i
ABSTRAK
INTERAKSI KIMIAWI SERANGGA DENGAN TANAMAN
PISANG DALAM PENYEBARAN PENYAKIT BANANA
BLOOD DISEASE (BBD)
Oleh
Masriany
NIM: 30613002
(Program Studi Doktor Biologi)
Banana Blood disease (BBD) merupakan penyakit yang menjadi salah satu
tantangan utama produksi tanaman pisang di Indonesia. Penyakit ini disebabkan
oleh Blood disease bacterium (BDB) strain dari bakteri Ralstonia solanacearum
filotipe IV. Gejala penyakit BBD adalah pelepah daun melemah, daun menguning,
terjadi diskolorasi yang berwarna kemerahan pada jaringan buah, jaringan
pembuluh batang semu, dan penghitaman pada bunga jantan. Serangan BBD terjadi
secara sistemik sehingga pada akhirnya tanaman pisang mengalami kematian.
Penyebaran patogen ini sangat tinggi dan disebarkan oleh serangga pengunjung
bunga pisang melalui aktifitas foraging dari tanaman pisang sakit ke tanaman
pisang sehat. Penelitian ini bertujuan mengetahui interaksi kimiawi antara serangga
vektor BDB dengan metabolit bunga pisang.
Penelitian didesain menjadi tiga tahapan utama: tahap pertama adalah untuk
mengetahui pola aktivitas harian serangga dan keanekaragaman serangga pada: (1).
bunga pisang kultivar Nangka dan kultivar Klutuk, (2). bunga pisang yang bergejala
BBD dan yang tidak bergejala BDB, serta menganalisis hubungan faktor abiotik
dengan keanekaragaman serangga pada perbungaan pisang. Tahap kedua adalah
menganalisis interaksi kimiawi antara serangga vektor BDB dengan metabolit
atraktan dan fagostimulan bunga pisang. Tahap dua meliputi analisis metabolomik
dari metabolit gula dan metabolit atraktan pada bunga pisang kultivar Nangka dan
kultivar Klutuk serta uji preferensi serangga pengunjung bunga pisang terhadap
metabolit standar bunga pisang. Tahap ketiga adalah membuktikan bahwa serangga
pengunjung bunga pisang adalah vektor BDB. Kegiatan pada tahap ini meliputi
isolasi dan identifikasi bakteri BDB dari tubuh serangga pengunjung bunga pisang
dilanjutkan dengan uji postulat Koch untuk mengkonfirmasi penyakit BDB.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa pola aktivitas serangga perbungaan pisang
baik kultivar Nangka maupun kultivar Klutuk tertinggi pada pagi hari dan
mengalami penurunan pada siang hari kemudian terjadi kenaikan kembali pada sore
harinya. Keanekaragaman serangga pada bunga pisang kultivar Nangka dengan
kultivar Klutuk berbeda sangat nyata dengan signifikansi F(1,3)= 1,035 (p < 0.001).
Selain itu diketahui pula bahwa serangga perbungaan pisang kultivar Nangka terdiri
atas empat ordo: Diptera, Hymenoptera, Coleoptera, dan Blattodea, dan 11 spesies
yaitu Rhodesiella bhutanensis, R. manii, Semut, Eupuraea sp, Tribolium sp,
ii
Choragus sp., Carpophylus sp., Vespa sp., Drosophila melanogaster, Blatella sp,
Musca domestica, sedangkan pada kultivar Klutuk hanya terdiri atas 4 spesies: R.
bhutanensis, Semut, Choragus sp., Eupuraea sp. Bunga pisang yang bergejala BBD
memiliki kelimpahan populasi serangga yang lebih tinggi pada jenis D.
melanogaster, Carpophylus sp., dan M. domestica, sebaliknya pada bunga yang
sehat lebih banyak dikunjungi oleh serangga jenis R. bhutanensis, Vespa sp, dan
Semut. Faktor abiotik suhu, pH, kelembaban udara dan intensitas cahaya
berpengaruh terhadap keanekaragaman serangga.
Hasil analisis metabolomik menunjukkan bahwa metabolit atraktan monoterpen
pada bunga pisang kultivar Nangka dan kultivar Klutuk berbeda nyata. Begitu pula
pada bunga sakit BBD metabolit monoterpen alpha pinen lebih tinggi dibandingkan
pada bunga sehat. Alpha pinen merupakan jenis metabolit monoterpen yang
dominan pada bunga pisang kultivar Nangka dan diduga berperan sebagai atraktan
bagi serangga perbungaan pisang. Metabolit gula yang secara kualitatif dan
kuantitatif berbeda pada bunga sakit dan sehat adalah glukosa dan fruktosa.
Selanjutnya dari uji konfirmasi metabolit atraktan melalui uji preferensi serangga
pada alpha pinen, dan metabolit fagostimulan pada senyawa glukosa, fruktosa, dan
sukrosa diketahui bahwa serangga lebih tertarik pada alpha pinen dibandingkan
dengan metanol (kontrol negatif), dan lebih memilih glukosa dibandingkan dengan
fruktosa dan sukrosa. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa metabolit atraktan
dan fagostimulan pada bunga pisang bagi serangga D. melanogaster, R.
bhutanensis, M. domestica secara berurut adalah alpha pinen dan glukosa.
Identifikasi bakteri yang diisolasi dari tubuh serangga pengunjung bunga pisang
secara morfologi, biokimia, dan molekuler menunjukkan bahwa bakteri isolat
adalah gram negatif dengan karakter yang memiliki kemiripan dengan R.
solanacearum strain BDB. Begitu pula setelah dilakukan uji postulat Koch
menunjukkan terjadinya diskolorasi dan kelayuan pada tanaman pisang. Jenis
serangga yang paling banyak mengandung bakteri BDB adalah R. bhutanensis dan
D. melanogaster dengan demikian kedua jenis serangga tersebut berpotensi sebagai
vektor BDB melalui aktifitas mencari sumber makanan pada bunga pisang.
Interaksi kimia antara serangga vektor BDB dengan bunga pisang diduga melalui
senyawa alpha pinen yang dilepaskan oleh bunga pisang dan menarik kedatangan
serangga D. melanogaster dan R. bhutanensis. Kedua jenis serangga kemudian
datang untuk mencari sumber makanan pada bunga pisang. Mekanisme penyebaran
BDB diduga ketika serangga vektor BDB melakukan aktifitas foraging pada bunga
pisang sakit BBD, maka bakteri yang ada pada bunga kemungkinan ikut terbawa
baik ke dalam jaringan tubuh maupun di luar tubuh serangga, dan selanjutnya
bakteri ikut bermigrasi ketika serangga berpindah ke tanaman pisang lainnya
sehingga terjadilah penyebaran BDB dari satu pohon ke pohon pisang lainnya.
Kata Kunci: Metabolit sekunder volatil, interaksi tanaman dan serangga, aktivitas
foraging, BDB.
iii
ABSTRACT
INSECT - BANANA PLANT CHEMICAL INTERACTION
DURING THE TRANSMISSION OF BANANA BLOOD DISEASE
(BBD)
By
Masriany
NIM: 30613002
(Doctoral Program in Biology)
Banana Blood disease (BBD) is one of the important diseases that infect banana
plants in Indonesia. It is caused by Blood disease bacterium (BDB) which isthe
strain of phylotype IV of Ralstonia solanacearum. Symptoms of BBD are
weakening of leaf midribs, yellowing leaves, reddish discoloration of the fruit and
pseudo-stem tissue, and male flowers darkening. BBD attacks banana plant
systemically and caused death. The wide-range transmission of the disease is due
to foraging activity of banana flower insect from the BDB-infected plants to the
healthy plants. This study was conducted to investigate chemical interaction
between banana plant metabolites and insect vectors of BDB.
There were three stages performed during this research. The first stage was to
identify the insects daily activity and diversity on the: (1). Flowers of Nangka and
Klutuk cultivars; (2). Flowers with and without the BDB symptoms.The effect of
abiotic factors to the diversity of banana flower insects was also investigated during
this stage . The second stage was to analyze the chemical interaction between the
insect vector of BDB with the attractant and phagostimulant metabolites of banana
flower. During this stage, metabolomic analysis of sugar and attractant metabolites
of Nangka and Klutuk flowers was performed as well as the preference test of
banana flower insects Drosophila melanogaster, Rhodesiella bhutanensis, Musca
domestica on the standard metabolites of banana flowers. The third stage was to
confirm that the insect banana flowers are BDB vectors. The BDB bacteria was
isolated and identified from the insects followed by the postulate Koch test to
confirm the BDB disease.
It was shown that many banana flower insects are active mainly in the morning and
in the afternoon. The insect diversity in Nangka cultivar was different significantly
from the Klutuk cultivar with significance of F(1,3)= 1,035 (p < 0.001). There are
four genera of insects found in Nangka cultivar: Diptera, Hymenoptera, Coleoptera,
Blattodea, with 11 species: Rhodesiella bhutanensis, R. manii, ants, Eupuraea sp,
Tribolium sp, Choragus sp, Carpophylus sp, Vespa sp, D. melanogaster., Blatella
sp, M. domestica, whereas in Klutuk, only four species were found: R. bhutanensis,
ants, Choragus sp, Eupuraea sp. The D. melanogaster, Carpophylus sp., and M.
domestica are highly abundant in the BDB infected flowers., whereas the R.
bhutanensis, Vespa sp., and ants are highly abundant in the health flowers. Abiotic
iv
factors such as temperature, pH, humidity, and light intensity are suggested to
influence the insect diversity.
Metabolomic analysis has shown that the monoterpene attractant metabolite was
different significantly within the flower of Nangka and Klutuk cultivars. Similarly,
the amount of α-pinene metabolites in BDB-infected flowers was higher compared
to the uninfected flowers. The α-pinene metabolite is known to be dominant in the
flower of Nangka cultivar and is suspected to be an attractant for banana insect
pollinators. Glucose and fructose are sugar metabolites that was found significantly
different qualitatively and quantitatively in the BBD-infected and healthy flowers .
In addition, preference tests have shown that insects were more attracted to α-pinene
than methanol and prefer glucose over fructose or sucrose. In conclusion, for
D.melanogaster, R. bhutanensis, and M. domestica insects, α-pinene and glucose
are the attractant and phagostimulant metabolites of banana flowers. .
Identification of the isolated bacteria from the insect vectors morphologically,
biochemically, and molecularly has shown that the isolate was gram negative
bacteria with similar characteristics with the R. solanacearum BDB strain. The
result was confirmed by Koch's postulate test that showed discoloration/yellowing
and wilting of the banana plants. R. bhutanensis and D.melanogaster contained
most of the BDB bacteria, leading these insects to be potential BDB vectors via
their feeding activities on banana flowers.
Chemical interaction between BDB insect vectors and banana flowers is suggested
via the α-pinene metabolite that is released by the banana flowers which attract the
D.melanogaster and R. bhutanensis insects. Both insects then performed foraging
activity on the banana flowers stimulated by glucose. The spreading of BDB disease
is suggested due to foraging activity performed by these insects from BDB-infected
plants to the healthy plants on banana flowers hurt BBD, the bacteria that are
present in the flowers may be carried along either into the body tissues or outside
the body of the insect, and then the bacteria migrate when the insects move to other
banana plants so that there was a spread of BDB from one banana plant to another.
Keywords: Volatile secondary metabolites, plant-insect interactions, foraging
activity, Blood Disease Bacteria.