Diversity of Bacterial Community that Contribute in Nitrogen Cycle at Lake of Situ Sawangan-Bojongsari, West Java.

KERAGAMAN KOMUNITAS BAKTERI
YANG BERPERAN DALAM SIKLUS NITROGEN
DI SITU SAWANGAN-BOJONGSARI, JAWA BARAT

LENA NOVITA

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Keragaman Komunitas
Bakteri yang Berperan dalam Siklus Nitrogen di Situ Sawangan-Bojongsari, Jawa
Barat 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 tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut

Pertanian Bogor.
Bogor, Januari 2014

Lena Novita
NIM G351100111

*Pelimpahan hak cipta atas karya tulis dari penelitian kerja sama dengan pihak
luar IPB harus berdasarkan pada perjanjian kerja sama yang terkait.

RINGKASAN
LENA NOVITA. Keragaman Komunitas Bakteri yang Berperan dalam
Siklus Nitrogen di Situ Sawangan-Bojongsari, Jawa Barat. Dibimbing oleh
IMAN RUSMANA dan TRI WIDIYANTO.
Salah satu permasalahan yang sering dihadapi dalam pengelolaan
ekosistem perairan darat diantaranya penurunan kualitas air yang
disebabkan polusi senyawa nitrogen. Mekanisme transformasi senyawa
nitrogen oleh bakteri indigenous yang terjadi pada badan air merupakan
faktor penting untuk diperhatikan dalam upaya menangani dan
mengantisipasi permasalahan tersebut. Situ Sawangan-Bojongsari
merupakan situ terluas di kota Depok, Jawa Barat. Kegiatan antropogenik

sekitar situ dapat menyebabkan polusi senyawa nitrogen. Penelitian ini
bertujuan untuk mengetahui kelimpahan dan keragaman komunitas bakteri
yang berperan dalam siklus nitrogen serta profil parameter fisika dan kimia
yang mempengaruhinya.
Sampel air dan sedimen diambil dari 3 titik dengan masing-masing 3
ulangan. Pengambilan sampel air dilakukan pada 3 titik dengan 3 strata
kedalaman yaitu permukaan (0 cm), kedalaman secchi (110) cm, dan dasar
(230 cm). Pengambilan sampel sedimen juga dilakukan pada titik dengan 3
strata kedalaman yaitu 0-2 cm, 2-5 cm, dan 5-10 cm. Analisis fisika
dilakukan pada saat pengambilan sampel yang meliputi pengukuran
parameter suhu, pH, dan oksigen terlarut. Analisis kimia air dan air pori
sedimen meliputi parameter TN, TP, TOM, DOM, TOC, N-NH3, N-NO3,
dan N-NO2. Analisis kelimpahan bakteri yang berperan dalam siklus N
dilakukan menggunakan metode MPN. Analisis keragaman bakteri
dilakukan menggunakan DGGE. Produk amplifikasi gen nifH, amoA, dan
nosZ dijadikan sebagai target untuk analisis DGGE.
Kelimpahan tertinggi bakteri pemfiksasi nitrogen terdapat di sedimen
pada strata 2-5 cm (4.43 Log sel/g) dan kelimpahan terendah terdapat pada
kolom air strata 0 cm (2.46 Log sel/mL). Bakteri pengoksidasi amonium
dan nitrit hanya terdapat pada bagian kolom air. Kelimpahan tertinggi

bakteri pengoksidasi amonium terdapat pada strata 0 cm (2.43 Log sel/mL)
dan kelimpahan terendah terdapat pada strata 230 cm (1.86 Log sel/mL).
Kelimpahan tertinggi bakteri pengoksidasi nitrit terdapat pada strata 0 cm
(2.87 Log sel/mL) dan kelimpahan terendah terdapat pada strata 230 cm
(1.48 Log sel/mL). Kelimpahan tertinggi bakteri pereduksi nitratdenitrifikasi terdapat pada sedimen dengan strata 2-5 dan 5-10 cm (6.04 Log
sel/g) dan kelimpahan terendah terdapat pada strata 0 cm (1.32 Log sel/mL).
Kelimpahan tertinggi bakteri pereduksi nitrat-DNRA terdapat pada sedimen
strata 5-10 cm (4.32 Log sel/g) dan kelimpahan terendah terdapat pada
kolom air strata 0 dan 110 cm (1.56 Log sel/mL). Kelimpahan tertinggi
bakteri amonifikasi terdapat pada sedimen dengan strata 5-10 cm (4.43 Log
sel/g) dan kelimpahan terendah terdapat pada strata 0 cm (1.86 Log sel/ml).
Total sebanyak 11 pita DNA gen nifH unik dihasilkan setelah DGGE.
Sebanyak 6 dari 11 pita DNA dipilih, dianalisis sekuennya dan
diidentifikasi melalui pencarian menggunakan program BlastN di Genbank,

dan keenam isolat gen tersebut memiliki identitas dan score value tertinggi
dengan gen nifH dari uncultured bacterium (80-90%). Hasil analisis
kemiripan sekuen asam amino dari gen nifH tersebut menunjukkan bahwa
keenam isolat gen nifH memilki kemiripan antara 65 dan 92% dengan
protein fungsional dai nifH (nitrogenase). Sebanyak 5 isolat gen nifH

merupakan nitrogenase reductase dari uncultured bacterium dan 1 isolat
gen nifH merupakan nitrogenase reductase dari Methylomonas sp. MKI.
Analisis filogenetik menunjukkan bahwa keenam isolat gen nifH
diantaranya memiliki kekerabatan terdekat dengan kelompok bakteri α atau
proteobakteria yaitu Bradyrhizobium sp. ORS324, Azospirillum brasilense,
dan Azotobacter vinelandii.
Fragmen gen amoA hanya dapat teramplifikasi dari sampel air. Tidak
ada fragmen gen amoA dari sampel sedimen. Total sebanyak 10 pita DNA
gen amoA unik dihasilkan setelah DGGE. Sebanyak 6 dari 10 pita DNA
gen amoA berdasarkan analisis BlastN merupakan amoA dari uncultured
bacterium (86-97%). Analisis sekuen asam amino keenam isolat gen amoA
menunjukkan kemiripan antara 56 dan 93% dengan protein fungsional dari
amoA (amonia monooksigenase). Sebanyak 5 isolat gen merupakan amonia
monooksigenase dari uncultured bacterium dan 1 isolat gen merupakan
amonia monooksigenase dari bakteri Nitrosospira sp. III7 (93%).
Berdasarkan analisis filogenetik keenam isolat gen amoA memiliki
kekerabatan paling dekat dengan genus Nitrosospira.
Fragmen gen nosZ hanya teramplifikasi dari sampel sedimen dan tidak
ada fragmen gen nosZ dari sampel air. Total sebanyak 12 pita DNA gen
nosZ unik terdeteksi setelah analisis DGGE. Sebanyak 7 dari 12 pita DNA

telah diisolasi dan analisis BlastN dari isolat gen tersebut menunjukkan
bahwa ketujuh isolat gen merupakan nosZ dari uncultured bacterium (9198%). Analisis kemiripan sekuen asam amino dari ketujuh isolat gen nosZ
menunjukkan kemiripan antara 87 dan 99% dengan protein fungsional dari
nosZ (nitrous oksida reduktase) dan ketujuh isolat gen nosZ merupakan
nitrous oksida reduktase dari uncultured bacterium. Berdasarkan hasil
analisis filogenetik ketujuh isolat gen nosZ memiliki kekerabatan terdekat
dengan genus Azospirillum.
Kata kunci: DGGE, nifH, amoA, nosZ

SUMMARY
LENA NOVITA. Diversity of Bacterial Community that Contribute in
Nitrogen Cycle at Lake of Situ Sawangan-Bojongsari, West Java. Under
direction of IMAN RUSMANA and TRI WIDIYANTO.
One of the problems in freshwater management is the declining of
water quality due to pollution of nitrogen compound. Mechanisms of
nitrogen transformation by indigenous bacteria in water body have been
considered to solve this problem. Situ Sawangan-Bojongsari is the largest
lake at Depok city, West Java. Antrophogenic activities on the lake have
been accused to cause nitrogen pollution. Accordingly, the aim of this
research is to investigate the abundance and diversity of bacterial

community that contribute in N cycle as well as to study the profile of
physical and chemical parameters that influence the bacterial community.
Water and sediment samples were collected from three sampling
station, each with three replicate. Water samples were collected from the
surface of the water column (0 cm), secchi depth (110) and the bottom (230
cm). Sediment samples were collected by sediment core and divided to three
section depth (0-2 cm, 2-5 cm, and 5-10 cm). Analysis of physical factors
was fermormed at the time of sampling which included temperature, pH,
and DO. Wheter analysis of chemical factors from water and pore water
sediment covered some parameters: TN, TOM, DOM, TOC, N-NH3, NNO3, dan N-NO2. Analysis of the bacterial abundance that contribute in N
cycle was done using MPN method. The community structure of the
bacteria was analyzed using DGGE method. Amplification product of nifH,
amoA, and nosZ gene were targeted for DGGE analysis.
The most abundance of nitrogen fixing bacteria was found at the
sediment in the depth of 2-5 cm (4.43 log cell/mL) and the less abundance
was found at the water coloumn in the depth of 0 cm (2.46 log cell/mL).
The most abundance of ammonia oxidizing bacteria was found in the depth
of 0 cm (270 cell/mL). The less abundance of the bacteria was found in the
depth of 230 cm (73 cells/Ml). The most abundance of nitrite oxidizing
bacteria was found at the water column in the depth of 0 cm (2.87 log

cell/mL) and the less abundance of the bacteria was found in the depth of
230 cm. There was no ammonia and nitrite oxidizing bacteria found in the
sediment. The most abundance of nitrate reducing bacteria (denitrification)
was found at the sediment in the depth of 2-5 and 5-10 cm (6.04 log
cell/mL) and the less abundance of the bacteria was found at the water
column in the depth of 0 cm (1.32 log cell/mL). The most abundance of
nitrate reducing bacteria (DNRA) was found at the sedimen in the depth of
5-10 cm (4.32 log cell/ml) and the less abundance of the bacteria was found
at the water column in the depth of 0 and 110 cm (1.56 log cell/mL). The
most abundance of amonifying bacteria was found at the sediment in the
depth of 5-10 cm (4.43 log cell/mL) and the less abundance of the bacteria
was found at the water column in the depth of 0 cm (1.86 cell/mL).
A total of 11 unique bands of nifH gene generated after DGGE
analysis. Six of eleven unique bands of the gene selected, sequenced and

identified by searching against Genbank using BlastN, and the highest
identity and score values of the six isolated sequences were the nifH gene of
uncultured bacterium in non-redundant database of Genbank (80-90%).
Analysis of amino acid sequence from the six isolated of nifH gene showed
similarity between 65 and 92% with the functional protein of nifH

(nitrogenase). A total of 5 isolated nifH gene were nitrogenase reductase of
uncultured bacterium and one isolated nifH gene was nitrogenase reductase
of Methylomonas sp. MKI. However, the most probable affiliations of the
bacteria harboring the nifH gene were the nitrogen fixing bacteria from α- or
-proteobacteria, including Bradyrhizobium sp. ORS324, Azospirillum
brasilense, and Azotobacter vinelandii.
Fragment of amoA gene was amplified from water samples. There was
no fragment amoA gene from sediment samples. Total of 10 unique bands
of amoA gene can be detected after DGGE anaysis. Six of teen bands of
amoA genes according to BlastN analysis were the amoA of uncultured
bacterium (86-97 %). Amino acid sequences analysis of the six isolated of
amoA genes revealed similarity between 56 and 93 % with functional
protein of amoA (ammonia monooxygenase). Total of five isolated of the
gene were as ammonia monooxygenase of uncultured bacterium and one
isolated was as ammonia monooxygenase of Nitrosospira sp.III7. However
based on phylogenetic analysis, the six isolated of amoA gene was belong to
the genus Nitrosospira.
Fragment of nosZ gene was amplified from sediment samples and
there was no fragment nosZ gene from water samples. A total of 12 unique
bands of nosZ gene were detected after DGGE analysis. Seven of twelve

unique bands were isolated and BlastN analysis of the isolated gene showed
that the seven isolated were nosZ of uncultured bacterium (91-98%). Amino
acid sequence of the seven isolated of nosZ gene revealed similarity
between 87 dan 99% with functional protein of nosZ (nitrous oxide
reductase) and the seven isolated of nosZ gene were as nitrous oxide
reductase of uncultured bacterium. Interestingly, phylogenetic analysis
showed that the seven genes of amoA was belong to the genus Azospirillum.
Keywords : DGGE, nifH, amoA, nosZ

© 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

KERAGAMAN KOMUNITAS BAKTERI

YANG BERPERAN DALAM SIKLUS NITROGEN
DI SITU SAWANGAN-BOJONGSARI, JAWA BARAT

LENA NOVITA

Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Mikrobiologi

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr Munti Yuhana, S.Pi, M.Si

Judul Tesis : Keragaman Komunitas Bakteri yang Berperan dalam Siklus
Nitrogen Di Situ Sawangan-Bojongsari, Jawa Barat

Nama
: Lena Novita
NIM
: G351100111

Disetujui oleh
Komisi Pembimbing

Dr Iman Rusmana, M.Si
Ketua

Dr Tri widiyanto, M.Si
Anggota

Diketahui oleh

Ketua Program Studi
Mikrobiologi

Dekan Sekolah Pascasarjana

Prof Dr Anja Meryandini, M.S

Dr Ir Dahrul Syah, MSc.Agr

Tanggal Ujian:
24 Januari 2014

Tanggal Lulus:

Judul Tesis
Nama
NIM

Keragaman Komunitas Bakteri yang Berperan dalam Siklus
Nitrogen Di Situ Sawangan-Bojongsari, Jawa Barat
Lena Novita
G351100111

Disetujui oleh
Komisi Pembimbing

Dr Tri widiyanto, M.Si
Anggota

Diketahui oleh

Ketua Program Studi
Mikrobiologi

Prof Dr Anja Meryandini, MS

Tangga\ Ujian:
24 Januari 2014

Tanggal Lulus:

2 1 MAR '201 4

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam
penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Januari 2012 sampai dengan September
2013 ini ialah Keragaman Komunitas Bakteri yang Berperan dalam Siklus
Nitrogen di Situ Sawangan-Bojongsari, Jawa Barat.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Ir Iman Rusmana, M.Si dan
Dr Tri Widiyanto, M.Si selaku pembimbing yang telah memberikan arahan,
masukan dan pembimbingan terhadap kesempurnaan tesis ini. Terima kasih
penulis ucapakan kepada Ibu Dr Munti Yuhana, S.Pi, M.Si sebagai penguji luar
komisi dalam ujian tesis yang telah memberikan saran dan kritiknya. Terima kasih
juga penulis ucapkan kepada Kementrian Riset dan Teknologi atas beasiwa yang
telah diberikan selama menempuh masa pendidikan. Terima kasih yang sebesarbesarnya penulis ucapkan kepada Kepala Pusat Penelitian Limnologi (Puslit)-LIPI
dan Kepala Bidang Produktivitas Perairan darat, Puslit Limnologi-LIPI yang telah
memberikan ijin dan dukungan untuk melanjutkan studi. Terima kasih tak lupa
penulis sampaikan kepada seluruh teknisi Laboratorium Mikrobiota Puslit
Limnologi-LIPI dan Laboratorium Mikrobiologi-IPB, teman-teman program studi
Mikrobiologi 2010, serta teman-teman semua yang bekerja di laboratorium
penelitian Mikrobiologi-IPB.
Keberhasilan penyelesaian tesis ini tidak terlepas dari dukungan keluarga,
oleh karena itu penulis ucapkan terima kasih kepada Ayahanda Sukardi, Ibunda
Rohmah dan Ibunda Euis Suryati yang selalu memberikan do’a dan dukungan
selama penulis menyelesaikan pendidikan. Terima kasih yang tak terhingga
kepada suami tercinta Adam Adithya, ananda Afrina Damia Khairunisa dan
ananda Fathan Arsyad Hammani yang senantiasa memberikan semangat dan do’a.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, Januari 2014

Lena Novita

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL

vii

DAFTAR GAMBAR

vii

DAFTAR LAMPIRAN

vii

1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tujuan Penelitian

1
1
2

2 TINJAUAN PUSTAKA
Senyawa Nitrogen di Perairan
Siklus Nitrogen di Perairan
Keragaman Bakteri Pemfiksasi N2
Keragaman Bakteri Pengoksidasi NH3
Keragaman Bakteri Pengoksidasi NO2
Keragaman Bakteri Pereduksi NO3
Keragaman Bakteri Amonifikasi
3 METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Pengambilan Sampel
Analisis Parameter Fisika dan Kimia
Analisis Kelimpahan Bakteri
Analisis Keragaman Bakteri
4 HASIL
Profil Parameter Fisika dan Kimia Perairan Situ Sawangan-Bojongsari
Profil Kelimpahan Bakteri yang Berperan dalam Siklus N
Profil Keragaman Bakteri yang Berperan dalam Siklus N
5 PEMBAHASAN
6 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran

3
3
8
9
9
10
10
11
11
11
12
12
13
15
15
18
19
29
39
39
39

DAFTAR PUSTAKA

40

LAMPIRAN

46

RIWAYAT HIDUP

55

DAFTAR TABEL
1 Berbagai bentuk nitrogen yang terdapat di perairan .........................
2 Kuantitas dan kualitas DNA hasil ....................................................
3 Kemiripan sekuen nukleotida gen nifH hasil DGGE
terhadap sekuen nukleotida yang terdapat di Genbank (BlastN) ......
4 Kemiripan sekuen asam amino gen nifH hasil DGGE
terhadap sekuen asam amino yang terdapat di Genbank (BlastX) ......
5 Kemirirpan sekuen nukleotida gen amoA hasil DGGE terhadap
sekuen nukleotida yang terdapat di Genbank (BlastN) .......................
6 Kemiripan sekuen asam amino gen amoA hasil DGGE
terhadap sekuen asam amino yang terdapat di Genbank (BlastX) ......
7 Kemiripan sekuen nukleotida gen nosZ hasil DGGE terhadap
sekuen nukleotida yang terdapat di Genbank (BlastN) .......................
8 Kemiripan sekuen asam amino gen nosZ hasil DGGE
terhadap sekuen asam amino yang terdapat di Genbank (BlastX)

3
19
21
22
25
25
28
28

DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

11
12
13

14
15
16

Siklus nitrogen diperairan....................................................................
Lokasi pengambilan sampel di situ Sawangan-Bojongsari .................
Profil parameter fisika pada kolom air situ Sawangan-Bojongsari .....
Profil kelimpahan senyawa organik pada kolom air (a) dan air pori
sedimen (b) di situ Sawangan-Bojongsari ...........................................
Profil kelimpahan senyawa nitrogen pada kolom air (a) dan air pori
sedimen (b) di situ Sawangan-Bojongsari ...........................................
Profil kelimpahan bakteri yang berperan dalam siklus N pada kolom
air di situ Sawangan-Bojongsari ..........................................................
Profil kelimpahan bakteri yang berperan dalam siklus N pada
sedimen di situ Sawangan-Bojongsari .................................................
Visualisasi hasil amplifikasi gen nifH dari sampel air dan sedimen ...
Profil DGGE gen nifH dari perairan situ Sawangan-Bojongsari .......
Konstruksi pohon filogenetik berdasarkan sekuen nukleotida hasil
DGGE (kode : nifH) dan sekuen-sekuen nukleotida yang terdapat di
Genbank. ..............................................................................................
Visualisasi hasil amplifikasi gen amoA dari sampel air dan sedimen .
Profil DGGE gen amoA dari perairan situ Sawangan-Bojongsari. .....
Konstruksi pohon filogenetik berdasarkan sekuen nukleotida hasil
DGGE (kode : amoA) dan sekuen-sekuen nukleotida yang terdapat
di Genbank...........................................................................................
Visualisasi hasil amplifikasi gen nosZ dari sampel air dan sedimen ...
Profil DGGE gen nosZ dari perairan situ Sawangan-Bojongsari. .......
Konstruksi pohon filogenetik berdasarkan sekuen nukleotida hasil
DGGE (kode : nosZ) dan sekuen-sekuen nukleotida yang terdapat di
Genbank. ..............................................................................................

5
12
15
16
17
18
19
20
21

23
24
24

26
27
27

29

DAFTAR LAMPIRAN
1 Urutan nukleotida hasil sekuensing dari pita DNA-DGGE gen nifH
2 Urutan nukleotida hasil sekuensing dari pita DNA-DGGE gen
amoA ...................................................................................................
3 Urutan nukleotida hasil sekuensing dari pita DNA-DGGE gen nosZ
4 Surat keterangan bahwa sebagian dari tesis sudah dipublikasikan
(in press)

46
48
51
54

1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Permasalahan yang sering dihadapi dalam pengelolaan ekosistem perairan
darat diantaranya rendahnya kualitas air yang disebabkan polusi senyawa nitrogen.
Pemasukan senyawa nitrogen didominasi oleh aktivitas antropogenik dimana
sebanding dengan peningkatan populasi manusia dan pemanfaatan ekosistem
perairan (Carpenter et al. 1998). Kegiatan pemanfaatan ekosistem perairan darat
seperti danau, sungai, dan situ oleh masyarakat Indonesia yang menyebabkan
meningkatnya kadar senyawa nitrogen antara lain budidaya perikanan dan
pembuangan limbah industri dan limbah domestik.
Polusi senyawa nitrogen pada lingkungan perairan menimbulkan efek
negatif baik secara langsung maupun tidak langsung. Efek negatif secara langsung
di antaranya disebabkan oleh toksisitas senyawa nitrogen inorganik seperti
amonia (NH3), nitrit (NO2) dan nitrat (NO3) (Alonso dan Camargo 2006).
Senyawa NH3, NO2 dan NO3 merupakan bentuk-bentuk nitrogen inorganik
terlarut yang pada umumnya terdapat di sistem perairan. Senyawa tersebut secara
alami diperoleh dari deposisi atmosfer, disolusi dari deposit geologi yang kaya
nitrogen, fiksasi nitrogen oleh mikroorganisme tertentu dan degradasi dari
senyawa organik secara biologis (Rabalais 2002). Konsentrasi tertentu senyawa
NH3, NO2 dan NO3 dapat menyebabkan kematian pada hewan akuatik (Alonso
dan Camargo 2006). Senyawa NH3 bersifat toksik terhadap hewan akuatik
terutama ikan (Richardson 1997). Senyawa ini dapat menyebabkan gangguan
secara fisiologis, neurologis dan sitologis sehingga pada akhirnya dapat
menyebabkan berkurangnya aktivitas konsumsi makanan, fekunditas dan
ketahanan tubuh pada organisme akuatik (Richardson 1997; Constable et al.
2003). Senyawa NO2 bersifat toksik dimana menyebabkan perubahan bentuk dan
fungsi hemoglobin (Harris dan Coley 1991). Senyawa NO3 memiliki aktivitas
toksik yang sama dengan NO2 akan tetapi NO3 harus diubah menjadi NO2 terlebih
dahulu pada jaringan tubuh sehingga toksisitas ion NO3- sangat erat kaitannya
dengan permeabilitas jaringan tubuh dari organisme akuatik (Jensen 1996; Cheng
dan Chen 2002). Sedangkan efek negatif secara tidak langsung di antaranya
menyebabkan eutrofikasi (Rabalais et al. 2002). Eutrofikasi dapat menjadi
permasalahan yang besar dalam upaya konservasi perairan darat. Eutrofikasi dapat
mempercepat pendangkalan sistem perairan sehingga terjadi perubahan bahkan
kehilangan fungsinya. Eutrofikasi merupakan status tropik perairan dimana
tingginya konsentrasi unsur hara. Peningkatan konsentrasi senyawa NH3, NO2 dan
NO3 dapat memicu pertumbuhan, ketahanan dan proliferasi produsen primer
seperti fitoplankton, alga, dan makrofit (Anderson et al. 2002). Pengendapan
fitoplankton dan tumbuhan air yang mati menyebabkan pendangkalan dan
meningkatkan kadar hara perairan (Rabalais et al. 2002).
Upaya pelestarian dan pengelolaan perairan darat terhadap permasalahan
tersebut dapat dilakukan melalui pengendalian faktor luar dan juga perlu
memperhatikan kemampuan ekosistem itu sendiri. Mekanisme tersebut melalui
serangkaian proses transformasi senyawa nitrogen (N) dalam siklus N. Proses
reaksi dalam tahapan siklus N melibatkan proses mikrobiologis, yaitu fiksasi gas

2
nitrogen (N2), denitrifikasi baik yang dilakukan secara aerob maupun anaerob,
nitrifikasi baik secara autotrof maupun heterotrof, oksidasi NH4 secara anaerob
(anammox) dan mineralisasi (Hayatsu et al. 2008). Senyawa NH4 dapat lepas dari
lingkungan melalui proses oksidasi dengan dua tahapan reaksi yaitu NH4
dioksidasi menjadi NO2 dan selanjutnya NO2 dioksidasi menjadi NO3 oleh bakteri
kemoautotrofik pada kondisi aerob. Senyawa NO2 selain dapat dioksidasi oleh
bakteri nitrifikasi pada kondisi aerob juga dapat digunakan sebagai akseptor
elektron oleh bakteri denitrifikasi pada kondisi lingkungan anaerob (Zumft 1997).
Bakteri denitrifikasi dapat pula menggunakan NO3 sebagai akseptor elektron pada
kondisi lingkungan anaerob. Senyawa NO3 dan NO2 oleh bakteri denitrifikasi
akan direduksi menjadi gas N2O dan N2 (Zumft 1997; Richardson 2000).
Meskipun keragaman bakteri yang berperan dalam siklus N telah banyak
diteliti, akan tetapi beberapa hasil penelitian dalam sepuluh tahun terakhir
menunjukkan perkembangan yang luar biasa. Adanya penemuan bakteri (Schubert
et al. 2006) maupun arkea (Francis et al. 2007) yang dapat melakukan oksidasi
NH3 pada kondisi anaerob (anammox) di lingkungan perairan, fototrof
pengoksidasi NO2 (Griffin et al. 2007), serta berhasilnya dilakukan analisis
genomik organisme yang berperan dalam siklus N (Arp et al. 2007) merupakan
beberapa contoh yang menunjukkan bahwa biodiversitas dan kemampuan
metabolik yang berperan dalam siklus N masih banyak yang belum diketahui.
Keragaman dari mikroba tersebut berkaitan dengan keragaman fungsinya di
lingkungan sebagai indikasi adanya perubahan dalam siklus N secara global
(Hayatsu et al. 2008). Pemahaman yang baik mengenai mikroba yang berperan
dalam siklus N sangat diperlukan untuk mengetahui sekaligus memberikan solusi
dalam menangani permasalahan polusi senyawa nitrogen di perairan. Selain itu,
dapat memberikan informasi dasar dalam penetapan kelayakan ekosistem tersebut
untuk budidaya perikanan.
Situ Sawangan-Bojongsari merupakan situ terluas di Kota Depok, Jawa
Barat. Adanya peralihan fungsi sempadan situ Sawangan-Bojongsari menjadi
lahan pertanian dan lahan terbangun, serta pembuangan limbah domestik ke
perairan situ, maka diperkirakan menyebabkan perubahan yang bersifat kurang
menguntungkan bagi perairan tersebut seperti dapat menimbulkan pendangkalan
situ dan pencemaran air. Purnama (2008) melaporkan bahwa situ SawanganBojongsari telah mengalami pendangkalan 3-5 m akibat adanya sedimentasi dari
limbah domestik yang meningkat seiring dengan meningkatnya pemukiman
penduduk di sekitar situ. Selain itu, hampir setiap tahun perairan situ SawanganBojongsari ditumbuhi eceng gondok (Eichhornia crassipes), bahkan pertumbuhan
Salvinia sp. dapat menutupi hampir 60% perairan (Efendi et al. 1996; Purnama
2008).

Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kelimpahan dan keragaman
bakteri yang berperan dalam siklus N di situ Sawangan-Bojongsari serta profil
parameter fisika dan kimia perairan yang mempengaruhinya.

3

2 TINJAUAN PUSTAKA

Senyawa Nitrogen di Perairan
Nitrogen merupakan komponen kimia dari atmosfer bumi dengan
kelimpahan yang paling tinggi (hampir 80%). Nitrogen juga merupakan
komponen penting yang menyusun biomolekul seluruh organisme hidup. Unsur
ini terdapat dalam protein, asam nukleat, dan beberapa biomolekul lainnya,
dimana keberadaannya dalam bentuk senyawa dengan tingkat oksidasi –III
(sebagai NH3). Senyawa nitrogen dapat ditemukan diperairan dalam berbagai
bentuk, termasuk dalam bentuk terlarut untuk diasimilasi oleh mikroorganisme
(Tabel 1). Di perairan, nitrogen dapat berada dalam berbagai bentuk, yaitu NH4,
NO2 dan NO3 atau N yang terikat oleh bahan organik atau anorganik (Francis et al.
2007).

Tabel 1 Berbagai bentuk nitrogen yang terdapat di perairan (Sigee 2005)
Organik
Inorganik
Larut
Dissolved Organic Nitrogen (DON) Dissolved
Inorganic
Autochthonous : urea, protein, dan Nitrogen (DIN)
asam nukleat
Anion : NO3, NO2
Allochthonous : humus
Kation : NH3
Gas terlarut : N2
Tidak larut
Biomassa kompleks :
Partikel berukuran besar
Organisme hidup dan mati
yang berasal dari batuan
dan sedimen

Senyawa NH3, NO2 dan NO3 merupakan bentuk senyawa nitrogen inorganik
yang pada umumnya terdapat di sistem perairan. Senyawa tersebut secara alami
diperoleh dari deposisi atmosfer, disolusi dari deposit geologi yang kaya nitrogen,
fiksasi nitrogen oleh mikroorganisme tertentu dan degradasi dari senyawa organik
secara biologis (Rabalais 2002). Menurut Jickells (2005) senyawa nitrogen
inorganik di atmosfer berasal dari emisi secara alami gas NH3 dan N2O dari area
tanah, tanaman, dan hasil ekskresi hewan. Deposisi nitrogen inorganik di atmosfer
menjadi bentuk senyawa nitrogen teroksidasi (NO3) dan tereduksi (NH4) menjadi
bagian penting untuk masuknya senyawa nitrogen inorganik ke sistem perairan
(Paerl et al. 2002; Krishnamurthy et al. 2007).
Senyawa total NH3 diperairan terdiri dari bentuk terionisasi (NH4+) dan
tidak terionsasi (NH3). Konsentrasi relatif dari NH4+ dan NH3 pada dasarnya
dipengaruhi oleh suhu dan pH perairan. Pada saat suhu dan pH cenderung
meningkat maka konsentrasi NH3 juga akan meningkat, tetapi konsentrasi NH4+
akan menurun (Alonso dan Camargo 2006). Senyawa total NH3 di lingkungan
perairan merupakan hasil dari pemecahan nitrogen organik (protein dan urea) dan
nitrogen inorganik yang terdapat di dalam tanah dan air yang berasal dari

4
dekomposisi bahan organik (tumbuhan dan biota akuatik yang telah mati).
Sumber NH3 yang lain adalah reduksi gas nitrogen yang berasal dari proses difusi
udara atmosfer (Paerl et al. 2002; Krishnamurthy et al. 2007), limbah industri dan
domestik. Senyawa NH3 yang terdapat dalam mineral masuk ke badan air melalui
erosi tanah. Senyawa NH3 juga dapat terserap ke dalam bahan-bahan tersuspensi
dan koloid sehingga mengendap di dasar perairan. Senyawa NH3 jarang
ditemukan pada perairan yang mendapat cukup pasokan oksigen. Sebaliknya,
kadar NH3 relatif tinggi pada wilayah anoksik (tanpa oksigen) yang biasanya
terdapat di dasar perairan.
Senyawa NH3 bersifat toksik terhadap hewan akuatik terutama pada ikan
(Richardson 1997). Aktivitas toksik dari NH3 pada organisme akuatik dapat
menyebabkan beberapa hal, antara lain kerusakan efitel insang,
ketidakseimbangan osmoregulasi, kegagalan ginjal, ekskresi NH3 darah terhambat,
kegagalan neurologis dan cytologist, meningkatkan konsumsi O2 jaringan tubuh,
menurunkan kemampuan darah untuk transport O2 ke seluruh jaringan
(Richardson 1997; Constable et al. 2003).
Di perairan alami, senyawa NO2 biasanya ditemukan dalam kelimpahan
yang sangat rendah, lebih rendah daripada NO3, karena bersifat tidak stabil
dengan keberadaan O2. Adapun bentuk senyawa NO2 diperairan dapat berupa ion
NO2- dan bentuk terionisasi asam nitrit (HNO2) (Russo et al. 2001). Konsentrasi
relatif dari NO2- dan HNO2 dipengaruhi oleh pH perairan. Konsentrasi NO2cenderung meningkat dan konsentrasi HNO2 menurun ketika pH cenderung
meningkat (Alonso dan Camargo 2006).
Senyawa NO2 baik dalam bentuk terionisasi ataupun tidak dapat bersifat
toksik terhadap hewan akuatik (Russo et al. 2001). Akan tetapi, dikarenakan pada
sistem perairan konsentrasi ion NO2- cenderung lebih tinggi dibandingkan HNO2
maka ion NO2- lebih berperan terhadap toksisitas senyawa NO2 (Jensen 1996).
Aktivitas toksik utama dari senyawa NO2 adalah menyebabkan perubahan pada
struktur dan fungsi pigmen pembawa O2 (hemoglobin) (Jensen 1996). Pada ikan,
masuknya senyawa NO2 ke plasma darah akan berasosiasi dengan oksidasi dari
atom Fe (Fe2+ menjadi Fe3+), hemoglobin secara fungsional berubah menjadi
methemoglobin sehingga tidak dapat melepaskan O2 (Jensen 1996). Pada
dasarnya efek toksisitas dari senyawa NO2 pada ikan antara lain (1) menyebabkan
deplesi Cl- baik secara ekstraseluler maupun intraseluler sehingga menimbulkan
ketidakseimbangan elektrolit, (2) deplesi K+ intraseluler dan elevasi K+
ekstraseluler yang dapat mempengaruhi potensial membran, nuerotransmisi, dan
fungsi hati, (3) pembentukan senyawa N-nitroso yang bersifat mutagenik dan
karsinogenik, (4) kerusakan mitokondria pada sel-sel hati (5) represi pada sistem
pertahanan tubuh sehingga menurunkan toleransi terhadap penyakit yang
disebabkan oleh bakteri dan parasit (Harris dan Coley 1991; Jensen1996).
Senyawa NO3 merupakan bentuk utama nitrogen yang terdapat dalam
perairan. Senyawa ini sangat mudah larut dalam air dan bersifat stabil (Sigee
2005). Senyawa ini juga bersifat toksik terhadap hewan akuatik. Sebagaimana
aktivitas toksik dari senyawa NO2, senyawa NO3 juga dapat menyebabkan
perubahan struktur dan fungsi dari pigmen pembawa O2 (hemoglobin,
hemosianin) (Scott dan Crunkilton 2000).

5
Siklus Nitrogen di Perairan
Nitrogen seperti unsur penting lainnya juga mengalami transformasi secara
biologi di lingkungan perairan. Keseluruhan proses transformasi senyawa nitrogen
bergabung dalam suatu siklus yang disebut siklus N (Gambar 1).

Gambar 1 Siklus N diperairan (Francis et al. 2007)
Siklus N meliputi proses biologis yang melibatkan peran mikroorganisme.
Beberapa mikroorganisme menghasilkan dan menggunakan energi dari reaksi
oksidasi dan reduksi senyawa nitrogen. Mikroorganisme dalam reaksi biologi
pada siklus N antara lain berperan dalam proses fiksasi N2, denitrifikasi baik yang
dilakukan secara aerob maupun anaerob oleh bakteri, arkea maupun fungi,
nitrifikasi baik yang dilakukan oleh bakteri maupun arkea secara autotrof maupun
heterotrof, oksidasi NH4 secara anaerob (annamox) dan mineralisasi (Hayatsu et
al. 2008).
Lintasan utama N2 terfiksasi ke lingkungan biosfer terjadi melalui proses
fiksasi secara biologis dengan melibatkan mikroorganisme diazotrof. Fiksasi N2 di
lingkungan perairan turut membentuk keseimbangan nutrien pada badan air yaitu
tingkat ketersediaan nutrien dan keseimbangan antara nitrogen dan fosfor. Proses
fiksasi N2 melibatkan penggunaan ATP dan reduksi ekuivalen yang berasal dari
metabolisme primer. Semua tahapan reaksi dikatalisis oleh nitrogenase (Fischers
1994; Siegbahn et al. 1998). Mekanisme penambatan N2 dimulai dengan
dinitrogenase reduktase yang menerima elektron dari donor berupa ferredoksin
tereduksi atau flavodoksin, dan berikatan dengan dua molekul MgATP. Elektron
ditransfer menuju ke dinitrogenase. Dinitrogenase reduktase dan dinitrogenase
membentuk kompleks, elektron ditransfer dan 2 MgATP dihidrolisis menjadi 2
molekul MgADP+Pi. Ketika dinitrogenase telah mengumpulkan cukup elektron,

6
senyawa tersebut mengikat molekul N2, mereduksinya dan dilanjutkan dengan
pelepasan NH3. Adapun reaksi fiksasi N2 adalah sebagai berikut :
N2 + 8H+ + 8e- + 16 ATP

2NH3 + 16 ADP + 16 Pi + H2

Enzim nitrogenase disandikan oleh gen nif (Fischers 1994; Siegbahn et al.
1998). Nitrogenase terdiri dari dua komponen protein yang sensitif terhadap
oksigen. Komponen I (dinitrogenase) merupakan protein Mo-Fe yang berukuran
300 kDa yang terdiri dari dua subunit yaitu subunit α yang disandikan oleh nifK
dan subunit
yang disandikan oleh nifD (Fischers 1994). Komponen II
(dinitrogenase reductase) merupakan protein Fe-S yang berukuran 35 kDa yang
disandikan oleh nifH (Fischers 1994).
Aktivitas nitrogenase memerlukan ketersediaan energi dan hanya dapat
terjadi pada kondisi anaerob. Aktivitas enzim yang hanya akan terjadi pada
kondisi anaerob inilah yang menjadi faktor pembatas fiksasi N2 pada kondisi
atmosfer yang kaya akan oksigen. Selain itu, aktivitas enzim nitrogenase juga
dihambat oleh ion NH4+ dan sintesisnya dihambat oleh ion NO3- (Fischers 1994).
Selain proses fiksasi dalam siklus N juga melibatkan proses oksidasi yaitu
nitrifikasi. Proses nitrifikasi meliputi oksidasi NH3 dan oksidasi NO2. Oksidasi
NH3 melalui dua tahapan reaksi yaitu reaksi oksidasi NH3 menjadi hidroksilamin
(NH2OH) dilanjutkan dengan reaksi oksidasi NH2OH menjadi NO2 (Bothe et al.
2000). Tahapan reaksi dalam proses oksidasi NH3 melibatkan enzim yang berbeda,
yaitu :
1.
Amonia Monooksigenase (AMO)
Enzim AMO mengubah NH3 menjadi NH2OH melalui reaksi :
NH3 + O2 + 2H+ + 2e-

NH2OH + H2O

Enzim AMO pada bakteri Nitrosomonas europea dan juga bakteri pengoksidasi
NH3 autotrof lainnya yang termasuk Proteobakteria sub kelas dan , terdiri dari
tiga sub unit yaitu AMO-A, AMO-B, dan AMO-C. Enzim ini disandikan oleh gen
amoA, amoB, dan amoC. Ketersediaan amonium sangat berpengaruh dalam
regulasi ekspresi gen amo baik pada tahap transkripsi, translasi, maupun
posttranslasi. Keterbatasan jumlah NH4 menghambat secara spesifik terhadap
aktivitas enzim ini (Bothe et al. 2000).
2.
Hidroksilamine Oksidoreduktase (HAO)
Enzim HAO berperan dalam reaksi oksidasi hidroksilamin menjadi nitrit, yaitu
melalui reaksi :
NH2OH + H2O

NO2- + 5H+ + 4e-

Enzim ini memiliki struktur yang kompleks, berada sebagai enzim yang dapat
larut di dalam ruang periplasma. Setiap subunit trimerik yang menyusun enzim ini
merupakan situs aktif. Enzim HAO disandikan oleh gen hao (Bothe et al. 2000).
Senyawa NO2 selanjutnya dioksidasi oleh bakteri pengoksidasi nitrit
dengan melibatkan kerja enzim terikat membran yaitu nitrit oksidoreduktase
(NOR) (Sinha dan Annachhatre 2007). Reaksi yang terjadi sebagai berikut:
NO2- + H2O

NO3- + 2H+ + 2e-

7
Reaksi oksidasi dalam siklus N tidak hanya dalam proses nitrifikasi yang
terjadi pada kondisi aerob, tetapi juga melibatkan reaksi oksidasi yang terjadi
pada kondisi anaerob yaitu reaksi oksidasi NH4 atau anaerob ammonium
oxidation (anammox) dimana NH4 secara langsung dioksidasi menjadi gas N2
dengan NO2 sebagai akseptor elektron. reaksi oksidasi ini terjadi di dalam
bagian khusus pada sel yang disebut anamoksosom (Niftrik et al. 2004). pada
proses ini NH4 dioksidasi dengan menghasilkan hidrazine (N2H4) dan NH2OH
(Schalk et al. 1998).
Proses anammox dapat terjadi pada berbagai sistem perairan dan tidak
hanya terbatas di perairan laut atau payau. Di danau, lapisan sedimen-air
merupakan relung ekologi untuk bakteri anammox. Schubert et al. (2006)
pertama kali melaporkan terjadinya proses anammox pada lapisan kolom air
suboksik di danau Tanganyika. Proses anammox terdapat pada semua lapisan
anoksik dengan menyumbangkan 9-13% dari total produksi N2 dari danau
tersebut.
Adapun proses reduksi senyawa inorganik juga memegang peranan penting
dalam siklus N. Proses reduksi NO3 menjadi NO2 merupakan langkah awal untuk
3 proses reaksi selanjutnya dalam siklus N, yaitu asimilasi NO3, denitrifikasi,
Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium (DNRA). Denitrifikasi merupakan
proses reduksi NO3 menjadi NO2, NO2 menjadi nitrik oksida (NO), NO menjadi
gas nitrous oksida (N2O) hingga pada akhirnya dihasilkan gas N2 (Richardson
2000; Zumft 1997). Setiap tahapan reaksi pada proses denitrifikasi dikatalisis oleh
enzim yang berbeda. Reduksi NO3 menjadi NO2 dikatalisis oleh enzim nitrat
reduktase. Ada dua macam nitrat reduktase yaitu nitrat reduktase terikat membran
(NAR) dan nitrat reduktase pada periplasmik (NAP). Enzim NAR disandikan oleh
gen narGHI sedangkan enzim NAP disandikan oleh gen napAB. Aktivitas enzim
NAP terjadi pada kondisi aerob dan anaerob, sedangkan aktivitas enzim NAR
diduga hanya terjadi pada kondisi anaerob. Hal ini disebabkan adanya
penghambatan sistem transfer NO3 ke dalam sel oleh O2 (Moreno-Vivian et al.
1999; Zumft 1997). Richardson (2000) mengemukakan bahwa proses reduksi
nitrat oleh enzim NAR berhubungan dengan konservasi energi yaitu sebagai
akseptor elektron terakhir dalam rantai respirasi pada kondisi anaerob, sedangkan
aktivitas enzim NAP cenderung untuk mengontrol keseimbangan energi pereduksi
Reduksi NO2 menjadi NO dikatalisis oleh enzim nitrit reduktase (NIR).
Enzim ini disandikan oleh gen nirS dan nirK (Bothe et al. 2000). Nitrik oksida
diubah menjadi gas N2O dengan melibatkan enzim nitrik oksidoreduktase (NOR)
yang disandikan oleh gen norB dan norC, sedangkan N2O diubah menjadi gas N2
dengan melibatkan enzim nitrous oksidoreduktase (NOS) yang disandikan oleh
gen nosZ (Zumft 1997; Richardson 2000).
Proses reduksi NO3 juga dapat menghasilkan NH4 sebagai produk akhir,
yaitu melalui reaksi reduksi NO3 menjadi NH4 secara disimilatif (DNRA). Proses
ini melibatkan dua tahap reaksi yaitu reduksi NO3 menjadi NO2 yang dikatalisis
oleh enzim NAR dan reduksi NO2 menjadi NH4 yang dikatalisis oleh dua enzim
yaitu NirBD dan multiheme cytochrome c nitrite reductase (Nrf) yang disandikan
oleh gen nrfA (Moreno-Vivian et al. 1999; Richardson 2001; Mohan et al. 2004).
Nitrogen dalam biomassa dikembalikan kembali ke ekosistem melalui
degradasi makromolekul protein dan nukleotida. Proses ini merupakan
mineralisasi di mana pengembalian senyawa N organik menjadi inorganik atau

8
dalam bentuk mineral. Tahapan penting dalam proses tersebut adalah deaminasi,
yaitu pemindahan gugus amino dari protein dan asam amino yang melepaskan
NH4. Amonium juga dilepaskan ke lingkungan ketika senyawa organik
didegradasi oleh bakteri heterotrofik. Perombakan senyawa nitrogen organik oleh
mikroba akan melepaskan protein yang selanjutnya oleh bakteri yang memiliki
enzim proteolitik akan diubah menjadi peptida dan selanjutnya peptida akan
menjadi asam amino. Senyawa nitrogen organik dengan berat molekul rendah
seperti asam amino, amina, dan amida yang dihasilkan dari proses dekomposisi
proteolitik ataupun yang berasal dari residu limbah organik selanjutnya akan
mengalami dekomposisi enzimatik melalui reaksi deaminasi yang melibatkan
aktivitas enzim deaminase ekstraseluler (Zaman et al. 1999) atau senyawa
nitrogen tersebut diasimilasi secara langsung oleh sel mikroba (Barak et al. 1990).
Proses deaminasi meliputi reaksi hidrolisis NH2-N yang berikatan α pada gugus C
dari asam amino menjadi NH3 dan CO2. Beberapa asam amino dilaporkan dapat
dimineralisasi secara langsung, akan tetapi ada beberapa asam amino yang
memerlukan waktu lebih lama untuk dimineralisasi (Alef dan Kleiner 1986).
Hampir semua bakteri heterotrof dapat melakukan proses deaminasi baik di dalam
sel maupun di luar sel. Pelepasan NH3 juga dihasilkan dari reaksi deaminasi dari
urea dan nukleotida.

Keragaman Bakteri Pemfiksasi N2
Kelompok mikroorganisme diazotrof memiliki peran utama dalam proses
fiksasi N2 dimana berperan sebesar 60% dalam proses masuknya N2 ke
lingkungan biosfer. Kelompok bakteri ini merupakan bagian dari Prokariota yang
termasuk dalam Eubakteria dan Arkea. Mikroorganisme diazotrof pada umumnya
dikelompokan berdasarkan kebiasaan hidupnya seperti berupa mikroorganisme
yang hidup bebas (free living), simbiotik atau berasosiasi secara tertutup dengan
akar tanaman. Mikroorganisme diazotrof yang hidup bebas melakukan fiksasi N2
untuk keuntungannya sendiri dan prosesnya dapat terjadi pada kondisi aerob,
anaerob, atau mikroaerob. Pada umumnya mikroorganisme tersebut merupakan
kemotrof atau fototrof. Sedangkan diazotrof simbiotik selalu hidup dan
melakukan fiksasi N2 pada kondisi mikroaerob atau anaerob. Kelompok
mikroorganisme ini berperan dalam penyediaan N terfiksasi untuk inangnya.
Bakteri diazotrof kemotrofik yang bersifat aerob obligat antara lain
beberapa spesies Azotobacter, dimana dapat memfiksasi N2 secara efisisen dari
udara (Garg et al. 2001). Kelompok diazotrof fototrofik yang bersifat aerob
meliputi Sianobakteria seperti Anabaena dan Nostoc di mana bakteri tersebut
memiliki nitrogenase yang terdapat pada sel khusus yang disebut heterocyst,
sehingga terlindungi dari kerusakan akibat O2 (Thiel et al. 1995). Kelompok
diazotrof yang bersifat anaerob terdapat pada genus Clostridium di mana memiliki
beberapa spesies dengan kemampuan memfiksasi N2 (Chen et al. 2001). Adapun
mikroorganisme diazotrof simbiotik di antaranya kelompok Rhizobium yang
bersimbiosis dengan tanaman (Van Rhyn dan Vanderleyden 1995), Aktinomiset
(Frankia) (Benson dan Silvester 1993), dan Azospirillum (Van de Brock dan
Vanderleyden 1995).

9

Keragaman Bakteri Pengoksidasi NH3
Bakteri pengoksidasi NH3 pada umumnya diketahui sebagai bakteri
nitrifikasi yang bersifat aerob. Di lain pihak, perkembangan ilmu pengetahuan
telah menunjukkan adanya penemuan bakteri (Schubert et al. 2006) maupun arkea
(Francis et al. 2007) yang dapat melakukan oksidasi NH3 pada kondisi anaerob
(anammox) di lingkungan perairan, sehingga dapat disimpulkan mikroorganisme
pengoksidasi NH3 dapat tersebar pada kelompok Beta-proteobakteria, Gammaproteobakteria, Planktomiset, dan Arkea. Pada umumnya di lingkungan, bakteri
pengoksidasi NH3 didominasi oleh kelompok bakteri pengoksidasi NH3 autotrofik
gram negatif. Kelompok tersebut pada awalnya ditempatkan pada satu kelompok
taksonomi berdasarkan kemampuannya untuk tumbuh secara autotrof yang
mendapatkan energi dari oksidasi NH3. Sebanyak 5 genus bakteri pengoksidasi
NH3 pada awalnya dikelompokan berdasarkan karakteristik fenotip yaitu
morfologi sel di mana diklasifikasikan menjadi genus Nitrosomonas,
Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosovibrio, dan Nitrosolobus (Bothe et al. 2000).
Berdasarkan kemiripan sekuen 16S rRNA genus Nitrosospira, Nitrosovibrio, dan
Nitrosolobus mengacu pada satu genus yaitu Nitrosospira (Head et al. 1993).
Semua genus memiliki kekerabatan terdekat dengan organisme -proteobakteria
kecuali Nitrosococcus (Teske et al. 1994). Secara filogenetik anggota dari genus
Nitrosococcus tidak homogen. N. mobilis termasuk ke dalam kelompok proteobakteria, sedangkan N. oceani dan N. halophilus termasuk -proteobakteria
(Teske et al. 1994). Sejauh ini hanya beberapa bakteri pengoksidasi NH3 yang
termasuk -proteobakteria telah dapat diisolasi dari perairan laut. Sementara dari
habitat tanah atau perairan darat belum ada informasi yang berhasil
mengisolasinya.
Adapun bakteri anammox diketahui sampai saat ini merupakan bakteri
yang termasuk ke dalam filum Plaktomisetes. Keragaman bakteri anammox di
perairan tawar pertama kali dilaporkan oleh Schubert et al. (2006) yang
menunjukkan bahwa bakteri anammox yang ditemukan di danau Tanganyika
berdasarkan analisis filogenetik dari gen 16S rRNA memiliki kekerabatan
terdekat dengan Candidatus Scalindua brodae. Sedangkan hasil penelitian Zhang
et al. (2007) dengan kajian keragaman dan kelimpahan bakteri pengoksidasi NH4
pada kondisi aerob dan anerob dari sedimen sungai Xingi (China) menunjukkan
bahwa berdasarkan analisis 16S rRNA bakteri tersebut memiliki kekerabatan
terdekat dengan bakteri anamox Candidatus Brocardia anammoxidans.

Keragaman Bakteri Pengoksidasi NO2
Hampir di setiap lingkungan, nitrifikasi ditemukan terbatas pada oksidasi
NH3 dan NO2 jarang terakumulasi. Hal ini menyebabkan kajian mengenai bakteri
pengoksidasi NO2 menjadi jarang dilakukan dan kajian biokimia serta
fisiologisnya hanya fokus pada Nitrobacter. Klasifikasi fenotitifik pada awalnya
dilakukan dalam pengelompokkan bakteri tersebut, yaitu berdasarkan morfologi
sel dan ultrastruktur membran di mana bakteri pengoksidasi NO2 dikelompokkan

10
menjadi 4 genus antara lain Nitrobacter (bentuk batang) dan Nitrococcus (bentuk
kokus) yang memiliki membran sitoplasma dan barkaitan dengan bakteri
fotosintetik, Nitrospina (bentuk batang atau spiral) yang tidak memiliki membran
sitoplasma, dan Nitrospira yang tumbuh membentuk sel heliks (rantai). Analisis
filogenetik dari sekuen 16S rRNA keempat genus tersebut menempatkan keempat
genus termasuk pada empat kelompok proteobakteria. Ketersediaan informasi
paling banyak saat ini adalah kajian mengenai Nitrobacter (alfa-proteobakteria)
dan Nitrospira (beta-proteobakteria). Sedangkan genus bakteri yang masih sangat
perlu diperhatikan kajiannya adalah beberapa bakteri yang hanya dikaji sebagai
organisme yang dikulturkan seperti Nitrospina gracilis (delta-proteobakteria) dan
Nitrococcus mobilis (gamma-proteobakteria) (Bock et al. 1983).

Keragaman Bakteri Pereduksi NO3
Beberapa genus bakteri yang dapat mereduksi nitrat antara lain
paracoccus (Ellington 2002) dan pseudomonas (Firth dan Edwards 2000). P.
stutzeri merupakan bakteri denitrifikasi yang mampu mereduksi NO3 dengan
menghasilkan gas N2 (Rius et al. 2001). Bakteri gram negatif lain yang dapat
mereduksi NO3 adalah Azospirillum. Beberapa arkea juga diketahui memiliki
enzim-enzim yang berperan dalam denitrifikasi di antaranya Pyrobaculum
aerophilum yang bersifat halofilik dan termofilik dan Haloarcula marismortui
yang juga bersifat halofilik. Selain bakteri, fungi juga diketahui memiliki
beberapa enzim reduktase yang berperan dalam proses denitrifikasi seperti
pada beberapa khamir dan Fusarium oxysporum (Richardson et al. 2000).
Proses reduksi NO 3 secara disimilasi menghasilkan NH4 (DNRA)
melibatkan bakteri ananerob. Bakteri fakultatif anaerob yang berperan dalam
proses tersebut antara lain Klebsiella pneumoniae, Escherichia coli dan
Staphylococcus carnosus yang dapat mereduksi NO 3 menjadi NH4 pada
sitoplasma (Mohan et al. 2004). Sedangkan kelompok enterobakteria yang
bersifat anaerob obligat seperti Sulfospirillum delayiani dan Desulfovibrio
desulfuricans serta mikroaerofilik obligat seperti Campylobacter jejuni dapat
melakukan reduksi NO 3 menjadi NH4 melalui enzim-enzim reduktase yang
terdapat pada periplasma (Mohan et al. 2004).

Keragaman Bakteri Amonifikasi
Beberapa bakteri yang dapat melakukan deaminasi diantaranya bakteri yang
termasuk dalam genus Bacillus. Bacillus pasterii dapat melakukan deaminasi
beberapa asam amino baik secara oksidatif maupun non oksidatif. Bakteri tersebut
secara oksidatif dapat melakukan deaminasi asam amino l-glutamat dan dlaspartat sedangkan secara non oksidatif dapat melakukan deaminasi dl-serina, dltreonina dan l-asparagina (Prabhu 1984). Selain asam amino, nukleotida juga
dapat mengalami deaminasi. Bacillus subtilis memiliki enzim guanin deaminase
yang berperan dalam deaminasi guanina menjadi xanthina pada saat penggunaan

11
purin sebagai sumber N (Nygaard et al. 2000). Bakteri dari genus Clostridium
juga diketahui berperan dalam proses deaminasi. Witheley dan Tahara (1996)
melaporkan bahwa Clostridium tetanomorphum memiliki enzim treonina
deaminase. Adapun Clostridium botulinum juga dilaporkan dapat melakukan
deaminasi beberapa asam amino seperti asparagina, treonina, serina, arginina,
ornitina, dan metionina (Landgrebe dan Weaper 1966). Selain itu, bakteri
Echerichia coli juga diketahui memiliki kemampuan untuk deaminasi asam amino
treonin (Umbarger dan Brown 1957).

3 BAHAN DAN METODE

Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan dari bulan Januari 2012 sampai dengan September
2013. Pengambilan sampel dilakukan di Situ Sawangan-Bojongsari, Kota Depok,
Jawa Barat pada tanggal 7 Januari 2012. Analisis parameter kimia dan analisis
kelimpahan bakteri dilakukan di laboratorium Mikrobiota, Pusat Penelitian
Limnologi, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI). Sedangkan analisis
keragaman bakteri dilakukan di laboratorium Mikrobiologi, Departemen Biologi,
Institut Pertanian Bogor (IPB).

Pengambilan Sampel
Pengambilan sampel air dan sedimen dilakukan pada tiga titik (Gambar 2).
Sampel air diambil di masing-masing titik pada 3 strata kedalaman yaitu air
permukaan, kedalaman secchi, dan dasar perairan. Sampel air ditampung
menggunakan botol steril berukuran 250 ml. Sampel sedimen diambil
menggunakan sediment core pada kedalaman 0-10 cm dengan strata kedalaman 02 cm, 2-5 cm, dan 5-10 cm. Komposit dilakukan terhadap sampel dari masingmasing titik sesuai dengan strata kedalamannya.

12

Gambar 2 Lokasi pengambilan sampel di situ Sawangan-Bojongsari

Analisis Parameter Fisika dan Kimia
Analisis parameter fisika perairan di