Para peneliti telah menemukan bahan alami tak terduga yang dapat membantu petani mengatasi salah satu tantangan pertanian yang paling berkembang: tanah asin.
Sebuah tim yang terdiri dari ilmuwan dari Universitas East Anglia (UEA), yang dipimpin oleh peneliti Tiongkok Dr Yanfen Zheng, telah menemukan bahwa bakteri tanah alami dapat secara signifikan meningkatkan kemampuan tanaman untuk bertahan hidup dalam kondisi salin.
Studi ini juga mengungkapkan cara mikroba yang sebelumnya tidak diketahui melindungi tanaman seperti jagung, tomat, dan lobak dari tekanan garam. Penemuan ini pada akhirnya dapat membantu petani menanam pangan di lahan yang terlalu asin untuk pertanian konvensional.
Salinitas tanah mengancam pertanian global
Akumulasi garam di lahan pertanian menjadi masalah yang semakin serius akibat perubahan iklim, praktik irigasi, dan kenaikan permukaan air laut. Garam yang menumpuk di dalam tanah akan menghambat pertumbuhan tanaman, merusak akar, dan secara signifikan mengurangi hasil panen.
Profesor Jonathan Todd, dari Fakultas Ilmu Biologi UEA dan Institut Quadram di Norwich Research Park, mengatakan: “Akumulasi garam di lahan pertanian adalah masalah besar dan terus berkembang, yang didorong oleh perubahan iklim, irigasi, dan kenaikan permukaan laut.
“Garam menghambat pertumbuhan tanaman, merusak akar dan berdampak serius pada keseluruhan tanaman, sehingga membahayakan pasokan pangan global.
“Kita tahu bahwa tanaman bergantung pada komunitas mikroba di sekitar akarnya, yang disebut mikrobioma akar, untuk membantu mereka mengatasi tekanan lingkungan. Namun bagaimana tepatnya hubungan ini bekerja dan bagaimana mereka konsisten di seluruh tanaman dan tanah masih belum jelas.
“Kami menemukan bahwa tanaman tampaknya merekrut bakteri menguntungkan di tanah asin, yang memicu perubahan internal yang memperkuat struktur fisik dan ketahanannya.
“Jika para ilmuwan dapat memanfaatkan proses alami ini, hal ini dapat menandai dimulainya era baru pertanian yang berketahanan iklim.”
Mikroba akar tertarik pada tanaman yang mengalami cekaman garam
Untuk lebih memahami kemitraan tanaman dan mikroba ini, para peneliti memeriksa mikrobioma akar dari beberapa spesies yang tumbuh di jenis tanah berbeda.
Mereka menemukan bahwa sekelompok bakteri alami yang dikenal sebagai pseudomonad berkumpul secara sistematis di sekitar akar tanaman yang terkena tekanan garam. Pola yang sama muncul pada beberapa tanaman, termasuk jagung, tomat, dan lobak. Hal ini menunjukkan bahwa hal ini merupakan respons biologis yang tersebar luas, bukan respons unik yang hanya terjadi pada satu tanaman saja.
Analisis genetik juga menjelaskan mengapa bakteri ini bekerja sangat baik di lingkungan yang asin.
Profesor Todd mengatakan: “Dibandingkan dengan mikroba lain, pseudomonad membawa gen khusus yang membantu mereka mentolerir kadar garam yang tinggi, termasuk sistem transportasi natrium dan mekanisme ketahanan terhadap stres lainnya. »
Akar lebih kuat dan hasil lebih tinggi
Tim kemudian memperkenalkan strain pseudomonad terpilih ke dalam tanaman kedelai. Dalam penelitian rumah kaca dan uji lapangan, bakteri tersebut berhasil mengkolonisasi akar dan secara signifikan meningkatkan pertumbuhan tanaman dalam kondisi asin.
“Kami menemukan bahwa tanaman yang diberi perlakuan mikroba memiliki sistem akar yang lebih kuat, perkembangan yang lebih baik, dan hasil yang lebih tinggi dibandingkan tanaman yang tidak diberi perlakuan yang ditanam di tanah asin,” kata Profesor Todd.
Pertahanan tanaman yang tidak terduga
Para peneliti terkejut saat mengetahui bahwa bakteri tersebut tidak membantu tanaman dengan mengurangi kadar garam di jaringannya.
“Hal yang paling mengejutkan adalah menemukan bagaimana bakteri membantu tanaman mengatasinya.
“Selama beberapa dekade, ada anggapan bahwa tanaman dapat bertahan hidup dalam salinitas dengan mengendalikan kadar natrium, yang pada dasarnya mencegah masuknya garam berbahaya. Namun kami tidak menemukan bukti bahwa bakteri memengaruhi transpor natrium atau keseimbangan ion.
“Alih-alih membantu tanaman mengatasi garam secara langsung, bakteri justru merangsang tanaman untuk memproduksi lebih banyak zat yang disebut lignin.
“Akar tanaman yang diberi perlakuan bakteri menunjukkan peningkatan kandungan lignin yang signifikan, dengan beberapa pengukuran meningkat lebih dari 30 persen di bawah tekanan garam.”
Lignin secara alami memperkuat tanaman
Lignin merupakan bahan kayu padat yang merupakan bagian dari dinding sel tumbuhan. Ia bertindak sebagai sistem pendukung bawaan, memperkuat jaringan tanaman dan membantu mereka melawan tekanan lingkungan.
Para peneliti telah mengidentifikasi gen-gen kunci yang bertanggung jawab untuk meningkatkan produksi lignin. Ketika gen-gen ini diekspresikan secara berlebihan secara artifisial, kinerja tanaman jauh lebih baik di tanah yang asin.
Sebaliknya, tanaman yang tidak mampu menghasilkan lignin tidak mendapat manfaat dari bakteri tersebut, hal ini menunjukkan bahwa produksi lignin sangat penting untuk efek perlindungan yang baru ditemukan.
Profesor Todd mengatakan: “Kami berharap penemuan ini akan membuka kemungkinan-kemungkinan baru bagi pertanian.
“Dengan memanfaatkan mikroba alami seperti pseudomonad, pengolahan biologis dapat dikembangkan untuk membantu tanaman tumbuh di tanah asin tanpa masukan bahan kimia yang berlebihan.
“Dengan sebagian besar lahan pertanian yang sudah terkena dampak salinitas dan semakin terancam, solusi mikroba dapat menjadi alat penting untuk mempertahankan hasil pertanian dan memastikan ketahanan pangan.”
Hasilnya dipublikasikan di jurnal Kemajuan ilmu pengetahuan dalam artikel, “Pseudomonad yang terkait dengan tanaman yang mengalami cekaman garam memfasilitasi adaptasi terhadap cekaman kedelai melalui peningkatan biosintesis lignin.”
