TEKNOLOGI PENAMBATAN GAS N2

UDARA & REKAYASA GENETIK

Ir. Sri Sumarsih, MP.Email: Sumarsih_03@yahoo.com

Weblog: Sumarsih07.wordpress.com

Website: agriculture.upnyk.ac.id

Materi Kuliah

Bioteknologi Pertanian

Prodi AgroteknologiPertemuan Ke 13

resting spore heterocyst

5 m

Penambat Nitrogen

di alam

LEGUM LICHENES

BGA

Azolla pinnataAzolla

filiculoides

ENZIM NITROGENASE Enzim nitrogenase terdiri 2 sub unit protein:

a. Mo-Fe Protein, labil terhadap asam

b. 2 Fe Protein, sangat sensitif terhadap O2

Aktivitas reaksi enzim nitrogenase diperlukan:

a. substrat N2, N2O, C2H2

b. Mg+2 dan ATP (sumber energi)

c. reduktan: Ferredoksin (Clostridium, Azotobacter, Anabaena),

Flavoprotein (Azotobacter), atau Fe-S protein (bakteroid)

Reaksi total reduksi N2 oleh nitrogenase:

N2+16ATP+8e-+10H+ +Mg+2 2NH4

++H2+16ADP+Pi

Fiksasi N2 dihambat oleh adanya pemupukan NH4 dan NO3 serta pH

masam

Bakteri Penambat Nitrogen

Tipe/Sifat Jenis Mikroorganisme

Asimbiotik/Asosiasi:

Bakteri Aerobik

Bakteri Mikroaerofilik

Bakteri Fakultatif

Bakteri Anaerobik

Blue Green

Algae/fotosintetik

Azotobacter, Beijerinckia

Azospirillum, Thiobacillus, Spirillum

Bacillus, Escherichia, Pseudomonas

Clostridium, Desulfovibrio

Nostoc, Anabaena, Rhodospirillum

Simbiotik:

Bakteri

Blue Green Algae

Rhizobium-Legum

Anabaena azollae-Azolla

KEMAMPUAN BAKTERI SIMBIOTIK

TANAMAN DLM MEMFIKSASI N2

TANAMAN

SIMBION

Kg N2 /Ha /

TAHUN

ALFALFA

RED CLOVER

PEA

SOYBEAN

COWPEA

VETCH

125-335

85-190

80-150

65-115

65-130

90-155

KEMAMPUAN FIKSASI N2NONSIMBIOTIK

MIKROBA KONDISI HARI ugN/ml

AZOTOBACTER

CYLINDROSPERMUM

KLEBSIELLA

CLOSTRIDIUM

CHLOROBIUM

RHODOSPIRILLUM

AEROB

AEROB/CAHAYA

ANAEROB

ANAEROB

ANAEROB/CAHAYA

ANAEROB/CAHAYA

3

55

2

10

5

10

1050

52

60

136

20

76

Figure 6.13

Bakteri penambat nitrogen

Penambat Nitrogen non-simbiotik:

-Azotobacter, hidup di rhizosfer tanaman di lahan kering

-Clostridium, hidup di tanah tergenang/ tanah sawah

-Azospirillum, hidup di permukaan / dalam akar

-Cyanobacteria, BGA, hidup di tanah tergenang /tanah sawah

Penambat Nitrogen simbiotik:

-Rhizobium- hidup dalam bintil akar leguminosae

-Anabaena azollae-hidup dalam daun Azolla pinnata

Teknik Konvensional Pembuatan

Pupuk Hayati Penambat Gas N2

Bisakah menanam bakteri penambat N2? Jawabnya tentu bisa

Mau mencoba?

Caranya bagaimana?

Mulai dari isolasi, kultur & perbanyakan

Untuk apa?

Untuk pupuk hayati pengganti pupuk N kimia

Produknya disebut apa?

Inokulum bakteri penambat nitrogen

Isolasi Bakteri

Penambat N2 Udara

Bintil akar disterilkan,

dipecah,

diambil cairannya

menggunakan jarum ose

Ose

digoreskan

di atas

media agar

Bintil

akar

Koloni hasil kultur bintil

akar yang terpisah

diambil dengan ose

Simpan dalam refrigerator

(almari es tapi bukan di

freezernya)

DITANAM DI

MEDIA AGAR

MIRING

Pembuatan

kultur murni

Rhizobium

TEKNIK

PRODUKSI /

PERBANYAKAN

MIKROBA

SECARA

SEDERHANA

Media

dari

bahan

yang

mudah

didapat

Skala

produksi

kecil

menggunakan

fermentor

sederhana

Kultur

murni

ditanam

dalam

media

cair

bifase

digojok

Agar hasil lebih banyak

dari kultur gojok dipindah

ke fermentor

dipindah ke

fermentor sederhana

PERBANYAKAN

BAKTERI

DENGAN

TEKNOLOGI

MODERN

Starter

DIPERBANYAK DALAM

FERMENTOR MODERN

Kultur murni

Penggandaan skala produksi

mikrobaAlur proses pembuatan inokulum bakteri secara industri

Beberapa

bentuk

produk

inokulumSetelah

bakteri

diperbanyak

dicampur

dengan

carrier

Rekayasa Genetik Bakteri

Penambat N2 Gen yang mengkode penambatan N2

disebut gen nif (nitrogen fixation)

Gen nif bisa disisipkan pada organisme

lain dengan ekspresi mampu menambat

gas N2

Untuk memberi kemampuan menambat

gas N2 pada bakteri lain atau untuk

membuat tanaman mampu menambat gas

N2 dari udara

Organisasi Gen nif

Gen nif pada kromosom bakteri Klebsiella

terdiri atas 17 gen:

- Sintesis FeMoCo kofaktor (nif B)

- Sintesis protein nitrogenase (K genes)

- Pengaturan (nif A)

Proses rekayasa genetik pada

prokariotSkema genetic engineering untuk

pengembangan tanaman penambat gas N2

Step I:

DNA plasmid disisipi gen penanda (gen ketahanan

thd antibiotik)

Step II

DNA plasmid disambung dg gen nif

Step III

Plasmid dimasukkan ke sel bakteri Agrobacterium

tumefaciens, kmdn plasmid dimasukkan ke dlm

sel tanaman