Respons Morfofisiologis Semai Tanaman Hutan yang Diinokulasi Fungi Mikoriza Arbuskula dan Bakteri Pereduksi Merkuri terhadap Cekaman Merkuri

RESPONS MORFOFISIOLOGIS SEMAI TANAMAN HUTAN
YANG DIINOKULASI FUNGI MIKORIZA ARBUSKULA DAN
BAKTERI PEREDUKSI MERKURI TERHADAP CEKAMAN MERKURI

HANNA ARTUTI EKAMAWANTI

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi berjudul Respons
Morfofisiologis Semai Tanaman Hutan yang Diinokulasi Fungi Mikoriza
Arbuskula dan Bakteri Pereduksi Merkuri terhadap Cekaman Merkuri
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.

Bogor, Juli 2014
Hanna Artuti Ekamawanti
NRP E461090011

RINGKASAN
HANNA ARTUTI EKAMAWANTI. Respons Morfofisiologis Semai Tanaman
Hutan yang Diinokulasi Fungi Mikoriza Arbuskula dan Bakteri Pereduksi
Merkuri terhadap Cekaman Merkuri. Dibimbing oleh YADI SETIADI, DIDY
SOPANDIE dan DWI ANDREAS SANTOSA.
Pemanfaatan tanaman dan mikrob rizosfer untuk fitoremediasi tanah
tercemar merkuri (Hg) merupakan hal menarik karena metodenya ramah dan
aman lingkungan. Seleksi jenis tanaman yang toleran Hg merupakan aspek kunci
untuk keberhasilan fitoremediasi tanah tercemar Hg. Hingga kini, masih sangat
sedikit studi tentang toleransi dan kemampuan detoksifikasi pohon terhadap
paparan Hg. Jika jenis pohon akan digunakan dalam fitoremediasi tanah tercemar
Hg, toleransi dan respons adaptasi tanaman terhadap Hg harus dievaluasi di
bawah kondisi terkontrol untuk mengidentifikasi kandidat jenis yang sesuai.

Introduksi mikrob rizosfer untuk peningkatan toleransi dan kemampuan
detoksifikasi pohon terhadap Hg merupakan alternatif teknologi pembersihan
yang efektif. Fungi mikoriza arbuskula (FMA) dan bakteri pereduksi merkuri
(BPM) diasumsikan dapat meningkatkan toleransi dan kemampuan detoksifikasi
tanaman terhadap Hg.
Tujuan umum penelitian ini adalah menjelaskan respons morfofisiologis
tanaman hutan yang toleran dan memiliki kemampuan detoksifikasi Hg, baik
dengan atau tanpa FMA dan BPM. Tahapan penelitian yang telah dilakukan yaitu
(1) uji toksisitas Hg pada semai beberapa jenis tanaman hutan; (2) bioakumulasi
dan respons morfofisiologis semai tiga jenis pohon legum terhadap Hg; (3)
respons morfofisiologis semai Nauclea orientalis yang diinokulasi FMA dan
BPM terhadap Hg; dan (4) respons morfofisiologis semai Enterolobium
cyclocarpum yang diinokulasi Gigaspora margarita dan BPM terhadap Hg.
Pada penelitian ‘uji toksisitas Hg pada semai beberapa jenis tanaman hutan;
satu penelitian pada kultur semi hidroponik’ (Bab 2) telah dilakukan dua tahap
percobaan, yaitu 1) screening jenis pohon non legum toleran Hg dan 2) penentuan
ambang batas konsentrasi toksik Hg. Percobaan tahap pertama, screening
dilakukan terhadap semai enam jenis pohon (Anthocephalus cadamba, A.
macrophyllus, Ochroma grandiflora, Octomeles sumatrana, Nauclea orientalis,
dan Ficus variegata) berumur 5 bulan yang diberi perlakuan Hg (HgCl2) 0; 0.1;

1; dan 10 mM selama 7 hari pada kultur hidroponik. Hasil yang diperoleh
menunjukkan semai A. cadamba, A. macrophyllus, O. grandiflora, O. sumatrana,
dan F. variegata termasuk tanaman peka Hg dan N. orientalis tanaman toleran
Hg. N. orientalis merupakan ekskluder Hg dengan akumulasi Hg di akar (3,52918,344 µg g-1 bobot kering) lebih tinggi dari pada akumulasi Hg di daun (170-261
µg g-1 bobot kering). Percobaan tahap kedua, penentuan ambang batas konsentrasi
toksik Hg dilakukan terhadap semai N. orientalis yang diberi Hg 0.1; 0.25; 0.5;
0.75; 1; 2 mM dan E. cyclocarpum yang diberi Hg 0.1; 0.25; 0.5; 0.75; 1 mM,
selama 6 hari di kultur hidroponik. Hasil percobaan menunjukkan 0.75 mM (750
µM) merupakan ambang batas konsentrasi toksik bagi semai N. orientalis (indeks
toleransi 43.1%) dan semai E. cyclocarpum (indeks toleransi 55.1%). Toksisitas
Hg 0.75 mM pada semai N. orientalis didahului dengan daun layu, dilanjutkan

bagian tepi daun mulai menggulung dan batang melentuk kemudian daun paling
bawah mengering dan nekrosis. Pada semai E. cyclocarpum, gejala fitotoksisitas
selanjutnya ditunjukkan dengan daun yang gugur tanpa gejala klorosis atau
nekrosis lebih dulu.
Pada penelitian ‘bioakumulasi dan respons morfofisiologis semai tiga jenis
pohon legum terhadap Hg’ (Bab 3) telah dilakukan pengujian terhadap E.
cyclocarpum, P. falcataria, dan A. procera yang diberi Hg 0; 3; dan 30 µM
selama 7 hari pada kultur semi hidroponik (media perlite dalam wadah yang

diberi larutan hara). Hasil yang diperoleh menunjukkan ketiga jenis pohon legum
toleran terhadap Hg hingga 30 µM (indeks toleransi > 90%), namun E.
cyclocarpum tertinggi dalam mengakumulasi Hg di akar 2,275.13 µg g-1 bobot
kering dan nilai faktor biokonsentrasi Hg > 1 (376-379) dibanding dua jenis legum
lainnya. Akumulasi Hg di akar lebih tinggi dari tajuk menunjukkan ketiga semai
pohon legum juga merupakan ekskluder Hg. Respons pertumbuhan semai ketiga
jenis legum tidak menunjukkan adanya hambatan pertumbuhan meskipun Hg
diakumulasi tinggi di akar. Respons fisiologis terhadap Hg ditunjukkan oleh
konsentrasi klorofil (a, b dan total) yang tidak menurun dan konsentrasi
malondialdehida (MDA) yang tidak meningkat meskipun konsentrasi biotiol
(sistein dan glutation) menurun.
Pada penelitian ‘respons morfofisiologis semai Nauclea orientalis yang
diinokulasi FMA dan BPM terhadap Hg’ (Bab 4), pengujian dilakukan terhadap
semai yang diinokulasi FMA (inokulum campuran) dan BPM (Pseudomonas
psedomallei ICBB 1512) dan diberi perlakuan Hg 0; 375 dan 750 µM selama 30
hari di media pasir sungai. Hasil penelitian menunjukkan konsistensi N. orientalis
sebagai tanaman ekskluder Hg, baik tanpa atau dengan mikrob rizosfer. Pengaruh
FMA maupun sinerginya dengan BPM nyata pada peningkatan toleransi tanaman
terhadap Hg dan kemampuan detoksifikasi Hg oleh tanaman. Selain itu, meskipun
sinerginya dengan BPM tidak nyata, FMA dapat meningkatkan status hara (P, Ca

dan Mg) tanaman. FMA dan BPM dapat mencegah penurunan konsentrasi klorofil
dan mengurangi peroksidasi lipid yang ditunjukkan dengan menurunnya
konsentrasi MDA akar atau daun saat tanaman terpapar Hg.
Pada penelitian ‘respons morfofisiologis semai Enterolobium cyclocarpum
yang diinokulasi Gigaspora margarita dan BPM terhadap Hg’ (Bab 5), pengujian
dilakukan terhadap semai yang diinokulasi FMA Gigaspora margarita dan BPM
(P. psedomallei) dan diberi perlakuan Hg 0; 375 dan 750 µM selama 30 hari di
media pasir sungai. E. cyclocarpum juga merupakan tanaman ekskluder Hg. FMA
dan BPM bersinergi dalam meningkatkan indeks toleransi semai, khususnya yang
terpapar Hg 375 µM. Meskipun tidak bersinergi, FMA atau BPM dapat
meningkatkan detoksifikasi Hg oleh tanaman. Namun, FMA dan BPM bersinergi
meningkatkan akumulasi hara (P, Ca dan Mg). Pengaruh FMA dan BPM pada
konsentrasi biomarka cekaman oksidatif bervariasi, tergantung pada konsentrasi
Hg eksternal.
Kata kunci: Gigaspora margarita, Pseudomonas psedomallei ICBB 1512,
Nauclea orientalis, Enterolobium cyclocarpum, fitoremediasi

SUMMARY
HANNA ARTUTI EKAMAWANTI. Morphophysiological Response of Forest
Plant Seedlings Inoculated with Arbuscular Mycorrhizal Fungi and MercuryReducing Bacteria to Mercury Stress. Supervised by YADI SETIADI, DIDY

SOPANDIE and DWI ANDREAS SANTOSA.
Utilization of plants and rhizosphere microbes for phytoremediation of
mercury (Hg)-polluted soil is an emerging area of interest because it provides an
ecologically sound and safe method. The selection of Hg-tolerant plants species is
a key aspect for the success of Hg-polluted soils phytoremediation. To date, very
few studies have been conducted on the tolerance and detoxification capability of
trees to Hg exposure. When tree species is proposed for phytoremediation on Hgpolluted soil, plant tolerance and adaptation response to Hg should be evaluated
under controlled conditions to identify suitable candidate species. Introducing
rhizosphere microbes for enhancement of tolerance and detoxification capability
of trees to Hg is an alternative of effective clean-up technology. Arbuscular
mycorrhizal fungi (AMF) and mercury-reducing bacteria (MRB) were assumed
could enhance the tree tolerance and detoxification capability to Hg.
The general aim of research was to investigate morphophysiological
response of forest plant which tolerant and capable of Hg detoxification, with or
without AMF and MRB. The research was conducted in four steps, i.e (1) the
bioassay of Hg toxicity on some forest plant seedlings; (2) bioaccumulation and
morphophysiological response of three species of legume tree seedlings to Hg; (3)
morphophysiological response of Nauclea orientalis seedlings inoculated with
AMF and MRB to Hg; and (4) morphophysiological response of Enterolobium
cyclocarpum seedlings inoculated with Gigaspora margarita and MRB to Hg.

The research of ‘the bioassay of Hg toxicity on some forest plant seedlings
(Chapter 2) was conducted in two experiments, i.e screening of Hg tolerant on
non legume tree and threshold determination of Hg toxic concentration. On first
experiment, screening was conducted to seedlings of six tree species
(Anthocephalus cadamba, A. macrophyllus, Ochroma grandiflora, Octomeles
sumatrana, Nauclea orientalis, dan Ficus variegata) 5 months old with 0; 0.1; 1;
dan 10 mM Hg (HgCl2) treated for 7 days in hydrophonic culture. The results
showed that seedlings of A. cadamba, A. macrophyllus, O. grandiflora, O.
sumatrana, and F. variegata were Hg sensitive plants and N. orientalis was Hg
tolerant plant. N. oreintalis was an Hg excluder with Hg accumulation in root
(3,529-18,344 µg g-1 dry weight) and showed higher Hg content than its
accumulation in leaf (170-261 µg g-1 dry weight). On second experiment,
threshold determination of Hg toxic concentration was conducted to N. orientalis
seedlings with 0.1; 0.25; 0.5; 0.75; 1; 2 mM Hg treated and E. cyclocarpum with
0.1; 0.25; 0.5; 0.75; 1 mM Hg treated, for 6 days in hydrophonic culture. The
results showed that 0.75 mM (750 µM) was the threshold of Hg toxic
concentration for N. orientalis (tolerance index 43.1%) and E. cyclocarpum
seedlings (tolerance index 55.1%). Hg toxicity 0.75 mM in N. orientalis seedlings
was preceded by withered leaves, followed by curling which was started from leaf
edge and ducking stem, and followed by drying and necrosis on leaf's bottom. E.

cyclocarpum seedling showed increased in phytotoxicity symptom by leaves
falling without chlorosis or necrosis symptoms first.
The research of ‘bioaccumulation and morphophysiological response of
three species of legume tree seedlings to Hg’ (Chapter 3) was conducted on E.
cyclocarpum, P. falcataria, dan A. procera seedlings treated with 0; 3; dan 30 µM
Hg treated for 7 days in semi hydrophonic culture (using perlite in container filled
with nutrient culture). The results showed that three of legume trees were tolerant
to Hg up to 30 µM (tolerance indexes > 90%), but E. cyclocarpum seedlings
showed the highest of Hg accumulation in root (2,275.13 µg g-1 dry weight and
bioconcentration factor of Hg > 1 (376-379) among others legume species. Hg
accumulation in root was higher than the one in shoot revealed that three of
legume tree seedlings were also Hg excluder. Growth response of legume tree
seedlings was not inhibited even though Hg was highly accumulated in root.
Physiological response to Hg were exhibited by no decreasing in chlorophyl (a, b
and total) and no increasing in malondialdehyde (MDA) concentration although
biothiol (cysteine and gluthatione) concentration decreased.
At the research of ‘morphophysiological response of Nauclea orientalis
seedlings inoculated with AMF and MRB to Hg’ (Chapter 4), the assay was
conducted on seedlings inoculated with AMF (mixed inoculum), MRB

(Pseudomonas psedomallei ICBB 1512) and 0; 375 and 750 µM Hg treated for 30
days in river-sands media. The results showed the consistency of N. orientalis as
an Hg excluder plant, with or without rhizosphere microbes. FMA and its synergy
with MRB were significantly increasing plant tolerance to Hg and Hg
detoxification capability by plant. In addition, even though its synergy with MRB
was not significant, AMF increased in plant nutrient status (P, Ca and Mg). AMF
and MRB prevented a reduction in chlorophyll concentration and reduced lipid
peroxidation as indicated by the decrease in MDA roots or leaves concentration
when the plants are exposed to Hg.
At the research of ‘morphophysiological response of Enterolobium
cyclocarpum seedlings inoculated with Gigaspora margarita and MRB to Hg
(Chapter 5), the assay was conducted on seedlings inoculated with AMF G.
margarita, MRB (P. psedomallei) and 0; 375 and 750 µM Hg treated for 30 days
in river-sands media. E. cyclocarpum is also an Hg excluder plant. AMF and its
synergy with MRB improved tolerance index of seedlings, especially when
exposed to 375 µM Hg. Although there was no synergy, AMF or MRB improved
Hg detoxification by plants. However, AMF and its synergy with MRB increased
in nutrients (P, Ca and Mg) accumulation of plants. AMF and MRB varied on
biomarker concentration of oxidative stress influence depending on the
concentration of external Hg.

Keywords: Gigaspora margarita, Pseudomonas psedomallei ICBB 1512,
Nauclea orientalis, Enterolobium cyclocarpum, phytoremediation

© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB

RESPONS MORFOFISIOLOGIS SEMAI TANAMAN HUTAN
YANG DIINOKULASI FUNGI MIKORIZA ARBUSKULA DAN
BAKTERI PEREDUKSI MERKURI TERHADAP CEKAMAN MERKURI

HANNA ARTUTI EKAMAWANTI

Disertasi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor pada
Program Studi Silvikultur Tropika

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

Penguji pada Ujian Tertutup: Dr Ir Trikoesoemaningtyas, MSc
Dr Ir Basuki Wasis, MS

Penguji pada Ujian Terbuka: Dr Ir Haryadi Himawan, MM
Dr Ir Supriyanto, DEA

Judul Disertasi : Respons Morfofisiologis Semai Tanaman Hutan yang
Diinokulasi Fungi Mikoriza Arbuskula dan Bakteri Pereduksi
Merkuri terhadap Cekaman Merkuri.
Nama
: Hanna Artuti Ekamawanti
NRP
: E461090011

Disetujui oleh
Komisi Pembimbing

Dr Ir Yadi Setiadi, MSc
Ketua

Prof Dr Ir Didy Sopandie, MAgr
Anggota

Prof Dr Ir Dwi Andreas Santosa
Anggota

Diketahui oleh

Ketua Program Studi
Silvikultur Tropika

Dekan Sekolah Pascasarjana

Dr Ir Sri Wilarso Budi R, MS

Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr

Tanggal Ujian: 17 Juni 2014

Tanggal Lulus:

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala
kasih karunia-Nya sehingga disertasi berjudul “Respons Morfofisiologis Semai
Tanaman Hutan yang Diinokulasi Fungi Mikoriza Arbuskula dan Bakteri
Pereduksi Merkuri terhadap Cekaman Merkuri” dapat diselesaikan.
Terima kasih yang tulus dan penghargaan yang besar penulis sampaikan
kepada Dr Ir Yadi Setiadi, MSc, sebagai Ketua Komisi Pembimbing, Prof Dr Ir
Didy Sopandie, MAgr dan Prof Dr Ir Dwi Andreas Santosa sebagai Anggota
Komisi Pembimbing yang telah banyak memberikan pengarahan dan bimbingan
hingga terselesaikannya karya ilmiah ini. Terima kasih penulis sampaikan kepada
Dr Rocio Millán Gómez dan Prof Luis Eduardo Hernandez sebagai pembimbing
luar komisi pada sebagian penelitian disertasi, dalam program Beasiswa
Sandwich-Like Luar Negeri tahun anggaran 2012 di Madrid, Spanyol. Terima
kasih yang tulus juga disampaikan kepada Dr Ir Ulfah Juniarti Siregar, MAgr; Dr
Ir Trikoesoemaningtyas, MSc, Dr Ir Basuki Wasis, MS; Dr Ir Haryadi Himawan,
MM dan Dr Ir Supriyanto, DEA sebagai penguji luar komisi pada ujian prelim,
ujian tertutup, dan ujian terbuka yang telah memberikan masukan mendasar pada
keseluruhan isi disertasi ini.
Terima kasih kepada Rektor Universitas Tanjungpura dan Dekan Fakultas
Kehutanan Universitas Tanjungpura, serta Rektor dan Dekan SPs IPB yang telah
memberi ijin dan kesempatan kepada penulis untuk mengikuti pendidikan
program Doktor di Sekolah Pascasarjana IPB. Terima kasih kepada Direktur
Jenderal Pendidikan Tinggi, Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Republik
Indonesia atas bantuan beasiswa BPPS tahun 2009-2013 dan bantuan Penelitian
Disertasi Doktor tahun 2014, dan Direktur Pusat Studi Regional Penelitian
Biologi Tropis (SEAMEO BIOTROP) atas bantuan Thesis Research Grants 2012,
serta pimpinan Yayasan Toyota Astra yang telah memberikan bantuan biaya
penelitian disertasi tahun 2013. Terima kasih penulis sampaikan kepada Kepala
dan para staf laboratorium Bioteknologi Hutan Pusat Penelitian Sumberdaya
Hayati dan Bioteknologi IPB, laboratorium Mikrobiologi Indonesia Center for
Biodiversity and Biotechnology (ICBB) Bogor, persemaian Koffco laboratorium
Silvikultur Badan Penelitian Rehabilitasi dan Konservasi Hutan Bogor,
laboratorium Mikrobiologi Hutan dan Biologi Molekuler Badan Penelitian
Rehabilitasi dan Konservasi Hutan Bogor. Terima kasih yang tulus dan khusus
juga penulis sampaikan kepada Kepala dan staf laboratorium Soil Conservation
and Recuperation Research Unit, CIEMAT Madrid dan laboratorium Plant
Physiology, University of Autonoma Madrid, Madrid atas segala dukungan teknis
dan fasilitas laboratorium sehingga penelitian Bab 3 dapat dilaksanakan.
Ungkapan terima kasih yang tulus dan dalam juga disampaikan kepada
kedua orangtuaku (almarhum papi Pdt AA Luwuk dan mami Pdt Sri Wantaini)
tercinta, suami terkasih Pdt Drs T Sucipto Sinaga, kedua anakku tersayang
Abraham AF Luwiga dan Ariel AD Luwiga, atas doa yang tak putus-putusnya,
dukungan kasih sayang dan kesabaran yang tulus. Terima kasih untuk seniorku,
Dr Abimanyu DN yang telah rela berbagi informasi dan sahabat dan rekan
seperjuangan di mayor Silvikultur Tropika 2009 (Dr Rima Siburian, Dr Arida
Susilowati, Diana Prameswari, MSi) serta sahabat-sahabat terbaikku (khususnya

Dr Khairunnisa Lubis, Dr Dudi Iskandar, Dr Apriheri Iswanto, Dr Andi Yulyani
Fadwiwati, Dr Dwi Astiani, Dr Wiwik Ekyastuti) atas kebersamaan dan dukungan
semangat yang selalu ada saat dibutuhkan.
Semoga disertasi ini bermanfaat untuk pengembangan ilmu pengetahuan
dan teknologi di bidang Kehutanan dan bidang terkait lainnya.

Bogor, Juli 2014

Hanna Artuti Ekamawanti