pola pertumbuhan fitoplankton nannochloris … · akan ditentukan parameter laju pertumbuhan...
Post on 19-May-2018
242 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Indonesia Chimica Acta, , ISSN 2085-014X
Vol. 3. No. 2, December 2010
POLA PERTUMBUHAN FITOPLANKTON Nannochloris DALAM MEDIUM
CONWY YANG TERPAPAR ION LOGAM Cd2+
A. Makkasau1*, M. Sjahrul
2, Noor Jalaluddin
2, Indah Raya
2
1Prodi PGSD FIP Universitas Negeri Makassar, Sulawesi Selatan
JL. Monumen Emmy Saelan III Makassar 2Jurusan Kimia FMIPA Universitas Hasanuddin, Makassar, Sulawesi Selatan
Jl. Perintis Kemerderkaan Tamalanrea Makassar
Abstrak. Pola pertumbuhan fitoplankton nannochloris dalam medium conwy yang terpapar ion
logam Cd2+
. Dalam penelitian ini, telah diselidiki interaksi ion logam Cd2+
yang dipaparkan dalam medium conwy pada kultur fitoplankton jenis nannochloris. Seri kultur dilakukan dengan
dan tanpa penambahan ion logam Cd2+. Pengamatan terhadap pola pertumbuhan nannochloris
akan ditentukan parameter laju pertumbuhan spesifik, persentasi hambatan pertumbuhan, dan uji
toksisitas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pola pertumbuhan nannochloris pada medium
conwy tanpa penambahan ion logam Cd2+ (kontrol) mempunyai kurva pertumbuhan paling
tinggi. Pada medium kultur yang ditambahkan ion logam Cd2+
0,25 mg/L memperlihatkan grafik
pola pertumbuhan yang relatif sama dengan kontrol. Pada penambahan konsentrasi ion logam
Cd2+ di atas 0,25 mg/L, dapat menurunkan laju pertumbuhan spesifik nannochloris yang
diperkuat dengan meningkatnya harga hambatan pertumbuhan spsifiknya (PGI). Hasil analisis
statistik uji beda terhadap blanko pada pemaparan ion logam Cd2+
terhadap nannochloris mengindikasikan bahwa konsentrasi ion logam Cd2+ yang tidak mempengaruhi pertumbuhan
nannochloris adalah pada konsentrasi 0,01 hingga 0,25 ppm; dan harga konsentrasi tertinggi
yang dapat ditoleransi (MTC) oleh nannochloris pada konsentrasi 0,25 ppm dan konsentrasi ion
logam Cd2+ yang menyebabkan penurunan laju pertumbuhan sebesar 50 % relatif terhadap
blanko EC50 = 0,849 ppm.
Kata Kunci: Nannochloris, ion logam Cd2+, laju pertumbuhan spesifik.
Abstract. The pattern of phytoplankton growth in the medium Conwy nannochloris
exposed metal ions Cd2+
In this research, has investigated the interaction of metal ions Cd 2 + are presented in Conwy in the medium culture of phytoplankton nannochloris types.The
series of Culture have been done with and without addition of metal ions Cd2+..
Observation of growth patterns nannochloris using parameters to be determined specific growth rate, percentage of growth inhibition, and toxicity test. The results showed that the
pattern of growth in the medium Conwy nannochloris without the addition of metal ions
Cd 2 +
(Control) had the highest growth curve. In the medium culture which added with the metal ions Cd 2 + 0,25 mg/L the curve of relative growth patterns similar to controls. In
addition the concentration of metal ions Cd 2 + above 0.25 mg / L, can decrease the specific
growth rate nannochloris reinforced by rising prices spsifiknya growth inhibition (PGI).
The result of statistical analysis of differencial test against the standart at the exposure of
metal ion Cd 2 + to nannochloris indicate that the concentration of metal ions Cd 2 + which
does not affect the growth nannochloris is the concentration of 0.01 to 0.25 ppm, and the
number of the highest concentration that can be tolerated by nannochloris at a
concentration of 0.25 ppm and the concentration of metal ions Cd2+ which causes a
decrease in growth rate of 50% relative to the standart at EC50 at 0.849 ppm.
Key Words: Nannochloris, Metal ion Cd2+
, spesific growth inhibition (PGI).
* Alamat korespondensi: andimaks_pgsd_unm@yahoo.com
A.Makkasau et al. ISSN 2085-014X
2
PENDAHULUAN Fitoplankton merupakan tumbuhan
renik, terdiri dari berbagai jenis dengan
sifat-sifat yang berbeda. Dalam siklus
makanan di perairan, fitoplankton
berperan sebagai "primary producer"
yang merupakan sumber makanan bagi
zooplankton, kemudian zooplankton ini
dimangsa oleh hewan-hewan yang lebih
besar dan selanjutnya ke manusia. Di
sisi lain, keberadaan ion logam berat di
perairan adalah sebagai partikel terlarut.
Karena ukuran fitoplankton relatif kecil,
maka interaksi antara fitoplankton dan
ion logam berat di perairan akan
berlangsung efektif. Oleh karena itu,
fitoplankton merupakan faktor
terpenting dalam transfer bahan-bahan
biologi, sebab mereka mewakili pion
pertama masuknya pencemar ke dalam
rantai makanan dan merupakan
biomassa terbesar di perairan.
Meskipun efektifitas interaksi
antara fitoplankton dan ion logam berat
menghasilkan penyerapan yang tinggi,
namun fitoplankton juga mempunyai
kemampuan untuk bertahan hidup pada
perairan yang tercemar ion logam berat.
Hal ini menjadi petunjuk bagi beberapa
peneliti untuk memanfaatkan
fitoplankton sebagai fitoremediasi
logam berat.
Kadmium (Cd) mempunyai
nomor atom 48, massa atom relatif
112,40 gram permol, dalam Tabel
Periodik terdapat dalam golongan IIB
bersama dengan Zn dan Hg. Di alam,
keadaan stabil ditemui sebagai ion
logam Cd2+
, bergabung dengan ion
logam Zn2+
dalam bentuk mineral
karbonat dan sulfat. Dalam industri
pertambangan logam Pb dan Zn, proses
pemurniannya akan selalu diperoleh
hasil samping ion logam kadmium yang
terbuang ke lingkungan. Kadmium telah
digunakan secara luas pada berbagai
industri antara lain pelapisan dan
peleburan logam, pewarnaan, baterai,
plastik, percetakan, tekstil, minyak
pelumas, dan bahan bakar (Palar, 1994).
Moore dan Ramamoorthy (1984)
mengungkapkan bahwa ion logam
kadmium berikatan secara kovalen dan
mempunyai afinitas yang tinggi
terhadap gugus tiol, mendorong
peningkatan kelarutan lemak, dapat
terakumulasi dan bersifat racun.
Ion logam Cd2+
dapat
menghasilkan tekanan oksidatif
terhadap produksi spesies oksigen
reaktif (ROS) (Olmos, 2003), dan dapat
memproduksi radikal bebas in vitro
dengan hadirnya H2O2 (Keyhani et al.,
2006). Ion logam Cd2+
dalam
konsentrasi tinggi, secara in vitro dapat
juga merusak reaksi dapat balik protein
(Keyhani et al., 2003) melalui
pembentukan ikatan logam-tiolat (Dafre
et al., 1996) dan terjadinya perubahan
dinding sel atau permeabilitas membran
oleh pengikatan terhadap gugus
nukleofil (Ramos et al., 2002). Lebih
lanjut, ion logam Cd2+
dapat
mempengaruhi tanggapan antioksi dan
dalam semua organ tumbuhan (Iannelli
et al., 2002), menyebabkan
pembentukan ROS secara langsung atau
tidak langsung, sehingga mengganggu
reaksi redoks dan mempengaruhi
hilangnya produksi khlorofil (Baryla et
al., 2001; Schutzendubel et al., 2002).
Keberadaan ROS merupakan zat antara
yang sangat beracun (cytotoxic) dan
dapat bereaksi dengan lemak, protein
dan asam-asam nukleat sehingga
menyebabkan peroksidasi lemak,
kerusakan membrane, dan tidak
aktifnya enzim.
Dalam penelitian ini akan
diselidiki perilaku ion logam Cd2+
terhadap pertumbuhan fitoplankton laut
nannochloris dalam rangka penggunaan
fitoplankton sebagai fitoremediator
pencemaran logam berat di perairan
laut. Parameter pertumbuhan yang
diamati meliputi laju pertumbuhan
spesifik, persentasi hambatan
pertumbuhan, dan uji toksisitas.
Indonesia Chimica Acta, , ISSN 2085-014X
Vol. 3. No. 2, December 2010
METODE
Bahan dan Alat Penelitian
Bahan yang digunakan dalam
penelitian ini adalah sebagai
berikut:
a. Bibit fitoplankton nannochloris dari
kultur murni Balai Penelitian
Perikanan dan Kelautan Maros,
Sulawesi Selatan.
b. Bahan-bahan kimia yang digunakan
semua berkualitas analitik (analytical
grade) meliputi: NaCl; MgSO4
7H2O; KNO3; KHPO4; CaCl2 2H20,
H3BO3; ZnSO4 7H20; MnSO4 4H2O;
CuSO4 5H20; CoCl2 6H20;
(NH4)6Mo7O24 5H2O; NaFeEDTA;
thiamin HCl; biotin; vitamin B12;
CdCl2. 5H2O; saringan Whatman
GF/A dan aquades.
Peralatan yang digunakan
dibedakan atas:
a. Peralatan gelas; terdiri dari wadah
kultur meliputi botol ukuran 1000
mL, aquarium ukuran 60 liter; dan
seperangkat alat gelas.
b. Alat ukur, meliputi: saliniti meter,
neraca analitik, mikroskop,
haemocitometer
c. Alat lainnya meliputi: pompa vakum,
oven, lumpang porselin, aerator,
refirigator, selang plastik, balon
Neon, thermometer, panel saringan
diameter 47 mm, magnetik stirer,
pH-meter dan botol film ukuran 25
mL.
Prosedur Penelitian
Pola Pertumbuhan Fitoplankton
Nannochloris dalam Medium
Kultur Conwy
Bibit murni fitoplankton
Nannochloris dikultur dalam gelas
Erlenmeyer 500 mL dengan
menggunakan medium Conwy. Selama
pelaksanaan kultur, parameter fisika-
kimia dipertahankan meliputi
penerangan lampu Neon 40 watt
diberikan secara terus menerus, gas
CO2 dari aerator pompa udara, suhu
antara 22 – 25oC, pH medium antara 8
– 9, dan salinitas 30 ‰. Seluruh
peralatan dan bahan yang digunakan
dalam kultur disterilkan terlebih
dahulu.
Setelah pelaksanaan kultur 11
hari, bibit fitoplankton selanjutnya
dikultur dalam botol kultur 1 liter.
Merujuk pada hasil penelitian
Nurhamsiah, (2010) pada
Laboratorium kimia anorganik
Universitas Hasanuddin Makassar,
bahwa fitoplankton laut jenis
Nannochloris mempunyai
pertumbuhan yang optimum jika
dikultur dengan kepadatan awal
inokulasi sebesar 1.000.000 sel/mL.
Untuk mengetahui pola
pertumbuhan fitoplankton, dilakukan
penghitungan jumlah sel per mililiter
medium setiap hari. Sampel medium
yang telah ditumbuhkan fitoplankton
diambil dengan pipet tetes steril,
diteteskan sekitar 0,5 mL pada
Haemocytometer, kemudian diamati
melalui mikroskop (Seafdec, 1985).
Bila kepadatan sel masih normal,
penghitungan kepadatannya
menggunakan rumus:
Pengaruh Ion Logam Cd2+ pada Laju
Pertumbuhan Spesifik dan Persentasi
Hambatan Pertumbuhan
Fitoplankton yang Ditambahkan Ion
Logam Cd2+
Pengamatan pengaruh ion logam
Cd2+
pada pertumbuhan Nannochloris
dilakukan dengan cara mengkultur
fitoplankton dalam medium Conwy
yang ditambahkan larutan ion logam
Cd2+
pada variasi konsentrasi 0 – 10
ppm. Penentuan laju pertumbuhan
A.Makkasau et al. ISSN 2085-014X
4
spesifik untuk setiap variasi
konsentrasi dihitung dengan
menggunakan persamaan (2);
sedangkan untuk menentukan
persentasi hambatan pertumbuhan
(Prosen Growth Inhibition, PGI) pada
fitoplankton dengan menggunakan
persamaan (3).
t
NN t 0lnln −=µ (2)
Dimana: Nt = kepadatan sel pada saat t
(sel/mL), No = kepadatan sel pada saat
awal (sel/mL), µ = laju partumbuhan
spesifik; dan t adalah waktu (hari).
−= %100100
0
xPGI i
µµ
(3)
Dimana, PGI = Persentasi hambatan
pertumbuhan, µi = Tetapan laju
pertumbuhan spesifik ke-i, dan µ0 =
Tetapan laju pertumbuhan spesifik
kontrol.
Uji toksisitas Ion Logam Cd2+
pada
Fitoplankton Nannochloris
Uji toksisitas ion logam Cd2+
terhadap pertumbuhan fitoplankton
nannochloris dilakukan dengan
mengkultur fitoplankton pada kondisi
optimum pada volume kultur 1000 mL.
Parameter yang diamati meliputi uji (i)
Non Effect Concentration (NEC),
yakni menentukan konsentrasi ion
logam Cd2+
yang tidak mempengaruhi
pertumbuhan fitoplankton; (ii)
Maximum Tolerable Concentration
(MTC), yakni menentukan konsentrasi
maksimum ion logam Cd2+
yang dapat
ditolerir oleh fitoplankton; dan Effect
Concentration 50 % (EC50), yakni
menentukan konsentrasi ion logam
Cd2+
yang menyebabkan penurunan
laju pertumbuhan sebesar 50 % relatif
terhadap blanko.
Berdasarkan hasil penghitungan
kepadatan sel yang diperoleh,
ditentukan µ dan PGI setiap
konsentrasi ion logam Cd2+
yang
dipaparkan, lalu dilakukan uji beda
terhadap blanko pada tingkat
konfidensi 99 %, maka akan diperoleh
harga thitung untuk setiap nilai variasi
konsentrasi ion logam Cd2+
; lalu
dibandingkan terhadap nilai ttabel.
Untuk nilai: thitung < ttabel , maka:
Nilai NEC diperoleh dari harga
terendah hingga tertinggi, Nilai MTC
diperoleh dari harga tertinggi dari nilai
thitung < ttabel., Nilai EC50 diperoleh
dengan meregresikan harga PGI
terhadap konsentrasi ion logam Cd2+
yang dipaparkan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pertumbuhan Fitoplankton
Nannochloris
Hasil pengamatan pola
pertumbuhan fitoplankton laut
Nannochloris dalam medium Conway
pada kondisi parameter fisika-kimia
dipertahankan meliputi penerangan 2
buah lampu TL 20 watt yang diberikan
secara terus menerus pada jarak sekitar
75 cm, gas CO2 dari aerator pompa
udara, suhu antara 20 – 22oC, pH
medium antara 8 – 9 dan salinitas
medium 30 ‰ seperti yang
diperlihatkan pada Gambar 1 berikut:
Indonesia Chimica Acta, , ISSN 2085-014X
Vol. 3. No. 2, December 2010
Gambar 1. Pola pertumbuhan Nannochloris pada kondisi tanpa penambahan ion
logam Cd2+
Berdasarkan Gambar 1
menunjukkan bahwa fitoplankton
Nannochloris mempunyai empat tahap
pertumbuhan. Nannochloris
membutuhkan waktu relatif singkat
(sekitar 3 hari) untuk penyesuaian
terhadap medium pertumbuhan
Conway; sehingga pembelahan sel
berlangsung optimal mulai hari ke-3
sampai hari ke-10. Dapat diungkapkan
bahwa penggunaan medium Conway
untuk mengkultur fitoplankton laut
Nannochloris pada kepadatan awal
1.000.000 sel/mL medium dapat
meningkat sekitar 28 kali
kepadatannya hanya dalam waktu 10
hari kultur.
Berdasarkan perhitungan
kepadatan sel dalam tiap mililiter
medium, dengan menggunakan
persamaan (2) diperoleh nilai tetapan
laju pertumbuhan spesifik (µ)
fitoplankton Nannochloris yang
dikultur dengan medium Conway
seperti disajikan pada Tabel 1:
Tabel 1. Kepadatan sel dan tetapan laju pertumbuhan spesifik (µ) Nannochloris
yang dikultur dengan menggunakan medium Conway
Kepadatan /µ N. Chloris
Hari ke-
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Kepadatan (x10
7sel mL
-1)
0.264 0.356 1.264 1.204 1.908 2.560 4.280 5.108 5.544 7.188 7.496 6.520
µ (hari-1
) - 0.3 0.7 0.51 0.4 0.4 0.46 0.42 0.38 0.3 0.3 0.2
Berdasarkan Tabel 1, penebaran
bibit Nannochloris dalam medium
Conway mempunyai pola pertumbuhan
yang relatif baik yakni kepadatan sel
meningkat seiring dengan pemaparan
hari kultur hingga hari ke-10. Karena
masa pertumbuhan sel dibatasi oleh
ketersediaan nutrien yang diberikan,
maka pada hari ke-11 terjadi penurunan
jumlah sel dalam medium. Ditinjau dari
laju pertumbuhan spesifik Nannochloris
memperlihatkan bahwa pertumbuhan
yang cepat terjadi pada hari ke-3 masa
kultur; setelah itu kecepatan
pertumbuhannya berangsur-angsur
menurun. Nampak pada Tabel 1,
kenaikan tetapan laju pertumbuhan
spesifik untuk fitoplankton
A.Makkasau et al. ISSN 2085-014X
2
Nannochloris berlangsung progresif.
Hal ini berakibat pada cepatnya tercapai
pertumbuhan optimum untuk
fitoplankton. Dengan demikian bahwa
parameter tetapan laju pertumbuhan
spesifik dapat digunakan untuk
memprediksi waktu (hari) tercapainya
kepadatan optimum suatu kultur.
Pola pertumbuhan Nannochloris
dengan penambahan ion logam Cd2+
sebesar 0,10 hingga 10,00 ppm sebagai
kadmium klorida pada medium kultur
fitoplankton laut disajikan pada Gambar
2 berikut:
Gambar 2 Pola pertumbuhan Nannochloris pada kondisi tanpa dan dengan
penambahan ion logam Cd2+
pada berbagai tingkat konsentrasi
Berdasarkan Gambar 1, meskipun
grafik pola pertumbuhan Nannochloris
pada medium Conway tanpa
penambahan ion logam Cd2+
(kontrol)
bukan merupakan grafik pola
pertumbuhan yang paling tinggi, tetapi
pemaparan ion logam Cd2+
pada
konsentrasi 0,10 mg/L hingga
konsentrasi 0.25 mg/L memperlihatkan
grafik pola pertumbuhan yang relatif
sama dengan kontrol. Semakin besar
konsentrasi ion logam Cd2+
yang
dipaparkan, semakin rendah grafik pola
pertumbuhannya. Fenomena ini
membuktikan bahwa keberadaan ion
logam Cd2+
dalam medium kultur
Conwy dapat menurunkan pertumbuhan
fitoplankton Nannochloris seperti yang
ditunjukkan pada Tabel 2. Hal ini
sejalan dengan pernyataan Foster (1977)
bahwa pengaruh logam berat pada
plankton bersel tunggal secara umum
berhubungan dengan penurunan jumlah
sel dan berat kering.
A.Makkasau et al. ISSN 2085-014X
2
Tabel 2. Tetapan laju pertumbuhan spesifik (µ) Nannochloris tanpa dan dengan
penambahan ion logam Cd2+
pada berbagai tingkat konsentrasi
Waktu
(hari)
Laju Perumbuhan Spesifik (µ) pada Berbagai Tingkatan Konsentrasi Cd(II)
dengan Fito N.C
0.00 0.10 0.20 0.25 0.50 1.00 2.50 5.00 10.00
1 0.299 0.265 0.321 0.253 0.192 0.192 -0.278 -0.318 -0.501
2 0.783 0.704 0.721 0.723 0.581 0.529 0.547 0.695 0.493
3 0.506 0.568 0.563 0.569 0.600 0.471 0.471 0.471 0.384
4 0.494 0.474 0.536 0.485 0.499 0.397 0.415 0.362 0.337
5 0.454 0.468 0.475 0.466 0.509 0.393 0.345 0.322 0.353
6 0.464 0.450 0.497 0.434 0.398 0.405 0.353 0.294 0.309
7 0.423 0.403 0.440 0.431 0.398 0.350 0.383 0.281 0.330
8 0.381 0.387 0.392 0.396 0.368 0.310 0.353 0.285 0.339
9 0.367 0.357 0.384 0.363 0.350 0.316 0.336 0.230 0.309
10 0.335 0.328 0.346 0.330 0.339 0.319 0.280 0.203 0.271
11 0.292 0.272 0.313 0.280 0.245 0.268 0.254 0.185 0.240
Berdasarkan Tabel 2, secara
umum untuk perlakuan variasi
konsentrasi ion logam Cd2+
0.00 ppm
hingga 1.00 ppm, pertambahan waktu
kultur menyebabkan peningkatan laju
pertumbuhan spesifik hingga hari ke-6,
selanjutnya terjadi penurunan kecepatan
laju pertumbuhan spesifik. Hal ini
karena ketersediaan nutrien yang cukup
dalam medium untuk pertumbuhan
fitoplankton. Meskipun demikian,
pengaruh racun ion logam Cd2+
yang
semakin meningkat menyebabkan laju
pertumbuhan spesifik Nannochloris
semakin menurun. Hal ini terlihat pada
hari ke-1 dengan perlakuan konsentrasi
ion logam Cd2+
dalam medium sebesar
2.50 ppm hingga 10.00 ppm,
menyebabkan sebagian sel telah
mengalami kematian yang ditandai
dengan nilai tetapan laju pertumbuhan
yang bernilai negative. Pada hari ke-2
secara umum terjadi kenaikan laju
pertumbuhan spesifik dan selanjutnya di
hari ke-3 terjadi penurunan laju
pertumbuhan spesifik.
Ditinjau dari persentase
hambatan pertumbuhan (PGI), dapat
disajikan seperti yang terlihat pada
Tabel 3 berikut:
A.Makkasau et al. ISSN 2085-014X
2
Tabel 3. Persentasi Hambatan Pertumbuhan (PGI) Nannochloris tanpa dan
dengan penambahan ion logam Cd2+
pada berbagai tingkat konsentrasi
Time
(day)
Hambatan Pertumbuhan (PGI %)
0.00 0.10 0.20 0.25 0.50 1.00 2.50 5.00 10.00
1 0.00 11.47 -7.43 15.38 35.66 35.66 192.86 206.51 267.49
2 0.00 10.05 7.95 7.72 25.79 32.48 30.17 11.24 37.01
3 0.00 -12.34 -11.24 -12.52 -18.57 6.92 6.92 6.92 24.04
4 0.00 4.08 -8.38 1.94 -0.95 19.71 16.09 26.75 31.86
5 0.00 -3.06 -4.44 -2.67 -11.97 13.59 24.12 29.16 22.26
6 0.00 3.15 -6.99 6.61 14.22 12.76 23.89 36.69 33.40
7 0.00 4.73 -4.01 -1.75 5.91 17.30 9.56 33.59 21.97
8 0.00 -1.57 -3.01 -4.07 3.29 18.42 7.26 25.12 11.05
9 0.00 2.84 -4.60 1.20 4.73 14.04 8.50 37.47 15.80
10 0.00 1.88 -3.40 1.34 -1.33 4.61 16.36 39.25 19.10
11 0.00 6.77 -7.29 3.82 15.80 7.98 12.72 36.60 17.53
Meskipun pada konsentrasi 1,00
hingga 5 ppm ion logam Cd2+
mengalami peningkatan laju spesifik
yang sangat lambat. Penurunan nilai
tetapan laju pertumbuhan spesifik
fitoplankton akibat peningkatan
konsentrasi ion logam Cd2+
yang
dipaparkan, diperkuat dari
meningkatnya harga PGI.
Berdasarkan data laju
pertumbuhan spesifik dan persentasi
hambatan pertumbuhan membuktikan
bahwa ketersediaan nutrien yang cukup
tidak mampu mengimbangi semakin
tingginya pengaruh racun ion logam
Cd2+
yang ditambahkan pada medium
kultur. Seperti yang dikemukakan oleh
Wang dan Evangelou, (1995) bahwa
secara umum dinding sel fitoplankton
mengandung 25–30% selulosa, 15–25%
hemiselulosa, 35% pektin dan 5–10%
glikoprotein. Gugus fungsi yang
terdapat pada selulosa, pektin,
glikoprotein seperti karboksilat, tiol dan
beberapa enzim yang mengandung Zn
dapat berinteraksi dengan ion logam
Cd2+
melalui ikatan kovalen atau
melalui pertukaran ion karena gugus
C=O dan S-H merupakan basa lunak
yang akan terikat kuat oleh ion logam
Cd2+
, sedangkan dalam setiap sel
terdapat 260 jenis enzim yang
membutuhkan ion logam Zn2+
(Liljas et
al., 1972) yang dapat digantikan oleh
ion logam Cd2+
sehingga dapat merusak
kerja enzim dan mengganggu jaringan
sel fitoplankton.
Uji Toksisitas Ion Logam Cd2+
terhadap Nannochloris
Hasil analisis statistik uji beda
terhadap blanko pada pengaruh
penambahan ion logam Cd2+
terhadap
nannochloris untuk konsentrasi 0,1; 0,2;
0,25; 0,5; 1,0; 2,5; 5; dan 10 ppm;
mempunyai nilai thitung berturut-turut
3.844; -10.257; 1.038; 13.587; 33.555;
40.327; 154.695 dan 66.562. Sedang nilai
ttabel untuk α= 0,01 sebesar 3,17 dan α=
0,05 sebesar 2,23 . Berdasarkan harga-
harga tersebut dapat dinyatakan bahwa
nilai thitung < ttabel dipenuhi pada
konsentrasi penambahan ion logam
Cd2+
0,01 hingga 0,25 ppm. Ini
mengindikasikan bahwa konsentrasi
penambahan ion logam Cd2+
yang tidak
mempengaruhi (Non Effect
Concentration) pertumbuhan
nannochloris adalah pada konsentrasi
A.Makkasau et al. ISSN 2085-014X
2
ion logam Cd2+
0,01 hingga 0,25 ppm;
dan harga konsentrasi tertinggi yang
dapat ditolerir (Maximum Tolerable
Concentration) oleh fitoplankton
nannochloris pada konsentrasi ion
logam Cd2+
sebesar 0,25 ppm.
Fenomena tersebut mengindikasikan
bahwa nannochloris mempunyai
toleransi yang tinggi terhadap pencemar
ion logam Cd2+
.
Berdasarkan pada batas
maksimum kandungan ion logam Cd2+
yang diperbolehkan di perairan sebesar
0,01 ppm, maka dapat dinyatakan
bahwa fitoplankton nannochloris dapat
tumbuh normal pada perairan laut yang
tercemar ion logam Cd2+
. Hal ini
membuktikan bahwa nannochloris
dapat dipertimbangkan sebagai
bioindikator perairan laut yang tercemar
ion logam Cd2+
.
Data persentasi hambatan
pertumbuhan (PGI) nannochloris
dialurkan terhadap konsentrasi ion
logam Cd2+
yang dipaparkan dapat
dilihat pada Gambar 2. Berdasarkan
Gambar 2, harga EC50 dapat dicari
dengan meregresikan harga PGI
terhadap konsentrasi ion logam Cd2+
yang ditambahkan. Persamaan garis
regresi yang diperoleh yaitu y =
28,853x + 25,502, dengan harga EC50
yang diperoleh adalah 0,849 ppm.
Tingginya konsentrasi ion logam
Cd2+
yang dapat ditolerir oleh
nannochloris menunjukkan bahwa
fitoplankton berperan dalam proses
detoksifikasi ion logam Cd2+
.
Detoksifikasi ion logam Cd2+
oleh
fitoplankton sedikitnya melibatkan dua
langkah: (i) pengaktifan fitokelatin
sinthase (PC sinthase) (menggunakan
glutation, GSH, sebagai substrat), yang
terjadi sebagai hasil peningkatan
konsentrasi ion logam Cd2+
pada
intraselular; dan (ii) pengomplekan dan
inaktivasi ion logam Cd2+
untuk
dimasukkan ke sitosol oleh molekul
fitokelatin.
Gambar 2. Hubungan antara konsentrasi ion logam Cd
2+ dengan persentasi
hambatan pertumbuhan (PGI) pada nannochloris
Ketika ion logam Cd2+
telah
masuk ke dalam sitosol, suatu sistem
yang berhubungan dengan metabolisme
belerang diaktifkan yang menyebabkan
produksi fitokelatin (PC). Dengan
adanya gugus tiolik sistein yang
mengkelat ion logam Cd2+
, PC
membentuk kompleks dengan ion
logam Cd2+
,
(PC-Cd) yang
mengakibatkan pencegahan peredaran
A.Makkasau et al. ISSN 2085-014X
2
ion logam Cd2+
bebas di dalam sitosol.
Kompleks PC-Cd ini menjadi 1000 kali
kurang beracun bagi banyak enzim
tumbuhan dibanding ion logam Cd2+
dalam keadaan bebas (Kneer dan Zenk,
1992). Dalam beberapa menit setelah
ion logam Cd2+
mensuplai enzim, terjadi
proses pengaturan diri dan sintesis PC
berlanjut sampai ion logam Cd2+
tidak
tersedia (Loeffler et al., 1989). Sintesis
PC berlangsung cepat sehingga
terbentuk suatu kompleks molekul
berbobot rendah (low molecular weight,
LMW) dengan ion logam Cd2+
.
Ketersediaan ion logam Cd2+
membentuk kompleks molekul berbobot
sedang (medium molecular weight,
MMW) ke tingkatan yang lebih tinggi.
Dua kompleks ini memperoleh S2-
pada
tonoplas dalam rangka membentuk
kompleks molekul berbobot tinggi (high
molecular weight, HMW) yang
mempunyai afinitas lebih tinggi
terhadap ion logam Cd2+
untuk proses
detoksifikasi ion logam Cd2+
. Karena di
dalam vakuola mempunyai pH asam,
maka kompleks HMW terurai
menghasilkan kompleks baru dengan
asam-asam organik vakuola seperti;
asam sitrat, asam oksalat, asam malat
dan asam amino. Hidrolase pada
vakuola dapat menghasilkan kembali
apofitokelatin dalam reaksi balik
menuju sitosol (Sanita di Toppi dan
Gabbrielli, 1999; dan Burcu, 2006).
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dan
pembahansan yang telah
dikemukakan di atas dapat
disimpulkan sebagai berikut:
1. Penggunaan medium conwy untuk
mengkultur fitoplankton laut
nannochloris pada kepadatan awal
1.000.000 sel/mL medium dapat
meningkat sekitar 28 kali
kepadatannya hanya dalam waktu
10 hari kultur.
2. Pengaruh pemaparan ion logam
Cd2+
dengan konsentrasi 0,5 ppm
pada medium kultur fitoplankton
nannochloris dapat menurunkan
laju pertumbuhan spesifik,
penurunan jumlah sel dan berat
kering nannochloris.
3. Konsentrasi ion logam Cd2+
yang
tidak mempengaruhi pertumbuhan
fitoplankton nannochloris (NEC)
sebesar (0,1-0,25) ppm,
konsentrasi maksimum ion logam
Cd2+
yang dapat ditolerir oleh
fitoplankton nannochloris adalah
0,25 ppm, dan konsentrasi ion
logam Cd2+
yang menyebabkan
penurunan laju pertumbuhan
sebesar 50 % relatif terhadap
blanko EC50 = 0,849 ppm.
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih disampaikan
kepada Laboratorium Kimia Anorganik
Devisi Bioremidiasi Logam Berat
Jurusan Kimia FMIPA Universitas
Hasanuddin dan pemberi beasiswa
BPPS Dikti yang telah memberikan
fasilitas untuk kelancaran penelitian.
DAFTAR PUSTAKA
1. Asada, K., 1999, The water cycle in
chloroplast: Scavenging of active
oxygen and dissipation of excess
photons. Annual Review of Plant
Physiology and Plant Molecular
Biology 50: 601-639
2. Asada, M. and Takashaki M.,1987,
Production and scavenging of active
oxygen in photosynthesis. In
Photoinhibition: Topics in photosynthesis
(Kyle DJ, Osmond CB, Arntzen CJ) 3. Baryla A, Carrier P, Franck F,
Coulomb C, Sahut C, Havaux M,
2001, Leaf chlorosis in oilseed rape
plants (Brassica napus) grown on
cadmiumpolluted soil: causes and
consequences for photosynthesis
and growth. Planta, 212: 696–709
4. Burcu Kokturk, 2006, Cadmium
uptake and antioxidative enzyme in
Indonesia Chimica Acta, , ISSN 2085-014X
Vol. 3. No. 2, December 2010
durum wheat cultivars in respon to
increasing Cd application, Thesis,
School of Engineering and Natural
Sciences, Sabancı University
5. Dafre´ AL, Sies H, Akerboom T.,
1996, Protein S-thiolation and
regulation of microsomal
glutathione transferase activity by
the glutathione redox couple. Arch
Biochem Biophys, 332: 288–294
6. Dat J.F., Van Breusegem F.,
Vandenabeele S., Vranova E., Van
Montagu M., Inze D., 2000, Dual
action of active oxygen species
during plant strees responses, Cell
Mol. Life Sci. 57: 779-795.
7. Foster P.L., 1977, Copper exlusion
as a mechanism of heavy metal
tolerance in a greean alga. Nature,
Lond., 269: 322-323.
8. Gadallah, M.A., 1995, Effects of
cadmium and kinetin on
chlorophyll content, saccahrides
and dry matter accumulation in
sunflower plants. Biol. Plant., 37:
233-240.
9. Halliwell B, Gutteridge, JMC,
1995, Free Radicals in Biology and
Medicine. London: Clarendon Press
10. Hastuti W. dan Djunaidah, 1991,
Spirolina dalam dunia perikanan,
BPAP, Jepara.
11. Iannelli MA, Pietrini F, Fiore L,
Petrilli L, Massacci A. 2002,
Antioxidant response to cadmium
in Phragmites australis plants.
Plant Physiol Biochem 40: 977–982
12. Keyhani, E., Abdi-Oskoui, F.,
Attar, F. and Keyhani, J., 2006,
DNA strand breaks by metal-
induced oxygen radicals in purified
Salmonella typhimurium DNA.
Ann. N.Y. Acad. Sci. in Press.
13. Keyhani, J., Keyhani, E., Einollahi,
N., Minai-Tehrani, D., and
Zarchipour, S., 2003,
Heterogeneous inhibition of
horseradish peroxidase activity bya
cadmium. Biochim. Biophys. Acta.
1621: 140-148.
14. Kneer, R. and Zenk, M.H., 1992,
Phytochelatins protect plant
enzymes from heavy metals
poisioning, Phytochemistry,
31(8):2663-2667.
15. Liljas, A., 1972, Crystal structure
of human carbonic anhydrase C.
Nature New Biol.235: 131–137.
16. Loiffler Hochberger A, Grill E,
Gekeler W, Winnacker E-L, Zenk
MH, 1989, Termination of the
phytochelatin synthase reaction
through sequestration of heavy
metals by the reaction product.
FEBS Letters 258:42-46
17. Lue-Kim, H., Wozniak, P.C., dan
Fletcher, R.A., 1980, "Cd Toxicity
on Synchronous Populations
Chlorella ellipsoidea", Can. J. Bot.,
58: 1781-1788
18. Moore J.W. and Ramamoorthy S.,
1984, Heavy metals in natural
waters, applied monitoring and
impact assessment; Springer-Verlag
New York Inc.
19. Nurhamsiah. 2010. Bioakumulasi
Ion Cr6+
oleh Fitolankton Laut
Nannochloris dan Tetraselmis
Chuii dengan Penambahan
Glutation. Unhas,Tesis
20. Olmos E, Martínez-Solano JR,
Piqueras A, Hellín E., 2003, Early
steps in the oxidative burst induced
by cadmium cultured tobacco cells
(BY-2 line). Journal of
Experimental Botany, 54:291-301
21. Palar, H., 1994 : Pencemaran dan
Toksikologi Logam Berat, PT.
Rineka Cipta, Jakarta
22. Parsons, T. R., Y. Maita and C. M.
Lalli (1984): A Manual of Chemical
and Biological Methods for
Seawater Analysis. Pergamon
Press, Oxford.
23. Ramos I, Esteban E, Lucena JJ,
Garate A (2002) Cadmium uptake
and subcellular distribution in
A.Makkasau et al. ISSN 2085-014X
4
plants of Lactica sp. Cd-Mn
interaction. Plant Sci, 162: 761–
767
24. Rochaix J. D.,1995,
Chlamydomonas reinhardtii as the
photosynthetic yeast. Annu Rev
Genet, 29: 209–230
25. Romero-Puertas MC, Rodriguez-
Serrano M, Corpas FJ, Gomez M,
Del Rio LA., 2004, Cadmium
induced subcellular accumulation
of O2.- and H2O2 in pea leaves.
Plant Cell and Environment.
27:1122-1134
26. Sanita` di Toppi L, Gabbrielli R.,
1999, Response to cadmium in
higher plants. Environmental and
Experimental Botany 41:105-130
27. Schüendübel A, Nikolova P,
Rudolf C, Polle A., 2002, Cadmium
and H2O2-induced oxidative stress
in Populus canescens roots. Plant
Physiology and Biochemistry 40:
577-584
28. Schutzendubel A, Schwanz P,
Teichmann T, Gross K,
Langenfeld-Heyser R, Godbold
DL, Polle A., 2001, Cadmium-
induced changes in antioxidative
systems, hydrogen peroxide
content, and differentiation in Scots
pine roots. Plant Physiol, 127: 887–
898
29. Seafdec,1985, Prawn Hatchery
design and Operational,
Aquaculture Extention Manual No.
9, Aquaculture Department,
Tigbauan, Iliolo, Philippines.
30. Wang J, and Evangelou VP., 1995,
Metal tolerance aspects of plant cell
wall and vacuole. In: Pessarakli M
(ed) Handbook of plant and crop
physiology. Marcel Dekker, Inc.,
New York.
top related