Induksi Ketahanan Tanaman Kacang Hijau Terhadap Infeksi Rhizoctonia solani (Khun.) dengan Aplikasi Trichoderma virens

Inayati, Alfi and Prof.Ir. Liliek Sulistyowati,, Ph.D and Luqman Qurata Aini ,, SP.,MP.,Ph.D and Prof. Dr.Ir. Bambang Tri Rahardjo, SU (2020) Induksi Ketahanan Tanaman Kacang Hijau Terhadap Infeksi Rhizoctonia solani (Khun.) dengan Aplikasi Trichoderma virens. Doktor thesis, Universitas Brawijaya.

Abstract

Penyakit tular tanah yang disebabkan oleh Rhizoctonia solani (Khun.) merupakan salah satu pembatas peningkatkan produktivitas tanaman kacang hijau terlebih jika infeksi terjadi pada fase awal pertumbuhan tanaman. Pengendalian yang efektif dan ramah lingkungan menjadi sebuah tantangan yang perlu segera dijawab. Pemanfaatan mikrob berguna yang berada di sekitar pertanaman (indigenus) telah mulai banyak dilakukan dan memberikan hasil yang menjanjikan. Studi tentang mekanisme ketahanan tanaman terhadap infeksi patogen dengan aplikasi T.virens penting dilakukan untuk dapat merumuskan cara-cara pengendalian yang efektif, ramah lingkungan, dan berkelanjutan. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari mekanisme ketahanan terinduksi pada tanaman kacang hijau melalui pendekatan metabolomik. Keseluruhan penelitian untuk mencapai tujuan tersebut terdiri dari empat tahap yang dilaksankan selama dua tahun mulai Desember 2017 sampai dengan November 2019. Penelitian tahap pertama bertujuan untuk mengidentifikasi ketahanan genotipe kacang hijau terhadap infeksi R.solani melalui penapisan genotipe dari koleksi plasma nutfah Balitkabi. Selanjutnya pada tahap kedua dilakukan pengujian secara in vitro untuk mengetahui potensi T.virens dalam mengendalikan R.solani, dan memacu pertumbuhan tanaman. Pada tahap ketiga dilakukan pengujian secara in planta untuk mengetahui aktivitas T.virens sebagai penginduksi ketahanan dan pemicu pertumbuhan. Pada tahap ke empat dilakukan analisis terhadap perubahan senyawa metabolit pada interaksi antara tanaman kacang hijau dengan patogen R.solani dan T.virens Semua genotipe kacang hijau yang diuji termasuk dalam kategori rentan dengan jumlah tanaman mati >51% sehingga perlu dipertimbangkan karakter unggul lainnya seperti kemampuan untuk pulih (recovery), memproduksi polong normal, dan kemudahan memperoleh benih sebagai dasar pemilihan genotipe untuk pengujian selanjutnya. Berdasarkan kriteria tersebut 3 genotipe dipilih yaitu Sampeong mewakili genotipe tahan, Vima 3 mewakili agak tahan, dan MLGV 367 mewakili kriteria rentan. Namun genotipe MLGV 367 tidak digunakan karena sangat rentan dan ketersediaan benih sangat terbatas. Kemampuan semua strain T.virens untuk mengendalikan R.solani secara in vitro cukup tinggi dan mikoparasitisme merupakan salah satu mekanisme penghambatan yang paling dominan. Bentuk mikoparasitisme T. virens yaitu secara langsung melalui kompetisi nutrisi dan ruang dan merusak fisik inang (coiling, lisis, dan destruksi). Secara tidak langsung, mikoparasitisme terjadi melalui produksi enzim-enzim hidrolitik selulase dan kitinase untuk mendegradasi dinding sel inang. Terdapat korelasi positif antara penghambatan pertumbuhan R.solani dengan aktivitas selulase namun tidak berkorelasi dengan diproduksi kitinase. Selain sebagai antagonis, strain T.virens juga mempunyai potensi sebagai pemicu pertumbuhan dengan kemampuannya mensintesis IAA dan menghasilkan enzim pelarut fosfat secara in vitro. Berdasarkan hasil analisis dari kemampuan masing- x masing strain pada uji in vitro diperoleh strain Tv3 yang menunjukkan potensi paling tinggi dan strain Tv4 dipilih untuk pengujian pada tanaman (in planta). Pengujian in planta menunjukkan interaksi antara tanaman kacang hijau dengan R.solani dan T.virens berpengaruh pada akumulasi dan aktivitas enzim-enzim pertahanan serta senyawa pengatur pertumbuhan pada tanaman kacang hijau. Pengaruh positif aplikasi T.virens pada benih kacang hijau untuk meningkatkan ketahan terhadap infeksi R.solani tampak pada kombinasi strain Tv4 dengan Sampeong. Terjadi peningkatan jumlah tanaman yang hidup serta pertumbuhan tanaman pada kondisi terinfeksi dan peningkatkan aktivitas polifenol oksidae, Tyrosine ammonia-lyase pada akar dan kandungan flavonoid meskipun tidak berpengaruh nyata terhadap peningkatan aktivitas peroksidase dan akumulasi senyawa fenolik. Infeksi R.solani meningkatkan aktivitas peroksidase, polifenol oksidase, phenylalanine ammonia-lyase, tyrosine ammonia-lyase dan akumulasi senyawa total fenolik dan flavonoid sebagai respons pertahanannya untuk membatasi perkembangan patogen. Hal yang sama terjadi pada perlakuan benih dengan T.virens secara tunggal dimana aktivitas enzim peroksidase, polifenol oksidase, tyrosine ammonia-lyase, total fenolik dan flavonoid meningkat. Hal ini menunjukkan respon pertahanan tanaman kacang hijau terhadap infeksi R.solani melibatkan aktivitas enzim pertahanan yang kompleks. Tidak tampak dominansi salah satu enzim terhadap respon pertahanan kacang hijau terhadap infeksi R. solani. Aplikasi T.virens berpengaruh positif pada akumulasi senyawa–senyawa pengatur pertumbuhan yaitu IAA sintase dan IAA oksidase, dan meningkatkan kandungan klorofil a pada varietas Sampeong. Infeksi R.solani meyebabkan IAA sintase pada akar Sampeong meningkat namun menurun pada daun. Sebaliknya pada Vima 3 IAA sintase pada akar menurun dan IAA sintase pada daun meningkat dibanding kontrol. Infeksi patogen menyebabkan meningkatnya kandungan klorofil a dan karotenoid pada varietas Sampeong, sebaliknya menurun pada varietas Vima 3. Sedangkan kandungan klorofil b menurun pada Sampeong dan Vima 3 bila dibandingkan dengan kontrol Sebagian besar parameter ketahanan tanaman mempunyai keeratan hubungan yang relatif rendah dengan akumulasi senyawa pengatur pertumbuhan. Mekanisme pertahanan kacang hijau terhadap infeksi R.solani secara langsung melibatkan akumulasi enzim-enzim pertahanan yaitu total fenolik dan flavonoid dan secara tidak langsung dengan meningkatkan pertumbuhan dan kesehatan tanaman melalui sintesis IAA dan meningkatkan aktivitas fotosintesis dengan menjaga jumlah klorofil a, b, dan karotenoid sesuai untuk pertumbuhan yang optimal. Profil metabolomik menunjukkan sebagian besar senyawa metabolit yang teridentifikasi pada akar tanaman kacang hijau merupakan senyawa metabolit primer dari kelompok gula dan karbohidrat, lemak, dan asam amino yang penting sebagai penghasil energi, pengatur pertumbuhan, dan respon ketahanan. Mekanisme ketahanan kacang hijau terhadap R.solani mengikuti jalur asam sikimat dan secara tidak langsung dengan meningkatkan kesehatan tanaman dengan menginduksi biosintesis hormon tanaman diantaranya oleh asam sitrat dan asam butanoat yang mensitesis IBA, meningkatkan kemampuan penyerapan nutrisi dari tanah salah satunya oleh asam malat, dan melalui peningkatan metabolisme karbohidrat dan fotosintesis melalui biosintesis ATP oleh adenosine dan arabinitol.

English Abstract

Soil-borne pathogen caused by Rhizoctonia solani (Khun.) is one of the limiting factors in increasing productivity of mungbean especially when the infection occurs in the early stage of the plant growth. Effective and environmentally safe control is a challenge that needs to be answered immediately. The use of indigenous beneficial microbes around the plantations offering promising results. Study of the mechanism of plant resistance to pathogenic infections through the application of T.virens is important to be able to formulated effective, environmentally safe, and sustainable control methods. This research aimed to study the induced resistance mechanism of mungbean seedling through metabolomics approach. The overall research consists of four stages that carried out for two years from December 2017 to November 2019. The first study was conducted to identifying resistance of mungbean genotypes against R.solani infection through screening of genotypes from Balitkabi germplasm collection. The second study was an in vitro test to determine the potential of T.virens in controlling R.solani, and promoted the plant growth. The third study was carried out to determine T.virens activity as plant growth promoter and induce resistance on mungbean. Finally, the forth stage was an analysis of metabolite changes during mungbean-R.solani-T.virens interactions. All genotypes tested was categorized as susceptible with the number of dead plants more than 51%. For selecting genotypes for further testing, it is needs to be considered other superior characters such as the ability to recover from pathogen infection, produce normal pods, and the ease of obtaining seeds. Based on these criteria, 3 genotypes were selected, namely Sampeong for resistant genotypes, Vima 3 for moderately resistant, and MLGV 367 representing susceptible one. The MLGV 367 genotype then not used for futher study due to it was very susceptible and the seeds availability was very limited. The ability of all T.virens strains to control R.solani in vitro was quite high and mycoparasitism was a dominant mechanism of T.virens in inhibiting R.solani growth. The form of T. virens mycoparasitism was directly through competition of nutrition and space, damaging of host cell (coiling, lysis, and destruction) and indirectly trough the production of hydrolytic enzymes cellulase and chitinase to degrade host cell walls. There was a positive correlation between the inhibitions of R.solani growth with cellulase activity but it does not correlate with chitinase production. Beside its antagonist potential, T.virens strain also prospective as a growth promoter due to its ability to synthesize IAA and produce phosphate solubilizing enzymes in vitro. Based on the commulative results from in vitro test, strain Tv3 and Tv4 were selected for futher testing in plants. In planta testing showed that three way interaction between mungbean-R.solani and T.virens influence on the accumulation and the activity of some defense enzymes and growth promoting compounds present mungbean seedling. The positive effect of T.virens application on mungbean seeds was showed in the xii combination of Tv4 strains with Sampeong, represented by an increase in the number of living plants and plant growth parameters, and the increased activity of polyphenol oxidase, tyrosine ammonia-lyase in roots, as well as flavonoid content. However, it’s not significantly affecting the increase in peroxidase activity and accumulation of phenolic compounds. R.solani infection increases the peroxidase, polyphenol oxidase, phenylanaline ammonia-lyase, and tyrosine ammonia-lyase activity as well as the accumulation of total phenolic compounds and flavonoids as a defense response to limit pathogens development. Similar effects showed when mungbean seed was only treated with T.virens. These result showed that defense response of mungbean against R.solani infection involves activity of complex defense enzymes. There was no domination of certain enzyme on defense response of mungbeans to R. solani infection. T.virens treatment has a positive effect on stimulating the growth promotion compounds namely IAA synthase and IAA oxidase, as well as the increasing of chlorophyll a content in Sampeong variety. On the other hand, R.solani infection causes increases of IAA synthase in Sampeong root but its accumulation was decreases in the leaves. In contrast, IAA synthase in Vima 3 roots was decreased while it was increased in the leaves compared to controls treatment. Pathogen infections cause an increase in chlorophyll a and carotenoid content in Sampeong variety, however it conversely decreasing in Vima 3 variety. Moreover, chlorophyll b content decreases in both Sampeong and Vima 3 compared to control. Most of plant resistance parameters have a relatively low relationship with the accumulation of growth regulating compounds. Mechanism of defense respons of mungbeans against R.solani infection directly involves accumulation of some defense enzymes namely total phenolic and flavonoids and indirectly by increasing plant growth and health through IAA synthesis and increasing photosynthetic activity by maintaining the amount of chlorophyll a, b, and carotenoids therefore they can support the optimal growth. The metabolite profile showed that most of metabolites identified were primary metabolites from sugar and carbohydrate, lipid, and amino acid groups that important as energy sources, growth regulators, and defense responses. It is proposed that mungbeans resistance mechanism to R.solani followed the shykimic acid pathway. T.virens treatment indirectly induce resistance by improving plant health through the induction of plant hormone biosynthesis including citric acid and butanoic acid (IBA), increasing plant capability to absorb nutrients from the soil, and increased carbohydrate metabolism as well as photosynthesis through ATP biosynthesis by adenosine and arabinitol

Item Type: Thesis (Doktor)
Identification Number: 0520040110
Subjects: 600 Technology (Applied sciences) > 632 Plant injuries, diseases, pests > 632.6 Animal pests
Divisions: Fakultas Pertanian > Hama dan Penyakit Tanaman
Depositing User: agung
Date Deposited: 19 May 2022 06:43
Last Modified: 19 May 2022 06:43
URI: http://repository.ub.ac.id/id/eprint/190630
[thumbnail of DALAM MASA EMBARGO] Text (DALAM MASA EMBARGO)
alfi inayati.pdf
Restricted to Registered users only until 31 December 2022.

Download (4MB)

Actions (login required)

View Item View Item