Aktivitas biodegradasi senyawa amonia dan nitrit banyak dilakukan oleh kelompok bakteri.

Kelompok bakteri pengoksidasi amonia banyak tersebar pada sistem perairan. Aktivitasnya berjalan

pada kondisi aerobik. Beberapa genusAktivitas biodegradasi senyawa amonia dan nitrit banyak

dilakukan oleh kelompok bakteri. meliputi: Nitrobacter, Nitrospira, Nitrosococcus, Nitrospina,dan

Nitrosomonas. Kelompok bakteri pengoksidasi amonia dan nitrit bersifat khemolitotrof obligat,

membutuhkan energi untuk mengoksidasi amonia atau nitrit senyawa

Selain itu juga terdapat kelompok bakteri heterotrofik, antara lain Thiospaera pantotropha dan

Pseudomonas. Sebagai produk akhir dari aktivitas kelompok bakteri nitrifikasi yang bersifat

heterotrofik biasanya berupa senyawa nitrit. Beberapa jenis bakteri nitrifikasi juga dapat melakukan

metabolisme anaerobik dengan menggunakan asam piruvat sebagai sumber elektron dan NH3

sebagai penerima elektron (Paul dan Clark, 1996). Akan tetapi pada lingkungan perairan alamiah

peranan bakteri nitrifikasi heterotrofik dalam memanfaatkan senyawa amonia relatif rendah

dibanding dengan kelompok bakteri nitrifikasi yang bersifat lithotrofik (Cr) yang banyak digunakan

pada industri nuklir dan pewarnaan (Ackerley et al.2004).

menjadi senyawa nitrat. Kebutuhan sumber karbon diambil melalui proses fiksasi amonia relatif

rendah dibanding dengan kelompok bakteri nitrifikasi yang bersifat lithotrofik.

Secara morfologis Nitrosomonas berbentuk elipsoid, batang pendek, bersifat motil atau non-motil,

hidup pada habitat air laut, air tawar dan tanah, tumbuh dengan baik pada suhu sekitar (5-30tC, pH :

5,8-8,5. Jenis Nitrosospira bentuk selnya spiral, mempunyai sitomembran yang tidak merata,

kadang-kadang membentuk seperti membran plasma, non motil dan motil dengan menggunakan

lagela peritrikus. Habitat bakteri tersebut di perairan tawar. Jenis Nitrococcus bentuk selnya bulat

lonjong, gram negatif, bersifat motil dengan satu atau dua flagela. Dalam metabolismenya

menggunakan 02 sebagai penerima electron Nitrococcus dapat tumbuh pada suhu antara (l5-30)OC,

pH 6,8-8,0 dan habitatnya di air tawar atau air laut (Koops dan Moller, 1991; Buchanan dan W

Gibbon, 1974).

Kelompok bakteri yang mengoksidasi nitrit menjadi nitrat adalah Nitrobacter dan Nitrospina. Jenis

Nitrobacter selnya berbentuk batang pendek, reproduksi dengan pembentukan tunas, biasanya tidak

motil dan bersifat gram negatif, dengan sitokrom utamanya tipe a dan c. Habitat bakteri kelompok

ini tersebar pada air laut dan air tawar, serta tanah. Bock dan Kopps (1991) mengemukakan bahwa

bakteri ini menggunakan oksigen sebagai penerima elektron terakhir, dan tumbuh optimal pada pH

7,8-8,0, suhu sekitar (25-30)OC. Sedangkan jenis Nitrospina bentuk selnya batang panjang, bersifat

gram negatif, non-motil dan selnya mempunyai sitokrom utama tipe b dan c. Habitatnya adalah pada

air laut dan tumbuh baik pada kondisi lingkungan yang mengandung senyawa organik. Suhu optimal

untuk pertumbuhannya berkisar (25- 30)OCdan pH 7,5-8,0 (Garrity dan Holt, 1992)

Jenis bakteri nitrifikasi yang bersifat heterotrofik (Pseudomonas), termasuk dalam kelompok

Proteobakteria sub-klas gama, bersifat gram negatif, aerobik, tumbuh optimal pada suhu (25-40)OC,

pH 6,5-7,0 dan tersebar pada system perairan tawar, laut dan tanah. Akan tetapi pada umumnya

kelompok bakteri tersebut bersifat denitrifikasi (Palleroni, 1991).

Proses oksidasi amonium selama ini dipercaya hanya berjalan dalam kondisi aerobik. Graaf et al.

(1995) mengemukakan bahwa terdapat perubahan ammonium menjadi gas dinitrogen pada kondisi

anaerobik melalui aktivitas biologis. Hasil percobaan pada kultur bakteri dalam kondisi anaerobik

menunjukkan bahwa semua amonium dalam media akan teroksidasi dalam waktu 9 hari. Penurunan

senyawa amonium dalam kultur diikuti juga oleh penurunan senyawa nitrat melalui reaksi sebagai

berikut :

Mekanisme oksidasi amonium dalam kondisi anaerobik banyak terjadi pada sistem pengolahan

limbah. Pelepasan gas nitrogen dari amonia dalam kondisi anaerobik terjadi pada sistem pengolahan

limbah. Mekanisme tersebut secara energitika memberikan hasil yang lebih menguntungkan, antara

lain tingginya energi bebas yang dihasilkan dan hasil biomassa per molekul karbon yang lebih tinggi.

Tetapi kelompok bakteri tersebut mempunyai pertumbuhan yang relative lama, yaitu dengan laju

pembelahan sel selama 10,8 hari. Sedangkan untuk kelompok bakteri pengoksidasi amonia dalam

kondisi aerobik, mempunyai waktu pembelahan sekitar 0,73 hari (Jetten et al. 2002). Mekanisme

perubahan ammonia menjadi gas N2 dapat digambarkan sebagai berikut:

Senyawa nitrit digunakan sebagai penerima elektron dan sebagai senyawa antara adalah

hidroksilamin dan hidrazin. Aktivitas metabolismenya membutuhkan sumber nutrien atau medium

yang mengandung amonia, nitrit dan bikarbonat sebagai sumber senyawa karbon (C). Anggota dari

kelompok tersebut antara lain: Brocardia anammoxidans dan Candidatus stuttgartiensis (Jetten et al.

2002). Mekanisme oksidasi amonia oleh B. anammoxidans memperlihatkan bahwa senyawa nitrat

atau nitrit berfungsi sebagai penerima elektron dan akan tereduksi menjadi hidroksilamin.

Hidroksilamin bereaksi dengan donor elektron, yaitu amonia menghasilkan gas nitrogen. Kultur

bakteri yang berkecukupan dengan hidroksilamin dan amonia dalam waktu singkat akan terjadi

akumulasi senyawa hidrazin. Enzim yang berperan dalam mekanisme tersebut mempunyai

kemiripan dengan enzim hidroksilamin oksidoreduktase yang terdapat pada bakteri Nitrosomonas

europaea. Hasil analisis enzim tersebut dengan menggunakan spektrofotometer memperlihatkan

terdapatnya puncak serapan pada panjang gelombang 460 nm. Kedua jenis enzim tersebut mampu

mengoksidasi hidroksilamin dan hidrazin (Jetten et al. 2002)

Schmidt et al. (2004) melaporkan bahwa bakteri nitrifikasi Nitrosomonas europea tipe liar dapat

mengoksidasi amonia menjadi gas nitrogen. Oleh karena itu pada proses terse but hanya diproduksi

senyawa nitrit dalam jumlah yang sang kecil dan tidak dihasilkan senyawa nitrat. Sebagai produk

akhirnya adalah gas nitrogen. Selain itu juga dilaporkan enzim yang berperan dalam proses oksidasi

amonia, yaitu meliputi amonium oksido reduktase (AMO), hidroksilamin oksidoreduktase (HAO),

nitrit reduktase (NIR), nitrit oksida reduktase (NOR), dan nitrous oksida reduktase (NOS). Produksi

gas nitrogen pada Nitrosomonas europea tipe liar lebih tinggi dari pada Nitrosomonas europea

mutan yang tidak mempunyai enzim nitrit reduktase (NIR), dan nitrit oksida reduktase (NOR). Pada

Nitrosomonas europea tipe liar gas nitrogen yang terbentuk sebesar 89 ± 8.

Kelompok Bakteri Denitrifikasi

Senyawa nitrat dalam sistem perairan tambak udang banyak dimanfaatkan oleh kelompok

mikroorganisme yang bersifat heterotroftk untuk membentuk bahan organik sel. Kelompok tersebut

dapat melakukan asimilasi nitrat dengan bantuan enzim nitrat dan nitrit reduktase pada kondisi

aerobik. Sedangkan pada kondisi anaerobik ion nitrit atau nitrat akan digunakan sebagai penerima

electron terakhir pada proses respirasi nitrat atau disimilasi nitrat (Madigan et al. 1997). Beberapa

jenis bakteri yang dapat melakukan proses tersebut yang bersifat anaerobik fakultatif antara lain

Alcaligenes, Escherechia, Aeromonas, Bacillus, Flavobacterium, Nocardia, Spirillum, Vibrio, dan

Staphylococcus. Produk akhirnya berupa senyawa nitrit atau amonia. Kondisi ini banyak terjadi pada

sistem perairan tambak udang yang menggenang (Atlas dan Bartha, 1998). ada kondisi anaerobik

kelompok bakteri denitriftkasi akan aktif mereduksi senyawa nitrat menjadi nitrit, nitrit oksida (NO),

nitrous oksida (N20) dan dinitrogen (N2), dengan bantuan sistem enzim nitrat dan nitrit reduktase.

Masing masing enzim mempunyai sensitivitas terhadap oksigen yang berbeda (Paul dan Clark, 1996).

Beberapa bakteri yang dapat melakukan proses denitrifikasi antara lain Alcaligenes, Paracoccus

denitrificans, Thiobacillus denitrificans, dan Pseudomonas (Atlas dan Bartha, 1998). Pada kondisi

yang sesuai, beberapa genus dapat mereduksi nitrit menjadi amonia melalui proses reduksi nitrat

desimilasi.Prosesnya berjalan saat kandungan senyawa nitrit tinggi (Kelso et al. 1997). Bakteri ini

memanfaatkan senyawa nitrat sebagai penerima elektron altematif untuk mendapatkan energi di

bawah kondisi oksigen terlarut terbatas (Richardson et al. 2001). Pola perubahan senyawa nitrat

oleh aktivitas bakteri dapat dilihat pada Gambar 2. Selain itu juga terdapat bakteri fermentatif yang

dapat memanfaatkan senyawa nitrat sebagai penerima elektron terakhir pada kondisiI anaerobik,

antara lain jenis Aeromonas, Bacillus, Klebsiella, dan Vibrio.

Gambar 2. Profil perubahan senyawa nitrat melalui aktivitas reduksi nitrat (1). denitrifikasi, (2).

reduksi nitrat disimilasi, dan (3) oksidasi ammonia secara anaerobik (anamox).

Kelompok bakteri denitrifikasi banyak terdapat pada sistem perairan estuarin (Chabreri et al.

2001), dapat melakukan proses reduksi nitrit dan nitrat pada kondisi aerobik (Robertson et al. 1989).

Patureau et al. (1994) memperlihatkan bahwa terdapat dua tipe enzim nitrat reduktase, yaitu nitrat

reduktase yang terdapat pada membran (Nar) dan nitrat reduktase yang terdapat pada periplasmik

(Nap). Aktivitas gen Nar berhubungan langsung dengan proses respirasi pembentukan ATP,

sedangkan gen Nap tidak langsung. Oleh karena itu beberapa bakteri denitrifikasi dapat

menggunakan senyawa anorganik nitrat dengan aktivitas enzim Nap melalui respirasi anaerobik

maupun denitrifikasi aerobik. Ekspresi gen Nar dipengaruhi oleh keberadaan oksigen dan nitrit,

sedangkan untuk gen Nap tidak (Moreno-Vivian et al. 1999). Bakteri tersebut antara lain dari genus

Alcaligenes, Paracoccus, Rhodobacter, Pseudomonas, dan Salmonella (Richardson et al. 200t).

Salah satu produk gas pada proses denitrifikasi adalah gas N20 (nitrousoksida). Gas tersebut

berpengaruh negatifterhadap lingkungan, yaitu sebagai salah satu penyebab terjadinya efek rumah

kaca (pemanasan global). Secara alamiah gastersebut diemisikan dari ekosistem perairan sungai,

estuarin, dan daratan yang mencapai sekitar 1,9 ton Nitrogen. th'. Perairan sungai memberikan

sumbangangan sebesar 55%, estuarin 11% dan daratan sebesar 33% (Seitzinger dan Kroezen, ). Pada

sistem perairan sungai produksi gas N20 berhubungan erat dengan meningkatnya kandungan nitrat

pada sedimen (Jiang dan Bakken, 1999) Oleh karena itu produksi gas N20 tidak bisa lepas dari

aktivitas denitrifikasi yang dilakukan oleh bakteri. Pada sistem sedimen perairan konsentrasi

senyawa nitrat akan mempengaruhi produksi N20. Kandungan nitrat yang rendah akan menurunkan

produksi N20. Sedangkan kandungan senyawa amonium tidak mempengaruhi produksi gas buangan

N20 (Liikanen et al. 2003). Pada ekosistem perairan estuarin terdapat kelompok bakteri yang dapat

memproduksi gas N20 sebagai senyawa antara, maupun yang menghasilkan gas tersebut sebagai

produk akhir dari aktivitas metabolismenya (Dony et al. 2002)

Kelompok bakteri pereduksi nitrat dan nitrit dalam sistematikanya kebanyakan termasuk pada

kelompok Proteobakteria sub-klas alfa, beta, dan gama. Alcaligenes, termasuk dalam kelompok

Proteobakteria sub-klas alfa dan beta, gram negetif, bersifat aerobik, bentuk sel batang dan kokus,

mempunyai rambut-rambut sel peritrikus. Habitat tersebar pada sistem perairan tawar, laut,

estuaria, dan tanah serta lingkungan rumah sakit. Tumbuh dengan baik pada media konvensional

(biasa), baik yang kaya maupun miskin akan nutrien, pH normal, suhu (20-3 7)OC, tidak bersifat

fermentatif, oksidase positif (Buchanan dan Gibbon, 1974). Kelompok bakteri tersebutjuga dapat

hidup pada lingkungan yang mengandung senyawa sulfur tereduksi (Busse dan Auling, 1991).