Laju Potensial dan Kelimpahan Bakteri Nitrifikasi, Denitrifikasi dan Disimilatory Nitrate Reduction to Ammonium (DNRA) pada Lahan Perkebunan Karet di Jambi.
LAJU POTENSIAL DAN KELIMPAHAN BAKTERI NITRIFIKASI,
DENITRIFIKASI, DAN DISIMILATORY NITRATE REDUCTION
TO AMMONIUM PADA LAHAN PERKEBUNAN KARET DI JAMBI
MASRUKHIN
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Laju Potensial dan
Kelimpahan Bakteri Nitrifikasi Denitrifikasi dan Disimilatory Nitrate Reduction
to Ammonium pada Lahan Perkebunan Karet di Jambi 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
skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Juli 2013
Masrukhin
NIM G34090032
ABSTRAK
MASRUKHIN. Laju Potensial dan Kelimpahan Bakteri Nitrifikasi, Denitrifikasi
dan Disimilatory Nitrate Reduction to Ammonium (DNRA) pada Lahan
Perkebunan Karet di Jambi. Dibimbing oleh IMAN RUSMANA dan NISA
RACHMANIA MUBARIK.
Nitrogen merupakan unsur yang banyak terkandung di alam. Unsur ini
menjadi hara esensial bagi pertumbuhan tanaman. Kebutuhan yang tinggi akan
nitrogen disebabkan nitrogen menjadi penyusun komponen integral dari banyak
senyawa termasuk klorofil, enzim esensial, asam nukleat, dan nukleotida. Siklus
nitrogen terjadi di alam secara aerob dan anaerob. Nitrifikasi merupakan proses
oksidasi senyawa nitrogen secara aerob. Denitrifikasi dan disimilatory nitrate
reduction to ammonium (DNRA) merupakan proses reduksi nitrat secara anaerob.
Penelitian ini bertujuan untuk mengukur laju nitrifikasi, denitrifikasi, dan DNRA
serta mengukur kelimpahan bakterinya pada lahan perkebunan karet di Jambi.
Secara umum aktivitas denitrifikasi menjadi aktivitas yang paling dominan terjadi.
Laju potensial yang paling rendah yaitu DNRA. Tingginya laju denitrifikasi akan
berbanding terbalik dengan laju DNRA karena adanya faktor ketersiadaan sumber
karbon. Aktivitas DNRA membutuhkan sumber karbon yang lebih tinggi, karena
bakteri DNRA mereduksi nitrat secara fermentatif, sedang denitrifikasi tidak.
Kata kunci: kelimpahan bakteri, nitrifikasi, denitrifikasi, perkebunan karet.
ABSTRACT
MASRUKHIN. Potential Rate and The Abundance of Bacteria of Nitrification
Denitrification, Disimilatory Nitrate Reduction to Ammonium (DNRA) on Rubber
Plantation in Jambi. Supervised by IMAN RUSMANA and NISA RACHMANIA
MUBARIK.
Nitrogen is an abundant element in nature. This element is an essential
nutrient for plant growth. High demands of nitrogen because nitrogen is an
integral component of many constituent compounds such chlorophyll, protein,
enzymes, nucleic acids and nucleotides. Nitrogen cycle occur in nature in aerobic
and anaerobic conditions. Nitrification is oxidation of ammonium to nitrate.
Denitrification and disimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) is the
process of anaerobic nitrate reduction. This study aims to measure the potential
rate of nitrification, denitrification, and DNRA and measure the abundance of
bacteria in the rubber plantations in Jambi. Generally, denitrification activity was
the most dominant activity. The lowest potential rate was DNRA. The high rate of
denitrification was inversly proportional to the rate of DNRA because the
availability of carbon source.
Keywords: the abundance of bacteria, nitrification, denitrification, rubber
plantation
LAJU POTENSIAL DAN KELIMPAHAN BAKTERI NITRIFIKASI,
DENITRIFIKASI, DAN DISIMILATORY NITRATE REDUCTION
TO AMMONIUM PADA LAHAN PERKEBUNAN KARET DI JAMBI
MASRUKHIN
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Biologi
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi : Laju Potensial dan Kelimpahan Bakteri Nitrifikasi, Denitrifikasi,
dan Disimilatory Nitrate reduction to Ammonium (DNRA) pada
Lahan Perkebunan Karet di Jambi
Nama
: Masrukhin
NIM
: G34090032
Disetujui oleh
Dr Ir Iman Rusmana, MSi
Pembimbing I
Dr Nisa Rachmania Mubarik, MSi
Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr Ir Iman Rusmana, MSi
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat
dan karunia-Nya sehingga dapat menyelesaikan karya ilmiah yang berjudul Laju
Potensial dan Kelimpahan Bakteri Nitrifikasi, Denitrifikasi dan DNRA serta
Kelimpahan Bakterinya pada Lahan Perkebunan Karet di Jambi. Kegiatan
Penelitian ini berlangsung dari bulan Januari- April 2013 di Laboratorium
Mikrobiologi Departemen Biologi IPB.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Dr. Ir. Iman Rusmana,
M.Si selaku dosen pembimbing I, Dr. Nisa Rachmania Mubarik, M.Si selaku
pembimbing II. Ucapan terima kasih disampaikan kepada Ir. Hadisunarso, M.Si
sebagai penguji ujian skripsi sekaligus perwakilan komisi pendidikan atas saran
dan diskusi yang diberikan. Terima kasih disampaikan pula kepada teman-teman
serta staf Laboratorium Mikrobiologi IPB yang tidak dapat disebutkan satupersatu. Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada keluarga tercinta,
terutama kedua orang tua yang senantiasa memberikan doa, dukungan dan
limpahan kasih sayang. Tak lupa penulis ucapkan terima kasih kepada temanteman Biologi 46 atas kerjasama, dukungan, dan semangatnya.
Semoga karya ilmiah ini dapat menambah wawasan dan pengetahuan bagi
kita semua.
Bogor, Juli 2013
Masrukhin
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL .................................................................................................. vi
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. vi
DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................... vi
PENDAHULUAN .................................................................................................. 1
Latar Belakang .................................................................................................... 1
Perumusan Masalah ............................................................................................. 1
Tujuan Penelitian ................................................................................................. 1
Manfaat Penelitian ............................................................................................... 1
Ruang Lingkup Penelitian ................................................................................... 2
METODE ................................................................................................................ 2
Bahan dan Alat .................................................................................................... 2
Prosedur Analisis Data ........................................................................................ 2
HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................... 4
Hasil..................................................................................................................... 4
Pembahasan ......................................................................................................... 9
SIMPULAN DAN SARAN .................................................................................. 11
Simpulan ............................................................................................................ 11
Saran .................................................................................................................. 11
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 11
LAMPIRAN .......................................................................................................... 13
DAFTAR TABEL
1 Kode sampel dan lokasi pengambilannya ...................................................... 2
2 Nilai Km dan Vmax berbagai plot kedalaman 0-5 cm ................................... 7
3 Nilai Km dan Vmax berbagai plot kedalaman 6-10 cm ................................. 8
4 Tingkat kelimpahan bakteri pada ..................................................................... 8
DAFTAR GAMBAR
1 Laju potensial pada plot BR2........................................................................... 4
2 Laju potensial pada plot Pompa air karet......................................................... 5
3 Laju potensial plot BR3 ................................................................................... 6
4 Laju potensial plot Bungku karet. .................................................................... 6
5 Laju potensial plot BJ3 .................................................................................... 7
DAFTAR LAMPIRAN
1 Kurva standar nitrat ....................................................................................... 13
2 Kurva standar nitrit ........................................................................................ 13
3 Kurva standar amonium ................................................................................. 13
4 Gambar slurry yang akan diinkubasi ............................................................. 14
5 Perubahan warna pada uji .............................................................................. 14
6 Konfirmasi uji MPN ...................................................................................... 14
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Nitrogen merupakan unsur yang banyak terkandung di alam. Unsur ini
menjadi hara esensial bagi pertumbuhan tanaman. Kebutuhan yang tinggi akan
nitrogen disebabkan nitrogen menjadi penyusun komponen integral dari banyak
senyawa termasuk klorofil, enzim esensial, asam nukleat, dan nukleotida (Haynes
1986). Siklus nitrogen merupakan salah satu siklus biogeokimia yang terjadi di
alam yang dalam siklusnya proses perubahan nitrogen terjadi secara aerob dan
anaerob. Nitrifikasi merupakan suatu proses oksidasi senyawa nitrogen tereduksi
oleh mikroorganisme menjadi nitrit yang kemudian dioksidasi menjadi nitrat
(Enwall et al. 2005). Proses nitrifikasi berlangsung secara aerob. Nitrit biasanya
ditemukan dalam jumlah yang sedikit, karena bersifat tidak stabil dan mudah
teoksidasi dengan adanya oksigen (Effendi 2000). Menurut Hanson et al. (2002),
laju nitrifikasi di tanah hutan relatif rendah dibandingkan dengan wilayah
perkebunan yang homogen. Laju nitrifikasi di hutan mendekati 800 µg/Kg tanah/
hari.
Denitrifikasi merupakan reaksi reduksi terhadap nitrat. Nitrat direduksi
menjadi nitrit, nitrit oksida, nitrous oksida, dan terakhir dibentuk gas dinitrogen
(Robertson & Groffman 2007). Menurut Purwoko (2007), proses denitrifikasi
terjadi pada tanah yang anaerob. Adapun Dissimilatory nitrate reduction to
ammonium (DNRA) merupakan proses reduksi nitrat menjadi amonium yang
dilakukan oleh mikroorganisme dengan tipe metabolisme fermentatif, dan
menggunakan nitrat sebagai akseptor elektron dalam respirasi anaerob.
Mikroorganisme ini mereduksi nitrat menjadi amonium. Proses ini dilakukan
melalui dua tahap yaitu reduksi nitrat menjadi nitrit, dan reduksi nitrit menjadi
amonium yang dikatalis oleh enzim multiheme cytochrome nitrit reductase (Nrf)
(Richardson 2000). Pada proses DNRA, pembentukan nitrit bukan merupakan
senyawa antara seperti halnya proses denitrifikasi, namun proses tersebut
merupakan produk samping dari reaksi kimia dimana nitrit akan diubah menjadi
amonium.
Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang penelitian, rumusan masalah yang akan
digunakan dalam penelitian ini yaitu belum adanya penelitian yang melaporkan
tentang data laju proses nitrifikasi, denitrifikasi, dan DNRA serta tingkat
kelimpahan bakterinya dari hutan karet di Jambi.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengukur laju nitrifikasi, denitrifikasi, dan
Dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) serta mengukur
kelimpahan bakterinya pada lahan hutan karet di Jambi.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan mampu memberikan data mengenai laju nitrifikasi,
denitrifikasi, dan DNRA serta tingkat bakteri yang berperan dalam proses tersebut.
2
Dengan demikian dapat digunakan sebagai penelitian dasar untuk penelitian
selanjutnya yang berkaitan dengan siklus nitrogen yang ada di lahan hutan
tersebut.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini yaitu mencakup analisis kadar amonium, nitrit
dan nitrat, baik yang diinkubasi secara aerob maupun anaerob. Berdasarkan
analisis kadar ketiga senyawa tersebut dapat diketahui laju nitrifikasi, denitrifikasi
maupun disimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA), dengan membagi
konsentrasi nitrat, nitrit, dan amonium yang didapat dengan waktu inkubasi dan
bobot tanah. Adapun cakupan yang lain yaitu mengukur tingkat kelimpahan
bakteri yang berperan dalam tiga proses tersebut, sehingga dapat dikorelasikan
antara laju nitrifikasi, denitrifikasi, dan DNRA dengan tingkat kelimpahan
bakterinya.
METODE
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan pada penelitian ini ialah sampel tanah yang diambil
dari perkebunan karet di dua wilayah di Jambi. Peralatan yang digunakan pada
penelitian ini, yaitu tabung ulir, labu takar, gelas piala, labu Erlenmeyer, gelas
ukur, pelat tetes, pipet mikro 1000 µl, pipet volumetrik, spektrofotometer dan
laminar air flow cabinet (LFAC).
Prosedur Analisis Data
Pengambilan Sampel
Pengambilan sampel dilakukan pada lima titik pada kawasan perkebunan
karet Jambi. Sampel tanah diambil dengan menggunakan pipa paralon
berdiamater 2.75 atau 3.75 cm yang ditanam vertikal pada kedalaman 15 cm.
Sampel tanah dikeluarkan kemudian tanah dipotong setiap 5 cm pada masingmasing sampel. Berikut adalah kode sampel dan lokasi pengambilannya (Tabel 1).
Tabel 1 Kode sampel dan lokasi pengambilannya
Kode
BR2
BR3
BJ3
Bungku
Pompa Air
Lokasi pengambilan sampel
Ds. Lubuk Kepayang, Kec. Air Hitam, Kab. Sarolangun
Ds. Bungku, Kec. Bajubang, Kab. Batanghari
Ds. Pompa Air, Kec. Bajubang, Kab. Batanghari
Penyiapan Media
Media cair nitrifikasi yang digunakan memiliki komposisi: 13.5 g KH2PO4,
0.7 g K2HPO4, 0.1 g MgCl2.6H2O, 0.18 g CaCl2.2H2O, 0.1 g NH4Cl, 0.2 g EDTA,
0.5 g Na2CO3, 0.18 g FeCl3.6H2O, 0.5 g glukosa dilarutkan dalam akuades hingga
total volume 1000 ml. pH media disesuaikan dengan pH sampel tanah. Media cair
denitrifikasi yang digunakan memiliki komposisi: 10 g Na-asetat, 5 g KNO3, 0.2 g
KH2PO4, 0.9 g K2HPO4, 0.1 g CaCl2.2H2O, 0.5 g MgSO4.7H2O, dan 0.2 g EDTA,
3
dilarutkan dalam akuades hingga total volume 1000 ml. Komposisi media DNRA
sama dengan komposisi media denitrifikasi, namun Na-asetat digantikan dengan
10 g glukosa (Rodina 1972 dalam Novita 2006). pH media disesuaikan dengan
pH sampel tanah. Kondisi anaerob dibuat dengan metode Oxygen-Free Nitrogen
(OFN). Gas N2 dialirkan ke dalam medium dengan menggunakan syringe steril
selama 10 menit.
Pengukuran Laju Nitrifikasi
Sampel tanah dibuat slurry dengan cara mencampurkan sampel tanah dan
aquades dengan perbandingan 1:3 (v/v) di dalam labu Erlenmeyer. Campuran
ditambah dengan substrat amonium dan nitrat dengan konsentrasi campuran 0, 0.1,
0.2, 0.5, 1, dan 2 mM (Rusmana & Nedwell 2004). Masing-masing konsentrasi
dilakukan dua ulangan guna mengukur laju nitrifikasi (aerobik), nitrifikasi dan
DNRA (anaerobik). Substrat ion ammonium (NH4) ditambahkan kemudian
diinkubasi selama 3 jam. Analisis kinetika nitrifikasi dilakukan dengan
menggunakan persamaan kinetika Michaelis-Menten. Jumlah amonium yang
dioksidasi dari sampel tanah diperoleh dengan menghitung selisih kadar amonium
awal dan saat analisis.
Pengukuran Laju Denitrifikasi dan DNRA
Sampel tanah yang telah dibuat slurry diencerkan seperti perlakuan
sebelumnya kemudian ditambahkan nitrat sebagai substrat. Slurry diinkubasi
dalam kondisi anaerob selama 3 jam kemudian laju denitrifikasi dan DNRA
diukur (Rusmana & Nedwell 2004). Jumlah nitrat yang direduksi dari sampel
tanah diperoleh dengan menghitung selisih kadar nitrat awal dengan kadar nitrat
yang diperoleh saat analisis. Analisis kinetika denitrifikasi dan DNRA (reduksi
nitrat) dilakukan menggunakan persamaan kinetika Michaelis-Menten.
Pengukuran Konsentrasi Amonium
Kadar amonium ditentukan dengan metode spektrofotometri. Sebanyak 5
ml sampel disaring dan ditambah dengan 0.2 ml fenol alkohol 10 %, 0.2 ml
nitroprusid 0.5 %, 0.5 ml campuran hipoklorit teknis dan asam sitrat 20 % (1:4)
kemudian didiamkan selama 1 jam. Setiap setelah pemberian pereaksi dilakukan
pengadukan. Hasil reaksi akan memberikan warna biru. Warna yang terbentuk
dibaca serapannya pada panjang gelombang 640 nm (Greenberg et al. 1992). Nilai
absorban yang diperoleh dikonversi menggunakan kurva standar hingga diperoleh
satuan dalam konsentrasi (µM).
Pengukuran Konsentrasi Nitrat
Analisis kadar nitrat dilakukan dengan metode brusin, yaitu sebanyak 5 ml
sampel yang telah disaring ditambah dengan 1 ml NaCl, 0.2 ml brusin 0.5 % dan 2
ml asam sulfat pekat, dipanaskan pada suhu 90°C kemudian didinginkan pada
suhu ruang. Pemberian pereaksi akan menghasilkan warna kuning. Warna yang
terbentuk dibaca serapannya pada panjang gelombang 410 nm (Greenberg 1992).
Nilai absorbansi yang diperoleh dikonversi menggunakan persamaan dari kurva
standar hingga diperoleh satuan konsentrasi (µM).
Pengukuran Konsentrasi Nitrit
Analisis kadar nitrit dilakukan dengan cara sebanyak 5 ml sampel yang
telah disaring ditambah dengan 0.1 ml sulfanilamid 1%, dan 0.1 ml NED
(naftalena etilena diamina) 0.1%, kemudian didiamkan selama 10 menit dan
diaduk. Pemberian pereaksi akan menghasilkan warna merah muda hingga
keunguan. Warna yang terbentuk dibaca serapannya pada panjang gelombang
4
540 nm (Greenberg et al. 1992). Nilai absorbansi yang diperoleh dikonversi
menggunakan standar hingga diperoleh satuan konsentrasi (µM).
Analisis Kelimpahan Bakteri
Sebanyak 1 g sampel tanah diencerkan dalam 9 ml NaCl fisiologis dalam
labu erlenmeyer. Suspensi diletakkan dalam mesin penggoyang selama 30 menit.
Pengenceran serial dilakukan dalam media nitrifikasi dan media denitrifikasi yaitu
pada tingkat pengenceran 10-1, 10-2 dan 10-3. Sumber karbon yang digunakan pada
media nitrifikasi ialah NaHCO3 dan pada media denitrifikasi digunakan sumber
karbon berupa Na-asetat. Adapun pengukuran kelimpahan bakteri yang berperan
dalam DNRA dengan menggunakan media denitrifikasi dengan sumber karbon
glukosa. Kelimpahan bakteri diukur dengan menggunakan metode Most Probable
Number (MPN). Nilai MPN tabel diambil dari hasil tiga pengenceran seri.
Kombinasi dipilih dimulai dari tabung yang masih menghasilkan semua tabung
positif, sedangkan pada pengenceran berikutnya ada tabung yang negatif (Rahayu
& Nurwitri 2012). Penentuan nilai MPN dapat menggunakan tabel MPN atau
menggunakan perangkat lunak MPN calculator (www.i2work.com). Adapun
rumus umum penghitungan MPN adalah sebagai berikut:
nilai MPN tabel
MPN contoh =
X faktor pengenceran yang di tengah
100
(MPN.ml-1 atau MPN.gram-1)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
3
(b)
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
500
1000
1500
2000
Konsentrasi substrat (µM)
Laju rata- rata (µmol.jam-1.g.tanah-1 )
(a)
Laju rata- rata (µmol.jam-1.g.tanah-1 )
Pengukuran Laju Potensial Nitrifikasi, Denitrifikasi dan DNRA
Laju yang paling dominan pada plot BR2 (Gambar 1) ialah laju
denitrifikasi, dan laju paling rendah ialah DNRA. Aktivitas denitrifikasi pada
kedalaman 0-5 cm lebih tinggi daripada kedalaman 6-10 cm, sama halnya dengan
laju nitrifikasi. Adapun laju DNRA pada kedalaman 0-5 cm lebih rendah
dibandingkan dengan laju DNRA pada kedalaman 6-10 cm. Aktivitas nitrifikasi
plot BR2 merupakan laju nitrifikasi tertinggi yaitu 2.109 µmol.jam-1.g.tanah-1 pada
kedalaman 0-5 cm (Gambar 1a), sedangkan laju nitrifikasi yang paling rendah
terdapat pada plot BJ3 kedalaman 0-5 cm yaitu 1.270 µmol.jam-1.g.tanah-1
(Gambar 5a).
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
500
1000
1500
2000
Konsentrasi substrat (µM)
Gambar 1 Laju potensial pada plot BR2 (a) kedalaman 0-5 cm (b) 6-10 cm. .
Laju nitrifikasi ( ), denitrifikasi ( ), DNRA ( )
5
3.5
(b)
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
Laju rata- rata (µmol.jam-1.g.tanah-1 )
(a)
Laju rata- rata (µmol.jam-1.g.tanah-1 )
Laju potensial nitrifikasi diukur melalui penghitungan konsentrai substrat
amonium yang berkurang (teroksidasi) dibagi dengan bobot tanah yang digunakan
sebagai slury, kemudian di bagi per satuan waktu (jam). Proses oksidasi tersebut
berlangsung secara aerob. Adapun laju proses denitrifikasi dan DNRA diukur
dengan prosedur yang sama namun inkubasi dilakukan secara anaerob. Aktivitas
denitrifikasi yang paling tinggi terdapat pada plot pompa air karet, dengan
kedalaman 6-10 cm (Gambar 2b) yaitu 2.935 µmol.jam-1.g.tanah-1 dan laju
aktivitas denitrifikasi paling kecil yaitu 2.674 µmol/jam/g.tanah, pada plot BJ3
kedalaman 6-10 cm (Gambar 5b). Secara umum pada plot pompa air karet, laju
potensial yang dominan ialah denitrifikasi, kemudian nitrifikasi dan DNRA. Laju
nitrifikasi dan denitrifikasi tidak jauh antara kedalaman 0-5 cm maupun 6-10 cm.
Sedangkan laju DNRA pada plot pompa air karet semakin menurun, berbanding
terbalik dengan konsentrasi substrat (Gambar 2).
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
500
1000
1500
2000
Konsentrasi substrat (µM)
0
500
1000
1500
2000
Konsentrasi substrat (µM)
Gambar 2 Laju potensial pada plot Pompa air karet (a) kedalaman 0-5 cm (b) 6-10
cm. Laju nitrifikasi ( ), denitrifikasi ( ), DNRA ( )
Laju nitrifikasi pada plot BR3 0-5 cm yaitu 2.045 µmol.jam-1.g.tanah-1
(Gambar 3a), sedang pada kedalaman 6-10 cm yaitu 1.924 µmol.jam-1.g.tanah-1
(Gambar 3 b). Laju potensial denitrifikasi pada plot BR3 0-5 cm yaitu 2.915
µmol.jam-1.g.tanah-1 (Gambar 3a), sedangkan pada kedalaman 6-10 cm yaitu
2.934 µmol.jam-1.g.tanah-1 (Gambar 3b). Aktivitas tersebut menjadi laju potensial
yang paling besar dibanding DNRA dan nitrifikasi pada plot tersebut. Aktivitas
DNRA merupakan aktivitas reduksi nitrat yang terjadi secara anaerob fermentatif.
Laju DNRA menjadi aktivitas yang paling rendah, hal tersebut juga terlihat
dengan adanya aktivitas DNRA yang semakin menurut dengan bertambahnya
konsentrasi substrat.
3.5
(b)
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
500
1000
1500
Laju rata-rata (µmol.jam-1.g.tanah-1 )
(a)
Laju rata- rata (µmol.jam-1.g.tanah-1 )
6
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
2000
500
1000
1500
2000
Konsentrasi substrat (µM)
Konsentrasi substrat (µM)
Gambar 3 Laju potensial plot BR3 (a) kedalaman 0-5 cm (b) 6-10 cm. Laju
nitrifikasi ( ), denitrifikasi ( ), DNRA ( )
(b)
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
500
1000
1500
2000
Laju rata- rata (µmol.jam-1.g.tanah-1 )
(a)
Laju rata- rata (µmol.jam-1.g.tanah-1 )
Pada plot bungku karet, laju potensial nitrifikasi pada kedalaman 0-5cm
yaitu 1.510 µmol.jam-1.g.tanah-1 (Gambar 4a) dan pada 6-10 cm yaitu 1.746
µmol.jam-1.g.tanah-1 (Gambar 4b). Laju nitrifikasi dan denitrifikasi pada
kedalaman 0-5 cm dan 6-10 cm tidak berbeda jauh. Sedangkan laju reduksi nitrat
disimilatif (DNRA) berbeda, hal tersebut terlihat dengan adanya penurunan laju
DNRA seiring dengan naiknya konsentrasi substrat (Gambar 4a) namun pada
keadalaman 6-10 cm laju DNRA naik pada konsentrasi substrat 2000 µmol
(Gambar 4b).
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
-0.5
500
1000
1500
Konsentrasi substrat (µM)
Konsentrasi substrat (µM)
Gambar 4 Laju potensial plot Bungku karet (a) kedalaman 0-5 cm (b) 6-10 cm.
Laju nitrifikasi ( ), denitrifikasi ( ), DNRA ( )
2000
7
3
(b)
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
500
1000
1500
Laju rata- rata(µmol.jam-1.g.tanah-1 )
(a)
Laju rata- rata (µmol.jam-1.g.tanah-1 )
Pada plot BJ3 kedalaman 0-5 cm terdapat aktivitas laju DNRA yang
paling tinggi dibandingkan dengan plot yang lain yaitu 0.173 µmol.jam-1.g.tanah-1
(Gambar 5a). Adapun laju DNRA yang paling rendah terdapat pada plot BR3
kedalaman 0-5 cm yaitu 0.006 µmol.jam-1.g.tanah-1 (Gambar 3a).
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
2000
Konsentrasi substrat (µM)
500
1000
1500
2000
Konsentrasi substrat (µM)
Gambar 5 Laju potensial plot BJ3 (a) kedalaman 0-5 cm (b) 6-10 cm.
Laju nitrifikasi ( ), denitrifikasi ( ), DNRA ( )
Laju potensial yang berlangsung pada masing-masing plot dengan
kedalaman 0-5 cm dan 6-10 cm (Gambar 1, 2, 3, 4, 5). Umumnya nilai laju
nitrifikasi yang didapatkan tidak berbeda jauh antara kedalaman 0-5 cm maupun
6-10 cm. Laju potensial DNRA, merupakan nilai laju potensial yang paling kecil.
Umumnya nilai laju potensial DNRA yang didapatkan < 0,2 µmol/jam/g.tanah.
Nilai laju potensial yang didapat kemudian diolah dengan menggunakan
persamaan kinetika Michaelis-Menten, plot Lineweaver-Burk (Double resiprocal)
dengan membagi V menjadi 1/V dan S menjadi 1/S guna mendapatkan nilai
konstanta Michaelis-Menten (Km) dan Vmaks (Tabel 1 dan 2). Beberapa nilai
dari laju potensial tidak dapat dihitung (nilainya negatif) dengan plot LineweaverBurk, sehingga tidak ditampilkan pada tabel.
Tabel 2 Nilai Km dan Vmax berbagai plot kedalaman 0-5 cm
Plot
Laju potensial
BR2
DNRA
BR3
Bungku Karet
BJ3
DNRA
Nitrifikasi
Nitrifikasi
Denitrifikasi
Km
(µM)
Vmaks
(µM.jam-1)
R-sq
28.52
0.11
0.62
505.89
4406.78
9721.43
5819.84
0.01
4.23
7.14
7.94
0.69
0.97
0.99
0.98
8
Tabel 3 Nilai Km dan Vmax berbagai plot kedalaman 6-10 cm
Plot
BR2
BR3
Bungku karet
Laju potensial
Nitrifikasi
DNRA
Nitrifikasi
Nitrifikasi
Km
(µM)
25375.68
57.02
46363.64
2500.00
Vmaks
(µM.jam-1)
27.03
0.09
45.45
2.25
R-sq
0.99
0.72
0.99
0.95
Pengukuran Tingkat Kelimpahan Bakteri
Pengukuran tingkat kelimpahan bakteri dilakukan dengan metode MPN,
dengan menggunakan MPN 3 seri tabung. Pengenceran yang digunakan yaitu 10 1106 untuk bakteri nitrifikasi dan 103-108 untuk bakteri denitrifikasi dan DNRA.
Umumnya pada kedalaman 0-5 cm (Tabel 3) kelimpahan bakterinya lebih tinggi
dibandingkan dengan kedalaman 6-10 cm (Tabel 4). Tingkat kelimpahan bakteri
bergantung pada tersedianya substrat yang dibutuhkan untuk kelangsungan hidup
bakteri. Kelimpahan bakteri yang paling tinggi ialah bakteri denitrifikasi,
kemudian DNRA dan nitrifikasi.
Tabel 4 Tingkat kelimpahan bakteri pada
Plot
Nutrien
BR-2
Nitrifikasi
Denitrifikasi
DNRA
Nitrifikasi
Denitrifikasi
DNRA
Nitrifikasi
Denitrifikasi
DNRA
Nitrifikasi
Denitrifikasi
DNRA
Nitrifikasi
Denitrifikasi
DNRA
Pompa air karet
BR-3
Bungku karet
BJ-3
Kelimpahan bakteri
(MPN.g.tanah-1)
0-5 cm
6-10 cm
1.35x105
7.05x104
1.54x104
1.45x104
1.19x105
2.7x105
1.52x103
4.4x106
7.05x105
4.7x101
2.5x107
2.2x106
2.4x101
1.59x107
2.14x106
3.6x103
1.57x104
2.1x104
5.6x103
1.5x107
2.85x106
1.86x102
2.25x106
8.25x105
7.55x102
1.8x106
4.4x105
1.3x101
1.1x108
2.93x105
Tingkat kelimpahan bakteri (MPN.g.tanah-1) menunjukkan kemungkinan
adanya bakteri yang ada dalam satu gram tanah. Penghitungan dilakukan dua
ulangan, kemudian didapatkan hasil rata-rata dari ulangan 1 dan 2. Bakteri
denitrifikasi memiliki aktivitas paling dominan (Tabel 3). Bakteri denitrifikasi
berkorelasi positif dengan laju potensialnya. Sedangkan laju nitrifikasi dan DNRA
tidak berkorelasi positif dengan tingkat kelimpahan bakterinya.
9
Pembahasan
Pengukuran Laju Potensial Nitrifikasi, Denitrifikasi dan DNRA
Aktivitas oksidasi amonium (nitrifikasi) pada lahan hutan karet diketahui
lebih tinggi dibandingkan dengan aktivitas reduksi nitrat disimilatifnya (DNRA).
Terbukti pada aktvitas laju potensial nitrifikasi yang selalu lebih tinggi
dibandingkan dengan DNRA pada semua plot pengambilan sampel. Laju oksidasi
amonium (nitrifikasi) tersebut tidak berkorelasi positif dengan tingkat kelimpahan
bakterinya. Laju potensial nitrifikasi menjadi proses yang lebih tinggi
dibandingkan dengan laju DNRA.
Proses denitrifikasi merupakan proses reduksi nitrat. Nitrat direduksi
menjadi nitrit, nitrit oksida, nitrous oksida dan terakhir dibentuk gas dinitrogen
(Robertson & Groffman 2007). Menurut Purwoko (2007), proses denitrifikasi
terjadi pada tanah yang anaerob dengan NO3- menjadi akseptor elektron
menggantikan O2. Hasil akhir dari proses denitrifikasi adalah gas N2O. Hal
tersebut merupakan fungsi dari enzim N2O reduktase, aktivitas enzim bergantung
pada biosintesis dan inaktivasi, sedangkan regulator utamanya ialah kondisi
oksigen dan kondisi substrat nitrogen (Rende et al. 1991 dalam Agustiyani et al.
2011).
Secara umum laju potensial denitrifikasi merupakan laju potensial yang
paling tinggi dibandingkan dengan laju nitrifikasi dan denitrifikasi dalam
penelitian ini. Hal tersebut berkorelasi positif dengan angka kelimpahan bakteri
yaitu bakteri denitrifikasi (pereduksi nitrat). Menurut Agustiyani et al. (2011)
aktivitas denitrifikasi di tanah hutan relatif lebih tinggi dibandingkan di lahan
yang lain, seperti sawah organik maupun sawah pertanian intensif. Selain itu
ketersediaan sumber karbon dalam tanah juga sangat berpengaruh terhadap proses
denitrifikasi dan DNRA. Besarnya laju denitrifikasi akan berbanding terbalik
dengan laju DNRA, karena laju proses denitrifikasi terjadi ketika sumber karbon
dalam tanah lebih sedikit dibandingkan substrat NO3-. Ketika sumber karbon yang
tersedia tinggi, maka akan terjadi proses DNRA, karena DNRA terjadi secara
anaerobik fermentatif.
Aktivitas reduksi nitrat disimilatif (DNRA) dipengaruhi sangat dipengaruhi
oleh kondisi lingkungan tertentu, misalnya kondisi yang lebih anaerob
dibandingkan dengan denitrifikasi (Yin et al. 2002). Selain itu faktor lingkungan
yang paling berpengaruh ialah rasio C/NO3- dalam tanah (Fazzolari et al. 1998).
Berdasarkan data tingkat kelimpahan bakteri, bakteri berperan dalam DNRA
umumnya lebih tinggi dibanding dengan bakteri nitrifikasi, namun laju potensial
DNRA lebih kecil dibandingkan dengan nitrifikasi. Hubungan dari kedua variabel
tersebut tidak berkorelasi positif seperti halnya kelimpahan bakteri denitrifikasi
dan laju denitrifikasinya.
Laju DNRA yang kecil karena sedikitnya sumber karbon yang tersedia
dalam tanah hutan tersebeut. Cadangan karbon pada hutan monokultur karet
cenderung lebih rendah dibandingkan dengan hutan alam (Cesylia 2009). Menurut
Kelso et al. (1999) aktivitas bakteri DNRA akan dominan ketika di wilayah
tersebut kaya akan sumber karbon, karena adanya sumber karbon yang tinggi
lebih disukai oleh bakteri fermentasi. Sebaliknya, jika pada wilayah tersebut kaya
akan sumber NO3- dan miskin sumber karbon maka bakteri denitrifikasi akan
lebih dominan. Hal ini sesuai dengan data yang didapatkan, yaitu lebih
10
dominannya bakteri denitrifikasi sehingga laju denitrifikasi lebih besar dibanding
reduksi nitrat disimilatif (DNRA).
Nilai Km dan Vmaks yang diperoleh bervariasi, namun umumnya nilai Km
dan Vmaks negatif. Nilai negatif tersebut menunjukkan konsentrasi substrat (S)
dan nilai laju (V) yang sangat kecil (Dowd & Riggs 1965), sehingga terdeteksi
negatif jika dihitung menggunakan plot Linweaver-Burk. Km merupakan
konsentrasi substrat ketika separuh dari lokasi aktifnya telah terisi, yaitu bila
kecepatan reaksi enzim telah mencapai ½ Vmaks (Wiseman 1989). Umumnya
nilai Km dan Vmaks yang bernilai positif adalah laju nitrifikasi. Km dan Vmaks
positif, menunjukkan adanya konsentrasi subtrat yang cukup besar, sehingga nilai
laju maksimalnya pun berniali positif (Dowd & Riggs 1965). Menurut Fox
(1991) dalam Putra (2009) nilai Km tingkat afinitas enzim-substrat (E-S), yang
merupakan suatu indikator kekuatan ikatan kompleks E-S. Kecilnya nilai Km
berarti kompleks E-S mantap (stabil), selain itu afinitas enzim tinggi terhadap
substrat. Jika nilai Km besar berlaku kebalikannya.
Pengukuran Kelimpahan Bakteri
Hasil perhitungan kelimpahan bakteri menunjukkan bahwa tingkat
kelimpahan bakteri paling tinggi yaitu bakteri denitrifikasi> DNRA> nitrifikasi.
Bakteri denitrifikasi menjadi bakteri yang paling dominan berkorelasi positif
dengan laju potensialnya, dicirikan dengan laju potensial yang paling tinggi pada
tiap konsentrasi substrat. Tingginya kelimpahan bakteri denitrifikasi disebabkan
rendahnya sumber karbon yang ada di tanah, dan tingginya kadar NO3-, sehingga
aktivitas reduksi nitrat yang terjadi tidak terjadi secara fermentatif seperti halnya
DNRA.
Adapun kelimpahan bakteri DNRA lebih banyak dibandingkan dengan
bakteri nitrifikasi, namun tidak berkorelasi positif dengan laju potensialnya. Hal
tersebut disebabkan rendahnya sumber karbon yang tersedia, sehingga tidak
semua bakteri yang ada melakukan aktivitas reduksi nitrat. Terlihat dengan
rendahnya laju potensial DNRA dibandingkan dengan nitrifikasi maupun
denitrifikasi.
Kelimpahan bakteri nitrifikasi merupakan tingkat kelimpahan yang paling
sedikit, nitrifikasi menjadi proses dengan laju potensial yang cukup tinggi.
Kondisi lingkungan sangat berpengaruh terhadap pertumbuhan bakteri yang
berperan dalam nitrifikasi. Faktor lingkungan yang berpengaruh tersebut antara
lain pH, suhu, kelembaban, adanya senyawa penghambat nitrifikasi seperti
nitrapirin (Muller 2002 dalam Agustiyani et al. 2010).
11
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Laju potensial yang dominan pada hutan karet Jambi adalah laju
denitrifikasi, kemudian nitrifikasi dan DNRA. Tingginya laju denitrifikasi
berkorelasi positif dengan kelimpahan bakterinya. Laju denitrifikasi yang tinggi
berkebalikan dengan laju DNRA. Laju nitrifikasi menjadi laju potensial yang
lebih tinggi dari DNRA namun kelimpahan bakterinya lebih sedikit.
Saran
Perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai laju anamoks. pada lahan
hutan karet Jambi, sehingga dapat diketahui kecenderungan reduksi nitrat yakni
melalui Denitrifikasi, DNRA atau Anamoks. Selain itu perlu dilakukan penelitian
tentang komposisi jenis bakteri yang berperan dalam proses tersebut. Perhitungan
kinetika laju potensial yang digunakan menggunakan jenis plot lain, sehingga
metode yang digunakan semakin berkembang.
DAFTAR PUSTAKA
Agustiyani D, Laili N, Imamuddin H, Sulistinah N. 2011. Populasi dan aktivitas
denitrifikasi serta emisi gas N2O pada lahan pertanian organik, pertanian
intensif dan hutan. Berk Penel Hayati. 17: 15- 19.
Agustiyani D, Kayadoe M, Imamuddin H. 2010. Oksidasi nitrit oleh bakteri
heterotrofik pada kondisi anaerobik. J Biol Indones. 6(2): 265- 275.
Cesylia L. 2009. Cadangan karbon pada pertanian karet (Hevea brasiliensis) di
Perkebunan Karet Bojong Datar PTP Nusantara VIII Kabupaten
Pandeglang Banten [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Dowd JE, Riggs DS. 1965. A comparison of estimates of Michaelis-Menten
kinetic constants from various linear transformations. J Biol Chem. 240
(2): 863- 869.
Effendi. 2000. Telaah kualitas air bagi pengelolaan sumberdaya lingkungan
perairan [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Enwall K, Laurent P, Sara H. 2005. Activity and composition of the denitrifying
bacterial community respond differently to long-term fertilization. J Appl
Microbiol. 7: 8335-8343.
Fazzolari E, Nicolardot B, Germon J C. 1998. Simultaneous effects of increasing
levels of glucose and oxygen partial pressureson denitrification and
dissimilatory reduction to ammonium in repacked soil cores. Europ J Soil
Biol. 34(1): 47–52.
Greenberg AE, Clesceri LS, Eaton AD. 1992. Standard Methods for Examination
of Water and Wastewater. Edisi ke- 18. Washington DC (US): Publication
Office American Public Health Association.
Hanson EJ, Throop PA, Serce S, Ravenscroft J, Paul EA. 2002. Comparison of
Nitrification Rates in Blueberry and Forest Soils. J Am Soc Hort Sci.
127(1): 136- 142.
12
Haynes RJ. 1986. Mineral Nitrogen in the Plant-Soil System. New York (US):
Academic Pr.
Kelso BHL, Smith RV, Laughlin RJ. 1999. Effects of carbon substrates on nitrate
accumulation in fresh water sediments. Appl Environ Microbiol. 65(1): 6166.
Novita L. 2006. Aktivitas oksidasi amonium dan reduksi nitrat Pseudomonas
stutzeri ASLT2 pada sumber karbon yang berbeda [skripsi]. Bogor (ID):
Institut Pertanian Bogor.
Purwoko T. 2007. Fisiologi Mikroba. Jakarta (ID): Bumi Aksara.
Putra GPG. 2009. Penentuan kinetika enzim poligalakturonase (PG) endogenous
dari pup biji kakao. J Biol. 8(1): 21-24.
Rahayu WP, Nurwitri CC. 2012. Mikrobiologi Pangan. Bogor (ID): IPB Pr.
Richardson DJ. 2000. Bacterial respiration: a flexible procces for a changing
environment. Microbiology 146: 551-571.
Robertson GP, Groffman PM. 2007. Soil Microbiology, Ecology and
Biochemistry. Edisi ke-3. Paul EA, editor. Oxford (UK): Elsevier Inc.
Rusmana I, Nedwell DB. 2004. Use of chlorate as a selective inhibitor to
distinguish membrane-bound nitrate reductase (Nar) and periplasmic
nitrate reductase (Nap) of dissimilative nitrate reducing bacteria in
sediment. FEMS Microbiology Ecology 48: 379-386.
Wiseman A. 1989. Handbook of Enzymes Biotechnology. Edisi ke-2. New York
(US): Ellis Howard.
Yin SX, Chen D, Chen LM, Edis R. 2002. Dissimilatory nitrate reduction to
ammonium and responsible microorganisms in two Chinese and Australian
paddy soils. Soil Biol Biochem. 34: 1131–1137.
13
LAMPIRAN
Lampiran 1 Kurva standar nitrat
Absorbansi 410 nm
0.3
y = 0.0254x + 0.0124
R² = 0.9635
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0
2
4
6
8
Konsentrasi amonium
12
Absorbansi 540 nm
Lampiran 2 Kurva standar nitrit
1.6
y = 0.0948x + 0.0114
1.4
R² = 0.9997
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
5
10
15
Konsentrasi amonium (µM)
10
20
Lampiran 3 Kurva standar amonium
Absorbansi 640 nm
2
y = 0.0236x + 0.124
R² = 0.9916
1.5
1
0.5
0
0
20
40
60
Konsentrasi amonium (µM)
80
14
Lampiran 4 Gambar slurry yang akan diinkubasi
Lampiran 5 Perubahan warna pada uji (a) kadar amonium (b) kadar nitrat (c)
kadar nitrit.
Lampiran 6 Konfirmasi uji MPN (a) Nitrifikasi (b) DNRA (c) Denitrifikasi
(a)
(b)
(c)
15
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kabupaten Batang pada tanggal 21 April 1992, sebagai
anak ketiga dari empat bersaudara, dari pasangan (alm) Sudirman dan Khumrotun.
Lulus dari SMA Takhassus Alquran Kalibeber- Wonosobo pada tahun 2009,
kemudian diterima di Departemen Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor (IPB) melaui jalur USMI.
Selama kuliah di Departemen Biologi IPB, penulis aktif di Bioworld
Himpunan Mahasiswa Biologi (HIMABIO IPB) tahun 2010-2011, dan menjdi
ketua dari divisi tersebut pada tahun 2011-2012. Selain itu penulis juga aktif di
komunitas penerima beasiswa Bank Indonesia (GEN BI) dan Organisasi
Mahasiswa daerah Pekalongan- Batang (IMAPEKA).
Selama kuliah penulis pernah menjadi asisten praktikum Biologi Dasar
(2012), Fisiologi Prokariot (2012) dan Mikrobiologi Dasar (2013). Pada bulan
Agustus 2011, penulis mengikuti kegiatan magang di IPB Culture Collection
mengenai isolasi cendawan ektomikriza dari pohon pelawan, dan pada JuliAgustus 2012, penulis melaksanakan praktik lapang di Satuan Kerja Perbenihan
dan Budidaya Ikan Air Tawar (Satker- PBIAT) Ngrajek Magelang dengan topik
Pengelolaan Pakan dan Pengaruhnya terhadap Pertumbuhan Ikan Nila hitam
(Oreochromis niloticus) dan Lele Sangkuriang (Clarias sp.). Penulis juga pernah
mengikuti program International Genetically Engineered Machine (iGEM)
regional Asia, sebagai anggota delegasi IPB di Hongkong University of Science
and Technology (HKUST) Hongkong pada Oktober 2012.
DENITRIFIKASI, DAN DISIMILATORY NITRATE REDUCTION
TO AMMONIUM PADA LAHAN PERKEBUNAN KARET DI JAMBI
MASRUKHIN
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Laju Potensial dan
Kelimpahan Bakteri Nitrifikasi Denitrifikasi dan Disimilatory Nitrate Reduction
to Ammonium pada Lahan Perkebunan Karet di Jambi 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
skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Juli 2013
Masrukhin
NIM G34090032
ABSTRAK
MASRUKHIN. Laju Potensial dan Kelimpahan Bakteri Nitrifikasi, Denitrifikasi
dan Disimilatory Nitrate Reduction to Ammonium (DNRA) pada Lahan
Perkebunan Karet di Jambi. Dibimbing oleh IMAN RUSMANA dan NISA
RACHMANIA MUBARIK.
Nitrogen merupakan unsur yang banyak terkandung di alam. Unsur ini
menjadi hara esensial bagi pertumbuhan tanaman. Kebutuhan yang tinggi akan
nitrogen disebabkan nitrogen menjadi penyusun komponen integral dari banyak
senyawa termasuk klorofil, enzim esensial, asam nukleat, dan nukleotida. Siklus
nitrogen terjadi di alam secara aerob dan anaerob. Nitrifikasi merupakan proses
oksidasi senyawa nitrogen secara aerob. Denitrifikasi dan disimilatory nitrate
reduction to ammonium (DNRA) merupakan proses reduksi nitrat secara anaerob.
Penelitian ini bertujuan untuk mengukur laju nitrifikasi, denitrifikasi, dan DNRA
serta mengukur kelimpahan bakterinya pada lahan perkebunan karet di Jambi.
Secara umum aktivitas denitrifikasi menjadi aktivitas yang paling dominan terjadi.
Laju potensial yang paling rendah yaitu DNRA. Tingginya laju denitrifikasi akan
berbanding terbalik dengan laju DNRA karena adanya faktor ketersiadaan sumber
karbon. Aktivitas DNRA membutuhkan sumber karbon yang lebih tinggi, karena
bakteri DNRA mereduksi nitrat secara fermentatif, sedang denitrifikasi tidak.
Kata kunci: kelimpahan bakteri, nitrifikasi, denitrifikasi, perkebunan karet.
ABSTRACT
MASRUKHIN. Potential Rate and The Abundance of Bacteria of Nitrification
Denitrification, Disimilatory Nitrate Reduction to Ammonium (DNRA) on Rubber
Plantation in Jambi. Supervised by IMAN RUSMANA and NISA RACHMANIA
MUBARIK.
Nitrogen is an abundant element in nature. This element is an essential
nutrient for plant growth. High demands of nitrogen because nitrogen is an
integral component of many constituent compounds such chlorophyll, protein,
enzymes, nucleic acids and nucleotides. Nitrogen cycle occur in nature in aerobic
and anaerobic conditions. Nitrification is oxidation of ammonium to nitrate.
Denitrification and disimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) is the
process of anaerobic nitrate reduction. This study aims to measure the potential
rate of nitrification, denitrification, and DNRA and measure the abundance of
bacteria in the rubber plantations in Jambi. Generally, denitrification activity was
the most dominant activity. The lowest potential rate was DNRA. The high rate of
denitrification was inversly proportional to the rate of DNRA because the
availability of carbon source.
Keywords: the abundance of bacteria, nitrification, denitrification, rubber
plantation
LAJU POTENSIAL DAN KELIMPAHAN BAKTERI NITRIFIKASI,
DENITRIFIKASI, DAN DISIMILATORY NITRATE REDUCTION
TO AMMONIUM PADA LAHAN PERKEBUNAN KARET DI JAMBI
MASRUKHIN
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Biologi
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi : Laju Potensial dan Kelimpahan Bakteri Nitrifikasi, Denitrifikasi,
dan Disimilatory Nitrate reduction to Ammonium (DNRA) pada
Lahan Perkebunan Karet di Jambi
Nama
: Masrukhin
NIM
: G34090032
Disetujui oleh
Dr Ir Iman Rusmana, MSi
Pembimbing I
Dr Nisa Rachmania Mubarik, MSi
Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr Ir Iman Rusmana, MSi
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat
dan karunia-Nya sehingga dapat menyelesaikan karya ilmiah yang berjudul Laju
Potensial dan Kelimpahan Bakteri Nitrifikasi, Denitrifikasi dan DNRA serta
Kelimpahan Bakterinya pada Lahan Perkebunan Karet di Jambi. Kegiatan
Penelitian ini berlangsung dari bulan Januari- April 2013 di Laboratorium
Mikrobiologi Departemen Biologi IPB.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Dr. Ir. Iman Rusmana,
M.Si selaku dosen pembimbing I, Dr. Nisa Rachmania Mubarik, M.Si selaku
pembimbing II. Ucapan terima kasih disampaikan kepada Ir. Hadisunarso, M.Si
sebagai penguji ujian skripsi sekaligus perwakilan komisi pendidikan atas saran
dan diskusi yang diberikan. Terima kasih disampaikan pula kepada teman-teman
serta staf Laboratorium Mikrobiologi IPB yang tidak dapat disebutkan satupersatu. Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada keluarga tercinta,
terutama kedua orang tua yang senantiasa memberikan doa, dukungan dan
limpahan kasih sayang. Tak lupa penulis ucapkan terima kasih kepada temanteman Biologi 46 atas kerjasama, dukungan, dan semangatnya.
Semoga karya ilmiah ini dapat menambah wawasan dan pengetahuan bagi
kita semua.
Bogor, Juli 2013
Masrukhin
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL .................................................................................................. vi
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. vi
DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................... vi
PENDAHULUAN .................................................................................................. 1
Latar Belakang .................................................................................................... 1
Perumusan Masalah ............................................................................................. 1
Tujuan Penelitian ................................................................................................. 1
Manfaat Penelitian ............................................................................................... 1
Ruang Lingkup Penelitian ................................................................................... 2
METODE ................................................................................................................ 2
Bahan dan Alat .................................................................................................... 2
Prosedur Analisis Data ........................................................................................ 2
HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................... 4
Hasil..................................................................................................................... 4
Pembahasan ......................................................................................................... 9
SIMPULAN DAN SARAN .................................................................................. 11
Simpulan ............................................................................................................ 11
Saran .................................................................................................................. 11
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 11
LAMPIRAN .......................................................................................................... 13
DAFTAR TABEL
1 Kode sampel dan lokasi pengambilannya ...................................................... 2
2 Nilai Km dan Vmax berbagai plot kedalaman 0-5 cm ................................... 7
3 Nilai Km dan Vmax berbagai plot kedalaman 6-10 cm ................................. 8
4 Tingkat kelimpahan bakteri pada ..................................................................... 8
DAFTAR GAMBAR
1 Laju potensial pada plot BR2........................................................................... 4
2 Laju potensial pada plot Pompa air karet......................................................... 5
3 Laju potensial plot BR3 ................................................................................... 6
4 Laju potensial plot Bungku karet. .................................................................... 6
5 Laju potensial plot BJ3 .................................................................................... 7
DAFTAR LAMPIRAN
1 Kurva standar nitrat ....................................................................................... 13
2 Kurva standar nitrit ........................................................................................ 13
3 Kurva standar amonium ................................................................................. 13
4 Gambar slurry yang akan diinkubasi ............................................................. 14
5 Perubahan warna pada uji .............................................................................. 14
6 Konfirmasi uji MPN ...................................................................................... 14
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Nitrogen merupakan unsur yang banyak terkandung di alam. Unsur ini
menjadi hara esensial bagi pertumbuhan tanaman. Kebutuhan yang tinggi akan
nitrogen disebabkan nitrogen menjadi penyusun komponen integral dari banyak
senyawa termasuk klorofil, enzim esensial, asam nukleat, dan nukleotida (Haynes
1986). Siklus nitrogen merupakan salah satu siklus biogeokimia yang terjadi di
alam yang dalam siklusnya proses perubahan nitrogen terjadi secara aerob dan
anaerob. Nitrifikasi merupakan suatu proses oksidasi senyawa nitrogen tereduksi
oleh mikroorganisme menjadi nitrit yang kemudian dioksidasi menjadi nitrat
(Enwall et al. 2005). Proses nitrifikasi berlangsung secara aerob. Nitrit biasanya
ditemukan dalam jumlah yang sedikit, karena bersifat tidak stabil dan mudah
teoksidasi dengan adanya oksigen (Effendi 2000). Menurut Hanson et al. (2002),
laju nitrifikasi di tanah hutan relatif rendah dibandingkan dengan wilayah
perkebunan yang homogen. Laju nitrifikasi di hutan mendekati 800 µg/Kg tanah/
hari.
Denitrifikasi merupakan reaksi reduksi terhadap nitrat. Nitrat direduksi
menjadi nitrit, nitrit oksida, nitrous oksida, dan terakhir dibentuk gas dinitrogen
(Robertson & Groffman 2007). Menurut Purwoko (2007), proses denitrifikasi
terjadi pada tanah yang anaerob. Adapun Dissimilatory nitrate reduction to
ammonium (DNRA) merupakan proses reduksi nitrat menjadi amonium yang
dilakukan oleh mikroorganisme dengan tipe metabolisme fermentatif, dan
menggunakan nitrat sebagai akseptor elektron dalam respirasi anaerob.
Mikroorganisme ini mereduksi nitrat menjadi amonium. Proses ini dilakukan
melalui dua tahap yaitu reduksi nitrat menjadi nitrit, dan reduksi nitrit menjadi
amonium yang dikatalis oleh enzim multiheme cytochrome nitrit reductase (Nrf)
(Richardson 2000). Pada proses DNRA, pembentukan nitrit bukan merupakan
senyawa antara seperti halnya proses denitrifikasi, namun proses tersebut
merupakan produk samping dari reaksi kimia dimana nitrit akan diubah menjadi
amonium.
Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang penelitian, rumusan masalah yang akan
digunakan dalam penelitian ini yaitu belum adanya penelitian yang melaporkan
tentang data laju proses nitrifikasi, denitrifikasi, dan DNRA serta tingkat
kelimpahan bakterinya dari hutan karet di Jambi.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengukur laju nitrifikasi, denitrifikasi, dan
Dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) serta mengukur
kelimpahan bakterinya pada lahan hutan karet di Jambi.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan mampu memberikan data mengenai laju nitrifikasi,
denitrifikasi, dan DNRA serta tingkat bakteri yang berperan dalam proses tersebut.
2
Dengan demikian dapat digunakan sebagai penelitian dasar untuk penelitian
selanjutnya yang berkaitan dengan siklus nitrogen yang ada di lahan hutan
tersebut.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini yaitu mencakup analisis kadar amonium, nitrit
dan nitrat, baik yang diinkubasi secara aerob maupun anaerob. Berdasarkan
analisis kadar ketiga senyawa tersebut dapat diketahui laju nitrifikasi, denitrifikasi
maupun disimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA), dengan membagi
konsentrasi nitrat, nitrit, dan amonium yang didapat dengan waktu inkubasi dan
bobot tanah. Adapun cakupan yang lain yaitu mengukur tingkat kelimpahan
bakteri yang berperan dalam tiga proses tersebut, sehingga dapat dikorelasikan
antara laju nitrifikasi, denitrifikasi, dan DNRA dengan tingkat kelimpahan
bakterinya.
METODE
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan pada penelitian ini ialah sampel tanah yang diambil
dari perkebunan karet di dua wilayah di Jambi. Peralatan yang digunakan pada
penelitian ini, yaitu tabung ulir, labu takar, gelas piala, labu Erlenmeyer, gelas
ukur, pelat tetes, pipet mikro 1000 µl, pipet volumetrik, spektrofotometer dan
laminar air flow cabinet (LFAC).
Prosedur Analisis Data
Pengambilan Sampel
Pengambilan sampel dilakukan pada lima titik pada kawasan perkebunan
karet Jambi. Sampel tanah diambil dengan menggunakan pipa paralon
berdiamater 2.75 atau 3.75 cm yang ditanam vertikal pada kedalaman 15 cm.
Sampel tanah dikeluarkan kemudian tanah dipotong setiap 5 cm pada masingmasing sampel. Berikut adalah kode sampel dan lokasi pengambilannya (Tabel 1).
Tabel 1 Kode sampel dan lokasi pengambilannya
Kode
BR2
BR3
BJ3
Bungku
Pompa Air
Lokasi pengambilan sampel
Ds. Lubuk Kepayang, Kec. Air Hitam, Kab. Sarolangun
Ds. Bungku, Kec. Bajubang, Kab. Batanghari
Ds. Pompa Air, Kec. Bajubang, Kab. Batanghari
Penyiapan Media
Media cair nitrifikasi yang digunakan memiliki komposisi: 13.5 g KH2PO4,
0.7 g K2HPO4, 0.1 g MgCl2.6H2O, 0.18 g CaCl2.2H2O, 0.1 g NH4Cl, 0.2 g EDTA,
0.5 g Na2CO3, 0.18 g FeCl3.6H2O, 0.5 g glukosa dilarutkan dalam akuades hingga
total volume 1000 ml. pH media disesuaikan dengan pH sampel tanah. Media cair
denitrifikasi yang digunakan memiliki komposisi: 10 g Na-asetat, 5 g KNO3, 0.2 g
KH2PO4, 0.9 g K2HPO4, 0.1 g CaCl2.2H2O, 0.5 g MgSO4.7H2O, dan 0.2 g EDTA,
3
dilarutkan dalam akuades hingga total volume 1000 ml. Komposisi media DNRA
sama dengan komposisi media denitrifikasi, namun Na-asetat digantikan dengan
10 g glukosa (Rodina 1972 dalam Novita 2006). pH media disesuaikan dengan
pH sampel tanah. Kondisi anaerob dibuat dengan metode Oxygen-Free Nitrogen
(OFN). Gas N2 dialirkan ke dalam medium dengan menggunakan syringe steril
selama 10 menit.
Pengukuran Laju Nitrifikasi
Sampel tanah dibuat slurry dengan cara mencampurkan sampel tanah dan
aquades dengan perbandingan 1:3 (v/v) di dalam labu Erlenmeyer. Campuran
ditambah dengan substrat amonium dan nitrat dengan konsentrasi campuran 0, 0.1,
0.2, 0.5, 1, dan 2 mM (Rusmana & Nedwell 2004). Masing-masing konsentrasi
dilakukan dua ulangan guna mengukur laju nitrifikasi (aerobik), nitrifikasi dan
DNRA (anaerobik). Substrat ion ammonium (NH4) ditambahkan kemudian
diinkubasi selama 3 jam. Analisis kinetika nitrifikasi dilakukan dengan
menggunakan persamaan kinetika Michaelis-Menten. Jumlah amonium yang
dioksidasi dari sampel tanah diperoleh dengan menghitung selisih kadar amonium
awal dan saat analisis.
Pengukuran Laju Denitrifikasi dan DNRA
Sampel tanah yang telah dibuat slurry diencerkan seperti perlakuan
sebelumnya kemudian ditambahkan nitrat sebagai substrat. Slurry diinkubasi
dalam kondisi anaerob selama 3 jam kemudian laju denitrifikasi dan DNRA
diukur (Rusmana & Nedwell 2004). Jumlah nitrat yang direduksi dari sampel
tanah diperoleh dengan menghitung selisih kadar nitrat awal dengan kadar nitrat
yang diperoleh saat analisis. Analisis kinetika denitrifikasi dan DNRA (reduksi
nitrat) dilakukan menggunakan persamaan kinetika Michaelis-Menten.
Pengukuran Konsentrasi Amonium
Kadar amonium ditentukan dengan metode spektrofotometri. Sebanyak 5
ml sampel disaring dan ditambah dengan 0.2 ml fenol alkohol 10 %, 0.2 ml
nitroprusid 0.5 %, 0.5 ml campuran hipoklorit teknis dan asam sitrat 20 % (1:4)
kemudian didiamkan selama 1 jam. Setiap setelah pemberian pereaksi dilakukan
pengadukan. Hasil reaksi akan memberikan warna biru. Warna yang terbentuk
dibaca serapannya pada panjang gelombang 640 nm (Greenberg et al. 1992). Nilai
absorban yang diperoleh dikonversi menggunakan kurva standar hingga diperoleh
satuan dalam konsentrasi (µM).
Pengukuran Konsentrasi Nitrat
Analisis kadar nitrat dilakukan dengan metode brusin, yaitu sebanyak 5 ml
sampel yang telah disaring ditambah dengan 1 ml NaCl, 0.2 ml brusin 0.5 % dan 2
ml asam sulfat pekat, dipanaskan pada suhu 90°C kemudian didinginkan pada
suhu ruang. Pemberian pereaksi akan menghasilkan warna kuning. Warna yang
terbentuk dibaca serapannya pada panjang gelombang 410 nm (Greenberg 1992).
Nilai absorbansi yang diperoleh dikonversi menggunakan persamaan dari kurva
standar hingga diperoleh satuan konsentrasi (µM).
Pengukuran Konsentrasi Nitrit
Analisis kadar nitrit dilakukan dengan cara sebanyak 5 ml sampel yang
telah disaring ditambah dengan 0.1 ml sulfanilamid 1%, dan 0.1 ml NED
(naftalena etilena diamina) 0.1%, kemudian didiamkan selama 10 menit dan
diaduk. Pemberian pereaksi akan menghasilkan warna merah muda hingga
keunguan. Warna yang terbentuk dibaca serapannya pada panjang gelombang
4
540 nm (Greenberg et al. 1992). Nilai absorbansi yang diperoleh dikonversi
menggunakan standar hingga diperoleh satuan konsentrasi (µM).
Analisis Kelimpahan Bakteri
Sebanyak 1 g sampel tanah diencerkan dalam 9 ml NaCl fisiologis dalam
labu erlenmeyer. Suspensi diletakkan dalam mesin penggoyang selama 30 menit.
Pengenceran serial dilakukan dalam media nitrifikasi dan media denitrifikasi yaitu
pada tingkat pengenceran 10-1, 10-2 dan 10-3. Sumber karbon yang digunakan pada
media nitrifikasi ialah NaHCO3 dan pada media denitrifikasi digunakan sumber
karbon berupa Na-asetat. Adapun pengukuran kelimpahan bakteri yang berperan
dalam DNRA dengan menggunakan media denitrifikasi dengan sumber karbon
glukosa. Kelimpahan bakteri diukur dengan menggunakan metode Most Probable
Number (MPN). Nilai MPN tabel diambil dari hasil tiga pengenceran seri.
Kombinasi dipilih dimulai dari tabung yang masih menghasilkan semua tabung
positif, sedangkan pada pengenceran berikutnya ada tabung yang negatif (Rahayu
& Nurwitri 2012). Penentuan nilai MPN dapat menggunakan tabel MPN atau
menggunakan perangkat lunak MPN calculator (www.i2work.com). Adapun
rumus umum penghitungan MPN adalah sebagai berikut:
nilai MPN tabel
MPN contoh =
X faktor pengenceran yang di tengah
100
(MPN.ml-1 atau MPN.gram-1)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
3
(b)
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
500
1000
1500
2000
Konsentrasi substrat (µM)
Laju rata- rata (µmol.jam-1.g.tanah-1 )
(a)
Laju rata- rata (µmol.jam-1.g.tanah-1 )
Pengukuran Laju Potensial Nitrifikasi, Denitrifikasi dan DNRA
Laju yang paling dominan pada plot BR2 (Gambar 1) ialah laju
denitrifikasi, dan laju paling rendah ialah DNRA. Aktivitas denitrifikasi pada
kedalaman 0-5 cm lebih tinggi daripada kedalaman 6-10 cm, sama halnya dengan
laju nitrifikasi. Adapun laju DNRA pada kedalaman 0-5 cm lebih rendah
dibandingkan dengan laju DNRA pada kedalaman 6-10 cm. Aktivitas nitrifikasi
plot BR2 merupakan laju nitrifikasi tertinggi yaitu 2.109 µmol.jam-1.g.tanah-1 pada
kedalaman 0-5 cm (Gambar 1a), sedangkan laju nitrifikasi yang paling rendah
terdapat pada plot BJ3 kedalaman 0-5 cm yaitu 1.270 µmol.jam-1.g.tanah-1
(Gambar 5a).
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
500
1000
1500
2000
Konsentrasi substrat (µM)
Gambar 1 Laju potensial pada plot BR2 (a) kedalaman 0-5 cm (b) 6-10 cm. .
Laju nitrifikasi ( ), denitrifikasi ( ), DNRA ( )
5
3.5
(b)
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
Laju rata- rata (µmol.jam-1.g.tanah-1 )
(a)
Laju rata- rata (µmol.jam-1.g.tanah-1 )
Laju potensial nitrifikasi diukur melalui penghitungan konsentrai substrat
amonium yang berkurang (teroksidasi) dibagi dengan bobot tanah yang digunakan
sebagai slury, kemudian di bagi per satuan waktu (jam). Proses oksidasi tersebut
berlangsung secara aerob. Adapun laju proses denitrifikasi dan DNRA diukur
dengan prosedur yang sama namun inkubasi dilakukan secara anaerob. Aktivitas
denitrifikasi yang paling tinggi terdapat pada plot pompa air karet, dengan
kedalaman 6-10 cm (Gambar 2b) yaitu 2.935 µmol.jam-1.g.tanah-1 dan laju
aktivitas denitrifikasi paling kecil yaitu 2.674 µmol/jam/g.tanah, pada plot BJ3
kedalaman 6-10 cm (Gambar 5b). Secara umum pada plot pompa air karet, laju
potensial yang dominan ialah denitrifikasi, kemudian nitrifikasi dan DNRA. Laju
nitrifikasi dan denitrifikasi tidak jauh antara kedalaman 0-5 cm maupun 6-10 cm.
Sedangkan laju DNRA pada plot pompa air karet semakin menurun, berbanding
terbalik dengan konsentrasi substrat (Gambar 2).
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
500
1000
1500
2000
Konsentrasi substrat (µM)
0
500
1000
1500
2000
Konsentrasi substrat (µM)
Gambar 2 Laju potensial pada plot Pompa air karet (a) kedalaman 0-5 cm (b) 6-10
cm. Laju nitrifikasi ( ), denitrifikasi ( ), DNRA ( )
Laju nitrifikasi pada plot BR3 0-5 cm yaitu 2.045 µmol.jam-1.g.tanah-1
(Gambar 3a), sedang pada kedalaman 6-10 cm yaitu 1.924 µmol.jam-1.g.tanah-1
(Gambar 3 b). Laju potensial denitrifikasi pada plot BR3 0-5 cm yaitu 2.915
µmol.jam-1.g.tanah-1 (Gambar 3a), sedangkan pada kedalaman 6-10 cm yaitu
2.934 µmol.jam-1.g.tanah-1 (Gambar 3b). Aktivitas tersebut menjadi laju potensial
yang paling besar dibanding DNRA dan nitrifikasi pada plot tersebut. Aktivitas
DNRA merupakan aktivitas reduksi nitrat yang terjadi secara anaerob fermentatif.
Laju DNRA menjadi aktivitas yang paling rendah, hal tersebut juga terlihat
dengan adanya aktivitas DNRA yang semakin menurut dengan bertambahnya
konsentrasi substrat.
3.5
(b)
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
500
1000
1500
Laju rata-rata (µmol.jam-1.g.tanah-1 )
(a)
Laju rata- rata (µmol.jam-1.g.tanah-1 )
6
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
2000
500
1000
1500
2000
Konsentrasi substrat (µM)
Konsentrasi substrat (µM)
Gambar 3 Laju potensial plot BR3 (a) kedalaman 0-5 cm (b) 6-10 cm. Laju
nitrifikasi ( ), denitrifikasi ( ), DNRA ( )
(b)
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
500
1000
1500
2000
Laju rata- rata (µmol.jam-1.g.tanah-1 )
(a)
Laju rata- rata (µmol.jam-1.g.tanah-1 )
Pada plot bungku karet, laju potensial nitrifikasi pada kedalaman 0-5cm
yaitu 1.510 µmol.jam-1.g.tanah-1 (Gambar 4a) dan pada 6-10 cm yaitu 1.746
µmol.jam-1.g.tanah-1 (Gambar 4b). Laju nitrifikasi dan denitrifikasi pada
kedalaman 0-5 cm dan 6-10 cm tidak berbeda jauh. Sedangkan laju reduksi nitrat
disimilatif (DNRA) berbeda, hal tersebut terlihat dengan adanya penurunan laju
DNRA seiring dengan naiknya konsentrasi substrat (Gambar 4a) namun pada
keadalaman 6-10 cm laju DNRA naik pada konsentrasi substrat 2000 µmol
(Gambar 4b).
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
-0.5
500
1000
1500
Konsentrasi substrat (µM)
Konsentrasi substrat (µM)
Gambar 4 Laju potensial plot Bungku karet (a) kedalaman 0-5 cm (b) 6-10 cm.
Laju nitrifikasi ( ), denitrifikasi ( ), DNRA ( )
2000
7
3
(b)
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
500
1000
1500
Laju rata- rata(µmol.jam-1.g.tanah-1 )
(a)
Laju rata- rata (µmol.jam-1.g.tanah-1 )
Pada plot BJ3 kedalaman 0-5 cm terdapat aktivitas laju DNRA yang
paling tinggi dibandingkan dengan plot yang lain yaitu 0.173 µmol.jam-1.g.tanah-1
(Gambar 5a). Adapun laju DNRA yang paling rendah terdapat pada plot BR3
kedalaman 0-5 cm yaitu 0.006 µmol.jam-1.g.tanah-1 (Gambar 3a).
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
2000
Konsentrasi substrat (µM)
500
1000
1500
2000
Konsentrasi substrat (µM)
Gambar 5 Laju potensial plot BJ3 (a) kedalaman 0-5 cm (b) 6-10 cm.
Laju nitrifikasi ( ), denitrifikasi ( ), DNRA ( )
Laju potensial yang berlangsung pada masing-masing plot dengan
kedalaman 0-5 cm dan 6-10 cm (Gambar 1, 2, 3, 4, 5). Umumnya nilai laju
nitrifikasi yang didapatkan tidak berbeda jauh antara kedalaman 0-5 cm maupun
6-10 cm. Laju potensial DNRA, merupakan nilai laju potensial yang paling kecil.
Umumnya nilai laju potensial DNRA yang didapatkan < 0,2 µmol/jam/g.tanah.
Nilai laju potensial yang didapat kemudian diolah dengan menggunakan
persamaan kinetika Michaelis-Menten, plot Lineweaver-Burk (Double resiprocal)
dengan membagi V menjadi 1/V dan S menjadi 1/S guna mendapatkan nilai
konstanta Michaelis-Menten (Km) dan Vmaks (Tabel 1 dan 2). Beberapa nilai
dari laju potensial tidak dapat dihitung (nilainya negatif) dengan plot LineweaverBurk, sehingga tidak ditampilkan pada tabel.
Tabel 2 Nilai Km dan Vmax berbagai plot kedalaman 0-5 cm
Plot
Laju potensial
BR2
DNRA
BR3
Bungku Karet
BJ3
DNRA
Nitrifikasi
Nitrifikasi
Denitrifikasi
Km
(µM)
Vmaks
(µM.jam-1)
R-sq
28.52
0.11
0.62
505.89
4406.78
9721.43
5819.84
0.01
4.23
7.14
7.94
0.69
0.97
0.99
0.98
8
Tabel 3 Nilai Km dan Vmax berbagai plot kedalaman 6-10 cm
Plot
BR2
BR3
Bungku karet
Laju potensial
Nitrifikasi
DNRA
Nitrifikasi
Nitrifikasi
Km
(µM)
25375.68
57.02
46363.64
2500.00
Vmaks
(µM.jam-1)
27.03
0.09
45.45
2.25
R-sq
0.99
0.72
0.99
0.95
Pengukuran Tingkat Kelimpahan Bakteri
Pengukuran tingkat kelimpahan bakteri dilakukan dengan metode MPN,
dengan menggunakan MPN 3 seri tabung. Pengenceran yang digunakan yaitu 10 1106 untuk bakteri nitrifikasi dan 103-108 untuk bakteri denitrifikasi dan DNRA.
Umumnya pada kedalaman 0-5 cm (Tabel 3) kelimpahan bakterinya lebih tinggi
dibandingkan dengan kedalaman 6-10 cm (Tabel 4). Tingkat kelimpahan bakteri
bergantung pada tersedianya substrat yang dibutuhkan untuk kelangsungan hidup
bakteri. Kelimpahan bakteri yang paling tinggi ialah bakteri denitrifikasi,
kemudian DNRA dan nitrifikasi.
Tabel 4 Tingkat kelimpahan bakteri pada
Plot
Nutrien
BR-2
Nitrifikasi
Denitrifikasi
DNRA
Nitrifikasi
Denitrifikasi
DNRA
Nitrifikasi
Denitrifikasi
DNRA
Nitrifikasi
Denitrifikasi
DNRA
Nitrifikasi
Denitrifikasi
DNRA
Pompa air karet
BR-3
Bungku karet
BJ-3
Kelimpahan bakteri
(MPN.g.tanah-1)
0-5 cm
6-10 cm
1.35x105
7.05x104
1.54x104
1.45x104
1.19x105
2.7x105
1.52x103
4.4x106
7.05x105
4.7x101
2.5x107
2.2x106
2.4x101
1.59x107
2.14x106
3.6x103
1.57x104
2.1x104
5.6x103
1.5x107
2.85x106
1.86x102
2.25x106
8.25x105
7.55x102
1.8x106
4.4x105
1.3x101
1.1x108
2.93x105
Tingkat kelimpahan bakteri (MPN.g.tanah-1) menunjukkan kemungkinan
adanya bakteri yang ada dalam satu gram tanah. Penghitungan dilakukan dua
ulangan, kemudian didapatkan hasil rata-rata dari ulangan 1 dan 2. Bakteri
denitrifikasi memiliki aktivitas paling dominan (Tabel 3). Bakteri denitrifikasi
berkorelasi positif dengan laju potensialnya. Sedangkan laju nitrifikasi dan DNRA
tidak berkorelasi positif dengan tingkat kelimpahan bakterinya.
9
Pembahasan
Pengukuran Laju Potensial Nitrifikasi, Denitrifikasi dan DNRA
Aktivitas oksidasi amonium (nitrifikasi) pada lahan hutan karet diketahui
lebih tinggi dibandingkan dengan aktivitas reduksi nitrat disimilatifnya (DNRA).
Terbukti pada aktvitas laju potensial nitrifikasi yang selalu lebih tinggi
dibandingkan dengan DNRA pada semua plot pengambilan sampel. Laju oksidasi
amonium (nitrifikasi) tersebut tidak berkorelasi positif dengan tingkat kelimpahan
bakterinya. Laju potensial nitrifikasi menjadi proses yang lebih tinggi
dibandingkan dengan laju DNRA.
Proses denitrifikasi merupakan proses reduksi nitrat. Nitrat direduksi
menjadi nitrit, nitrit oksida, nitrous oksida dan terakhir dibentuk gas dinitrogen
(Robertson & Groffman 2007). Menurut Purwoko (2007), proses denitrifikasi
terjadi pada tanah yang anaerob dengan NO3- menjadi akseptor elektron
menggantikan O2. Hasil akhir dari proses denitrifikasi adalah gas N2O. Hal
tersebut merupakan fungsi dari enzim N2O reduktase, aktivitas enzim bergantung
pada biosintesis dan inaktivasi, sedangkan regulator utamanya ialah kondisi
oksigen dan kondisi substrat nitrogen (Rende et al. 1991 dalam Agustiyani et al.
2011).
Secara umum laju potensial denitrifikasi merupakan laju potensial yang
paling tinggi dibandingkan dengan laju nitrifikasi dan denitrifikasi dalam
penelitian ini. Hal tersebut berkorelasi positif dengan angka kelimpahan bakteri
yaitu bakteri denitrifikasi (pereduksi nitrat). Menurut Agustiyani et al. (2011)
aktivitas denitrifikasi di tanah hutan relatif lebih tinggi dibandingkan di lahan
yang lain, seperti sawah organik maupun sawah pertanian intensif. Selain itu
ketersediaan sumber karbon dalam tanah juga sangat berpengaruh terhadap proses
denitrifikasi dan DNRA. Besarnya laju denitrifikasi akan berbanding terbalik
dengan laju DNRA, karena laju proses denitrifikasi terjadi ketika sumber karbon
dalam tanah lebih sedikit dibandingkan substrat NO3-. Ketika sumber karbon yang
tersedia tinggi, maka akan terjadi proses DNRA, karena DNRA terjadi secara
anaerobik fermentatif.
Aktivitas reduksi nitrat disimilatif (DNRA) dipengaruhi sangat dipengaruhi
oleh kondisi lingkungan tertentu, misalnya kondisi yang lebih anaerob
dibandingkan dengan denitrifikasi (Yin et al. 2002). Selain itu faktor lingkungan
yang paling berpengaruh ialah rasio C/NO3- dalam tanah (Fazzolari et al. 1998).
Berdasarkan data tingkat kelimpahan bakteri, bakteri berperan dalam DNRA
umumnya lebih tinggi dibanding dengan bakteri nitrifikasi, namun laju potensial
DNRA lebih kecil dibandingkan dengan nitrifikasi. Hubungan dari kedua variabel
tersebut tidak berkorelasi positif seperti halnya kelimpahan bakteri denitrifikasi
dan laju denitrifikasinya.
Laju DNRA yang kecil karena sedikitnya sumber karbon yang tersedia
dalam tanah hutan tersebeut. Cadangan karbon pada hutan monokultur karet
cenderung lebih rendah dibandingkan dengan hutan alam (Cesylia 2009). Menurut
Kelso et al. (1999) aktivitas bakteri DNRA akan dominan ketika di wilayah
tersebut kaya akan sumber karbon, karena adanya sumber karbon yang tinggi
lebih disukai oleh bakteri fermentasi. Sebaliknya, jika pada wilayah tersebut kaya
akan sumber NO3- dan miskin sumber karbon maka bakteri denitrifikasi akan
lebih dominan. Hal ini sesuai dengan data yang didapatkan, yaitu lebih
10
dominannya bakteri denitrifikasi sehingga laju denitrifikasi lebih besar dibanding
reduksi nitrat disimilatif (DNRA).
Nilai Km dan Vmaks yang diperoleh bervariasi, namun umumnya nilai Km
dan Vmaks negatif. Nilai negatif tersebut menunjukkan konsentrasi substrat (S)
dan nilai laju (V) yang sangat kecil (Dowd & Riggs 1965), sehingga terdeteksi
negatif jika dihitung menggunakan plot Linweaver-Burk. Km merupakan
konsentrasi substrat ketika separuh dari lokasi aktifnya telah terisi, yaitu bila
kecepatan reaksi enzim telah mencapai ½ Vmaks (Wiseman 1989). Umumnya
nilai Km dan Vmaks yang bernilai positif adalah laju nitrifikasi. Km dan Vmaks
positif, menunjukkan adanya konsentrasi subtrat yang cukup besar, sehingga nilai
laju maksimalnya pun berniali positif (Dowd & Riggs 1965). Menurut Fox
(1991) dalam Putra (2009) nilai Km tingkat afinitas enzim-substrat (E-S), yang
merupakan suatu indikator kekuatan ikatan kompleks E-S. Kecilnya nilai Km
berarti kompleks E-S mantap (stabil), selain itu afinitas enzim tinggi terhadap
substrat. Jika nilai Km besar berlaku kebalikannya.
Pengukuran Kelimpahan Bakteri
Hasil perhitungan kelimpahan bakteri menunjukkan bahwa tingkat
kelimpahan bakteri paling tinggi yaitu bakteri denitrifikasi> DNRA> nitrifikasi.
Bakteri denitrifikasi menjadi bakteri yang paling dominan berkorelasi positif
dengan laju potensialnya, dicirikan dengan laju potensial yang paling tinggi pada
tiap konsentrasi substrat. Tingginya kelimpahan bakteri denitrifikasi disebabkan
rendahnya sumber karbon yang ada di tanah, dan tingginya kadar NO3-, sehingga
aktivitas reduksi nitrat yang terjadi tidak terjadi secara fermentatif seperti halnya
DNRA.
Adapun kelimpahan bakteri DNRA lebih banyak dibandingkan dengan
bakteri nitrifikasi, namun tidak berkorelasi positif dengan laju potensialnya. Hal
tersebut disebabkan rendahnya sumber karbon yang tersedia, sehingga tidak
semua bakteri yang ada melakukan aktivitas reduksi nitrat. Terlihat dengan
rendahnya laju potensial DNRA dibandingkan dengan nitrifikasi maupun
denitrifikasi.
Kelimpahan bakteri nitrifikasi merupakan tingkat kelimpahan yang paling
sedikit, nitrifikasi menjadi proses dengan laju potensial yang cukup tinggi.
Kondisi lingkungan sangat berpengaruh terhadap pertumbuhan bakteri yang
berperan dalam nitrifikasi. Faktor lingkungan yang berpengaruh tersebut antara
lain pH, suhu, kelembaban, adanya senyawa penghambat nitrifikasi seperti
nitrapirin (Muller 2002 dalam Agustiyani et al. 2010).
11
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Laju potensial yang dominan pada hutan karet Jambi adalah laju
denitrifikasi, kemudian nitrifikasi dan DNRA. Tingginya laju denitrifikasi
berkorelasi positif dengan kelimpahan bakterinya. Laju denitrifikasi yang tinggi
berkebalikan dengan laju DNRA. Laju nitrifikasi menjadi laju potensial yang
lebih tinggi dari DNRA namun kelimpahan bakterinya lebih sedikit.
Saran
Perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai laju anamoks. pada lahan
hutan karet Jambi, sehingga dapat diketahui kecenderungan reduksi nitrat yakni
melalui Denitrifikasi, DNRA atau Anamoks. Selain itu perlu dilakukan penelitian
tentang komposisi jenis bakteri yang berperan dalam proses tersebut. Perhitungan
kinetika laju potensial yang digunakan menggunakan jenis plot lain, sehingga
metode yang digunakan semakin berkembang.
DAFTAR PUSTAKA
Agustiyani D, Laili N, Imamuddin H, Sulistinah N. 2011. Populasi dan aktivitas
denitrifikasi serta emisi gas N2O pada lahan pertanian organik, pertanian
intensif dan hutan. Berk Penel Hayati. 17: 15- 19.
Agustiyani D, Kayadoe M, Imamuddin H. 2010. Oksidasi nitrit oleh bakteri
heterotrofik pada kondisi anaerobik. J Biol Indones. 6(2): 265- 275.
Cesylia L. 2009. Cadangan karbon pada pertanian karet (Hevea brasiliensis) di
Perkebunan Karet Bojong Datar PTP Nusantara VIII Kabupaten
Pandeglang Banten [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Dowd JE, Riggs DS. 1965. A comparison of estimates of Michaelis-Menten
kinetic constants from various linear transformations. J Biol Chem. 240
(2): 863- 869.
Effendi. 2000. Telaah kualitas air bagi pengelolaan sumberdaya lingkungan
perairan [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Enwall K, Laurent P, Sara H. 2005. Activity and composition of the denitrifying
bacterial community respond differently to long-term fertilization. J Appl
Microbiol. 7: 8335-8343.
Fazzolari E, Nicolardot B, Germon J C. 1998. Simultaneous effects of increasing
levels of glucose and oxygen partial pressureson denitrification and
dissimilatory reduction to ammonium in repacked soil cores. Europ J Soil
Biol. 34(1): 47–52.
Greenberg AE, Clesceri LS, Eaton AD. 1992. Standard Methods for Examination
of Water and Wastewater. Edisi ke- 18. Washington DC (US): Publication
Office American Public Health Association.
Hanson EJ, Throop PA, Serce S, Ravenscroft J, Paul EA. 2002. Comparison of
Nitrification Rates in Blueberry and Forest Soils. J Am Soc Hort Sci.
127(1): 136- 142.
12
Haynes RJ. 1986. Mineral Nitrogen in the Plant-Soil System. New York (US):
Academic Pr.
Kelso BHL, Smith RV, Laughlin RJ. 1999. Effects of carbon substrates on nitrate
accumulation in fresh water sediments. Appl Environ Microbiol. 65(1): 6166.
Novita L. 2006. Aktivitas oksidasi amonium dan reduksi nitrat Pseudomonas
stutzeri ASLT2 pada sumber karbon yang berbeda [skripsi]. Bogor (ID):
Institut Pertanian Bogor.
Purwoko T. 2007. Fisiologi Mikroba. Jakarta (ID): Bumi Aksara.
Putra GPG. 2009. Penentuan kinetika enzim poligalakturonase (PG) endogenous
dari pup biji kakao. J Biol. 8(1): 21-24.
Rahayu WP, Nurwitri CC. 2012. Mikrobiologi Pangan. Bogor (ID): IPB Pr.
Richardson DJ. 2000. Bacterial respiration: a flexible procces for a changing
environment. Microbiology 146: 551-571.
Robertson GP, Groffman PM. 2007. Soil Microbiology, Ecology and
Biochemistry. Edisi ke-3. Paul EA, editor. Oxford (UK): Elsevier Inc.
Rusmana I, Nedwell DB. 2004. Use of chlorate as a selective inhibitor to
distinguish membrane-bound nitrate reductase (Nar) and periplasmic
nitrate reductase (Nap) of dissimilative nitrate reducing bacteria in
sediment. FEMS Microbiology Ecology 48: 379-386.
Wiseman A. 1989. Handbook of Enzymes Biotechnology. Edisi ke-2. New York
(US): Ellis Howard.
Yin SX, Chen D, Chen LM, Edis R. 2002. Dissimilatory nitrate reduction to
ammonium and responsible microorganisms in two Chinese and Australian
paddy soils. Soil Biol Biochem. 34: 1131–1137.
13
LAMPIRAN
Lampiran 1 Kurva standar nitrat
Absorbansi 410 nm
0.3
y = 0.0254x + 0.0124
R² = 0.9635
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0
2
4
6
8
Konsentrasi amonium
12
Absorbansi 540 nm
Lampiran 2 Kurva standar nitrit
1.6
y = 0.0948x + 0.0114
1.4
R² = 0.9997
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
5
10
15
Konsentrasi amonium (µM)
10
20
Lampiran 3 Kurva standar amonium
Absorbansi 640 nm
2
y = 0.0236x + 0.124
R² = 0.9916
1.5
1
0.5
0
0
20
40
60
Konsentrasi amonium (µM)
80
14
Lampiran 4 Gambar slurry yang akan diinkubasi
Lampiran 5 Perubahan warna pada uji (a) kadar amonium (b) kadar nitrat (c)
kadar nitrit.
Lampiran 6 Konfirmasi uji MPN (a) Nitrifikasi (b) DNRA (c) Denitrifikasi
(a)
(b)
(c)
15
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kabupaten Batang pada tanggal 21 April 1992, sebagai
anak ketiga dari empat bersaudara, dari pasangan (alm) Sudirman dan Khumrotun.
Lulus dari SMA Takhassus Alquran Kalibeber- Wonosobo pada tahun 2009,
kemudian diterima di Departemen Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor (IPB) melaui jalur USMI.
Selama kuliah di Departemen Biologi IPB, penulis aktif di Bioworld
Himpunan Mahasiswa Biologi (HIMABIO IPB) tahun 2010-2011, dan menjdi
ketua dari divisi tersebut pada tahun 2011-2012. Selain itu penulis juga aktif di
komunitas penerima beasiswa Bank Indonesia (GEN BI) dan Organisasi
Mahasiswa daerah Pekalongan- Batang (IMAPEKA).
Selama kuliah penulis pernah menjadi asisten praktikum Biologi Dasar
(2012), Fisiologi Prokariot (2012) dan Mikrobiologi Dasar (2013). Pada bulan
Agustus 2011, penulis mengikuti kegiatan magang di IPB Culture Collection
mengenai isolasi cendawan ektomikriza dari pohon pelawan, dan pada JuliAgustus 2012, penulis melaksanakan praktik lapang di Satuan Kerja Perbenihan
dan Budidaya Ikan Air Tawar (Satker- PBIAT) Ngrajek Magelang dengan topik
Pengelolaan Pakan dan Pengaruhnya terhadap Pertumbuhan Ikan Nila hitam
(Oreochromis niloticus) dan Lele Sangkuriang (Clarias sp.). Penulis juga pernah
mengikuti program International Genetically Engineered Machine (iGEM)
regional Asia, sebagai anggota delegasi IPB di Hongkong University of Science
and Technology (HKUST) Hongkong pada Oktober 2012.