aplikasi mikroba pada tanaman pakan
TRANSCRIPT
APLIKASI MIKROBA PADA
TANAMAN PAKAN
(PERTANIAN ORGANIK)
MIKROBIOLOGI TANAH DAN TANAMAN
A. PENGERTIAN
Mikrobiol/S1/SAN
(1). Mikrobiologi Tanah:
Cabang ilmu tanah yang mengkhususkan mempelajari
mikroorganisme yang berada dalam tanah, menyangkut
peran dan aktivitasnya (metabolisme, aliran energi dan siklus
materi) serta interaksinya dengan lingkungannya (mikroba
lain, tanaman serta lingkungan tanah)
(2). Pendekatan mempelajari Mikrobiologi Tanah:
Fisiologi (pertumbuhan dan metabolisme)
Taksonomi (hubungan kekerabatan mikroorganisme)
Patologi (menyebabkan penyakit tan-hewan-man)
Simbiosis (interaksi kompleks dengan organisme)
Biogeokimia (efek ke lingkungan sec. kimia)
Siklus materi (berperan dalam siklus senyawa dlm
tanah)
Perubahan Global (pengaruh thd suhu dan tekanan
atm)
Ekologi (interaksi dengan lingk dan mikro lainnya)
EKOSISTEM TANAH DAN TANAMAN
Rantai Makanan Dalam Ekosistem
Mikrobiol/S1/SAN
Ekosistem
Tanah - TanamanCahaya Panas/E
Ekosistem Tanah
– Tanaman
Padat (mik+bo)
Cair (air tnh)
Gas (pori tnh)
Produsen &
Penghancur
Biotik Abiotik
Bahan Bahan
Lintasan Energi
Lintasan Substansi
Macam dan Klasifikasi Mikroba dalam
Tanah-Tanaman
1. Prokariotik :o Bakteri
o Actinomyseta
3. Mesofauna : Nematoda
5. Mikrobiota : Mycoplasma
Virus
Viroid
Prion
Fungi
1. Penyebaran di dalam tanah
2. Ketahanan terhadap lingkungan
3. Variasi/Fluktuasi populasi
4. Sumber energi dan unsur hara
Mikrobiol/S1/SAN
Topik-topik
Pembahasan
2. Mikrofauna :o Protozoa
o Archezoa
4. Makrofauna: Semut
Cacing tanah
Arthropoda kecil
Springtail
Algae
A. Penyebaran di dalam Tanah1. Penyebaran dengan Pola Pertumbuhan
1. Pola Uniselluler (Tidak Mengembara) : Sebagai sel tunggal /koloni yang terikat kuat partikel tanah. (Bakteri)
2. Pola Uniselluler (Mengembara) : Seperti no. 1, namun mengembaramelalui permukaan yang berkesinambungan (Rhizobium dan beberapaCendawan)
3. Pola Plasmodia : Sebagai massa protoplasma yang telanjang danbergerak (seperti amoeba) lalu berubah menjadi spora (Myxobakteriadan Myxomyceta)
4. Pola Hyfa terbatas : Membentuk spora yang umumnya tidak bergerak(Penicillium dan Actinomyceta)
5. Pola Hyfa Menyebar : Membentuk spora yang bergerak (CendawanMucor, beberapa Mikoriza)
6. Pola Rhizomorf (Jaringan Mycelia) : Hyfa yang membentukrhizomorf/akar, sehingga membentuk jaringan yang kuat dan menyebar(Basidiomyceta)
2. Penyebaran dengan Potongan Mikrobia
Memecah diri ke dalam potongan-potongan mycelia kecil, spora-spora atau unisel-unisel yang tetap tinggal hidup di dalam tanah-tanaman
Semua komponen tanah-tanaman sangat menentukan penyebaran dan pertumbuhan Mikrobia tipe ini
B. Ketahanan terhadap LingkunganMembentuk struktur khusus :
a. Struktur vegetatif : sel-sel vegetatif dan potongan-potongan hyfa & mycelia menjadi dorman dan hidup dalam waktu lama,
membentuk kapsul yang dilindungi oleh senyawa-senyawapolisakharida/polipeptida
b. Struktur spora : sel-sel mikrobia membentuk spora khusus yang resisten terhadap lingkungan ekstrim, seperti : (1) Endospora
Bakteria (Bacillus dan Clostridium), (2) Spora-spora dariActinomyceta (Konidia dari Streptomyces yang bersifat hidrofobik
dan (3) Spora Cendawan
C. Variasi / Keragaman PopulasiTerdapat tiga cara :
• Transformasi = perpindahan material genetik dari satumikrobia ke mikrobia lainnya (harus ada media gen tra)• Konjugasi = perbanyakan dengan cara menempel
• Transduksi (khusus virus)
D. Sumber Energi dan Unsur Hara/Cara MakanSUMBER ENERGI
1. Kimia (Khemotrof) :Meliputi : (a) ORGANIK (Khemoheterotrof) : Protozoa, Cendawan dan
Kebanyakan Bakteri dan (b) INORGANIK (Khemoautotrof) : Bakteri nitrifikasi dan Thiobacilli
2. Radiasi/cahaya (Fototrof) :Meliputi : (a) ORGANIK (Fotoheterotrof) : Bakteri fotosintetik dan (b) INORGANIK (Fotoautotrof) : Ganggang hijau dan biru hijau serta Bakteri
fotosintetik
CARA MEMPEROLEH C dan ENERGI (Khemoheterotrof)
1. Osmotrof (menyerap nutrisi terlarut)2. Phagotrof (mencerna partikel padat)
CARA MAKAN (Khemoheterotrof)
1. Biofag (makan organisme hidup)2. Saprofag (makan organisme mati)
An Overview metabolism
metabolism：the sum total of all chemical reactions occurring in the cell
Complex molecules
catabolism
anabolism
Simple molecules ATP [H]
Metabolism: The processes of catabolism and anabolism
Catabolism: The processes by which a living organism obtains its energy and raw materials from nutrients
Anabolism: The processes by which energy and raw materials are used to build macromolecules and cellular structures (biosynthesis)
Microbial Metabolism
A. Basic Concepts of Metabolism (redox, enzymatic
pathway, cofactor, hydrolitic, atp )
B. Glycolytic Pathways
C. Fermentation
D. Respiration
E. Photosynthesis
F. Chemolithotrophy
(MIKROBA) ~
(TANAH-TANAMAN-UDARA)
1. BIOCOMPOSTING_BIOCONVERTION, BIODEGRADATION
2. BIOFERTILIZER_BIOCONVERTION, ENZYMETRIC
3. BIOCONTROL AGENT_PATHOGENICS ENEMY
4. BIONUTRICONVERTION_BIOCONVERTION
5. BIOREMEDIATION_BIOCONVERTION
BIOCOMPOSTING
(KOMPOS HAYATI)
CONCEPT: BIOCONVERTION &
BIODEGRADATION
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
BIOFERTILIZER
(PUPUK HAYATI)
I
I
I
I
Mikrobiol/S1/SAN
A = Amoniasi dan Mineralisasi, B = Imobilisasi, C = Nitrifikasi, D = reduksi Nitrat dan
Imobilisasi, E = Denitrifikasi, F = Fiksasi N Simbiotik, G = Fiksasi N
Non Simbiotik, H = Pengeluaran N
NO3-
NH3
Humus, Sel Mikrobia
Tanaman
H
G
B
E
F AN2
Khewan
D
C
H
H
Siklus Nitrogen dalam Tanah
Peranan Mikroba dalam Siklus N
Mikrobiol/S1/SAN
Amoniasi = proses pembentukan amoniak
Mineralisasi = dekomposisi senyawa N-0rg menjadi senyawa N-
inorg
Nitrifikasi = proses okdisasi mikrobial NH4+ dan N-org menjadi
NO2- dan NO-
Mineralisasi = fiksasi N-inorg menjadi bahan mineral dan BO,
mis. Humus dll.
Denitrifikasi = pengubahan nitrat kembali menjadi bentuk inorg
Fiksasi N Simbiotik = fiksasi N2 langsung oleh mikroba
simbiotik
Fiksasi N Non Simbiotik = fiksasi N2 langsung oleh mikroba non
simbiotik
Siklus Nitrogen dalam Tanah
C.3. Peranan Mikroba dalam Siklus N
PENAMBATAN (FIKSASI) N SECARA BIOLOGI
(NONSIMBIOTIK DAN SIMBIOTIK)
INPUT – OUTPUT NITROGEN TANAH
Mikrobiol/S1/SAN
Pupuk
(Organik dan
Inorganik)
NITROGEN
TANAH
Hujan
(NO3- dan NH4
+)
Diambil
Tanaman
Lucutan
Listrik
Fiksasi N
Sec.Biologi
INPUT
Pencucian Denitrifikasi
OUTPUT
1. Penambatan N Nonsimbiotik
SUMBER ENERGI
KELOMPOK GENUS
Organotrof - Aerobik
-Aerobik Fakultatif
- Anaerobik
- Genetically E.
- Rhizosfer
- Azotobacter, Beijerinchia, Derxia, Rhizobium
- Bacillus, Klebsiella, Azospirillum, Thiobacillus
- Clostridium, Desulfofibrio
-Salmonella, Escherichia, Serratia
- Azospirillum, Azotobacter, Bacillus
Fotosintetik (Free Living)
-Ungu Nonsulfur
- Sulfur Ungu
- Sulfur Hijau
- Sianobakteria
-Rhodopsudomonas, Rhodomicrobium
- Chromatium, Ectothiorhospira
- Chlorobium
- Nostoc, Trichodesmium, Anabaena, Gloeothece
Non Nodule -Phyllofer
- Legume
- Nonlegume
-Klebsiella, Beijerinchia
- Rhizobium
-Rhizobium, Frankia, Nostoc
Fotosintetik (Berasosiasi)
-Lichens
- Liverworts
- Mosses
- Gymnosperm/Cucas
- Watersperm/Azolla
-Endocymoses/Oocystic
-Nostoc, Stignonema, Colotrix
- Nostoc
-Halosiphon
- Nostoc
- Anabaena
- Nostoc
Mikrobiol/S1/SAN
1. Penambatan N Nonsimbiotik (Reaksi Kimia)
Mikrobiol/S1/SAN
a. Amonifikasi = Proses pembentukan amonium oleh mikrobiota
b. Nitrifikasi = Proses pembentukan nitrat dan atau nitrit secara
hayati dari senyawa-senyawa yang mengandung N
tereduksi
NH4+ + 1.5 O2 NO2
- + 2H+ + H2O + 66 kal
NO2- + 1.5 O2 NO3
- + 17.5 kal
Nitrozomonas
Nitrobacter
Nitrosococcus, Nitrosocystis, Nitrospira,
dsb.
c. Denitrifikasi = Proses reduksi nitrat menjadi amonium atau N2
NO3- NO2
- NO2-
NO2- NO N2O N2
Pseudomonas, Bacillus, Paracoccus,
Thiobacillus denitrificaus,
Chromobacterium, Serratia
Uji Aktivitas Mikrobiota by Ukur Produk N2 (C2H2)
Faktor yang mempengaruhi Fiksasi N2
Fisik & Kimia Tanah ~ Ketersediaan N2 dan Nutrien Anorganik (NH4 & NO3),
~ Sumber energi, pH, Kelembaban dan Suhu
a. Metode Kjeldahl (Penentuan kadar N media),
kelamahannya = tidak mampu mendeteksi kadar N rendah.
b. Metode Gasometrik (mengukur kadar gas N2 yang timbul)
c. Metode Radioisotop 15N (sangat sensitif, tetapi mahal)
d. Uji Reduksi Asetelena, dengan prinsip bahwa :
Mikroorganisme yang dapat mereduksi N2 (N=N, ikatan tiga)
juga dapat mereduksi asetelina (HC= CH), lalu dikuantifikasikan
dengan metode kromatografi gas.
N= N 2 NH3; HC = CH H2C = CH2
Reduksi Reduksi
Asetelina
2. Penambatan Nitrogen Simbiotik
Mikrobiol/S1/SAN
Fiksasi N2 Simbiotik = Penambatan nitrogen melalui simbiosis
antara tanaman dengan mikrobiota (enzim nitrogenase, biasanya
golongan bakteri Rhizobium dan Bradyrhizobium) dengan/tanpa
membentuk nodule/bintil akar (famili leguminoceae/non legum)
CIRI PEMBEDA Rhizobium Bradyrhizobium
1. Tanaman inang utama
yang diinokulasi
2. Kecepatan tumbuh pada
media agar-manitol-kamir
3. Reaksi metabolisme
dalam manitol-garam
4. % G-C dalam DNA-nya
-Pepolongan
subtropis
- Cepat
- Asam
-60
-Pepolongan
tropis
- Lambat
- Basa
-M
- 63
2. Penambatan Nitrogen Simbiotik (Proses Infeksi)
Mikrobiol/S1/SAN
1. Kemotaksis non spesifik Rhizobium ke arah risosfer, disebabkan oleh
eksudat akar, selanjutnya Rhizobium berkembang disini.
2. Melekatnya Rhizobium (attachment) pada akar pepolongan, melalui
situs-situs reseptor komplementor pada ujung akar tanaman-dengan-
heteropolisakarida homolog bakteri. Disinilah kunci kekhususan jenis
Rhizobium dengan inang, artinya setiap tanaman biasanya diinfeksi
oleh jenis Rhizobium tertentu pula.
3. Penyimpangan bentuk akar (pertumbuhan akar sedikit dihambat
dengan meblok proses mitosis, sehingga akar melengkung), dan pori-
pori akar membesar, dan Rhizobium siap menginfeksi.
4. Rhizobium menginfeksi pada lapisan cortex (ujung akar tumbuh
melengkung seperti tongkat gembala).
5. Rhizobium membentuk bakteroid, dan siap bersimbiosis dengan
tanaman inang dalam membantu fiksasi N2 secara langsung dari udara
(tanah).
Rhizobium Filled
Cells
>25,000 per cell Nodule Cross-Section
Sclerenchyma
Vascular Bundles
Nodule Cortex
Nodule Formation
1. Rhizobia attracted to root
2. Rhizobia attach to root
hairs
3. Root hair curling
4. Infection thread formation
Nodule Formation
5. Root cortical cell division
6. Rhizobia invade cortical cells
7. The nodule grows
8. Fully functional nodule
1: Rhizobia attracted to root
1. Rhizobia attracted to root
Legume roots exude
flavonoids
(Soybean exudes the
isoflavone genistein)
Rhizobia are attracted to
flavonoids
Petri dish
contains a
bacterial lawn
Bacteria turn
blue when a
reporter gene
is switched
on by plant
exudates
(flavonoids)
10 mm
2. Rhizobia attach to root hairs
Rhizobia
Root Hair
2. Rhizobia attach to root hairs
Deformed root
hairs
Curled root
hair
Vascular
bundle
50 mm
3. Root hair curling
4. Rhizobia infect root hair
Root Hair Root Hair Curling
Rhizobia
Infection Thread
Legume Root
Infection Pocket
Vascular Bundle
50 mm
4. Rhizobia infect root hair
100 mm
5. Root cortical cells divide
100 mm
5. Root cortical cells divide
50 mm
6. Rhizobia invade cortical cells
2-4 mm
7. The nodule grows
Nodulation Timeline
Inoculation
(day 0)
Roots 1-2 days post
inoculation (dpi)4 dpi
4-6 dpi 10 dpi 3 weeks pi
2. Penambatan Nitrogen Simbiotik (Reaksi Kimia)
Mikrobiol/S1/SAN
Infektifitas = kemampuan suatu bakteri bintil akar untuk menodulasi
suatu inang tertentu (diukur dengan banyaknya bintil
akar /nodul yang terbentuk).
Efektifitas = kemampuan relatif suatu asosiasi antara tumbuhan dan
bakteri untuk mengassimilasi N2 (diukur antara lain : (1)
kadar heme (pengikat O2 di bakteroid), (2) jumlah N2 yang
difiksasi, (3) rasio antara jumlah bintil akar dengan dengan
dengan N2 yang difiksasi dan (4) jumlah legH.
Reaksi kimia fiksasi (gabungan aktivitas (a) nitrogenase dan (b)
hidrogenase pada bakteroid)
(a). N2 + 6 e- + 12 ATP + 8 H + 2 NH4 + + 12 ADP + 12 Pi
(b). 2 H + + 2 e - + 4 ATP H2 + 4 ADP + 4 Pi
N2 + 8 e - + 16 ATP + 10 H + 2 NH4 + H2 + 16 ADP +16 Pi
Mg+2
Mg+2
Mg+2
2. Penambatan N2 Selain Legum/Polong-polongan
(Membentuk Nodul Juga)
Mikrobiol/S1/SAN
ORDO FAMILI GENUS
-Corialiales
- Rosales
- Myricales
- Fagales
- Casuarinales
- Rhamales
-Coriariaceae
- Rasaceae
- Myricaceae
- Betulaceae
- Casuarinaceae
- Elaeagnaceae
- Rhmaceae
-Coriaria
- Cercocarpus, Dryas
dan Purshia
- Comptonia, Gale dan
Myrica
- Alnus
-Casuarina
- Elaeagnus, Hippophae
dan Sherpherdia
- Ceanothus dan Discaria
BEBERAPA TUMBUKAN BUKAN POLONG/LEGUM YANG MAMPU
MENAMBAT NITROGEN
I
I
I
I
Mikrobiol/S1/SAN
A = Pemanfaatan oleh mikrobia, B = Lisis/Enzimatik, C = Pelepasan dari Residu Tan-
Khewan, D = Transfer oleh mikoriza, E = transfer karena pencucian, F = Pengambilan
oleh Tan-Khewan, G = Pelarutan non biologik, H = Pengendapan nonbiologik
P dalam
Mikrobia, Organik,
Iorganik, Humus
P Tanaman dan khewan
(Organik atau Iorganik)
P Inorganik Padat
(Terjerap atau Mineral)
P Inorganik Larutan (H3PO4,
HPO4, H2PO4, PO4, Kompleks
Fe-P dan Al-P)
H
B E
AF
D
C
G
Siklus Fosfor dalam Tanah
Peranan Mikroba dalam Siklus FOSFOR
Mikrobiol/S1/SAN
Siklus Fosfor dalam Tanah
C.4. Peranan Mikroba dalam Siklus FOSFOR
MIKORIZA DAN PERANANNYA PADA TANAMAN
PAKAN
Mikoriza = bentuk hubungan simbiosis mutualisme
antara cendawan (mykes) dengan perakaran (rhiza)
tanaman
Mikrobiol/S1/SAN
MACAM CARA INFEKSI STRUKTUR
Ektomikoriza Menempel pada
permukaan dinding
sel akar sampai
intraselluler korteks
Hifa membentuk
jaring-jaring hartig,
kadang menonjol
sbg rhizomorphs
Endomikoriza Masuk ke dalam
protoplasma sel
jaringan korteks
inang
Struktur khusus:
Arbuskula dan
Vesikula (ukuran
lebih besar & sbg
tempat simpan)
Ektendomikoriza Gabungan
Endomikoriza dan
Ektomikoriza
Gabungan
Endomikoriza dan
Ektomikoriza
EKTOMIKORIZA DAN PERANANNYA PADA
TANAMAN PAKAN
Terdiri dari golongan Basidiomiseta (Boletus & Lactarus) dan
golongan Hymenomiseta (Pisolithus, Rhizopogon dan
Scleroderma)
Bukan simbion obligat (artinya dapat tumbuh tanpa adanya
inang), zat-zat yang dibutuhkan untuk hidupnya antara
lain berupa gula sederhana, Vit-B, Biotin dan senyawa
organik sederhana (as.sitrat, malat, fumarat dll.).
Proses infeksi tergantung pada infeksifitas dan efektifitas serta
kondisi fisiologis akar: (1) terjadi karena adanya persaingan
antara akar yang bermikoriza dengan yang tidak dan (2)
terjadi pada anakan/semaian tanaman pada tanah yang
mengandung hifa/spora mikoriza.
Mikrobiol/S1/SAN
EKTOMIKORIZA DAN PERANANNYA PADA
TANAMAN PAKAN
1. Meningkatkan serapan unsur hara (makro dan mikro), khususnya P
karena: (a) hifa mikoriza meningkatkan permukaan absorpsi akar,
(b) meningkatkan konsumsi oksigen inang dan (c) mempunyai enzim
phosphatase yang dapat membantu serapan P.
2. Meningkatkan ketahanan terhadap kekeringan, karena hifa mikoriza
meningkatkan luas permukaan basorpsi air
3. Meningkatkan inang terhadap serangan patogen, karena: (a) hifa
berfungsi sebagai pelindung fisik untuk masuknya patogen,
(b) hampir kelebihan/eksudasi akar dimanfaatkan oleh mikoriza
sehingga tidak cocok untuk hidupnya patogen, (c) Mikoriza
mampu melepas antibiotika yang dapat mematikan patogen.
4. Memproduksi hormon tumbuh (auksin, sitokinin dan gibberelin).
5. Penyeimbang lingkungan (rantai makanan terjamin)
Mikrobiol/S1/SAN
TEKNIK INOKULASI DAN APLIKASI EKTOMIKORIZA PADA
TANAMAN PAKAN
Teknik Inokulum Tanah : (a) menggunakan tanah yang telah
terinfeksi mikoriza dengan perbandingan 1:4 sampai 1:10 terhadap
tanah yang tidak terinfeksi; (b) tanah harus dijaga kelembabannya
dan secepatnya digunakan.
Teknik Inokulum Dari Anakan Yang Bermikoriza (mother trees
technique) dengan cara menumbuhkan anakan bermikoriza
berdampingan dengan anakan yang belum bermikoriza (1-2m).
Teknik Inokulum Dari Akar Yang Bermikoriza (rhizos technique)
dengan cara mencampurkan 1 kg akar bermikoriza dengan 1 m3
tanah/media tanam.
Teknik Inokulum dengan Biakan Murni (isolat-isolat mikoriza) melalui
: (a) suspensi spora mikoriza dan (b) kapsul mikoriza (spora
kering+tepung kayu diselimuti gelatin kapsul)
Mikrobiol/S1/SAN
ENDOMIKORIZA DAN PERANANNYA PADA
TANAMAN PAKAN
Terdiri dari golongan hifa bersekat (Basidiomiseta atau
Ascomiseta) dan golongan tak bersekat (Zygomiseta,
golongan terbesar dan dikenal sebagai VAM).
Bukan simbion obligat (artinya dapat tumbuh tanpa adanya
inang), zat-zat yang dibutuhkan untuk hidupnya antara
lain berupa gula sederhana, Vit-B, Biotin dan senyawa
organik sederhana (as.sitrat, malat, fumarat dll.).
Proses infeksi tergantung pada infeksifitas dan efektifitas serta
kondisi fisiologis akar: (1) terjadi karena adanya persaingan
antara akar yang bermikoriza dengan yang tidak dan (2)
terjadi pada anakan/semaian tanaman pada tanah yang
mengandung hifa/spora mikoriza.
Mikrobiol/S1/SAN
Vesikula Arbuskula Mikoriza DAN SEBARANNYA PADA
TANAMAN PAKAN
Golongan tumbuhan/tanaman Graminae (rumput pakan) dan
Legume (Centrocema, Stylosanthes, Trifolium, Leucaena dll.)
umumnya bermikoriza.
Diklasifikasikan ke dalam 4 genus berdasarkan ciri-ciri
bentuk spora yang dibentuknya dan susunan spora
dalam sporokarpnya : (a) Glomus, (b) Gigaspora, (c)
Acaulospora dan (d) Sclerocystis.
Diagram interaksi (tanah-tanaman-mikoriza) kontribusi
mikoriza terhadap pengambilan fosfor, sebagai bukti
simbiosis mutualisme antara mikoriza dengan tanaman
dan lingkungannya
Mikrobiol/S1/SAN
INTERAKSI MIKORIZA-TANAMAN-TANAH
Mikrobiol/S1/SAN
TANAMAN
CENDAWAN
TANAH
AB
D
C
FE
A = Serasah dan eksudasi; B,C, E = Fosfor dan hara
lainnya, D = Agregasi tanah (fisik tanah), F = Gula
sederhana, Vit-B, Biotin dan senyawa organik sederhana (as.
Sitrat, malat, fumarat, fulfat dll.
Vesikula Arbuskula Mikoriza DAN PERANANNYA PADA
TANAMAN PAKAN
1. Meningkatkan serapan unsur hara (makro dan mikro), khususnya P
karena: (a) hifa mikoriza meningkatkan permukaan absorpsi akar,
(b) meningkatkan konsumsi oksigen inang dan (c) mempunyai enzim
phosphatase yang dapat membantu serapan P.
2. Meningkatkan ketahanan terhadap kekeringan, karena hifa mikoriza
meningkatkan luas permukaan basorpsi air
3. Meningkatkan inang terhadap serangan patogen, karena: (a) hifa
berfungsi sebagai pelindung fisik untuk masuknya patogen,
(b) hampir kelebihan/eksudasi akar dimanfaatkan oleh mikoriza
sehingga tidak cocok untuk hidupnya patogen, (c) Mikoriza
mampu melepas antibiotika yang dapat mematikan patogen.
4. Memproduksi hormon tumbuh (auksin, sitokinin dan gibberelin).
5. Penyeimbang lingkungan (rantai makanan terjamin)
Mikrobiol/S1/SAN
I
I
I
I
I
+
BIOCONTROL
(BIOPESTICIDES/PESTISIDA HAYATI)
par pre par
par pre pat
pat par
pre
pat
prepat
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
BIONUTRICONVERSION
(KONVERSI HARA HAYATI)
PERANAN MIKROBA TANAH
DALAM SIKLUS MINERAL
Mikrobiol/S1/SAN
A. Peranan Mikroba Tanah dalam Siklus SULFUR
B. Peranan Mikroba Tanah dalam Siklus FOSFOR
C. Peranan Mikroba Tanah dalam Siklus BESI dan MANGAN
D. Peranan Mikroba Tanah dalam Siklus NITROGEN
E. Peranan Mikroba Tanah dalam Siklus KARBON
F. Pengaruh Mikroba Tanah yang ASOSIATIF dan ANTAGONISTIK
G. DETERIORASI dan KOROSI
Reaksi-Reaksi dalam Siklus S
Mikrobiol/S1/SAN
1. Peranan Mikroba Tanah dalam Siklus S
SO42- S2-
Anaerobik, Reduksi
Aerobik, Oksidasi
1. Transformasi Inorganik:
H2S + CO2 S + (CH2O)n3. Transformasi Fotosintetik:
* BENTUK SENYAWA ORGANIK S DALAM TANAH: Sulfat (SO42-); Sulfit (SO3
2-); Thiosulfat (S2O3
2-); S (unsur sulfur) dan S2- (sulfida)
SO42- S-OS + R-SH 2. Transformasi Organik:
4. Mineralisasi = pengubahan s.organik menjadi s.inorganik
5. Reduksi = Desulfuromonas acetoxidans, Desulfobacter curvatus, Desulfobacteriumthermoautotrophicum, D. vacuolatum, Desulfococcus multivorans, Desulfosarcina variabilis, Desulfovibrio gigas, D. vulgaris dan Desulfomonas pigra
6. Oksidasi = Bakteri sulfur ungu (Rhodospirillum, Rhodopseudomonas), Bakteri sulfur hijau (Chlorobium), Bakteri mesofil (Thiobacillus ferrooxidans, Leptospirillum ferrooxidans).
Peranan Mikroba dalam Siklus Sulfur
1. Peranan Mikroba Tanah dalam Siklus S
Mikrobiol/S1/SAN
Mikrobiol/S1/SAN
A = Pemanfaatan oleh mikrobia, B = Lisis/Enzimatik, C = Pelepasan dari Residu Tan-
Khewan, D = Transfer oleh mikoriza, E = transfer karena pencucian, F = Pengambilan
oleh Tan-Khewan, G = Pelarutan non biologik, H = Pengendapan nonbiologik
P dalam
Mikrobia, Organik,
Iorganik, Humus
P Tanaman dan khewan
(Organik atau Iorganik)
P Inorganik Padat
(Terjerap atau Mineral)
P Inorganik Larutan (H3PO4,
HPO4, H2PO4, PO4, Kompleks
Fe-P dan Al-P)
H
B E
AF
D
C
G
Siklus Fosfor dalam Tanah
2. Peranan Mikroba dalam Siklus FOSFOR
Mikrobiol/S1/SAN
Siklus Fosfor dalam Tanah
2. Peranan Mikroba dalam Siklus FOSFOR
Reaksi Karbon dan Oksigen dalam Tanah
Mikrobiol/S1/SAN
3. Peranan Mikroba dalam Siklus C+O
C-Tanaman
(tereduksi)C-Khewan
(Tereduksi)
CO2 Atmosfer (Teoksidasi)
C – Tanah (teroksidasi
Sebagian)
Sel Mikrobia, Residu
Terlapuk (Teroksidasi
Sebagian)
AB
C
B
B
EF
D
E
A = Fotosintetik, B = Respirasi, C = Fiksasi Mikroba Autotrof, D = Dicerna, E =
Dekomposisi Substansi Mati dan F = Transfer C oleh Mikrobia
Mikrobiol/S1/SAN
Peranan Mikroba dalam Siklus Karbon dan Oksigen
3. Peranan Mikroba dalam Siklus C+O
ENZIM SUMBER MIKROBIA
- Amilase Aspergillus niger, Bacillus substilis, Bacillus. Licheniformis
- Glukonase Aspergillus sp., Bacillus amyloliquefaciens
Selulase Aspergillus sp., Trichoderma reesei
Dekstranase Penicillin sp.
Glukoamilase Aspergillus niger, Rhizopus sp.
Hemiselulase Aspergillus niger
Laktase Aspergillus niger
Lipase Aspergillus sp., Candida cylindraceae, Mucor miechei,
Rhizopus sp.
Mutanase Trichoderma sp.
Pektinase Aspergillus sp., Rhizopus sp.
Protease Aspergilus niger, A. oryzae, Rhizopus sp., B. substilis, B.
alkalophilie
Pululanase Klebsiella aerogenes
Jenis Mikroba dalam Konversi Senyawa Organik (Enzimatis)
4. Peranan Mikroba Penghasil Enzim
Mikrobiol/S1/SAN
A = Amoniasi dan Mineralisasi, B = Imobilisasi, C = Nitrifikasi, D = reduksi Nitrat dan
Imobilisasi, E = Denitrifikasi, F = Fiksasi N Simbiotik, G = Fiksasi N
Non Simbiotik, H = Pengeluaran N
NO3-
NH3
Humus, Sel Mikrobia
Tanaman
H
G
B
E
F AN2
Khewan
D
C
H
H
Siklus Nitrogen dalam Tanah
5. Peranan Mikroba dalam Siklus N
5. Penambatan N Nonsimbiotik (Reaksi Kimia)
Mikrobiol/S1/SAN
a. Amonifikasi = Proses pembentukan amonium oleh mikrobiota
b. Nitrifikasi = Proses pembentukan nitrat dan atau nitrit secara
hayati dari senyawa-senyawa yang mengandung N
tereduksi
NH4+ + 1.5 O2 NO2
- + 2H+ + H2O + 66 kal
NO2- + 1.5 O2 NO3
- + 17.5 kal
Nitrozomonas
Nitrobacter
Nitrosococcus, Nitrosocystis, Nitrospira,
dsb.
c. Denitrifikasi = Proses reduksi nitrat menjadi amonium atau N2
NO3- NO2
- NO2-
NO2- NO N2O N2
Pseudomonas, Bacillus, Paracoccus,
Thiobacillus denitrificaus,
Chromobacterium, Serratia
51. Penambatan N Nonsimbiotik
SUMBER ENERGI
KELOMPOK GENUS
Organotrof - Aerobik
-Aerobik Fakultatif
- Anaerobik
- Genetically E.
- Rhizosfer
- Azotobacter, Beijerinchia, Derxia, Rhizobium
- Bacillus, Klebsiella, Azospirillum, Thiobacillus
- Clostridium, Desulfofibrio
-Salmonella, Escherichia, Serratia
- Azospirillum, Azotobacter, Bacillus
Fotosintetik (Free Living)
-Ungu Nonsulfur
- Sulfur Ungu
- Sulfur Hijau
- Sianobakteria
-Rhodopsudomonas, Rhodomicrobium
- Chromatium, Ectothiorhospira
- Chlorobium
- Nostoc, Trichodesmium, Anabaena, Gloeothece
Non Nodule -Phyllofer
- Legume
- Nonlegume
-Klebsiella, Beijerinchia
- Rhizobium
-Rhizobium, Frankia, Nostoc
Fotosintetik (Berasosiasi)
-Lichens
- Liverworts
- Mosses
- Gymnosperm/Cucas
- Watersperm/Azolla
-Endocymoses/Oocystic
-Nostoc, Stignonema, Colotrix
- Nostoc
-Halosiphon
- Nostoc
- Anabaena
- Nostoc
Mikrobiol/S1/SAN
BIOREMEDIATION
(PEMULIHAN HAYATI)
BIOREMIDIASI
SENYAWA HIDROKARBON
oleh
MIKROBIA
SENYAWA ORGANIK
Senyawa bukan siklik (hidrokarbon
alifatik)
Senyawa siklik
- hidrokarbon alisiklik
- hidrokarbon aromatik
Senyawa heterosiklik
KLASIFIKASI
SENYAWA HIDROKARBON (1)
Hidrokarbon
hidrokarbon alifatik, jenuh dan tak jenuh
hidrokarbon alisiklik
hidrokarbon aromatik
hidrokarbon polisiklik aromatic (PAHs)
Senyawa terhalogenasi
senyawa alifatik terhalogenasi
senyawa aromatik terhalogenasi
eter terhalogenasi
senyawa terhalogenasi lainnya
Asam dan Ester
- asam-asam karboksilat
- ester dari asam-asam karboksilat
Senyawa-senyawa lain yang mengandung
Oxygen
- keton
- aldehida
- eter
- alkohol
Senyawa-senyawa lain
KLASIFIKASI
SENYAWA HIDROKARBON (2)
AlkanaHidrokarbon aromatik
Hidrokarbon polisiklik
aromatik
Senyawa nitroOrganohalida
Cincin
benzenoid tipe
bifenil
CONTOH STRUKTURSENYAWA ORGANIK
KECEPATAN DEGRADASI SENYAWA ORGANIK
SenyawaKondisi
Aerobic Anaerobic
Acetone 1 1
BTEX 1 2 to 4
PAH’s 1 3 to 4
1. Cepat terdegradasi 2. Agak lambat terdegradasi
3. Lambat terdegradasi 4. Tidak terdegradasi
HIDROKARBON ALIFATIK
DEGRADASI HIDROKARBON
ALIFATIK (JENUH MAUPUN TAK JENUH) DAN ALISIKLIK (1)
Senyawa alisiklik diubah menjadi senyawa alifatik
Senyawa alifatik dioksidasi secara terminal maupun
subterminal
Oksidasi secara terminal menghasilkan alkohol primer
(1-alkohol)
Oksidasi secara subterminal menghasilkan alkohol
sekunder (2-alkohol)
DEGRADASI HIDROKARBON
ALIFATIK (JENUH MAUPUN TAK JENUH) DAN ALISIKLIK (2)
Oksidasi selanjutnya mengubah alkohol primer
menjadi asam alkanoat (asam lemak)
Asam alkanoat didegradasi melalui oksidasi seperti
halnya asam lemak
OKSIDASI
(BETA)
BTEX
Benzene, Toluene, Ethylbenzene, Xylene
Hidrokarbon monoaromatik volatil
Sering ditemukan bersama-sama dalam minyak
bumi
Penyebab utama pencemaran lingkungan
MIKROBIOLOGI DEGRADASI BTEX SECARA
AEROBIK
• Genera utama: Pseudomonas, Burkhoderia, dan
Xanthomonas
• Pseudomonas: kemoorganotrof, aerobik, bakteri
berbentuk batang
• Diisolasi dari lingkungan tercmar
• Beberapa bersifat patogen
• 1968: Telah diisolasi beberapa galur Pseudomonas
putida yang
• Tumbuh di etilbenzena, benzena, dan toluena
• Memiliki enzim toluena dioksigenase!
TOLUENE DIOXYGENASE
1. Senyawa aromatik monosiklik 2. Senyawa polisiklik aromatik
3. Senyawa aromatik terhubung
(bifenil)
4. Senyawa lainnya
Mengkatalisis lebih dari 108 macam reaksi, termasuk
MIKROBIOLOGI DEGRADASI BTEX SECARA
ANAEROBIK
• Mikroorganisme yang mampu mendegradasi
BTEX secara anaerobik
1. Pendenitrifikasi, misalnya Thauera aromatica
2. Pereduksi besi
3. Pereduksi sulfat, misalnya Desulfovibrio,
Desulfobacter
4. Penghasil metana
• Biasanya memerlukan kerjasama beberapa jenis
mikroorganisme
MINYAK BUMI DAN HIDROKARBON
POLISIKLIK AROMATIK LAINNYA
Karsinogen, mutagen
Proses degradasi lambat karena
Sifatnya hidrofobik, atau
kelarutannya dalam air
rendah
Terjerap kuat pada partikel
tanah
acenaphthene
acenaphthenequinone
O
OO
1-acenaphthenone
acenaphthylene
OO OCOOH
1,8-naphthalene-dicarboxylic acid
HOOC
OH
HOOC
COOHHO
3-hydroxy-o-phthalic acid
NADH
NAD+
*
*
*
*
1-acenaphthenol
abiotically
*
*
°
°°
°
°
1,8-naphthalene-dicarboxylic acid anhydride
(only inextraction process)
fluoranthene
#
1)
*
acenaphthenol
dehydrogenase
?
PEMECAHAN
HIDROKARBON
POLISIKLIK
AROMATIK
SECARA
BERTAHAP
MELALUI
OXIDASI
MIKROBIOLOGI DEGRADASI HIDROKARBON
POLISIKLIK AROMATIK
Bakteri
Pseudomonas
Achromobacter
Arthrobacter
Mycobacterium
Flavobacterium
Corneybacterium
Aeromonas
Anthrobacter
Rhodoccus
Acinetobacter
Jamur
Phanerochaete
Cunninghamella
Penicillium
Candida
Sporobolomyces
Cladosporium
TIDAK SATUPUN MIKROORGANISME
MAMPU MENGATASI SEMUA
Fenantrena
Arthrobacter polychromogens, Mycobacterium sp., Phanerochaete chrysosporium dan Bacillus sp.
Naftalena
Bacillus sp., dan Phanerochaete chrysosporium
Fluorantena dan pirena yang telah terdegradasi secara parsial
Mycobacterium sp.
PEMECAHAN BERTAHAP HIDROKARBON
POLISIKLIK AROMATIK
Oksidasi parsial oleh jamur busuk putih (white rot fungi), mengubah hidrokarbon polisiklik aromatik menjadi lebih larut air dan tersedia bagi jasad hidup,
bakteri kemudian melanjutkan proses degradasinya
JAMUR BUSUK PUTIH
(White Rot fungi, Basidiomycota)
Merasmiellus troyanus, Pleurotus spp., Phanerochaete spp.,
Trametes versicolor
Memiliki sistem ligninolitik
Pembusukan dipercepat oleh
adanya media tumbuh padat, misalnya seresah, yang
berfungsi sebagai sumber karbon
Penambahan surfaktan (Tween 80)
Akan tetapi memunculkan masalah pembuangan
limbahnya
STUDI KASUS:
Phanerochaete chrysosporium
Mampu mendegradasi berbagai senyawa hidrofobik pencemar
tanah yang persisten
Kemampuan degradasi yang luas ditemukan di tahun 1980an
Bukan mikroorganisme tanah sehingga tidak dikhawatirkan
akan merajai lingkungan tanah
Membutuhkan tambahan sumber C, misalnya tongkol jagung,
gambut, cacahan kayu atau jerami
Nisbah C:N=80:1 (jerami) hingg 350:1 (cacahan kayu)
Peningkatan nisbah C:N di tanah kaya N mengubah
lingkungan yang menguntungkan bagi P. chryososporium
OKSIDASI DAN PELARUTAN HIDROKARBON POLISIKLIK
AROMATIK OLEH Phanerochaete chrysosporium :
Peroksidase: lignin peroksidase (LiP), manganese-dependent peroksidase (MnP) and laccase (L)
Reaksi keseluruhan: oksidasi hidrokarbon polisiklik aromatik oleh peroksidase menjadi quinon; dan dilanjutkan menjadi CO2
Hasil metabolisme seperti quinon 1000- to 100,000 x lebih larut daripada senyawa asalnya
Antrasena dioksidasi menjadi 9,10-antraquinon kemudian menjadi asam ftalat
Fenantrena dioksidasi menjadi 9,10-fenantrena quinon kemudian menjadi asam 1'1'-bifenil-2,2'-dikarboksilat (asam bifenit)
Pirena dan benzo[α]pirena dioksidasi secara parsial menjadi beberapa jenis isomer quinon
Dix and Webster, 1995
Dix and Webster, 1995
Dix and Webster, 1995
PERANAN JAMUR DALAM BIOREMEDIASI
Senyawa terklorinasi atau termetilasi dapat
didegradasi oleh jamur – terutama jamur
pendegradasio lignin
Dapat mendegradasi senyawa rekalsitran
Mekanisme
demetilasi dan/atau reduktif deklorinasi
pemecahan cincin aromatic
CO2 dan/atau CH4 dan CO2 sebagai hasil oksidasi
akhir
JAMUR BUKAN PEMBUSUK PUTIH
Deuteromycota
Aspergillus niger, Penicillium glabrum, P. janthinellum,
zygomycete, Cunninghamella elegans
Basidiomycete
Crinipellis stipitaria
MEKANISME DEGRADASI HIDROKARBON POLISIKLIK
AROMATIK PADA JAMUR BUKAN PEMBUSUK PUTIH
Sistem enzim monooksigenase Sitokrom P-450 pada
jamur bukan pembusuk putih memiliki kemiripan dengan
sistem yang dimiliki mamalia
langkah 1. pembentukan monofenol, difenol,
dihidrodiol dan quinon
langkah 2. terbentuk gugus tambahan yang larut air
(misalnya sulfat, glukuronida, ksilosida, glukosida).
Senyawa ini merupakan hasil detoksikasi pada jamur
dan mamalia.
CONTOH DEGRADASI HIDROKARBON POLISIKLIK AROMATIK
OLEH JAMUR BUKAN PEMBUSUK PUTIH
bahan peledak pirena
Crinipellis stipitaria
2,4,6-trinitrotoluena (TNT)
Galur basidiomycetes pembusuk kayu dan seresah,
misalnya Clitocybula dusenii, Stropharia rugosa-
annulata, Phanerochaete chrysosporium
Gliseril trinitrat (nitrogliserin-1,2,3-propanatriol trinitrat)
– bahan mesiu
Penicillum corylophilum
STRUKTUR
KIMIA
PESTISIDA
AROMATIK
TERKLORINASI
KECEPATAN DEGRADASI SENYAWA ORGANIK
TERKLORINASI
SenyawaKondisi
Aerobik Anaerobik
PCB sangat
tersubstitusi 4 2
Kurang tersubstitusi 2 4
Etena terklorinasi
PCE 4 1 - 2
TCE 3 1 - 2
DCEs 3 2 - 3
Vinil klorida 1 - 2 3 - 4
1. Highly biodegradable 2. Moderately biodegradable
3. Slow biodegradation 4. Not biodegraded
DEKLORINASI DAN DEMETILASI
DECAMBA SECARA REDUKTIF
2,4-D DAN 2,4,5-T
(2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid)
Dapat didegradasi oleh
jamur pendegradasi lignin
Diachromitus squalens
PENTACHLOROPHENOL (PCP)
Herbisida yang digunakan sejak 1920an
Lebih meracun dibandingkan DDT
Dapat didegradasi oleh Lentinus edodes (shiitake mushroom)
ATRAZIN
(2-chloro-4-ethylamino-6-sopropyldiamino-1,3,5-
triazine)
Herbisida yang sering digunakan
Sering mencemari air tanah
Dapat didegradsi oleh Pleurotus pulmonarius
BIFENIL TERPOLIKLORINASI (POLYCHORINATED
BIPHENYLS, PCBS)
Cairan hidraulik, pembunuh api, pemlastik, pelarut organik, busa karet, serat gelas, senyawa penahan air, bahan penahan suara
Diakumulasi di jaringan adipose
Mengakibatkan iritasi, gangguan reproduksi dan cacat lahir, dan merusak jaringan ginjal, syaraf, dan sistem imun
Sangat stabil
DEGRADASI PCB
Pemanasan (1200oC)
Hasil degradasi (dioxin) lebih berbahaya daripada PCB
Tahan transformasi biologis
kecepatan biodegradasi menurun dengan bertambahnya jumlah atom Cl-
karbazol dan katekol dioksigenase
Monooksigenase sitokrom P450 tertentu
Enzim yang diproduksi oleh jamur pendegradasi lignin: laccase dan peroksidase lainnya
Pendegradasi PCB: Phanerochaete chrysosporium, Nocardia, Pseudomonas, Alcaligenes, Acinetobacter.
PROSES DEGRADASI PCB:1. DEHALOGENASI OLEH BAKTERI ANAEROBIK: DEKLORINASI REDUKTIF
Penggantian Cl oleh H
Hasil akhir bifenil
Dapat dimetabolisme oleh berbagai spesies bakteri
Pelarutan dipacu oleh produksi biosurfaktant sebelum proses deklorinasi
Hasil akhir: degradasi PCBs menjadi CBAs
PROSES DEGRADASI PCB:2. DEGRADASI OKSIDATIF SENYAWA YANG KURANG BERHALOGEN
Aerobik: molekul oksigen atau radikal perioksida (OOH) seperti hidrogen perioksida) hingga degradasi menyeluruh dari PCB
Hasil: asam dan alkohol berstruktur cincin tunggal seperti katekol, asam salisilat, dan asam benzoat
Beberapa hasil antara dapat lebih toksik daripada senyawa asalnya
Galur: Burkholderia cepacia LB400 , Pseudomonas pseudoalacalignes KF707
lanjutan deklorinasi, pemutusan struktur cincin C, dan mineralisasi lanjut hingga sangat menurunkan toksisitas
Hasil akhir: mineralisasi CBAs menjadi CO2
BENZO[a] PIRENE, BENZ[a]ANTRASENA,
BENZO[b]FLUORANTENA DAN KRISENA
Membutuhkan sumber
karbon tambahan, co-
metabolism
Terima Kasih
I
SEE OTHER SLIDE BEFORE