BIOTEKNOLGI TANAHBIOTEKNOLGI TANAHStaff Pengajar Staff Pengajar

Dasar-Dasar BioteknologiDasar-Dasar BioteknologiLaboratorium Biologi dan Bioteknologi TanahLaboratorium Biologi dan Bioteknologi Tanah

Jurusan Ilmu Tanah Fakultas Pertanian Jurusan Ilmu Tanah Fakultas Pertanian Universitas Padjadjaran Universitas Padjadjaran

20102010

APA PUPUK HAYATI (BIOFERTILIZER) APA PUPUK HAYATI (BIOFERTILIZER) ITU?ITU?

• Biofertilizer is a substance which contains living Biofertilizer is a substance which contains living microorganisms which, when applied to seed, plant microorganisms which, when applied to seed, plant surfaces, or soil, colonizes the rhizosphere or the interior surfaces, or soil, colonizes the rhizosphere or the interior of the plant and promotes growth by increasing the of the plant and promotes growth by increasing the supply or availability of primary nutrients to the host plant supply or availability of primary nutrients to the host plant (Vessey, 2003).(Vessey, 2003).

SECARA ALAMI ADA PGPR. APA ITU PGPR?

• Sejumlah bakteri penyedia hara yang hidup pada rhizosfir akar (rhizobakteri) disebut sebagai rhizobakteri pemacu tumbuh tanaman (plant growth-promoting rhizobacteria atau PGPR).

• PGPR pertama kali diteliti oleh Kloepper dan Scroth (1982) untuk menggambarkan bakteri tanah yang mendiami daerah perakaran tanaman yang dinokulasikan ke dalam benih dan ternyata meningkatkan pertumbuhan tanaman.

• Jenis PGPR:– PGPR yang terlibat dalam siklus

nutrisi/unsur hara dan phytostimulasi.

– PGPR yang terlibat dalam biokontrol dari patogen tanaman (Bashan dan Holguin, 1998).

Rhizosfer - “It is an incredibly busy soil habitat, and most of its busy-ness is microbial. Within this root zone plants interact chemically with bacteria, fungi, and soil nutrients.” (Mitchell Wat et al., 2005)

PUPUK ORGANIK vs PUPUK HAYATI?PUPUK ORGANIK vs PUPUK HAYATI?

Pupuk organik adalah nama kolektif untuk semua jenis bahan organik asal tanaman dan hewan yang dapat dirombak menjadi hara tersedia bagi tanaman.

Pupuk hayati adalah inokulan berbahan aktif organisme hidup yang berfungsi untuk menambat hara tertentu atau memfasilitasi tersedianya hara dalam tanah bagi tanaman.

KEUNTUNGAN PENGGUNAAN KEUNTUNGAN PENGGUNAAN BIOFERTILIZER?BIOFERTILIZER?

• Meningkatkan pertumbuhan dan hasil tanaman (hingga sekitar 25%).

• Mensubstitusi pupuk anorganik (terutama N hingga 50% dan P hingga sekitar 25%).

• Meningkatkan produksi dan mengurangi biaya pemupukan– Pupuk anorganik semakin mahal dan berdampak negatif

terhadap lingkungan dan tanah (pemborosan energi fosil dan penurunan kualitas dan kesehatan tanah).

• Restorasi kesuburan tanah secara alami dan menekan patogen tanah.

• Dapat diperbaharui (renewable) dan relatif murah.• Penerapkan pertanian ramah lingkungan.

PENYEBAB KEGAGALAN PENGGUNAAN PENYEBAB KEGAGALAN PENGGUNAAN PUPUK HAYATI?PUPUK HAYATI?

• Populasi mikroba dalam inokulan kurang dari standar.• Inokulan tidak mampu berkompetisi dengan mikroba

indigenous.• Inokulan sudah tidak effektif

– Populasi rendah dan viabiltas rendah– Banyak kontaminan– Penyimpanan dan kemasan tidak baik

• Kondisi lingkungan tidak sesuai dengan inokulan– pH masam dan alkalinitas/salinitas– Bahan organik sangat rendah

• Secara tradisionil sudah dikenal sejak > 5000 tahun yang lalu (Mesir, China)

• Rhizobia

– Pupuk hayati Rhizobia di dunia yg dikenal dan dimanfaatkan untuk menginokulasi kacang-kacangan (Riegel & Wilfarth, 1908; Jerman) dikomersialkan dan dipatenkan dengan nama “nitragin”.

• Azotobacter

– Diformulasikan berbentuk inokulan dan disebut “Azotobacterin”.

– Tahun 1930-an dan 1940-an berjuta-juta lahan di Uni Sovyet diinokulasi dengan bakteri ini.

• Di Indonesia untuk komersial (Lab. Mikrobiologi UGM, 1981) untuk petani transmigran dalam bentuk inokulan bintil akar untuk menginokulasi kedelai dalam skala besar.

PERKEMBANGAN PUPUK HAYATIPERKEMBANGAN PUPUK HAYATI

MEKANISME KERJA PUPUK HAYATIMEKANISME KERJA PUPUK HAYATI(HOW BIOFERTILIZERS WORK(HOW BIOFERTILIZERS WORK?)?)

1. Biofertilizers fix atmospheric nitrogen in the soil and root nodules of legume crops and make it available to the plant.

2. They solubilize the insoluble forms of phosphates like tricalcium, iron, and aluminium phosphates into available forms.

3. They scavenge phosphate from soil layers.

4. They produce hormones and anti metabolites which promote root growth.

5. They decompose organic matter and help in mineralization in soil.

6. When applied to seed or soil, biofertilizers increase the availability of nutrients and improve the yields by 10 to 25% without adversely affecting the soil and environment.

PUPUK HAYATI PENAMBAT N (BIOLOGICAL NITROGEN FIXATION)

• Atmosfir merupakan sumber utama N2 (78%), dapat tersedia dengan bantuan bakteri penambat N (Nitrogen Fixers).

• Penambatan nitrogen secara biologis merupakan poin kunci masuknya molekul nitrogen ke dalam siklus biogeokimia nitrogen.

PENAMBATAN N DAN DAUR N

FIKSASI NITROGEN SECARA BIOLOGIS• Fiksasi nitrogen secara biologis (Biological Nitrogen

Fixation/BNF) mengubah gas nitrogen diubah menjadi amonia oleh bakteri dengan bantuan enzim nitrogenase. Reaksi dari BNF adalah:N2 + 8 H+ + 8 e + 16 ATP 2NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi

• Adanya enzim nitrogenase• Ketersediaan sumber energi (carbon)• Adanya sistem perlindungan enzim

nitrogenase dari inaktivasi oleh oksigen• Pemindahan yang cepat nitrogen hasil

tambatan dari tempat penambatan nitrogen untuk mencegah terhambatnya enzim nitrogenase

PERSAYARATAN DAN MEKANISME FIKSASI NITROGEN

MEKANISME BIOKIMIA DARI PROSES FIKSASI NITROGEN

Enzim nitrogenase

Untuk memproduksi 2 NH3 dan H2 dibutuhkan setara 8 pereduksi. Untuk transfer dari setiap elektron ke inti Mo-Fe memerlukan satu siklus dissosiasi ikatan oleh sub unit reduktase, dengan hidrolisis 2 molekul ATP setiap siklus. Secara keseluruhan proses reduksi molekul N2 memerlukan hidrolisis 16 molekul ATP, dan 8 siklus dissosiasi reductase dari nitrogenase

23energy

2 H2NH8e8HN

ENZIM NITROGENASE

• Terdiri dua komponen– The Fe protein– The MoFe protein

• Ferredoxin mereduksi Fe protein– Mengikat dan menghidrolisis ATP pada Fe protein menyebabkan perubahan

protein Fe yang memberikan fasilitas terjadinya reaksi• Fe protein mereduksi MoFe protein dan MoFe protein mereduksi N2

(Kanan) Akar dengan nodula dibentuk oleh bakteri (Rhizobium). (Kiri) Nodula Akar berkembang sebagai hasil dari simbiosis antara bakteri Rhizobium dengan rambut akar pada tanaman. (A) Bakteria mengenal rambut akar dan mulai membelah, (B) Masuknya rhizobia ke akar melalui infeksi sehingga bakteria masuk ke dalam sel akar (C) membelah/membagi menjadi bentuk nodula.

TEKNIK KULTUR RHIZOBIUM

ISOLASI STRAINS RHIZOBIA

Mengumpulkan dan menyiapkan

nodula akar di lapangan

Indentifikasi tanaman

inang

Identifikasi Tanah

Indentifikasi Lokasi

ISOLASI DARI NODULA SEGAR

Akar legum segar dari lapangan dibersihkan dengan air untuk membuang semua tanah dan partikel organik. Akar yang terinfeksi nodula dipotong hingga 2-3 mm setiap bagian dari nodula, utuh dan tidak rusak. Celupkan selama 10 detik ke dalam etanol 95% atau isopropanol dipindahkan ke larutan sodium hypoklorit 2,5 – 3% (v/v) atau clorox 1 : 1 (v/v) dan rendam selama 4-5 menit.

Nodula dihancurkan dalam pipa steril dengan tangkai gelas steril (+) kan air dan piring berisi lapisan pada permukaan YMA (Yeast Manitol Agar) berisi congo red. Cawan petri yang berisi inokulan diinkubasi pada suhu 25-28 C selama 3 -10 hari, bergantung pada strain dan penampakan koloni yang spesifik. Koloni rhizobia adalah mucoid, bundar/bulat dan menunjukkan sedikit atau tidak ada absorpsi congo red. Isolat dari koloni rhizobia tunggal kemudian dimurnikan dan disebut sebagai Rhizobium.

Anabaena azollae• Bersimbiosis dengan paku air Azolla pinnata.• Anabaena menempati pori ventral dalam lobus

dorsal daun Azolla.• Sebagai pupuk hijau untuk budidaya padi karena

tumbuhnya cepat, menghasilkan 200-300 t ha/tahun.

• Lingkungan: media air, pH 7-8.

Heterocyst

Akinet

Inokulan Anabaena azollae• Tumbuhkan 0,1 – 0,4 kg/m3 pada media (air 5-10 cm) +

superfosfat 4 - 8 kg P2O5/ha selama 2 - 3 minggu.• Aplikasikan di sawah 10 - 20 t/ha dengan cara dibenamkan.• Tanam padi umur 7 hari.• Azolla dapat dibudidayakan bersamaan tanaman padi.• Setelah terbentuk lapisan Anabaena, dibajak untuk

dibenamkan.• Proses pembajakan bisa berulang-ulang.• Manfaat: sumber N pada tanah tergenang (anaerob) --- 10

t/ha Azolla setara 25 – 30 kg N/ha.

BAKTERI PELARUT FOSFATBAKTERI PELARUT FOSFAT

• Tanaman memanfaatkan P dalam bentuk H2PO4

- atau HPO42- yang larut.

• Permasalahan banyak P yang tidak larut– Pada tanah alkalis P difiksasi oleh Ca

membentuk Ca-P.• Ca(H2PO4

-) (monokalsium fosfat)• Ca10 (PO4)6 (OH)2 (rock phosphat) dll

– Pada tanah masam P difiksasi oleh Al atau Fe membentuk Al-P atau Fe-P.

• Fe(OH)2H2PO4 (stringit)• Al(OH)2H2PO4 (varisit)

Al P

Varisit

Fe P

Stringit

• Reaksi:– Ca10 (PO4)6 (OH)2 + 14 H+ 10 Ca2+ + 6 H2O + 6 H2PO4

-

H dihasilkan dari hidrolisis asam2 organik yang dihasilkan BPF

– M-H2PO4 + M- + H2PO4

Pembentukan komplek asam organik dengan Al atau Fe (M)

R – C – O-

O

O – C – R O

• Bakteri pelarut fosfat (Pseudomonas sp., Bacillus megatherium) melarutkan P dengan cara dihasilkannya asam2 organik spt format, asetat, propionat, laktonat, glikolat, fumarat & suksinat yg dpt mengkhelat Al atau Fe shg P bebas.

BPF menghasilkan zona bening pada media Pikosvkaya

MIKORIZAMIKORIZA• Asosiasi simbiotik antara miselia

fungi dengan akar tanaman tertentu• Mikoriza membantu tanaman induk

menyerap unsur hara dan perlindungan akar tanaman dari penyakit

• Dibedakan menjadi ektomycorhiza dan edomycorhiza

Ektomycorhiza• Berkembang sebagai filamen seperti

benang (hypae) ke dalam akar2 halus masuk di antara sel2 akar (tidak ke dalam sel2 akar) --- jala hartig.

• Manfaat:– Membantu tanaman meningkatkan

penyerapan unsur hara --- meningkatkan luas permukaan akar

– Mantel yang menyelubungi akar melindungi tanaman induk dari penyakit

• Contoh tanaman: pinus, oak, elm dll.

Endomycorhiza• Hypae dari jamur menembus ke dalam sel2 akar tanaman.• Unsur hara dari mycorhiza yang mati diserap dan digunakan tanaman

induk.• Contoh tanaman: jagung, bawang, strawberry, apel, anggrek dll.

Kiri: Tanpa mikorizaKanan: Dengan mikoriza

• Pertumbuhan lebih baik:– Perlindungan akar dari

penyakit tanaman– Perluasan area

penyerapan akar

BIOTRANSFORMASI N

NH4+ NO2

- NO3-

Bakteri nitrifikasi berkembang dengan baik bila:• Terdapat bahan organik yang melapuk

menjadi amonia• Aerasi baik• Lembab tapi tidak basah• Cukup Ca (tidak masam)• Suhu optimum 37oC (min 5oC, mak 55oC)

Nitrosomonas

NItrobacter

Nitrosomonas Nitrobacter

BIOTRANSFORMASI N

NITRIFIKASI

DENITRIFIKASI

NO3- NO2

NO N2O N2

Bakteri denitrifikasi berkembang bila:• Terdapat nitrat• Aerasi buruk• Basah• Cukup Ca (tidak masam)• Suhu optimum 37oC (min 5oC, mak 55oC)

Thiobacillus denitrificanThiobacillus denitrifican

BIOTRANSFORMASI N

BIOTRANSFORMASI S

Bioremediasi Bioremediasi Air Asam Tambang (AAT)Air Asam Tambang (AAT)Acid Rock Drainage (ARD)Acid Rock Drainage (ARD)

BIOTRANSFORMASI S

Batuan yang mengandung logam2 berharga umumnya mengandung mineral2 sulfida --- Mineral2 yang

mengandung unsur logam & sulfur

Sulfide minerals in a rock sample

BIOTRANSFORMASI S

Kebanyakan mineral sulfida adalah pyrite (FeS2) --- Mengandung unsur besi & sulfur

BIOTRANSFORMASI S

Jika pyrite kontak dengan udara/oksigen (teroksidasi) maka akan terbentuk besi oksida & asam sulfat --- Beberapa bakteri (Thiobacilus

ferrooxidans, T. thiooxidans & Leptospirillum ferrooxidans) mempercepat proses ini menjadi 500 000-1000 000 kali lipat

Sulfuric AcidBacteriaPyrite

Oxygen

BIOTRANSFORMASI S

Asam sulfat yang dihasilkan oleh pyrite yang teroksidasi akan menyebabkan tanah & air menjadi sangat asam ---- Disebut Air Asam

Tambang

BIOTRANSFORMASI S

Ide Bioremediasi AAT

• Ada mikroba yang dapat mereduksi sulfat.• Umumnya bakteri bakteri pereduksi sulfat:

Desulfofibrio & Desulfotomaculum.• Sulfat (SO4

2-) akan direduksi menjadi hidrogen sulfida (H2S).

• Bakteri pereduksi sulfat dapat tumbuh pada lingkungan asam tetapi dapat mengadaptasikan tubuhnya pada pH sekitar netral --- Faktor fisiologi mikroba yaitu sitoplasma dalam tubuhnya lebih alkali dibandingkan lingkungan media --- Bakteri akan memompa proton ke lingkungan jika kondisi lingkungan asam sehingga pH lingkungan meningkat tetapi kondisi tubuh bakteri tetap pada kisaran pH netral.

BIOTRANSFORMASI S

Indonesian Center for Biodiversity and Biotechnology (ICBB)

Hari

pH

0

6.5

3.5

30

Penerapan bioremediasi dengan bakteri ICBB 1220: dalam 30 hari dapat menaikkan pH media dari 3.5-6.5

BIOTRANSFORMASI S

Sink Karbon di Biosfer, Atmosfer, Litosfer

(1) Molekul organik di organisme hidup dan mati di biosfer, (2) Gas karbondioksida di atmosfir, (3) Bahan organik di dalam tanah, (4) Fosil, batuan sedimen, batu kapur, dolomit di litosfer (5) Karbondioksida terlarut di lautan dan kalsiumkarbonat di cangkang organisme laut.

BIOTRANSFORMASI C

Organisme OtotrofMemiliki mekanisme untuk mengabsorpsi CO2 ke dalam sel dan secara kimia mengubahnya menjadi molekul gula melalui fotosintesis.

Molekul gula secara kimia dimodifikasi oleh organisme tersebut melalui metabolisme menjadi bahan yang lebih kompleks seperti protein, selulosa, lemak dan asam amino.

Sebagian bahan organik yang dihasilkan tanaman didekomposisi kembali oleh mikroba heterotrof melalui konsumsi dan terjadi pelepaskan CO2.

Bakteri ototrof

Alga

Tanaman tinggi

BIOTRANSFORMASI C

Konsentrasi CO2 Atmosfir

BIOTRANSFORMASI C

BIOTRANSFORMASI C

• Atmosfir mengandung gas rumah kaca yaitu karbondioksida (CO2), metana (CH4), nitrousoksida (N2O), debu halus (aerosol), ozone (O3) dan Chlorofluorocarbon (CFC) yang meningkat sebagai akibat aktivitas manusia.

• Peningkatan konsentrasi gas menyebabkan peningkatan kemampuan atmosfir untuk mengabsorbsi cahaya.

• Pemanasan ini akan mengubah kondisi cuaca yang juga akan mengganggu pertanian.

Efek Gas Rumah Kaca (GRK)

Bagaimana Dengan Tanah Sawah? Apa Iya Bagaimana Dengan Tanah Sawah? Apa Iya Penyumbang GRK?Penyumbang GRK?

• Dekomposisi bahan organik dalam kondisi anaerob.• Bakteri methanogen membentuk CH4.

• Eh – 400 mV.

BIOTRANSFORMASI C

Daur KBIOTRANSFORMASI K

• Sumber K di dalam tanah berasal dari:– Mineral feldsfar, mika, muskovit, biotit dengan

kandungan K sekitar 8% dan ilit.– Pupuk kalium (K2SO4 atau KCl).– Sisa-sisa organik, dari sisa-sisa tanaman (K2O ±

2,5%) atau pupuk kandang (K2O 0,28-0,5%). Sel bakteri mengandung K2O 4-25,5% dan dalam miselium fungi sekitar 8,7-39,5%.

• Bentuk K dalam tanah dikelompokkan menjadi:– Bentuk tidak tersedia bagi tanaman meliputi 90-

98% dari total K tanah (berada dalam mineral feldsfar dan mika).

– Kalium lambat tersedia meliputi 1-10% dari K total. K ini melarut dari mineral primer atau pupuk K, tetapi masih melekat pada komplek jerapan anorganik dan organik.

– Kalium mudah tersedia meliputi 0,1-2% dari total K dalam tanah. Kalium ini berada pada tepi permukaan jerapan tanah dan dapat ditukar dengan kation lain untuk lepas ke larutan tanah.

BIOTRANSFORMASI K

Mineral mika sebagai sumber K

• Kalium diserap tanaman dalam bentuk K+.

• Konsentrasi K dalam tanaman 1,66 – 2,75%.

• Peranan K sebagai katalisator.• Gejala defisiensi K dalam tanaman:

– Muncul pada daun jaringan yang tua karena mobilitas K dalam tanaman cukup tinggi.

– Terjadinya klorosis yang kemudian tepi daun berubah menjadi coklat. Defisiensi lanjut tanaman menjadi kerdil dan buku-bukunya menjadi pendek.

– Akibat defisiensi K: mempengaruhi sintesis pati dan sintesis asam lemak dari asetat yang berasal dari glikolisis, berkurangnya toleransi tanaman terhadap stress air karena berperanan penting dalam mengatur stomata.

Gejala defisiensi K pada jagung

Gejala defisiensi K pada kedelai

BIOTRANSFORMASI K

Peran Unsur K

Peranan Mikroba dalam Daur K

• Mikroba tanah mempunyai pengaruh terhadap tingkat ketersedian K tanah.

• Pelarutan K dalam mineral dapat berlangsung karena aksi asam organik hasil sintesis mikrobia tanah --- Pembebasan K ke dalam larutan tanah dari K mineral.

• Beberapa bakteri tertentu dapat tumbuh dalam medium kultur yang mengandung mineral aluminosilikat dan mampu melepaskan K yang ada di dalamnya.

– Basillus siliceous. Hasil inokulasi pada tanaman gandum terjadi peningkatan hasil yang diperoleh setara dengan perlakuan pupuk KCl. Bakteri tersebut mampu menyerang K-silikat dalam tanah dan melepaskannya menjadi bentuk yang tersedia bagi tanaman.

– Azotobacter sering digunakan untuk menentukan tingkat tersedianya K dalam tanah. Bakteri ini akan terhambat bila di dalam media pertumbuhannya kekurangan unsur K, Ca dan P.

– Aspergillus niger mampu menggunakan mineral liat sebagai sumber K nya dalam medium kultur.

BIOTRANSFORMASI K

Aspergillus niger

Daur Fe• Kerak bumi mengandung Fe cukup tinggi ± 50

000 ppm.• Tanah bereaksi asam:

– Fe tersedia cukup terutama tanah-tanah merah (red soil. Kadar Fe pada tanah pasang surut dan gambut bervariasi sedang sampai tinggi sehingga sering menampakkan gejala meracun.

• Tanah bereaksi alkali:– Tanah berkapur (kalkareous) kadar Fe total cukup

tinggi (20 000 – 40 000 ppm) tetapi tidak dalam bentuk tersedia bagi tanaman. Setiap kenaikan 1 unit pH maka aktivitas Fe dalam larutan tanah akan turun 1000 kali dan kelarutan Fe akan mencapai nilai minimum pada pH 6,5 – 8,0.

BIOTRANSFORMASI Fe

Tanah berkapur – kahat Fe

Peran Unsur Fe

• Fe berperan dalam sintesis protein, komponen enzim redoks seperti peroksidase, katalase dan sitokrom oksidase.

• Tanaman menyerap Fe dalam bentuk Fe2+, Fe3+

atau Fe-khelat senyawa organik.• Defisiensi Fe pada tanaman menyebabkan

klorosis (ditandai dengan menguningnya tulang daun) yang banyak ditemukan pada tanah alkalis atau pH tinggi dan banyak mengandung Ca dan Mg karbonat. Sedangkan gejala keracunan Fe ditunjukkan oleh adanya bercak ungu kecoklatan pada daun dan pada daun tanaman padi menunjukkan warna coklat kemerahan (bronzing).

Gejala defisiensi Fe pada jagung (Zea mays)

BIOTRANSFORMASI Fe

Status Fe pada Tanah Alkali• Pada pH tanah yang bereaksi

alkali kandungan Fe sangat tidak memenuhi kebutuhan tanaman sehingga di dalam tanah harus terbentuk Fe organik berbentuk Fe-khelat, yang terbentuk dari hasil persenyawaan Fe tanah dengan polifenol, asam fulvik dan asam alifatik sederhana yang berasal dari tanaman (phytosiderofor) atau dengan asam-asam organik yang dihasilkan oleh mikroba (siderofor).

Interaksi antara akar tanaman dan mikroba dalam menyediakan Fe bagi tanaman (PC=plant chelator phytosiderofor, MC=microbial chelator siderofor) (Marschner P, 2007).

BIOTRANSFORMASI Fe

Peran Bakteri Siderofor dalam Menyediakan Fe

Isolat bakteri siderofor B59 asal Tagog Apu – berpendar hijau kekuningan (Herdiyantoro et al., 2009).

BIOTRANSFORMASI Fe

Bagaimana Mengisolasi dan Memproduksi Bagaimana Mengisolasi dan Memproduksi Bakteri Siderofor?Bakteri Siderofor?

Eksplorasi IsolatEksplorasi Isolat

Isolasi Isolasi

(Media King’s B)(Media King’s B)

PemurnianPemurnianSeleksiSeleksi

Produksi Produksi

InokulanInokulan

Media Media

PembawaPembawa

Uji CobaUji Coba

BIOTRANSFORMASI Fe

Daur Mn• Mangan (Mn) di dalam tanah dijumpai pada mineral,

batuan induk dan terdapat dalam bentuk oksida, silikat dan karbonat (bentuk dominan Mn2+).

• Kandungan di dalam tanah 20-400 ppm.• Bentuk tersedia Mn2+ (bivalen, mangano)

– Tanah dengan pH < 5,5 dalam kondisi aerobik atau pada pH yang lebih tinggi pada kondisi anaerobik kelarutan Mn sangat tinggi.

• Bentuk tidak tersedia Mn4+ (trivalen atau tetravalen; mangani)

– Tanah bereaksi alkali (pH > 8) pada kondisi aerobik, Mn2+ teroksidasi menjadi Mn4+ yang tidak tersedia karena tidak larut dalam air (terendapkan sebagai mangani oksida, MnO2).

– Jika terjadi kenaikan 1 unit pH maka kelarutan kation Mn2+ akan menurun sebanyak 100 kali. Pada lingkungan marin endapan MnO2 dikenal sebagai nodul Mn (manganese nodule).

BIOTRANSFORMASI Mn

Manganese nodule

Peran Unsur Mn

• Mangan berperan dalam mengaktivasi sejumlah enzim dalam proses fotosintesis, metabolisme dan asimilasi N serta sebagai aktivator enzim-enzim (oksidase, peroksidase, dehidrogenase, dekarboksilase dan kinase).

• Defisiensi Mn pada tanaman menyebabkan:– Terganggunya (inaktivasi) proses

fotosintesis.– Perubahan proses metabolik di dalam

tanaman.

Gejala defisiensi Mn pada tanaman Garden Bean (Phaseolus vulgaris L.)

Gejala defisiensi Mn pada tanaman Cucumber (Cucumis sativus L.)

BIOTRANSFORMASI Mn

Peranan Mikroba dalam Daur Mn

• Berbagai bakteri berperan dalam mengkatalis reaksi pengubahan bentuk-bentuk Mn.– Corynebacterium sp. mengoksidasi

kation Mn2+ menjadi Mn4+ (Mn2O3 dan MnO2).Mn2+ + ½O2 + H2O MnO2 + 2H+

– Bacillus pycocyaneus mereduksi Mn4+ (Mn2O3 dan MnO2) menjadi kation Mn2+

yang mudah larut dan lebih mobil pada suasana anaerob.

BIOTRANSFORMASI Mn

Corynebacterium sp.

Bakteri Pemakan Minyak Bumi

• Bioremediasi tanah2 tercemar minyak bumi --- memanfaatkan bakteri2 pengguna minyak bumi sebagai sumber karbon untuk menghasilkan energi untuk membersihkan tanah tercemar tumpahan minyak bumi --- teknologi yang ekonomis & efektif

• MEOR (microbial oil enhanced oil recovery) --- memanfaatkan bakteri2 penghasil surfaktan yang dpt melarutkan minyak dalam pori2 batuan shg minyak bumi dapat ditambang

• MOST (microbial oil survey technic) --- memanfaatkan bakteri2 pemakan metan untuk membantu menentukan titik2 pengeboran minyak bumi

TUGAS INDIVIDU (dikumpulkan minggu depan!)

1. Uraikan dengan singkat perkembangan pupuk hayati (biofertilizers)!2. Dalam era globalisasi dan pertanian ramah lingkungan penggunaan pupuk hayati

semakin penting. Sebutkan dan jelaskan keuntungan penggunaan pupuk hayati dan penyebab kegagalan penggunaan pupuk hayati!

3. Terangkan dengan singkat apakah yang dimasud dengan pupuk hayati dan sebutkan kelompok mikroba yang dapat digolongkan ke dalam pupuk hayati!

4. Tanah tanah di Indonesia umumnya termasuk tanah masam (pH rendah) sehingga P tanah sering tidak tersedia (terfiksasi). Uraikan dengan singkat bagaimana pupuk hayati mampu meningkatkan ketersediaan P tersebut. Sebutkan dan jelaskan mikroba apa yang dapat digunakan!

5. Apakah yang saudara ketahui tentang mikoriza dan apa peranannya dalam mendukung pertumbuhan tanaman, meningkatkan kualitas dan kesehatan tanah?

6. Apa yang anda ketahui dengan bakteri pendegradasi minyak bumi. Apa manfaatnya bagi proses remediasi tanah yang tercemar tumpahan minyak bumi?

7. Apa yang anda ketahui dengan teknologi MEOR (Microbial enhanced oil recovery)?

Sampai Jumpa dan Selamat BelajarSampai Jumpa dan Selamat Belajar