Simbiosis bakteri Rhizobium dan akar tanaman polong polongan

Mengapa hubungan antara bakteri Rhizobium sp. dengan akar tanaman polong-polongan disebut simbiosis mutualisme?

Simbiosis mutualisme adalah hubungan antara dua organisme yang berbeda jenis namun saling menguntungkan satu sama lain. Bakteri 𝘙𝘩𝘪𝘻𝘰𝘣𝘪𝘶𝘮 sp. merupakan bakteri pengikat nitrogen bebas yang hidup di bintil – bintil akar tumbuhan polong – polongan seperti tanaman kedelai. Bakteri 𝘙𝘩𝘪𝘻𝘰𝘣𝘪𝘶𝘮 sp. mengikat nitrogen bebas dan diubah menjadi ammonia (NH3) yang menyuburkan tanaman. Bakteri 𝘙𝘩𝘪𝘻𝘰𝘣𝘪𝘶𝘮 sp. sendiri diuntungkan karena akan mendapatkan nutrisi dan tempat hidup di akar tanaman polong-polongan. Dengan demikian, bakteri 𝘙𝘩𝘪𝘻𝘰𝘣𝘪𝘶𝘮 sp. dengan akar tanaman polong-polongan disebut simbiosis mutualisme karena kedua organisme tersebut saling diuntungkan. Bakteri 𝘙𝘩𝘪𝘻𝘰𝘣𝘪𝘶𝘮 sp. mendapatkan nutrisi dan tempat hidup, sedangkan akar polong – polongan terpenuhi kebutuhan nitrogen nya.

Simbiosis antara bakteri Rhizobium sp dengan akar tanaman kacang kacangan adalah simbiosis mutualisme. Bakteri Rhizobium sp dapat mengikat nitrogen bebas yang kemudian dapat diserap oleh tumbuhan untuk memnuhi kebutuhan nitrogen dalam hidupnya. Sedangkan bakteri Rhizobium sp akan mendapatkan nutrisi dari tumbuhan sebagai timbal baliknya.

Pembahasan

Tanaman polong-polongan dapat menambah kesuburan tanah karena adanya bakteri Rhizobium pada bintil akar. Bakteri Rhizobium leguminosarum memiliki kemampuan untuk menangkap nitrogen bebas dari udara yang dapat digunakan oleh tumbuhan.

Tanaman polong-polongan merupakan jenis tanaman dari suku kacang-kacangan contohnya yaitu kacang tanah, kacang hijau, kacang kedelai, kacang panjang, lamtoro, petai cina dan lain sebagainya. Akar tanaman dari suku kacang-kacangan ini mampu melakukan simbiosis mutualisme dengan bakteri penangkap nitrogen yaitu bakteri Rhizobium leguminosarum. Simbiosis antara bakteri Rhizobium leguminosarum dengan akar tanaman kacang-kacangan akan membentuk bintil-bintil akar pada tanaman kacang-kacangan.

Secara umum, bakteri Rhizobium leguminosarum akan menangkap nitrogen bebas dari udara kemudian nitrogen akan berpindah ke tanah agar dapat diserap oleh tumbuhan. Kadar nitrogen yang tinggi di tanah ini akan menyuburkan tanah. Jika tumbuhan cukup nitrogen, maka tumbuhan akan tumbuh secara maksimal.

Bagi para petani, kesuburan lahan pertanian dapat dikembalikan dengan cara menanam tanaman polong-polongan karena adanya simbiosis bakteri Rhizobium leguminosarum yang bersimbiosis dengan akar tanaman kacang sehingga diharapkan tanah pertanian menjadi kembali subur.

Saat tanah kekurangan unsur nitrogen maka tumbuhan akan mengalami gangguan dalam masa pertumbuhannya sehingga nantinya hasil panen akan menurun. Pada saat ini kebutuhan nitrogen akan tercukupi dengan pemberian pupuk kimia yang justru akan menimbulkan pencemaran air. Nitrogen dan pospat dari pupuk kimia di lahan pertanian akan terbawa oleh sistem irigasi menuju ke sungai atau danau dan menimbulkan eutrofikasi.

Eutrofikasi merupakan gejala penumpukan senyawa organik di perairan sehingga akan muncul blooming alga atau dapat juga blooming tumbuhan air misalnya enceng gondok. Peledakan jumlah alga dan enceng gondok ini akan menyebabkan efek samping yaitu turunnya kadar oksigen di perairan sehingga terjadi kematian hewan air secara missal dan akhirnya nanti akan terjadi pendangkalan pada danau atau sungai.

Dengan kata lain, nitrogen di tanah secara alami dapat dipulihkan dengan cara menanam tanaman polong-polongan secara berkala pada lahan pertanian. Atau dapat menanam tanaman polong-polongan sebagai tanaman peneduh di lahan pertanian misalnya lamtoro. Dengan cara alami tersebut, maka ketersediaan nitrogen di tanah akan selalu tercukupi tanpa menambahkan pupuk kimia yang akan memunculkan efek negatif bagi lingkungan.

Keberadaan nitrogen di alam dapat kita pelajari dalam daur nitrogen seperti berikut ini.

Daur nitrogen merupakan salah satu jenis daur biogeokimia. Nitrogen bebas yang berada di atmosfer akan mengalami fiksasi atau pengikatan oleh petir dan hujan amupun oleh bakteri serta alga biru sehingga nitrogen akan berpindah ke tanah dan selanjutnya terjadi proses nitrifikasi menghasilkan nitrat.

Pada daur nitrogen proses pengubahan nitrat menjadi NH3 dan NH4 disebut denitrifikasi.

Berikut ini beberapa proses yang terjadi dalam daur nitrogen:

Fiksasi, yaitu pengikatan nitrogen bebas di atmosfer oleh petir dan hujan, bakteri dan alga biru.

Contoh bakteri pengikat nitrogen yaitu Rhizobium sp dan Azotobacter sp

Bakteri Rhizobium sp ini merupakan bakteri yang bersimbiosis dengan akar tanaman kacang-kacangan, sedangkan bakteri Azotobacter ini merupakan bakteri yang hidup bebas di tanah.

Contoh alga biru pengikat nitrogen yaitu Anabaena sp dan Nostoc sp

Anabaena sp merupakan jenis alga biru yang bersimbiosis dengan tumbuhan paku air Azzola pinnata.

Amonifikasi, yaitu pembentukan ammonia atau NH3 atau NH4.

Hasil ekskresi dari hewan dan manusia biasanya juga mengandung ammonia yang dapat menjadi sumber nitrogen di tanah.

Nitritasi, yaitu pembentukan nitrit atau NO2 dari NH3 atau NH4 dibantu oleh bakteri Nitrosomonas sp dan Nitrosococcus sp.

Nitratasi, yaitu pembentukan nitrat atau NO3 dari NO2 dibantu oleh bakteri Nitrobacter sp.

Proses perubahan ammonia menjadi nitrat ini sering dikenal dengan istilah nitrifikasi.

Pernahkah kalian mencabut tanaman kacang tanah dan melihat akarnya? Jika diamati, pada akar kacang tanah terdapat struktur yang unik jika dibandingkan akar tanaman lainnya. Pada akar kacang tanah seringkali ditemui bintil-bintil akar. Bintil akar tersebut bukan merupakan serangan penyakit atau kelainan pada akar kacang tanah. Akan tetapi, bintil tersebut justru menunjukkan keadaan tanaman yang baik dan sehat.

Bintil akar merupakan hasil simbiosis dari bakteri Rhizobium dengan tanaman kacang-kacangan (Leguminosa). Rhizobium adalah suatu genus dari bakteri gram negatif yang dikenal karena simbiosisnya dengan tanaman Leguminosa seperti kacang tanah, kedelai dan alfalfa (Cegelski dkk., 2009). Simbiosis tersebut menguntungkan baik bagi tanaman maupun bakteri Rhizobium.

Pada simbiosisnya dengan Rhizobium, tanaman Leguminosa berperan dalam menyediakan nutrisi dan lingkungan tumbuh yang baik bagi Rhizobium yang hidup di dalam bintil akar. Nutrisi tersebut berasal dari hasil fotosintesis tanaman Leguminosa. Adapun Rhizobium dapat menyerap nitrogen bebas dari lingkungan dan mengubahnya menjadi bentuk yang dapat dimanfaatkan oleh tanaman. Proses tersebut disebut sebagai fiksasi nitrogen (Anonim, 2015). Karena kemampuannya dalam melakukan fiksasi nitrogen, Rhizobium telah banyak dimanfaatkan sebagai pupuk hayati.

Bintil akar pada tanaman kacang tanah

Sumber gambar: https://www.flickr.com/photos/bigthirstytowels/1801337473

Pupuk Rhizobium dapat berbentuk padat maupun cair. Pupuk ini berisi biang (inokulum) Rhizobium yang nantinya akan menginfeksi akar tanaman Leguminosa dan membentuk bintil akar (Gage, 2004). Dengan adanya bintil akar, tanaman akan lebih optimal dalam menyerap nitrogen. Tanaman tersebut akan menunjukkan ciri pertumbuhan yang lebih baik seperti akar yang lebih panjang, tajuk yang lebih rimbun dan tentunya hasil panen yang lebih banyak.

Rhizobium merupakan suatu genus bakteri yang terdiri dari beberapa spesies. Rhizobium yang digunakan untuk pupuk hayati pada setiap jenis tanaman pun tidak sama spesiesnya. Hal itu disebabkan oleh simbiosis jenis tanaman Leguminosa tertentu dengan spesies tertentu Rhizobium. Misalnya, Rhizobium tropici bersimbiosis dengan kacang polong, Rhizobium etli dengan alfalfa dan kacang polong serta Rhizobium giardinii dengan tanaman lamtoro (Anonim, 2015). Oleh karena itu, pupuk hayati yang mengandung Rhizobium tropici hanya dapat digunakan untuk memupuk tanaman kacang polong. Begitu pula pada jenis pupuk Rhizobium lainnya.

Pupuk Rhizobium baik digunakan untuk komoditas pertanian, terutama pada pertanian organik karena tidak meninggalkan residu bahan kimia pada tanah. Hal itu menyebabkan tanah menjadi sehat sehingga baik untuk ditanami. Selain itu, permasalahan lingkungan karena kelebihan pupuk kimiawi juga dapat dicegah. Pupuk hayati seperti Rhizobium juga memiliki manfaat untuk memperbaiki struktur tanah. Pupuk hayati dapat membuat tanaman lebih subur karena menjadikan unsur hara tersedia bagi tanaman dan juga mengandung hormon pertumbuhan. Bagi produksi tanaman, pupuk hayati dapat mengurangi biaya produksi karena penggunaannya mengurangi kebutuhan pupuk kimiawi.

Referensi:

Anonim. 2015. Legume-Rhizobium <https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Legume-Rhizobium>. Diakses pada 1 Desember 2021

Cegelski, L., C.L. Smith dan S.J. Hultgren. 2009. Microbial Adhesion. Environmental Microbiology and Ecology in Encyclopedia of Microbiology (Third Edition). San Fransisco, Academic Press.

Gage, D.J. 2004. Infection and invasion of roots by symbiotic, nitrogen-fixing Rhizobia during nodulation of temperate legumes. Microbiology and Molecular Biology Reviews. 68: 280-2300.

Penulis: Zulfa Rosyidhana, S.P., Pengawas Mutu Hasil Pertanian Ahli Pertama Daerah Istimewa Yogyakarta.