KARAKTERISASI DAN UJI AKTIVITAS BAKTERI DENITRIFIKASI PEREDUKSI DINITROGEN OKSIDA (N2O) YANG DIISOLASI DARI TANAH SAWAH.
Dr. Ratna Setyaningsih, M.Si. Lahir di Surakarta 14 Juli 1966. Perempuan yang
memiliki NIP 196607141999032001 adalah staf pengajar di Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam UNS. Riwayat pendidikan tinggi
yang berhasil diselesaikannya adalah tahun 1992 lulus sarjana (S-1) Biologi
dari Universitas Gadjah Mada untuk bidang ilmu: Mikrobiologi, tahun 2001
lulus Magister (S-2) dari Universitas Gadjah Mada untuk bidang ilmu:
Mikrobiologi, dan berhasil meraih gelar Doktor (S-3) dari Institut Pertanian
Bogor untuk bidang ilmu: Mikrobiologi pada tahun 2011. Judul dan ringkasan
Disertasi disajikan dalam 2 (dua) versi bahasa Indonesia dan English sebagai
berikut.
KARAKTERISASI
DAN
UJI
AKTIVITAS
BAKTERI
DENITRIFIKASI
PEREDUKSI DINITROGEN OKSIDA (N2O) YANG DIISOLASI DARI TANAH
SAWAH. Dinitrogen oksida (N2O) adalah gas rumah kaca yang juga merupakan
penyebab penipisan lapisan ozon. Sawah merupakan salah satu ekosistem sumber
N2O. Bakteri denitrifikasi dari tanah yang memiliki kemampuan tinggi mereduksi
N2O memiliki arti penting untuk mengendalikan emisi N 2O. Reduksi N2O
merupakan tahap terakhir proses denitrifikasi. Tujuan penelitian ini adalah
mendapat isolat-isolat bakteri denitrifikasi dari tanah sawah yang memiliki
kemampuan tinggi mereduksi N2O dan berpotensi menurunkan emisi H2O.
Sampel tanah diambil dari 6 lokasi sawah di wilayah Bogor dan Tangerang.
Bakteri diisolasi menggunakan biakan pengkayaan yang ditambah dengan NO 3-.
Pengukuran pertumbuhan dan aktivitas reduksi N 2O dilakukan dengan
menumbuhkan isolat bakteri dalam medium dengan N 2O sebagai satu-satunya
penerima elektron terakhir. Karakterisasi dan identifikasi secara fisiologis
dilakukan menggunakan API 20NE sedangkan identifikasi molekuler didasarkan
pada analisis 16S rRNA. Kloning dan sekuensing dilakukan untuk analisis gen
nosZ. Uji emisi N2O dilakukan dengan menggunakan tanah sawah.
Sepuluh isolat bakteri denitrifikasi dapat tumbuh dalam biakan dengan N 2O
sebagai satu-satunya penerima elektron. Pertumbuhan bakteri dapat diamati
dengan peningkatan optical density (OD) sebesar 0.12-0.47. Tiga isolat yang
mereduksi N2O paling banyak selama 5 hari adalah BL2, BL1 dan BLN1 yang
masing-masing mereduksi N2O sebesar 5.41, 4.09 dan 3.91 mol mL-1 biakan. Isolat
BL1, BL2 dan BLN1 tumbuh baik dalam biakan dengan konsentrasi N 2O terlarut
dalam medium sebesar 900, 1380 dan 1979 M tetapi tidak tumbuh baik dalam
biakan dengan konsentrasi N2O 88 M yang menunjukkan bahwa bakteri tumbuh
menggunakan N2O. Kecepatan pertumbuhan maksimum menggunakan N 2O (max)
dan konstanta Monod (Ks) dari isolat BL1 sebesar 0.21 jam-1 dan 102.3 M jam-1,
BL2 0.23 jam-1 dan 213.3 M jam-1, BLN1 0.18 jam-1 dan 172.4 M jam-1. Isolat
BL1, BL2 dan BLN1 memiliki kecepatan reduksi N 2O masing-masing sebesar 0.26,
0.28 dan 0.43 mol mL-1 jam-1 . Reduksi N2O berlangsung seiring dengan
pertumbuhan. Isolat BL2 memiliki perbedaan bentuk koloni dengan BL1 dan
BLN1. Berdasarkan uji fisiologi, di antara ketiga isolat terdapat perbedaan sifat
dalam hal hidrolisis eskulin dan P-nitrofenil--D-galaktopiranosida serta asimilasi
potasium glukonat dan trisodium sitrat. Identifikasi berdasarkan sifat-sifat
fisiologis memberikan hasil bahwa isolat BLN1 memiliki kemiripan 99.9% dengan
Ochrobactrum anthropi sedangkan isolat BL1 dan BL2 tidak teridentifikasi.
Berdasarkan analisis 16S rRNA, isolat BL1, BL2 dan BLN1 maisng-msaing
memiliki kemiripan sebesar 99.95 dan 98% dengan O. anthropi ATCC 49188. Tiga
isolat yang ditemukan masing-masing dapat disebut sebagai bakteri O.anthropi
BL1, Ochrobactrum sp. BL2 dan O.anthropi BLN1. Analisis gen nosZ belum
memberikan hasil yang diharapkan. Penambahan isolat BLN1 dapat mengurangi
konsentrasi N2O yang terlarut dalam air permukaan dari 31.12 menjadi 12.94 nmol
L-1 pada jam ke-6 setelah penambahan 0.6 mmol NO3-. Emisi N2O ke udara tidak
dipengaruhi penambahan isolat BLN1. [Kata kunci: bakteri denitrifikasi, reduksi
N2O, tanah sawah]
API 20NE sedangkan identifikasi molekuler didasarkan pada analisis 16S rRNA.
Kloning dan sekuensing dilakukan untuk analisis gen nosZ. Uji emisi N2O
dilakukan dengan menggunakan tanah sawah.
Sepuluh isolat bakteri denitrifikasi dapat tumbuh dalam biakan dengan N 2O
sebagai satu-satunya penerima elektron. Pertumbuhan bakteri dapat diamati
dengan peningkatan optical density (OD) sebesar 0.12-0.47. Tiga isolat yang
mereduksi N2O paling banyak selama 5 hari adalah BL2, BL1 dan BLN1 yang
masing-masing mereduksi N2O sebesar 5.41, 4.09 dan 3.91 mol mL-1 biakan. Isolat
BL1, BL2 dan BLN1 tumbuh baik dalam biakan dengan konsentrasi N 2O terlarut
dalam medium sebesar 900, 1380 dan 1979 M tetapi tidak tumbuh baik dalam
biakan dengan konsentrasi N2O 88 M yang menunjukkan bahwa bakteri tumbuh
menggunakan N2O. Kecepatan pertumbuhan maksimum menggunakan N 2O (max)
dan konstanta Monod (Ks) dari isolat BL1 sebesar 0.21 jam-1 dan 102.3 M jam-1,
BL2 0.23 jam-1 dan 213.3 M jam-1, BLN1 0.18 jam-1 dan 172.4 M jam-1. Isolat
BL1, BL2 dan BLN1 memiliki kecepatan reduksi N 2O masing-masing sebesar 0.26,
0.28 dan 0.43 mol mL-1 jam-1 . Reduksi N2O berlangsung seiring dengan
pertumbuhan. Isolat BL2 memiliki perbedaan bentuk koloni dengan BL1 dan
BLN1. Berdasarkan uji fisiologi, di antara ketiga isolat terdapat perbedaan sifat
dalam hal hidrolisis eskulin dan P-nitrofenil--D-galaktopiranosida serta asimilasi
potasium glukonat dan trisodium sitrat. Identifikasi berdasarkan sifat-sifat
fisiologis memberikan hasil bahwa isolat BLN1 memiliki kemiripan 99.9% dengan
Ochrobactrum anthropi sedangkan isolat BL1 dan BL2 tidak teridentifikasi.
Berdasarkan analisis 16S rRNA, isolat BL1, BL2 dan BLN1 maisng-msaing
memiliki kemiripan sebesar 99.95 dan 98% dengan O. anthropi ATCC 49188. Tiga
isolat yang ditemukan masing-masing dapat disebut sebagai bakteri O.anthropi
BL1, Ochrobactrum sp. BL2 dan O.anthropi BLN1. Analisis gen nosZ belum
memberikan hasil yang diharapkan. Penambahan isolat BLN1 dapat mengurangi
konsentrasi N2O yang terlarut dalam air permukaan dari 31.12 menjadi 12.94 nmol
L-1 pada jam ke-6 setelah penambahan 0.6 mmol NO3-. Emisi N2O ke udara tidak
dipengaruhi penambahan isolat BLN1. [Kata kunci: bakteri denitrifikasi, reduksi
N2O, tanah sawah]
CHARACTERIZATION AND ACTIVITY ASSAY OF NITROUS OXIDE (N 2O)
REDUCING DENITRIFIER ISOLATED FROM RICE SOILS. Nitrous oxide
(N2O) is one of the main greenhouse gases and rice fields are among major
contributors of this ozone depleting agent. Soil denitrifiers possessing high N 2O
reduction activity are important for controlling N2O emission. Nitrous oxide
reduction is the last step of denitrification process. The aim of this study was to
isolate denitrifying bacteria from rice soils possessing high ability of N 2O reduction
and potential in reducing N2O emission.
Soil samples were collected from 6 locations of rice fields in Bogor (West Java)
and Tangerang (Banten), Indonesia. Bacteria were isolated throughenrichment
culture supplemented with NO3-. Measurement of growth and N2O reduction
activity were conducted by growing bacterial isolates in medium with N 2O as a sole
terminal electron acceptor. Physiological characterization and identification were
performed using API 20NE while molecular identification was conducted based on
16S rRNA gene sequence. nosZ gene was analyzed by cloning and sequencing. N 2O
emission activity was carried out using rice soil slurry experiment.
It was found that 10 isolates of denitrifying bacteria could grow on N 2O. The
bacterial growth indicated by optical density (OD) increased up to 0.12-0.47.
During 5 days incubation, isolate BL1, BL2 and BLN1 reduced N 2O up to 4.09, 5.41
and 3.91 mol mL-1 bacterial cultures respectively. BL1, BL2 and BLN1 grew well
in medium supplemented with 900, 1380 and 1979 M N2O but did not grow well
with 88 M N2O in medium during 10 hours, this facts indicated that the isolates
consumed N2O during their growth. Maximum growth rate (max) using N2O and
Monod constant (Ks) of BL1, BL2 and BLN1 were 0.21 h -1 and 102.3 M h-1, 0.23 h-1
and 213.3 M h-1, 0.18 h-1 and 172.4 M h-1 respectively. N2O reduction rate of BL1,
BL2 and BLN1 were 0,26, 0.28 and 0,43 mol mL-1 h-1 respectively. N2O reduction
proceeded along with growth. Based on the API 20NE assay, 3 isolates showed
different physiological characteristics on hydrolysis of esculine and P-nitropheny1-D-galactopyranoside and also for the assimilation of potassium gluconate and
trisodium citrate. From its physiological characteristics, BLN1 was identified as
Ochrobactrum anthropi with 99.9% similarity, while BL1 and BL2 were not
identified. Based on their 16S rRNA sequence, BL1, BL2 and BLN1 were closely
related to Ochrobactrum anthropi ATCC 49188 with similarity of 99, 95 and 98%
respectively. Analysis of nosZ gene did not give the expected result. BLN1 isolate
reduced the dissolved N2O concentration in surface water from 32.12 to 12.94
nmol L-1 after 6 hours supplementation of 0.6 mmol NO 3-.
[Keyword: denitrifier,
N2O reduction, rice soil]
memiliki NIP 196607141999032001 adalah staf pengajar di Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam UNS. Riwayat pendidikan tinggi
yang berhasil diselesaikannya adalah tahun 1992 lulus sarjana (S-1) Biologi
dari Universitas Gadjah Mada untuk bidang ilmu: Mikrobiologi, tahun 2001
lulus Magister (S-2) dari Universitas Gadjah Mada untuk bidang ilmu:
Mikrobiologi, dan berhasil meraih gelar Doktor (S-3) dari Institut Pertanian
Bogor untuk bidang ilmu: Mikrobiologi pada tahun 2011. Judul dan ringkasan
Disertasi disajikan dalam 2 (dua) versi bahasa Indonesia dan English sebagai
berikut.
KARAKTERISASI
DAN
UJI
AKTIVITAS
BAKTERI
DENITRIFIKASI
PEREDUKSI DINITROGEN OKSIDA (N2O) YANG DIISOLASI DARI TANAH
SAWAH. Dinitrogen oksida (N2O) adalah gas rumah kaca yang juga merupakan
penyebab penipisan lapisan ozon. Sawah merupakan salah satu ekosistem sumber
N2O. Bakteri denitrifikasi dari tanah yang memiliki kemampuan tinggi mereduksi
N2O memiliki arti penting untuk mengendalikan emisi N 2O. Reduksi N2O
merupakan tahap terakhir proses denitrifikasi. Tujuan penelitian ini adalah
mendapat isolat-isolat bakteri denitrifikasi dari tanah sawah yang memiliki
kemampuan tinggi mereduksi N2O dan berpotensi menurunkan emisi H2O.
Sampel tanah diambil dari 6 lokasi sawah di wilayah Bogor dan Tangerang.
Bakteri diisolasi menggunakan biakan pengkayaan yang ditambah dengan NO 3-.
Pengukuran pertumbuhan dan aktivitas reduksi N 2O dilakukan dengan
menumbuhkan isolat bakteri dalam medium dengan N 2O sebagai satu-satunya
penerima elektron terakhir. Karakterisasi dan identifikasi secara fisiologis
dilakukan menggunakan API 20NE sedangkan identifikasi molekuler didasarkan
pada analisis 16S rRNA. Kloning dan sekuensing dilakukan untuk analisis gen
nosZ. Uji emisi N2O dilakukan dengan menggunakan tanah sawah.
Sepuluh isolat bakteri denitrifikasi dapat tumbuh dalam biakan dengan N 2O
sebagai satu-satunya penerima elektron. Pertumbuhan bakteri dapat diamati
dengan peningkatan optical density (OD) sebesar 0.12-0.47. Tiga isolat yang
mereduksi N2O paling banyak selama 5 hari adalah BL2, BL1 dan BLN1 yang
masing-masing mereduksi N2O sebesar 5.41, 4.09 dan 3.91 mol mL-1 biakan. Isolat
BL1, BL2 dan BLN1 tumbuh baik dalam biakan dengan konsentrasi N 2O terlarut
dalam medium sebesar 900, 1380 dan 1979 M tetapi tidak tumbuh baik dalam
biakan dengan konsentrasi N2O 88 M yang menunjukkan bahwa bakteri tumbuh
menggunakan N2O. Kecepatan pertumbuhan maksimum menggunakan N 2O (max)
dan konstanta Monod (Ks) dari isolat BL1 sebesar 0.21 jam-1 dan 102.3 M jam-1,
BL2 0.23 jam-1 dan 213.3 M jam-1, BLN1 0.18 jam-1 dan 172.4 M jam-1. Isolat
BL1, BL2 dan BLN1 memiliki kecepatan reduksi N 2O masing-masing sebesar 0.26,
0.28 dan 0.43 mol mL-1 jam-1 . Reduksi N2O berlangsung seiring dengan
pertumbuhan. Isolat BL2 memiliki perbedaan bentuk koloni dengan BL1 dan
BLN1. Berdasarkan uji fisiologi, di antara ketiga isolat terdapat perbedaan sifat
dalam hal hidrolisis eskulin dan P-nitrofenil--D-galaktopiranosida serta asimilasi
potasium glukonat dan trisodium sitrat. Identifikasi berdasarkan sifat-sifat
fisiologis memberikan hasil bahwa isolat BLN1 memiliki kemiripan 99.9% dengan
Ochrobactrum anthropi sedangkan isolat BL1 dan BL2 tidak teridentifikasi.
Berdasarkan analisis 16S rRNA, isolat BL1, BL2 dan BLN1 maisng-msaing
memiliki kemiripan sebesar 99.95 dan 98% dengan O. anthropi ATCC 49188. Tiga
isolat yang ditemukan masing-masing dapat disebut sebagai bakteri O.anthropi
BL1, Ochrobactrum sp. BL2 dan O.anthropi BLN1. Analisis gen nosZ belum
memberikan hasil yang diharapkan. Penambahan isolat BLN1 dapat mengurangi
konsentrasi N2O yang terlarut dalam air permukaan dari 31.12 menjadi 12.94 nmol
L-1 pada jam ke-6 setelah penambahan 0.6 mmol NO3-. Emisi N2O ke udara tidak
dipengaruhi penambahan isolat BLN1. [Kata kunci: bakteri denitrifikasi, reduksi
N2O, tanah sawah]
API 20NE sedangkan identifikasi molekuler didasarkan pada analisis 16S rRNA.
Kloning dan sekuensing dilakukan untuk analisis gen nosZ. Uji emisi N2O
dilakukan dengan menggunakan tanah sawah.
Sepuluh isolat bakteri denitrifikasi dapat tumbuh dalam biakan dengan N 2O
sebagai satu-satunya penerima elektron. Pertumbuhan bakteri dapat diamati
dengan peningkatan optical density (OD) sebesar 0.12-0.47. Tiga isolat yang
mereduksi N2O paling banyak selama 5 hari adalah BL2, BL1 dan BLN1 yang
masing-masing mereduksi N2O sebesar 5.41, 4.09 dan 3.91 mol mL-1 biakan. Isolat
BL1, BL2 dan BLN1 tumbuh baik dalam biakan dengan konsentrasi N 2O terlarut
dalam medium sebesar 900, 1380 dan 1979 M tetapi tidak tumbuh baik dalam
biakan dengan konsentrasi N2O 88 M yang menunjukkan bahwa bakteri tumbuh
menggunakan N2O. Kecepatan pertumbuhan maksimum menggunakan N 2O (max)
dan konstanta Monod (Ks) dari isolat BL1 sebesar 0.21 jam-1 dan 102.3 M jam-1,
BL2 0.23 jam-1 dan 213.3 M jam-1, BLN1 0.18 jam-1 dan 172.4 M jam-1. Isolat
BL1, BL2 dan BLN1 memiliki kecepatan reduksi N 2O masing-masing sebesar 0.26,
0.28 dan 0.43 mol mL-1 jam-1 . Reduksi N2O berlangsung seiring dengan
pertumbuhan. Isolat BL2 memiliki perbedaan bentuk koloni dengan BL1 dan
BLN1. Berdasarkan uji fisiologi, di antara ketiga isolat terdapat perbedaan sifat
dalam hal hidrolisis eskulin dan P-nitrofenil--D-galaktopiranosida serta asimilasi
potasium glukonat dan trisodium sitrat. Identifikasi berdasarkan sifat-sifat
fisiologis memberikan hasil bahwa isolat BLN1 memiliki kemiripan 99.9% dengan
Ochrobactrum anthropi sedangkan isolat BL1 dan BL2 tidak teridentifikasi.
Berdasarkan analisis 16S rRNA, isolat BL1, BL2 dan BLN1 maisng-msaing
memiliki kemiripan sebesar 99.95 dan 98% dengan O. anthropi ATCC 49188. Tiga
isolat yang ditemukan masing-masing dapat disebut sebagai bakteri O.anthropi
BL1, Ochrobactrum sp. BL2 dan O.anthropi BLN1. Analisis gen nosZ belum
memberikan hasil yang diharapkan. Penambahan isolat BLN1 dapat mengurangi
konsentrasi N2O yang terlarut dalam air permukaan dari 31.12 menjadi 12.94 nmol
L-1 pada jam ke-6 setelah penambahan 0.6 mmol NO3-. Emisi N2O ke udara tidak
dipengaruhi penambahan isolat BLN1. [Kata kunci: bakteri denitrifikasi, reduksi
N2O, tanah sawah]
CHARACTERIZATION AND ACTIVITY ASSAY OF NITROUS OXIDE (N 2O)
REDUCING DENITRIFIER ISOLATED FROM RICE SOILS. Nitrous oxide
(N2O) is one of the main greenhouse gases and rice fields are among major
contributors of this ozone depleting agent. Soil denitrifiers possessing high N 2O
reduction activity are important for controlling N2O emission. Nitrous oxide
reduction is the last step of denitrification process. The aim of this study was to
isolate denitrifying bacteria from rice soils possessing high ability of N 2O reduction
and potential in reducing N2O emission.
Soil samples were collected from 6 locations of rice fields in Bogor (West Java)
and Tangerang (Banten), Indonesia. Bacteria were isolated throughenrichment
culture supplemented with NO3-. Measurement of growth and N2O reduction
activity were conducted by growing bacterial isolates in medium with N 2O as a sole
terminal electron acceptor. Physiological characterization and identification were
performed using API 20NE while molecular identification was conducted based on
16S rRNA gene sequence. nosZ gene was analyzed by cloning and sequencing. N 2O
emission activity was carried out using rice soil slurry experiment.
It was found that 10 isolates of denitrifying bacteria could grow on N 2O. The
bacterial growth indicated by optical density (OD) increased up to 0.12-0.47.
During 5 days incubation, isolate BL1, BL2 and BLN1 reduced N 2O up to 4.09, 5.41
and 3.91 mol mL-1 bacterial cultures respectively. BL1, BL2 and BLN1 grew well
in medium supplemented with 900, 1380 and 1979 M N2O but did not grow well
with 88 M N2O in medium during 10 hours, this facts indicated that the isolates
consumed N2O during their growth. Maximum growth rate (max) using N2O and
Monod constant (Ks) of BL1, BL2 and BLN1 were 0.21 h -1 and 102.3 M h-1, 0.23 h-1
and 213.3 M h-1, 0.18 h-1 and 172.4 M h-1 respectively. N2O reduction rate of BL1,
BL2 and BLN1 were 0,26, 0.28 and 0,43 mol mL-1 h-1 respectively. N2O reduction
proceeded along with growth. Based on the API 20NE assay, 3 isolates showed
different physiological characteristics on hydrolysis of esculine and P-nitropheny1-D-galactopyranoside and also for the assimilation of potassium gluconate and
trisodium citrate. From its physiological characteristics, BLN1 was identified as
Ochrobactrum anthropi with 99.9% similarity, while BL1 and BL2 were not
identified. Based on their 16S rRNA sequence, BL1, BL2 and BLN1 were closely
related to Ochrobactrum anthropi ATCC 49188 with similarity of 99, 95 and 98%
respectively. Analysis of nosZ gene did not give the expected result. BLN1 isolate
reduced the dissolved N2O concentration in surface water from 32.12 to 12.94
nmol L-1 after 6 hours supplementation of 0.6 mmol NO 3-.
[Keyword: denitrifier,
N2O reduction, rice soil]