertilizer Project Group (2006) mengusulkandefinisi pupuk hayati sebagai substans yang mengandung

mikroorganisme hidup yang mengkolonisasi rizosfir atau

bagian dalam tanaman dan memacu pertumbuhan dengan

jalan meningkatkan pasokan ketersediaan hara primer

dan/atau stimulus pertumbuhan tanaman target, bila

dipakai pada benih,permukaan tanaman, atau tanah

misalnya oleh cendawan mikoriza arbuskuler, pelarutan oleh

mikroba pelarut fosfat, maupun perombakan oleh fungi,

aktinomiset atau cacing tanah

10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 4

Bacteria in root

surface

Bacteria in root

surfaceLegume

inoculation

Rhizobium Bacteria


5/56

Sejarah penggunaan PupukO Penggunaan pupuk diperkirakan sudah mulai pada

permulaan dari manusia mengenal bercocok tanam >5.000tahun yang lalu.

O Bentuk primitif dari pemupukan tanah terdapat padakebudayaan tua manusia di negeri-negeri yang terletak didaerah aliran sungai-sungai Nil, Euphrat, Indus, di Cina,Amerika Latin, dan sebagainya.

O Lahan-lahan pertanian yang terletak di sekitar aliran-aliransungai tersebut sangat subur karena menerima endapanlumpur yang kaya hara melalui banjir yang terjadi setiap

tahun.O Bakteri penambat nitrogen rhizobia merupakan pupuk

hayati pertama di dunia yang dikenal dan telahdimanfaatkan lebih dari 100 tahun sejak pertama kalidigunakan untuk menginokulasi benih kacang-kacangan

10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 5


6/56

O Di Indonesia, pupuk hayati dalam bentuk inokulan bakteri

bintil akar telah digunakan untuk menginokulasi kedelai

dalam skala besar pada tahun 1981 di daerah-daerah

transmigrasi (Jutono, 1982 dalam Simanungkalit, T.T).

O Pembuatan inokulan skala laboratorium telah dimulai pada

tahun 1938 di Plantkundige Institut dan Laboratorium Treub

di Bogor.

O Jamur mikoriza adalah sekelompok jamur tanah yang

diketahui dapat berfungsi sebagai pupuk hayati. Sekalipun

keberadaan jamur mikoriza sudah diketahui lebih dari 100

tahun yang lalu, namun penggunaannya sebagai pupukhayati mungkin baru mulai sejak Mosse (1957) mengetahui

peran jamur mikoriza dalam penyerapan fosfor oleh

tanaman. 10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 6


7/56

Jenis Pupuk Hayati yang

umum digunakan1. Penyedia unsur Nitrogen

2. Penyedia unsur Posfat

3. Penyedia faktor pertumbuhan tanaman

10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 7


8/56

Penambat Nitrogen oleh MikrobaO Nitrogen tersedia dalam jumlah yang melimpah

di atmosfer dalam bentuk gas.

O

Nirogen atmosfer diubah melalui serangkaianreaksi, oleh mikrobia prokariot tertentu menjadi

senyawa organik yang dapat digunakan oleh

tanaman untuk mendukung pertumbuhannya.

O Fenomena penambatan nitrogen atmosfer

tersebut dikena sebagai diazotrofi (penambatannitrogen secara biologis)--diazotrof

10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 8


9/56

Mikroba Penyedia Unsur

Nitrogen1. Mikrobia yang hidup bebas

2. Mikrobia yang melakukan simbiotikdengan tanaman

Oleh karena itu dikenal ada dua sistempenambatan nitrogen atmosfer secarabiologis, yaitu :

1. Penambatan nitrogen secara non-

simbiotik2. Penambatan nitrogen secara simbiotik

10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 9


10/56

Mikrobia Penambatan Nitrogen Secara Non

Simbiotik

O Mikroba : bakteri dan alga biru

O Klasifikasi bakteri penambat nitrogen,

dibagi menjadi beberapa kelompok, yaitu :aerob

anaerob

fakultatif anaerob,

10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 10


11/56

O Aerob :

Azotobacter, Azomonas, Beijerincikia,Derxia, Mycobacterium, Azospirilum

O Anaerob :

Clostridium, Desulfovibrio,Cholrobium, dan Chromatium

O Fakultatif anaerob :

Klebsiella, Rhodopseudomonas,

Bacilus, Enterobacter,Rhodopspirilum

10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 11


12/56

Nama Bakteri suhu Ph Sumbangan

Nitrogen

Tanaman

Azotobacter 300C 15-93 kg

N/ha/Tahun

Rumput-

rumputan

Beijerinckia 50 kgN/ha/tahun Akar tebu

Azospirilum > 5,7 20-40

kg/ha

Padi

gandum

tebu

Serealia

10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 12


13/56

Penambatan Nitrogen Secara Non-Simbiotik

O Semua mikroba diazotrof mempunyai suatu

kompleks enzim yang berperan dalam proses

penambatan nitrogen, yaitu pengubahan N2

atmosfer menjadi NH3

O Enzim ini disebut komplek nitrogenes yang tersusunatas dua metalloprotein yaitu molydo-ferro (protein

Mo-Fe) berukuran 240 kD yang berperan sebagai

nirogenes dan protein ferro (protein Fe) berukuran

60kD yang berperan sebagai nitrogenase reduktase.Nitrogenase berperan sebagai katalis dalam reaksi

O N2 + 8H+ + 8e- 2NH3 + H2

10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 13 Komplek Nitrogenes


14/56

O Pada Sianobacteria, reaksi penambatan nitrogenberlangsung dalam heterocyst. Dindingheterocyst mengandung suatu senyawa glikolipidyang dapat menangkap 02 sehingga dapatmembuat suasana di dalamnya menjadi anaerobyang diperlukan dalam proses penambatan

nirogen.O Di dalam sianobakteria lain yang tidak

mempunyai heterocyst, misalnya Lyngbya,Oscillatoria, Plectonema penambatan nirogenberlangsung di dalam sel yang terorganisir

sedemikian rupa sehingga mempunyai kondisianaerob

10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 14


15/56

Bakteri Non Simbiotik


16/56


17/56


18/56

Mikrobia Penambat Nitrogen secara Simbiotik

Hubungan simbiotik tersebut dapat dilakukan

dengan membentuk struktur tertentu pada

tanaman, misalnya dalam bentuk akar, namun

dapat juga dilakukan tanpa membentuk struktur

khusus Contoh : Bakteri Rhizobium dengan legumO Rhizobium famili Rhizobiaceae

O Bradyrhizobium

O Rhizobium leguminosarum

O Rhizobium melilotiO Rhizobium loti

10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 18


19/56

Pembentukan Bintil Akar

O Pengenalan pasangan yang sesuai antara tanaman dengan

bakteri yang diikuti oleh pelekatan bakteri Rhizobium pada

permukaan rambut akar tanaman

O Invasi rambut akar oleh bakteri melalui pembentukan

benang infeksi (infection thread)

O Perjalanan bakteri ke akar melalui benang infeksi

O Pembentukan sel-sel bakteri yang mengalami deformasi,

yang disebut dengan bakteroid di dalam sel akar tanaman

O Pembelahan sel tanaman dan bakteri sehingga terbentuk

bintil akar

10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 19
http://localhost/var/www/apps/conversion/youtube/Root%20nodule%20formation.mp4http://localhost/var/www/apps/conversion/youtube/Root%20nodule%20formation.mp4


20/56

Symbiotic bacteria fix nitrogen in the roots of legumes


21/56
http://localhost/var/www/apps/2015-2016/Pendidikan/Ganjil%202015-2016/Bioteknologi/Root%20Nodule%20Formation%20in%20Leguminous%20plants%20[HD%20Animation].flv


22/56

Actinorhiza


23/56

O Perlekatan pada Rhizobium pada rambut akar

dapat terjadi karena pada oermukaan selRhizobium dan Bradyrhizobiu terdapat protein

pelekat (adhesin) yang disebut richadesin.

O Rhicadesin adalah suatu protein pengikat kalsium

yang berfungsi dalam pengikatan komplek kalsium

pada permukaan rambut akar

O Lectin (phytoaglutonon ) protein yang mengandung

karbohidrat terdapat pada permukaan sel bakteri

maupun ujung rambut akar,berfungsi sebagai

pengenalan dan pengikatan.

10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 23


24/56

O Jika tanaman mati maka bintil akar akan rusak

sehingga bakteri keluar dari sel-sel akar tanaman.Bakteroid tidak mampu membelah lagi, namun

biasanya di antara bakteri yang lepas ada

sebagian sel dorman yang tidak mengalami

perubahan bentuk menjadi bakteroid sehingga sel-sel ini nantinya dapat tumbuh lagi dan

menginfeksi tanaman legum,atau hidup bebas di

alam

10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 24


25/56

Mekanisme Penambatan

Nitrogen di Dalam Bintil Akar

10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 25


26/56

Faktor yang mempengaruhi perkembangan bintil akar

1. Konsentrasi nutrien anorganik

2. Suhu tanah 25-30 0C

3. Intesitas cahaya yang tinggi4. Konsentrasi CO2 tinggi

5. konsentrasi nitrogen dalam tanah tinggi

dapat mengurangi jumlah maupun berat

bintil akar6. Keberadaan lain di dalam rhizosfer

10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 26


27/56

10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 27


28/56

Teknik Dasar Pembuatan Pupuk Hayati

O Komponen dasar pembuatan pupuk hayati

adalah :

1. Mikrobia yang sesuai untuk suatu jenispupuk hayati

2. Medium untuk perbanyakan sel mikrobia

yang akan digunakan

3. Bahan pembawa (carrier) mikrobia dan4. Bahan pengemasan

10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 28


29/56

Produksi Inokulan RhizobiumInokulan Rhizobium merupakan inokulan yang palingbanyak diproduksi dan diaplikasikan. Menurut Keyseret al (1993) Rhizobia yang idela sebagai inokulanadalah sbb :

O Mampu membentuk bintil akar dan menambatnitrogen pada tanaman legum yang menjadiinangnya dan ada pesaing

O Mampu menambat dalam kisaran suhu yang luas

O Tumbuh dengan baik di medium apapaun

O Toleran terhadap cekaman lingkungan

O Mempunyai kestabilan genetik selama penyimpanan

10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 29


30/56

Perbanyakan RhizobiumO Untuk menjaga kemampuan fisiologisnya agar tidak

mengalami penurunan maka Rhizobium harusdiremajakan (disub-kultur) secara berkala

O Rhizobium pada umumnya dipelihara dengan

menumbuhkannya dalam medium padat YEMA (YeastExtract Manitol Agar), yaitu

O a) K2HPO4 0,5 gramb) MgSO4.7H2O 0,2 gramc) Agar agar 20 gramd) NaCl 0,1 grame) Manitol* 10 gram

f) Yeast ekstrak 1 gramg) Air Destilasi 1000ml

*bisa diganti dengan sukrosa atau glukosa

10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 30


31/56

O Perbanyakan bakteri dilakukan dengan menumbuhkan di

medium cair dalam skala volume yang disesuaikan dengan

kapasitas produksi inokulan

O Perbanyakan dengan menggunakan fermentor besar

dengan pengaturan pH, oksigen terlarut, suhu, dan

penggojok.

10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 31


32/56

O Perbanyakan sederhana dengan fermentor

sederhana didalam erlemeyer yang di simpan di atas

shaker yang diatur kecepatannya

O Dengan Medium biphasik adalah medium yang

terdiri dari dua fasa, yaitu padat dan cair, jumlah

biomassa yang dihasilkan menjadi lebih banyak

O Kultur cair Rhizobium yang telah dibuat selanjutnya

dicampur dengan bahan pembawa (carrier material).

10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 32


33/56

Karakteristik Carrier Material

O Mempunyai kemampuan menahan air yang tinggi

O Tidak toksik terhadap mikrobamendukung pertumbuhanmikroba

O Mudah disterilkan

O Murah

O Mempunyai daya lekat terhadap benihO Komposisi seranggam

O pH mudah diatur

O Mudah didegradasi

O Mudah melepaskan mikrobia jika digunakan di tanahO Mudah dicampur dan dikemas

O Contohnya : gambut, lignite, arang, zeolit10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 33


34/56

O Inokulan tersebut dicampur dengan benih kedelai

yang akan ditanam. Percampuran dilakukan padasaat awal penanaman benih di lapangan.

O Formula inkulan pada umumnya 4-6 g inokulan/kg

benih.

10/16/2015BIOTEKNOLOGI 2014/2015 34


35/56

TEKNOLOGI PUPUK HAYATIFUNGI PELARUT FOSFAT


36/56

LATAR BELAKANGP TANAH

P TERSEDIA RENDAH P TERIKAT TINGGI

PEMANFAATAN MIKROBIA PELARUT FOSFAT

FUNGI PELARUT FOSFAT


37/56

TUJUAN

untuk membahas pemanfaatan teknologi pupuk hayati fungi

pelarut fosfat.


38/56

FOSFAT

O Fosfat (P) merupakan unsur haraesensial makro seperti halnya karbon (C)dan nitrogen (N).

O Tanaman memperoleh unsur Pseluruhnya berasal dari tanah atau daripemupukan serta hasil dekomposisi danmineralisasi bahan organik.

O Jumlah P total dalam tanah cukupbanyak, namun yang tersedia bagitanaman jumlahnya rendah.


39/56

O Didalam tanah P berada dalam bentuk P-

organik dan P-anorganik. Bentuk P-

anorganik dalam tanah umumnya berasal

dari pelapukan mineral primer, pemupukan

dan mineralisasi P-organik.


40/56

O Bentuk P-organik berada dalam bentuk

senyawa organik kompleks yang berasal dari

sisa tanaman, hewan dan organisme tanah.

Bentuk ini menyumbang 30-50% P-total

tanah (Paul dan Clark, 1989; Subba Rao,

1977).


41/56

PERKEMBANGAN PENELITIAN FUNGIPELARUT FOSFAT

O Fungi yang berperanan dalam pelarutan fosfat

antara lain:Aspergillus niger, Aspergillus candidus,

Aspergillus awamori, Fusarium, Penicillum,Schlerotium & Phialotobus.

OAspergillus sp dan Pennicillium sp mampu

meningkatkan ketersediaan P 26-40 %, sedangkan

Aspergillus sp sekitar 18 % (Chonkar dan SubbaRao, 1967).


42/56

O Aspergillus nigeryang diteliti oleh Anas et al(1993) dan Lestari (1994) sangat baikdalam meningkatkan P larutan dari media

batuan fosfat, yakni lebih dari 10 kali lipat.O Aspergillus niger dapat meningkatkan P

larut pada tanah ultisol sebesar 30,4 %dibandingkan kontrol.


43/56

O Aspergillus ficum yang diteliti olehPremono (1964)mampu meningkatkanketersediaan P pada tanah sebesar 25 %dan mampu melarutkan bentuk-bentukCa-P dan Fe-P.

O Berdasarkan hasil penelitian Edson(2006),Aspergillus sp. merupakan fungi

pelarut fosfat yang paling efektif dalammelarutkan fosfat.


44/56

Fungi pelarut fosfat(isroi.wordpress.com/.../)
http://isroi.wordpress.com/2008/02/25/isolasi-mikroba-pelarut-fosfat/http://isroi.wordpress.com/2008/02/25/isolasi-mikroba-pelarut-fosfat/


45/56

A = fungi pelarut fosfat

Aspergillus

sp) pada media PDA Potato Dextrose Agar)

B = fungi pelarut fosfat Aspergillus sp) pada media Pykovskaya Agar

C = fungi pelarut fosfat

Aspergillus

sp) dibawah mikroskop pembesaran 400x

Semua strain fungi pelarut fosfat mempunyai koloni berwarna hitam dengan

pertumbuhan yang cepat pada media Potato Dextrose Agar Aspergillus sp)

Nopparat et al. 2007).


46/56

Aspergillus niger


47/56

O Mikroorganisme pelarut fosfat mampu

mengubah senyawa fosfat anorganik tidak

larut menjadi bentuk terlarut yaitu

Aspergillus awamori, Pennicillium digitatum,

Aspergillus niger, scwanniomycetes

occidentalis, Trichoderma viridae,

Penicillium sp., dan Chaetomium sp.


48/56

Kondisi Lingkungan Bagi Pertumbuhan

Fungi Pelarut Fosfat :

O Aspergillus sp dijumpai pada berbagai

habitat dan kondisi lingkungan yangberbeda, dan tahan pada kondisikelembaban rendah dan temperaturekstrim.

O Pennicillium sp dapat tumbuh padatemperatur 22-27 C, tumbuh optimalpada pH netral sampai agak masam.


49/56

TEKNOLOGI PUPUK

HAYATIO Pupuk hayati adalah pupuk yang

mengandung bahan aktif mikroba yangmampu menghasilkan senyawa yangberperan dalam proses penyediaan

unsur hara dalam tanah, sehingga dapatdiserap tanaman.O Penggunaan pupuk hayati bertujuan

untuk meningkatkan jumlahmikroorganisme dan mempercepatproses mikrobiologis untukmeningkatkan ketersediaan hara,sehingga dapat dimanfaatkan olehtanaman.


50/56

O BioPhos mengandung lebih dari satufungsi kelompok mikroba, yaitu mikrobapelarut fosfat (Aspergillus niger),

mikoriza (Glomus).O BioPhos merupakan pupuk mikroba

pelarut fosfat yang dapat mensubstitusisebagian pupuk yang dibutuhkan olehtanaman melalui kemampuannya

melarutkan fosfat yang sukar larutmenjadi tersedia bagi tanaman.


51/56

O Pupuk hayati EMAS (EnchancingMicrobial Activities in The Soils) atauPHE. PHE mengandung mikroba sebagaibahan aktif yang mempunyai peranantersendiri yaitu :Azospirillum lipoverumberupa bakteri penambat N bebas ;

Azotobacter beijerinckiibakteripemantap agregat dan penambat N-bebas,Aeromonas punctata sebagai

bakteri pemantap agregat danAspergillus nigerberupa fungi pelarutfosfat.


52/56

O Goenadi et al. (2000), mengemukakan

bahwa mikroba inokulan yang dikemas

dalam PHE (EMAS) akan menghasilkan

enzim nitrogenase, fosfatase.


53/56

O "Bio-Fosfat" merupakan pupuk hayati yangdapat meningkatkan efisiensi pemupukansampai 50 persen (dari rekomendasi

pemupukan P 100 kg/ha menjadi 50kg/ha).

O Mengandung fungi pelarut fosfat (A.niger)melarutkan P yang tidak tersedia denganmengeluarkan asam organik, dan mikoriza(G.margarita) berfungsi sebagai fasilitatorpenyerapan P.


54/56

KESIMPULAN

O Fosfat merupakan unsur hara makroessensial untuk pertumbuhan tanamankedua setelah N dan merupakan faktor

pembatas dalam produksi tanaman.

O Mikrobia yang berperanan dalampelarutan fosfat adalah jamur antaralain:Aspergillus niger, A. candidus,

Fusarium, Penicillum, Schlerotium &Phialotobus.


55/56

O Mikroorganisme pelarut fosfat mampumengubah senyawa fosfat anorganik tidak larutmenjadi bentuk terlarut yaituAspergillusawamori, Pennicillium digitatum, Aspergillus

niger, scwanniomycetes occidentalis,Trichoderma viridae, Penicillium sp., danChaetomium sp.

O Penggunaan pupuk hayati bertujuan untukmeningkatkan jumlah mikroorganisme danmempercepat proses mikrobologis untukmeningkatkan ketersediaan hara, sehinggadapat dimanfaatkan oleh tanaman.


56/56

TERIMA KASIH

3.bioteknologi pupuk hayati

Documents