Pengaruh Penambahan Pupuk Hayati (Biofertilizer) Dari Bakteri Rhizobium sp. Yang Diinokulasikan Ke Dalam Dolomit Sebagai Carrier Terhadap Produksi Kacang Hijau (Phaseolus radiatus L)

PENGARUH PENAMBAHAN PUPUK HAYATI (BIOFERTILISER) DARI BAKTERI Rhizobium sp YANG DIINOKULASIKAN KE DALAM DOLOMIT SEBAGAI CARRIER TERHADAP PRODUKSI KACANG HIJAU (Phaseolus radiatus L) SKRIPSI AGUNG PRATAMA 060802001
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
Universitas Sumatera Utara

PENGARUH PENAMBAHAN PUPUK HAYATI (BIOFERTILISER) DARI BAKTERI Rhizobium sp YANG DIINOKULASIKAN KE DALAM DOLOMIT SEBAGAI CARRIER TERHADAP PRODUKSI KACANG HIJAU (Phaseolus radiatus L) SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains AGUNG PRATAMA 060802001
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
Universitas Sumatera Utara

PERSETUJUAN

Judul
Kategori Nama Nomor Induk Mahasiswa Program Studi Departemen Fakultas

: PENGARUH PENAMBAHAN PUPUK HAYATI (BIOFERTILIZER) DARI BAKTERI Rhizobium sp YANG DIINOKULASIKAN KE DALAM DOLOMIT SEBAGAI CARRIER TERHADAP PRODUKSI KACANG HIJAU (Phaseolus radiatus L)
: SKRIPSI : AGUNG PRATAMA : 060802001 : SARJANA (S1) KIMIA : KIMIA : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Disetujui di Medan, 3 Agustus 2011

Komisi Pembimbing

:

Pembimbing 2

Pembimbing 1

Dr. Ribu Surbakti, MS NIP. 194507061980031001
Diketahui/Disetujui oleh Departemen Kimia FMIPA USU Ketua,

Dr. Rumondang Bulan Nasution, MS NIP. 195408301985032001

Dr. Rumondang Bulan Nasution, MS NIP. 195408301985032001

Universitas Sumatera Utara

PERNYATAAN PENGARUH PENAMBAHAN PUPUK HAYATI (BIOFERTILISER) DARI
BAKTERI Rhizobium sp YANG DIINOKULASIKAN KE DALAM DOLOMIT SEBAGAI CARRIER TERHADAP PRODUKSI KACANG HIJAU (Phaseolus radiatus L) SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, AGUNG PRATAMA 060802001
Universitas Sumatera Utara

PENGHARGAAN
Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT yang telah memberikan nikmat dan karunia-Nya sehingga penelitian dan skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik. Shalawat dan salam dihadiahkan kepada baginda Rasulullah Muhammad SAW yang merupakan suri tauladan bagi seluruh umat manusia, semoga kita tergolong ke dalam umatnya yang mendapat syafa’at di hari akhir kelak. Amin.
Skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik, tidak terlepas dari peran orangorang terdekat penulis yang senantiasa selalu memberikan motivasi dan inspirasi tersendiri bagi penulis untuk dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Di sini penulis ingin memberikan ucapan terima kasih kepada :
1. Kedua orangtua ayah dan ibu tercinta Sufa’at, S.E. dan Indriana, yang senantiasa mendoakan penulis dalam setiap langkah kehidupan ini. Beliau berdua juga mencurahkan kasih dan sayangnya kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan sekolah sampai sarjana.
2. Bapak Dr. Ribu Surbakti, MS dan Ibu Dr. Rumondang Bulan Nasution, MS selaku dosen pembimbing yang telah membimbing dan memberikan arahan kepada penulis yang berkaitan dengan penelitian dan skripsi ini.
3. Seluruh staf pengajar bapak dan ibu dosen Departemen Kimia FMIPA USU sekalian yang telah memberikan ilmunya kepada penulis, semoga ilmu yang bapak dan ibu dosen berikan bermanfaat dan menjadi berkah bagi kehidupan sehari-hari penulis.
4. Seluruh staf pegawai Departemen Kimia FMIPA USU yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan segala urusan administrasi mulai dari awal masuk hingga selesai.
5. Teman-teman stambuk ’06 yang telah menemani penulis dalam kegiatan belajar maupun kegiatan-kegiatan lainnya selama berada di kampus FMIPA USU, khususnya buat teman-teman yang berada di laboratorium Biokimia FMIPA USU Ardi, Egy, Eko, Nurmala Sari, dan Nora juga kepada adik-adik Decy, Erpina, Oki, Annisa, Arini, Feri, Tiwi, dan Zoraya.
6. Teman-teman aktivis dakwah kampus yang diridhoi Allah SWT yang telah memberikan motivasi dan nasihat-nasihat di saat penulis sedang berada dalam kefuturan sehingga dengan motivasi itu penulis merasa semangat kembali.
Semoga Allah SWT senantiasa memberikan rahmat-Nya kepada orang-orang yang telah memberikan kebaikan kepada penulis. Kesempurnaan hanyalah milik Allah SWT. Penulis menyadari bahwa skripsi ini belumlah sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran-saran yang bersifat membangun kepada yang membaca skripsi ini. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua.
Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian pengaruh penambahan pupuk hayati dari bakteri Rhizobium sp yang diinokulasikan ke dalam dolomit sebagai carrier terhadap produksi kacang hijau. Pembuatan pupuk hayati dilakukan dengan cara mengisolasi bakteri Rhizobium sp dari bintil akar putri malu kemudian bakteri itu dibiakkan dalam media agar YEMA dan Congo Red. Uji mikroskop dilakukan untuk memisahkan bakteri Rhizobium dari Agrobacterium. Kemudian dilakukan pembiakan kembali dalam media cair YEMA untuk mendapatkan biakan murni Rhizobium. Biakan tersebut dicampurkan ke dalam dolomit dengan variasi perbandingan 1:7, 1:8, 1:9, 1:10. Berdasarkan perhitungan jumlah sel bakteri/gram dolomit selama lima minggu didapat total sel hidup sebesar 109 sel/gram sehingga memenuhi persyaratan pupuk hayati. Efektivitas pupuk hayati ini diaplikasikan ke dalam tanaman kacang hijau sampai dihasilkan buah. Dari hasil pengamatan didapat bahwa perbandingan dolomit dengan bakteri yang efektif digunakan sebagai pupuk hayati adalah perbandingan 1:9.
Universitas Sumatera Utara

THE EFFECT OF ADDING BIOFERTILIZERS FROM Rhizobium sp BACTERIA INOCULATED INTO THE DOLOMITE AS CARRIER TO THE PRODUCTION OF GREEN BEANS (Phaseolus radiatus L)
ABSTRACT
The effect of adding biofertilizers from Rhizobium sp bacteria was inoculated into the dolomite as carrier to the production of green beans has been studied. Biological fertilizer was done by isolating bacteria Rhizobium sp from the nodule shy princess plants and bacteria were then cultured into agar media YEMA and Congo Red. Microscope test was done to separate Rhizobium bacteria from Agrobacterium. Then be breeding again in the liquid media YEMA to obtain pure cultures Rhizobium. Culture was mixed into the dolomite with variation ratio 1:7, 1:8, 1:9, 1:10. Based on the calculation of the number of bacterial cells/gram of dolomite for five weeks obtained the total live cells 109 cells/gram that meet requirements of biofertilizer. Effectiveness of the biofertilizer was applied to the green bean plants to produce fruit. From the observations obtained that the ratio of dolomite with the bacteria that effectively used as biofertilizer was the ratio 1:9.
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

Judul Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Daftar Lampiran

BAB 1

PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang 1.2. Perumusan Masalah 1.3. Pembatasan Masalah 1.4. Tujuan Penelitian 1.5. Manfaat Penelitian 1.6. Metodelogi Penelitian 1.7. Lokasi Penelitian

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk
2.1.1. Penggolongan Pupuk 2.2. Unsur Hara Tanaman 2.3. Nitrogen
2.3.1. Nitrogen : Kimia dan Bentuk 2.3.2. Nitrogen dalam Tanah 2.3.3. Siklus Nitrogen 2.4. Fiksasi Nitrogen Secara Biologis 2.4.1. Organisme Pengikat Nitrogen 2.4.2. Biokimia Nitrogenase 2.4.3. Mekanisme Reduksi Nitrogen oleh Nitrogenase 2.5. Fiksasi Nitrogen oleh Bakteri 2.5.1. Fiksasi Nitrogen oleh Bakteri yang Hidup Bebas 2.5.2. Fiksasi Nitrogen oleh Bakteri Simbiotik 2.6. Bakteri 2.6.1. Rhizobium dan Perbintilan Akar 2.6.2. Klasifikasi Rhizobium 2.6.3. Teknik Kultivasi dan Perbanyakan Rhizobium/
Bradyrhizobium 2.7. Kacang Hijau
2.7.1. Sistematika Tanaman Kacang Hijau 2.7.2. Kandungan Gizi Kacang Hijau 2.7.3. Manfaat Kacang Hijau

Halaman
i ii iii iv v vi vii ix x xi
1 1 3 3 3 4 4 4
5 5 5 8 9 10 10 11 14 14 15 16 18 19 20 21 21 22 23
24 25 25 25

Universitas Sumatera Utara

2.8. Pemanfaatan Inokulan Rhizobium di India 2.9. Produk Inokulan Mikroba

27 28

BAB 3

BAHAN DAN METODELOGI PENELITIAN

29

3.1. Bahan-bahan

29

3.2. Alat-alat

29

3.3. Prosedur Penelitian

30

3.3.1. Pembuatan YEMA (Yeast Extract Manitol Agar)

30

3.3.2. Pembuatan YMB (Yeast Manitol Broth)

30

3.3.3. Preparasi Sampel

31

3.3.4. Isolasi Bakteri Rhizobium dari Bintil Akar

31

3.3.4.1. Isolasi Bakteri Rhizobium pada Media

31

Selektif dengan Penambahan Congo Red

3.3.4.2. Identifikasi Bakteri Rhizobium

32

3.3.5. Pembuatan Starter Kultur

32

3.3.6. Pencampuran Starter dengan Medium Pembawa

32

(Carrier)

3.3.7. Pengujian Jumlah Sel dari Medium Pembawa (Carrier) 33

3.3.8. Pengujian Lapangan

33

3.4. Bagan Penelitian

34

3.4.1. Isolasi Bakteri Rhizobium

34

3.4.2. Pembuatan Perbandingan Biakan Murni Rhizobium dan 35

Media Pembawa (Carrier)

3.4.3. Perhitungan Jumlah Sel pada Media Pembawa (Carrier) 36

Metode Lay

3.4.4. Pengaplikasian Pupuk Rhizobium terhadap Tanaman 37

Kacang Hijau

3.4.4.1. Tanaman Kacang Hijau Tanpa Penambahan 37

Pupuk Rhizobium

3.4.4.2. Tanaman Kacang Hijau dengan Penambahan 37

Pupuk Rhizobium

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil Penelitian
4.1.1. Perhitungan Jumlah Sel Rhizobium 4.1.2. Perhitungan %Penambahan Produksi Kacang Hijau 4.1.3. Perhitungan Aktivitas Air (Aw) 4.2. Pembahasan

38 38 38 39 39 40

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan 5.2. Saran

43 43 43

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

44 46

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tabel 2.2 Tabel 2.3 Tabel 2.4
Tabel 4.1 Tabel 4.2

Halaman

Kontribusi nitrogen beberapa tanaman legume berbintil Kelompok inokulasi silang Rhizobium Komposisi medium YEMA Peningkatan Produksi Tanaman di India dengan Pemberian Pupuk Bio Data Perhitungan Jumlah Koloni Bakteri Rhizobium Data Pengamatan Produksi Kacang Hijau

19 23 24 27
38 38

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Gambar 2.2. Gambar 2.3. Gambar 2.4. Gambar 1 Gambar 2 Gambar 3 Gambar 4 Gambar 5 Gambar 6

Bagan Siklus Nitrogen Siklus Nitrogen Struktur kofaktor Fe-Mo dalam Nitrogenase Kacang Hijau Bintil akar putri malu Bakteri Rhizobium pada media YEMA + Congo Red Bakteri Rhizobium pada media YEMA Kultur Rhizobium dalam media agar miring Kultur Rhizobium dalam media cair Kultur Rhizobium + media pembawa (carrier)

Halaman
11 13 17 25 47 47 47 47 47 47

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A Lampiran B Lampiran C Lampiran D

Gambar Penelitian Data Perhitungan Jumlah Sel Bakteri Rhizobium Data Perhitungan %Penambahan Produksi Kacang Hijau Data Perhitungan Aktivitas Air (Aw)

Halaman
47 48 48 48

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian pengaruh penambahan pupuk hayati dari bakteri Rhizobium sp yang diinokulasikan ke dalam dolomit sebagai carrier terhadap produksi kacang hijau. Pembuatan pupuk hayati dilakukan dengan cara mengisolasi bakteri Rhizobium sp dari bintil akar putri malu kemudian bakteri itu dibiakkan dalam media agar YEMA dan Congo Red. Uji mikroskop dilakukan untuk memisahkan bakteri Rhizobium dari Agrobacterium. Kemudian dilakukan pembiakan kembali dalam media cair YEMA untuk mendapatkan biakan murni Rhizobium. Biakan tersebut dicampurkan ke dalam dolomit dengan variasi perbandingan 1:7, 1:8, 1:9, 1:10. Berdasarkan perhitungan jumlah sel bakteri/gram dolomit selama lima minggu didapat total sel hidup sebesar 109 sel/gram sehingga memenuhi persyaratan pupuk hayati. Efektivitas pupuk hayati ini diaplikasikan ke dalam tanaman kacang hijau sampai dihasilkan buah. Dari hasil pengamatan didapat bahwa perbandingan dolomit dengan bakteri yang efektif digunakan sebagai pupuk hayati adalah perbandingan 1:9.
Universitas Sumatera Utara

THE EFFECT OF ADDING BIOFERTILIZERS FROM Rhizobium sp BACTERIA INOCULATED INTO THE DOLOMITE AS CARRIER TO THE PRODUCTION OF GREEN BEANS (Phaseolus radiatus L)
ABSTRACT
The effect of adding biofertilizers from Rhizobium sp bacteria was inoculated into the dolomite as carrier to the production of green beans has been studied. Biological fertilizer was done by isolating bacteria Rhizobium sp from the nodule shy princess plants and bacteria were then cultured into agar media YEMA and Congo Red. Microscope test was done to separate Rhizobium bacteria from Agrobacterium. Then be breeding again in the liquid media YEMA to obtain pure cultures Rhizobium. Culture was mixed into the dolomite with variation ratio 1:7, 1:8, 1:9, 1:10. Based on the calculation of the number of bacterial cells/gram of dolomite for five weeks obtained the total live cells 109 cells/gram that meet requirements of biofertilizer. Effectiveness of the biofertilizer was applied to the green bean plants to produce fruit. From the observations obtained that the ratio of dolomite with the bacteria that effectively used as biofertilizer was the ratio 1:9.
Universitas Sumatera Utara

BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Telah banyak pupuk-pupuk mikroba yang diproduksi oleh dan untuk kepentingan negaranya masing-masing seperti Rhizoteeka oleh India, Nodosit oleh Belgia, Rhizonit oleh Hungaria, N-germ oleh Prancis, Nitrogerm dan Mycobedds oleh Australia, Nodulud oleh Austria, Radicin Impfsfoff oleh Jerman, dan Mycho Rhiz oleh Amerika Serikat. Kesemua jenis pupuk ini menggunakan Rhizobium sebagai bakteri penangkap N2 udara.
Ekspor pupuk mikroba antar negara sulit dilakukan karena daya simpan membutuhkan temperatur rendah sehingga diperlukan tempat penyimpanan yang khusus. Di samping itu masa kadaluarsa pupuk mikroba ini relatif singkat yaitu sekitar 6 bulan. Oleh karena itu masing-masing negara khususnya negara-negara maju di dunia memproduksi sendiri pupuk mikroba yang dibutuhkan sesuai dengan kebutuhan negara itu sendiri (Dubey, 2006)
Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Khairina (2007) menggunakan serbuk gergaji sebagai media pembawa, diperoleh jumlah sel bakteri sebesar 106-107 sel/gram carrier. Penggunaan serbuk gergaji ini tidak memenuhi standar sebagai media pembawa untuk pupuk hayati. Serbuk gergaji bersifat higroskopis yang dapat menyebabkan kadar Aw menurun sehingga persyaratan hidup untuk bakteri tidak terpenuhi. Menurut Rao, media pembawa memenuhi standar sebagai pupuk hayati apabila jumlah sel bakteri yang hidup sebesar 108-109 sel/gram carrier.
Universitas Sumatera Utara

Penelitian yang dilakukan oleh Muhammad Arsyad (2009) menggunakan dolomit sebagai media pembawa. Penggunaan dolomit ini memenuhi standar untuk digunakan sebagai pupuk hayati, karena dolomit lebih stabil untuk mempertahankan kadar air dibandingkan dengan serbuk gergaji. Pada penelitian tersebut pupuk hayati yang dibuat, diaplikasikan ke dalam tanaman kacang hijau dan diambil kesimpulan bahwa tanaman yang diberi pupuk hayati lebih baik pertumbuhannya dibandingkan dengan tanaman kontrol. Hal ini dapat dilihat dari pertumbuhan diameter batang, tinggi tanaman dan lebar daun tanaman kacang hijau yang diberi pupuk hayati lebih baik pertumbuhannya dibandingkan dengan tanaman kacang hijau kontrol.
Kedua penelitian di atas hanya sebatas analisis jumlah sel mikroba Rhizobium dan pengujian efektivitas pupuk mikroba hanya dilihat berdasarkan penambahan lebar daun, tinggi batang, dan diameter batang tetapi tidak sampai kepada efektivitas dalam memproduksi hasil tanaman (buah). Pemilihan putrid malu (Mimosa pudica L) sebagai sumber bakteri Rhizobium karena putri malu mudah didapatkan dan bintil akarnya pun mengandung Rhizobium yang cukup banyak.
Melihat fakta yang ada ini, maka kami tertarik melakukan penelitian dalam memanfaatkan mikroorganisme khususnya bakteri Rhizobium yang mampu mengikat nitrogen bebas di udara untuk digunakan sebagai pupuk tanaman. Dimana pupuk ini diharapkan mampu meningkatkan produksi tanaman dan mengurangi dampak pencemaran lingkungan seperti peningkatan konsentrasi nitrat dalam air minum dan eutrofikasi perairan.
Penelitian jangka panjang dalam fiksasi nitrogen secara biologis ialah mengurangi penggunaan pupuk kimia yang berlaku sekarang untuk tanaman panen, dengan jalan meningkatkan efisiensi dan memperbanyak jenis organisme yang memfiksasi nitrogen itu. Sekitar 40 juta ton pupuk nitrogen dibuat tiap tahun, hampir semuanya dengan proses Haber-Bosch. Dengan proses ini gas nitrogen dan hidrogen dialirkan melewati katalisator pada suhu dan tekanan tinggi, sehingga terbentuk ammonia. Jadi proses ini banyak menggunakan energi (Marx, 1991).
Universitas Sumatera Utara

1.2. Perumusan Masalah
Apakah pupuk hayati yang dibuat efektif untuk pertumbuhan tanaman kacang hijau? Bagaimanakah perbandingan produksi buah antara tanaman kacang hijau kontrol dengan tanaman kacang hijau yang diberi pupuk hayati?
1.3. Pembatasan Masalah
Karena luasnya permasalahan yang dijumpai dalam penelitian ini, maka penulis membatasi objek masalah sebagai berikut: 1. Pengambilan bintil akar putri malu dilakukan secara acak yaitu di sekitar USU. 2. Isolasi bakteri Rhizobium dilakukan pada media selektif dengan menggunakan
media Yeast Extract Manitol Agar (YEMA) dengan menggunakan metode gores dan metode sebar, serta pengujiannya dilakukan dengan penambahan Congo Red dan uji mikroskop. 3. Variasi perbandingan antara dolomit dengan starter kultur (Rhizobium/gram carrier) yang dilakukan 1:7, 1:8, 1:9, 1:10, dengan masing–masing 5 gram dolomit dicampurkan dengan 35, 40, 45, dan 50 mL starter kultur dalam wadah yang berbeda.
1.4. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Untuk memperoleh biakan murni bakteri Rhizobium yang diisolasi dari akar
tanaman putri malu. 2. Untuk membuat pupuk mikroba dengan menggunakan bakteri Rhizobium yang
diinokulasikan pada dolomit sebagai pembawa (carrier) sehingga pertumbuhannya (viabilitasnya) dapat dipertahankan stabil. 3. Untuk membandingkan produksi buah antara tanaman kacang hijau kontrol dengan tanaman kacang hijau yang diberi pupuk hayati hasil isolasi Rhizobium dari bintil akar tanaman putri malu.
Universitas Sumatera Utara

1.5. Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah untuk menghasilkan pupuk hayati (biofertilizer) yang lebih memperhatikan kesuburan tanah tanpa merusak keadaan lingkungan serta lebih ekonomis sehingga sangat berguna bagi masyarakat luas khususnya petani.
1.6. Metodelogi Penelitian
Penelitian ini adalah eksperimen laboratorium, yaitu pembuatan pupuk hayati dengan menggunakan bakteri Rhizobium hasil isolasi dari bintil akar tanaman putri malu. Langkah-langkah yang dilakukan untuk proses analisisnya adalah sebagai berikut : 1. Preparasi sampel 2. Penyiapan media 3. Isolasi bakteri pada media selektif 4. Uji mikroskop untuk penentuan bakteri Rhizobium 5. Perbanyakan (penanaman kembali) untuk mendapatkan biakan murni 6. Inokulasi bakteri pada serbuk dolomit 7. Perhitungan jumlah sel bakteri 8. Pengujian lapangan
1.7 Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Biokimia/KBM (Kimia Bahan Makanan), Laboratorium Mikrobiologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam USU Medan. Pengaplikasian pupuk di lapangan dilakukan di Kecamatan Binjai Utara.
Universitas Sumatera Utara

BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pupuk
Pupuk didefinisikan sebagai material yang ditambahkan ke tanah atau tajuk tanaman dengan tujuan untuk melengkapi ketersediaan unsur hara. Bahan pupuk yang paling awal adalah kotoran hewan, sisa pelapukan tanaman dan arang kayu.
Dalam pemilihan pupuk perlu diketahui terlebih dahulu jumlah dan jenis unsur hara yang dikandungnya, serta manfaat dari berbagai unsur hara pembentuk pupuk tersebut. Setiap kemasan pupuk yang diberi label yang menunjukkan jenis dan unsur hara yang dikandungnya. Kadangkala petunjuk pemakaiannya juga dicantumkan pada kemasan.karena itu, sangat penting untuk membaca label kandungan pupuk sebelum memutuskan untuk membelinya. Selain menentukan jenis pupuk yang tepat, perlu diketahui juga cara aplikasinya yang benar, sehingga takaran pupuk yang diberikan dapat lebih efisien. Kesalahan dalam aplikasi pupuk akan berakibat pada terganggunya pertumbuhan tanaman. Bahkan unsur hara yang dikandung oleh pupuk tidak dapat dimanfaatkan tanaman (Novizan, 2005).
2.1.1. Penggolongan Pupuk
Pupuk dapat digolongkan menjadi tiga bagian, yaitu:
a. Pupuk Kimia (Anorganik)
Pupuk kimia adalah pupuk yang dibuat secara kimia atau juga sering disebut dengan pupuk buatan. Pupuk kimia bisa dibedakan menjadi pupuk kimia tunggal dan pupuk
Universitas Sumatera Utara

kimia majemuk. Pupuk kimia tunggal hanya memiliki satu macam hara, sedangkan pupuk kimia majemuk memiliki kandungan hara lengkap. Pupuk kimia yang sering digunakan antara lain Urea dan ZA untuk hara N; pupuk TSP, DSP, dan SP-26 untuk hara P, KCl atau MOP untuk hara K. Sedangkan pupuk majemuk biasanya dibuat dengan mencampurkan pupuk-pupuk tunggal. Komposisi haranya bermacam-macam, tergantung produsen dan komoditasnya (http://isroi.wordpress.com).
b. Pupuk Organik
Pupuk organik seperti namanya pupuk yang dibuat dari bahan-bahan organik atau alami. bahan-bahan yang termasuk pupuk organik antara lain adalah pupuk kandang, kompos, kascing, gambut, rumput laut dan guano. Berdasarkan bentuknya pupuk organik dapat dikelompokkan menjadi pupuk organik padat dan pupuk organik cair. Beberapa orang juga mengelompokkan pupuk-pupuk yang ditambang seperti dolomit, fosfat alam, kiserit, dan juga abu (yang kaya K) ke dalam golongan pupuk organik. Beberapa pupuk organik yang diolah dipabrik misalnya adalah tepung darah, tepung tulang, dan tepung ikan.
Pupuk organik cair antara lain adalah compost tea, ekstrak tumbuh-tumbuhan, cairan fermentasi limbah cair peternakan, fermentasi tumbuhan-tumbuhan, dan lainlain. Pupuk organik memiliki kandungan hara yang lengkap. Bahkan di dalam pupuk organik juga terdapat senyawa-senyawa organik lain yang bermanfaat bagi tanaman, seperti asam humik, asam fulvat, dan senyawa-senyawa organik lain (http://isroi.wordpress.com).
c. Pupuk Hayati
Pupuk hayati (biofertilizer) adalah suatu bahan yang berasal dari jasad hidup, khususnya mikrobia, yang digunakan untuk meningkatkan kualitas dan kuantitas produksi suatu tanaman. Dalam hal ini yang dimaksud dengan berasal dari jasad hidup adalah mengacu pada hasil proses mikrobilogis. Oleh karena itu istilah pupuk hayati lebih tepat disebut sebagai inokulan mikrobia, seperti yang dikemukakan oleh
Universitas Sumatera Utara

Rao (1982). Meskipun demikian istilah pupuk hayati sudah lebih dikenal dan sebagai alternatif bagi pupuk kimia buatan (artificial chemical fertilizer).
Pupuk hayati berbeda dari pupuk kimia buatan, misalnya urea, TSP dan lainlain, karena dalam pupuk hayati komponen utamanya adalah jasad hidup yang pada umumnya diperoleh dari alam tanpa ada penambahan bahan kimia, kecuali bahan kimia yang diperlukan untuk mendukung pertumbuhan jasad hidupnya selama dalam penyimpanan.
Dalam formulasi pupuk hayati, seringkali bahkan tidak diperlukan bahanbahan kimia buatan karena bahan-bahan tersebut dapat diganti dengan bahan alami, misalnya gambut, kapur alam. Pupuk hayati mempunyai kelebihan dibandingkan dengan pupuk kimia buatan karena bahan-bahannya berasal dari alam sehingga tidak menimbulkan persoalan pencemaran lingkungan seperti halnya dengan pupuk kimia buatan (Yuwono, 2006).
Pupuk hayati tidak mengandung N, P, dan K. Kandungan pupuk hayati adalah mikrooganisme yang memiliki peranan positif bagi tanaman. Kelompok mikroba yang sering digunakan adalah mikroba-mikroba yang menambat N dari udara, mikroba yang malarutkan hara (terutama P dan K), mikroba-mikroba yang merangsang pertumbuhan tanaman.
Kelompok mikroba penambat N sudah dikenal dan digunakan sejak lama. Mikroba penambat N ada yang bersimbiosis dengan tanaman dan ada juga yang bebas (tidak bersimbiosis). Contoh mikroba yang bersimbiosis dengan tanaman antara lain adalah Rhizobium sp Sedangkan contoh mikroba penambat N yang tidak bersimbiosis adalah Azosprillium sp dan Azotobacter sp.
Mikroba-mikroba bahan aktif pupuk hayati dikemas dalam bahan pembawa, bisa dalam bentuk cair atau padat. Pupuk hayati juga ada yang hanya terdiri dari satu atau beberapa mikroba saja, tetapi ada juga yang mengklaim terdiri dari bermacammacam mikroba. Pupuk hayati ini yang kemudian diaplikasikan ke tanaman.
Universitas Sumatera Utara

Salah satu kelemahan mikroba adalah sangat tergantung dengan banyak hal. Mikroba sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungannya, baik lingkungan biotik maupun abiotik. Jadi biofertilizer yang cocok di daerah sub tropis belum tentu efektif di daerah tropis. Demikian juga biofertilizer yang efektif di Indonesia bagian barat, belum tentu efektif juga di wilayah Indonesia bagian timur. Mikroba yang bersimbiosis dengan tanaman lebih spesifik lagi. Misalnya Rhizobium sp yang bersimbiosis dengan kedelai varietas tertentu belum tentu cocok untuk tanaman kacang-kacangan yang lain. Umumnya mikroba yang bersimbiosis berspektrum sempit (http://isroi.wordpress.com).
2.2. Unsur Hara Tanaman
Bentuk senyawa organik kompleks dari tumbuhan adalah karbon dioksida (CO2) yang didapat dari udara, energi matahari, air, dan senyawa-senyawa anorganik dari tanah. Unsur-unsur hara ini harus dalam bentuk zat terlarut dalam tanah agar dapat dimanfaatkan oleh tumbuhan, dan senyawa-senyawa organik seperti kotoran hewan, sisa-sisa tumbuhan atau zat-zat organik tanah, harus dipecah dan dimineralisasi menjadi molekul-molekul sederhana sebelum senyawa organik ini digunakan. Tumbuhan tidak dapat membedakan antara unsur hara dari pupuk mineral, kotoran hewan atau zat organik tanah. Unsur hara tanaman dibagi menjadi 3 kelompok: 1. Unsur hara makro primer: N, P, K; 2. Unsur hara makro sekunder: kalsium (Ca), magnesium (Mg), Sulfur (S); 3. Unsur hara mikro: klor (Cl), besi (Fe), mangan (Mn), boron (B), seng (Zn),
tembaga (Cu), molibdenum (Mo), nikel (Ni).
Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman dalam jumlah yang besar. Ada beberapa senyawa yang terdapat pada banyak tanaman termasuk protein, asam nukleat dan klorofil yang penting untuk berbagai macam proses seperti transfer energi, mendapatkan makanan dan fungsi enzim. Rata-rata, tumbuhan memiliki unsur-unsur N, P dan K dengan perbandingan N:P:K = 2:0,44:0,83 (N:P2O5:K2O = 2:1:1) (Laegreid et al, 1999).
Unsur hara yang diserap oleh tanaman berasal dari 3 sumber sebagai berikut:
Universitas Sumatera Utara

1. Bahan Organik. Sebagian besar unsur hara terkandung dalam bahan organik. Sebagian dapat langsung digunakan oleh tanaman, sebagian lagi tersimpan untuk jangka waktu yang lebih lama. Bahan organik harus mengalami dekomposisi (pelapukan) terlebih dahulu sebelum tersedia bagi tanaman.
2. Mineral Alami. Setiap jenis batuan mineral yang membentuk tanah mengandung bermacam-macam unsur hara. Mineral alami ini berubah menjadi unsur hara yang tersedia bagi tanaman setelah mengalami penghancuran oleh cuaca.
3. Unsur hara yang terjerap atau terikat. Unsur hara ini terikat di permukaan atau di antara lapisan koloid tanah dan sebagai sumber utama dari unsur hara yang dapat diatur oleh manusia. Unsur hara yang terikat ini biasanya tidak dapat digunakan oleh tanaman, karena pH-nya terlalu ekstrem atau terdapat ketidakseimbangan jumlah unsur hara. Lewat pengaturan pH tanah, unsur hara ini dapat diubah menjadi unsur hara yang tersedia bagi tanaman (Novizan, 2005).
2.3. Nitrogen
Nitrogen merupakan unsur yang penting untuk seluruh proses dalam tumbuhan. Pengambilan N oleh tumbuhan telah dipelajari oleh Morot-Gaudry (1997); kekurangan N menyebabkan terhambatnya pertumbuhan tanaman baik secara alami maupun pada pertanian. Penggunaan pupuk N biasanya mempercepat pertumbuhan tanaman, dan penggunaan pupuk N sangat penting untuk meningkatkan produktivitas pertanian. Produksi pangan dunia meningkat dalam 50 tahun terakhir, karena meningkatnya penggunaan pupuk N. Ini menunjukkan bahwa pada hakikatnya lebih banyak N yang bersirkulasi melalui siklus N yang berhubungan dengan pertanian (Laegreid et al, 1999).
Nitrogen yang ada di dalam tanah dapat hilang karena terjadinya penguapan, pencucian oleh air, atau terbawa bersama tanaman pada saat panen. Tanah yang sangat basah atau sangat padat bisa menyebabkan kondisi anaerob (tidak terdapat cukup oksigen di dalam tanah). Akibatnya terjadi reaksi yang mengubah nitrat menjadi gas nitrogen (reaksi denitrifikasi). Jenis bakteri tertentu juga mampu mengubah nitrat menjadi gas nitrogen. Pencucian nitrat sering terjadi pada tanah berpasir atau tanah yang sangat gembur. Saat pencucian terjadi, air memindahkan nitrat menuju lapisan di
Universitas Sumatera Utara

bawah daerah perakaran. Erosi pada permukaan tanah akan menghanyutkan nitrogen ke sungai yang akhirnya bermuara ke laut. Selanjutnya akan terjadi proses pengembalian nitrogen ke tanah. Proses ini terjadi secara berkesinambungan yang dikenal dengan siklus nitrogen (Novizan, 2005).
2.3.1. Nitrogen : Kimia dan Bentuk
Unsur N (N2) terdapat 99,8% dalam bentuk N bebas, dan 78% di atmosfer dalam bentuk N2. Gas yang terdapat di atmosfer merupakan sumber utama N, tetapi secara alamiah gas ini memiliki reaktivitas yang rendah dan hanya beberapa bakteri yang dapat memanfaatkannya. Untuk kebutuhan tumbuhan, N2 harus diubah menjadi ammonium atau nitrat, prosesnya disebut fiksasi N. Nitrogen terdapat dalam berbagai macam bentuk, yaitu: 1. Bentuk gas: dinitrogen oksida (N2O), oksida nitrogen (NOx), dan ammonia (NH3) 2. Bentuk ion: nitrat (NO3-) dan ammonium (NH4+) 3. Senyawa organik: urea [CO(NH2)2], protein, enzim, humus (Laegreid et al, 1999).
2.3.2. Nitrogen dalam Tanah
Pada dasarnya bentuk N dalam tanah adalah ammonium (NH4+), nitrat (NO3-), dan senyawa-senyawa organik. Kebanyakan nitrogen tanah terdapat dalam senyawa organik; senyawa organik ini diubah secara lambat oleh mikroba menjadi NH4+, kemudian mikroba yang lain mengubah NH4+ dengan cepat menjadi NO3-, yang merupakan bentuk mineral utama N dalam tanah. NO3- dan NH4+ secara langsung tersedia dalam tumbuhan. Tumbuhan juga dapat mengambil sejumlah kecil gas NH3 dan senyawa N organik terlarut seperti urea dan asam-asam amino. Nitrogen dalam bentuk senyawa organik yang lain tidak tersedia sampai senyawa organik ini diuraikan (Laegreid et al, 1999).
Nitrogen adalah komponen utama dari berbagai substansi penting di dalam tanaman. Sekitar 40-50% kandungan protoplasma yang merupakan substansi hidup dari sel tumbuhan terdiri dari senyawa nitrogen. Senyawa nitrogen digunakan oleh tanaman untuk membentuk asam amino yang akan diubah menjadi protein. Nitrogen
Universitas Sumatera Utara

juga dibutuhkan untuk membentuk senyawa penting seperti klorofil, asam nukleat, dan enzim. Karena itu, nitrogen dibutuhkan dalam jumlah relatif besar pada setiap tahap pertumbuhan vegetatif, seperti pembentukan tunas atau perkembangan batang dan daun. Memasuki tahap pertumbuhan generatif, kebutuhan nitrogen mulai berkurang. Tanpa suplai nitrogen yang cukup, pertumbuhan tanaman yang baik tidak akan terjadi (Novizan, 2005).
2.3.3. Siklus Nitrogen
Nitrogen dibutuhkan oleh seluruh organisme untuk sintesis protein, asam-asam nukleat, dan senyawa-senyawa nitrogen lainnya. Molekul nitrogen (N2) terdapat hampir 80% di atmosfer bumi. Untuk proses asimilasi oleh tumbuhan, nitrogen harus difiksasi yang diambil dan digabungkan menjadi senyawa-senyawa organik. Aktivitas dari beberapa mikroorganisme yang khusus sangat penting dalam mengubah nitrogen menjadi bentuk-bentuk yang berguna (Tortora, 2001).
Gambar 2.1. Bagan Siklus Nitrogen Bagan siklus nitrogen terlihat pada gambar 2.1. Protein, asam nukleat, basa purin, pirimidin, dan asam amino (glukosamin dan galaktosamin) merupakan senyawa nitrogen oraganik yang berasal dari sisa tanaman atau hewan. Reaksi biokimia dalam siklus nitrogen meliputi : a. Proteolisis b. Amonifikasi (degradasi asam amino) c. Nitrifikasi
Universitas Sumatera Utara

d. Reduksi nitrat menjadi ammonia e. Denitrifikasi f. Fiksasi Nitrogen

(Budiyanto, 2004)

Penguraian protein dengan mikroorganisme dimulai dengan hidrolisis protein secara enzimatik menjadi asam amino masing-masing; selanjutnya, asam amino yang dibebaskan dimetabolisme lebih lanjut. Selama jalannya metabolisme ini gugus amino dibebaskan sebagai amoniak. R CHCOOH deaminase R C COOH + NH3

NH2 Asam amino

O Asam α-keto

Ammonia

Karena tumbuhan dapat memanfaatkan ammonia yang dibebaskan ini sebagai sumber nitrogen, siklus ini dapat berhenti di sini karena menyangkut keseimbangan alam. Akan tetapi terdapat sejumlah besar bakteri autotrof yang memperoleh satusatunya sumber energi dari oksidasi ammonia menjadi nitrit.
NH4+ + 2O2 Nitrosomonas NO2- + 2H2O

Pada tingkat ini kelompok bakteri autotrof lainnya mengambil alih; bakteri ini

memperoleh energinya dengan oksidasi nitrit menjadi nitrat. Akibatnya, bentuk

nitrogen utama dalam tanah ialah nitrat, yang dapat juga digunakan oleh tanaman

sebagai sumber nitrogen. (Volk, 1984)

2NO2- + O2 Nitrobacter 2NO3-

Nitrat oleh mikroorganisme dimanfaatkan untuk dua tujuan: 1. Seperti kebanyakan tumbuh-tumbuhan, banyak bakteri mampu mengolah nitrat sebagai sumber nitrogen untuk mensintesis komponen-komponen sel yang mengandung nitrogen. Reduksi nitrat secara asimilasi dapat berlangsung pada kondisi aerob. 2. Sebaliknya terjadi reduksi nitrat secara asimilasi atau “respirasi nitrat”; pada peristiwa ini nitrat bertindak sebagai akseptor hidrogen terminal pada kondisi anaerob. Pada kedua peristiwa ini pertama-tama nitrat direduksi menjadi nitrit oleh enzim yang mengandung molibden, yaitu nitrat reduktase. (Schlegel, 1999)

Universitas Sumatera Utara

Spesies Pseudomonas merupakan kelompok bakteri yang paling penting dalam

denitrifikasi tanah. Denitrifikasi terjadi pada tanah yang kekurangan air dimana

ketersediaan oksigen sedikit. Ketiadaan oksigen sebagai akseptor elektron, bakteri

pendenitrifikasi akan menggantikan nitrat untuk pupuk pertanian. Bakteri ini merubah

sejumlah besar nitrat menjadi nitrogen yang masuk ke dalam atmosfer dan

menyebabkan kerugian ekonomi yang sangat berarti. Proses denitrifikasi dapat

dituliskan sebagai berikut : NO3-

NO2-

N2O

N2

(Tortora, 2001)

Gambar 2.2. Siklus Nitrogen
Universitas Sumatera Utara

2.4. Fiksasi Nitrogen Secara Biologis

Fiksasi nitrogen merupakan proses biokimia yang paling mendasar setelah

fotosintesis. Proses ini merupakan reduksi nitrogen atmosfer menjadi ammonia.

Fiksasi nitrogen dapat dilakukan oleh ganggang biru-hijau, beberapa mikroorganisme

khususnya bakteri. Reaksi reduksi nitrogen adalah sebagai berikut:

N2 + 3H2

2NH3

∆Go = -33,5 kJ mol-1

Reaksi di atas merupakan reaksi eksergonik. Karena N2 tidak reaktif, proses ini secara industri dilakukan dengan menggunakan katalis, temperatur tinggi (600oC) dan tekanan (1000 atm). Proses biologi terjadi pada tekanan 1 atm dan suhu 25oC. Pada
sistem bakteri, reaksi dikatalisis oleh enzim nitrogenase (Kuchel, 1998).

Fiksasi nitrogen dikatalisis oleh suatu kompleks enzim, yaitu sistem nitrogenase, yang aktivitasnya masih belum dipahami sepenuhnya. Karena sistem nitrogenase bersifat tidak stabil dan segera mengalami inaktivasi oleh oksigen atmosfer, enzim ini sulit untuk diisolasi dalam bentuk aktif dan dimurnikan. Produk fiksasi nitrogen stabil yang pertama dikenali adalah ammonia (NH3); jadi proses keseluruhan dipandang terdiri dari reduksi satu molekul nitrogen (N2) menjadi dua molekul ammonia (Lehninger, 1982).

2.4.1. Organisme Pengikat Nitrogen

Hanya beberapa spesies mikroorganisme dan tanaman yang dapat melakukan fiksasi nitrogen atmosfer. Beberapa bakteri yang hidup bebas, seperti sianobakteri atau ganggang hijau-biru, yang terdapat tidak hanya di dalam air tawar dan air asin, tetapi juga pada tanah dan jenis-jenis bakteri lainnya, seperti Azotobacter, mampu melakukan fiksasi nitrogen atmosfer. Produk penting pertama dari fiksasi nitrogen pada organisme ini adalah ammonia (NH3), yang dapat dipergunakan oleh bentuk kehidupan lain, baik secara langsung atau setelah pengubahannya menjadi senyawa terlarut lainnya, seperti nitrit, nitrat, atau asam amino (Lehninger, 1982).

Universitas Sumatera Utara

Fiksasi biologis nitrogen dilakukan baik oleh mikroorganisme nonsimbiotik yang dapat berdiri sendiri atau bakteri-bakteri tertentu yang hidup secara simbiosa dengan tanaman tingkat tinggi. Golongan yang pertama termasuklah organisme aerobik tanah (misalnya Azotobacter), organisme tanah anaerob (misalnya Clostridium sp), bakteri fotosintetik (misalnya Rhodospirillum rubrum) dan ganggang (misalnya Myxophyceae). Sistem simbiotik terdiri atas bakteri (Rhizobia) yang hidup dalam simbiosa dengan sejumlah Leguminoseae seperti kudzu, kacang polong dan kedelai. Leguminosa bukan satu-satunya tanaman yang dapat memfiksasi nitrogen secara simbiosis; lebih kurang 190 spesies semak dan pohon dapat memfiksasi nitrogen (Sulaiman, 1991).

Banyak bakteri yang tidak mampu mengikat nitrogen sendiri, tapi hidup bersimbiosa dengan tumbuhan tinggi. Ini terjadi, juga karena masalah energi. Ikatan serangkai tiga yang menghubungkan dua atom nitrogen dalam suatu molekul gas nitrogen, sulit diputuskan. Begitu besar biaya energi untuk menghasilkan ammonia secara kimia, sebegitu pula beban energi yang dipikul oleh bakteri pengikat nitrogen. Jika bakteri itu hidup bersama dengan tumbuhan hijau yang mengikat karbon, hasilnya adalah pertukaran bahan nutrisi yang saling menguntungkan. Tumbuhannya mendapat nitrogen yang telah difiksasi, sedangkan bakterinya menerima karbon yang telah terfiksasi pula, yang dipakai untuk menghasilkan energi (Marx, 1991).

2.4.2. Biokimia Nitrogenase

Semua spesies yang dapat mengikat nitrogen memiliki kompleks nitrogenase.

Strukturnya, sama pada semua spesies yang telah diteliti sejauh ini, mengandung dua

protein yang disebut nitrogenase dan nitrogenase reduktase. Dinitrogenase (240 kD), juga dikenal sebagai protein Fe-Mo, merupakan suatu α2β2-heterotetramer yang

mengandung dua atom molybdenum (Mo) dan 30 atom besi. Protein ini mengkatalisis

reaksi N2 + 8H+ + 8e-

2NH3 + H2. Dinitrogenase reduktase (60 kD) juga

dikenal sebagai protein Fe merupakan suatu dimer yang mengandung subunit yang

identik (McKee, 2003).

Universitas Sumatera Utara

Nitrogenase reduktase berberat molekul 60.000 dalton dan terdiri dari dua subunit protein yang identik. Cirinya berwarna coklat, karena mengandung untaian besi dan belerang. Dari namanya dapat diduga bahwa enzim itu mereduksi nitrogen, karena menambah lagi elektron yang dipakai untuk mereduksi N2. Nitrogenase reduktase menerima elektron yang dipindahkan protein lain dan sifatnya bervariasi pada berbagai bakteri pengikat nitrogen. Reduksi N2 banyak menggunakan energi. Ada 20 sampai 30 molekul adenosin trifosfat (ATP) yang diperlukan untuk menunjang reduksi satu molekul nitrogen menjadi ammonia. Lagi pula reaksi nitrogenase banyak menghasilkan residu, karena ia juga mereduksi ion hidrogen menjadi molekul hidrogen (H2) yang keluar berupa gas (Marx, 1991).

Nitrogenase dengan cepat dinonaktifkan oleh O2, jadi enzim ini harus dilindungi dari oksigen yang reaktif ini. Sianobakteri memberikan perlindungan dengan cara mengikat nitrogen melalui sel-sel nonfotosintetik yang disebut heterocyst.

Pada bintil akar legume, perlindungan dapat dilakukan oleh sintesis leghemoglobin secara simbiosis. Bagian globin dari monomer oksigen ini akan mengikat protein yang disintesis oleh tumbuhan, dimana protein heme disintesis oleh Rhizobium. Leghemoglobin memiliki afinitas O2 yang sangat tinggi menjaga masuknya O2 cukup rendah untuk melindungi nitrogenase yang sedang melakukan transport pasif O2 untuk bakteri aerobik (Voet, 1998).

2.4.3. Mekanisme Reduksi Nitrogen oleh Nitrogenase

Selama proses fiksasi nitrogen secara biologis, gas nitrogen (N2) direduksi menjadi ammonia (NH3) oleh enzim nitrogenase. Proses tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut:

1. Protein Fe (nitrogenase reduktase) menerima elektron dari feridoksin (NADPH)

membentuk protein Fe tereduksi.

Protein Fe + 6e-

Protein Fe tereduksi

Universitas Sumatera Utara

2. Protein Fe tereduksi bereaksi dengan 12 molekul MgATP membentuk suatu kompleks protein Fe tereduksi-MgATP (kompleks RFP-MA1). Dalam hal ini ion Mg2+ akan mengaktifkan protein Fe. Protein Fe tereduksi + 12MgATP Kompleks RFP-MA
3. Protein Fe-Mo (nitrogenase) bereaksi dengan satu molekul N2 membentuk kompleks nitrogen nitrogenase (NNC2). Nitrogenase + N2 Kompleks nitrogen nitrogenase

Gambar 2.3. Struktur kofaktor Fe-Mo dalam nitrogenase 4. Dengan adanya ion Na+, kompleks RFP-MA akan mengikat kompleks nitrogen
nitrogenase membentuk kompleks nitrogenase aktif. Elektron-elektron pada kompleks RFP-MA ditransfer ke dalam nitrogenase untuk mereduksi nitrogen. Selama proses transfer elektron ini, dua molekul ion H+ direduksi menjadi H2. Kompleks RFP-MA + NNC Kompleks nitrogenase

Kompleks RFP-MA 6e-

Kompleks nitrogen nitrogenase

2H+ H2

5. Nitrogenase tereduksi dalam kompleks nitrogenase menerima enam molekul ion H+ dari sitoplasma dan mereduksi N2 menjadi ammonia dengan menggunakan

enam elektron. Elektron-elektron yang ada pada atom Fe dari nitrogenase

digunakan untuk tujuan ini. Reduksi nitrogen melalui tiga tahap: i) Tahap pertama, nitrogen bereaksi dengan 2H+ menggunakan dua elektron

menghasilkan diamida.

N≡N + 2H+

HN=NH

1 RFP-MA: Reduced Fe Protein-MgATP 2 NNC: Nitrogenase Nitrogen Complex

Universitas Sumatera Utara

ii) Tahap kedua, diamida bereaksi dengan 2H+ menggunakan dua elektron

menghasilkan hidrazin. HN=NH + 2H+ H2N-NH2 iii) Tahap ketiga, hidrazin bereaksi dengan 2H+ menggunakan dua elektron

menghasilkan dua molekul ammonia.

H2N-NH2 + 2H+

2NH3

6. Setelah reduksi N2 menjadi NH3, kompleks nitrogenase terurai menjadi protein Fe, nitrogenase, Mg2+, dan ADP. Begitu juga dengan NH3 yang dihasilkan,

dilepaskan ke dalam sitoplasma. Dengan demikian enzim nitrogenase dapat

mereduksi kembali molekul nitrogen yang lain (NIIR Board, 2004).

Reaksi reduksi nitrogen oleh nitrogenase menjadi ammonia dapat dituliskan sebagai berikut: N2 + 8H+ + 8e- + 16MgATP 2NH3 + H2 + 16MgADP + 16Pi.

2.5. Fiksasi Nitrogen Oleh Bakteri

Sejumlah mikroorganisme dapat menggunakan N2 dari udara sebagai sumber nitrogennya. Perubahan dari nitrogen ini menjadi ammonia disebut fiksasi nitrogen. Dua kelompok mikroorganisme yang terlibat dalam proses fiksasi nitrogen adalah mikroorganisme non simbiotik (termasuk dalam kelompok ini adalah mikroorganisme yang hidup bebas di dalam tanah) dan mikroorganisme simbiotik (Budiyanto, 2004).

Penambat nitrogen hidup bebas yang paling penting terdapat di antara sianobakteri dan dalam bakteri yang diklasifikasikan dalam marga Azotobacter. Banyak bakteri lain seperti klostridia dan bakteri fotosintesis, juga mampu menambat nitrogen atmosfer (Volk, 1984).

Bakteri pengikat nitrogen yang terpenting, baik untuk pertanian maupun ekologi adalah yang berinteraksi dengan tumbuhan dengan cara simbiosa. Simbiosa ada yang berbentuk sederhana, ada pula yang kompleks. Bentuk interaksi sederhana terdapat pada bakteri Azospirillum yang hidup sekitar permukaan akar rumputan. Pada interaksi yang berbentuk kompleks, seperti interaksi antara bakteri genus Rhizobium

Universitas Sumatera Utara

dan kacang-kacangan atau antara bakteri Frankia dengan berbagai jenis tumbuhan pohon dan semak, seperti alder (Marx, 1991).

Tabel 2.1 Kontribusi nitrogen beberapa tanaman legume berbintil

No Sistem Fiksasi N2 1 Legume tanaman hijau:
Sesbania acuelata - Rhizobium Leucaena leucocephala - Rhizobium Kacang-kacangan - Rhizobium Tanaman makanan ternak - Rhizobium 2 Legume tanaman biji-bijian: Lablab purpureus - Rhizobium Glycine jawanica - Rhizobium 3 Non legume: Casuarina equisitifolia - Frankia Alnus – Frankia 4 Tanaman lain: Azolla – Anabaena Rumput-rumputan - Azospirillium
Sumber: Ghai dan Thomas (1989)

Total kontribusi nitrogen (q/ha)
70-120 500-600 60-210 100-300
240 210
100 30-300
25-190 15-100

2.5.1. Fiksasi Nitrogen oleh Bakteri yang Hidup Bebas

Bakteri yang hidup bebas dan memiliki kemampuan untuk memfiksasi nitrogen molekular dapat dibedakan menjadi organisme aerob obligat, aerob fakultatif, dan anaerob. Bakteri aerob obligat termasuk dalam genus-genus Azotobacter, Beijerinckia, Derxia, Archromobacter, Mycobacterium, Arthrobacter dan Bacillus. Bakteri anerob fakultatif antara lain termasuk dalam genus-genus Aerobacter, Klebsiella dan Pseudomonas. Bakteri pemfiksasi nitrogen yang anaerob diwakili oleh genus-genus Clostridium, Chlorobium, Chromatium, Rhodomicrobium, Rhodopseudomonas, Rhodospirillum, Desulfovibrio dan Methanobacterium. Pada beberapa dari genusgenus ini, fiksasi nitrogen terjadi secara fotoautotrof yang ditunjukkan oleh adanya pigmen fotosintetik dalam sel-sel mereka seperti misalnya pada genus Rhodopseudomonas yang cukup dikenal. Sedangkan genus Desulfovibrio memfiksasi nitrogen dalam proses mereduksi sulfat (Rao, 1994)

Kebanyakan bakteri pemfiksasi nitrogen yang hidup bebas mampu mengikat sejumlah besar nitrogen di bawah kondisi laboratorium. Bagaimanapun, di dalam

Universitas Sumatera Utara

tanah biasanya terdapat kekurangan karbohidrat yang dapat dipakai sebagai persediaan energi yang dibutuhkan untuk reduksi nitrogen menjadi ammonia, yang kemudian menjadi protein. Oleh karena itu, bakteri pengikat nitrogen ini memiliki peranan yang penting dalam penyediaan nitrogen di tempat-tempat seperti padang rumput, hutan, dan daerah tundra (Tortora, 2001).
2.5.2. Fiksasi Nitrogen oleh Bakteri Simbiotik
Bakteri-bakteri simbiotik ini memegang peranan yang penting dalam pertumbuhan tanaman untuk menghasilkan buah. Anggota dari genus-genus Rhizobium, Bradyrhizobium, dan genus-genus lainnya yang menginfeksi akar tanaman leguminosa seperti kacang kedelai, kacang tanah, kacang polong, kacang hijau, alfalfa, dan semanggi. Rhizobia khususnya beradaptasi dalam spesies tanaman leguminosa membentuk bintil-bintil akar. Nitrogen difiksasi melalui proses simbiosis antara tumbuhan dan bakteri. Tumbuhan melengkapi kondisi anaerob dan nutrisi pertumbuhan untuk bakteri, dan bakteri mengikat nitrogen untuk sintesis protein tumbuhan (Tortora, 2001)
Interaksi antara Rhizobium dan tanaman bersifat spesifik. Ini berarti bahwa Rhizobium yang efektif untuk satu tanaman leguminosa tertentu belumlah tentu efektif untuk tanaman leguminosa yang lainnya. Inokulasi dengan menggunakan Rhizobium sebelum biji ditanam sangat dianjurkan. Hal ini dikarenakan tidak semua lahan pertanian mengandung bakteri yang tepat untuk simbiosis yang optimum antara Rhizobium dengan tanaman leguminosa tersebut. Di pasaran galur bakteri yang terpilih disimpan dalam humus yang lembab. Bahan ini kemudian diperciki air sebelum menanam biji tanaman (Budiyanto, 2004).
Penambat nitrogen simbiotik agaknya jauh lebih penting daripada penambat nitrogen yang hidup bebas dalam keseluruhan penambatan nitrogen di seluruh dunia. Jadi, tanah yang miskin nitrogen dapat diisi kembali dengan ammonia dan nitrat untuk pertumbuhan tanaman dengan penanaman leguminosa, seperti alfalfa, selama 1 tahun. Inilah sebabnya mengapa para petani menggilir tanamannya dari tanaman yang menghabiskan nitrogen (seperti jagung) sampai tanaman yang mengisi kembali
Universitas Sumatera Utara

nitrogen (seperti kedelai atau alfalfa). Diperkirakan bahwa satu akre alfalfa mungkin menambat 400 pon nitrogen dalam satu musim (Volk, 1984).
Ada contoh yang sama dari fiksasi nitrogen simbiotik pada tanaman-tanaman nonlegume, seperti pohon alder. Pohon alder diinfeksi secara simbiosis dengan suatu actinomycete (Frankia) dan membentuk bintil-bintil akar pengikat nitrogen. Sekitar 50 kg nitrogen dapat difiksasi setiap tahun oleh 1 akre pohon alder; sehingga pohon ini memiliki nilai tambah untuk ekonomi hutan (Tortora, 2001).
2.6. Bakteri
Bakteri adalah kelompok mikroorganisme yang sangat penting karena pengaruhnya yang membahayakan maupun menguntungkan. Mereka tersebar luas di lingkungan sekitar kita. Mereka dijumpai di udara, air dan tanah, dalam usus binatang, pada lapisan yang lembab pada mulut, hidung atau tenggorokan, pada permukaan tubuh atau tumbuhan.
Bakteri adalah organisme bersel tunggal terkecil, beberapa di antaranya hanya memiliki diameter 0,4 µm (mikrometer). Sel berisi massa sitoplasma dan beberapa bahan inti. Sel dibungkus oleh dinding sel dan pada beberapa jenis bakteri, dinding sel ini dikelilingi oleh kapsula atau lapisan lendir. Kapsula terdiri atas campuran polisakarida dan polipeptida (Gaman, 1981).
2.6.1. Rhizobium dan Perbintilan Akar
Rhizobium adalah bakteri Gram negatif, bersifat aerob, tidak membentuk spora, berbentuk batang dengan ukuran sekitar 0,5–0,9 µm x 1,2–3 µm. Bakteri ini termasuk dalam family Rhizobiacecae. Bakteri ini banyak terdapat di dalam daerah perakaran (rhizosfer) tanaman legume dan membentuk hubungan simbiotik dengan inang khusus. Hubungan antara Rhizobium dengan tanaman inangnya dapat dibedakan menjadi beberapa kelompok inokulasi. Dalam hubungan simbiotik tersebut Rhizobium terbentuk struktur khusus pada tanaman yang disebut bintil akar (Yuwono, 2006).
Universitas Sumatera Utara

Rhizobium merupakan kelompok bakteri berkemampuan sebagai penyedia hara bagi tanaman. Bila bersimbiosis dengan tanaman legum, kelompok bakteri ini menginfeksi akar tanaman dan membentuk bintil akar. Bintil akar berfungsi mengambil nitrogen di atmosfer dan menyalurkannya sebagai unsur hara yang diperlukan tanaman. Pigmen merah leghemoglobin yang berperan dalam mengambil N di atmosfer. Pigmen ini dijumpai dalam bintil akar antara bakteroid dan selubung membran yang mengelilinginya. Jumlah leghemoglobin di dalam bintil akar memiliki hubungan langsung dengan jumlah nitrogen yang difiksasi. Korelasinya positif, semakin banyak jumlah pigmen, semakin besar nitrogen yang diikat. Rhizobium mampu menghasilkan hormon pertumbuhan berupa IAA

Dokumen yang terkait

Dokumen baru