keanekaragaman mikroba

Resume jurnal:

Keanekaragaman Struktural dan Fungsional Mikroba Tanah yang Terkena Dampak Peningkatan [CO₂] dan Penambahan N pada Perkebunan Poplar

ABSTRAK

Struktur genetik dan fungsi dari mikroba tanah keduanya penting ketika belajar siklus C dalam ilmu tanah  akibat peningkatan CO2. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui komposisi genetik komunitas jamur dengan cara PCR-DGGE dan keragaman fungsional mikro-organisme tanah pada umumnya dengan MicroResp yang berbasis pada  community level physiological profiling (CLPP) di perkebunan poplar (POPFACE) tumbuh di bawah peningkatan  [CO2] dengan dan tanpa pemupukan nitrogen.

PENDAHULUAN

Respon dari ekosistem terestrial terhadap [CO2] pemupukan  terkait dengan proses di bawah tanah, terutama yang dilakukan oleh mikro-organisme (Zak et al. 2000). Struktur genetik dan fungsi mikroba tanah keduanya penting ketika mempelajari peran tanah dalam siklus C. Masukan C yang lebih besar dalam tanah dari tanaman yang tumbuh dalam kondisi meningkatnya [CO₂] telah banyak diamati dan input ini menstimulasi aktivitas mikroba. Disisi lain, N sering menjadi faktor pembatas bagi organisme tanah dan penambahan N dapat mengubah biomassa aktivitas, mikroba dan komposisi jenis (Sarathchandra et al. 2001).

Beberapa penelitian telah berusaha untuk  menilai perubahan langsung dalam komposisi komunitas mikroba dalam menanggapi peningkatan [CO2]. Secara khusus, jamur memungkinkan sumber kritis C dalam sistem dengan peningkatan [CO2] atmosfer karena jamur merupakan bagian utama dari biomassa mikroba tanah dan mereka sangat erat terlibat dalam siklus C  langsung dari atas biomassa tanah (Klamer et al. 2002). PCR-denaturing gradien elektroforesis gel (DGGE), jarang digunakan untuk menganalisis secara menyeluruh pengaruh peningkatan [CO2] pada komposisi komunitas jamur (Chung et al. 2006) dan studi lebih lanjut diperlukan untuk memperdalam pengetahuan, khususnya tentang peran status hara tanah yang berkaitan dengan dampak pengayaan [CO2] pada jamur.

 Sebagian besar penelitian mengenai keanekaragaman fungsional dari komunitas mikroba, telah didasarkan pada ekstraksi organisme dari tanah dan menentukan potensi pemanfaatan menggunakan Community Level Physiological Profiling (CLPP) dengan Biolog plates (Insam et al. 1999, Insam dan Goberna 2004). Namun, pendekatan ini hanya menyediakan informasi tentang anggota fraksi dikultur dari bakteri tanah. Metode ini tidak banyak menjelaskan tentang organisme yang pertumbuhannya  lambat.  Metode ini juga mendiskriminasikan antara jamur dan organisme lain dengan preferensi untuk kondisi yang lebih asam (Degens 1999). Metode MicroResp yang digunakan dalam penelitian ini memiliki beberapa keunggulan atas pendekatan CLPP berbasis biologis. Hal ini mencerminkan  aktivitas langsung dan memberikan informasi fisiologis pada pola komunitas mikroba dalam pemanfaatan substrat. Penggunakan tanah bukan ekstrak tanah menyediakan pengukuran langsung katabolisme substrat  oleh komunitas mikroba dan mencerminkan aktivitas daripada pertumbuhan karena respon  yang lebih cepat untuk substrat yang diukur.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui komposisi genetik komunitas jamur dan keanekaragaman fungsional mikro-organisme tanah di perkebunan poplar POPFACE yang ditumbuhkan  di bawah peningkatan [CO2] dengan dan tanpa pemupukan nitrogen. Dalam percobaan POPFACE, Moscatelli et al. (2005a) menemukan bukti langsung untuk stimulasi biomassa jamur dengan perlakuan [CO2]. Pada saat yang sama Lukac et al. (2003) menemukan rangsangan kolonisasi mikoriza dengan peningkatan [CO2]. Jika peningkatan [CO2] menghasilkan perubahan dalam kuantitas dan kualitas input tanaman pada tanah, dan stimulasi jamur, dapat menyebabkan pergeseran dalam mikroba, baik pada tingkat struktural dan fungsional. Dalam pnelitian sebelumnya, diduga bahwa pergeseran dalam komunitas mikroba bisa terjadi tergantung FACE dan pemupukan (Moscatelli et al. 2005b), untuk kalli ini dilakkan konfirmasi dengan PCR-DGGE dan MicroResp berbasis CLPP.

BAHAN DAN METODE

Perkebunan eksperimental POPFACE dan fasilitas FACE yang berada di Italia tengah, Tuscania (VT). Klon dari Populus alba, Populus nigra dan Populus x euramericana ditumbuhkan, dari tahun 1999 hingga 2004, dalam enam plot 314 m² diperlakukan baik dengan atmosfer (control) atau diperkaya CO₂ (550 ìmol mol-1) dengan teknologi FACE (Free Air CO₂ Enrichment) di setiap musim tanam. Masing-masing plot dibagi menjadi enam segitiga sektor, dengan dua sektor per genotipe poplar: tiga spesies x dua tingkat nitrogen. Setelah menghilangkan lapisan serasah, satu tanah inti per genotipe (10 cm lebar, kedalaman 20 cm) diambil bagian dalam  dari dari setiap tiga sektor pada masing-masing plot, dengan total 36 core tanah (3 ulangan x 2 [CO2] x 2 x 3 fertilisasi spesies) pada bulan Oktober 2004 dan pada bulan Juli 2005. DNA diekstraksi dengan Prosedur beat beating. Fragmen gen 18S rDNA diamplifikasi dengan PCR menggunakan primer untuk jamur (FR1 GC dan FF390). Analisis CLPP dilakukan dengan menggunakan metode MicroResp. Substrat karbon yang terpilih tergantung pada relevansi  ekologi  tanah dan kelarutannya dalam air. Secara khusus sumber C rizosfer (asam karboksilat dan karbohidrat) dipilih dengan mempertimbangkan pentingnya masukan akar untuk metabolisme mikroba.

HASIL

Perlakuan pemupukan membedakan komposisi dari komunitas jamur terlepas dari peningkatan [CO2] atau spesies poplar, apalagi jumlah spesies jamur lebih rendah pada tanah yang diberi pupuk.

Gambar. 1: Jumlah koloni tercatat dalam profil DGGE untuk kedua tanggal sampling  dalam kontrol [n] dan FACE [n] dan kontrol [HN] dan FACE [HN] plot. Bar dengan huruf yang sama tidak berbeda nyata (p <0,05)

Keterangan: n (penambahan pupuk), HN (tanpa penambahan pupuk)

Pengaruh peningkatan [CO₂] pada komposisi komunitas jamur itu terbukti hanya sebagai interaksi dengan perlakuan pemupukan, N yang cukup dalam tanah , peningkatan [CO₂] menentukan komunitas mikroba yang berbeda. Untuk CLPP (Tabel 1), perbedaan spesies poplar adalah faktor variasi utama. Perlakuan FACE, rata-rata, menghasilkan laju pemanfaatan C lebih rendah untuk tanah yang tidak dipupuk dan lebih tinggi di tanah yang dipupuk.

Tabel 1. MANOVA (Multivariate Analysis of variance) dari FACE dan perlakuan pemupukan, waktu (Oktober vs. Juli), spesies poplar dan interaksinya disajikan dalam data CLPP.

PEMBAHASAN

 Biomassa jamur dan komposisi jamur tergantung pada faktor yang berbeda: dari penelitian sebelumnya kita tahu bahwa semakin besar kuantitas dan rasio C / N yang lebih tinggi dari input organik di bawah peningkatan [CO2] memberikan pengaruh secara positif terhadap biomassa jamur baik dalam tanah yang dipupuk maupun tidak, sedangkan ketersediaan nitrogen  menjadi penentu utama dari komposisi komunitas jamur dalam penelitian ini. Seluruh komunitas mikroba yang aktif  langsung dipengaruhi oleh ketersediaan hara tanah dan spesies poplar tersebut. Di bawah peningkatan CO₂  kompetisi untuk N dengan tanaman sangat mempengaruhi komunitas mikroba, yang tidak dapat memperoleh manfaat dari penambahan substrat pada rizosfer. Di bawah kondisi N yang cukup, peningkatan aktivitas mikroba karena pengayaan [CO2] terkait dengan komunitas mikroba yang lebih aktif, dipengaruhi oleh ketersediaan dari C dan N.

KESIMPULAN

 Faktor yang berbeda mempengaruhi komunitas mikroba pada tingkat yang berbeda: spesies poplar dan eksudat akar  dipengaruhi oleh sifat fungsional dari komunitas mikroba, sedangkan komposisi  jamur tertentu (seperti yang terlihat dengan DGGE) tetap tidak pengaruh. Di sisi lain, faktor seperti ketersediaan N dan C memiliki dampak yang kuat pada komunitas fungsional dan komposisi. Struktur komunitas jamur mencerminkan ketersediaan N dalam tanah dan efek peningkatan [CO2] pada struktur komunitas dan fungsi nyata hanya pada ketersediaan N  tanah. Ketersediaan simultan C dan N  olehkarena itu menjadi  kekuatan pendorong utama untuk struktur dan fungsi mikroba di perkebunan ini.