secara Biologi Bakteri pemfiksasi nitrogen · dari udara secara biologi sebagai alternatif...
Transcript of secara Biologi Bakteri pemfiksasi nitrogen · dari udara secara biologi sebagai alternatif...
10/22/2013
1
FIKSASI
NITROGEN
Latar belakang
Pembuatan pupuk N pada Industri (Haber Bosch) membutuhkan tekanan dan suhu tinggi
CH4 H2
200 atm ; 450 oC`
N2 + 3H2 2 NH3
Untuk menciptakan kondisi tekanan dan suhu yang tinggi diperlukan bahan bakar sehingga menyebabkan pupuk buatan pabrik menjadi mahal harganya
Pemanfaatan potensi alami : Kandungan gas N2 di atmosfer kurang lebih 78%.
Pemanfaatan mikroorganisme pemfiksasi (penambat) Nitrogen (N2) dari udara secara biologi sebagai alternatif permasalahan tsb.
Fiksasi N2 secara Biologi
~ adalah reduksi nitrogen bebas (N2) bebas menjadi amonia (NH3) oleh kegiatan jasad prokariotik , baik yang bersimbiotik maupun yang non simbiotik dengan fungi tertentu seperti lumut, gymnospermae, atau tumbuhan tingkat tinggi.
Jasad prokariotik= jasad yang tidak mempunyai membran inti sel (bakteri)
Sejarah pemanfaatan : Roma Legum China Azolla Rhizobium Simbiotik aerob (M. Beijerinck) Clostridium nonsimbiotik ; anaerob (S. Winogradsky)
Bakteri pemfiksasi nitrogen
Penambat Nitrogen non-simbiotik: Azotobacter, hidup di rhizosfer tanaman di lahan kering Clostridium, hidup di tanah tergenang/ tanah sawah Azospirillum, hidup di permukaan / dalam akar Cyanobacteria, BGA, hidup di tanah tergenang /tanah
sawah
Penambat Nitrogen simbiotik: Rhizobium- hidup dalam bintil akar leguminosae Anabaena azollae-hidup dalam daun Azolla pinnata
10/22/2013
2
Free living
Asosiatif
Simbiotik
Fisiologi penambatan N
Sumber
energi
Pembawa
elektron
(Reduktan)
Kompleks enzim
Nitrogenase
Pembentukan
ATP
Mg
ATP
Mg ADP
Pi
ATP
C2H2
H3O+
N3
CN
N2O
Substrat
C2H4
H
NH3 + H2
CH4 + NH3
N2 + H2O
Produk
N2
karbohidrat Na2S2O4
Donor non
fisiologis
NH3
enzim nitrogenase
Proses reduksi N2 menjadi NH3 melibatkan enzim nitrogenase yang dihasilkan oleh jasad prokariotik.
Sifat enzim nitrogenase :
Sensitif terhadap O2
Komponen enzim terdiri dari 2 protein :
Sub-unit protein yang mengandung Mo, Fe, S yang bersifat labil terhadap asam
Sub-unit protein yang mengandung Fe (sensitif terhadap O2) (Fe-protein)
Mekanisme Fiksasi N
10/22/2013
3
Syarat yang harus dipenuhi agar aktivitas nitrogenase berjalan
Ada substrat : N2, N2O, C2H2, HCN,
Ada sumber energi : ATP, Mg
Ada Reduktan : Ferredoxin (Clostridium, Azotobacter)
Flavoprotein (Azotobacter)
Fe-S (bakteriod)
Penambatan Non Simbiotik
Azotobacter aerobik
Clostridium anaerobic
Azosprillium Berasosiasi dengan rumput.Paspalum notatum
Derxia dan Beijerinckia Tanah asam
Klebsiella danBacillus Phyllosphere
kondisi yang harus dipenuhi agar terjadi fiksasi N
Adanya populasi jasad penambat yang besar yang berkaitan dengan kecepatan fiksasi N
Pembentukan selnya cepat yang menunjukkan bahwa fiksasi N berkaitan dengan pertumbuhan
N atmosfer , dan bukan organik maupun anorganik.
Azotobacter
10/22/2013
4
Azospirillium spMekanisme penciptaan microsite anaerob
pada penambat N
Terdapat beberapa mekanisme yang digunakan untuk
membatasi O2 untuk menciptakan kondisi anaerob sebagai
syarat berlangsungnya proses penambatan N pada
Azotobacter
• membatasi difusi dengan menghasilkan kotoran/lumpur yang berlebihan
• Mempercepat respirasi dan konsumsi O2
• Melakukan perubahan reversible enzim nitrogenase yang fungsional menjadi bentuk yang tidak sensitif terhadap O2.
Faktor yang mempengaruhifiksasi N non simbiotik
1. Reaksi tanah (pH) Azotobacter sensitif pada pH rendah Beijerinkia & Derxia mempunyai kisaran pH 3-9
2. Fosfor dan bahan organik (status nutrien)3. Sumber energi tersedia4. efisiensi5. sekresi (eksudat) Azospirilium lipoferum6. Inokulasi sengaja dengan kultur bakteri panambat
nitrogen non simbiotik
Bakteri Tanah dan Nitrogen tersedia
Atmosphere
N2
Soil
N2 N2
Nitrogen-fixing
bacteria
Organic
material (humus)
NH3
(ammonia)
NH4+
(ammonium)
H+
(From soil)
NO3–
(nitrate)Nitrifying
bacteria
Denitrifying
bacteria
Root
NH4+
Soil
Atmosphere
Nitrate and
nitrogenous
organic
compounds
exported in
xylem to
shoot system
Ammonifying
bacteria
10/22/2013
5
Cross inoculation group
Cross inoculation group RhizobiumRhizobium spCross inoculation
groupTipe Legum
R. leguminosorum Pea group Pisum, Vicia
R. phaseoli Bean group Phaseolus
R. trifolii Clover group Trifolium
R. meliloti Alfa-alfa group Medicago, melilotus
R. lupini Lupini group Lupinus lotus
R. japonicum Soybean group Glycine
R. sp Cowpea Group Vigns (cowpea)
Rhizobium-Legum
10/22/2013
6
Cyanobacteria
Cyanobacter merupakan jasad bebas diazotrof yang memfiksasi hanya beberapa kg N/ha/tahun. Jasad ini peranannya tidak sebesar jasad yang dlm keadaan bersimbiotik pada daerah terestrial.
Cyanobacter kebanyakan hadir pada lingkungan akutik dan air tawar Cyanobacter di ketemukan di dipermukaan tanah, kadang di bawah permukaan tanah.
Secara morfologi bentuknya dibagi menjadi 3 yaitu: Uniseluler (Chroococcus, Gleocapsa dan Microcystis) Nonfilamentous (Plectonema) Filamen (Anabaena, Nostoc)
Simbiosis Tanaman Azolla dan Anabaena azolae
BGA
:Anabaena
Simbiosis Tanaman Azolla dan Anabaena azolae
Sel Heterosis
Sel Vegetatif
10/22/2013
7
Fiksasi N pada Cyanobacter
Heterosis Sel vegetatif
N2
NH4+
NH4+
Glutamat
Glutamin
Enzim
nitrogenase
Nostoc
Pengukuran fiksasi N pada nodul legum pada tanaman dan potongan
akar dg akar
10% acetylene
pemisahan nodul
Potong akar
0,5 ml gas disuntikan ke dalm GC
Jumlah elektron
6 e-
6 e-
N2 NH3
2 e-
C2H2 C2H4
Nisbah elektron yang diperlukan untuk mereduksi N2 dan C2H2 adalah 3 : 1
Cara pengukuran aktivitas Nitrogenase
Bakteri Penambat Nitrogen
Tipe/Sifat Jenis Mikroorganisme
Asimbiotik/Asosiasi:
Bakteri Aerobik
Bakteri Mikroaerofilik
Bakteri Fakultatif
Bakteri Anaerobik
Blue Green
Algae/fotosintetik
Azotobacter, Beijerinckia
Azospirillum, Thiobacillus, Spirillum
Bacillus, Escherichia, Pseudomonas
Clostridium, Desulfovibrio
Nostoc, Anabaena, Rhodospirillum
Simbiotik:
Bakteri
Blue Green Algae
Rhizobium-Legum
Anabaena azollae-Azolla
10/22/2013
8
Penghambat balik Fiksasi N
(feedback inhibition)
Fiksasi nitrogen tidak terjadi jika terdapat NH4+,
NO3- dan Bahan organik tersedia.
Karena menurut hipotesis: Adanya N tersedia mengalir langsung hilang dari
nitrogenase (tidak ada elektron) sehingga tidak mereduksi.
Pada sistem simbiotik bahwa reduksi nitrat pada nodul yang menyebabkan NO2
- berikatan dengan senyawa yang melindungi nitrogenase dari O2.
Nodul
Akar
1. Pemilihan karbohidrat
2. Penghambatan nitrogenase
3. Penghambatan leghaemoglobin
4. Amonium feed back
Bisakah saya
menjelaskan
gambar di
samping ini??