KEANEKARAGAMAN ARCHAEA METANOGENIK PADA PROSES … filedalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

i

KEANEKARAGAMAN ARCHAEA METANOGENIK PADA PROSES

FERMENTASI ANAEROB LIMBAH ORGANIK RUMAH TANGGA

Skripsi

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

guna memperoleh gelar Sarjana Sains

Oleh:

Nunung Ria Nursanti

NIM. M 0409045

JURUSAN BIOLOGI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA


commit to user

ii

2014


commit to user

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil penelitian saya

sendiri dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar

kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, serta tidak terdapat karya atau pendapat

yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertulis diacu

dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Apabila di kemudian hari dapat ditemukan adanya unsur penjiplakan maka gelar

kesarjanaan yang telah diperoleh dapat ditinjau dan/atau dicabut.

Surakarta, Januari 2014

Nunung Ria Nursanti

NIM. M 0409045


commit to user

iv

KEANEKARAGAMAN ARCHAEA METANOGENIK PADA PROSES

FERMENTASI ANAEROB LIMBAH ORGANIK RUMAH TANGGA

NUNUNG RIA NURSANTI

Jurusan Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Universitas Sebelas Maret, Surakarta.

ABSTRAK

Energi merupakan komponen penting dalam kehidupan manusia.

Pendayagunaan energi yang tidak dapat diperbaharui secara berlebihan dapat

mengakibatkan krisis energi. Untuk itu diversifikasi energi perlu dilakukan. Salah

satu sumber energi alternatif adalah biogas dari limbah organik rumah tangga. Hal

ini dikarenakan adanya potensi menghasilkan gas metan oleh metanogen yang

tinggi pada limbah organik rumah tangga. Untuk itu penelitian mengenai

keanekaragaman metanogen pada tahap fermentasi perlu dilakukan guna

memaksimalkan jumlah biogas yang dihasilkan. Penelitian ini bertujuan untuk

mengetahui keanekaragaman metanogen pada proses fermentasi anaerobik dengan

metode ARDRA (Amplified Ribosomal DNA Restriction Analysis).

Limbah organik rumah tangga yang telah difermentasi secara anaerob,

kemudian dilakukan ekstraksi DNA, diamplifikasi gen penyandi 16S rRNA

dengan metode ARDRA, selanjutnya dilakukan kloning, setelah itu direstriksi

menggunakan enzim MspI dan AluI dan disekuens pada pola yang berbeda.

Analisis data dilakukan dengan menggunakan Indeks Shannon-Wiener (H’) dan

evenness (E) untuk menggambarkan keanekaragaman metanogen dan nilai

penting relatif dari tiap filotipe dalam keanekaragaman tersebut.

Berdasarkan analisis menggunakan metode ARDRA 38 klon pustaka 16S

rRNA dari limbah organik rumah tangga didapatkan nilai keanekaragaman yang

rendah berdasar indeks Shannon-Wiener yakni 0 dan tingkat keseragaman

(Evenness) yang tinggi yakni 1. Berdasar hasil analisis sekuensing gen 16S rRNA

klon tersebut berkerabat dekat dengan Methanobrevibacter acididurans dan

merupakan spesies yang mendominasi metanogen dalam limbah organik rumah

tangga.

Kata Kunci : Limbah organik rumah tangga, fermentasi anaerob, archaea,

metanogen, ARDRA


commit to user

v

DIVERSITY OF METHANOGENIC ARCHAEA IN ANAEROB

FERMENTATION PROCESS OF HOUSEHOLD ORGANIC WASTE

NUNUNG RIA NURSANTI

Departement of Biology, Faculty of Mathematics and Natural Sciences,

Sebelas Maret University, Surakarta

ABSTRACT

One of the important component for human life was energy. Over used of

non-renewable energy can lead an excessive energy crisis. For that reason, the

diversification of energy should be done. Biogas from household organic waste

was one of an alternative energy source. It was potentialy produce methane by

methanogens. In order to increase the amount of biogas produced, the study of the

diversity of methanogens in the fermentation stage needs to be done. This study

aims to determine the diversity of methanogens in anaerobic fermentation by

ARDRA (Amplified Ribosomal DNA Restriction Analysis) method.

Household organic waste was anaerobically fermented, then performed

DNA extraction, used ARDRA method to amplified genes that coding 16S rRNA,

performed the cloning, restricted using MspI and AluI enzyme then sequenced in

a different pattern. Analysis was performed using the Shannon-Wiener index (H')

and evenness (E) to illustrate the diversity of methanogens and the relative

importance of each filotipe in such diversity .

Bases on ARDRA method, 38 positive clones of cloned 16S rRNA genes

from household organic waste showed that the level of diversity (Shannon-Wiener

index) was low, obtain result 0 and the level of uniformity (evenness) were high

with obtain result 1. Bases on sequencing analysis cloned of 16S rRNA have

similirity with Methanobrevibacter acididurans which was methanogenic species

that dominate in household organic waste.

Keywords : Household organic waste, anaerob fermentation, methanogens,

archaea, ARDRA


commit to user

vi

MOTTO

“Bismillahirrahmanirrahim... SEMANGAT !!”

“Saat aku lelah menulis dan membaca, di atas buku-buku kuletakkan kepala. Dan

saat pipiku menyentuh sampulnya, hatiku tersengat. Kewajibanku masih berjebah,

bagaimana mungkin aku beristirahat”

— Imam an-Nawawi


commit to user

vii

PERSEMBAHAN

Skripsi ini saya persembahkan untuk:

Bapak dan Mamak tercinta atas ilmu,

kepercayaan penuh, semangat, doa dan

harapan yang selalu menjadi percikan api

semangat

Mas Nanang Sutarmanto dan Mbak Dewi

Kusumowati atas nasehat, kepercayaan dan

dukungannya selama ini

Sahabat Bioromantika Biologi 2009

Rekan-rekan KS Bioteknologi dan KS Kepak

Sayap

Mereka yang tak dapat disebutkan namun

keberadaannya senantiasa dalam benak dan

ingatan

Almamater tercinta.


commit to user

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah Ta’ala yang telah memberi limpahan rahmat

dan hidayah sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penyusunan

skripsi yang berjudul “Keanekaragaman Archaea Metanogenik pada Proses

Fermentasi Anaerob Limbah Organik Rumah Tangga”. Penyusunan skripsi ini

merupakan suatu syarat untuk memperoleh gelar kesarjanaan strata 1 (S1) pada

Jurusan Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas

Sebelas Maret Surakarta.

Dalam melakukan penelitian dan penyusunan skripsi, penulis telah

memperoleh saran, bantuan, dukungan, dan bimbingan dari berbagai pihak yang

bermanfaat secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu, pada

kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak, Ibu, dan keluarga tercinta yang telah memberikan dukungan,

semangat, kasih sayang, dan do’anya untuk kelancaran studi penulis.

2. Ir. Ari Handono Ramelan, M.Sc.(Hons)., Ph.D., selaku Dekan Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret

Surakarta yang telah memberikan ijin penelitian untuk keperluan skripsi.

3. Dr. Agung Budiharjo, M.Si., selaku Pembimbing Akademik sekaligus Ketua

Jurusan Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Universitas Sebelas Maret Surakarta yang telah memberikan ijin penelitian

untuk keperluan skripsi dan telah memberikan do’a terbaik bagi penulis.

4. Dr. Artini Pangastuti, M.Si., selaku dosen pembimbing I dan penguji yang

telah memberikan proyek penelitian, saran dan bimbingan selama penelitian

sampai selesainya penyusunan skripsi.

5. Dr. Edwi Mahajoeno, M.Si., selaku dosen pembimbing II dan penguji yang

telah memberikan saran dan bimbingan selama penelitian sampai selesainya

penyusunan skripsi.


commit to user

ix

6. Dr. Sunarto, M.S., selaku dosen penelaah I dan penguji yang telah

memberikan proyek penelitian, saran dan masukan selama penelitian sampai

selesainya penyusunan skripsi ini.

7. Dr. Ari Susilowati, M.Si., selaku dosen penelaah II dan penguji yang telah

memberikan saran dan masukan selama penelitian sampai selesainya

penyusunan skripsi.

8. Dosen-dosen di Jurusan Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan

Alam, Universitas Sebelas Maret, Surakarta yang telah mendidik dan

memberikan dorongan baik moral maupun spiritual sehingga penulis dapat

menyelesaikan skripsi ini.

9. Staf administrasi Jurusan Biologi serta laboran yang telah membantu

kelancaran penelitian ini.

10. Majedha Hayun Alifiyanti Fatchurrohman, Hanni Tsaaqifah, dan Puput

Nelasari, rekan seperjuangan proyek Metanogen, yang membersamai,

membantu dan selalu memberikan semangat kepada penulis.

11. Seluruh rekan-rekan KS Bioteknologi dan KS Kepak Sayap atas kebersamaan

dan semangat yang senantiasa diberikan kepada penulis selama ini.

12. Teman-teman Bioromantika 2009, Jurusan Biologi Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret Surakarta atas doa dan

dukungan selama masa perkuliahan serta semua pihak yang tidak dapat

disebutkan satu per satu yang telah memberikan bantuannya.

Penulis menyadari bahwa dalam melakukan penelitian dan penyusunan

skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, masukan yang berupa saran

dan kritik yang membangun dari pembaca akan sangat membantu. Semoga skripsi

ini dapat bermanfaat bagi kita semua dan pihak-pihak yang terkait.

Surakarta, Januari 2014

Penyusun


commit to user

x

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL .................................................................................... i

HALAMAN PERSETUJUAN ...................................................................... ii

HALAMAN PERNYATAAN....................................................................... iii

ABSTRAK ................................................................................................... iv

ABSTRACT ................................................................................................. v

HALAMAN MOTTO ................................................................................... vi

HALAMAN PERSEMBAHAN .................................................................... vii

KATA PENGANTAR .................................................................................. viii

DAFTAR ISI ................................................................................................ x

DAFTAR TABEL ........................................................................................ xiii

DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xiv

DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................. xiv

DAFTAR SINGKATAN .............................................................................. xvi

BAB I. PENDAHULUAN ......................................................................... 1

A. Latar Belakang Masalah .......................................................... 1

B. Rumusan Masalah ................................................................... 3

C. Tujuan Penelitian .................................................................... 4

D. Manfaat Penelitian .................................................................. 4

BAB II. LANDASAN TEORI ..................................................................... 5

A. Tinjauan Pustaka ..................................................................... 5

1. Sampah Organik Rumah Tangga ......................................... 5

2. Fermentasi Anaerob ............................................................ 8

a. Hidrolisis ...................................................................... 8

b. Asidogenesis ................................................................. 9

c. Asetogenesis. ................................................................ 9

d. Metanogenesis . ............................................................ 10

3. Analisis Mikroorganisme . ................................................... 13


commit to user

xi

a. Gen 16S rRNA. ............................................................. 13

b. PCR (Polymerase Chain Reaction) ............................... 15

c. Metode ARDRA (Amplified Ribosomal DNA

Restriction Analysis) . ................................................... 16

B. Kerangka Penelitian ..................................................................... 17

BAB III. METODE PENELITIAN ............................................................... 19

A. Waktu dan Tempat Penelitian .................................................. 19

B. Alat dan Bahan ........................................................................ 19

1. Alat .................................................................................. 19

2. Bahan . .............................................................................. 20

C. Cara Kerja ............................................................................... 21

1. Persiapan Substrat ............................................................. 21

2. Pembuatan Biogas ............................................................. 21

3. Pengukuran pH dan Suhu .................................................. 22

4. Ekstraksi DNA Sampel ...................................................... 23

5. Amplifikasi Gen 16S rRNA untuk ARDRA. ...................... 23

6. Trasnformasi Produk PCR Gen 16S rRNA. ....................... 23

7. Metode ARDRA (Amplified Ribosomal DNA

Restriction Analysis) . ........................................................ 24

8. Sekuensing Gen Penyandi 16S rRNA . .............................. 25

D. Analisis Data .......................................................................... 25

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................... 26

A. Biogas dari Limbah Organik Rumah Tangga ......................... 26

B. Amplifikasi Gen 16S rRNA ................................................... 27

C. Transformasi Gen 16S rRNA ................................................. 30

D. Sekuensing Gen Penyandi 16S rRNA .................................... 35

E. Analisis Keanekaragaman Achaea Metanogenik . .................. 37

BAB V. PENUTUP ...................................................................................... 40

A. Kesimpulan .............................................................................. 40

B. Saran ........................................................................................ 40

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 41


commit to user

xii

LAMPIRAN ................................................................................................. 47

RIWAYAT HIDUP PENULIS ...................................................................... 53


commit to user

xiii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Kandungan Kimia Sampah Organik Rumah Tangga ...................................... 7

Tabel 2. Hasil Analisis BLASTn berdasar gen penyandi 16S rRNA

archaea dari proses fermentasi anaerob limbah organik

rumah tangga .................................................................................................. 36

Tabel 3. Keanekaragaman dan keseragaman komunitas archaea dari

proses fermentasi anaerob limbah organik rumah tangga ................................. 38


commit to user

xiv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Skema fermentasi metana pada proses anaerobik ........................................... 11

Gambar 2. Skema Kerangka Pemikiran ........................................................................... 18

Gambar 3. Elektroforegram DNA archaea asal limbah organik rumah

tangga hasil PCR ............................................................................................ 29

Gambar 4. Peta vektor kloning dari pTZ57R/T dan situs

pemotongannya ............................................................................................. 31

Gambar 5. Koloni biru-putih hasil kloning gen 16S rRNA ke dalam

E.coli JM107 ................................................................................................. 32

Gambar 6. Elektroforegram amplikon insert dari hasil kloning

sampel limbah organik rumah tangga ................................. 33

Gambar 7. Elektroforegram digesti gen 16S rRNA menggunakan

enzim restriksi Msp1 (A) dan enzim restriksi Alu1 (B)

yang keduanya menunjukkan 1 tipe potongan enzim

(panjang migrasi DNA tampak sama) ............................................................ 34


commit to user

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Gambar pembuatan biogas limbah organik rumah

tangga ............................................................................................................ 48

Lampiran 2. Gambar pola restriksi dengan enzim restriksi AluI ......................................... 49

Lampiran 3. Gambar pola restriksi dengan enzim restriksi MspI ....................................... 50

Lampiran 4. Urutan produk sekuens parsial DNA archaea dari proses

fermentasi anaerob limbah organik rumah tangga yang

tertinggi dengan BLASTn ............................................................................. 51

Lampiran 5. Susunan basa nukleotida hasil sekuensing DNA archaea

dari proses fermentasi anaerob limbah organik rumah

tangga ........................................................................................................... 53


commit to user

xvi

DAFTAR SINGKATAN

Singkatan Kepanjangan

ARDRA Amplified Ribosomal DNA Restriction Analysis

BLAST Basic Local Alignment Search Tool

DNA Deoxyribose Nucleaic Acid

LB Luria Bertani

LORT Limbah Organik Rumah Tangga

MCS Multiple Cloning Site

PCR Polymerase Chain Reaction

T-RFLP Terminal Restriction Fragment DNA Polymorphism

X-gal 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-beta-D-galactopyranoside

µM

µl

ml

bp

kb

Mikromolar

Mikroliter

Mililiter

Basepair

Kilo basepair

KEANEKARAGAMAN ARCHAEA METANOGENIK PADA PROSES … filedalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar...

Documents

Transcript of KEANEKARAGAMAN ARCHAEA METANOGENIK PADA PROSES … filedalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar...