Aktivitas fiksasi nitrogen dan oksidasi metan kultur campuran bakteri metanotrof pada lumpur sawah

ABSTRAK
SHEILA NURAISHA HANIF. Aktivitas Fiksasi Nitrogen dan Oksidasi Metan Kultur Campuran
Bakteri Metanotrof pada Lumpur Sawah. Dibimbing oleh IMAN RUSMANA dan ALINA
AKHDIYA.
Bakteri metanotrof merupakan bakteri pengoksidasi metan. Selain itu, bakteri metanotrof
tipe II dan tipe X juga mampu memfiksasi nitrogen karena adanya enzim nitrogenase. Penelitian
ini dilakukan untuk menguji aktivitas oksidasi metan dan fiksasi nitrogen dari kelima isolat bakteri
metanotrof yakni BGM 1, BGM 3, BGM 5, BGM 9, dan SKM 14 yang dikombinasikan satu
dengan lainnya. Sebanyak 7 kombinasi (SKM 14/BGM 1; SKM 14/BGM 3; SKM 14/BGM 5;
SKM 14/BGM 9; BGM 9/BGM 1; BGM 9/BGM 3; BGM 9/BGM 5) dikulturkan kemudian
diinokulasikan ke campuran media NMS dengan ekstrak lumpur sawah, kemudian diuji aktivitas
oksidasi metan, fiksasi nitrogen dan aktivitas enzim nitrogenasenya. Akumulasi amonium tertinggi
pada lumpur steril (35,489 μM) lebih tinggi dibandingkan pada lumpur non steril (26,617 μM).
Formulasi 6 (BGM 9/BGM 3) pada perlakuan lumpur steril (5,16 mmol/jam/ml kultur) dan
formulasi 4 (SKM 14/BGM 9) pada perlakuan lumpur non steril (77,85 mmol/jam/ml kultur)
memiliki aktivitas enzim nitrogenase tertinggi. Formulasi 1 (SKM 14/BGM 1) dan formulasi 2
(SKM 14/BGM3) memiliki kemampuan oksidasi metan dalam lumpur steril tertinggi (17428 dan
16759 ppm/ml kultur/hari).
Kata kunci: Metan, bakteri metanotrof, oksidasi metan, fiksasi nitrogen, nitrogenase

ABSTRACT

SHEILA NURAISHA HANIF. Nitrogen fixation and Methane Oxidation Activity on Mixed
Culture of Methanotrophic Bacteria in Ricefield’s Mud. Under supervision of IMAN RUSMANA
and ALINA AKHDIYA.
Metanotroph bacteria are methane oxidizing bacteria. Besides, type II and type X of
methanotrophic bacteria were also able to fix nitrogen using nitrogenase enzyme. This reasearch
was conducted to test the activity of nitrogen fixation and methane oxidation of five isolates of
methanotropic bacteria i.e. BGM 1, BGM 3, BGM 5, BGM 9, and SKM 14 which combined with
one another. Seven combinations (SKM 14/BGM 1; SKM 14/BGM 3; SKM 14/BGM 5; SKM
14/BGM 9; BGM 9/BGM 1; BGM 9/BGM 3; BGM 9/BGM 5) were cultured and inoculated into
NMS medium mixed with slurry of mud, then the activity of methane oxidation, nitrogen fixation
and nitrogenase enzyme activity was tested. The highest accumulation of ammonium in the mud
sterile treatment (35.489 μM) was higher than that of in non-sterile mud treatment (26.617
μM). Formulation 6 (BGM 9/BGM 3) in sterile mud treatment and formulation 4 (SKM 14/BGM
9) in non-sterile mud treatment has the highest nitrogenase enzyme activity, it was 5,16 mmol/h/ml
culture and 75,85 mmol/h/ml culture respectively. Formulation 1 (SKM 14/BGM 1) and
formulation 2 (SKM 14/BGM3) had the higest activity of methane oxidation in sterile and non
sterile mud treatment i.e. 17428 and 16759 ppm /ml culture /day respectively.
Keyword: Methane, methanotrophic bacteria, methane oxidation, nitrogen fixation, nitrogenase

PENDAHULUAN

Latar Belakang
Pemanasan global (global warming) pada
dasarnya merupakan fenomena peningkatan
temperatur global dari tahun ke tahun karena
meningkatnya emisi gas rumah kaca di atmosfir.
Selama 100 tahun terakhir ini, konsentrasi CO2,
CH4, dan N2O sebagai gas rumah kaca di
atmosfir telah meningkat sebagai hasil dari
aktivitas manusia (Griffin 2003). Intergovern
mental Panel of Climate Change (IPCC) pada
tahun 1992 menyatakan bahwa metan (CH4)
menempati urutan ketiga dalam hal pemanasan
global setelah CO2 dan CFC.
Namun, meskipun berada diperingkat ketiga
dalam produksi serta emisinya, sebagai gas
rumah kaca metan ternyata 30 kali lebih reaktif
dibandingkan dengan CO2 (Abao et al. 2000).
Oleh karena itu, pengurangan emisi metan akan
lebih efektif 20-60 kali dalam penurunan potensi
pemanasan global dibandingkan pengurangan

emisi CO2 (Hanson & Hanson 1996).
Emisi metan dari lingkungan akuatik seperti
tanah sawah pada dasarnya ditentukan oleh dua
proses mikrobial yang berbeda, yaitu produksi
metan dan konsumsi metan (Rudd dan Taylor,
1980). Emisi metan dari lahan pertanian
diperkirakan sebesar 100 Tg/tahun (Yagi &
Minami 1990). Indonesia dengan luas lahan
pertanian sebesar 6,8% dari luas lahan pertanian
didunia diduga memberi kontribusi emisi gas
metan sebesar 3,4-4,5 Tg CH4/tahun (1 Tg =
1012 g
Untuk mewujudkan sistem pertanian lahan
sawah yang ramah lingkungan, dapat dilakukan
dengan menekan tingkat emisi gas metan pada
lahan sawah diantaranya melalui pemanfaatan
bakteri
metanotrof.
Bakteri
metanotrof

merupakan bakteri yang memanfaatkan CH4
sebagai donor elektron untuk menghasilkan
energi (Hanson dan Hanson 1996). Oksidasi
metan dilahan sawah dapat mencapai 80% dari
metan yang diproduksi oleh bakteri metanogen
(Conrad & Rothfus 1991).
Berdasarkan perbedaan jalur biosintesis dan
morfologinya,
bakteri
metanotrof dapat
dikelompokkan menjadi tiga tipe yaitu tipe I,
tipe II, dan tipe X (Hanson & Hanson 1996).
Tipe I mensintesis formaldehid melalui jalur

serin, tipe II mensintesis formaldehid melalui
jalur RuMP, dan tipe X mensintesis formaldehid
melalui jalur RuMP dan juga jalur serin
walaupun hanya dalam level yang rendah. Dari
ketiga tipe tersebut, bakteri metanotrof tipe II
dan tipe X memiliki kemampuan menambat

nitrogen, dimana nitrogen bebas dari udara
diubah menjadi amonium sehingga dapat
dimanfaatkan oleh tanaman.
Informasi mengenai karakter bakteri
metanotrof asal Indonesia masih sangat sedikit,
oleh karena itu berbagai penelitian tentang
bakteri ini diharapkan dapat memberi informasi
yang dapat dimanfaatkan untuk pengembangan
bakteri metanotrof sebagai salah satu komponen
pupuk hayati serta aplikasinya sebagai agen
penurun emisi gas metan di lahan sawah.
Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan
aktivitas oksidasi metan dan fiksasi nitrogen
campuran (formulasi) bakteri metanotrof pada
lumpur sawah.
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan
Januari sampai dengan bulan September 2010 di
Laboratorium

Mikrobiologi,
Departemen
Biologi, FMIPA, IPB.

BAHAN DAN METODE
Bahan
Isolat bakteri metanotrof BGM 1, BGM 3,
BGM 5, BGM 9 dan SKM 14 (Hapsari 2008).
Media Nitrat Mineral Salts (NMS) dengan
komposisi MgSO4.7H2O 1.0 g/L, CaCl2.6H2O
0.2 g/L, KNO3 1.0 g/L, KH2PO4 0.272 g/L,
Na2HPO4 4.0 g/L, NH4Cl 4.0 mg/L, Na2EDTA
0.5 g/L, FeSO4.7H2O 0.2 g/L, H3BO4 0.03 g/L,
CoCl2.6H2O 0.02 g/L, ZnSO4.7H2O 0.01 g/L,
MnCl2.4H2O 3.0 mg/L, Na2MoO4. 2H2O 3.0
mg/L, NiCl2.6H2O 2.0 mg/L, CaCl2.2H2O 1.0
mg/L, Bacto agar 20 g/L, methanol 1%, Milli Q
Water, larutan NH4Cl 100 ppm, larutan fenol
alkohol (C6H5OH) 10%, larutan Natrium
Dihidro Nitroprusid 0,5 %, dan larutan oksidan

yang terdiri atas Natrium Sitrat 20% dan
Natrium Hipoklorit 5, 25%.
Metode
Peremajaan biakan dan
inokulum.
Biakan
bakteri

penyiapan
metanotrof

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pemanasan global (global warming) pada
dasarnya merupakan fenomena peningkatan
temperatur global dari tahun ke tahun karena
meningkatnya emisi gas rumah kaca di atmosfir.
Selama 100 tahun terakhir ini, konsentrasi CO2,
CH4, dan N2O sebagai gas rumah kaca di
atmosfir telah meningkat sebagai hasil dari

aktivitas manusia (Griffin 2003). Intergovern
mental Panel of Climate Change (IPCC) pada
tahun 1992 menyatakan bahwa metan (CH4)
menempati urutan ketiga dalam hal pemanasan
global setelah CO2 dan CFC.
Namun, meskipun berada diperingkat ketiga
dalam produksi serta emisinya, sebagai gas
rumah kaca metan ternyata 30 kali lebih reaktif
dibandingkan dengan CO2 (Abao et al. 2000).
Oleh karena itu, pengurangan emisi metan akan
lebih efektif 20-60 kali dalam penurunan potensi
pemanasan global dibandingkan pengurangan
emisi CO2 (Hanson & Hanson 1996).
Emisi metan dari lingkungan akuatik seperti
tanah sawah pada dasarnya ditentukan oleh dua
proses mikrobial yang berbeda, yaitu produksi
metan dan konsumsi metan (Rudd dan Taylor,
1980). Emisi metan dari lahan pertanian
diperkirakan sebesar 100 Tg/tahun (Yagi &
Minami 1990). Indonesia dengan luas lahan

pertanian sebesar 6,8% dari luas lahan pertanian
didunia diduga memberi kontribusi emisi gas
metan sebesar 3,4-4,5 Tg CH4/tahun (1 Tg =
1012 g
Untuk mewujudkan sistem pertanian lahan
sawah yang ramah lingkungan, dapat dilakukan
dengan menekan tingkat emisi gas metan pada
lahan sawah diantaranya melalui pemanfaatan
bakteri
metanotrof.
Bakteri
metanotrof
merupakan bakteri yang memanfaatkan CH4
sebagai donor elektron untuk menghasilkan
energi (Hanson dan Hanson 1996). Oksidasi
metan dilahan sawah dapat mencapai 80% dari
metan yang diproduksi oleh bakteri metanogen
(Conrad & Rothfus 1991).
Berdasarkan perbedaan jalur biosintesis dan
morfologinya,

bakteri
metanotrof dapat
dikelompokkan menjadi tiga tipe yaitu tipe I,
tipe II, dan tipe X (Hanson & Hanson 1996).
Tipe I mensintesis formaldehid melalui jalur

serin, tipe II mensintesis formaldehid melalui
jalur RuMP, dan tipe X mensintesis formaldehid
melalui jalur RuMP dan juga jalur serin
walaupun hanya dalam level yang rendah. Dari
ketiga tipe tersebut, bakteri metanotrof tipe II
dan tipe X memiliki kemampuan menambat
nitrogen, dimana nitrogen bebas dari udara
diubah menjadi amonium sehingga dapat
dimanfaatkan oleh tanaman.
Informasi mengenai karakter bakteri
metanotrof asal Indonesia masih sangat sedikit,
oleh karena itu berbagai penelitian tentang
bakteri ini diharapkan dapat memberi informasi
yang dapat dimanfaatkan untuk pengembangan

bakteri metanotrof sebagai salah satu komponen
pupuk hayati serta aplikasinya sebagai agen
penurun emisi gas metan di lahan sawah.
Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan
aktivitas oksidasi metan dan fiksasi nitrogen
campuran (formulasi) bakteri metanotrof pada
lumpur sawah.
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan
Januari sampai dengan bulan September 2010 di
Laboratorium
Mikrobiologi,
Departemen
Biologi, FMIPA, IPB.

BAHAN DAN METODE
Bahan
Isolat bakteri metanotrof BGM 1, BGM 3,
BGM 5, BGM 9 dan SKM 14 (Hapsari 2008).
Media Nitrat Mineral Salts (NMS) dengan
komposisi MgSO4.7H2O 1.0 g/L, CaCl2.6H2O
0.2 g/L, KNO3 1.0 g/L, KH2PO4 0.272 g/L,
Na2HPO4 4.0 g/L, NH4Cl 4.0 mg/L, Na2EDTA
0.5 g/L, FeSO4.7H2O 0.2 g/L, H3BO4 0.03 g/L,
CoCl2.6H2O 0.02 g/L, ZnSO4.7H2O 0.01 g/L,
MnCl2.4H2O 3.0 mg/L, Na2MoO4. 2H2O 3.0
mg/L, NiCl2.6H2O 2.0 mg/L, CaCl2.2H2O 1.0
mg/L, Bacto agar 20 g/L, methanol 1%, Milli Q
Water, larutan NH4Cl 100 ppm, larutan fenol
alkohol (C6H5OH) 10%, larutan Natrium
Dihidro Nitroprusid 0,5 %, dan larutan oksidan
yang terdiri atas Natrium Sitrat 20% dan
Natrium Hipoklorit 5, 25%.
Metode
Peremajaan biakan dan
inokulum.
Biakan
bakteri

penyiapan
metanotrof

diremajakan pada medium agar NMS lengkap
ditambah metanol 1% dan diinkubasi pada suhu
ruang selama 5-7 hari. Inokulum disiapkan
dengan cara menginokulasikan 1-2 lup isolat
bakteri metanotrof ke media NMS cair bebas
nitrogen yang ditambah metanol 1% kemudian
diinkubasi di mesin pengocok selama 7-14 hari.
Pengambilan dan analisa sampel lumpur.
Sampel tanah diambil dari daerah Sawah Baru
Darmaga, Bogor. Tanah diambil dengan teknik
pengambilan tanah komposit. Pengambilan
sampel dilakukan pada lima titik. Dari masingmasing titik, sebanyak 1 liter lumpur diambil
pada kedalaman ± 20 cm. Sampel lumpur dari
tiap titik dicampurkan dalam satu wadah,
kemudian diambil sebanyak 2 liter untuk
dianalisis. Analisis tanah yang dilakukan
meliputi komposisi tekstur tanah dan kandungan
bahan organik (C dan N). Analisis komposisi
dan
tekstur
tanah
dilakukan
dengan
menggunakan perangkat uji tanah yang terdiri
dari bagan warna tanah dan berbagai jenis
pereaksi untuk penentuan pH dan kandungan
haranya. Sedangkan penentuan tekstur tanah
dilakukan dengan melihat komposisi ukuran
partikel tanah. Keseluruhan analisis ini
dilakukan di Balai Penelitian Tanah, Badan
Litbang Pertanian, Bogor.
Pembuatan ekstrak lumpur. Pembuatan
ekstrak lumpur diawali dengan pengenceran
lumpur dengan air (1:1). Campuran kemudian
direbus dan di saring dengan kain kasa dan
diendapkan selama 2 malam. Lapisan atas hasil
pengendapan
disaring
kembali
dengan
menggunakan kertas saring sehingga di dapat
ekstrak lumpur dengan struktur yang halus dan
homogen. Ekstrak lumpur kemudian dibagi
menjadi dua, masing-masing untuk perlakuan
sterilisasi dan tanpa sterilisasi.
Formulasi kultur bakteri metanotrof.
Formulasi dilakukan dengan mengkombinasikan
2 jenis isolat bakteri metanotrof. Kombinasi
yang dibuat adalah : Formulasi 1 (SKM
14/BGM 1), Formulasi 2 (SKM 14/BGM 3),
Formulasi 3 (SKM 14/BGM 5), Formulasi 4
(SKM 14/BGM 9), Formulasi 5 (BGM 9/BGM
1), Formulasi 6 (BGM 9/BGM 3), dan
Formulasi 7 (BGM 9/BGM 5).
Pengukuran populasi bakteri metanotrof
dalam lumpur steril. Sebanyak 100 µl lumpur
yang telah diinokulasi oleh formulasi kultur

bakteri diencerkan secara serial dengan garam
fisiologis (NaCl 0,85%). Dari masing-masing
pengenceran, sebanyak 100 µl disebar pada
cawan berisi media NMS agar lengkap ditambah
metanol 1% lalu diinkubasi pada suhu ruang.
Setelah 7-10 hari, koloni yang tumbuh dihitung
dan dikonversi ke dalam satuan sel/ml.
Pengukuran aktivitas oksidasi metan.
Sebanyak 1 ml inokulum bakteri pertama
pertama dan 1 ml isolat kedua diinokulasikan
kedalam 10 ml NMS cair dan 10 ml ekstrak
lumpur. Komposisi gas di bagian head space
dibuat menjadi 50% metan dan 50% udara.
Inkubasi dilakukan selama 15 hari diatas mesin
pengocok pada suhu ruang 27-30ºC dan kondisi
gelap. Pada akhir masa inkubasi dilakukan
pengukuran gas metan tersisa pada bagian head
space dengan menggunakan alat kromatografi
(Kumaraswamy et al. 2001). Analisis gas metan
ini dilakukan di Balai Penelitian Lingkungan
Pertanian, Jakenan Pati, Jawa Tengah.
Pengukuran kadar amonium dalam
lumpur. Sebanyak 2 ml inokulum isolat
pertama dan 2 ml inokulum isolat kedua
diinokulasikan kedalam 20 ml NMS cair bebas
nitrogen dan 20 ml ekstrak lumpur. Komposisi
gas di bagian head space dibuat menjadi 50%
metan dan 50% udara. Inkubasi dilakukan
selama 15 hari diatas mesin pengocok pada suhu
ruang 27-30ºC dan kondisi gelap. Setiap 3 hari,
dari masing-masing perlakuan diambil 5 ml
lumpur (steril atau non steril) yang telah
diinokulasi, lalu ditambah dengan satu tetes
HgCl2. Selanjutnnya campuran lumpur tersebut
disentrifugasi pada kecepatan 4000 rpm selama
10 menit pada suhu ruang. Supernatan yang
terbentuk diambil 5 ml lalu ditambah 0,2 ml
larutan fenol alkohol, 0,2 ml larutan Nadihidroprusit dan 0,5 ml campuran Na-sitrat
20% dan Na Hipoklorit (1 : 4) secara berurutan.
Campuran reaksi dibiarkan pada suhu ruang
selama 1 jam sampai berubah warna menjadi
kebiruan (Cleseri et al. 1989). Hasil reaksi
diukur absorbansinya dengan menggunakan
spektrofotometer vis Genesys 20 (Perancis) pada
panjang gelombang 640 nm. Sebagai standar
digunakan larutan NH4Cl dengan konsentrasi 0,
3, 9, dan 15 ppm. Pengukuran masing-masing
perlakuan dan larutan standar dilakukan
sebanyak tiga kali ulangan. Hasil dari
pembuatan kurva standar dapat dilihat pada
lampiran 2.

Analisa Reduksi Asetilen (ARA :
Acetylene Reduction Assay). Sebanyak 0,5 ml
inokulum bakteri pertama pertama dan 0,5 ml
inokulum bakteri kedua diinokulasikan kedalam
campuran 2 ml NMS cair bebas nitrogen yang
ditambah 1% metanol dan 2 ml ekstrak lumpur
dalam tabung reaksi bertutup karet. Inkubasi
dilakukan selama 15 hari diatas mesin pengocok
pada suhu ruang 27-30ºC dan kondisi gelap.
Pada akhir inkubasi, gas pada bagian headspace
disedot sebanyak 1 ml lalu ke dalamnya
diinjeksikan gas asetilen (C2H2) dengan volume
yang sama. Setelah diinkubasi selama 1 jam
pada suhu ruang, 1 ml gas bagian headspace
diambil kembali untuk diukur konsentrasi
etilennya
dengan
menggunakan
teknik
kromatografi gas. Analisa Reduksi Asetilen ini
dilakukan di Laboratorium Balai Besar
Penelitian Pascapanen Cimanggu, Bogor Jawa
Barat.

HASIL
Tekstur dan komposisi tanah
Hasil analisis tekstur dan komposisi bahan
organik pada tabel 1 menunjukkan bahwa

Asal Sampel
Sawah Baru

komponen dari sampel tanah lumpur di daerah
Sawah Baru didominasi oleh liat, yaitu sebesar
56%. pH tanah memiliki kisaran nilai antara 4,2
hingga 4,6. Kandungan Nitrogen sampel tanah
sebesar 0,17%, dan rasio C/N sebesar 11%.
Pertumbuhan bakteri hasil formulasi dalam
lumpur steril
Gambar 1 merupakan kurva pertumbuhan 7
formulasi bakteri dalam perlakuan lumpur steril
selama 4 minggu inkubasi. Pada kurva
pertumbuhan tersebut, dapat terlihat bahwa
populasi sel tertinggi selama masa inkubasi
dicapai oleh formulasi 6 (BGM 9 + BGM 3)
sebesar 29,1x107 sel/ml, sementara populasi sel
terendah dicapai oleh formulasi 2 (SKM 14 +
BGM 3) sebesar 9,7x107 sel/ml.
Berdasarkan kurva pertumbuhan pada
gambar 1, formulasi 4, formulasi 6 dan
formulasi 7 terus mengalami kenaikan jumlah
sel selama 4 minggu pengamatan, sedangkan
formulasi yang lain cenderung mengalami
penurunan kepadatan sel setelah minggu ke 2
dan minggu ke 3. Hal ini dapat disebabkan
karena bakteri pada formulasi-formulasi tersebut
sudah memasuki fase stasioner dan menuju pada
fase kematian.

Tabel 1. Struktur dan kandungan hara tanah Sawah Baru
Tekstur (%)
pH

(%)

Pasir

Debu

Liat

H2O

KCl

C

N

C/N

15

29

56

4,6

4,2

1,84

0,17

11

Jumlah sel/ml (x 106)

300

291

F1

250

F2

200

F3

150
97

100

F4
F5

50
F6
0
0

1

2

3

4

Masa Inkubasi (Minggu)

Gambar 1 Kurva pertumbuhan bakteri hasil formulasi dalam lumpur steril

F7

Analisa Reduksi Asetilen (ARA :
Acetylene Reduction Assay). Sebanyak 0,5 ml
inokulum bakteri pertama pertama dan 0,5 ml
inokulum bakteri kedua diinokulasikan kedalam
campuran 2 ml NMS cair bebas nitrogen yang
ditambah 1% metanol dan 2 ml ekstrak lumpur
dalam tabung reaksi bertutup karet. Inkubasi
dilakukan selama 15 hari diatas mesin pengocok
pada suhu ruang 27-30ºC dan kondisi gelap.
Pada akhir inkubasi, gas pada bagian headspace
disedot sebanyak 1 ml lalu ke dalamnya
diinjeksikan gas asetilen (C2H2) dengan volume
yang sama. Setelah diinkubasi selama 1 jam
pada suhu ruang, 1 ml gas bagian headspace
diambil kembali untuk diukur konsentrasi
etilennya
dengan
menggunakan
teknik
kromatografi gas. Analisa Reduksi Asetilen ini
dilakukan di Laboratorium Balai Besar
Penelitian Pascapanen Cimanggu, Bogor Jawa
Barat.

HASIL
Tekstur dan komposisi tanah
Hasil analisis tekstur dan komposisi bahan
organik pada tabel 1 menunjukkan bahwa

Asal Sampel
Sawah Baru

komponen dari sampel tanah lumpur di daerah
Sawah Baru didominasi oleh liat, yaitu sebesar
56%. pH tanah memiliki kisaran nilai antara 4,2
hingga 4,6. Kandungan Nitrogen sampel tanah
sebesar 0,17%, dan rasio C/N sebesar 11%.
Pertumbuhan bakteri hasil formulasi dalam
lumpur steril
Gambar 1 merupakan kurva pertumbuhan 7
formulasi bakteri dalam perlakuan lumpur steril
selama 4 minggu inkubasi. Pada kurva
pertumbuhan tersebut, dapat terlihat bahwa
populasi sel tertinggi selama masa inkubasi
dicapai oleh formulasi 6 (BGM 9 + BGM 3)
sebesar 29,1x107 sel/ml, sementara populasi sel
terendah dicapai oleh formulasi 2 (SKM 14 +
BGM 3) sebesar 9,7x107 sel/ml.
Berdasarkan kurva pertumbuhan pada
gambar 1, formulasi 4, formulasi 6 dan
formulasi 7 terus mengalami kenaikan jumlah
sel selama 4 minggu pengamatan, sedangkan
formulasi yang lain cenderung mengalami
penurunan kepadatan sel setelah minggu ke 2
dan minggu ke 3. Hal ini dapat disebabkan
karena bakteri pada formulasi-formulasi tersebut
sudah memasuki fase stasioner dan menuju pada
fase kematian.

Tabel 1. Struktur dan kandungan hara tanah Sawah Baru
Tekstur (%)
pH

(%)

Pasir

Debu

Liat

H2O

KCl

C

N

C/N

15

29

56

4,6

4,2

1,84

0,17

11

Jumlah sel/ml (x 106)

300

291

F1

250

F2

200

F3

150
97

100

F4
F5

50
F6
0
0

1

2

3

4

Masa Inkubasi (Minggu)

Gambar 1 Kurva pertumbuhan bakteri hasil formulasi dalam lumpur steril

F7

30

30
20
10
0
0

3

6

9

12

15

Waktu inkubasi (hari)

10

Lumpur steril

0
6

9

12

15

Lumpur steril

Lumpur non steril

Gambar 2 Kadar amonium dalam lumpur yang
diinokulasi dengan formulasi 1
selama inkubasi
40
30

Lumpur non steril

Gambar 5 Kadar amonium dalam lumpur yang
diinokulasi dengan formulasi 4
selama inkubasi

Kadar amonium (μM)

3

Waktu inkubasi (hari)

Kadar amonium (μM)

40

20

0

40
30
20
10
0

20

0

3

6

9

12

15

Waktu inkubasi (hari)

10

Lumpur steril

0
0

3

6

9

12

15

Waktu inkubasi (hari)
Lumpur steril

Lumpur non steril

Gambar 3 Kadar amonium dalam lumpur yang
diinokulasi dengan formulasi 2
selama inkubasi
Kadar amonium (μM)

Kadar amonium (μM)

40

40
30
20
10

40
30
20
10
0
0

0

Lumpur non steril

Gambar 6 Kadar amonium dalam lumpur yang
diinokulasi dengan formulasi 5
selama inkubasi

Kadar amonium (μM)

Kadar amonium (μM)

Akumulasi Amonium dalam Lumpur
Berikut merupakan hasil pengukuran kadar
amonium pada lumpur yang diinokulasi dengan
ketujuh formulasi selama 15 hari masa inkubasi.

3

6

9

12

15

Waktu inkubasi (hari)

0

3

6

9

12

15

Waktu inkubasi (hari)
Lumpur steril

Lumpur non steril

Gambar 4 Kadar amonium dalam lumpur yang
diinokulasi dengan formulasi 3
selama inkubasi

Lumpur steril

Lumpur non steril

Gambar 7 Kadar amonium dalam lumpur yang
diinokulasi dengan formulasi 6
selama inkubasi

Kadar amonium (μM)

40
30
20
10
0
0

3

6

9

12

15

Waktu inkubasi (hari)
Lumpur steril

Lumpur non steril

Gambar 8 Kadar amonium dalam lumpur yang
diinokulasi dengan formulasi 7
selama inkubasi

Akumulasi amonium

Berdasarkan plot data kadar amonium dari
tiap formulasi, kadar amonium pada formulasi 1
(gambar 2), formulasi 2 (gambar 3), formulasi 3
(gambar 4), formulasi 4 (gambar 5), formulasi 5
(gambar 6), formulasi 6 (gambar 7), dan
formulasi 7 (gambar 8) cenderung mengalami
kenaikan pada hari ke-9 dan sebagian besar
mengalami penurunan kadar amonium terukur
pada hari ke-12 hingga akhir inkubasi (hari ke15). Perbandingan kadar amonium pada hari ke9 dapat dilihat pada gambar 9.
40
30
20
10
0
F1

F2

F3

Lumpur Steril

F4

F5

F6

F7

Lumpur Non Steril

Gambar 9 Perbandingan kadar amonium dalam
lumpur pada masa inkubasi hari ke-9
Berdasarkan plot data kadar amonium
terakumulasi dalam perlakuan lumpur steril,
akumulasi amonium tertinggi dicapai pada hari
ke-9 masa inkubasi oleh formulasi 4 sebesar
35,489 μM (Gambar 5), kemudian diikuti oleh
formulasi 3 sebesar 28,664 μM (Gambar 4).
Kadar amonium terakumulasi pada akhir
inkubasi (hari ke-15) tertinggi dicapai oleh
formulasi 4 sebesar 13,257 μM dan terendah
ditunjukkan oleh formulasi 5 sebesar 1,2 μM
(Tabel 2).

Tabel 2. Kadar amonium dalam lumpur pada
akhir inkubasi
Formulasi
Kadar amonium
(μM)
Lumpur
Lumpur non
steril
steril
F1
1,7
17
F2
2,5
11
F3
5,0
9,0
F4
13
3,4
F5
1,2
9,0
F6
6,1
0,0
F7
5,1
12
Berdasarkan plot data akumulasi amonium
dalam perlakuan lumpur non steril, akumulasi
amonium tertinggi juga dicapai pada inkubasi
hari ke-9 oleh formulasi 4 sebesar 26,617 μM
(Gambar 5). Kadar amonium terakumulasi
tertinggi pada masa akhir inkubasi (hari ke-15)
dicapai oleh formulasi 1 yaitu sebesar 17,751
μM (Tabel 2). Berbeda dengan formulasi
lainnya, setelah hari ke 6 kadar amonium dalam
lumpur non steril pada formulasi 6 terus turun
sampai tidak terdeteksi pada akhir inkubasi
(Gambar 7).
Aktivitas Enzim Nitrogenase
Berdasarkan hasil dari uji ARA (Acetylene
Reduction Assay) dapat dilihat bahwa aktivitas
tertinggi dari enzim nitrogenase dalam
perlakuan lumpur steril dicapai oleh formulasi 6
(BGM 9/ BGM 3) sebesar 5,1 mmol/jam/ml
kultur. Sedangkan aktivitas tertinggi pada
perlakuan lumpur non steril di capai oleh
formulasi 4 (SKM14/BGM 9) sebesar 75,8
mmol/jam/ml kultur (Tabel 3).
Tabel 3. Aktivitas enzim nitrogenase formulasi
bakteri metanotrof dalam lumpur
Formulasi
Aktivitas Enzim nitrogenase
(mmol/jam/ml kultur)
Lumpur
Lumpur non
steril
steril
F1
0,0
0,0
F2
3,7
0,0
F3
2,0
1,2
F4
1,7
75,8
F5
2,8
13
F6
5,1
4,8
F7
4,2
0,8

ppm/ml kultur/hari

20000

Lumpur
Steril

15000
10000

Lumpur
Non
Steril

5000
0
F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7

Gambar 10. Aktivitas oksidasi metan formulasi bakteri dalam lumpur
Aktivitas Oksidasi metan
Berdasarkan grafik aktivitas oksidasi metan
pada gambar 9, aktivitas oksidasi metan
tertinggi dicapai oleh formulasi 1 pada
perlakuan lumpur steril sebesar 17428 ppm/ml
kultur/hari, kemudian diikuti oleh formulasi 2
pada perlakuan lumpur non steril sebesar 16759
ppm/ ml kultur/hari Sementara itu, aktivitas
oksidasi metan terendah dicapai oleh formulasi
6 pada perlakuan lumpur non steril sebesar 9228
ppm/ml kultur/hari.

PEMBAHASAN
Hasil analisis tanah yang dilakukan
menunjukkan bahwa komponen sampel tanah
lumpur Sawah Baru didominasi oleh liat, yaitu
sebesar 56%. Bersadarkan derajat keasaman
atau pH-nya, tanah tersebut tergolong asam.
Kandungan Nitrogen sampel tanah termasuk
rendah (0,17%), namun
rasio C/N–nya
tergolong sedang. Penilaian sifat kimia tanah
tersebut mengacu pada kriteria yang dipaparkan
oleh Hardjowigeno pada tahun 1995 (lampiran
1). Berdasarkan hasil analisis jenis tanah yang
dilakukan menggunakan diagram segitiga
pengkelasan tekstur tanah sistem USDA (United
State Department of Agriculture), Sampel tanah
Sawah Baru tergolong sebagai tanah lempung.
Tanah lempung memiliki struktur yang berlapislapis, tidak berbentuk bola dan tidak
menggumpal (Notohadiprawiro 1999).
Bakteri metanotrof yang digunakan pada
penelitian ini merupakan bakteri hasil isolasi
dari wilayah Bogor dan Sukabumi, yaitu SKM
14, BGM 1, BGM 3, BGM 5, BGM 9.
Kecepatan pertumbuhan tiap isolat yang pada
media NMS agar yang ditambah metanol 1%
bervariasi, yaitu berkisar antara 7 hingga 14 hari.
Pertumbuhan kultur campuran bakteri pada
campuran media NMS cair dengan ekstrak

lumpur mencapai peningkatan jumlah sel/ml
tertinggi setelah minggu kedua masa inkubasi.
Hal ini sesuai dengan pernyataan Begonja &
Hrsak pada tahun 1998 bahwa pertumbuhan
optimal bakteri metanotrof tercapai setelah
inkubasi lebih dari 14 hari.
Isolat BGM 1, BGM 3, BGM 5, dan BGM 9
merupakan isolat terpilih karena dapat
mengakumulasi
amonium
lebih
tinggi
dibandingkan dengan isolat lainnya (Sagala
2009). Amonium yang terakumulasi dalam
medium merupakan hasil fiksasi nitrogen oleh
bakteri. Oleh karena itu kadar amonium
terakumulasi dalam medium kultur dapat
digunakan untuk memperkirakan kemampuan
fiksasi nitrogen suatu bakteri. Semakin tinggi
kadar amonium yang diakumulasikan oleh suatu
isolat, maka kemungkinan semakin tinggi pula
kemampuan fiksasi nitrogen yang dimilikinya.
Hasil pengukuran kadar amonium dalam
lumpur yang diinokulasi formulasi bakteri
metanotrof menunjukkan bahwa formulasi 4
(SKM 14/BGM 9) mampu mengakumulasi
amonium lebih tinggi dibanding formulasi
lainnya pada perlakuan lumpur steril maupun
perlakuan lumpur non steril. Selama masa
inkubasi, kadar amonium terakumulasi dalam
lumpur yang diinokulasi dengan formulasi 1-7
rata-rata terlihat meningkat sampai hari ke-9 dan
mengalami penurunan pada hari ke-12 sampai
15. Penurunan kadar amonium terakumulasi
diantaranya dapat disebabkan oleh penggunaan
kembali amonium hasil fiksasi untuk
pertumbuhan bakteri. Amonium merupakan
sumber nitrogen yang dapat dimanfaat oleh
bakteri untuk mensintesis materi sel baru.
Bakteri metanotrof mampu melakukan
fiksasi nitrogen karena memiliki gen nifH dan
nifD (Dedysh et al . 2004). Kedua gen tersebut
menyandikan enzim nitrogenase, yaitu enzim
yang mengkatalisis proses fiksasi nitrogen.
Fiksasi satu molekul nitrogen membutuhkan 16

molekul ATP yang selanjutnya akan diubah
menjadi dua molekul amonia (2NH3) (Madigan
et al 2009). Enzim nitrogenase sangat peka
terhadap keberadaan oksigen yang tinggi karena
oksigen dapat menghambat ekspresi gen nifH
dan nifD.
Selain perbedaan
aktivitas enzim
nitrogenase
dari
masing-masing
isolat,
kemampuan mengakumulasikan amonium pada
bakteri metanotrof juga dipengaruhi oleh tingkat
pertumbuhannya (Maisaroh 2010). Pada
perlakuan lumpur non steril, akumulasi
amonium diduga juga dipengaruhi oleh
keberadaan bakteri endogen yang juga mampu
menambat nitrogen ataupun bakteri endogen
lain yang juga menggunakan hasil fiksasi
nitrogen tersebut.
Kemampuan fiksasi nitrogen dari bakteri
metanotrof juga dapat diukur dari aktivitas
enzim nitrogenase dalam mereduksi asetilen
(ARA). Prinsip dari uji ini adalah mengukur
jumlah molekul asetilen (C2H2) yang direduksi
menjadi etilen (C2H4) (Somasegaran & Hoben
1994). Pengukuran gas etilen dilakukan dengan
menggunakan kromatografi gas. Banyaknya gas
etilen yang terbentuk dari hasil reduksi asetilen
dapat digunakan sebagai indikator dalam
melihat seberapa besar aktivitas enzim
nitrogenase. Semakin tinggi gas etilen yang
terukur, semakin tinggi aktivitas enzim
nitrogenase pada sampel.
Berdasarkan uji ARA yang dilakukan,
formulasi 6 pada perlakuan lumpur steril dan
formulasi 4 pada perlakuan lumpur non steril
merupakan formulasi yang memiliki aktivitas
enzim nitrogenase tertinggi dibandingkan
formulasi lainnya. Formulasi 6 pada perlakuan
lumpur steril memiliki aktivitas enzim
nitrogenase sebesar 5,16 mmol/jam/ml kultur
sedangkan formulasi 4 pada perlakuan lumpur
non steril memiliki aktivitas enzim nitrogenase
sebesar 75,85 mmol/jam/ml kultur.
Bakteri metanotrof merupakan bakteri yang
memanfaatkan metan sebagai sumber karbon
dalam kondisi oksigenik. Adanya perbedaan
konsentrasi metan di daerah oksik dan anoksik
menyebabkan metan dapat bergerak dan terlepas
ke atmosfir. Metabolisme bakteri metanotrof
diawali dengan proses oksidasi metan menjadi
metanol melalui pelepasan ikatan O – O dari
ikatan dioksigen oleh enzim MMO (Methane
Mono Oxygenase). MMO merupakan enzim
yang berperan dalam proses konversi metan
menjadi metanol (Oremland dan Capone 1998).

Berdasarkan hasil pengukuran gas metan
tersisa yang dilakukan dengan kromatografi gas,
formulasi 1 pada perlakuan lumpur steril dan
formulasi 2 pada perlakuan lumpur non steril
merupakan formulasi yang memiliki aktivitas
oksidasi metan tertinggi dibandingkan formulasi
lainnya. Perbedaaan aktivitas enzim MMO dari
tiap isolat menyebabkan perbedaan kemampuan
bakteri metanotrof dalam mengoksidasi metan.
Selain jenis enzim MMO, ketersediaan
oksigen juga dapat mempengaruhi proses
oksidasi metan di lahan sawah. Ketersediaan
oksigen sangat penting karena tanpa oksigen
bakteri metanotrof tidak mampu mengubah
metan menjadi karbondioksida, air, biomasa sel,
serta mendapatkan enegi untuk pertumbuhannya.
Auman et al. (2001) menyatakan bahwa tingkat
pertumbuhan bakteri metanotrof tipe I dan II
tertinggi terjadi pada konsentrasi oksigen yang
rendah. Kebutuhan akan oksigen sebagai
reaktan dalam proses inisiasi oksigenasi
senyawa metan menjelaskan bahwa semua jenis
bakteri metanotrof bersifat aerob obligat
(Madigan et al. 2009)

SIMPULAN
Kombinasi SKM 14 dengan BGM 9
(formulasi 4) memiliki kemampuan fiksasi
nitrogen paling tinggi di dalam lumpur steril
dibandingkan formulasi lainnya. Akumulasi
amonium tertinggi pada lumpur steril (35,489
μM) lebih tinggi dibandingkan pada lumpur non
steril (26,617 μM). Aktivitas enzim nitrogenase
tertinggi dicapai oleh formulasi 6 pada
perlakuan lumpur steril (5,16 mmol/jam/ml
kultur) dan formulasi 4 pada perlakuan lumpur
non steril (75,85 mmol/jam/ml kultur).
Formulasi 1 (SKM 14/BGM 1) merupakan
kombinasi bakteri yang memiliki kemampuan
oksidasi metan tertinggi dalam lumpur steril
(17428 ppm/ml kultur/hari). Sedangkan
formulasi 2 (SKM 14/BGM 3) merupakan
kombinasi bakteri yang memiliki kemampuan
oksidasi metan tertinggi dalam lumpur non steril
(16759 ppm/ml kultur/hari)

SARAN
Sebaiknya dilakukan penelitian lanjutan
untuk aplikasi formulasi bakteri matanotrof ke
bak-bak penanaman padi di rumah kaca dan di
lahan sawah

molekul ATP yang selanjutnya akan diubah
menjadi dua molekul amonia (2NH3) (Madigan
et al 2009). Enzim nitrogenase sangat peka
terhadap keberadaan oksigen yang tinggi karena
oksigen dapat menghambat ekspresi gen nifH
dan nifD.
Selain perbedaan
aktivitas enzim
nitrogenase
dari
masing-masing
isolat,
kemampuan mengakumulasikan amonium pada
bakteri metanotrof juga dipengaruhi oleh tingkat
pertumbuhannya (Maisaroh 2010). Pada
perlakuan lumpur non steril, akumulasi
amonium diduga juga dipengaruhi oleh
keberadaan bakteri endogen yang juga mampu
menambat nitrogen ataupun bakteri endogen
lain yang juga menggunakan hasil fiksasi
nitrogen tersebut.
Kemampuan fiksasi nitrogen dari bakteri
metanotrof juga dapat diukur dari aktivitas
enzim nitrogenase dalam mereduksi asetilen
(ARA). Prinsip dari uji ini adalah mengukur
jumlah molekul asetilen (C2H2) yang direduksi
menjadi etilen (C2H4) (Somasegaran & Hoben
1994). Pengukuran gas etilen dilakukan dengan
menggunakan kromatografi gas. Banyaknya gas
etilen yang terbentuk dari hasil reduksi asetilen
dapat digunakan sebagai indikator dalam
melihat seberapa besar aktivitas enzim
nitrogenase. Semakin tinggi gas etilen yang
terukur, semakin tinggi aktivitas enzim
nitrogenase pada sampel.
Berdasarkan uji ARA yang dilakukan,
formulasi 6 pada perlakuan lumpur steril dan
formulasi 4 pada perlakuan lumpur non steril
merupakan formulasi yang memiliki aktivitas
enzim nitrogenase tertinggi dibandingkan
formulasi lainnya. Formulasi 6 pada perlakuan
lumpur steril memiliki aktivitas enzim
nitrogenase sebesar 5,16 mmol/jam/ml kultur
sedangkan formulasi 4 pada perlakuan lumpur
non steril memiliki aktivitas enzim nitrogenase
sebesar 75,85 mmol/jam/ml kultur.
Bakteri metanotrof merupakan bakteri yang
memanfaatkan metan sebagai sumber karbon
dalam kondisi oksigenik. Adanya perbedaan
konsentrasi metan di daerah oksik dan anoksik
menyebabkan metan dapat bergerak dan terlepas
ke atmosfir. Metabolisme bakteri metanotrof
diawali dengan proses oksidasi metan menjadi
metanol melalui pelepasan ikatan O – O dari
ikatan dioksigen oleh enzim MMO (Methane
Mono Oxygenase). MMO merupakan enzim
yang berperan dalam proses konversi metan
menjadi metanol (Oremland dan Capone 1998).

Berdasarkan hasil pengukuran gas metan
tersisa yang dilakukan dengan kromatografi gas,
formulasi 1 pada perlakuan lumpur steril dan
formulasi 2 pada perlakuan lumpur non steril
merupakan formulasi yang memiliki aktivitas
oksidasi metan tertinggi dibandingkan formulasi
lainnya. Perbedaaan aktivitas enzim MMO dari
tiap isolat menyebabkan perbedaan kemampuan
bakteri metanotrof dalam mengoksidasi metan.
Selain jenis enzim MMO, ketersediaan
oksigen juga dapat mempengaruhi proses
oksidasi metan di lahan sawah. Ketersediaan
oksigen sangat penting karena tanpa oksigen
bakteri metanotrof tidak mampu mengubah
metan menjadi karbondioksida, air, biomasa sel,
serta mendapatkan enegi untuk pertumbuhannya.
Auman et al. (2001) menyatakan bahwa tingkat
pertumbuhan bakteri metanotrof tipe I dan II
tertinggi terjadi pada konsentrasi oksigen yang
rendah. Kebutuhan akan oksigen sebagai
reaktan dalam proses inisiasi oksigenasi
senyawa metan menjelaskan bahwa semua jenis
bakteri metanotrof bersifat aerob obligat
(Madigan et al. 2009)

SIMPULAN
Kombinasi SKM 14 dengan BGM 9
(formulasi 4) memiliki kemampuan fiksasi
nitrogen paling tinggi di dalam lumpur steril
dibandingkan formulasi lainnya. Akumulasi
amonium tertinggi pada lumpur steril (35,489
μM) lebih tinggi dibandingkan pada lumpur non
steril (26,617 μM). Aktivitas enzim nitrogenase
tertinggi dicapai oleh formulasi 6 pada
perlakuan lumpur steril (5,16 mmol/jam/ml
kultur) dan formulasi 4 pada perlakuan lumpur
non steril (75,85 mmol/jam/ml kultur).
Formulasi 1 (SKM 14/BGM 1) merupakan
kombinasi bakteri yang memiliki kemampuan
oksidasi metan tertinggi dalam lumpur steril
(17428 ppm/ml kultur/hari). Sedangkan
formulasi 2 (SKM 14/BGM 3) merupakan
kombinasi bakteri yang memiliki kemampuan
oksidasi metan tertinggi dalam lumpur non steril
(16759 ppm/ml kultur/hari)

SARAN
Sebaiknya dilakukan penelitian lanjutan
untuk aplikasi formulasi bakteri matanotrof ke
bak-bak penanaman padi di rumah kaca dan di
lahan sawah

AKTIVITAS FIKSASI NITROGEN DAN OKSIDASI METAN
KULTUR CAMPURAN BAKTERI METANOTROF PADA
LUMPUR SAWAH

SHEILA NURAISHA HANIF

DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011

DAFTAR PUSTAKA
Abao Jr EB, Bronson KF, Wassmann R, Singh
U. 2000. nutrient cycling in Agroeco
systems 58:131–139.Kluwer Academic
Publisher.
Auman AJ, Speake SS, Lidstrom ME. 2001.
nifH sequences and nitrogen fixation in
type I and type II Methanotrophs. Appl
Environ Microbiol 67: 4009–4016.
Begonja A, Hrsak D. 1998. Growth
characteristic and metabolic activities
oh the Methanotropic – heterotropic
groundwater community. J Appl
Microbiol 85: 448-456.
Cleseri LS, Greenberg AE and Trussel RR. 1989.
Standard Method for the Examination
of Water and Waste Water. Port City
Press. Baltimore.
Conrad R, Rothfus F. 1991. Methane oxidation
in the soil surface layer of aflooded rice
field and the effect of ammonium. Biol
Fertil Soil 12:28-32.
Dedysh SN, Rickle P, Liesack W. 2004. NifH
and NifD phylogenies: an evolutionary
basis for understanding nitrogen
fixation capabilities of methanotrophic
bacteria. Microbiol 150: 1301-1313.
Griffin JM, editor. 2003. Global Climate
Change The Science, Economics, and
Politics. Texas: The Bush School of
Government & Public Science Press.
Hanson R, Hanson TE. 1996. Metanotrophic
bacteria. J Microbiol Reviews 60 : 439471
Hapsari W. 2008. Isolasi dan Karakterisasi
Bakteri Metanotrof Asal Sawah di
Bogor dan Sukabumi [skripsi].
Bogor: Fakultas MIPA, Institut
Pertanian Bogor.
Hardjowigeno S. 1995. Ilmu Tanah. Edisi Revisi.
Akademika Pressindo: Jakarta. Hlm
126.
[IPCC] Intergovernmental Panel on Climate
Change. 1992. The Suplementary
Report to The IPCC Scientific.
Hougton Jt, Callendar BA, Varney SK,
editor. Cambridge: Cambridge Univ
Press.

Kumaraswamy S, Ramakrishnan B, Sethunathan
N. 2001. Methane production and
oxidation in annoxic rice soil as influ
enced by inorganic redox species. J
Environ Quality 30: 2195-2201.
Madigan MT, Martinko JM, Dunlap PV, Clark
DP. 2009. Brock Biology of
Microorganism 12th Ed. San Francisco:
Pearson Benjamin Cummings.
Maisaroh. 2010. Aktivitas Enzim Nitrogenase
dan Oksidasi Metan Bakteri Metanotrof
Asal Sawah [tesis]. Bogor:Program
Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor.
Notohadiprawiro T. 1999. Tanah dan
Lingkungan. Jakarta : Departemen
Pendidikan dan Kebudayaan.
Oremland RS, and Capone DG. 1998. Use of
“specific”
inhibitors
in
biogeo
chemistry and microbial ecology. Adv.
Microb Ecol. 10:285-383.
Rudd JWN, Taylor CD. 1980. Methan cycling
in aquatic environment. Adv.Aq.
Microbiol. 2:77-150.
Sagala BT. 2009. Seleksi dan Uji Aktivitas
Bakteri
Fiksasi
Nitrogen
(N2)
Metanotrof
Asal
Sawah
pada
Konsentrasi Oksigen (O2) Berbeda
[skripsi]. Bogor: Fakultas MIPA,
Institut Pertanian Bogor.
Somasegaran & Hoben. 1994. Hand Book for
Rhizobia. New York : Springer-Verlag.
Yagi K & Minami K. 1990. Effects of organic
matter applications on methane
emission from Japanese paddy fields.
Di dalam : Bowman AF, editor. Soil
and the Greenhouse Effect. New York:
John Wiley and Sons. hlm 467-473.

AKTIVITAS FIKSASI NITROGEN DAN OKSIDASI METAN
KULTUR CAMPURAN BAKTERI METANOTROF PADA
LUMPUR SAWAH

SHEILA NURAISHA HANIF

DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011

ABSTRAK
SHEILA NURAISHA HANIF. Aktivitas Fiksasi Nitrogen dan Oksidasi Metan Kultur Campuran
Bakteri Metanotrof pada Lumpur Sawah. Dibimbing oleh IMAN RUSMANA dan ALINA
AKHDIYA.
Bakteri metanotrof merupakan bakteri pengoksidasi metan. Selain itu, bakteri metanotrof
tipe II dan tipe X juga mampu memfiksasi nitrogen karena adanya enzim nitrogenase. Penelitian
ini dilakukan untuk menguji aktivitas oksidasi metan dan fiksasi nitrogen dari kelima isolat bakteri
metanotrof yakni BGM 1, BGM 3, BGM 5, BGM 9, dan SKM 14 yang dikombinasikan satu
dengan lainnya. Sebanyak 7 kombinasi (SKM 14/BGM 1; SKM 14/BGM 3; SKM 14/BGM 5;
SKM 14/BGM 9; BGM 9/BGM 1; BGM 9/BGM 3; BGM 9/BGM 5) dikulturkan kemudian
diinokulasikan ke campuran media NMS dengan ekstrak lumpur sawah, kemudian diuji aktivitas
oksidasi metan, fiksasi nitrogen dan aktivitas enzim nitrogenasenya. Akumulasi amonium tertinggi
pada lumpur steril (35,489 μM) lebih tinggi dibandingkan pada lumpur non steril (26,617 μM).
Formulasi 6 (BGM 9/BGM 3) pada perlakuan lumpur steril (5,16 mmol/jam/ml kultur) dan
formulasi 4 (SKM 14/BGM 9) pada perlakuan lumpur non steril (77,85 mmol/jam/ml kultur)
memiliki aktivitas enzim nitrogenase tertinggi. Formulasi 1 (SKM 14/BGM 1) dan formulasi 2
(SKM 14/BGM3) memiliki kemampuan oksidasi metan dalam lumpur steril tertinggi (17428 dan
16759 ppm/ml kultur/hari).
Kata kunci: Metan, bakteri metanotrof, oksidasi metan, fiksasi nitrogen, nitrogenase

ABSTRACT
SHEILA NURAISHA HANIF. Nitrogen fixation and Methane Oxidation Activity on Mixed
Culture of Methanotrophic Bacteria in Ricefield’s Mud. Under supervision of IMAN RUSMANA
and ALINA AKHDIYA.
Metanotroph bacteria are methane oxidizing bacteria. Besides, type II and type X of
methanotrophic bacteria were also able to fix nitrogen using nitrogenase enzyme. This reasearch
was conducted to test the activity of nitrogen fixation and methane oxidation of five isolates of
methanotropic bacteria i.e. BGM 1, BGM 3, BGM 5, BGM 9, and SKM 14 which combined with
one another. Seven combinations (SKM 14/BGM 1; SKM 14/BGM 3; SKM 14/BGM 5; SKM
14/BGM 9; BGM 9/BGM 1; BGM 9/BGM 3; BGM 9/BGM 5) were cultured and inoculated into
NMS medium mixed with slurry of mud, then the activity of methane oxidation, nitrogen fixation
and nitrogenase enzyme activity was tested. The highest accumulation of ammonium in the mud
sterile treatment (35.489 μM) was higher than that of in non-sterile mud treatment (26.617
μM). Formulation 6 (BGM 9/BGM 3) in sterile mud treatment and formulation 4 (SKM 14/BGM
9) in non-sterile mud treatment has the highest nitrogenase enzyme activity, it was 5,16 mmol/h/ml
culture and 75,85 mmol/h/ml culture respectively. Formulation 1 (SKM 14/BGM 1) and
formulation 2 (SKM 14/BGM3) had the higest activity of methane oxidation in sterile and non
sterile mud treatment i.e. 17428 and 16759 ppm /ml culture /day respectively.
Keyword: Methane, methanotrophic bacteria, methane oxidation, nitrogen fixation, nitrogenase

AKTIVITAS FIKSASI NITROGEN DAN OKSIDASI METAN
KULTUR CAMPURAN BAKTERI METANOTROF PADA
LUMPUR SAWAH

SHEILA NURAISHA HANIF

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Biologi

DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011

Judul
Nama
NIM

: Aktivitas Fiksasi Nitrogen dan Oksidasi Metan Kultur Campuran
Bakteri Metanotrof pada Lumpur Sawah
: Sheila Nuraisha Hanif
: G34061317

Menyetujui:

Pembimbing I,

Pembimbing II,

(Dr. Ir. Iman Rusmana, M.Si)
NIP 196507201990021002

(Alina Akhdiya, M.Si)
NIP 196812082001122001

Mengetahui:
Ketua Departemen Biologi
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

(Dr. Ir. Ence Darmo Jaya Supena, M.Si)
NIP 196410021989031002

Tanggal Lulus: 10 Januari 2011

PRAKATA
Alhamdulillahirobbil’alamin, puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang
telah memberikan rahmat dan karunia sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini.
Tema yang dipilih dalam penelitian ini adalah mengenai reduksi emisi gas rumah kaca, dengan
judul Aktivitas Fiksasi Nitrogen dan Oksidasi Metan Kultur Campuran Bakteri Metanotrof pada
Lumpur Sawah. Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan Januari hingga September 2010 di
Laboratorium Mikrobiologi Departemen Biologi, Institut Pertanian Bogor.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Dr. Ir. Iman Rusmana, M.Si. dan Ibu
Alina Akhdiya, M.Si. selaku pembimbing atas arahan dan bimbingan yang diberikan dalam
pelaksanaan penelitian dan penyusunan karya ilmiah ini. Terima kasih yang sebesar-besarnya
kepada Keluarga tercinta Papah, Mamah, Kakak, Teteh dan Keluarga Besar atas do’a, dukungan,
dan kasih sayang yang diberikan. Terima kasih juga kepada Bu Ratna, Bu Rina Kartika, Bu May,
Ka Fina, Ka Tyas, Pak Sesep, Bang jo, Vina, Rio, Dana, Resti, Madga, Keluarga Besar
laboratorium mikrobiologi FMIPA IPB, Keluarga Besar Balai Penelitian Tanah Bogor, Keluarga
Besar Balai Besar Pascapanen, Ponahers tersayang Dola, Indri, Erni, Sifa, Shabrina, Yuli, Evi,
Irmuy serta sahabat-sahabat, Luluk, Riri, Desi, Nia, Dimas dan teman-teman seperjuangan di
Biologi 43 atas semua kebersamaan dan motivasi yang telah diberikan.
Semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat.

Bogor, Desember 2010

Sheila Nuraisha Hanif

RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 17 Juli 1988 dari ayahanda Tjetjep Hasmitha dan
ibunda Erliza Hanif. Penulis merupakan anak ketiga dari tiga bersaudara. Tahun 2006 penulis lulus
dari SMU Negeri 29 Jakarta dan lolos seleksi masuk IPB melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa
Baru (SPMB). Pada tahun 2007 penulis diterima sebagai mahasiswa Mayor di Departemen Biologi
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam dengan Minor Komunikasi Fakultas Ekologi
Manusia.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif sebagai tim Public Relation Departemen
Komunikasi dan Informasi BEM KM IPB pada tahun 2006-2007, Sekretaris Komisi Pengawas
Himabio (KPH) pada tahun 2007-2009, Anggota Forum Silaturahmi Alumni SMAN 29 pada tahun
2006-2010, dan berbagai kegiatan kepanitiaan lainnya. Penulis juga aktif sebagai asisten praktikum
mata kuliah Biologi Alga dan Lumut pada tahun ajaran 2008/2009, mata kuliah Botani Umum pada
tahun ajaran 2009/2010, mata kuliah Biologi Dasar Tingkat Persiapan Bersama IPB pada tahun ajaran
2009/2010 dan 2010/2011, dan mata kuliah Mikrobiologi Dasar pada tahun ajaran 2010/2011.
Pada tahun 2008, penulis melakukan Studi Lapang di Taman Wisata Alam Situ Gunung
Sukabumi, Jawa Barat dengan judul laporan “Keragaman Suara Burung di Taman Wisata Alam Situ
Gunung Jawa Barat”. Pada tahun 2009, penulis melakukan Praktik Kerja Lapang di Yayasan
Kesejahteraan Karyawan Bank Indonesia (YKKBI) dari bulan Juli sampai bulan Agustus dengan judul
laporan “Proses Penanganan Sampel Darah dan Pengendalian Mutu Hasil Pemeriksaan di
Laboratorium Divisi Kesehatan YYKBI”.

DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL................................................................................................................................. vii
DAFTAR GAMBAR................................................................................................................ vi i
DAFTAR LAMPIRAN........................................................................................................................ vii
PENDAHULUAN.................................................................................................................. ..............
Latar Belakang.......................................................................................................................
Tujuan......................................................................................................................................
Waktu dan Tempat..................................................................................................................

1
1
1
1

BAHAN DAN METODE....................................................................................................................... 1
Bahan........................................................................................................................................ 1
Metode...................................................................................................................................... 1
Peremajaan biakan dan penyiapan inokulum..................................................................... 1
Pengambilan dan analisa sampel lumpur........................................................................... 2
Pembuatan ekstrak lumpur......................................................................................... 2
Formulasi kultur bakteri metanotrof................................................................................. 2
Pengukuran populasi bakteri metanotrof dalam lumpur steril................................... 2
Pengukuran aktivitas oksidasi metan.............................................................................. 2
Pengukuran kadar amonium dalam lumpur...................................................................... 2
Analisa Reduksi Asetilen.................................................................................................... 3
HASIL.....................................................................................................................................................
Tekstur dan Komposisi Tanah.................................................................................................
Pertumbuhan Bakteri Hasil Formulasi dalam Lumpur Steril...........................................
Akumulasi amonium dalam lumpur...................................................................................
Aktivitas Enzim Nitrogenase.............................................................................................
Aktivitas Oksidasi Metan..................................................................................................

3
3
3
4
5
6

PEMBAHASAN..................................................................................................................................... 6
SIMPULAN........................................................................................................................................... 7
SARAN................................................................................................................................................... 8
DAFTAR PUSTAKA............................................................................................................................. 8
LAMPIRAN.......................................................................................................................................... 9

DAFTAR TABEL
Halaman
1. Struktur dan kandungan hara tanah Sawah Baru............................................................................... 3
2. Kadar amonium dalam lumpur pada akhir inkubasi.......................................................................... 5
3. Aktivitas enzim nitrogenase isolat bakteri metanotrof.................................................................... 5

DAFTAR GAMBAR
Halama