Deteksi Patogen Pantoea Stewartii Subsp. Stewartii Pada Benih Jagung Dengan Metode Spektroskopi Fourier Transform Infrared (Ftir)

Silfiani, Intan and Prof. Dr. Ir. Abdul Latief Abadi, MS. and Luqman Qurata Aini, SP., MP., Ph.D. and Dr. Kestrilia Rega Prilianti, S.Si., M.Si (2022) Deteksi Patogen Pantoea Stewartii Subsp. Stewartii Pada Benih Jagung Dengan Metode Spektroskopi Fourier Transform Infrared (Ftir). Magister thesis, Universitas Brawijaya.

Abstract

Penyakit layu yang disebabkan bakteri Pantoea stewartii subsp. stewartii merupakan bakteri patogen tular benih, yang dapat menurunkan hasil hingga mencapai 40–100% dengan persentase benih terinfeksi berkisar antara 0,8–72% dan dapat menyebabkan penyakit layu pada tanaman jagung dengan potensi penularan hingga 35%. PCR dan ELISA merupakan metode deteksi yang masih menjadi andalan karena waktu relatif singkat dan lebih efektif dibandingkan dengan metode deteksi berbasis morfologi, walau dengan biaya yang tinggi. Dari alasan tersebut, perlu mencari metode deteksi yang dapat menjadi metode alternatif, dengan biaya yang lebih ringan, preparasi sampel sederhana dan waktu yang singkat. Spektroskopi FTIR merupakan metode yang diterapkan untuk menganalisis bahan organik dan anorganik. Metode analisis komposisi produk dengan FTIR menggunakan sinar infra merah untuk memindai sampel uji dan mengamati struktur kimianya. Sinyal yang dihasilkan di detektor mewakili sidik jari molekuler dari sampel, dan setiap molekul atau struktur kimia menghasilkan sidik jari spektral yang unik. Dimana struktur kimia akan dianalisis dengan memeriksa ikatan dan komposisinya, selain itu gugus fungsional dalam suatu bahan juga dapat ditentukan. Spektroskopi FTIR digunakan untuk analisis gugus fungsional secara kualitatif dalam suatu senyawa kimia penyusun protein, asam lemak, asam nukleat, atau karbohidrat. Berdasarkan banyaknya informasi yang telah diketahui tentang pita spektra yang diperoleh dari spektra FTIR sel hidup, menjadikan spektroskopi FTIR sebagai teknik yang menarik untuk deteksi dan identifikasi patogen. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui apakah metode spektroskopi FTIR dengan analisis PCA dapat mendeteksi P. stewartii subsp. stewartii pada benih jagung, mengetahui sensitifitas metode spektroskopi FTIR dengan analisis PCA dalam mendeteksi P. stewartii subsp. stewartii pada benih jagung, dan mengetahui kemampuan metode spektroskopi FTIR dengan analisis PCA dalam membedakan P. stewartii subsp. stewartii dengan bakteri terbawa benih jagung lainnya. Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Karantina Tumbuhan BBKP Surabaya; Laboratorium Fotokimia Molekuler dan MRCPP Universitas Ma Chung, Malang selama bulan September 2021 sampai dengan Juli 2022. Berdasarkan hasil isolasi bakteri terhadap benih jagung diperoleh 5 spesies bakteri, yaitu B. cereus, E. cloacae, K. cowanii, P. hibiscicola, dan P. dispersa. Dari kelima bakteri hasil isolasi tersebut yang akan digunakan pada uji lanjutan adalah P. hibiscicola dan P. dispersa. Dari hasil analisis pola spektra FTIR terhadap benih jagung sehat, bakteri P. stewartii subsp. stewartii, P. hibiscicola, dan P. dispersa terlihat perbedaan yang jelas, hal ini diperkuat dengan analisis PCA yang menampakkan sebaran-sebaran yang terpisah antara benih jagung sehat dengan 3 bakteri yang diuji. Dari analisis gugus fungsional yang terkandung dalam setiap xi sampel ditemukan perbedaan nilai serapan yang mengindikasikan keberadaan gugus penyusun karbohidrat yang hanya terbentuk pada benih jagung sehat yaitu pada bilangan gelombang 1150 dan 1123 cm-1 yang dianggap sebagai mode peregangan C-O pada karbohidrat, serta 993 cm-1 sebagai C-O ribose. Sedangkan nilai serapan yang hanya terbentuk pada ketiga bakteri yaitu pada bilangan gelombang 1430 cm-1 yang dianggap sebagai tekukan (CH2 ) (polisakarida, selulosa). Pita serapan pada 1514 cm-1 disebabkan oleh vibrasi (C=C) dianalisis sebagai keberadaan struktur karotenoid (pigmen seluler), yang hanya terbentuk pada benih jagung. Indikator gugus penyusun lipid, yaitu pada bilangan gelombang 3008 cm-1 dianggap sebagai vibrasi asimetrik (=C-H), lipid, asam lemak, dimana nilai serapan tersebut tidak terbentuk pada ketiga bakteri yang diuji. Sedangkan sinyal pada titik 970 cm-1 yang dianggap sebagai mode peregangan simetris monoester fosfat dianionik dari protein terfosforilasi atau asam nukleat seluler, hanya terbentuk pada pola spektra FTIR dari bakteri tetapi tidak terbentuk pada benih jagung sehat. Berbeda halnya dengan indikator gugus fungsional penyusun protein, yang diwakili gugus amida. Nilai serapan yang terbentuk hanya pada benih jagung sehat adalah pada bilangan gelombang 1696 cm-1 sebagai vibrasi frekuensi tinggi dari b-sheet antiparalel amida I, dan 1250 cm-1 sebagai amida III. Sedangkan nilai serapan yang hanya terbentuk pada ketiga bakteri adalah pada bilangan gelombang 1717 cm-1 sebagai amida I. Pengujian spektroskopi FTIR terhadap benih jagung yang terinfeksi bakteri P. stewartii subsp. stewartii dengan konsentrasi 3 x 105 CFU/g sesuai referensi, terlihat pola spektra yang serupa dengan pola spektra benih jagung sehat. Tetapi pada analisis PCA terlihat sebaran yang terpisah antara benih jagung terinfeksi dengan benih jagung sehat. Sedangkan pada benih jagung terinfeksi dengan konsentrasi dibawah 500 CFU/gr, pola spektra yang terbentuk juga serupa dengan pola spektra benih jagung sehat, dan analisis PCA tidak dapat terpetakan dengan baik, atau dengan kata lain sebaran tidak teratur. Uji konfirmasi menggunakan metode PCR dengan pasangan primer HRP1D dan HRP3C, pada hasil elektroforesis menunjukkan pita DNA di 889bp, yang menandakan keberadaan bakteri P. stewartii subsp. stewartii. Metode spektroskopi FTIR dengan analisis PCA dapat mendeteksi P. stewartii subsp. stewartii pada benih jagung, pada konsentrasi rekomendasi 3x10 5 CFU/g. Metode spektroskopi FTIR dengan analisis PCA dapat membedakan P. stewartii subsp. stewartii dengan bakteri terbawa benih jagung, yaitu P. dispersa dan P. hibiscicola.

English Abstract

Wilting disease caused by the bacterium Pantoea stewartii subsp. stewartii is a seed-borne pathogenic bacteria, which may diminish yields by up to 40–100% with the percentage of infected seeds ranging from 0.8–72% and can cause wilt disease in corn plants with a transmission potential of up to 35%. PCR and ELISA are detection methods that are still the backbone since they are relatively quick in time and more successful than morphological-based detection methods, albeit they are at a high cost. For these reasons, it is vital to create a detection method that may be an alternate method, with cheaper costs, easy sample preparation and quick time. FTIR spectroscopy is a method applied to analyze organic and inorganic materials. The product composition analysis method using FTIR uses infrared rays to scan test samples and observe their chemical properties. The signal generated at the detector represents the molecular fingerprint of the sample, and each molecule or chemical structure produces a unique spectral fingerprint. Where the chemical structure will be analyzed by examining the bonds and their composition, in addition the functional groups in a material can also be determined. FTIR spectroscopy is used for qualitative analysis of functional groups in a chemical compound that makes up of proteins, fatty acids, nucleic acids, or carbohydrates. Based on the amount of information that is known about the spectral bands obtained from FTIR spectra of living cells, FTIR spectroscopy is an attractive technique for the detection and identification of pathogens. The purpose of this study was to determine whether the FTIR spectroscopy method with PCA analysis could detect P. stewartii subsp. stewartii on corn seeds, knowing the sensitivity of the FTIR spectroscopy method with PCA analysis in detecting P. stewartii subsp. stewartii on corn seeds, and to determine the ability of the FTIR spectroscopy method with PCA analysis in distinguishing P. stewartii subsp. stewartii with other corn seed-borne bacteria. The research was conducted at the Plant Quarantine Laboratory of BBKP Surabaya; Molecular Photochemistry Laboratory and MRCPP Ma Chung University, Malang from September 2021 to July 2022. Based on the results of bacterial isolation on corn seeds, 5 bacterial species were obtained, namely B. cereus, E. cloacae, K. cowanii, P. hibiscicola, and P. dispersa. Of the five isolated bacteria that will be used in the follow-up test are P. hibiscicola and P. dispersa. From the results of the analysis of the FTIR spectral signature on healthy corn seeds, the bacteria P. stewartii subsp. stewartii, P. hibiscicola, and P. dispersa showed differences, this was confirmed by PCA analysis which showed separate distributions between healthy corn seeds and the 3 bacteria tested. From the analysis of the functional groups contained in each sample, it was found that differences in absorption values indicated the presence of carbohydrate constituent groups which were only formed in healthy corn seeds, namely at wave numbers 1150 and 1123 cm-1 which were considered as C-O stretching modes in carbohydrates, and 993 cm-1 as C-O ribose. Meanwhile, the absorption value that was only formed in the three bacteria was at wave number 1430 cm-1 which was considered as bending (CH2 ) (polysaccharide, cellulose). The absorption band at 1514 cm-1 caused by vibration (C=C) was analyzed for the presence of carotenoid structures (cellular pigments), which are only formed in corn seed. The indicator for lipid constituent groups, namely at wave number 3008 cm-1 , is considered as asymmetric vibration (=C-H), lipids, fatty acids, where the absorption value does not form in the three tested bacteria. Whereas the signal at point 970 cm-1 which is considered as a symmetrical stretching mode of dianionic monoester phosphate from phosphorylated proteins or cellular nucleic acids, is only formed in the FTIR spectral signature of bacteria but not formed in healthy maize seeds. Unlike the case with indicators of functional groups making up proteins, which are represented by amide groups. The absorption values formed only in healthy corn seeds were at wave numbers 1696 cm-1 as high-frequency vibrations of the antiparallel ß-sheet of amide I, and 1250 cm-1 as amide III. Meanwhile, the absorption value that was only formed in the three bacteria was at wave number 1717 cm-1 as amide I. FTIR spectroscopic testing of corn seeds infected with P. stewartii subsp. stewartii with a concentration of 3 x 105 CFU/g, the spectral signature is similar to that of healthy corn seeds. However, when PCA analysis was performed, it was seen that there was a separate distribution between infected and healthy corn seeds. Meanwhile, in infected corn seeds with concentrations below 500 CFU/gr, the spectral signature formed were also similar to those of healthy corn seeds, and PCA analysis could not be mapped properly, or the distribution was irregular. Confirmation test using the PCR method with primer pairs HRP1D and HRP3C, the electrophoresis results showed DNA bands at 889bp, which indicated the presence of P. stewartii subsp. stewartii. FTIR spectroscopy method with PCA analysis can detect P. stewartii subsp. stewartii on corn seed, at the recommended concentration of 3x105 CFU/g. FTIR spectroscopy method with PCA analysis can discriminate P. stewartii subsp. stewartii from corn seedborn bacteria, specifically P. dispersa and P. hibiscicola.

Item Type:	Thesis (Magister)
Identification Number:	0422020068
Uncontrolled Keywords:	P. stewartii subsp. stewartii, Bakteri, Deteksi, Spektroskopi FTIR, Lipid, Amida, Karbohidrat, P. stewartii subsp. stewartii, Bacteria, Detection, FTIR Spectroscopy, Lipids, Amides, Carbohydrates
Subjects:	300 Social sciences > 338 Production > 338.1 Agriculture
Divisions:	S2/S3 > Magister Sosiologi, Fakultas Pertanian
Depositing User:	Nur Cholis
Date Deposited:	05 Apr 2023 03:10
Last Modified:	05 Apr 2023 03:10
URI:	http://repository.ub.ac.id/id/eprint/197992

Text (DALAM MASA EMBARGO) Intan Silfiani.pdf Restricted to Registered users only until 31 December 2024. Download (19MB)

Actions (login required)

View Item