Besarnya serta pentingnya fiksasi nitrogen hayati dapat di nilai dari perkiraan yang dibuat baru – baru ini yang menyatakan organisme hidup mengikat nitrogen dalam
jumlah lebih besar daripada yang dilakukan oleh pabrik diseluruh dunia pada tahun 1974 jumlah nitrogen yang diikat oleh organisme hidup ialah 175 ton, sedangkan yang
dihasilkan oleh pabrik hanya 4 juta ton Pelczar. M, 1998.
2.4.1 Fiksasi nitrogen secara nonsimbiotik .
Fiksasi nitrogen non simbiotik dilakukan oleh Clostridium pasteurium dan Azotobakter. Clostridium bersifat anaerobik, sedangkan Azotobakter bersifat aerobik.
Kemampuan fiksasi nitrogen Clostridium jauh lebih kuat jika dibandingkan dengan kemampuan fiksasi nitrogen Azotobakter Budiyanto.A.K, 2002.
2.4.2. Fiksasi nitrogen secara simbiotik oleh Rhizobium
Fiksasi semacam ini dilakukan oleh Rhizobium dengan leguminosae. Sebelum memfiksasi nitrogen, bakteri ini harus tumbuh terlebih dahulu dalam jaringan akar.
Infeksi dari sitem jaringan ini oleh bakteri dikaitkan dengan pembentukan benang infeksi yang berkembang menjadi akar rambut. Bakteri pengfiksasi nitrogen kemudian
merusak ke dalam jaringan inang melalui benang infeksi inang. Beberapa sel kemudian diinfeksi, sehingga menyebabkan pembengkakan sel dan peningkatan
pembelahan sel, sehingga terjadilah pembentukan nodula. Dalam sistem ini terlibat leguminosa, bakteri, dan nodula. Dalam proses ini baik bakteri maupun tanaman
mendapatkan keuntungan dari infeksi ini. Bakteri mengubah N
2
Menurut Saifuddin Sarif1986 dalam “Ilmu Tanah Pertanian” jika terdapat bakteri yang mendekati dan menyentuh akar tanaman leguminosa, ada beberapa
diantaranya yang masuk kedalam sel – sel tunggal perakaran rambut tanaman. Perkembangan jumlah bakteri ini dapat meningkat dengan cepat karena berlimpahnya
bahan makanan yang dengan mudah dicapai dari jaringan tubuh tanaman. Bakteri yang telah masuk membentuk benang – benang dasar pada perakaran. Dengan adanya
dari udara menjadi nitrogen yang difiksasi sehingga dapat digunakan tanaman, sedangkan dipihak lain
bakteri mendapatkan zat hara dari jaringan tanaman tersebut Budiyanto.A.K, 2002.
Universitas Sumatera Utara
infeksi pada akar tanaman maka disekitarnya akan timbul nodula atau bintil akar, dan disinilah bakteri hidup. Setiap nodula dapat mengandung berjuta – juta bakteri dan
sejumlah nitrogen yang berkumpul pada nodula. Tanaman leguminosa mengikat atmosferik melalui akar akarnya dan tidak melalui daun – daunnya. Dalam kedaan
pertumbuhannya yang muda, akar – akar tanaman itu berkandungan nitrogen lebih besar. Bakteri Rhizobium dalam penelitian lebih dikenal, yaitu sebagai bakteri yang
bersimbiosis dengan akar tanaman kacang – kacangan dengan membentuk nodula Mulyani. M, 1991.
Untuk memfiksasi nitrogen, bakteri Rhizobium menggunakan enzim nitrogenase, dimana enzim ini akan menambat gas nitrogen di udara dan merubahnya menjadi gas
amoniak. Gen yang mengatur proses fiksasi ini adalah gen nif Singkatan nitrogen – fixation. Gen – gen nif ini berbentuk suatu rantai , tidak terpencar kedalam sejumlah
DNA deoxyribonucleic acid yang sangat besar yang menyusun kromosom bakteri, tetapi semuanya terkelompok dalam suatu daerah
http:id.answer.yahoo.com .
Reduksi N
2
ke NH
3
di dalam nodul dari legum dikatalisis oleh enzim Nitrogenase dalam bakteroid Rhizobium. Enzim ini dipengaruhi oleh oksigen, menyebabkan
inaktivasi yang tidak balik. Suatu hal penting yang perlu diperhatikan bila melakukan ekstraksi dan pemurnian enzim ini ialah kondisinya yang anaerobik. Enzim ini terdiri
dari 2 protein yang mengkatalisis reduksi N
2
tidak akan mengkatalisis reduksi N
2
tanpa yang lainnya, masing-masing dengan berat molekul 222.000 dalton dan 60.000 dalton. Sub unit yang lebih besar tersusun dari 4 sub unit. Protein yang besar juga
mengandung 2 atom Molibdenum. Protein yang kecil terdiri dari 2 sub unit yang identik masing-masing mengandung atom besi. Aktivitas Nitrogenase dapat dimonitor
menggunakan Sodium dithionite Na
2
S
2
O
4
sebagai reduktan. Mg
2+
dan ATP adenosin triphospate dibutuhkan untuk reduksi N
2
invitro. ADP Adenosin diphosphate yang dihasilkan akan menghambat aktivitas Nitrogenase, oleh karenanya
sistem ini harus menggunakan fosforilasi ADP ke ATP . Dengan kondisi demikian, Nitrogenase mengkatalisis reduksi N
2
N ≡N ke NH
3
dan juga asetilen CH ≡CH dan
HCN CH ≡N. Reduksi asetilen ke etilen yang dapat dipisahkan dengan mudah dari
asetilen lewat gas kromatografi, reduksi ini seringkali digunakan untuk mengestimasikan aktivitas Nitrogenase. Nitrogenase juga mendukung reduksi H
+
ke
Universitas Sumatera Utara
H
2
aktivitas hidrogenase. Nitrogenase dalam bakteroid Rhizobium hanya berfungsi pada kondisi relatif tanpa oksigen, tetapi reduksi yang setara dengan yang dibutuhkan
untuk reduksi N
2
dibentuk dari oksidasi aerob terhadap sumber karbon dalam bakteroid. Pengendalian masuknya oksigen untuk respirasi dicapai dengan adanya
protein pembawa O
2
, leghemoglobin yang memiliki afinitas tinggi terhadap O
2
, yang menyediakan bakteroid dengan O
2
dan dalam bentuk yang dapat melindungi Nitrogenase dari kerusakan.
http:elearning.unej.ac.id .
Bintil akar pada tanaman legum berwarna kemerahan seperti haemoglobin. Warna merah pada bintil akar disebabkan oleh adanya pigmen yang disebut
Leghemoglobin LHb yang mengandung besi. Leghemoglobin hanya ditemukan pada bintil akar yang sehat, sedangkan tanaman yang tidak sehat mempunyai bintil akar
berwarna putih karena tidak mempunyai LHb sehingga penambatan nitrogen tidak dapat terjadi pada bintil akar yang tidak sehat semacam itu. LHb berada diluar
membran bakteroid. Penelitian menunjukkan bahwa membran bakteroid berperan dalam memisahkan bakteroid dari sistem penyangga oksigen. Konsentrasi LHb dapat
digunakan untuk memperkirakan efisiensi bintil akar dalam penambatan nitrogen N
2
Yuwono. T, 2006 .
Dalam proses fiksasi nitrogen, baik nitrogenase protein Mo-Fe maupun nitrogenase reduktase protein Fe bersifat esensial dalam penambatan nitrogen.
Protein Fe berintekrasi dengan Mg
++
sedangkan protein Mo-Fe mengkatalisis reduksi N
2
menjadi NH
3
, H
+
menjadi H
2
dan mengubah asitetilen menjadi etilen. Selama penambatan nitrogen, sumber reduktan untuk transfer electron berasal dari ferredoxin
atau flavodoxin yang tereduksi. Ferrodoxin yang tereduksi memberikan electron ke frotein Fe sehingga mereduksi protein Mo-Fe dan diikuti oleh pelepasan phosphat
anorganik P
i
. kompleks enzim nitrogenase memperoleh energi dari ATP yang dihasilkan pada saat terjadi proses respirasi. Akhirnya, protein Mo-Fe memberikan
electron ke substrat yang dapat direduksi, misalnya N
2.
Secara umum reaksi penambatan nitrogen pada bintil akar legume dapat dituliskan dalam persamaan
sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
Mg N
++ 2
+ 16 ATP + 8e
-
+ 10 H
+
2 NH
4 +
+ H
2 +
+ 16 ADP + 16 Pi
Ammonia adalah produk stabil pertama pada proses fiksasi nitrogen. Setelah terbentuk, ammonia kemudian ditransfer melalui membran bakteroid ke sel tanaman
yang selanjutnya akan digunakan dalam metabolisme tanaman. Yuwono. T, 2006
2.5. Pupuk Hayati
