Mikroorganisma tidak selamanya membawa petaka, beberapa dari mikroba dapat melindungi mahluk hidup yang dijadikan sebagai wilayah tempat tinggalnya. Mikroba yang memiliki perilaku secara tidak langsung bermanfaat ini dinamakan mikrobioma.
Sebuah studi baru mengenai komunitas mikroba yang memainkan peranan pada daun tanaman menunjukkan bahwa pemupukan tanaman dapat membuat tanaman malah lebih rentan terhadap penyakit.
Para ahli biologi UC Berkeley menemukan bahwa menyemprot tomat berisikan mikroba yang berasal dari tomat sehat dapat melindunginya dari bakteri penyebab penyakit, tetapi dengan memberikan pemupukan, malah melenyapkan perlindungan, yang pada akhirnya meningkatkan populasi mikroba merugikan pada daun tanaman tersebut.
Meskipun para peneliti belum tahu apakah peningkatan jumlah bakteri jahat pada daun benar-benar membuat tomat tidak sehat, namun penelitian ini jelas menunjukkan bahwa pupuk membuat komunitas mikroba pada daun tidak seimbang. Berpotensi memungkinkan organisme penyebab penyakit menyerang tanaman.
“Ketika kita mengubah kondisi lingkungan nutrisi yang ditumbuhi tanaman, kita secara mendasar mengubah interaksi mikrobioma tanaman [mikroorganisma yang secara alami melekat pada tanaman] selain itu, pada intinya, perlindungan mikrobiom-mediasi interaksi tanaman / mikroba alami,” kata penulis senior Britt Koskella, asisten profesor UC Berkeley biologi integratif.
Efek pupuk bukan satu-satunya kejutan dari penelitian, kata Koskella. Dia dan rekan penulis Maureen Berg, seorang mahasiswa pascasarjana, sedang menyelidiki bagaimana kepadatan komunitas mikroba pada daun mempengaruhi ketahanan tanaman terhadap penyakit dan menemukan bahwa dosis mikro mikroba yang lebih rendah yang disemprotkan pada daun seringkali lebih efektif dalam melindungi tanaman dari infeksi daripada dosis yang lebih tinggi. Berg menyemprotkan daun dengan komunitas mikroba buatan yang terdiri dari 12 spesies bakteri yang diambil dari mikrobioma alami tomat yang sehat.
“Kami menemukan bahwa komunitas yang paling protektif adalah yang paling encer, yang paling terkonsentrasi, dosis terendah,” katanya. “Ini benar-benar tidak intuitif. Dosis sedang memberi perlindungan sedang dan dosis tertinggi adalah yang paling tidak protektif.”
Probiotik untuk tanaman
Alasannya tidak jelas, tetapi temuan ini penting karena petani organik berbicara tentang penyemprotan tanaman dengan probiotik untuk mendorong pertumbuhan yang lebih baik dan perlindungan penyakit, dengan cara yang sama seperti manusia mengkonsumsi probiotik yang mengandung mikroba “baik” dengan harapan meningkatkan kesehatan mereka.
“Fakta bahwa kami melihat efek perlindungan dosis rendah / lebih tinggi ini menunjukkan bahwa tidak sesederhana seperti sekadar membuang lebih banyak mikroba,” kata Koskella. “Ada banyak pekerjaan yang harus dilakukan untuk memahami bagaimana menerapkan probiotik tanaman.”
Dia dan Berg akan melaporkan temuan mereka dalam edisi cetak jurnal Current Biology.
Koskella berfokus pada mikrobioma di atas tanah tanaman, atau phyllosphere, komunitas yang kurang dipahami dibandingkan dengan mikrobiom di bawah tanah yang dipelajari dengan baik yang terkait dengan akar tanaman, rhizosfer.
Para peneliti menemukan aktivitas tak terduga dalam mikroba phyllosphere, termasuk bahwa beberapa bakteri memperbaiki nitrogen dari udara seperti bakteri yang berasosiasi dengan akar. Banyak penelitian telah menunjukkan bahwa komunitas mikroba di akar dapat meningkatkan serapan, pertumbuhan dan ketahanan tanaman terhadap penyakit, dan Koskella sedang menyelidiki apakah ini juga berlaku untuk mikrobioma di atas tanah.
Eksperimennya relevan dengan masalah memperlakukan tanaman dengan probiotik, dan dapat membantu menjawab pertanyaan seperti: Apa campuran dari bakteri yang tepat untuk tanaman tertentu? Apa cara terbaik untuk menerapkan campuran yang tepat ini?
Untuk menyelidiki pertanyaan-pertanyaan ini, Koskella dan Berg mulai dengan mengambil sampel mikroba alami daun dari tomat sehat yang ditanam di lahan terbuka di UC Davis.
Mereka kemudian menyemprotkan campuran itu pada tanaman tomat steril di ruangan-ruangan pertumbuhan di UC Berkeley dan, satu minggu kemudian, menyuntikkan daun dengan bakteri Pseudomonas syringae, yang menyebabkan bintik tomat, masalah utama yang diobati dengan pestisida. Komunitas mikroba baru pada tomat memang, pada kenyataannya, melindungi tanaman dari kolonisasi oleh patogen, meskipun komunitas mikroba yang diperoleh dari beberapa ladang tomat bekerja lebih baik daripada mikrobioma dari kebun lainnya.
“Komunitas mikroba phyllosphere ini, sangat mirip dengan kulit kita sendiri, adalah garis pertahanan pertama terhadap penyakit, jadi kita diharapkan untuk melihat perlindungan, meskipun kita tidak tahu pasti,” kata Koskella.
Komunitas mikroba buatan
Anehnya, ketika mereka memvariasikan konsentrasi mikroba yang disemprotkan pada daun, mereka menemukan bahwa dalam banyak kasus dosis rendah bekerja lebih baik daripada dosis tinggi.
Untuk mencari tahu mengapa, mereka membangun komunitas mikroba buatan yang terdiri dari 12 spesies yang ditemukan di tumbuhan alami – pada dasarnya, 12 spesies yang tumbuh paling baik dalam kultur. Ketika mereka menyemprotkan berbagai dosis komunitas sintetis pada tomat, mereka mendapat hasil yang sama: rendah, dosis yang diencerkan lebih protektif terhadap Pseudomonas daripada dosis tinggi yang terkonsentrasi.
Berg mengulangi percobaan untuk mengkonfirmasi temuan yang membingungkan, tetapi selama satu percobaan berikutnya dia memutuskan untuk menyuburkan tanaman yang terkulai terlebih dahulu. Dalam percobaan itu, tidak ada dosis mikrobioma yang melindungi terhadap Pseudomonas. Ketika mereka mengulangi percobaan dengan dan tanpa pembuahan, mereka menegaskan bahwa aplikasi pupuk menghapus efek perlindungan yang sebelumnya diamati.
Dalam setiap percobaan, mereka menilai perlindungan terhadap patogen dengan merekam populasi relatif Pseudomonas dibandingkan dengan mikroba lain yang paling menguntungkan, karena mikrobioma yang sehat secara efektif bersaing dengan patogen dan mengalahkannya ke tingkat terendah.
Koskella memiliki kecurigaan tentang mengapa pupuk mengubah mikrobioma, di antara kemungkinannya bahwa nutrisi membuat daun sehat, yang membuat semua mikroba senang dan meniadakan kebutuhan mikroba yang baik untuk bersaing dengan mikroba jahat. Dia dan kelompoknya sekarang mengejar percobaan untuk menguji hipotesis itu.
Mereka masih tidak tahu mengapa pengobatan probiotik dengan dosis rendah bekerja lebih baik daripada dosis tinggi, tetapi berharap bahwa penelitian masa depan dapat memecahkan misteri ini dan membantu memandu penerapan probiotik yang sesuai di bidang pertanian.
Namun demikian, Koskella dan Berg mengatakan, dampak pupuk pada mikrobioma daun dan batang menyebabkan ahli biologi untuk mengeksplorasi efek pupuk pada mikrobioma akar juga, dan pada kesehatan umum tanaman.
“Kita yang telah memupuk tanaman begitu lama akan terkejut jika kita belum melihat konsekuensi pemupukan jangka panjang tentang bagaimana tanaman berinteraksi dengan mikroba mereka,” katanya. “Ada banyak penelitian yang menunjukkan tanaman yang dibudidayakan cenderung memiliki komunitas mikroba yang sangat berbeda dibandingkan dengan kerabat liar mereka.”
Pertanyaan besarnya adalah, apakah itu memengaruhi kesehatan keseluruhan tanaman, dan mengapa?
