03.2_MIT-Matrikulasi 2012-Aplikasi Mikroba Pd Tpakan

7/22/2019 03.2_MIT-Matrikulasi 2012-Aplikasi Mikroba Pd Tpakan

http://slidepdf.com/reader/full/032mit-matrikulasi-2012-aplikasi-mikroba-pd-tpakan 1/155

APLIKASI MIKROBA PADATANAMAN PAKAN

(PERTANIAN ORGANIK)



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 cellularstructures (biosynthesis)



EKOSISTEM TANAH DAN TANAMAN

A. 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



(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



BIOFERTILIZER(PUPUK HAYATI)



I



I

Peranan Mikroba dalam Siklus N



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

C 3 Peranan Mikroba dalam Siklus N



Mikrobiol/S1/SAN

Amoniasi = proses pembentukan amoniakMineralisasi = 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



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



1. Penambatan N Nonsimbiotik

SUMBER ENERGI

KELOMPOK GENUS

Organotro f - Aerob ik

-Aerobik Fakultat i f

- Anaerobik

- Genetical ly E.

- Rhizosfer

- Azotob acter, Bei jer inch ia, Derxia, Rhizobium

- Baci l lus, Klebsiel la, Azosp ir i l lum,Thiobaci l lus

- Clost r id ium, Desul fo f ibr io

-Salmonella, Esch erichi a, Serratia

- Azosp ir i l lum, Azotob acter, Baci l lus

Fotosintet ik (Free Living ) -Ungu Nonsul fur - Sulfur Ungu

- Sulfur Hi jau

- Sianobakter ia

-Rhodopsudomonas, Rhodom icrob ium - Chromat ium, Ectoth iorhospi ra

- Chlorobium

- Nostoc , Trichodesm ium , Anabaena,Gloeothece

Non Nodule -Phyl lofer

- Legume

- Nonlegume

-Klebs iel la, Beijerin ch ia

- Rhizobium

-Rhizobium , Frankia, Nostoc

Fotosintet ik (Berasosiasi)

-Lichens

- Liverwor ts

- Mosses

- Gymnosperm/Cucas

- Watersperm/Azol la

-Endocymoses/Oocyst ic

-Nostoc , St igno nema, Colotr ix

- Nostoc

-Halosiphon

- Nostoc

- Anabaena

- Nostoc Mikrobiol/S1/SAN

1 Penambatan N Nonsimbiotik (Reaksi Kimia)



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 Ntereduksi

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)



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



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/tanpamembentuk nodule/bintil akar (famili leguminoceae/non legum)

CIRI PEMBEDA Rhizob ium Bradyrh izob ium

1. Tanaman inang utama

yang di inokulas i

2. K ecep atan tumbuh pada

media agar-manitol -kam ir

3. Reaks i metabo lism e dalam manitol-garam

4. % G-C d alam DNA -nya

-Pepolongan

subt rop is

- Cepat

- Asam

-60

-Pepolongan

tropis

- Lambat

- Basa

-M

- 63

2 Penambatan Nitrogen Simbiotik (Proses Infeksi)



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, melaluisitus-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 dihambatdengan 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 dengantanaman 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 celldivision

6. Rhizobia invadecortical 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 m m

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 m m

4. Rhizobia infect root hair



100 m m

5. Root cortical cells divide



50 m m

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 danbakteri 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 PiN2 + 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 FAMIL I GENUS

-Corial iales

- Rosales

- Myricales

- Fagales

- Casuarinales

- Rhamales

-Coriariaceae

- Rasaceae

- Myricaceae

- Betulaceae

- Casuar inaceae

- Elaeagnaceae

- Rhmaceae

-Coriar ia

- Cercocarpu s, Dryas dan Purshia

- Comptonia, Gale dan

Myr ica

- Alnus

-Casuar ina - Elaeagnus, Hippo phae

dan Sherpherdia

- Ceanothus dan Discar ia

BEBERAPA TUMBUKAN BUKAN POLONG/LEGUM YANG MAMPU

MENAMBAT NITROGEN



I



I

Peranan Mikroba dalam Siklus FOSFOR



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

C.4. Peranan Mikroba dalam Siklus FOSFOR



Mikrobiol/S1/SAN

Siklus Fosfor dalam Tanah

MIKORIZA DAN PERANANNYA PADA TANAMAN

PAKAN



PAKAN

Mikoriza = bentuk hubungan simbiosis mutualisme

antara cendawan (mykes) dengan perakaran (rhiza)tanaman

Mikrobiol/S1/SAN

MACAM CARA INFEKSI STRUKTUR

Ektom iko r iza Menempel pada

permuk aan dinding

sel akar sampai

intrasel lu ler korteks

Hifa membentuk

jar ing -jar ing hart ig ,

kadang menonjo l

sbg rh izomorphs

Endom ikor iza Masuk ke dalam

protop lasm a sel

jar ingan korteks inang

Struktur khusus :

Arbu sku la dan

Vesikula (uk uran lebih besar & s bg

tempat sim pan)

Ek tendom ikor iza Gabungan

Endom ikor iza dan

Ektomikor iza

Gabungan

Endom ikor iza dan

Ektomikor iza

EKTOMIKORIZA DAN PERANANNYA PADA

TANAMAN PAKAN



TANAMAN PAKAN

Terdiri dari golongan Basidiomiseta (Boletus & Lactarus) dan

golongan Hymenomiseta (Pisolithus, Rhizopogon danScleroderma)

Bukan simbion obligat (artinya dapat tumbuh tanpa adanya

inang), zat-zat yang dibutuhkan untuk hidupnya antaralain 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 persainganantara 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



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 PADATANAMAN PAKAN



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 bermikorizaberdampingan 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 PADATANAMAN PAKAN



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 antaralain 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 persainganantara 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 PADATANAMAN PAKAN



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 sporadalam sporokarpnya : (a) Glomus, (b) Gigaspora, (c)

Acaulospora dan (d) Sclerocystis.

Diagram interaksi (tanah-tanaman-mikoriza) kontribusimikoriza 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 haralainnya, 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 PADATANAMAN PAKAN



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

+



BIOCONTROL(BIOPESTICIDES/PESTISIDA HAYATI)



par pre par

par pre pat

pat par

pre

pat

prepat



I



BIONUTRICONVERSION

(KONVERSI HARA HAYATI)



PERANAN MIKROBA TANAHDALAM 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 NITROGENE. Peranan Mikroba Tanah dalam Siklus KARBON

F. Pengaruh Mikroba Tanah yang ASOSIATIF dan ANTAGONISTIK

G. DETERIORASI dan KOROSI

Reaksi-Reaksi dalam Siklus S1. Peranan Mikroba Tanah dalam Siklus S



Mikrobiol/S1/SAN

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 (S

2O

3

2-); S (unsur sulfur) dan S2- (sulfida)

SO42- S-OS + R-SH2. Transformasi Organik:

4. Mineralisasi = pengubahan s.organik menjadi s.inorganik

5. Reduksi = Desulfuromonas acetoxidans, Desulfobacter curvatus, Desulfobacterium

thermoautotrophicum, 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

Siklus Fosfor dalam Tanah2. Peranan Mikroba dalam Siklus FOSFOR



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 Tanah2. Peranan Mikroba dalam Siklus FOSFOR



Mikrobiol/S1/SAN

Reaksi Karbon dan Oksigen dalam Tanah3. Peranan Mikroba dalam Siklus C+O



Mikrobiol/S1/SAN

C-Tanaman

(tereduksi)C-Khewan

(Tereduksi)

CO2 Atmosfer (Teoksidasi)

C – Tanah (teroksidasi

Sebagian)

Sel Mikrobia, Residu

Terlapuk (Teroksidasi

Sebagian)

AB

C

B

B

E

F

D

E

A = Fotosintetik, B = Respirasi, C = Fiksasi Mikroba Autotrof, D = Dicerna, E =

Dekomposisi Substansi Mati dan F = Transfer C oleh Mikrobia

Peranan Mikroba dalam Siklus Karbon dan Oksigen3. Peranan Mikroba dalam Siklus C+O



Mikrobiol/S1/SAN

Jenis Mikroba dalam Konversi Senyawa Organik (Enzimatis)4. Peranan Mikroba Penghasil Enzim



ENZIM SUMBER MIKROBIA

- Am ilase Asperg il lu s n ig er, Bac il lu s sub s ti l is , Bac il lu s. L ic hen ifo rm is

- G lukonase Asperg i llus sp., Bac i llus amylo l iquefac iens

Selu lase A sperg i l lus sp ., Tr ichoderm a reesei

Deks tranase Pen ic i l l in sp .

Glu ko am ilas e A sp erg il lu s nig er, Rh izo pu s sp .

Hem is elu lase A sperg il lus n iger

Lak tase Asperg i l lus n iger

L ip as e A sp erg il lu s s p., Can did a c ylin drac eae, Mu co r m iec hei,

Rh izopus sp.

Mutanase Tr ichoderma sp .

Pek t inase A sperg i l lus sp ., Rhizopus sp.

Pro tease Asperg ilu s n ig er, A . o ry zae, Rh izopus sp ., B . sub s ti l is , B .

alkalophi l ie

Pulu lanase K lebs iel la aerogenes

Siklus Nitrogen dalam Tanah5. Peranan Mikroba dalam Siklus N



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

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

Organotro f - Aerob ik -Aerobik Fakultat i f

- Anaerobik

- Genetical ly E.

- Rhizosfer

- Azotob acter, Bei jer inch ia, Derxia, Rhizobium - Baci l lus, Klebsiel la, Azosp ir i l lum,

Thiobaci l lus

- Clost r id ium, Desul fo f ibr io

-Salmonella, Esch erichi a, Serratia

- Azosp ir i l lum, Azotob acter, Baci l lus

Fotosintet ik

(Free Living )

-Ungu Nonsul fur

- Sulfur Ungu - Sulfur Hi jau

- Sianobakter ia

-Rhodopsudomonas, Rhodom icrob ium

- Chromat ium, Ectoth iorhospi ra - Chlorobium

- Nostoc , Trichodesm ium , Anabaena,Gloeothece

Non Nodule -Phyl lofer

- Legume

- Nonlegume

-Klebs iel la, Beijerin ch ia

- Rhizobium

-Rhizobium , Frankia, Nostoc

Fotosintet ik (Berasosiasi)

-Lichens

- Liverwor ts

- Mosses

- Gymnosperm/Cucas

- Watersperm/Azol la

-Endocymoses/Oocyst ic

-Nostoc , St igno nema, Colotr ix

- Nostoc

-Halosiphon

- Nostoc

- Anabaena

- Nostoc

Mikrobiol/S1/SAN



BIOREMEDIATION

(PEMULIHAN HAYATI)



BIOREMIDIASI

SENYAWA HIDROKARBON

olehMIKROBIA

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

KLASIFIKASI




Asam dan Ester - asam-asam karboksilat

- ester dari asam-asam karboksilat

Senyawa-senyawa lain yang mengandungOxygen

- keton

- aldehida

- eter - alkohol

Senyawa-senyawa lain


CONTOH STRUKTUR

SENYAWA ORGANIK



Alkana Hidrokarbon aromatik

Hidrokarbon polisiklik

aromatik

Senyawa nitroOrganohalida

Cincin

benzenoid tipe bifenil

SENYAWA ORGANIK

KECEPATAN DEGRADASI SENYAWA ORGANIK

http://umbbd.ahc.umn.edu/core/graphics/c0371.gif









Senyawa KondisiAerobic 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 ( )



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





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



Benzene, Toluene, Ethylbenzene, Xylene

Hidrokarbon monoaromatik volatil

Sering ditemukan bersama-sama dalam minyak

bumi

Penyebab utama pencemaran lingkungan

OKSIDASI BTEX

http://umbbd.ahc.umn.edu/BTEX/BTEX_aermap



MIKROBIOLOGI DEGRADASI BTEX SECARA

AEROBIK

http://umbbd.ahc.umn.edu/BTEX/BTEX_aermap



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



ANAEROBIK

• Mikroorganisme yang mampu mendegradasiBTEX 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

DEGRADASI BTEX SECARAANAEROBIK



MINYAK BUMI DAN HIDROKARBON

POLISIKLIK AROMATIK LAINNYA

http://umbbd.ahc.umn.edu/BTEX/BTEX_anamap



POLISIKLIK AROMATIK LAINNYA

Karsinogen, mutagen

Proses degradasi lambat karena

Sifatnya hidrofobik, atau

kelarutannya dalam air

rendah

Terjerap kuat pada partikel

tanah

acenaphthene acenaphthylene**

fluoranthene

1)

*



p

acenaphthenequinone

O

OO

1-acenaphthenone

p y

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)

#

acenaphthenol

dehydrogenase

?

PEMECAHAN

HIDROKARBON

POLISIKLIK

AROMATIK

SECARA

BERTAHAP

MELALUIOXIDASI

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



MAMPU MENGATASI SEMUA

Fenantrena

Arthrobacter polychromogens, Mycobacterium sp., Phanerochaete chrysosporium dan Bacillus sp.

Naftalena

Bacillus sp., dan Phanerochaete chrysosporium

Fluorantena dan pirena yang telah terdegradasisecara parsial

Mycobacterium sp.

PEMECAHAN BERTAHAP HIDROKARBON

POLISIKLIK AROMATIK



Oksidasi parsial oleh

jamur busuk putih (white

rot fungi), mengubahhidrokarbon polisiklikaromatik menjadi lebih

larut air dan tersediabagi jasad hidup,

bakteri kemudianmelanjutkan proses

degradasinya

JAMUR BUSUK PUTIH

(White Rot fungi, Basidiomycota)



( g , y )

Merasmiellus troyanus, Pleurotus spp., Phanerochaete spp.,Trametes versicolor

Memiliki sistem ligninolitik

Pembusukan dipercepat olehadanya media tumbuh padat, misalnya seresah, yang

berfungsi sebagai sumber karbon

Penambahan surfaktan (Tween 80)

Akan tetapi memunculkan masalah pembuangan

limbahnya

STUDI KASUS:

Phanerochaete chrysosporium



y p

Mampu mendegradasi berbagai senyawa hidrofobik pencemartanah 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 mengubahlingkungan yang menguntungkan bagi P. chryososporium

OKSIDASI DAN PELARUTAN HIDROKARBON POLISIKLIK

AROMATIK OLEH Phanerochaete chrysosporium :



Peroksidase: lignin peroksidase (LiP), manganese-dependentperoksidase (MnP) and laccase (L)

Reaksi keseluruhan: oksidasi hidrokarbon polisiklik aromatik olehperoksidase menjadi quinon; dan dilanjutkan menjadi CO2

Hasil metabolisme seperti quinon 1000- to 100,000 x lebih larutdaripada senyawa asalnya Antrasena dioksidasi menjadi 9,10-antraquinon kemudian

menjadi asam ftalat

Fenantrena dioksidasi menjadi 9,10-fenantrena quinon kemudianmenjadi asam 1'1'-bifenil-2,2'-dikarboksilat (asam bifenit)

Pirena dan benzo[α]pirena dioksidasi secara parsial menjadibeberapa jenis isomer quinon



Dix and Webster, 1995



PERANAN JAMUR DALAM BIOREMEDIASI



Senyawa terklorinasi atau termetilasi dapatdidegradasi 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



STRUKTURKIMIA

PESTISIDA

AROMATIKTERKLORINASI

KECEPATAN DEGRADASI SENYAWA ORGANIK

TERKLORINASI



Senyawa

Kondisi

Aerobik Anaerobik

PCB sangat

tersubstitusi 4 2

Kurang tersubstitusi 2 4Etena 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 olehjamur pendegradasi lignin

Diachromitus squalens

PENTACHLOROPHENOL (PCP)



Herbisida yang digunakan sejak 1920an

Lebih meracun dibandingkan DDT

Dapat didegradasi oleh Lentinus edodes (shiitakemushroom)

ATRAZIN(2-chloro-4-ethylamino-6-sopropyldiamino-1,3,5-

t i i )



triazine)

Herbisida yang sering digunakan

Sering mencemari air tanah

Dapat didegradsi oleh Pleurotus pulmonarius

BIFENIL TERPOLIKLORINASI (POLYCHORINATEDBIPHENYLS, PCBS)



Cairan hidraulik, pembunuh api, pemlastik, pelarutorganik, busa karet, serat gelas, senyawa penahan air,bahan penahan suara

Diakumulasi di jaringan adipose

Mengakibatkan iritasi, gangguan reproduksi dan cacatlahir, 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 bertambahnyajumlah 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 bakteriPelarutan dipacu oleh produksi

biosurfaktant sebelum prosesdeklorinasi

Hasil akhir: degradasi PCBsmenjadi CBAs

PROSES DEGRADASI PCB:2. DEGRADASI OKSIDATIF SENYAWA YANG KURANG BERHALOGEN



Aerobik: molekul oksigen atau radikal perioksida (OOH)seperti hidrogen perioksida) hingga degradasi menyeluruhdari PCB

Hasil: asam dan alkohol berstruktur cincin tunggal sepertikatekol, asam salisilat, dan asam benzoat

Beberapa hasil antara dapat lebih toksik daripadasenyawa asalnya

Galur: Burkholderia cepacia LB400 , Pseudomonas pseudoalacalignes KF707

lanjutan deklorinasi, pemutusan struktur cincin C, danmineralisasi 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



I

SEE OTHER SLIDE BEFORE

03.2_MIT-Matrikulasi 2012-Aplikasi Mikroba Pd Tpakan

Documents

Transcript of 03.2_MIT-Matrikulasi 2012-Aplikasi Mikroba Pd Tpakan