Growth and Methane Oxidation Activity of Methanotrophic Bacteria in Different Media

PERTUMBUHAN DAN OKSIDASI METAN
BAKTERI METANOTROF PADA BEBERAPA
MEDIA

SARI WIRYANINGTYAS

SEKOLAH PASCA SARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa tesis yang
berjudul, Pertumbuhan dan Aktivitas Oksidasi Metan Bakteri Metanotrof
pada Beberapa Media adalah hasil karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan
tinggi manapun. 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.

Bogor, September 2011

Sari Wiryaningtyas
G351090221

ABSTRACT
SARI WIRYANINGTYAS. Growth and Methane Oxidation Activity of
Methanotrophic Bacteria in Different Media. Supervised by IMAN
RUSMANA AND NISA RACHMANIA MUBARIK
Methanotrophs are bacteria that can utilize methane or C1 compounds
as their sole carbon and energy source. Previous study resulted that BGM 1,
BGM 3, BGM 9, and SKM 14 isolates could oxidized CH4. Objective of this
research was to formulate medium composition for production of
methanotrophic bacteria. The substances that we used as carbon sources were
methanol, mollase. And a nitrate was as a nitrogen source. Specific growth
rate of bacteria in methanol and nitrate was different for each isolate. The best
carbon and nitrogen sources of medium for bacterial growth was methanol 2%
and nitrate 1 g/L. Methane oxidation rate of BGM 1, BGM 3, BGM 9, and
SKM 14 isolates was 0.01, 0.04, 0.03, and 0.03 mol/ml culture/day
respectively. The highest activity of methane oxidation was perfomed by

BGM 3 isolate, and the highest ammonium accumulation was perfomed by
BGM 9 isolate. The bacterial cells produced by medium of combination
methanol 2% and nitrate 1 g/L were tested in soil of a rice field in
laboratorium scale. The result showed that methane concentration was
decreased in twelveth days of incubation. The methane reduction activity of
the isolates during incubation of 8 to 12 days was 88.5%, 85.1%, 47.8%, and
66.4% for BGM 1, BGM 3, BGM 9, and SKM 14 isolates respectively.

Keyword : Methanotrophs, methane oxidation, medium composition

RINGKASAN
SARI WIRYANINGTYAS. Pertumbuhan dan Aktivitas Oksidasi Metan pada
Beberapa Media. Dibimbing oleh IMAN RUSMANA dan NISA
RACHMANIA MUBARIK.
Metan (CH4) merupakan salah satu gas rumah kaca yang berpotensi
menyebabkan pemanasan global. Gas metan (CH4) di atmosfer menunjukkan
peningkatan konsentrasi sebesar 715 hingga 1732 ppb pada awal tahun 1990,
dan telah meningkat lagi sebesar 1774 ppb pada tahun 2005. Penggenangan
seperti pada tanah sawah dan lahan basah lainnya merupakan salah satu
sumber munculnya emisi CH4. Salah satu upaya untuk menekan emisi CH4

yaitu dengan pemanfaatan mikrob metanotrof. Mikrob ini akan memanfaatkan
metan sebagai sumber karbon dan energinya.
Bakteri metanotrof dapat tumbuh optimum pada media NMS (nitrate
mineral salt), dapat juga tumbuh pada media NMS dengan modifikasi
penambahan kalium nitrat. Metanotrof dapat memanfaatkan berbagai senyawa
karbon yang berbeda, seperti metanol, metil amin, halometan sebagai sumber
karbon dan energi. Penelitian ini bertujuan untuk memformulasi media
produksi bakkteri metanotrof yang memiliki aktivitas oksidasi CH4 dan fiksasi
N2 yang tinggi.
Isolat BGM 1, BGM 3, BGM 9, SKM 14 diremajakan dengan media
NMS (nitrate mineral salt) dengan metode gores kuadran dan diinkubasi
selama tujuh hari pada suhu kamar (28-300 C). Masing-masing isolat
ditumbuhkan pada media NMS dengan dengan ditambahkan : 1) metanol
dengan konsentrasi 2%, 5%, 10% dan 15%, 2) molase dengan selang
konsentrasi 1%, 2%, 3%, 4%, dan 5%, 3) nitrat dengan konsentrasi 0,5 g/L, 1
g/L , 1,5 g/L , 2 g/L . Kemudian diinkubasi selama 13 hari pada suhu ruang.
Pertumbuhan bakteri diukur dengan optical density (OD) menggunakan
spektrofotometer dengan panjang gelombang 620 nm setiap 2 hari sekali.
Pengukuran oksidasi metan dilakukan menggunakan alat kromatografi
gas. Sebanyak tiga lup isolat diambil dari media padat produksi yang terbaik,

kemudian dimasukkan ke dalam tabung mikro yang berisi garam fisiologis
steril 1500 ul dan dikocok dengan vorteks hingga homogen. Setelah itu
disentrifugasi pada 4000 g selama 10 menit. Supernatan dibuang kemudian
ditambahkan garam fisiologis 1500 µl, dikocok dengan vorteks, dan
diinokulasikan ke 50 ml medium NMS cair bebas bebas N dan metanol dalam
botol serum steril yang ditutup dengan sumbat karet. Komposisi udara saturasi
50% gas metan dibuat dengan mengeluarkan gas 37,5 ml dari media, dan
dimasukkan gas metan sebanyak 37,5 ml. Inkubasi dilakukan selama 12 hari
pada kondisi gelap. Pada akhir inkubasi dilakukan pengukuran OD sel dan
oksidasi metan.
Pengukuran amonium terakumulasi dilakukan dengan cara sebanyak 1
ml sampel kultur diencerkan dengan 4 ml aquabides dalam botol serum
bertutup karet dengan ditambah 0,2 ml fenol-alkohol 10 % kemudian dikocok
dengan vorteks sampai homogen. Na-nitroprusid 0,5 % sebanyak 0,2 ml
ditambahkan, kemudian dikocok dengan vorteks. Sebanyak 0,5 ml campuran

dari Na-sitrat dan Na hipoklorit ditambahkan dengan perbandingan 1:4.
Setelah itu campuran didiamkan selama satu jam hingga campuran berubah
warna menjadi biru. Selanjutnya pengukuran kadar amoniumnya dilakukan
dengan menggunakan spektrofotometer pada panjang gelombang 640 nm dan

sebagai blanko ialah aquabides. Setelah diperoleh konsentrasi optimum pada
perlakuan sumber karbon dan nitrogen, dilakukan perlakuan kombinasi antara
kedua perlakuan yang terbaik. Kemudian diuji dengan menggunakan tanah
sawah.
Sampel air sawah dan lumpurnya diambil dari tiga titik dan
ditempatkan ke dalam erlenmeyer 1000 ml. Inkubasi dilakukan di atas shaker
selama 24 jam. Setelah itu dibagi ke dalam botol-botol serum berukuran 125
ml sebanyak 50 ml, lalu sebanyak 25 ml media yang berisi kultur isolat
dicampurkan. Botol ditutup rapat dan diinkubasi dalam inkubasi bergoyang.
Setiap 4 hari sekali diambil sampel gasnya untuk dilakukan pengukuran
konsentrasi gas metannya selama 12 hari inkubasi.
Laju pertumbuhan spesifik (µ) ke empat isolat bakteri metanotrof pada
perlakuan dengan metanol dan nitrat menghasilkan laju yang berbeda-beda
tiap isolatnya. Kombinasi antara metanol 2% dan 1 g/L nitrat dalam media
NMS mampu menghasilkan aktivitas oksidasi metan, yaitu sebesar 0,01
mol/ml kultur/hari untuk BGM 1, 0,04 mol/ml kultur/hari untuk BGM 3, 0,03
mol/ml kultur/hari untuk BGM 9, dan 0,03 mol/ml kultur/hari untuk SKM 14.
Sedangkan akumulasi amonium tertinggi yaitu pada isolat BGM 3 dan SKM
14 sebesar 22,33 µM dan 5,33 µM pada hari ke-9 inkubasi, dan isolat BGM 1
dan BGM 9 pada inkubasi hari ke-11 yaitu sebesar 28,17 µM dan 47,67 µM.

Kombinasi metanol 2% dan nitrat 1g/L diujikan pada tanah sawah dalam skala
laboratorium, dan dihasilkan konsentrasi metan yang mengalami penurunan
pada hari ke 12 inkubasi. Aktivitas reduksi metan selama inkubasi dari hari
ke-8 hingga ke-12 dihasilkan 88,5%, 85,1%, 47,8%, and 66,4% untuk BGM 1,
BGM 3, BGM 9, dan SKM 14 secara berturut-turut.

Kata kunci: Metanotrof, oksidasi metan, komposisi media

©Hak Cipta milik IPB, tahun 2011
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 yang wajar IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh Karya
tulis dalam apapun tanpa izin IPB.

PERTUMBUHAN DAN OKSIDASI METAN
BAKTERI METANOTROF PADA BEBERAPA

MEDIA

SARI WIRYANINGTYAS

Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Mayor Mikrobiologi

SEKOLAH PASCA SARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011

Judul Penelitian

: Pertumbuhan dan Oksidasi Metan
Metanotrof pada Beberapa Media

Nama

: Sari Wiryaningtyas

NIM

: G351090221

Bakteri

Disetujui,

Komisi Pembimbing

Dr. Ir. Iman Rusmana, M.Si
Ketua

Dr. Nisa Rachmania Mubarik, M.Si
Anggota

Diketahui

Ketua Program Studi

Dekan

Mikrobiologi

Sekolah Pascasarjana

Dr. Gayuh Rahayu, M.Si

Dr. Ir.Dahrul Syah, M.Sc.Agr

Tanggal ujian : 8 Agustus 2011

Tanggal lulus :

PRAKATA
Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas
berkah dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah

yang berjudul Pertumbuhan dan Aktivitas Oksidasi Metan pada Beberapa
Media tepat pada waktunya. Penelitian ini dilakukan pada bulan September
sampai Mei 2011 di Laboratorium Mikrobiologi Departemen Biologi FMIPA
Institut Pertanian Bogor.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah
banyak membantu selama kegiatan penelitian berlangsung. Ucapan terima
kasih penulis ucapkan kepada Dr. Ir. Iman Rusmana,M.Si dan Dr. Nisa
Rachmania Mubarik,M.Si atas bimbingan dan arahannya.
Terima kasih kepada Kepala dan Staf Laboratorium Mikrobiologi
Departemen Biologi IPB, Kepala dan Staf Laboratorium Gas Rumah Kaca
Balai Penelitian Lingkungan Pertanian yang telah membantu penulis selama
penelitian. Kedua orang tua, suami, dan keluarga besar tercinta atas doa dan
dukungannya, teman-teman seperjuangan di Lab Mikro, Fina, Didi, Bang Jo,
IR crews semuanya, teman-teman mikrobiologi 2009, keluarga B2 atas semua
bantuan dan kerjasamanya.

Bogor, September 2011

Sari Wiryaningtyas
G351090221

RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kendal pada tanggal 9 Mei 1985, putri sulung dari
empat bersaudara dari pasangan Bapak Bambang Iriyanto dengan Ibu Nina
Nurkania.
Penulis lulus dari SMUN 1 Kendal pada tahun 2003 dan pada tahun yang
sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB
(USMI). Penulis memilih program studi Biologi, Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam dan lulus pada tahun 2008. Penulis bekerja sebagai
tenaga pengajar di Bimbingan Tes Alumni pada tahun 2008 hingga 2011 dan
magang di MAN 2 Bogor pada tahun 2009. Pada tahun 2009, penulis
melanjutkan studi mayor Mikrobiologi, Sekolah Pascasarjana IPB. Penulis
menikah dengan Sulchan Arifin akhir tahun 2010.

DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ..............................................................................

xii

DAFTAR GAMBAR ..........................................................................

xii

DAFTAR LAMPIRAN.......................................................................

xiii

PENDAHULUAN ..............................................................................
Latar Belakang ..............................................................................
Tujuan Penelitian ..........................................................................
Manfaat Penelitian ........................................................................

1
2
2
2

TINJAUAN PUSTAKA
Karakteristik dan Klasifikasi Bakteri Metanotrof .........................
Metanotrof sebagai Bakteri Pengoksidasi Metan..........................
Emisi Metan (CH4) dari Lahan Sawah ..........................................
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Emisi Metan.........................

3
3
6
7

BAHAN DAN METODE
Bahan Penelitian............................................................................
Peremajaan Isolat ..........................................................................
Penentuan Konsentrasi Optimum Sumber Karbon .......................
Penentuan Konsentrasi Optimum Sumber Nitrogen .....................
Pengukuran Laju Spesifik Pertumbuhan Bakteri ..........................
Pengukuran Akumulasi Amonium................................................
Uji Aktivitas Oksidasi Metan........................................................
Kombinasi Sumber Karbon dan Nitrogen Terbaik .......................
Uji Oksidasi Metan Menggunakan Tanah Sawah .......................

9
9
9
10
10
10
10
11
11

HASIL
Pertumbuhan Bakteri Metanotrof pada Media Produksi...............
Laju Pertumbuhan Spesifik Isolat Bakteri Metanotrof .................
Pertumbuhan Bakteri Metanotrof Hasil Produksi pada Media
dengan Sumber Karbon Metan......................................................
Aktivitas Oksidasi Metan Isolat Bakteri Metanotrof Hasil
Produksi dengan Media Terpilih...................................................
Aktivitas Oksidasi Metan Sumber Karbon dan Nitrogen
Terpilih..........................................................................................
Uji Kultur Kombinasi Media pada Tanah Sawah ........................

12
13
14
15
16
18

PEMBAHASAN .................................................................................

19

KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan ...................................................................................
Saran..............................................................................................

25
25

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................

26

LAMPIRAN .......................................................................................

30

DAFTAR TABEL
Halaman
1. Karakteristik metanotrof tipe I, tipe II, dan tipe X.............................
2. Laju pertumbuhan spesifik isolat metanotrof pada media
NMS dengan konsentrasi substrat metanol berbeda pada suhu
ruang (±280 C).....................................................................................
3. Laju pertumbuhan spesifik isolat metanotrof pada media
NMS dengan metanol 1% pada konsentrasi nitrat berbeda pada
suhu ruang (±280 C) ............................................................................

4

13

14

DAFTAR GAMBAR
Halaman
1. Proses oksidasi metan oleh metanotrof ...............................................
2. Pertumbuhan sel kultur selama 14 hari pada media NMS
cair dengan empat perlakuan konsentrasi metanol (%).......................
3. Pertumbuhan sel kultur selama 14 hari pada media NMS
cair dengan empat perlakuan nitrat (g/L) ............................................
4. Pertumbuhan isolat bakteri metanotrof yang berasal dari
Inokulan kultur metanol berbeda selama 12 hari inkubasi
dengan sumber karbon metan. A: inokulan yang diproduksi
dengan metanol 2%, B: inokulan yang diproduksi dengan
metanol 5%, C: inokulan yang diproduksi dengan metanol 10%,
D: inokulan yang diproduksi dengan metanol 15% ............................
5. Pertumbuhan isolat bakteri metanotrof yang berasal dari
Inokulan kultur nitrat berbeda selama 12 hari inkubasi dengan
sumber karbon metan. A: inokulan yang diproduksi dengan nitrat
0,5 g/L, B: inokulan yang diproduksi dengan nitrat 1 g/L,
C: inokulan yang diproduksi dengan nitrat 1,5 g/L,
D: inokulan yang diproduksi dengan nitrat 2 g/L ..............................
6. Aktivitas oksidasi metan pada konsentrasi metanol yang
Berbeda. A: inokulan yang diproduksi dengan metanol 2%,
B: inokulan yang diproduksi dengan metanol 5%, C: inokulan
yang diproduksi dengan metanol 10%, D: inokulan yang
diproduksi dengan metanol 15%.........................................................
7. Aktivitas oksidasi metan pada konsentrasi nitrat yang
Berbeda. A: inokulan yang diproduksi dengan nitrat 0,5 g/L,
B: inokulan yang diproduksi dengan nitrat 1 g/L, C: inokulan
yang diproduksi dengan nitrat 1,5 g/L, D: inokulan yang
diproduksi dengan nitrat 2 g/L ............................................................

5
12
13

14

15

16

16

8. Pertumbuhan sel isolat bakteri metanotrof selama 13 hari
inkubasi pada media NMS cair dengan penambahan metanol 2%
dan nitrat 1 g/L ....................................................................................
9. Akumulasi amonium isolat bakteri metanotrof selama 13 hari
inkubasi pada media NMS cair dengan penambahan metanol 2%
dan nitrat 1 g/L ....................................................................................
10. Aktivitas oksidasi metan isolat bakteri metanotrof
pada perlakuan kombinasi metanol 2% dan nitrat ..............................
11. Konsentrasi metan masing-masing isolat metanotrof pada tanah
sawah selama 12 hari inkubasi............................................................

17

17
18
18

DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1. Hasil uji aktivitas oksidasi metan pada perlakuan
metanol dengan menggunakan kromatografi gas................................
2. Hasil uji aktivitas oksidasi metan pada perlakuan nitrat dengan
menggunakan kromatografi gas ..........................................................
3. Pertumbuhan isolat bakteri metanotrof pada konsentrasi
metanol dan nitrat berbeda selama 12 hari inkubasi dengan
sumber karbon metan ..........................................................................

31
32

33

PENDAHULUAN

Latar Belakang
Pemanasan global yang disebabkan oleh emisi gas rumah kaca semakin
meningkat persentasenya hingga 70% antara tahun 1970 hingga 2004
(Shrestha et al.2008). Gas-gas rumah kaca penyebab pemanasan global ini
ialah CH4, CO2, N2O, dan CFC. Gas metan (CH4) di atmosfer menunjukkan
peningkatan konsentrasi dari 715 ppb hingga 1732 ppb dari tahun 1970 hingga
awal tahun 1990, dan telah meningkat lagi sebesar 1774 ppb pada tahun 2005
(Qin et al. 2007). Gas CH4 dapat menyerap radiasi infra merah 25 kali lebih
efektif

jika

dibandingkan

dengan

CO2.

Menurut

Setyanto

(2004),

penggenangan seperti pada tanah sawah dan lahan basah lainnya merupakan
salah satu sumber munculnya emisi CH4. Kondisi tanah yang tergenang
menyebabkan suasana reduktif di dalam tanah sehingga pertumbuhan bakteri
metanogen meningkat. Seiring dengan peningkatan produksi padi, emisi CH4
juga semakin meningkat jika di dalam pengelolaannya tidak diiringi dengan
upaya penurunan emisi. Salah satu upaya untuk menekan emisi CH4 yaitu
dengan pemanfaatan mikrob metanotrof. Mikrob ini akan memanfaatkan
metan sebagai sumber karbon dan energinya.
Emisi CH4 pada dasarnya ditentukan oleh dua proses mikrob yang berbeda,
yaitu produksi CH4 oleh bakteri metanogen dan konsumsi CH4 oleh bakteri
metanotrof. Sebagian dari metan yang telah diproduksi akan dioksidasikan
oleh bakteri metanotrof di lapisan permukaan tanah dan di zona perakaran
(Bedard & Knowles 1990). Beberapa faktor lingkungan seperti pH tanah,
bahan organik tanah, suhu, potensial redoks tanah mempengaruhi produksi
CH4 pada lahan sawah. Penelitian Hanson dan Hanson (1996) menunjukkan
bakteri metanotrof dapat tumbuh optimum pada media NMS (nitrate mineral
salt), dapat juga tumbuh pada media NMS dengan modifikasi penambahan
kalium nitrat (Murrel & Dalton 1983). Metanotrof dapat memanfaatkan
berbagai senyawa karbon yang berbeda, seperti metan, metanol, metil amin,
halometan sebagai sumber karbon dan energi (Hanson & Hanson 1996).

Pada penelitian sebelumnya telah berhasil diisolasi bakteri metanotrof dari
sawah asal Bogor dan Sukabumi (Hapsary 2008). Di antara beberapa isolat
yang diperoleh, terdapat 4 isolat terbaik dalam mengoksidasi metan. Isolat
tersebut ialah BGM 1, BGM 3, BGM 9, dan SKM 14. Keempat isolat ini telah
didentifikasi oleh Astuti (2009) sebagai Methylococcus rosea, Methylocystis
rosea, Methylococcus capsulatus, dan Methylobacter sp. Maisaroh (2009)
melaporkan bahwa isolat BGM 1, BGM 3, dan BGM 9 menunjukkan adanya
aktivitas nitrogenase, sehingga isolat tersebut memiliki kemampuan untuk
melakukan fiksasi nitrogen. Isolat BGM 9 dan SKM 14 selain mampu
mengoksidasi metan dan fiksasi nitrogen, juga berpotensi mengurangi residu
organoklorin dari lahan sawah (Nurhasanah 2009). Untuk mengaplikasikan
bakteri metanotrof tersebut pada lahan pertanian maka diperlukan produksi
bakteri tersebut pada media yang ekonomis dan optimum.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk memformulasi media produksi bakteri
metanotrof yang memiliki aktivitas oksidasi CH4 dan fiksasi N2 yang tinggi.
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat untuk mewujudkan sistem
pertanian padi yang rendah emisi metannya.

TINJAUAN PUSTAKA

Karakteristik dan Klasifikasi Bakteri Metanotrof
Bakteri metanotrof adalah bakteri Gram negatif, bersifat aerob dan
menggunakan metan sebagai sumber karbon dan energi (Auman 2001).
Karakteristik penting dari metanotrof ini ialah memiliki enzim metan monooksigenase yang dapat mengkatalisis metan menjadi metanol. Jenis metanotrof
yang telah dilaporkan ialah metanotrof obligat dan fakultatif. Metanotrof
obligat hanya tumbuh dengan menggunakan metan (CH4) dan metanol
(CH3OH),

sedangkan

metanotrof

fakultatif

dapat

tumbuh

dengan

menggunakan senyawa multikarbon seperti etanol dan propanol (Lynch et al.
1982). Whittenbury et al.(1970) menggolongkan bakteri pengoksidasi CH4 ke
dalam lima genus berdasarkan perbedaan morfologi, tipe bentuk fase istirahat,
struktur membran intrasitoplasma, dan beberapa karakteristik fisiologi. Kelima
genus

tersebut

ialah

Methylomonas,

Methylobacter,

Methylococcus,

Methylosistis, dan Methylosinus.
Berdasarkan perbedaan jalur biosintesis dan morfologinya, bakteri
metanotrof dibagi 3 tipe (Tabel 1). Tipe I mensintesis formaldehida dengan
menggunakan jalur Ribulosa Monofosfat (RuMP), contohnya dari genus
Methylomonas dan Methylobacter. Tipe II mensintesis formaldehida melalui
jalur serin, contohnya dari genus Methylosinus dan Methylocystis. Tipe X
metanotrof mensintesis formaldehida menggunakan jalur RuMP dan
dihasilkan juga enzim ribulosa-bifosfat karboksilase meskipun hanya dalam
konsentrasi yang sedikit. Perbedaan lain dari ketiga jenis metanotrof tersebut
dilihat dari kemampuan hidup pada suhu tinggi. Metanotrof tipe X mampu
hidup pada suhu tinggi (lebih dari 45 0C) daripada tipe I dan II (Hanson &
Hanson 1996).
Metanotrof sebagai Bakteri Pengoksidasi Metan
Proses oksidasi metan diawali dari katalisasi metan menjadi metanol
dengan menggunakan bantuan enzim metan monooksigenase (MMO). Enzim
MMO bekerja dengan mekanisme memutus ikatan O-O. Satu atom

oksigennya akan berikatan dengan metan membentuk metanol, sedangkan
atom oksigen yang lain akan direduksi menjadi H2O. Terdapat dua jenis enzim
metan monooksigenase yaitu enzim metan monooksigenase terlarut (sMMO)
dan enzim metan monooksigenase terikat membran (pMMO).
Tabel 1 Karakteristik metanotrof tipe I, tipe II, dan tipe X (Hanson & Hanson
1996)
Karakteristik

Tipe I

Tipe II

Tipe X

Morfologi sel

batang

batang,

kokus,

pendek,

roset

sering

tunggal
Pertumbuhan

sepasang

pada

Tidak

tidak

ya

Kandungan G-C (%

49-60

62-67

59-65

Fiksasi nitrogen

Tidak

ya

ya

Lintasan RuMP

Ya

tidak

ya

Lintasan serin

Tidak

ya

kadang-

450 C

mol)

kadang
Bentuk fase istirahat :
eksospora

Tidak

beberapa

tidak

galur
sista

Subdivisi
Proteobakteri

beberapa

beberapa

beberapa

galur

galur

galur

Gamma

alfa

gamma

Hampir semua metanotrof memiliki pMMO kecuali Methylocella,
sedangkan sMMO tidak ada di semua metanotrof tetapi dimiliki oleh sebagian
metanotrof tipe II dan metanotrof tipe X (Mancinelli 1995). Proses oksidasi
metan lebih dominan dikatalisis oleh enzim pMMO (Lieberman &
Rosenzweig 2004). Untuk mengekspresikan aktivitas enzim pMMO
dibutuhkan ion Cu (tembaga) dalam media tumbuhnya. Konsentrasi Cu yang
dibutuhkan lebih dari 0,85 sampai 1 mol/ bobot kering sel. Enzim pMMO
telah ditemukan pada semua bakteri metanotrof (Zahn & Dispirito 1996) dari
sekitar 130 bakteri yang telah diisolasi (Bowman et al. 1993; Hanson &
Hanson 1996).
Metanol akan dioksidasi oleh enzim metanol dehidrogenase menjadi
formaldehida. Enzim formaldehida dehidrogenase mengoksidasi formaldehida
menjadi format, dan kemudian dioksidasi lagi oleh format dehidrogenase
menjadi CO2 (Gambar 1).

S
M
M
O

Metanol
dehidroge
nase

Formaldeh
id
dehidroge
nase

Format
dehidroge
nase

p
M
M
1 OProses

Gambar
oksidasi metan oleh bakteri metanotrof (Hanson & Hanson
1996). .1996)
Asimilasi formaldehida juga dapat digunakan untuk sintesis senyawa
multikarbon. Jalur ini terdapat dua jenis yaitu jalur serin dan jalur RuMP
(ribulosa monofosfat). Jalur serin digunakan oleh metanotrof tipe II. Senyawa
asetil ko-A disintesis dari satu molekul formaldehida dan satu molekul CO2.
Jalur serin membutuhkan kekuatan reduksi dan energi dalam bentuk dua

molekul NADH dan ATP untuk setiap pembentukan satu molekul asetil ko-A.
Asetil ko-A digunakan untuk membentuk materi sel yang baru.
Jalur asimilasi formaldehida yang lain ialah RuMP. Jalur ini digunakan
oleh bakteri metanotrof tipe I. Jalur ini lebih efisien dari jalur serin karena
semua karbon yang diperoleh dari formaldehida digunakan untuk materi sel.
Oksidasi formaldehida pada jalur ini tidak membutuhkan kekuatan reduksi
sehingga seluruhnya digunakan sebagai bahan untuk membuat materi sel.
Jalur RuMP membutuhkan satu molekul ATP untuk setiap pembentukan satu
molekul gliseraldehida-3- fosfat. Dengan demikian bakteri metanotrof tipe I
memiliki jumlah sel yang lebih besar dibandingkan metanotrof tipe II. Hal ini
sesuai dengan rendahnya energi yang diperlukan pada jalur ini (Madigan et al.
2006).
Emisi Metan (CH4) dari Lahan Sawah
Menurut Hanson dan Hanson (1996), CH4 menjadi salah satu penyebab
pemanasan global karena kemampuannya dalam menyerap radiasi infra merah
30 kali lebih besar dibandingkan dengan karbondioksida. Gas CH4 mempunyai
kapasitas pemanasan global 21 lebih besar daripada CO2 dan 206 kali lebih
besar dari N2O. Menurut Ciceron dan Oremland (1998), pembentukan CH4
terjadi melalui dua cara yaitu degradasi bahan organik secara anaerob
(biogenik) dan pembebasan langsung melalui produksi dan pembakaran bahan
bakar minyak atau kebocoran gas alam (nonbiogenik). Gas CH4 dihasilkan
dari proses dekomposisi bahan organik oleh bakteri metanogen pada lahan
yang tergenang. Bakteri metanogen memiliki pH yang sensitif. Bakteri
metanogen ini hidup pada pH 6-8 dengan pH optimumnya sekitar 7, dan suhu
optimumnya dalam menghasilkan CH4 ialah 25 oC (Conrad 1996). Metanogen
dapat memanfaatkan H2, CO2, asam format, asam asetat sebagai sumber
karbon dan energinya. Metanogenesis terjadi pada kondisi anaerob,
tersedianya bahan organik dari akar, dan pH tanah mendekati netral (Neue &
Roger 1994).
Tanaman padi juga memegang peranan penting dalam melepaskan metan
(CH4) ke atmosfer dari lahan sawah. Ruang udara pada pembuluh aerenkim
daun, batang, dan akar yang berkembang dengan baik merupakan penyebab

utama terjadinya pertukaran gas dari dalam tanah ke udara. Perbedaan gradien
konsentrasi air di sekitar akar dengan ruang antar sel pada akar menyebabkan
CH4 terlarut terdifusi. Pada dinding korteks, metan terlarut berubah menjadi
gas dan disalurkan ke batang melalui pembuluh aerenkim (IRRI 1998).
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Emisi Metan
Perombakan

bahan

organik

secara

anaerobik

dikendalikan

oleh

karakteristik fisik, kimia dan mikrobiologi lingkungan tanaman padi, yang
berpengaruh terhadap aktivitas bakteri penghasil metan. Faktor-faktor yang
mempengaruhi emisi metan dari lahan sawah sebagai berikut:
1. Potensial redoks (Eh) tanah
Potensial redoks (Eh) tanah merupakan faktor penting dalam produksi
metan. Potensial redoks (Eh) menunjukkan status reaksi oksidasi dan reduksi
oksidan-oksidan tanah sebagai penyedia oksigen dalam tanah. Aktivitas
bakteri metanogen dan metanotrof sangat tergantung dengan ketersediaan
oksigen dalam kondisi tanah jenuh air. Produksi CH4 terjadi pada kisaran nilai
Eh -150 mV (Hou et al. 2000) dan bergerak sampai di bawah -300 mV
(Minamikawa et al. 2006) karena bakteri metanogen sebagai penghasil CH4
bekerja optimal pada nilai Eh kurang dari -150 mV (Setyanto 2004).
2. pH tanah
Sifat reaksi tanah yang dinyatakan dengan pH didasarkan pada jumlah ion
-

H+ atau OH dalam larutan tanah. Sebagian besar bakteri metanogen bersifat
neutrofilik, yaitu hidup pada kisaran pH antara 6 sampai 8 (Setyanto 2004).
Pembentukan CH4 maksimum terjadi pada pH 6,9 hingga 7,1 (Wang 1993).
3. Suhu tanah
Suhu tanah berkaitan erat dengan aktivitas mikrob di dalam tanah. Sebagian
besar bakteri metanogen bersifat mesofilik yang beraktivitas optimal pada
suhu 25 oC (Conrad 1996). Perubahan suhu akan mempengaruhi produksi
CH4 pada tanah sawah. Pada kondisi tersedia substrat, peningkatan suhu dari
17-30 oC menyebabkan peningkatan produksi CH4 2,5 sampai 3,5 kali lipat.
4. Varietas padi
Tanaman padi bertindak sebagai media bagi pelepasan CH4 yang dihasilkan
dari dalam tanah ke atmosfer, melalui pembuluh aerenkima daun, batang dan

akar padi. Selanjutnya CH4 akan dilepaskan melalui pori-pori mikro pada
pelepah daun bagian bawah. Varietas padi mempunyai bentuk, kerapatan dan
jumlah pembuluh aerenkima yang berbeda. Perbedaan ini akan mempengaruhi
kemampuan tanaman padi mengemisikan CH4 (Setyanto 2004).
Biomasa akar dan tanaman juga berpengaruh terhadap emisi CH4 terutama
pada stadium awal. Pada fase awal pertumbuhan tanaman padi banyak eksudat
akar yang dilepas ke rizosfir sebagai hasil samping metabolisme karbon oleh
tanaman (Setyanto 2004). Semakin banyak eksudat akar, emisi CH4 makin
tinggi. Jumlah biomasa akar juga mempengaruhi emisi CH4, makin banyak
biomasa akar yang terbentuk maka emisi CH4 makin tinggi pula. Jumlah
anakan juga merupakan faktor penentu besarnya pelepasan CH4. Semakin
banyak anakan maka kerapatan dan jumlah pembuluh aerinkima meningkat
(Wihardjaka 2001).

5. Bahan organik tanah
Bahan organik tanah memberikan sumbangan terhadap kesuburan
pertumbuhan tanaman baik secara fisik, kimia dan biologi. Bahan organik
merupakan penyedia unsur-unsur N, P, dan S untuk tanaman. Ketersediaan
substrat organik mempengaruhi aktivitas mikroorganisme dalam tanah karena
bertindak sebagai sumber energi dan secara fisik berperan dalam memperbaiki
struktur tanah. Sumber bahan organik yang ditambahkan sangat menentukan
pembentukan CH4 di lahan sawah. Penelitian Wihardjaka (2001) dengan
menggunakan beberapa jenis bahan organik pada tanah sawah memberikan
hasil bahwa emisi CH4 terbesar didapat dari penambahan pupuk kandang,
diikuti berturut-turut jerami segar, kompos, dan tanpa bahan organik.
Berkaitan dengan bahan organik tanah potensial redoks (Eh) tanah akan
rendah jika tersedia karbon organik tanah dalam jumlah yang cukup dan
memungkinkan terbentuknya CH4 (Hou et al. 2000).

BAHAN DAN METODE
Bahan Penelitian
Isolat yang digunakan dalam penelitian ini ialah koleksi bakteri metanotrof
Laboratorium Mikrobiologi Departemen Biologi FMIPA IPB, yang diisolasi
dari sawah di Bogor dan Sukabumi Jawa Barat, yang diberi kode nama BGM
1, 3, 9 dan SKM 14 (Hapsary 2008). Media selektif yang digunakan ialah
nitrate mineral salts (NMS) dengan komposisi media sebagai berikut: MgSO4
.

7H2O 1,0 g, KNO3 atau (NaNO3): 1,0 g, Na2HP04 . 12H2O 0,717 g, KH2P04

0,272 g, CaCl2 . 6H2O 0,2 g, NH4Cl 4,0 mg, trace element solution (bentuk
larutan) 0,5 ml.
Komposisi trace element solution per 1 liter aquades ialah: Na2EDTA 0,5
g, FeSO4 . 7H2O 0,2 g, H3BO3 0,03 g, CoCl2 . 6H2O 0,02 g, ZnSO4 . 7H2O
0,01 g, MnCl2 . 4H2O 3,0 mg, Na2MoO4 . 2H2O 3,0 mg, NiCl2. 6H2O 2,0 mg,
CaCl2 . 2H2O 1,0 mg.
Peremajaan Isolat
Isolat bakteri ditumbuhkan pada medium agar NMS (Hanson & Hanson
1996) dengan teknik gores kuadran dan diinkubasi selama 7 hari pada suhu
kamar (28-30 oC). Koloni-koloni yang terpisah kemudian digores kuadran
kembali sampai diperoleh koloni murni. Isolat murni yang diperoleh disimpan
pada medium agar-agar miring yang diberi 1% metanol sebagai biakan stok.
Penentuan Konsentrasi Optimum Sumber Karbon
Sumber karbon yang digunakan ialah metanol dan molase. Masing-masing
isolat ditumbuhkan pada media NMS dengan ditambahkan : 1) metanol
dengan konsentrasi 2%, 5%, 10% dan 15%, 2) molase dengan selang
konsentrasi 1%, 2%, 3%, 4%, dan 5%. Kemudian diinkubasi selama 13 hari
pada suhu ruang. Pertumbuhan bakteri pada penambahan metanol diukur
dengan optical density (OD) menggunakan spektrofotometer dengan panjang
gelombang 620 nm, mulai dari 1, 3, 5, 7, 9, 11 dan 13 hari masa inkubasi.
Sedangkan pada perlakuan dengan menggunakan molase, dilakukan metode
cawan sebar untuk mengukur pertumbuhan bakteri.

Penentuan Konsentrasi Optimum Sumber Nitrogen
Bakteri ditumbuhkan pada media NMS dengan penambahan sumber
nitrogen (NaNO3) dengan beberapa konsentrasi (0,5 g/L ; 1 g/L; 1,5 g/L; 2
g/L). Kemudian diinkubasi selama 10 hari pada suhu ruang. Pertumbuhan
bakteri diukur dengan optical density (OD) menggunakan spektrofotometer
pada panjang gelombang 620 nm, mulai dari 0, 2, 4, 6, 8, dan 10 hari masa
inkubasi. Selanjutnya dilakukan pengukuran oksidasi metan.
Pengukuran Laju Spesifik Pertumbuhan Bakteri
Laju pertumbuhan spesifik bakteri (µ) diukur dari fase logaritmik bakteri
terhadap waktu inkubasinya. Kemudian dibuat grafik antara ln OD sel bakteri
sebagai sumbu y, dan waktu inkubasi sebagai sumbu x. Kemiringan (slope)
yang dihasilkan dari persamaan regresi garis tersebut merupakan laju
pertumbuhan spesifik bakteri.
Pengukuran Akumulasi Amonium
Sebanyak 1 ml sampel kultur diencerkan dengan 4 ml aquabides dalam
botol serum bertutup karet dengan ditambah 0,2 ml fenol-alkohol 10 %
kemudian dikocok dengan alat vorteks sampai homogen. Na-nitroprusid 0,5 %
sebanyak 0,2 ml ditambahkan, kemudian dikocok dengan vorteks. Sebanyak
0,5 ml campuran dari Na-sitrat dan Na hipoklorit ditambahkan dengan
perbandingan 1:4. Setelah itu campuran didiamkan selama satu jam hingga
campuran berubah warna menjadi biru. Selanjutnya pengukuran kadar
amoniumnya dilakukan dengan menggunakan spektrofotometer pada panjang
gelombang 640 nm dan sebagai blanko ialah aquabides.
Uji Aktivitas Oksidasi Metan
Setelah

dilakukan

pengukuran

amonium

terakumulasi,

dilakukan

pengukuran kemampuan oksidasi metan dari isolat tersebut. Pengukuran
oksidasi metan dilakukan menggunakan alat kromatografi gas (Kumaraswary
et al. 2001). Sebanyak tiga lup isolat diambil dari media padat produksi yang
terbaik, kemudian dimasukkan ke dalam tabung mikro yang berisi garam
fisiologis steril 1,5 ml dan dikocok dengan mesin vorteks hingga homogen.
Setelah itu disentrifugasi pada 4000 g selama 10 menit. Supernatan dibuang
kemudian ditambahkan garam fisiologis 1500 µl, dikocok dengan mesin

vorteks, dan diinokulasikan ke dalam 50 ml medium NMS cair bebas bebas N
dan metanol dalam botol serum steril yang ditutup dengan sumbat karet.
Komposisi udara saturasi 50% gas metan dibuat dengan mengeluarkan gas
37,5 ml dari media, dan dimasukkan gas metan sebanyak 37,5 ml. Inkubasi
dilakukan selama 12 hari pada kondisi gelap. Pada akhir inkubasi dilakukan
pengukuran OD sel dan oksidasi metan.
Kombinasi Sumber Karbon dan Nitrogen Terbaik
Setelah diperoleh konsentrasi optimum pada perlakuan sumber karbon dan
nitrogen, dilakukan perlakuan kombinasi antara kedua perlakuan yang terbaik.
Pertumbuhan bakteri dan akumulasi amonium diukur setiap 2 hari sekali
selama 13 hari inkubasi. Pada akhir inkubasi dilakukan pengukuran aktivitas
oksidasi CH4.
Uji Oksidasi Metan Menggunakan Tanah Sawah
Sampel air sawah dan lumpurnya diambil dari tiga titik dan ditempatkan ke
dalam erlenmeyer 1000 ml. Kemudian diinkubasi dalam inkubasi bergoyang
selama 24 jam. Setelah itu dibagi ke dalam botol-botol serum berukuran 125
ml sebanyak 50 ml, lalu sebanyak 25 ml media yang berisi kultur isolat
dicampurkan. Botol ditutup rapat dan diinkubasi dalam inkubasi bergoyang.
Setiap 4 hari sekali diambil sampel gasnya untuk dilakukan pengukuran
konsentrasi gas metan selama 12 hari inkubasi.

HASIL

Pertumbuhan Bakteri Metanotrof pada Media Produksi
Pengukuran

suspensi

sel

bakteri

metanotrof

(OD)

menunjukkan

pertumbuhan yang berbeda-beda setiap isolatnya. Penambahan metanol
sebagai sumber karbon menunjukkan

isolat bakteri metanotrof mampu

tumbuh dengan menggunakan sumber karbon berupa metanol, meskipun pada
konsentrasi metanol 10% dan 15% menunjukkan pertumbuhan yang kecil

OD se l (62 0 nm )

(Gambar 2).
0.18
0.16
0.14
0.12
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
0.00

BGM 1
BGM 3
BGM 9
SKM 14
2

5

10

15

Konsentrasi metanol (%)

Gambar 2 Pertumbuhan sel kultur selama 14 hari pada media NMS cair
dengan empat perlakuan konsentrasi metanol.
Pertumbuhan keempat isolat bakteri metanotrof pada media NMS
Gambar 1 Pertumbuhan sel kultur selama 14 hari pada media NMS
menunjukkan
pertumbuhan
yang terbaik
pada(%).
konsentrasi metanol 2% jika
cair dengan
4 perlakuansel
konsentrasi
metanol
dibandingkan dengan konsentrasi metanol yang lain. Isolat BGM 1, BGM 3,
Gambar
1 Pertumbuhan
sel yang
kulturtertinggi
selama pada
14 hari
pada media
NMS2%.
BGM
9 memiliki
kerapatan sel
konsentrasi
metanol
cair dengan 4 perlakuan konsentrasi metanol (%).
SKM 14 memiliki kerapatan sel paling tinggi pada konsentrasi metanol 5%
(Gambar 2). Isolat BGM 1, BGM 3, BGM 9, dan SKM 14 menunjukkan
Gambar 1 Pertumbuhan sel kultur selama 14 hari pada media NMS
cair dengan
4 perlakuan
konsentrasi
(%). (Gambar 2). BGM 9
kerapatan
sel yang
tinggi selama
14 metanol
hari inkubasi
memiliki pertumbuhan tertinggi diantara isolat yang lain pada konsentrasi
metanol 2%.
Perlakuan penambahan konsentrasi nitrat menunjukkan pertumbuhan
bakteri metanotrof yang cukup bervariasi. Isolat BGM 1, BGM 3, dan SKM

14 memiliki nilai OD sel yang tinggi pada perlakuan 1,5 g/L nitrat sebesar
0,38, 0,14, dan 0,15. Sedangkan BGM 9 pada perlakuan 0,5 g/L nitrat

OD se l (62 0 nm )

memiliki kerapatan sel yang tinggi sebesar 0,13 (Gambar 3).
0.60
0.50
0.40

BGM 1

0.30

BGM 3

0.20

BGM 9

0.10

SKM 14

0.00
0.5

1

1.5

2

Konsentrasi nitrat (g/L)

Gambar 3 Pertumbuhan sel kultur selama 14 hari pada media NMS cair
dengan empat perlakuan konsentrasi nitrat.
Laju Pertumbuhan Spesifik Isolat Bakteri Metanotrof
Gambar 1 Pertumbuhan sel kultur selama 14 hari pada media NMS
pertumbuhan
perlakuan
konsentrasi
cair Laju
dengan
4 perlakuanpada
konsentrasi
metanol
(%). metanol dan nitrat yang
berbeda menghasilkan laju yang fluktuatif. Isolat BGM 1 menunjukkan laju
yang
relatif 1meningkat
seiring
substrat,
Gambar
Pertumbuhan
sel peningkatan
kultur selamakonsentrasi
14 hari pada
mediatetapi
NMSturun
cairkonsentrasi
dengan 4 perlakuan
konsentrasi
(%). dengan isolat-isolat yang
pada
substrat 15%
(Tabel metanol
2). Berbeda
lain menunjukkan pola yang fluktuatif. Demikian pula dengan perlakuan
Gambar 1 Pertumbuhan sel kultur selama 14 hari pada media NMS
konsentrasi
nitrat,
laju pertumbuhan
isolat
BGM(%).
1 meningkat kemudian turun
cair dengan
4 perlakuan
konsentrasi
metanol
pada konsentrasi 1,5 g/L, kemudian naik kembali pada konsentrasi 2 g/L
(Tabel 3). Isolat BGM 3, BGM 9, dan SKM 14 menunjukkan pola yang
fluktuatif pada perlakuan konsentrasi nitrat berbeda (Tabel 3).
Tabel 2 Laju pertumbuhan spesifik isolat metanotrof pada media NMS dengan
konsentrasi substrat metanol berbeda pada suhu ruang (± 280 C)
Konsentrasi Metanol (%)
2
5
10
15

Laju pertumbuhan spesifik µ (per hari)
BGM 1 BGM 3 BGM 9 SKM 14
0,12
0,31
0,376
0,23
0,23
0,26
0,212
0,83
0,75
0,75
0,313
0,09
0,14
0,36
0,447
0,51

Tabel 3 Laju pertumbuhan spesifik isolat metanotrof pada media NMS dengan
metanol 1% pada konsentrasi nitrat berbeda pada suhu ruang (± 280 C)
Konsentrasi Nitrat (g/L)
0,5
1,0
1.5
2,0

Laju pertumbuhan spesifik µ (per hari)
BGM 1 BGM 3 BGM 9 SKM 14
0,25
1,05
0,08
0,86
0,29
0,24
1,39
0,58
0,17
0,69
0,06
1,18
0,41
0,53
1,01
0,33

Pertumbuhan Bakteri Metanotrof Hasil Produksi pada Media dengan
Sumber Karbon Metan
Kerapatan sel inokulan isolat bakteri metanotrof yang berasal dari
kultur metanol cenderung bervariasi selama diinkubasi dengan metan sebagai
sumber karbon. Isolat BGM 1 memiliki kerapatan sel tertinggi pada inokulan
C dan D yang berasal dari kultur metanol 10% dan 15%. Isolat BGM 3, BGM
9, dan SKM 14 memiliki kerapatan sel yang tinggi pada inokulan B (dari
kultur metanol 5%) , inokulan C (dari kultur metanol 15%), dan inokulan A
(dari kultur metanol 2%) (Gambar 4). Pertumbuhan keempat isolat bakteri
metanotrof cenderung stabil pada inokulan A, yang berasal dari kultur metanol

OD sel (62 0 nm )

2% (Gambar 4).
0.25
0.20

BGM 1

0.15

BGM 3

0.10

BGM 9

0.05

SKM 14

0.00
A

B
C
Inokulan

D

Gambar 4 Pertumbuhan isolat bakteri metanotrof yang berasal dari inokulan kultur
konsentrasi metanol berbeda selama 12 hari inkubasi dengan sumber
karbon metan. A: inokulan yang diproduksi dengan metanol 2%, B:
inokulan yang diproduksi dengan metanol 5%, C: inokulan yang
diproduksi dengan metanol 10%, D: inokulan yang diproduksi dengan
metanol 15%.

Perlakuan inokulan yang berasal dari kultur penambahan nitrat pada
konsentrasi berbeda menunjukkan kerapatan sel yang cenderung tinggi pada
inokulan B (dari kultur nitrat 1g/L) selama 14 hari inkubasi dengan sumber
karbon berupa metan (Gambar 5). Keempat isolat tersebut masing-masing
memiliki kerapatan sel 0,03 dan 0,03 untuk BGM 1 dan BGM 3, sedangkan
BGM 9 dan SKM 14 adalah 0,02 dan 0,03 pada inokulan B. Sedangkan pada
perlakuan inokulan yang lain juga memiliki pertumbuhan yang baik tetapi

OD sel (62 0 nm )

tidak sebaik jika dibandingkan dengan perlakuan inokulan B.
0.05
0.04

BGM 1

0.03

BGM 3

0.02

BGM 9

0.01

SKM 14

0.00
A

B

C
Inokulan

D

Gambar 5 Pertumbuhan isolat bakteri metanotrof yang berasal dari inokulan
kultur konsentrasi nitrat berbeda selama 12 hari inkubasi dengan
sumber karbon metan. A: inokulan yang diproduksi dengan nitrat 0,5
g/L, B: inokulan yang diproduksi dengan nitrat 1 g/L, C: inokulan
yang diproduksi dengan nitrat 1,5 g/L, D: inokulan yang diproduksi
dengan nitrat 2 g/L.
Aktivitas Oksidasi Metan Isolat Bakteri Metanotrof Hasil Produksi
dengan Media Terpilih
Pengaruh modifikasi metanol dan nitrat memiliki aktivitas oksidasi metan
yang berbeda-beda tiap perlakuannya. Penambahan konsentrasi metanol
menunjukkan

peningkatan

aktivitas

oksidasi

metan

seiring

dengan

peningkatan konsentrasi metanol (Gambar 6). Konsentrasi metanol 10% dan
15% cenderung memiliki aktivitas oksidasi metan yang hampir sama, tetapi
pada isolat BGM 9 menunjukkan aktivitas yang tinggi pada konsentrasi
metanol 10% yaitu sebesar 0,02 mol/ml kultur/hari (Gambar 6).
Hasil uji aktivitas oksidasi metan pada isolat yang diberikan perlakuan
konsentrasi nitrat menunjukkan kemampuan isolat dalam mengkonsumsi
metan cukup tinggi. Perlakuan dengan nitrat 1 g/L dan 1,5 g/L memiliki

aktivitas yang baik dalam mengoksidasi metan jika dibandingkan dengan
isolat lainnya. Isolat BGM 1 dan SKM 14 mengoksidasi metan paling tinggi
pada perlakuan nitrat 1,5 g/L dan 1 g/L, yaitu sebesar 0,02 mol/ml kultur/hari
dan 0,01 mol/ml kultur/hari (Gambar 7). Berdasarkan hasil uji pertumbuhan
dan aktivitas oksidasi metan pada perlakuan konsentrasi metanol dan nitrat
yang berbeda maka dipilih konsentrasi metanol 2% dan nitrat 1 g/L untuk diuji
lebih lanjut, karena melihat pertumbuhannya dan keefisienan bahan yang
La j u ok s ida s i me t a n
(mo l /ml ku l tur / ha r i)

digunakan.
0.02
0.02
BGM 1
0.01

BGM 3

0.01

BGM 9
SKM 14

0.00
A

B

C

D

Inokulan

La j u ok s ida s i me t a n
(mo l /ml ku l tur / ha r i)

Gambar 6 Aktivitas oksidasi metan pada konsentrasi metanol yang berbeda. A:
inokulan yang diproduksi dengan metanol 2%, B: inokulan yang
diproduksi dengan metanol 5%, C: inokulan yang diproduksi dengan
metanol 10%, D: inokulan yang diproduksi dengan metanol 15%.
0.03
0.02
0.02

BGM 1

0.01

BGM 3
BGM 9

0.01

SKM 14
0.00
A

B
C
Inokulan

D

Gambar 7 Aktivitas oksidasi metan pada konsentrasi nitrat yang berbeda. A:
inokulan yang diproduksi dengan nitrat 0,5 g/L, B: inokulan yang
diproduksi dengan nitrat 1 g/L, C: inokulan yang diproduksi dengan
nitrat 1,5 g/L, D: inokulan yang diproduksi dengan nitrat 2 g/L.

Aktivitas Oksidasi Metan Sumber Karbon dan Nitrogen Terpilih
Kombinasi antara sumber karbon berupa metanol 2% dan sumber nitrogen
berupa nitrat 1 g/L menghasilkan pertumbuhan sel isolat metanotrof yang
memiliki densitas kerapatan sel yang berbeda tiap isolatnya (Gambar 8).
Pertumbuhan sel isolat BGM 1, BGM 9, dan SKM 14 pada hari kesembilan
inkubasi menunjukkan pertumbuhan sel maksimum, dengan nilai OD berturutturut 0,13; 0,05; dan 0,03. Sedangkan pada isolat BGM 3 masih menunjukkan
pertumbuhan yang terus meningkat hingga akhir inkubasi dengan OD sebesar

OD Se l (62 0 nm )

0,10 (Gambar 8).
0.14
0.12
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
0.00

BGM 1
BGM 3
BGM 9
SKM 14

1

3

5
7
9
11
Inkubasi (hari)

13

Gambar 8 Pertumbuhan sel isolat bakteri metanotrof selama 13 hari inkubasi pada
media NMS cair dengan penambahan metanol 2% dan nitrat 1 g/L.
Akumulasi amonium mulai terjadi peningkatan pada hari ke-3 inkubasi
kemudian menurun pada hari ke-5 inkubasi (Gambar 9). Pada hari ke-3
inkubasi, BGM 1 memiliki akumulasi amonium sebesar 6,50 µM, BGM 3
sebesar 0,67 µM, dan BGM 9 sebesar 18,0 µM, sedangkan pada SKM 14

[Am o n i um (µM )

belum menunjukkan akumulasi amonium (Gambar 9).
60.00
50.00
40.00
30.00

BGM 1

20.00

BGM 3

10.00

BGM 9

0.00

SKM 14

1

3

5

7

9

11

13

Inkubasi (hari)

Gambar 9 Akumulasi amonium isolat bakteri metanotrof selama
13 hari inkubasi pada media NMS cair dengan
penambahan metanol 2% dan nitrat 1g/L.

Pada hari ke-9 inkubasi, isolat BGM 3 dan SKM 14 mulai terjadi kenaikan
akumulasi amonium sebesar 22,33 µM dan 5,33 µM. Sedangkan pada isolat
BGM 1 dan BGM 9, kenaikan akumulasi amonium terjadi pada inkubasi hari
ke-11 yaitu sebesar 28,17 µM dan 47,67 µM (Gambar 9).
Aktivitas oksidasi metan pada isolat bakteri metanotrof menunjukkan
kemampuan isolat dalam mengkonsumsi metan lebih tinggi jika dibandingkan
dengan tanpa perlakuan kombinasi. Isolat BGM 3 memiliki aktivitas oksidasi
metan tertinggi yaitu sebesar 0,04 mol/ml kultur/hari, sedangkan BGM 1
memiliki aktivitas terendah yaitu sebesar 0,01 mol/ml kultur/hari. BGM 9 dan
La j u ok s ida s i me t a n
(mo l /ml ku l tur /ha r i)

SKM 14 mengoksidasi metan sebesar 0,03 mol/ml kultur/hari (Gambar 10).
0.05

0.03

0.04

0.04

0.03

0.03
0.02
0.01

0.01

0.00
BGM 1

BGM 3

BGM 9

SKM14

Isolat metanotrof

Gambar 10 Aktivitas oksidasi metan isolat bakteri metanotrof pada
perlakuan kombinasi metanol 2% dan nitrat 1g/L.
Uji Kultur Kombinasi Media pada Tanah Sawah
Kombinasi metanol 2% dan nitrat 1 g/L diujikan pada tanah sawah
dalam skala laboratorium, dan dihasilkan konsentrasi metan yang mengalami
penurunan dari hari ke-8 hingga ke-12 inkubasi (Gambar 11). BGM 1 pada
hari ke-8 hingga ke-12 mengalami penurunan sebesar 88,5%, BGM 3 85,1%,

Ko n s en t ra s i me t a n (mo l )

BGM 9 47,8%, dan SKM 14 sebesar 66,4%.
0.06
0.05
0.04

BGM 1

0.03

BGM 3

0.02

BGM 9
SKM 14

0.01
0.00
4

8

12

Inkubasi (hari )

Gambar 11 Konsentrasi metan masing-masing isolat metanotrof pada
tanah sawah selama 12 hari inkubasi.

PEMBAHASAN
Isolat bakteri metanotrof BGM 1, BGM 3, BGM 9, dan SKM 14 telah
diidentifikasi secara molekuler pada penelitian Astuti (2009). BGM 1 merujuk
pada Methylocystis rosea, BGM 3 Methylocystis parvus, BGM 9
Methylococcus parvus, dan SKM 14 Methylobacter sp. SKM 14 termasuk ke
dalam tipe I metanotrof, BGM 1 dan BGM 3 termasuk ke dalam tipe II,
sedangkan BGM 9 termasuk ke dalam tipe X. Bakteri metanotrof mampu
tumbuh pada sumber karbon berupa metanol dan sumber nitrogen berupa
nitrat. Beberapa konsentrasi metanol dan nitrat yang berbeda menunjukkan
pertumbuhan isolat metanotrof yang variatif pada panjang gelombang 620 nm
(Gambar 3 dan 4). Penambahan beberapa konsentrasi metanol dari tingkat
rendah ke tinggi menyebabkan pertumbuhan bakteri metanotrof cenderung
kurang baik pada tingkat konsentrasi tinggi yaitu sekitar 10-15% (Gambar 3).
Hal ini kemungkinan disebabkan bakteri metanotrof tersebut beradaptasi pada
konsentrasi metanol yang tinggi. Pertumbuhan isolat bakteri metanotrof dari
kultur konsentrasi metanol yang berbeda selama menggunakan sumber karbon
metan menunjukkan pertumbuhan yang lebih baik jika dibandingkan dengan
kultur dari penambahan nitrat diamati dari nilai OD sel (Gambar 4 dan 5). Hal
itu dapat disebabkan oleh penggunaan sumber nitrogen yang berbeda.
Inokulan yang berasal dari kultur konsentrasi metanol menggunakan amonium
klorida (NH4Cl) sebagai sumber nitrogennya, sedangkan inokulan yang
berasal dari kultur nitrat menggunakan nitrat sebagai sumber nitrogennya.
Amonium klorida yang digunakan pada perlakuan metanol lebih
mudah digunakan oleh sel untuk metabolisme jika dibandingkan dengan nitrat.
Penelitian Begonja dan Hrsak (2001) melaporkan peningkatan konsentrasi
nitrat dari 10 mM menjadi 20 mM tidak menunjukkan pertumbuhan sel yang
signifikan pada obligat metanotrof tipe II galur Met1. Kecilnya peningkatan
kerapatan sel isolat bakteri metanotrof menunjukkan bahwa isolat tersebut
memiliki pertumbuhan sel yang lambat. Hal ini pernah dilaporkan dalam
penelitian Begonja dan Hrsak (1998) bahwa bakteri metanotrof mempunyai
pertumbuhan yang sangat lambat. Pada media NMS dengan sumber karbon
berupa molase menunjukkan bakteri metanotrof tidak mampu tumbuh. Molase

termasuk senyawa karbon kompleks yang susah didegradasi oleh metanotrof.
Hal ini membuktikan bahwa bakteri metanotrof hanya mampu tumbuh dengan
menggunakan sumber karbon berupa senyawa C1, seperti metanol, metan,
metil amin, format sebagai donor elektron untuk pembentukan energi (Patt et
al. 1974). Menurut Whittenbury dan Dalton (1981), bakteri metanotrof
merupakan obligat metabolisme senyawa C1 dan mampu menggunakan nitrat
dan amonium sebagai sumber nitrogen.
Metanol dapat menjadi salah satu sumber karbon dan energi bagi
metanotrof. Tipe I metanotrof menunjukkan pertumbuhan yang baik.
Meskipun metanol dapat menjadi toksik bagi tipe II metanotrof, tetapi tipe ini
mampu beradaptasi tumbuh pada konsentrasi metanol yang tinggi (Benstead et
al. 1998). Kemampuan tipe II metanotrof menggunakan metanol sangat
signifikan karena kelompok dari tipe ini merupakan populasi yang dominan di
tanah (Hanson & Hanson 1996). Benstead et al. (1998) melaporkan
Methylobacter albus BG8 mampu mengoksidasi metan di atmosfer ketika
ditumbuhkan di kultur dengan penambahan metanol. Metanol menjadi sumber
karbon pendukung untuk metanotrof yang dapat diperoleh dari turunan gula
metoksilat (pektin) dan senyawa aromatik pada lignin (King 1993).
Laju pertumbuhan spesifik (µ) pada perlakuan metanol dan nitrat berbeda
tiap isolatnya (Tabel 2 dan 3). Hal ini disebabkan bakteri mas