TESIS

UPAYA PENGENDALIAN PENYEBAB

PENYAKIT BUSUK HITAM PADA TANAMAN

BROKOLI (Brassica oleracea var. italica)

DENGAN ANTAGONISNYA

NADYA TREESNA WULANSARI

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS UDAYANA

DENPASAR

2015

TESIS

UPAYA PENGENDALIAN PENYEBAB

PENYAKIT BUSUK HITAM PADA TANAMAN

BROKOLI (Brassica oleracea var. italica)

DENGAN ANTAGONISNYA

NADYA TREESNA WULANSARI

NIM 1392261008

PROGRAM MAGISTER

PROGRAM STUDI BIOLOGI

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS UDAYANA

DENPASAR

2015

UPAYA PENGENDALIAN PENYEBAB

PENYAKIT BUSUK HITAM PADA TANAMAN

BROKOLI (Brassica oleracea var. italica)

DENGAN ANTAGONISNYA

Tesis untuk Memperoleh Gelar Magister

pada Program Magister, Program Studi Biologi,

Program Pascasarjana Universitas Udayana

NADYA TREESNA WULANSARI

NIM 1392261008

PROGRAM MAGISTER

PROGRAM STUDI BIOLOGI

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS UDAYANA

DENPASAR

2015

Lembar Pengesahan

TESIS INI TELAH DISETUJUI

PADA TANGGAL 29 MEI 2015

PENETAPAN PANITIA PENGUJI

Tesis ini Telah Diuji pada

Tanggal 11 Mei 2015

Panitia Penguji Tesis Berdasarkan SK Rektor

Universitas Udayana No. : 1331/UN14.4/HK/2015, Tanggal 5 Mei 2015

Ketua : Drs. Yan Ramona, M. App.Sc., Ph.D.

Anggota :

1. Dr. Dra. Meitini Wahyuni Proborini, M.Sc.St.

2. Dr. Dra. Ni Putu Adriani Astiti, M.Si.

3. Dr. Ir. Made Ria Defiani, M.Sc. (Hons)

4. Drs. Ida Bagus Gede Darmayasa, M.Si.

UCAPAN TERIMA KASIH

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena berkat kasih dan

karuniaNya, penulis dapat menyelesaikan Penelitian Tesis yang berjudul “Upaya

Pengendalian Penyebab Penyakit Busuk Hitam pada Tanaman Brokoli (Brassica

oleracea var. italica) dengan Antagonisnya”. Pada kesempatan ini, penulis

ucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Drs. Yan Ramona,

M.App.Sc., Ph.D. selaku pembimbing I dan Pembimbing Akademik yang dengan

sabar dan teliti memberikan bimbingan, semangat, serta dukungan moral selama

penulis melakukan penyusunan penelitian tesis ini. Terima kasih sebesar-besarnya

pula penulis sampaikan kepada Dr. Dra. Meitini Wahyuni Proborini, M.Sc.St

selaku pembimbing II yang dengan sabar dan teliti memberikan bimbingan,

semangat, serta dukungan moral kepada penulis.

Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Rektor Universitas Udayana

Prof. Dr. Dr. I Ketut Suastika, Sp. PD-KEMD, Direktur Program Pascasarjana

Universitas Udayana Prof. Dr. dr. A.A. Raka Sudewi, Sp.S(K) yang telah

memberikan kesempatan kepada penulis untuk mengemban ilmu di Pascasarjana

Universitas Udayana. Ucapan yang sama juga ditujukan kepada Ketua Program

Studi Magister Biologi, Program Pascasarjana Universitas Udayana Ir. Ida Ayu

Astarini, M.Sc., Ph.D yang telah memberikan bimbingan, dukungan, dan pesan-

pesan yang menjadikan penulis lebih baik. Ungkapan terima kasih penulis

ucapkan juga kepada dosen penguji tesis, yaitu Dr. Dra. Ni Putu Adriani Astiti,

M.Si., Dr. Ir. Made Ria Defiani, M.Sc (Hons) dan Drs. Ida Bagus Gede

Darmayasa, M.Si selaku penguji yang telah memberikan masukan, saran,

sanggahan, dan dukungan sehingga tesis ini dapat menjadi seperti ini. Penulis juga

mengucapkan terima kasih kepada Ibu dan Bapak Dosen beserta staf pegawai di

Program Studi Magister Biologi Pascasarjana Udayana yang telah memberikan

dukungan, semangat dan fasilitasnya.

Pada kesempatan ini pula penulis menyampaikan ucapan terima kasih

kepada orang tua dan seluruh keluarga atas doa, semangat, dan dukungannya

selama pelaksanaan dan penyusunan penelitian ini. Kepada seluruh staf pegawai

di UPT. Balai Benih Induk Tanaman Pangan Provinsi Bali di Kembang Merta,

Tabanan penulis ucapkan terima kasih sebesar-besarnya karena telah membantu

dalam melaksanakan penelitian ini. Selain itu Bapak Nyoman Dana yang telah

mengijinkan mengambil sampel tanaman brokoli yang terserang penyakit busuk

hitam dan memberikan bantuan dengan tulus selama pengambilan sampel.

Penulis ucapkan terima kasih kepada rekan-rekan Magister Biologi Universitas

Udayana angkatan 2013 atas bantuan dan dukungannya selama penyusunan

penelitian tesis ini dan semua pihak yang namanya tidak bisa penulis sebutkan

satu persatu. Semoga Tuhan Yang Maha Esa selalu melimpahkan rahmat-Nya

kepada penulis sekeluarga dan semua pihak yang telah membantu pelaksanaan

serta penyelesaian tesis ini.

Denpasar, Mei 2015

Penulis

ABSTRAK

UPAYA PENGENDALIAN PENYEBAB PENYAKIT BUSUK HITAM

PADA TANAMAN BROKOLI (Brassica oleracea var. italica)

DENGAN ANTAGONISNYA

Penelitian untuk mengendalikan agen penyebab penyakit busuk hitam

pada tanaman brokoli dengan menggunakan antagonisnya dilakukan di

Laboratorium Mikrobiologi, Jurusan Biologi, Universitas Udayana dan di UPT.

Balai Benih Induk Tanaman Pangan Provinsi Bali pada bulan Oktober 2014

hingga Februari 2015. Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk meneliti

penyebab patogen dan efektivitas dari beberapa mikroba antagonis untuk

mengendalikan patogen ini secara in vitro dan penelitian skala rumah kaca.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa Xanthomonas campestris merupakan

patogen utama penyebab penyakit busuk hitam pada tanaman brokoli di daerah

Kembang Merta, Tabanan, Bali. Dua jamur (Trichoderma harzianum dan

Trichoderma viride) dan dua bakteri (Bacillus sp. dan Pseudomonas sp.)

antagonis berhasil diisolasi dari lahan tersebut. Pada penelitian in vitro, keempat

antagonis menghambat pertumbuhan X. campestris dengan persentase 41.11 ±

5.84% (Trichoderma harzianum), 24.07 ± 3.76% (Trichoderma viride), 16.11 ±

5.61% (Bacillus sp.) dan 30.92 ± 3.17% (Pseudomonas sp.) relatif terhadap

kontrol. Hasil ini konsisten ketika diterapkan pada penelitian skala rumah kaca,

dengan keberhasilan persentase sebesar 80.00 ± 18,26% (Trichoderma

harzianum) dan 73,34 ± 14,91% (Pseudomonas sp.).

Kata kunci : Xanthomonas campestris, tanaman brokoli, Trichoderma harzianum,

Trichoderma viride, Bacillus sp., dan Pseudomonas sp.

ABSTRACT

AN EFFORT TO CONTROL THE CAUSATIVE AGENT OF BLACK ROT

DISEASE IN Brassica oleracea var. italica BY ITS ANTAGONISTS

A research to control the causative agent of black rot disease in broccoli

plants using its antagonists was conducted at the Laboratory Microbiology,

School of Biology, Udayana University and at The UPT. Balai Benih Induk

Tanaman Pangan Provinsi Bali in the period of October 2014 to Februari 2015.

The main objectives of this research were to investigate the causative pathogen

and to investigate the effectiveness of some antagonists to control this pathogen in

vitro and in a glasshouse scale experiment.

The results showed that Xanthomonas campestris was the main pathogen

causing the black rot disease in broccoli plants cultivated in Tabanan, Bali. Two

fungal (Trichoderma harzianum and Trichoderma viride) and two bacterial

(Bacillus sp. and Pseudomonas sp.) antagonists were successfully isolated from

the site. In the in vitro experiment, these four antagonists inhibited the growth of

X. campestris with percentages of 41.11 ± 5.84% (Trichoderma harzianum),

24.07 ± 3.76% (Trichoderma viride), 16.11 ± 5.61% (Bacillus sp.) dan 30.92 ±

3.17% (Pseudomonas sp.) relative to nil control. These results were found to be

consistent when applied in the glasshouse scale experiment, with percentage

efficacy of 80.00 ± 18,26% (Trichoderma harzianum) and 73,34 ± 14,91%

(Pseudomonas sp.)

Keywords : Xanthomonas campestris, broccoli, Trichoderma harzianum,

Trichoderma viride, Bacillus sp., dan Pseudomonas sp.

RINGKASAN

UPAYA PENGENDALIAN PENYEBAB PENYAKIT BUSUK HITAM

PADA TANAMAN BROKOLI (Brassica oleracea var. italica)

DENGAN ANTAGONISNYA

Brokoli merupakan salah satu tanaman hortikultura yang memiliki banyak

manfaat bagi kesehatan. Namun menurut Badan Pusat Statistik dan Direktorat

Jenderal Hortikultura (2013) produksi brokoli di Bali tercatat mengalami sedikit

penurunan dari 33,22 ton pada tahun 2011 menjadi 32,69 ton pada tahun 2012.

Salah satu penyebabnya adalah meningkatnya serangan penyakit seperti penyakit

busuk hitam yang disebabkan oleh bakteri Xanthomonas campestris. Infeksi

tanaman oleh bakteri ini menyebabkan terjadinya bercak cokelat kehitam-hitaman

pada daun, batang, tangkai bunga dan kemudian mengering. Batang atau massa

bunga yang terserang menjadi busuk berwarna hitam atau coklat sehingga

tanaman tidak dapat dipanen. Selama ini, petani setempat hanya menggunakan

pestisida kimia dalam memberantas hama dan penyakit pada tanaman brokoli.

Penggunaan pestisida kimia yang berlebihan dalam jangka waktu lama akan

berdampak buruk bagi kesehatan dan lingkungan. Salah satu metoda alternatif

yang dikembangkan adalah pemanfaatan antagonis dari patogen tanaman yang

dikenal dengan biokontrol.

Penelitian dalam mengendalikan agen penyebab penyakit busuk hitam

pada tanaman brokoli dengan menggunakan antagonisnya dilakukan di

Laboratorium Mikrobiologi, Jurusan Biologi, Universitas Udayana dan di UPT.

Balai Benih Induk Tanaman Pangan Provinsi Bali pada bulan Oktober 2014

hingga Februari 2015. Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk meneliti

penyebab patogen dan efektivitas dari beberapa mikroba antagonis untuk

mengendalikan patogen ini secara in vitro dan penelitian skala rumah kaca.

Penelitian ini diawali dengan mengisolasi patogen dari daun yang

terinfeksi bakteri busuk hitam pada tanaman brokoli pada media khusus Glucose

Yeast Extract Agar sampai diperoleh koloni tunggal bakteri yang diduga sebagai

penyebab penyakit busuk hitam (berdasarkan warna koloni dan pigmentasi).

Isolat-isolat yang diduga sebagai penyebab penyakit busuk hitam kemudian

dikonfirmasi berdasarkan pada Postulat Koch dan diidentifikasi dengan

pengujian mikroskopis (pewarnaan gram dan spora) dan biokimia (katalase,

pergerakan di media SIM, indol dan fermentasi gula). Isolasi jamur dan bakteri

antagonis diperoleh dari rhizosphere tanaman brokoli. Identifikasi jamur

antagonis yang diperoleh dilakukan dengan melihat bentuk dan warna koloni,

struktur spora dan hifa. Karakteristik yang diperoleh akan dicocokkan dengan

buku Fungi and Food Spoilage. Sedangkan identifikasi bakteri antagonis

dilakukan dengan pengujian pengujian mikroskopis (pewarnaan gram dan spora)

dan biokimia (katalase, pergerakan di media SIM, indol dan fermentasi gula).

Selanjutnya dilakukan dual culture assay dengan rancangan yang digunakan

adalah rancangan acak lengkap (RAL). Jamur dan bakteri yang memiliki daya

hambat terbesar digunakan sebagai acuan dalam percobaan skala rumah kaca.

Rancangan yang digunakan dalam pengujian secara in vivo adalah rancangan acak

lengkap (RAL). Pada penelitian ini diamati persentase tanaman brokoli yang

infeksi selama 8 minggu setelah diberikan perlakuan. Analisis data yang

diperoleh dalam penelitian ini akan dianalisis dengan analisis sidik ragam

(ANOVA) menggunakan software SPSS versi 20. Apabila terdapat perbedaan

pada p < 0,05, maka uji akan dilanjutkan dengan uji jarak berganda Duncan’s

Multiple Range Test (DMRT) pada taraf nyata 5%.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa Xanthomonas campestris merupakan

patogen utama penyebab penyakit busuk hitam pada tanaman brokoli di daerah

Kembang Merta, Tabanan, Bali. Bakteri X. campestris penyebab penyakit busuk

hitam ini tergolong bakteri phytopathogenic yang sulit karena menginfeksi

tanaman brokoli pada level biji maka disebut seed borne disease. Penyebaran

bakteri X. campestris dapat terjadi melalui percikan hujan, irigasi sprinkler,

serangga, atau peralatan tanam. Xanthomonas campestris dapat bertahan hidup di

dalam tanah karena bakteri ini mampu menghasilkan senyawa polisakarida ekstra

selular yang berperan penting bagi kelangsungan hidupnya di dalam tanah (Lopes

et al., 1999).

Dua jamur (Trichoderma harzianum dan Trichoderma viride) dan dua

bakteri (Bacillus sp. and Pseudomonas sp.) antagonis berhasil diisolasi dari lahan

tersebut. Trichoderma spp. merupakan jamur hiperparasit yang sudah banyak

dipakai sebagai isolat biokontrol dalam bidang pertanian. Jamur ini mampu

menghasilkan enzim hidrolisis yaitu β-glukanase, selulase, kitinase dan proteinase

yang berperan sangat aktif dalam memparasitasi inangnya (Steyaert et al., 2003).

Kelompok Bacillus dan Pseudomonas merupakan bakteri antagonis yang sangat

mudah diisolasi dari filosfer (permukaan daun), rhizoplane (permukaan akar

tanaman), rhizosphere (tanah yang dekat perakaran tanaman), karena keduanya

cenderung predominan pada daerah-daerah tersebut Bakteri yang hidup pada

daerah rhizosphere memiliki kemampuan dalam mengendalikan patogen yang

menginfeksi daun tanaman (Addy, 2008).

Pada penelitian in vitro, keempat antagonis menghambat pertumbuhan X.

campestris dengan persentase 41.11 ± 5.84% (Trichoderma harzianum), 24.07 ±

3.76% (Trichoderma viride), 16.11 ± 5.61% (Bacillus sp.) dan 30.92 ± 3.17%

(Pseudomonas sp.) relatif terhadap kontrol. Dalam penelitian ini, tidak dilakukan

elusidasi mengenai mekanisme penghambatan antagonis terhadap patogen.

Walaupun demikian, zona hambatan yang terbentuk ini kemungkinan disebabkan

oleh enzim-enzim hidrolitik, seperti selulase, kitinase, dan proteinase yang

dihasilkan oleh isolat Trichoderma spp. Dalam mengontrol patogen bakteri

Pseudomonas sp. dapat menggunakan berbagai mekanisme seperti menghasilkan

antibiotika, enzim litik (protease, selulose, glukanase) atau siderofor. Hasil ini

konsisten ketika diterapkan pada penelitian skala rumah kaca, dengan

keberhasilan persentase sebesar 80.00 ± 18,26% (Trichoderma harzianum) dan

73,34 ± 14,91% (Pseudomonas sp.). Efektivitas semua isolat antagonis dalam

mengontrol Xanthomonas campestris yang secara statistik kompatibel dengan

pestisida berbasis bahan kimia yang umumnya dipakai di areal pertanian

Kembang Merta, sehingga memberikan harapan yang besar untuk dikembangkan

secara komersial dimasa yang akan datang.

DAFTAR ISI

Halaman

SAMPUL DALAM ............................................................................................ i

PRASYARAT GELAR ...................................................................................... ii

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................ iii

PENETAPAN PANITIA PENGUJI .................................................................. iv

SURAT PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT ................................................... v

UCAPAN TERIMA KASIH .............................................................................. vi

ABSTRAK ......................................................................................................... viii

ASBTRACT ....................................................................................................... ix

RINGKASAN .................................................................................................... x

DAFTAR ISI ...................................................................................................... xii

DAFTAR TABEL .............................................................................................. xv

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xvi

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1

1.1 Latar Belakang .................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ............................................................................. 3

1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................... 4

1.4 Manfaat Penelitian ............................................................................. 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................... 6

2.1 Tanaman Brokoli (Brassica oleracea var. italica) ............................. 6

2.2 Penyakit Tanaman Brokoli (Brassica oleracea var. italica) .............. 9

2.3 Bakteri Xanthomonas sp. ................................................................... 10

2.4 Rizosfer Perakaran Tanaman ............................................................. 11

2.5 Mekanisme Biokontrol ....................................................................... 12

BAB III KERANGKA BERPIKIR, KONSEP, HIPOTESIS PENELITIAN 15

3.1 Kerangka Berpikir ............................................................................. 15

3.2 Konsep Penelitian ............................................................................... 16

3.3 Hipotesis Penelitian .......................................................................... 17

BAB IV METODE PENELITIAN ................................................................. 18

4.1 Rancangan Penelitian ........................................................................ 18

4.2 Waktu dan Tempat Penelitian ........................................................... 18

4.3 Ruang Lingkup Penelitian ................................................................ 18

4.4 Penentuan Sumber Data ..................................................................... 19

4.5 Variabel Penelitian ............................................................................ 19

4.5.1 Variabel Bebas .......................................................................... 19

4.5.2 Variabel Terikat ........................................................................ 19

4.6 Bahan Penelitian ................................................................................ 20

4.7 Instrumen Penelitian ......................................................................... 20

4.8 Prosedur Penelitian ............................................................................ 21

4.8.1 Isolasi dan Identifikasi Patogen Busuk Hitam .......................... 21

4.8.2 Uji Patogenitas (Postulat Koch) ............................................... 22

4.8.3 Isolasi dan Identifikasi Jamur dan Bakteri Antagonis .............. 23

4.8.4 Uji Antagonis (In Vitro) Jamur dan Bakteri terhadap Penyebab

Busuk Hitam ............................................................................ 26

4.8.5 Persiapan Inokulum Jamur dan Bakteri untuk Pengujian Skala

Rumah Kaca ............................................................................. 27

4.8.6 Persiapan Media dan Pembibitan untuk Pengujian Skala

Rumah kaca .............................................................................. 28

4.8.7 Uji Efikasi Isolat Antagonis terhadap Penyebab Busuk Hitam 28

4.9 Analisis Data ...................................................................................... 30

BAB V HASIL PENELITIAN ........................................................................ 31

5.1 Isolasi dan Identifikasi Bakteri Patogen Busuk Hitam pada Tanaman

Brokoli ................................................................................................ 31

5.2 Isolasi dan Identifikasi Jamur dan Bakteri Antagonis yang diisolasi

dari Rhizospere Tanaman Brokoli di Kembang Merta, Tabanan, Bali 33

5.3 Dual Culture Assay Antara Jamur dan Bakteri Antagonis

terhadap Bakteri Patogen Xanthomonas campestris ......................... 37

5.4 Uji Efektivitas Jamur dan Bakteri Antagonis dalam Memproteksi

Tanaman Brokoli dari Infeksi Xanthomonas campestris pada

Skala Rumah Kaca ............................................................................. 39

BAB VI PEMBAHASAN ................................................................................. 43

BAB VII SIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 51

7.1 Simpulan ............................................................................................ 51

7.2 Saran .................................................................................................. 52

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 53

LAMPIRAN ...................................................................................................... 64

DAFTAR TABEL

Halaman

2.1 Kandungan Gizi dalam 100 g Brokoli Segar ............................................. 6

4.1 Skema Lokasi Polybag di Glasshouse ......................................................... 30

5.1 Karakteristik Isolat Bakteri Busuk Hitam pada Tanaman Brokoli ............. 32

5.2 Karakteristik Isolat Jamur Antagonis yang Diisolasi dari Rhizosphere

Tanaman Brokoli di Kembang Merta, Tabanan, Bali .................................. 34

5.3 Karakteristik Isolat Bakteri Antagonis yang Diisolasi dari Rhizosphere

Tanaman Brokoli di Kembang Merta, Tabanan, Bali ................................. 36

5.4 Persentase Hambatan Jamur dan Bakteri Antagonis terhadap Bakteri

Xanthomonas campestris ............................................................................ 37

5.5 Rata-rata pH Tanah Campuran Setelah Proses Sterilisasi ........................... 39

5.6 Efektivitas Jamur dan Bakteri Antagonis dalam Memproteksi Tanaman

Brokoli dari Infeksi Xanthomonas campestris pada Skala Rumah Kaca ... 40

DAFTAR GAMBAR

Halaman

2.1 Tanaman Brokoli ........................................................................................ 8

3.1 Konsep Penelitian ....................................................................................... 17

4.1 Prosedur Penelitian ..................................................................................... 21

4.2 Skema Uji Antagonisme (Dual Culture Assay) ........................................... 27

5.1 Koloni Bakteri Penyebab Busuk Hitam pada Brokoli ................................ 31

5.2 Bentuk Sel Bakteri Penyebab Busuk Hitam pada Tanaman Brokoli yang

divisualisasi dengan Perbesaran 1000x ........................................................ 31

5.3 Hasil Uji Postulat Koch pada Tanaman Brokoli .......................................... 32

5.4 Isolat Jamur Antagonis ................................................................................ 33

5.5 Mikroskopis Jamur Antagonis ..................................................................... 35

5.6 Bentuk Mikroskopis Bakteri Antagonis ....................................................... 37

5.7 Dual Culture Assay antara Jamur dan Bakteri Antagonis dengan Patogen

Xanthomonas campestris ............................................................................. 38

5.8 Hasil Percobaan Skala Glass house Tanaman Brokoli yang diberi

Perlakuan ...................................................................................................... 42

6.1 Siklus Penyebaran Penyakit Xanthomonas campestris pada tanaman

Brassica ........................................................................................................ 45