Nama
: Desiani Rizky Saputri
NIM
: 12393
Mata Kuliah
: Mikrobiologi Tanah
Dosen Pengampu
: Donny Widianto
Tanggal
: 24 Maret 2014
I.
Judul Jurnal
: The Importance of Soil Microbiology in Agriculture
Penulis
: C. Bourguignon
Tahun
: 1994
Resume Jurnal
:
Mikrobiologi tanah yang telah lazim digunakan dalam pertanian dunia adalah mikoriza dan Rhizobium spp. Kedua mikrobia tanah ini dapat meningkatkan kesuburan tanah, pertumbuhan tanaman, dan tentu saja berpengaruh pada peningkatan hasil produksi yang diperoleh. Efektivitas pertumbuhan mikrobia tanah tergantung pada faktor iklim dan faktor bahan induk penyusun tanah ataupun batuan penyusun struktur tanah. Di daerah beriklim dingin, pertumbuhan mikroba tanah sangat minim sehingga harus dilakukan perawatan intensif pada budidaya pertaniannya karena mikrobia tanah tidak membawa pengaruh besar atau kurang berperan. Namun sebaliknya, di daerah beriklim tropis, aktivitas mikrobia tanah sangat tinggi sehingga menjadi faktor utama penentu keberhasilan suatu budidaya pertaniannya. Contohnya adalah di Brazil yang memperoleh peningkatan hasil pertanian mencapai dua kali lipat untuk budidaya tanaman padi dan kedelai. Aktifitas mikrobia terjadi secara efektif di lapisan rhizosfer tanah dimana terjadi interaksi antar biota tanah. Teknik inokulasi legume (Rhizobium spp.) untuk fiksasi nitrogen telah ditemukan dan sukses dilakukan pada awal tahun 1900. Namun membutuhkan waktu kurang lebih 50 tahun untuk menguji langsung pada lahan pertanian. Peningkatan yang ditunjukkan dari pengujian ini juga masih belum maksimal. Pada tahun 1950, muncul varietas tanaman baru yang sangat baik akibat penggunaan pupuk p upuk kimia dan pestisida. Hasil pertanian dengan peran Rhizobium spp. meningkat hingga 20%, namun dengan pupuk kimia bisa meningkatkan hingga 100% bahkan lebih. Hal ini menyebabkan petani beralih pada penggunaan pupuk kimia demi peningkatan hasil pertanian yang jauh lebih tinggi. Fenomena ini menyebar luas hingga semua petani di dunia menggunakan cara yang sama. Akibatnya, hingga tahun 1980 terjadi
erosi tanah, degradasi lahan dan kehilangan produktivitas tanah. Selain itu juga penggunaan bahan kimia dalam pertanian menimbulkan pencemaran lingkungan dan mengendapan residu bahan kimia di dalam tanah yang menyebabkan tanah menjadi tidak subur dan tidak produktif. Setelah kejadian tersebut, mulai digalakkan lagi penggunaan mikrobia tanah untuk mengembalikan kesuburan dan produktivitas tanah untuk jangka panjang. Biomassa mikrobia tanah dapat diamati atau diukur dengan cara pengamatan langsung dengan mikroskop (teknik immune-fluorescent), dengan metode penghitungan, pengasapan kloroform, dan ATP. Dari perbandingan metode yang dilakukan oleh Jenkinson and Ladd (1981), ditunjukkan bahwa hasil paling banyak didapatkan dari metode pengasapan kloroform. Disebutkan dalam Tabatabai (1982), salah satu cara pengukuran aktivitas mikrobia tanah yang tepat dan dapat diandalkan yaitu dengan metode pengujian alkaline phosphatase, karena tanaman tingkat tinggi tidak memiliki enzim ini. Enzim alkaline phospatase merupakan enzim yang dikeluarkan langsung dari mikroorganisme yang hidup di dalam tanah. Metode ini didasarkan pada perkiraan kolorimetri dari pelepasan p-nitrophenol saat tanah diinkubasi dengan menggunakan buffer p-nitrophenyl phosphate. Laju pelepasan p-nitrophenol merupakan hasil pengukuran aktivitas alkaline phosphatase. Interpretasi aktivitas mikrobia tanah berhubungan erat dengan sifat kimia dan fisika tanah. Misalnya, ada hubungan erat antara aktivitas phosphatase dengan kandungan lempung tanah, dan antara aktivitas phosphatase dengan kandungan karbon dalam tanah. Dari metode pengujian alkaline phosphatase, didapatkan hasil aktivitas mikrobia yang disebutkan dalam p-nitrophenol yang dilepas per gram tanah kering per jam. Pada hasil pengujian aktivitas mikrobia berdasarkan kedalaman tanah, didapatkan nilai yang semakin lama semakin menurun jika kedalaman tanahnya bertambah. Angka yang diperoleh pada lapisan tanah atas pada hutan lebih tinggi daripada kebun anggur (kedalaman 0-5 cm). hal inidisebabkan karena pada lahan budidaya, kedalaman hingga 5 cm masih terkena efek dari penggunaan pestisida yang mana akan menghambat aktivitas mikrobia tanah. Selain pengujian pada kedalaman tanah, aktivitas mikrobia juga diuji pada tanah kapur dan tanah masam. Secara umum, aktivitas mikrobia lebih tinggi terjadi pada tanah kapur daripada tanah masam, karena tanah kapur memiliki kondisi yang lebih disukai oleh populasi mikrobia tanah. Adanya bahan organik seperti kompos, pupuk hijau dan padang rumput juga mampu meningkatkan aktivitas mikrobia tanah karena tersedia sumber karbon, energi, dan nutrien
untuk tumbuh dan berkembang. Namun pengecualian terjadi pada pupuk babi karena justru dapat menekan aktivitas mikrobia. Pada daerah beriklim dingin aktivitas mikrobia tanah mencapai 3 sampai 10 kali lebih rendah daripada di daerah beriklim tropis. Akibatnya petani daerah dingin terbiasa menggunakan pupuk kimia. Padahal, aktivitas mikrobia tanah mampu menjaga kualitas tanah jangka panjang untuk pertanian berkelanjutan. Dewasa ini, pengukuran biomassa mikrobia dan aktivitas mikrobia memang tidak termasuk standar analisis tanah, namun parameter ini merupakan hal yang paling dasar untuk menganalisis tanah. Untuk menangani “keletihan tanah” juga sangat membutuhkan parameter biologis yang berkaitan erat dengan produktivitas tanah. Dengan keadaan tanah yang sudah digunakan berkali-kali, perlu diingat bahwa mikrobiologi tanah memiliki peran sangat penting sebagai parameter vital untuk analisis tanah demi masa depan.
II.
Judul Jurnal
: Developments in Soil Microbiology Since the Mid 1960s
Penulis
: Heribert Insam
Tahun
: 2001
Resume Jurnal
:
Metode dan pendekatan mikrobiologi tanah mengalami perubahan sejak 1960. Jurnal ini berfokus pada beberapa aspek mikrobiologi tanah. Penelitian menegenai jumlah sel bakteri dan jamur diganti dengan fokus pada proses biokimia dalam tanah. Ahli ekologi berfokus pada biomasa mikrobia tanah sebagai sumber nutrisi penting bagi pertanian. Pendekatan molekuler memungkinkan adanya pengetahuan baru melalui analisa ekstrak DNA tanah yang menunjukkan keragaman genomnya. Dari ulasan ini diketahui masa depan mikrobiologi tanah mulai dari identifikasi bakteri in situ hingga uji komunitas menggunakan teknologi microarray. Ekologi mikrobia, lebih spesifiknya mikrobiologi tanah merupakan subdisiplin ilmu tanah yang terus berkembang. Tiga puluh tahun sejak geoderma diterbitkan adalah rentang waktu lama bagi bidang ilmiah, dan selama itu mikrobiologi tanah berkembang menjadi subdisiplin tersendiri. Ulasan ini bertujuan mengenalkan pentingnya mikrobiologi tanah dan wawasan yang diperoleh dari teknik-teknik baru yang dapat memberikan gambaran untuk perkembangan dan prospek dalam mikrobiologi tanah.
Driven By Methods
Ecology of Soil Microorganism adalah standar referensi yg digunakan ahli mikrobiologi tanah 30 tahun lalu. Sekarang buku mikrobiologi tanah sudah banyak dan dapat digunakan untuk membuka wawasan baru. Dalam mikrobiologi tanah, menghitung mikrobia saja tidak cukup untuk karakterisasi dan fungsi mikrobiologi tanah. Metode umum pencacahan sel hanya menunjukkan sebagian kecil dari jumlah sel mikrobia total dan tidak mengungkapkan aktivitas organisme yang dihitung. Metode ekstraksi dan enumerasi dapat bias dan perbedaan bisa mencapai tiga kali lipat. Meski memiliki kekurangan, metode ini dipilih ahli mikrobiologi tanah untuk memperoleh data kuantitatif. Metode penghitungan digunakan untuk meneliti organisme spesifik dengan memastikan jumlah mikrobia yang berkaitan dengan metode analisis. Dari data tabel 1 diketahui bahwa budidaya di agar plate hanya menunjukkan 1% dari total mikroflora yang dicatat sehingga informasi fisiologi dan taksonominya berkurang. Data ini tidak cukup untuk mengetahui fungsi tanah sehingga perlu dilakukan pengukuran proses seperti aktivitas enzim, fiksasi N dan nitrifikasi atau proses yang tidak spesifik seperti evolusi CO2 dan panas yang dihasilkan. Soil Enzyme
Enzim dalam tanah dapat berupa intra maupun ekstraseluler. Enzim ekstraseluler berfungsi untuk menguraikan molekul organik seperti selulosa dan lignin, sedangkan enzim intraseluler berfungsi untuk memecah molekul yang lebih kecil, seperti gula dan asam amino. Enzim tersebut berasal dari mikrobia tanah dan berkaitan dengan aktivitas mikrobia. Banyak enzim telah diuji pada pengujian tanah, dan metode yang digunakan tergantung pada daur geokimia N, P dan S. Kelemahan dari penggunaan enzim ini adalah tidak mencerminkan aktivitas mikrobia yang sebenarnya, hal ini dikarenakan enzim tersebut dapat berikatan dengan materi organik tanah dan mineral clay. Oleh karenanya, Fisher dan Parkinson menolak penggunaan enzim untuk pengujian aktivitas mikrobia dan juga penentuan kualitas tanah, kecuali enzim dehidrogenase karena sifat biologinya memungkinkan ada di tanah saat kondisi ekstraseluler. Untuk mengatasi masalah tersebut, Beck melaporkan untuk menghitung indeks mikrobia dapat dilakukan melalui biomassa mikrobia reduktase, dan juga aktivitas hidrolase. Namun cara ini tidak popular, usaha lainnya Terasar dan Cepeda menemukan cara untuk mengetahui total N tanah dengan kombinasi biomassa C mikrobia tanah, mineral N, fosfomonoesterase,
b-glukosidase, aktivitas urease. Namun, pendekatan-pendekatan terkait enzim sebagai komponen yang mereka gunakan sebagai pengukur indeks masih kurang. CLPP yang merupakan tipe lain dari pengukuran enzim yang telah dikemukakan oleh Garlan dan Milis. Dalam metode ini kemampuan komunitas mikrobia untuk mendegradasi satu set yang berisi 95 substrat yang berbeda dites dalam pengujian tunggal. CLPP merupakan indikator yang sangat sensitif terhadap gangguan. Kesimpulannya, pengujian enzim tanah termasuk sel pipih adalah parameter yang tidak dapat berdiri sendiri. Fluks
Pengujian enzim tidak dapat digunakan untuk mengestimasi fluks in situ sebagaimana adanya perkiraan potensi dalam penggunaan substrat tertentu pada kondisi optimal. Pengukuran pool dan fluks pada daerah resapan serta seluruh ekosistem menjadi penting bagi mikrobiologi tanah. Pada tahun 1970-an dan 1980-an evolusi CO2 sangat diperlukan untuk pekerjaan mikrobiologi tanah dalam penelitian ekosistem karena CO2 merupakan indeks terbaik untuk aktivitas metabolik kotor dari populasi mikrobia-mikrobia campuran. Organisme biologis pemfiksasi nitrogen merupakan faktor yang ikut menentukan hasil produksi pertanian dan berperan dalam mengatasi kelaparan di dunia. Pemfiksasi nitrogen simbiotik dan non-simbiotik telah dipelajari intensif sejak tahun 1970 dan pentingnya fiksasi nitrogen untuk keberlanjutan pertanian telah ditekankan berulang-ulang. Saat ini, ahli mikrobiologi tanah bekerja pada rekayasa genetika tanaman dan mikroorganisme untuk lebih meningkatkan manfaat organisme pemfiksasi nitrogen. Siklus Nitrogen di alam memegang peranana penting di alam karena unsur N terdapat pada tanah, lautan, dan atmosfer dimana pengaruhnya bersifat global. Nitrogen juga sering digunakan sebagai faktor pembatas bagi aktivitas mikrobia melalui tes mineralisasi N, potensi nitrifikasi, ataupun metode penghambatan asetilena untuk denitrifikasi. Sebagaimana dengan studi siklus C, penggunaan 15
isotop tracer ( N) dapat memberikan rincian alokasi N dalam tanah
ataupun dalam
komunitas mikrobia tanah. Biasanya pengukuran fluks nutrien tidak digunakan di lapangan, melainkan di laboratorium. Menurut Goovaerts (1998), heterogenitas spasial merupakan masalah yang cukup besar dalam mikrobiologi tanah tetapi alat geostatistik telah tersedia untuk menangani masalah ini. Bruckner et al. (1999) mempelajari parameter fisika-kimia dan biologi tanah (respirasi, biomassa mikrobia dan mineralisasi N) dan dideteksi tiga skala berbeda dari
variabilitas spasial di hutan conifer beriklim: (1) pola skala yang baik <1 m karena proses dekomposisi yang terhambat untuk Picea abies, dan proses bioturbasi yang buruk dari cacing tanah, (2) pola mesoscale (1,0-1,5 m), mencerminkan pengaruh dari tiap pohon, dan (3) trend Nmin yang panjang tak terhingga dan kadar air yang terlalu banyak. Perubahan pemadatan bahan induk, karakteristik tekstur variable spasial dan bahan organik tanah berpengaruh kuat pada N biomassa mikrobia. Pools
Biomassa (biomassa akar tanaman dan batang, biomassa fauna) dan kolam organik lain (sampah, bahan organik tanah) merupakan komponen penting untuk memfungsikan suatu ekosistem. Karena kurangnya metode standarisasi yang cocok dan cukup/tepat mikrobiologi
tanah,
biomassa
mikrobia
kolam/pools
lama
terabaikan
dalam atau
terprediksi/terestimasi berdasarkan perhitungan mikrobia. Hal ini berubah saat Jenkinson (1976) mengusulkan/mengemukakan metode untuk penentuan biomassa mikrobia tidak langsung meliputi ekologis dan pemikiran secara mikrobiologis. Gagasan ini ialah untuk membunuh dan melisiskan sel mikrobia dalam sampel tanah dengan fumigasi kloroform. Lalu reinokulasi dengan tanah, respirasi diukur untuk sekitar 10 hari. Dibandingkan terhadap kontrol yang tidak difumigasi, sampel yang telah difumigasi menunjukkan peningkatan produksi CO2 yang ditambahkan ke biomassa C mikrobia yang terbunuh dan terdekomposisi secara berkala. Metode ini dinamakan Fumigasi Inkubasi (FI). Pendekatan secara fisiologi lainnya dikemukakan oleh Anderson dan Domsch (1978), metode Substrate Induced Respiration (SIR). Kedua metode FI dan SIR memiliki kekurangan. Metode FI memerlukan 10 hari dan secara umum tidak cocok untuk tanah asam. Cara lain untuk mengestimasi biomassa P dan N mikrobia telah dikemukakan oleh Brookes dkk. Setelah metode fumigasi kloroform, sampel tanah diekstrak dan biomassa P atau N diukur secara langsung. Metode tersebut juga telah diadaptasi untuk pengukuran biomassa C, dan telah menjadi metode yang plaing sering digunakan unutk penentuan biomasa mikrobia. Metode FE membutuhkan faktor koreksi untuk menganalisis tanah berbeda dan unsur berbeda. Penentuan faktor koreksi ini digunakan untuk analisis rutin. Metode yang berbeda untuk memprediksi biomassa mikrobia sering digunakan seperti yang terungkap dari publikasi baru-baru ini. Ukuran pools/kolam mikrobia terbukti dapat menjadi indikator yang dapat diandalkan terhadap kualitas tanah dan memberikan/menyumbang
pemahaman dari dinamika unsur hara/nutrient, baik untuk jangka lama dan waktu demi waktu. Biomassa mikrobia merupakan parameter kuat yang bisa secara cepat dan reproduktif untuk ditentukan. Ini memberikan perbandingan kasar/kotor dari tanah, dan mencerminkan perubahan menejemen tanah atau akibat polusi. Recent Developments
Percobaan awal di tahun 1970-an untuk membuka black box adalah pemisahan biomassa bakteri dan jamur, sebagai contoh teknik seleksi penghambatan. Pada metode ini pertumbuhan bakteri dan jamur dihambat oleh penambahan antibiotik yang spesifik dan rasio jamur/bakteri dihitung berdasarkan sedikit banyaknya penghambatan yang lebih berhasil adalah penetapan ergosterol di tanah yang masih digunakan untuk perhitungan biomassa jamur. Ergosterol merupakan sterol utama pada kebanyakan Ascomycetes, Basidiomycetes dan fungi imperfecti dan juga indikator dari biomassa fungi. Namun dibantah oleh Ruzica et al., mereka menemukan bahwa faktor konversi biomassa dari penyusun ergosterol pada biomasa fungi menyisakan suatu masalah yang sulit dipahami serta bukan untuk pengukuran biomassa fungi. Terobosan baru penggunaan biomarker untuk karakterisasi adalah Phospholipid fatty acid (PFA), yang ditemukan di membran semua sel hidup dan dapat digunakan untuk penentuan komposisi di komunitas karakterisasi. Bakteri dan fungi dapat dikarakterisasi berdasarkan komposisi lipid. Biomarker memiliki masalah umum pada ekstrasibilitas dan stabilitas yang tidak diketahui dalam tanah. Oleh karena itu, tidak mudah untuk menilai turunan data dari biomarker yang berhubungan dengan sel hidup saja, atau hal tersebut selalu mengandung materi sel mati. Yang paling besar berpengaruh pada stabilitas biomarker adalah suhu, kelembaban dan konidsi lainnya yang berhubungan dengan proses degradasi. Lebih lanjutnya, kondisi fisiologis dari mikroorganisme menentukan kandungan komponen yang berbeda. Untuk lebih jauhnya, karakterisasi komunitas dari penanda dapat diganti dengan pendekatan molekuler. Mikrobiologi Tanah dan DNA
Dalam makalahnya, Torsvik berhasil memperoleh DNA yang cukup murni dari tanah yang memungkinkan untuk dilakukan teknik hibridisasi, dan pada tahun 1990 ditunjukkan dari DNA/DNA hibridisasi bahwa tanah mengandung lebih dari 4000 genom bakteri yang berbeda. Sebagian besar ditemukan dalam faksi yang tidak bisa diisolasi dan dikulturkan
dengan teknik plating yang sederhana. Ada dua prosedur yang dilakukan untuk memperoleh DNA murni dari tanah, yaitu: 1. Sel diekstrak dengan tahap suspensi-sentrifugasi berulang-ulang hingga sel lisis untuk
DNA recovery 2. DNA langsung diekstrak dari tanah setelah sel lisis.
Kelebihan dari metode pertama adalah DNA yang diperoleh lebih murni sedangkan pada cara kedua ekstrasi lebih lengkap yang mewakili komunitas total. Saat ini sebagian peneliti memilih langsung mengekstrak dari tanah karena ada prosedur purifikasi yang sudah ditingkatkan untuk menghindari penghambatan PCR asam humat. Beberapa metode digunakan saat ini untuk mempelajari DNA atau RNA.Ekologi molekuler tanah menggunakan ciri unik dari prokariotik 16srDNA dengan panjang sekitar 1500 pasang basa. Ekstrak DNA dipurifikasi dan diamplifikasi dengan PCR.Primer menentukan wilayah yang diamplifikasi, jadi analisinya bisa memeberikan gambaran kasar atau secara rinci ke komunitas spesifik. Hasil amplifikasi dianalisis dengan gek elektroforesis.Satu dari pendekatan adalah dengan mendenaturasi gradient gel elektroforesis yang mengarahan pada pemisahan amplifikasi berdasrakan GC konten. GC konten lebih rendah akan terdenaturasi lebih cepat. Gen dengan GC konten berbeda menghasilkan ikatan yang berbeda. Patternnya juga berbeda pada komunitas yang berbeda.Jika butuh info lebih rinci, ikatan bisa dipotong, dihilangkan, diklon, disekuens, dan dibandingkan untuk mengetahui database organisme. Hasil menunjukkan banyak sekuens yang terdeteksi tidak cocok/match dengan isolate yang telah diketahui dan mereka mewakili spesies yang tidak terkultur. Kesamaan yang sama juga dikemukakan oleh Schwieger dan Tebbe, menggunakan metode yang disebut single strand conformational polymorphism yang mana superior ketika sekuens berbeda tetapi GC kontennya sama di antara spesies. Metode ini bersifat kualitatif. Metode PCR kuantitatif butuh untuk aplikasi lingkungan. Publikasi terbaru menunjukkan bahwa ilmu tanda dan molekular ekologi sangat berkaitan erat. Salah satu contohnya adalah pertumbuhan tentang lingkungan dan efek kesehatan dari tanaman „gmo‟, khususnya di Eropa Barat. Saxena dan Stotzky mendemonstarasikan bahwa racun insektisida pada eksudat akar di tanaman gmo ( jagung ) terikat sangat kuat dengan material tanah lempung dan akan tahan untuk jangka waktu yang lama. Pelepasan toksin yang tidak terprediksi mungkin menimbulkan kerusakan pada organisme non target. Hal ini
terlihat bahwa enkode DNA untuk toksin ini mungkin menghabiskan materi lempung sperti montmorilonit. dan setelah ekspansi mereka DNA diserahkan rentan terhadap serapan oleh bakteri yang kompeten. Itu terpecahkan jika gen ini, setelah serapan baru, mungkin kemudian membuat gulma resisten. Future Outlook
Prespektif untuk ahli mikrobiologi tanah masih sangat terang dan luas. Khusnya yang berhubungan dengan teknik molekuler yang menawarkan pandangan baru dalam black box soil. Oleh karenanya komposisi komunitas mikrobia dan juga aktivitas mikrobia dapat diteliti bahakan dapat dilokalisasi pada skala mikro.Insitu hibridisasi mampu untuk menunjukkan keberadaan bacteria dan fungi dan juga tempat dimana mereka aktif. Penelitian yang menarik untuk masa depan adalah studi tentang hotspot mikrobia sebagai ikro fauna tanah atau di daerah sekitar permukaan akar. Teknologi microarray akan segera memungkinkan kita untuk menilai keragaman komunitas pada tanah dengan secara langsung membongkar dan hibridisasi oligonukleotida tetap pada membran (Guschin et al., 1997; Ogram, 2000). Tujuan lainnya adalah untuk menghubungkan struktur komunitas dengan fungsi komunitas menggunakan mRNA. Walaupun mRNA tidak memungkinkan karena memiliki siklus hidup yang pendek, tetapi ada beberapa kelebihan. Jika dikombinasikan dengan PCR amplifikasi akan lebih sensitif dibandingkan enzim penguji yang lainnya dan menunjukkan informasi tentang keadaan metabolic saat pengujian. Selain itu juga jika dikombinasikan dengan analisis rDNA akan menunjukkan informasi yang sangat rinci tentang keterlibatan suatu populasi tertentu pada suatu aktivitas metabolik. Habitat mikrobia, peran mikrobia dalam proses tanah, bagaimana kelimpahan dan aktivitas mikrobia dipengaruhi oleh sifat fisik dan kimia tanah. Pengelolaan tanah
bertujuan
untuk
membangun
populasi
mikrobia
yang
diinginkan
seperti
mikroorganisme pendegradasi xenobiotik, pemfiksasi nitrogen, atau antagonis patogen. Pengubahan fungsi tanah dapat pula mengubah mikrobia tanah menjadi sesuai kehendak. Hal ini diharapkan dapat meningkatkan keberlanjutan sistem pertanian pada jangka panjang, pemulihan tanah yang tercemar, dan melindungi ekosistem alam.
