Isolasi dan Seleksi Kapang Ligninolitik dari Tanah Gambut di Desa Rimbo Panjang Kabupaten Kampar Propinsi Riau
Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013
Semirata 2013 FMIPA Unila
Isolasi dan Seleksi Kapang Ligninolitik dari Tanah Gambut di
Desa Rimbo Panjang Kabupaten Kampar Propinsi Riau
Atria Martina, Bernadeta L. Fibriarti., Rodesia M. Roza, Delita Zul, Eka P. Sari
Jurusan Biologi FMIPA Universitas Riau
Email: tria_mt05@yahoo.com
Abstrak. Lignin merupakan polimer fenilpropanoid yang kompleks sehingga sulit terurai.
Lahan gambut di desa Rimbo Panjang sebagian besar telah mengalami alihfungsi lahan yang
dapat mengancam keanekaragaman kapang khususnya kapang ligninolitik yang potensial.
Penelitian ini bertujuan untuk mengisolasi dan menyeleksi kapang ligninolitik dari tanah
gambut Desa Rimbo Panjang. Sampel tanah diambil dengan metode purposive sampling.
Seleksi kapang ligninolitik dilakukan pada medium basal mengandung guaiacol. Aktivitas
ligninolitik secara kualitatif ditentukan melalui rasio antara zona bening dengan diameter
koloni. Total populasi kapang ligninolitik dari 5 lokasi tanah gambut berkisar antara 6,9x10 3 hingga 1,2x10 4 cfu/g tanah. Seratus dua isolat kapang memperlihatkan aktivitas ligninolitik.Rasio aktivitas ligninolitik tertinggi dihasilkan isolat Aphyllophorales RPL-33 yaitu 2,75.
Sebanyak 24,50% isolat merupakan kriteria tinggi. Dua puluh lima isolat kriteria tinggi
terdiri dari genus Penicillium, Aspergillus, Trichoderma dan1 isolat dari ordo
Aphyllophorales.Kata kunci: kapang ligninolitik, lignin, , tanah gambut. seleksi, isolasi PENDAHULUAN
Lignin merupakan polimer organik alami yang tersebar luas, tidak larut dalam air, komponen penyusun utama pada tumbuhan berpembuluh yang memberikan kekuatan dan kekakuan pada tumbuhan. Lignin terutama berikatan pada humat tanah dan kompos. Kandungan lignin pada bahan organik tanah dan heterogenesitasnya mempengaruhi komposisi substansi humat tanah. Dekomposisi lignin berlangsung sangat lambat di lingkungan karena struktur kimianya yang komplek, heterogen, tidak larut dalam air dan aromatik.
Struktur senyawa lignin yang kompleks dan bersifat kaku, maka secara alamiah lignin sukar didekomposisi dan hanya sedikit mikroorganisme yang mampu mendegradasinya. Beberapa mikroba seperti jamur, bakteri dan aktinomisetes umumnya bekerjasama menguraikan, melarutkan dan mengkatabolisme lignin. Mikroba yang paling efektif mendegradsi lignin adalah jamur pelapuk putih, namun jamur Fusarium, Penicillium,
Phanerochaete flavidoalba, Coriolus versicolor, Aspergillus niger dan Schizophyllum commune juga efisien.
Enzim pendegradasi lignin merupakan enzim oksidatif atau enzim non-spesifik yang bekerja melalui mediator bukan protein. Enzim ini secara umum terdiri dari dua kelompok utama yaitu Lakase (Lac) dan Peroksidase. Peroksidase terdiri dari lignin peroksidase (LiP) dan mangan peroksidase (MnP) (Perez et al. 2002). Enzim ligninolitik Lakase diikuti MnP merupakan enzim predominan di tanah hutan sedangkan LiP jarang ditemukan.
Mikroba ligninolitik yang efisien mampu mendegradasi molekul organik rekalsitran dan komplek seperti senyawa senobiotik. Enzim ligninolitik yang dihasilkan oleh kapang ligninolitik mempunyai potensi besar untuk dimanfaatkan dan diaplikasikan di bidang pertanian salah satunya dalam pembuatan kompos. Enzim ligninolitik juga mempunyai peluang untuk diaplikasikan di industri-industri, seperti misalnya untuk degradasi polutan, biokonversi lignin,
biobleaching dan biopulping dari potongan
Artria Martina dkk: Isolasi dan Seleksi Kapang Ligninolitik dari Tanah Gambut di Desa
Rimbo Panjang Kabupaten Kampar Propinsi Riau
pour plate pada medium basal dengan
Isolat yang telah murni diseleksi dengan menginokulasikan 1 potongan agar inokulum berukuran 1cm x 1cm pada masing masing medium isolasi. Kemudian diinkubasi pada suhu ruang selama 4 hari.
Seleksi Kapang Ligninolitik
Sebanyak 10 g sampel tanah dimasukkan dalam tabung erlenmeyer yang berisi 90 ml larutan NaCl 0,85% kemudian dihomogenkan dan dilakukan pengenceran. Kultur dituangkan medium isolasi dan diinkubasi pada suhu ruang selama 4 hari. Isolat kapang yang mampu membentuk zona bening di sekitar koloni pada medium basal, dihitung total populasi dan dimurnikan pada medium Potato Dekstrosa Agar (PDA).
Medium ditambahkan 0,4 ml guaiacol dan 0,3 g congo red. pH medium diatur menjadi 5,5.
2 PO 4 , 0,5 MgSO 4 .7H 2 0 dan 0,1 CaCl 2 .
komposisi (g/l) : 0,2 ekstrak yeast, 2 KH
Isolasi dan penghitungan total isolat kapang ligninolitik menggunakan metode
kayu (wood chip), dan desulfurisasi minyak bumi dan batu bara. Proses degradasi lignin oleh kapang pelapuk putih juga membuka prospek baru untuk perkembangan bioteknologi dalam bidang bioremediasi lingkungan yang bertujuan pada degradasi polimer kompleks.
Isolasi Kapang Ligninolitik Dari Tanah Gambut
menarik dua garis silang sepanjang 20 m dipetakan dilokasi pengambilan sampel. Subsampel tanah diambil sebanyak 9 pada setiap jarak 5 m di sepanjang garis, lalu dikompositkan menjadi 1 sampel tanah, dilakukan dengan cara yang sama untuk 4 titik sampel lainnya. Sampel tanah diambil pada lapisan permukaan antara 0-15 cm setelah serasah pada lapisan atas dibuang. Sampel tanah diambil sekitar 250 gram dan dilakukan dengan 3 kali pengambilan untuk setiap titik subsampel. Sampel yang telah diambil dimasukkan kedalam kantong plastik bersih yang diberi label kemudian disimpan dalam refrigerator sebelum isolasi dikerjakan
purposive random samplin g dengan cara
Sampel tanah gambut dikoleksi di daerah perkebunan karet Desa Rimbo Panjang Kec. Tambang Kab. Kampar. Pengambilan sampel tanah menggunakan metode
METODE PENELITIAN Pengambilan Sampel
Peningkatan alih fungsi lahan menjadi pemukiman di Desa Rimbo Panjang dapat mengancam keanekaragaman kapang di tanah gambut, khususnya kapang ligninolitik potensial. Penelitian ini dilakukan sebagai langkah awal untuk memperoleh isolat kapang ligninolitik indigenus yang mampu mendegradasi senyawa lignin dan turunannya dengan mengisolasi dan menyeleksi kapang yang berasal dari tanah gambut di Desa Rimbo Panjang Kabupaten Kampar Propinsi Riau.
Propinsi Riau merupakan daerah yang memiliki lahan gambut terluas di Sumatera. Umumnya gambut tropika didominasi oleh jenis kayu-kayuan yang kaya akan ligninsenyawa organik utama yang terdapat dalam tanah gambut daerah tropika yaitu lignin sebesar 60%, serta selulosa, hemiselulosa dan protein yang kadarnya tidak lebih dari 11%.
Kemampuan ligninolitik isolat ditandai dengan pembentukan zona bening disekitar koloni. Rasio perbandingan diameter zona bening dengan diameter koloni (Ratio=Z/K) digunakan untuk melihat aktivitas enzim ligninolitik tiap isolat secara kualitatif. Isolat tersebut kemudian dikelompokkan ke dalam kriteria tinggi, sedang dan rendah berdasarkan uji nilai tengah (median) dari rasio produksi enzim yang dihasilkan
Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013
Semirata 2013 FMIPA Unila
3 pada inkubasi selama 4 hari
Gambar 2. Seleksi isolat ligninolitik RPL- 3
diameter zona bening 2,74 cm dan diameter koloni 2,46 cm.
4 -15. dengan
dengan diameter zona bening 8,00 cm dan diameter koloni 2,90 cm (Gambar 2). Rasio aktivitas terendah yaitu 1,10 yang dihasilkan oleh isolat RPL
3 -3)
Sebanyak 102 isolat kapang ligninolitik berhasil diisolasi dari sampel tanah gambut di perkebunan karet Desa Rimbo Panjang Kabupaten Kampar Propinsi Riau. Isolat yang diisolasi merupakan isolat yang mampu membentuk zona bening pada medium basal (Gambar 2). Zona bening yang terbentuk merupakan petunjuk awal bahwa isolat tersebut mempunyai potensi sebagai kapang pendegradasi senyawa lignin. Hasil seleksi setelah diinkubasi selama 4 hari, diperoleh rasio aktivitas tertinggi yaitu 2,75 yang dihasilkan oleh isolat dari ordo Aphyllophorales (RPL
Isolasi dan Seleksi Kapang Ligninolitik.
Jumlah jamur di dalam tanah dapat dipengaruhi oleh kandungan bahan organik didalamnya. Rumput-rumputan dan paku- pakuan memiliki kandungan lignin cukup tinggi yang berkisar antara 10-30%. Hal tersebut dapat meningkatkan akumulasi kandungan lignin pada tanah dan secara tidak langsung mempengaruhi keberadaan kapang ligninolitik didalamnya. Bahan organik tersebut mampu berfungsi sebagai sumber energi dan makanan bagi mikroorganisme tanah, sehingga semakin banyak bahan organik yang terdapat pada lahan maka semakin tinggi jumlah kapang yang terkandung didalamnya.
Perbedaan total populasi yang cukup signifikan diperoleh pada lokasi 4, diduga hal ini dikarenakan adanya perbedaan vegetasi bawah yang menutupi permukaan tanah gambut. Vegetasi dominan yang menutupi permukaan tanah gambut pada kebun karet lokasi 4 adalah kelompok paku-pakuan dan rumput-rumputan dan sebagian telah membentuk habitus semak. Variasi vegetasi tersebut mempengaruhi variasi jenis dan jumlah kapang didalamnya.
tanah dan total populasi kapang ligninolitik terendah diperoleh di lokasi 2 yaitu 6,9x10
Total populasi kapang ligninolitik tertinggi diperoleh di lokasi 4 yaitu 1,2x10
4 CFU/g tanah (Gambar 1).
hingga 1,2x10
Gambar diatas menjelaskan tentang total populasi kapang ligninolitik yang mampu tumbuh pada medium basal mengandung lignin berkisar antara 6,9x10
Gambar 1. Total populasi kapang ligninolitik dari tanah gambut Desa Rimbo Panjang Kabupaten Kampar Propinsi Riau.
HASIL DAN PEMBAHASAN Total Populasi Kapang Ligninolitik.
3 CFU/g tanah
4 CFU/g
3 CFU/g tanah.
- 3 juga mempunyai diameter zona bening yang terbesar yaitu 7,1 cm dalam waktu 4 hari. Pembentukan zona bening pada koloni ini sudah diperlihatkan pada hari pertama inkubasi Diameter ini lebih besar dari yang didapat Ang et al.
- – 2,24) dan rendah (<1,20) (Tabel 1). Isolat dengan kriteria tinggi hanya 3,08% sedangkan isolat dengan kriteria sedang cukup banyak yaitu 76,9%.
<1,24
3 3) sebesar
tanah. Jumlah Kapang ligninolitik yang diperoleh sebanyak 102 isolat dengan rasio aktivitas tertinggi dihasilkan oleh 1 isolat dari Aphyllophorales (RPL-
4 CFU/g
hingga 1,2x10
3
Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan mengenai isolasi dan seleksi kapang ligninolitik dari tanah gambut di Desa Rimbo Panjang Kabupaten Kampar Propinsi Riau dapat diambil kesimpulan bahwa total populasi isolat kapang yang diperoleh dari lima sampel tanah gambut di perkebunan karet Desa Rimbo Panjang Kabupaten Kampar Propinsi Riau berkisar antara 6,9x10
KESIMPULAN
dalam genus Aspergillus, 1 isolat kapang termasuk dalam genus Trichoderma dan 1 isolat termasuk dalam ordo Aphyllophorales.
Penicillium , 6 isolat kapang termasuk
Sebanyak 25 isolat yang tergolong dalam kriteria tinggi dilakukan karakterisasi secara morfologi. Hasil karakterisasi diperoleh 17 isolat yang termasuk dalam genus
Sebagian besar isolat kapang ligninolitik yang diperoleh dalam penelitian ini mempunyai aktivitas ligninolitik yang tergolong dalam kriteria sedang dalam menghasilkan enzim ligninolitik. Kemampuan aktivitas ligninolitik setiap isolat yang berbeda dapat disebabkan kemampuan isolat dalam memproduksi enzim atau jenis enzim ligninolitik yang dihasilkan juga berbeda. Proses degradasi lignin terjadi akibat peranan enzim lignin peroksidase (LiP), mangan peroksidase (MnP), dan lakase. Trametes versicolor mampu menghasilkan MnP dan Lac sedangkan Ganoderma carnosum hanya menghasilkan MnP saja. Produksi kombinasi enzim yang berbeda menunjukkan perbedeaan kemampuan jamur dalam mendegradasi media mengandung lignin meskipun dalam genera yang sama.
21 24,50 54,90 20,58
56
25
>1,51 1,24- 1,51
Artria Martina dkk: Isolasi dan Seleksi Kapang Ligninolitik dari Tanah Gambut di Desa
Rimbo Panjang Kabupaten Kampar Propinsi Riau
Tinggi Sedang Rendah
Jumlah isolat Persentase (%)
Kriteria Rasio aktivitas (Z/K)
Tabel 1. Kriteria aktivitas kapang ligninolitik dari 102 isolat berdasarkan uji nilai tengah
Berdasarkan rasio produksi enzim ligninolitik (Z/K), isolat-isolat ini dapat dibagi atas 3 kriteria yaitu tinggi (>2,24), sedang (1,20
cm pada hari ke 4.
Phanerochaete chrysosporium membentuk zona bening 2,4
ke 6 dengan menggunakan guaiacol dan RBBR sebagai reagen skrining. Artiningsih dengan menggunakan Poly R-478 mendapatkan bahwa
Pleurotus sajor-caju yaitu 7,0 cm pada hari
3
Isolat RPL
banyak diketahui dan diteliti mempunyai kemampuan ligninolitik yang baik, kemampuan isolat RPL 3 -3 lebih baik. Berdasarkan Phanerochaete chrysosporium mempunyai aktivitas sebesar 118% atau 1,18.
Phanerochaete chrysosporium yang telah
Hasil rasio aktivitas tertinggi yang didapat lebih baik dari penelitian yang mendapatkan Pleurotus sajor-caju sebagai isolat terbaik dengan rasio 2,59 setelah 6 hari inkubasi. Bila dibandingkan dengan
2,75. Dari 25 isolat kelompok kriteria tinggi
Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013
UCAPAN TERIMA KASIH
Pazarlioglu. (2009). Screening for ligninolytic enzymes from autochthonous fungi and applications for decolorization of Remazole Marine Blue. Braz. J. Microbiol. 40:2
Aspergillus,
1 isolat dari genus
Trichoderma dan 1 isolat dari ordo Aphyllophorales.
Ucapan terimakasih kepada Lembaga Penelitian Universitas Riau yang telah mendanai penelitian ini melalui Penelitian Berbasis Laboratorium.
DAFTAR PUSTAKA Arora A., L. Nain dan J.K. Gupta. (2005).
Solid-state fermentation of wood residues by Streptomyces griseus B1, a soil isolate,and solubilization of lignins.
World Journal of Microbiology & Biotechnology. 21: 303
1919-1926. Erden, E., M. C. Ucar, T. Gezer, N.K.
chrysosporium BKM-F1767. Applied and Environmetal Microbiology, 59 (6) :
CRC Press, USA Dozoretz CG, N Rothschild, Y Hadar. 1993. Overproduction of lignin peroxidase by Phanerochaete
Biodegradation: Microbiology, Chemistry and Applications , Vol. II.
Isolation and characterization of lignocelluloses decomposing actinomycetes. In: Kirk T.K., Higuchi T., Chang H.-m. (eds.) Lignin
Professional, England, pp. 382-393 Crawford D.L., Sutherland J.B. (1980)
- –308. Ang T.N., G.C. Ngoh dan A.S.M. Chua.
and Biotechnol. 51/52: 137-144
Glazer AN, H Nikaido. 2007. Microbial
Manangeeswaran M.j, V. V. Ramalingam, K. Kumar, N. Mohan.(2007).
33. Mabrouk A.M., Zeinab, H. Kheiralla, R.H. Eman, A.Y. Amani dan A. A. El Abeer. (2010). Screening of some marine- derived fungal isolates for lignin degrading enzymes (LDEs) production. Agric. Biol. J. N. Am.,1(4): 591-599
Vijay Kumar, 2007. Production of cellulase-free xylanase from a novel yeast strain used for biobleaching in paper industry. Res. J. Microbiol., 2: 24-
Research . 68:325-331 Malabadi, R.B., S. Raghvendra and S.
USA:Cambridge. Kausik,P. dan A. Malik,( 2009). Microbial decolourization of textile dyes through isolates obtained from contaminated sites. Journal of Sci. & Industrial
Biotechnology: Fundamentals of Applied Microbiology, second edition.
Semirata 2013 FMIPA Unila yang diseleksi, 17 isolat termasuk dalam genus Penicillium, 6 isolat dari genus
International Symposium. The Science of Composting. Blackie Academic &
(2011). A quantitative method for fungal ligninolytic enzyme screening studies. Asia-Pacific J.Chem. Eng. 6(4):589 –595. Artiningsih T. (2006). Aktivitas
Ligninolitik Jenis Ganoderma pada Berbagai Sumber Karbon. Biodiversitas. 7:307-311
Bandounas L., N.JP Wierckx, J.H de Winde dan H.J Ruijssenaars.(2011). Isolation and characterization of novel bacterial strains exhibiting ligninolytic potential.
BMC Biotechnol. 11: 94.
Chahal D.S., D. Kluepfel, R. Morosoli, F.
Shareck, S. Laplante, D. Rouleau. 1995. Uses of dyes in solid medium for screening ligninolytic activity of selective actinomycetes. Appl. Biochem.
Chen Y., Chefetz B., Hadar Y. (1996) Formation and properties of humic substance originating from compost. In: Bertoldi M., Sequi P., Lemmes B., Papi T. (eds.) European Commission
- –974 Perez J, J Munoz Dorado, Te de la Rubia, J Martinez. 2002. Biodegradation and biological treatments of cellulose, hemicellulose and lignin : an Overview.
- –41
Punnapayak. (2009). Decolourization of pulp mill wastewater using thermotolerant white rot fungi. Science
Steffen KT. (2003). Degradation of Recalcitrant Biopolymers and Polycyclic. Aromatic Hydrocarbons by Litter-Decomposing Basidiomycetous Fungi. Dissertasion. Division of Microbiology Departement of Applied Chemistry and Microbiology Viikki Biocenter. University of Helsinki.
X. Tian, X. Fan, X. He.(2010). Decomposing ability of filamentous fungi on litter is involved in a subtropical mixed forest. Mycologia, 102(1):20-26 Sulistinah N.(2008). Potensi Melanotus Sp. dalam mendegradasi lignin. Bidang Mikrobiologi,LIPI. Jurnal Biologi XII (1):6-8
Biotechnology Letters. 16: 303-308 Song, F.
(1994). Isolation of a Lignolytic Bacterium for The Degradation And Possible Utilization of Coir Waste.
1713-1717 Uma, L. R. Kalaiselvi, G. Subramanian,
chrysosporium Water Research. 32(5):
Tuomela, M. (2002). Degradation of lignin and other 14C-labelled compounds in compost and soil with an emphasis on white-rot fungi. Dissertasion. Dept. of Applied Chem.and Microbiology. University of Helsinki. Tatarko,M.,J.A. Bumpus.(1998). Biodegrad ation of Congo Red by Phanerochaete
Asia 35:37
International Microbiology 5: 53-63 Prasongsuk S., P. Lotrakul, T. Imai, H.
Artria Martina dkk: Isolasi dan Seleksi Kapang Ligninolitik dari Tanah Gambut di Desa
Rimbo Panjang Kabupaten Kampar Propinsi Riau
Osono, T.(2007). Ecology of ligninolytic fungi associated with leaf litter decomposition. Ecol Res. 22: 955
Isolation of a lignin-decolorizing bacterium . J. Fermentation and Bioeng. 80(3): 296-299
Morii,H. K. Nakamiya, S. Kinoshita.(1995).
Archives of Biology and Technology 47(2), 179-183.
Fed-batch decolorization of poly R-478 by Trametes versicolor. Brazilian
Moreira MT, C Viacava, G Vidal. 2004.
Prosiding seminar UNRI-UKM ke 3 . Pekanbaru.
Kemampuan Ganoderma sp. Strain Lokal mendegradasi lignin pada beberapa konsentrasi lindi hitam .
Degradation of indulin, a kraft pine lignin, by Serratia marcescens. Journal of Environ. Sci. and Health, Part B, 321 – 327. Martina, A. dan S. Devi. (2005).
Helsinki