TUGAS

MIKROBIOLOGI AKUAKULTUR

“Peranan Bakteri Nitrobacter dalam Akuakultur”

DISUSUN OLEH:

ARDANA KURNIAJI

(C151140261)

MAYOR ILMU AKUAKULTUR

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2015

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan

berkah, rahmat, dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas

Mikrobiologi Akuakultur. Penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-

besarnya kepada keluarga tercinta yang senantiasa mendoakan kesuksesan bagi

penulis dalam penyelesaikan tugas ini. Terimakasih kepada dosen pengampuh

mata kuliah Mikrobiologi Akuakultur dan seluruh mahasiswa yang telah

memberikan arahan dan bimbingan untuk penulisan makalah ini.

Penulis sadar jika dalam penulisan makalah ini masih terdapat banyak

sekali kekurangan dan salah, mohon kiranya dimaafkan dan diilhami sebagai

contoh yang baik agar di kemudian hari tidak di ulangi. Semoga tugas makalah ini

dapat memberi manfaat bagi semua pihak yang membacanya. Terima kasih.

Bogor, Januari 2015

Ardana Kurniaji

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Mikroorganisme adalah suatu makhluk hidup yang berukuran mikroskopis

sehingga untuk melihatnya kita memerlukan suatu alat bantu yang berupa

mikroskop. Mikroorganisme ini terdiri atas virus, bakteri, protozoa, dan hewan-

hewan bersel satu lainnya. Dalam kehidupan sehari-hari, ada mikroorganisme

yang merugikan dan menguntungkan yang ada di sekitar kita. Namun, untuk

mengetahui secara spesifik apa saja mikroorganisme yang terlibat didalamnya,

kita perlu melakukan analisa. Karena tidak semua mikroorganisme memberikan

dampak yang sama kepada lingkungannya. Karena inilah, para ilmuwan dapat

memperkirakan mikroorganisme apa saja yang ada dari suatu percobaan.

Salah satu mikroorganisme yang memiliki banyak pengaruh terhadap

kehidupan manusia adalah bakteri. Bakteri memiliki keragaman morfologi dan

ekologi. Ditinjau secara definisi bakteri merupakan mikroorganisme dengan

struktur intraseluler yang sederhana dan mempunyai daerah penyebaran relatif

luas. Bakteri mempunyai ukuran berbeda menurut genusnya dan relatif lebih besar

dari virus yaitu antara 0,3-0,5 mikron. Bakteri memiliki ciri-ciri diantaranya

sifatnya dapat tumbuh dan bertambah banyak dalam kelompok, berbentuk rantai

atau benang dan memiliki koloni yang berwarna dan berkilau. Selain itu bakteri

juga memerlukan media untuk tumbuh, sehingga untuk menumbuhkan bakteri

tertentu diperlukan media spesifik yang menumbuhkan bakteri tersebut. Di alam

bakteri dapat bersifat saprofik, fotosintetik, ototrofik atau parasitik. Berdasarkan

hasil pewarnaan gram, bakteri terbagi atas dua yakni bakteri gram negatif (terlihat

berwarna pink atau merah) dan bakteri gram positif (terlihat berwarna biru)

(Kordi, 2011).

Dalam kegiatan akuakultur, bakteri dapat memberikan manfaat untuk

mendukung peningkatan produksi ataupun sebaliknya menimbulkan berbagai

penyakit dan menurunkan produksi. Diantara bakteri yang bermanfaat pada

kegiatan budidaya adalah bakteri-bakteri nitrifikasi dan denitrifikasi. Di dalam

media budidaya, bakteri nitrifikasi sangat bermanfaat untuk mengurai senyawa-

senyawa kimia berbahaya menjadi senyawa yang bermanfaat untuk kehidupan

organisme budidaya. Proses konversi nitrogen amonia menjadi nitrat melibatkan

bakteri autrotof. Bakteri autrotof adalah bakteri yang menggunakan sumber energi

dari cahaya matahari (photoautotrof) maupun hasil oksidasi bahan anorganik

(chemoautotrof). Sumber karbon berasal dari fiksasi dioksida genus Nitrosomonas

dan Nitrobacter adalah jenis yang paling memegang peranan penting dalam

proses nitrifikasi.

Bakteri Nitrobacter adalah bakteri nitrifikasi karena merupakan bakteri

yang mengubah nitrit menjadi nitrat. Menurut Kusumastuti dkk. (2013) bahwa

nitrifikasi merupakan proses oksidasi biologi yang mengubah amonium menjadi

nitrat, yang terjadi melalui dua tahapan reaksi. Pada tahap pertama proses

tersebut, terjadi oksidasi amonium NH4+ dari bentuk yang tereduksi sehingga

menghasilkan senyawa antara yang lebih teroksidasi yaitu nitrit NO2- dan

selanjutnya mengubah nitrit menjadi nitrat NO3-. Bakteri yang berperan pada

proses nitrifikasi pada umumnya adalah bakteri genus Nitrosomonas dan

Nitrobacter. Bakteri Nitrobacter pada dasarnya berperan dalam tahap nitratasi

setelah tahap nitritasi oleh bakteri Nitrosomonas, sehingga perananya bergantung

pada keberadaan kedua bakteri tersebut.

Dari kemampuan bakteri Nitrobacter tersebut, maka pemanfaatannya

dalam produksi akuakultur sangat penting untuk dikembangkan. Diantaran

manfaatya adalah dalam proses pengelolaan kualitas air, penanganan limbah dan

pencegahan peningkatan ammonium dalam media pemeliharaan. Oleh sebab itu,

penulisan makalah ini untuk meninjau lebih jauh mengenai peranan bakteri

nitrifikasi (Nitrobacter) dalam kegiatan akuakutur.

B. Tujuan dan Manfaat

Tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk meninjau peranan bakteri

khususnya bakteri nitrifikasi (Nitrobacter) dalam kegiatan budidaya perikanan.

Adapun manfaat dari penulisan makalah ini adalah tersedianya informasi

tambahan untuk menunjang proses akademika.

PEMBAHASAN

A. Tinjauan Umum Bakteri

1. Klasifikasi

Nitrobacter merupakan bakteri nitrifikasi karena merupakan bakteri yang

mengubah nitrit menjadi nitrat. Klasifikasi bakteri dari genus Nitrobacter menurut

Starkenburg et al. (2006) adalah sebagai berikut:

Kingdom: Bacteria

Phyllum: Probacteria

Class: Alpha Probacteria

Order: Rhizobiales

Family: Bradyrhizobiaceae

Genus: Nitribacter

Species: N. winogradskyi

Gambar 1. Bakteri N. winogradskyi (Sumber: www.lookfordiagnosis.com)

Nitrobacter adalah genus dari sebagian besar bakteri yang berbentuk

batang, gram negatif, dan chemoautotrophic. Nitrobacter berperan penting dalam

siklus nitrogen dengan mengoksidasi nitrit menjadi nitrat dalam tanah maupu

perairan. Tidak seperti tanaman, di mana transfer elektron dalam fotosintesis

menyediakan energi untuk fiksasi karbon, Nitrobacter menggunakan energi dari

oksidasi ion nitrit, NO2-, menjadi ion nitrat, NO3-, untuk memenuhi kebutuhan

energi mereka. Nitrobacter melakukan oksidasi menjadi karbondioksida melalui

siklus Calvin untuk kebutuhan karbon mereka. Beberapa sumber menganggap

Nitrobacteraceae merupakan famili dari genus Nitrobacter. Spesies dalam genus

Nitrobacter termasuk N.winogradskyi, N.hamburgensis, N. vulgaris dan

N.alkalicus.

Nitrobacter merupakan kelompok filogenetis yang masih muda dan genom

tersebut terus dilestarikan dalam genus ini. Ada empat spesies yang teridentifikasi

dalam genus ini yakni N. winogradskyi, N. hamburgensis, N. vulgaris dan N.

alkalicus. Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa gen 16S rRNA memiliki

kedekatan diskriminatif yang terbatas dalam genus Nitrobacter dan tidak

memungkinkan menjadi alat yang sesuai untuk penentuan filogenetik, meskipun

memerlukan lebih banyak data untuk menentukan hasil observasi tersebut.

Analisis urutan gen fungsional bisa mengatasi masalah ini, karena protein coding

gen bisa menunjukkan keragaman urutan lebih jelas dari gen 16S rRNA

(Vanparys et al., 2007).

2. Karakteristik Bakteri

a) Bentuk dan Ukuran

Nitrobacter baik dapat berbentuk batang, berbentuk buah pir atau

pleomorfik. Sel biasanya berkembang biak dengan tunas (Holt et al., 1993).

Carboxysomes yang berupa karbon dari hasil fiksasi ditemukan dalam sel

lithoautotrophically dan mixotrophically yang tumbuh. Pemanfaatan energi

inklusi terdapat di granula PHB dan polifosfat. Ketika kedua nitrit dan zat organik

masuk, sel-sel dapat menunjukkan pertumbuhan biphasic, pertama nitrit yang

digunakan dan setelah fase lag, bahan organik teroksidasi. Pertumbuhan

Chemoorganotrophic lambat dan tidak seimbang sehingga lebih terlihat adanya

granula hidroksibutirat poli -β- yang mendistorsi bentuk dan ukuran sel.

Nitrobacter memainkan peran penting dalam aquaponics. Bakteri Nitrosomonas

pertama mengkonversi amonia menjadi nitrit. Nitrobacter mengubah nitrit

menjadi nitrat, yang mudah diserap oleh tanaman (Grunditz and Dalhammar,

2001).

Spesies Nitrosomonas dan Nitrobacter adalah gram negatif, sebagian besar

berbentuk batang, mikroba berkisar antara 0,6-4,0 mikron panjang. Bakteri ini

adalah aerob obligat dan tidak dapat berkembang biak atau mengkonversi amonia

atau nitrit dalam ketiadaan oksigen. Bakteri nitrifikasi memiliki waktu generasi

panjang karena hasil energi rendah dari reaksi oksidasi. Karena sedikit energi

yang dihasilkan dari reaksi ini mereka telah berevolusi menjadi sangat efisien

dalam mengkonversi amonia dan nitrit. Studi ilmiah telah menunjukkan bahwa

bakteri Nitrosomonas sangat efisien dalam mengkonversi ammonia. Sebagian

besar produksi energi mereka (80%) ditujukan untuk memanfaatkan CO2 melalui

siklus Calvin dan sedikit energi tetap untuk pertumbuhan dan reproduksi.

Akibatnya, mereka memiliki tingkat reproduksi yang sangat lambat.

Gambar 2. N. winogradskyi (Wisconsin-Madison, 2006)

Nitrobacter merupakan bakteri yang sebagian besar berbentuk batang,

gram negatif dan chemoautotrophic bakteri. Nitrobacter memiliki ukuran 0,5-0,9

x 1,0-2,0 µm. pertumbuhan litotrof dari bakteri pengoksidasi nitrit cukup ambat.

Waktu pembentukan barvariasi mulai dari jam 8 hingga beberapa hari.

Pertumbuhan dipengaruhi oleh kondisi substrat, suhu, pH, cahaya dan konsentrasi

oksigen. Nitrobacter memiliki peranan penting dalam siklus nitrogen dengan cara

mengoksidasi nitrit menjadi nitrat. Bakteri ini memiliki pH optimal antara 7,3-7,5.

Bakteri penitrifikasi termasuk ke dalam dua kelompok fisiologi yang

berbeda, yang terpenting dari masing-masing kelompok adalah Nitrosomonas

yang mengoksidasi amonium menjadi nitrit dan Nitrobacter yang mengoksidasi

nitrit menjadi nitrat. Kedua macam bakteri itu berbentuk batang kecil, Gram

negatif, tidak membentuk endospora, berflagella polar, dan bersifat aerob obligat

9 (Imas dkk., 1989). Nitrosomonas dan Nitrobacter lebih menjadi perhatian karena

adanya pendapat yang menginginkan agar proses nitrifikasi ini perlu dikendalikan

sehubungan dengan efisiensi pemupukan N dan pengendalian pencemaran

lingkungan (Iswandi, 1989).

Salah satu bakteri yang berperan dalam mengoksidasi nitrit menjadi nitrat

berasal dari genus Nitrobacter. Genus Nitrobacter ini terdiri atas Nitrobacter

alakticus, Nitrobacter hamburgensis, Nitrobacter vulgaris, dan Nitrobacter

winogradsky. Nitrobacter sp. diketahui dapat mengoksidasi nitrit oksida (NO)

menjadi nitrat (NO3-), kebutuhan sumber karbon diambil melalui proses fiksasi

CO2. Habitat kelompok bakteri ini tersebar pada air tawar, air laut, serta tanah.

Jenis Nitrobacter sp. selnya berbentuk batang pendek, pleomorfik, seringkali

berbentuk pears, Gram negatif, dan biasanya non motil (Holt et al., 1994). Selain

genus Nitrobacter, genus lain yang mampu mengoksidasi nitrit adalah genus

Nitrococcus (Nitrococcus mobilis merupakan satu-satunya spesies yang termasuk

Nitrococcus yang dijumpai hanya di perairan laut), genus Nitrospina (Nitrospina

gracilis), dan Nitrospira (Magdalena, 2009). Oleh karena Nitrobacter adalah

bakteri autotrof maka proses nitrifikasi hanya berlangsung bila ada oksigen.

Makin tinggi kadar oksigen makin tinggi pula laju proses nitrifikasi. Pada suasana

anaerob proses ini akan terhambat. Pada pH yang terlalu tinggi (pH 7.5-8.0)

aktivitas bakteri Nitrobacter berkurang sehingga terjadi penumpukan NO2- karena

konversi ke NO3- tertekan. Tetapi sebaliknya pada pH 7.0 kecepatan konversi

NO2- ke NO3- melebihi kecepatan konversi NH4 + ke NO3- (Leiwakabessy et al.,

2003).

b) Enzimatik

Oksidasi nitrit dalam Nitrobacter dimediasi oleh enzim oksidoreduktase

nitrit (sebelumnya disingkat sebagai NOR, tapi sekarang disebut NXR). Katalitis

enzim NXR yang aktif pada N. hamburgensis terdiri dari dua subunit, dikodekan

oleh nxrA dan nxrB. Kirstein dan Bock (1993) menunjukkan bahwa gen nxrX

diasumsikan mengkodekan peptidil-prolyl cis-trans isomerase yang dapat

membantu dalam pembentukan enzim oksidoreduktase nitrit, yang terletak di

antara nxrA dan nxrB (selanjutnya mata sebagai cluster gen nxrAXB; Gambar .

2). Enzim NXR dari Nitrobacter yang berbeda spesies memiliki homologi

serologi Hasil analisis urutan genom yang lengkap menunjukkan bahwa N.

winogradskyi Nb - 255T selain memiliki gen nxrA (nxrA1) dan nxrB (nxrB1)

yang terletak di nxrAXB cluster, juga memiliki tambahan gen nxrA (nxrA2) dan

nxrB (nxrB2) yang dipisahkan pada titik-titik yang jauh dalam genom. Kedua

salinan nxrA sebanyak 94 % dan nxrB 97 %. Saat ini, hanya terbatas pada jumlah

sekuens gen nxr yang tersedia dan tidak ada primer yang memperkuat gen ini

yang telah dijelaskan dalam literature (Vanparys et al., 2007).

c) Kebutuhan Parameter Kimia dan Fisika

Suhu optimal untuk pertumbuhan bakteri nitrifikasi adalah antara 77-86 °F

(25-30 °C). Tingkat pertumbuhan akan menurun sebesar 50% pada suhu 64°F (18

°C) dan tingkat pertumbuhan juga akan menurun sebesar 75% pada suhu 46-50

°F. Sedangkan tidak ditemukan adanya kegiatan pada suhu 39 °F (4°C). Bakteri

nitrifikasi akan mati pada suhu 32°F (0 °C) dan juga akan mati pada suhu 120 °F

(49 °C). Nitrobacter kurang toleran terhadap suhu rendah daripada Nitrosomonas.

Dalam sistem air dingin, perawatan harus dilakukan untuk memantau akumulasi

nitrit (Holt et al., 1994; Magdalena, 2009).

Tidak satupun dari Nitrobacteraceae mampu membentuk spora. Mereka

memiliki cytomembrane kompleks (dinding sel) yang dikelilingi oleh matriks

lendir. Semua spesies memiliki keterbatasan rentang toleransi dan secara

individual sensitif terhadap pH, kadar oksigen terlarut, garam, temperatur, dan

bahan kimia penghambat. Tidak seperti spesies bakteri heterotrofik, mereka tidak

bisa bertahan hidup setiap proses pengeringan tanpa membunuh organisme.

Dalam air, mereka bisa bertahan hidup jangka pendek kondisi buruk dengan

memanfaatkan bahan yang disimpan di dalam sel. Ketika bahan-bahan habis,

bakteri mati.

Bakteri pengoksidasi amonia tergolong Gram negatif yang memiliki

bentuk sel batang (panjang 0.6-4 μm), ellipsoid, sferikal, dan spiral. Sel tidak

motil dan motil dengan flagella polar sampai subpolar atau peritrik. Semua spesies

aktivitasnya berjalan pada kondisi aerobik, temperatur pertumbuhan optimum 25-

30oC, tidak aktif pada suhu 4oC dan pH optimum berkisar 7.5-8.0. berkoloni pada

media seperti kerikil, pasir, atau media sintetik lain, memerlukan oksigen untuk

mengkonversi senyawa anorganik sebagai sumber energinya, dan memerlukan

CO2 sebagai sumber karbon. Rasio reproduksi sangat lambat (waktu generasi 20-

40 jam) (Holt et al., 1994; Magdalena, 2009).

Yoshida (1967) dalam Spotte (1979), menyatakan bahwa pertumbuhan

optimum bakteri nitrifikasi dalam air laut pada suhu 27-28°C. Kawai et al. (1979)

dalam Spotte (1979), mengatakan aktivitas bakteri nitrifikasi menurun dengan

meningkatnya atau menurunnya salinitas di mana bakteri tersebut tetap hidup

(ambient salinity). Oksidasi amonia dan nitrit Iebih efisien terjadi pada kondisi

aerob. Bakteri Nitrobacter mempunyai lingkungan hidup sebagai autrotrof di

dalam air tawar, air payau dan air laut. Genus Nitrobacter selnya berbentuk batang

pendek, sering berbentuk beji dengan penutup polar dari cytomembranne

(Buchanan dan Gibbons, 1974). Hidup dalam lingkungan kisaran pH 6,5-8,5 dan

kisaran suhu 5-40°C, habitatnya di tanah, air tawar dan air laut.

Kemampuan oksidasi oleh bakteri dipengaruhi oleh 6 faktor yaitu:

keberadaan senyawa beracun (bakterisida) air, suhu, pH, oksigen terlarut, salinitas

dan luas permukaan untuk menempel bakteri (Mc Carty dan Haug, 1971). Bakteri

nitrifikasi tumbuh optimum pada suhu 27-280C (Yoshida dalam Spotte, 1979).

Aktifitas bakteri nitrifikasi menurun dengan meningkat atau menurunnya salinitas

tempat bakteri hidup. Oksidasi amonia dan nitrit lebih efisien pada kondisi aerob

(Kawai et al. dalam Spotte, 1979). Bakteri nitrifikasi hidup pada kisaran pH 6.5-

8.5, hidup di habitat tanah, air tawar dan laut (Buchanan dan Gibbons, 1974).

Genus Nitrosomonas, dengan sel berbentuk batang lurus dengan membran

peripheral, terdapat lamela berbentuk pita. Genus Nitrobacter sel berbentuk batang

pendek, sering berbentuk baji dengan penutup polar dari Cytomembrane.

d) Reproduksi

Bakteri nitrifikasi mereproduksi dengan pembelahan biner. Dalam kondisi

yang optimal, Nitrosomonas mungkin dua kali lipat setiap 7 jam dan Nitrobacter

setiap 13 jam. Lebih realistis, mereka akan berlipat ganda setiap 15-20 jam. Ini

adalah waktu yang sangat lama mengingat bahwa bakteri heterotrofik dapat dua

kali lipat dalam waktu sesingkat sebagai 20 menit. Dalam waktu yang dibutuhkan

sel Nitrosomonas tunggal untuk dua kali lipat dalam populasi, bakteri E. Coli

tunggal akan menghasilkan populasi melebihi 35 triliun sel.

3. Habitat dan Penyebaran

Tidak seperti pada tumbuhan, ketika transfer elektron pada fotosintesis

menyedisakan energi untuk fiksasi karbon, Nitrobacter menggunakan energi dari

oksidasi ion nitrit (NO2¯) menjadi ion nitrat (NO3¯) untuk memenuhi kebutuhan

karbonnya. Nitrobacter hidup pada pH optimum antara 7,3 dan 7,5 serta akan mati

pada suhu 120°F (49°C) atau di bawah 32°F (0°C). Menurut Grundman et al.

(2000) bahwa Nitrobacter tumbuh optimal pada suhu 38°C dan pH 7,9. Akan

tetapi, Holt (1993) menyatakan bahwa Nitrobacter tumbuh optimal pada suhu

28°C dan ph antara 5,8-8,5 dan memiliki pH optimal antara 7,6-7,8. Nitrobakter

termasuk bakteri aerob, pada umumnya berbentuk batang, seperti pir

atau pleomorfhic dan berkembang biak dengan budding.

Spotte (1979) menyatakan, bahwa nitrifikasi adalah oksidasi ammonia

secara biologis menjadi nitrit dan nitrat oleh bakteri autrotrop. Nitrosomonas sp.

dan Nitrobacter sp. adalah kemungkinan genera yang terpenting dari bakteri

autrotrop di datam air tawar, air payau dan air laut. Bakteri autrotrop yang

melakukan proses nitrifikasi membutuhkan senyawa anorganik sebagai sumber

energi dan karbondioksida sebagai sumber karbon. Nitrosomos sp dan Nitrobacter

sp. adalah bakteri autrotrop obligat yang tidak dapat mengoksidasi subtrat selain

dari pada NH4 dan NO2-.

Nitrobacter merupakan bakteri Gram negatif dan kemoautotrofik.

Nitrobacter merupakan bakteri yang lambat tumbuh seperti Nitrosomonas.

Nitrobacter tumbuh pada kisaran pH 7-8 dan tumbuh optimal pada kisaran pH 7,3-

7,5 serta optimal pada suhu 30oC (Bhaskar dan Charyulu, 2005). Bakteri ini

mengubah bahan anorganik sebagai sumber energinya. Nitrobacter merupakan

bakteri nitrifikasi yang berasosiasi dengan bakteri nitritasi seperti Nitrosomonas

dan Nitrosococcus. Bakteri ini memperoleh energi dari mengubah nitrit menjadi

nitrat. Proses nitratasi sangat bergantung pada nitrit yang dihasilkan pada proses

nitrifikasi. Nitrit yang dihasilkan pada proses nitritasi akan diubah menjadi nitrat

oleh Nitrobacter. Hasil akhir dari proses nitrifikasi berupa nitrat yang merupakan

senyawa yang mudah diserap oleh tanaman (Grundmann et al., 2000).

B. Proses Nitrifikasi

Definisi nitrifikasi di dalam tanah secara umum adalah pengubahan

nitrogen secara biologis di dalam tanah dari bentuk tereduksi menjadi bentuk yang

lebih teroksidasi atau dengan kata lain oksidasi biologis garam amonium dalam

tanah menjadi nitrit dan selanjutnya oksidasi nitrit menjadi nitrat (Rao, 1994).

Oksidasi amonia ke nitrat dapat diselesaikan dengan 3 bentuk proses, yaitu proses

kimiawi (chemical), proses physicochemical, dan proses biologis (biological

chemical) yang merupakan proses yang amat penting. Mengenai proses biologis

dari amonia menjadi nitrat sesungguhnya berlangsung melalui 2 tingkatan, yang

selanjutnya dikenal sebagai proses nitritasi dan nitratasi (Sutedjo dkk., 1991).

Menurut Spotte (1979), nitrifikasi adalah proses oksidasi amonia menjadi

nitrit dan kemudian menjadi nitrat secara biologis oleh bakteri autotrof, umumnya

berasal dari genus Nitrosomonas sp. dan Nitrobacter sp. yang merupakan genus

yang terpenting dari bakteri autotrof. Bakteri autotrof yang melakukan proses

nitrifikasi membutuhkan senyawa anorganik sebagai sumber energi dan

karbondioksida sebagai sumber karbon. Nitrifikasi melalui dua tahapan reaksi,

yaitu tahap pertama oksidasi amonium menjadi nitrit yang dilakukan oleh mikroba

pengoksidasi ammonium (Nitrosomonas sp.), pada tahap kedua oksidasi nitrit

menjadi nitrat oleh mikroba pengoksidasi nitrit (Nitrobacter sp.). Tahapan reaksi

yang dilakukan oleh bakteri adalah sebagai berikut (Spotte, 1979):

Gambar 3. Proses nitrifikasi

Gambar tersebut membuktikan bahwa apabila faktor-faktor yang

berpengaruh terhadap proses nitrifikasi pada dua tempat yang sama, proses

tersebut tetap terhambat jalannya. Ternyata hambatan ini disebabkan oleh

populasi mikroba yang berbeda di kedua tempat. Proses nitrifikasi biasanya

berlangsung antara pH 5.5 sampai pH 10 dengan pH optimum sekitar 8.5, tetapi

juga diketahui bahwa nitrat dapat dihasilkan pada tanah dengan pH 4.5 dan

terdapat laporan bahwa proses nitrifikasi terjadi pada padang rumput dengan pH

3.8. Nitrifikasi berlangsung lebih lambat dibandingkan dengan pupuk amonium

sebab ada pengaruh NH3 bebas terhadap kegiatan mikroorganisme (Leiwakabessy

et al., 2003).

Siklus nitrogen adalah proses perubahan nitrogen anorganik menjadi

nitrogen organik yaitu amonia (NH3), NO2, NO3 kemudian menjadi nitrogen

anorganik lagi. Nitrogen merupakan unsur penting dalam pembentukan asam

amino, asam nukleat baik ARN ataupun ADN. Nitrogen adalah komponen gas

yang paling banyak terkandung di atmosfer yaitu kurang lebih 80%. Nitrogen

yang ada di atmosfer ditemukan dalam bentuk N2 (gas Nitrogen) disebut sebagai

nitrogen anorganik (Setiapermana, 2006).

Unsur nitrogen di alam terdapat dalam bentuk gas, sedangkan di tanah

jumlahnya sangat sedikit, namun sangat dibutuhkan oleh tumbuhan dalam jumlah

banyak. Nitrogen bersenyawa membentuk urea, protein, asam nukleat atau

sebagai senyawa anorganik seperti amoniak, nitrit dan nitrat. Meskipun kebutuhan

N2 sangat penting, namun hanya sedikit organisme yang dapat mengikat N2 dari

udara, yaitu jenis bakteri dan gangang bersel satu yang bersimbiosis dengan

tmbuhan tingkat tinggi melalui Fiksasi Nitrogen. Sedangkan tumbuhan lainnya

memperoleh senyawa nitrogen melalui suplai N2 atau daur nitrogen. N2 diserap

oleh tumbuhan dalam bentuk nitrat melalui proses Nitrifikasi yang dibantu oleh

bakteri Nitrosomonas, Nitrococus dan Nitrobacter. Bakteri yang mengoksidasi

ammonia menjadi nitrit kemudian menjadi nitrat disebut bakteri nitrifikasi.

Sedangkan bakteri denitrifikasi adalah bakteri mampu mengubah nitrit menjadi

gas nitrogen yang nantinya gas tersebut akan kembali lagi ke atmosfer dan siap

untuk memulai daur lagi (Grundman et al., 2000).

Nitrogen merupakan elemen yang sangat esensial, menyusun bermacam-

macam persenyawaan penting, baik organik maupun anorganik. Nitrogen

menempati porsi 1–2% dari berat kering tanaman. Ketersediaan nitrogen dialam

berada dalam beberapa bentuk persenyawaan, yaitu berupa: N2 (72% volume

udara), N2O, NO, NO2, NO3 dan NH4+. Di dalam atanah, lebih dari 90% nitrogen

adalah dalam bentuk N-organik. Untuk dapat dimanfaatkan oleh makhluk hidup,

nitrogen anorganik harus diubah terlebih dahulu menjadi nitrogen organik. Tidak

semua makhluk hidup dapat merubah nitrogen anorganik menjadi nitrogen

organik. Proses perubahan nitrogen menjadi materi organik hanya bisa dilakukan

oleh mikroorganisme prokariota tertentu yang memiliki kemampuan untuk

menfiksasi nitrogen menjadi amonia. Serta oleh reaksi nitrogen dengan oksigen

atau hidrogen dengan bantuan petir yang menghasilkan senyawa nitrit ataupun

nitrat. Amonia serta nitrit atau nitrat yang terbentuk kemudian diserap oleh

tumbuhan sebagai bahan pembentuk protein. Ketika ikan memakan tumbuhan

tersebut maka nitrogen yang ada dalam tumbuhan tersebut akan berpindah dalam

tubuh ikan. Selanjutnya nitrogen dari ikan kembali ke alam melalui sisa hasil

ekresi, atau dekomposisi makhluk hidup yang telah mati oleh bakteri pengurai

menjadi garam amonium (NH4) dan gas amoniak (NH3) (Suyitno, 2008).

Kemudian oleh bakteri Nitrosomonas (bakteri nitrit) amonia diubah

menjadi nitrit. Nitrit oleh bakteri Nitrobacter (bakteri nitrat) kemudian akan di

ubah menjadi nitrat. Proses perubahan amonia menjadi nitrit dan nitrat disebut

sebagai proses Nitrifikasi. Proses terakhir dalam daur nitrogen adalah perubahan

nitrit dan nitrat menjadi gas nitrogen yang hanya bisa dilakukan oleh bakteri

denitrifikasi. Nitrogen yang kembali ke atmosfer akan mengulang siklus dari awal

lagi, begitu seterusnya. Walau sama-sama penting, daur nitrogen lebih kompleks

jika dibandingkan dengan siklus karbon ataupun siklus oksigen. Secara umum

daur nitrogen atau siklus nitrogen terdiri dari tiga tahapan proses, yaitu:

Tahap pertama adalah proses perubahan gas nitrogen menjadi amonia oleh

bakteri fiksasi nitrogen. Fiksasi nitrogen secara biologis dapat dilakukan oleh

bakteri Rhizobium yang bersimbiosis dengan tanaman leguminosa. Bakteri

yang berperan dalam fiksasi nitrogen antara lain adalah bakteri Azotobacter

dan Clostridium. Selain itu ganggang hijau biru dalam air juga memiliki

kemampuan memfiksasi nitrogen.

Tahap kedua adalah proses perubahan amonia menjadi nitrit dan nitrat

melalui proses nitrifikasi. Amonia diubah menjadi nitrit oleh bakteri nitrit

yang disebut bakteri Nitrosomonas. Kemudia nitrit yang terbentuk diubah

menjadi nitrat oleh bakteri nitrat yang disebut bakteri Nitrobakter.

Tahap kedua adalah proses perubahan nitrit dan nitrat menjadi nitrogen

kembali melalui proses denitrifikasi.

Nitrosomonas menguraikan ammonia menjadi nitrit, yang merupakan

senyawa beracun bagi ikan. Nitrit menjadi makanan bakteri Nitrobacter dan

menghasilkan senyawa Nitrat. Melihat keterkaitannya, lumrah jika menemukan

kedua bakteri ini bersama dalam kolam. Walaupun berbahaya, ikan masih mampu

bertahan dengan kadar Nitrit dua kali kadar ammonia. Inilah yang dimaksud

siklus nitrogen atau lazim disebut proses nitrifikasi. Ikan melakukan respirasi dan

bersekresi membuang kotoran yang mengandung ammonia. Begitu juga sisa

pakan, kotoran di dasar kolam, atau ikan mati yang lama tidak diangkat.

Semuanya memberikan kontribusi terhadap peningkatan kadar ammonia dalam

kolam. Ammonia diuraikan nitrosomonas menjadi nitrit. Siklus berikutnya adalah

nitrobacter yang mengkonversi nitrit menjadi nitrat. Pada bagian akhir, nitrat

diserap tumbuhan air atau menguap setelah melalui proses oksidasi dipermukaan

air (Setiapermana, 2006).

Gambar 4. Siklus Nitrogen

Total nitrogen biasanya disebut sebagai Total Kjeldahl Nitrogen (TKN).

TKN terdiri dari bahan organik (protein, asam nucleic, urea) dan anorganik (NH4).

Jika kadar amoniak di perairan meningkat dan disusul dengan penurunan kadar

oksigen terlarut, maka secara langsung akan menyebabkan kondisi hipoksia

bahkan anoksia. Hipoksia merupakan kondisi dimana oksigen menurun dan akan

menyebabkan gangguan fisiologi pada ikan budidaya, seperti ikan akan tidak

aktif/lemas, terjadi penurunan nafsu makan dan selalu berenang kepermukaan.

Jika kondisi demikian terus terjadi, maka akan menyebabkan kematian pada ikan.

Oleh sebab itu kehadiran bakteri nitrifikasi akan mempengaruhi kadar oksigen

terlarut dalam perairan.

Umum diketahui bahwa bakteri nitrifikasi merupakan

chemolithoautotrophic bacteria (ex: Nitrosomonas, Nitrobacter), yang mampu

memenuhi kebutuhan karbonnya melalui fiksasi CO2

(siklus Calvin), serta sumber

energinya berasal dari proses oksidasi reduksi amonia menjadi nitrat. Namun

beberapa strain dari bakteri pengoksidasi nitrit (nitrit oxidizing bacteria) memiliki

kemampuan untuk melakukan metabolisme heterotrof dengan menggunakan

substrat karbon sederhana (Ward, 2000).

Beberapa bakteri denitrifikasi, heterotrof, dan fungi memperlihatkan

kemampuan nitrifikasi heterotrof (Ward, 2000). Oleh karenanya Alexander (1999)

mendefinisikan proses nitrifikasi sebagai proses konversi nitrogen baik itu dalam

bentuk organik maupun anorganik, yang melibatkan proses oksidasi dan reduksi.

Nitrifikasi heterotrof memiliki reaksi oksidasi yang berbeda dengan bakteri

nitrifikasi autotrof, termasuk reaksi yang melepaskan nitrit dan nitrat yang berasal

dari dekomposisi nitrogen organik. Diduga bakteri nitrifikasi heterotrof memiliki

mekanisme enzim yang berbeda dengan bakteri nitrifikasi autotrof (Wehrfritz et

al., 1993 dalam Ward, 2000). Selain itu nitrifikasi heterotrof juga memiliki

mekanisme pembentukan energi yang berbeda dengan bakteri nitrifikasi autotrof

(Castignetti, 1990 dalam Ward, 2000).

Nitrifikasi heterotrof tidak memberikan kontribusi yang besar dalam

mengkonversi amonia menjadi nitrit dan nitrat (Atlas dan Bartha, 1981).

Walaupun bakteri nitrifikasi heterotrof tidak efisien dalam mengkonversi amonia,

namun jumlahnya yang banyak akan mempengaruhi laju sintesis nitrat

(Alexander, 1999). Perbandingan laju nitrifikasi oleh bakteri nitrifikasi autotrof

dan heterotrof dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Laju Nitrifikasi beberapa bakter

Proses konversi nitrogen amonia menjadi nitrat melibatkan bakteri

autrotof. Bakteri autrotof adalah bakteri yang menggunakan sumber energi dari

cahaya matahari (photoautotrof) maupun hasil oksidasi bahan anorganik

(chemoautotrof). Sumber karbon berasal dari fiksasi dioksida genus Nitrosomonas

dan Nitrobacter adalah jenis yang paling memegang peranan penting dalam

proses nitrifikasi (Metcalf dan Eddy, 2003).

Pada kebanyakan autotrof adalah bahwa tidak ada NAD dan NADP yang

ikut serta selama proses oksidasi sumber energi. Untuk memperoleh NADH2 atau

NADPH2 yang diperlukan untuk fiksasi karbon dan biosintesa, organisme ini

menggunakan proses kebalikan transport elektron. Pada proses ini yang terjadi

adalah sebagaian ATP yang dihasilkan sel harus dipergunakan menjadi bentuk

NADH2.

Proses nitrifikasi yang dilaksanakan oleh organisme autotrof dan

berlangsung dalam dua tahap, yaitu :

1. Tahap nitritasi, yaitu tahap oksidasi ion ammonia (NH4+) menjadi ion nitrit

(NO2-) dan dilaksanakan oleh bakteri Nitrosomonas dengan reaksi sebagai

berikut :

2NH4+ + 3O2

Nitrosomonas 2NO2- + 2H2O+4H+

Gram = -64.8 Kcal/mol

2. Tahap nitratasi, yaitu tahap oksidasi ion nitrit menjadi nitrat NO3- dan

dilakukan oleh Nitrobacter dengan reaksi :

2NO2- + O2

Nitrobacter 2NO3- Gram = -18.1 Kcal/mol

Proses nitrifikasi juga dipengaruhi oleh berbagai faktor, adapun faktor-

faktor tersebut adalah sebagai berikut:

Tabel 2. Faktor yang mempengaruhi nitrifikasi

Denitrifikasi merupakan proses dimana nitrat dan nitrit direduksi menjadi

gas N2 yang pada akhirnya dilepas dari kolom air. Denitrifikasi ini merupakan

proses penting untuk mengatur N (Keeney et al., 1971). Menurut Woon (2007)

proses denitrifikasi berlangsung dalam beberapa tahap, yaitu :

Nitrat → Nitrit → Nitric oxide → Nitrous oxide → Dinitrogen gas

Salah satu produk gas pada proses denitrifikasi adalah gas N2O (nitrous oksida).

Gas tersebut berpengaruh negatif terhadap lingkungan, yaitu sebagai salah satu

penyebab terjadinya efek rumah kaca (pemanasan global). Secara alamiah gas

tersebut diemisikan dari ekosistem perairan sungai, estuarin, dan daratan. Perairan

sungai memberikan sumbangan sebesar 55%, estuarin 11%, dan daratan sebesar

33%. Laju denitrifikasi akan meningkat dengan meningkatnya kandungan nitrat

pada sedimen (Widiyanto, 2005).

C. Peranan Bakteri Nitrobacter pada Akuakultur

Sebagaimana diketahui bahwa bakteri Nitrobacter berperan penting dalam

proses nitrifikasi di alam. Dalam peranannya tersebut, maka beberapa penelitian

terkait pemanfaatan bakteri ini terus dikembangkan, salah satu diantaranya

pemanfaatan bakteri Nitrobacter pada lingkungan akuakultur, berikut ini beberapa

peranan bakteri tersebut:

1. Pengelolaan Senyawa Amoniak

Salah satu aspek yang paling penting, dan paling sedikit dipahami dalam

mengelola wadah budidaya adalah penggunaan bakteri dalam filtrasi biologis atau

pengelolaan limbah. Permasalahan dari limbah budidaya yang sering ditemukan

adalah timbulnya kematian atau yang dikenal sebagai “New Tank Syndrome”

akibat keracunan senyawa-senyawa amoniak (NH3) yang berasal secara umum

dari pakan yang berlebihan, dekomposisi jaringan hewan atau tumbuhan, aktifitas

ekresi ikan dan mineralisasi limbah ikan oleh bakteri. Efek keracunan pada ikan

diantaranya adalah kerusakan jaringan terutama pada insang dan ginjal,

ketidakseimbangan fisiologis, terganggunya pertumbuhan, penurunan resistensi

terhadap penyakit dan kematian. Selain keracunan amoniak, keracunan nitrit juga

dapat menghambat penyerapan oksigen oleh sel darah merah. Dikenal sebagai

penyakit darah coklat, atau methemoglobinemia, hemoglobin dalam sel darah

merah diubah menjadi methemoglobin. Masalah ini jauh lebih parah pada ikan air

tawar daripada ikan air laut. Kehadiran ion klorida (Cl) tampaknya menghambat

akumulasi nitrit dalam aliran darah.

Amonia merupakan produk akhir utama penguraian protein pada ikan.

Ikan akan mencerna protein dalam pakan dan mengekskresikan amonia melalui

insang dan feses. Amonia pada lingkungan budidaya juga berasal dari proses

dekomposisi bahan organik seperti sisa pakan, alga mati dan tumbuhan akuatik

(Duborow et al., 1997). Terdapat 2 bentuk amonia di air, yaitu yang terionisasi

(amonium, NH4

+

) dan yang tidak terionisasi (amonia, NH3). Amonia yang tidak

terionisasi berbahaya bagi organisme akuatik, karena bersifat toksik (Masser et

al., 1999). Nilai NH3

tergantung pada nilai pH dan suhu perairan (Van Wyk dan

Scarpa, 1999; Masser et al., 1999; Boyd, 1982). Semakin tinggi suhu dan pH air,

persentase NH3

semakin tinggi (Boyd, 1990).

Konsentrasi amonia yang tinggi di dalam air akan mempengaruhi

permeabilitas ikan oleh air dan mengurangi konsentrasi ion di dalam tubuh.

Amonia juga meningkatkan konsumsi oksigen di jaringan, merusak insang, dan

mengurangi kemampuan darah untuk mengangkut oksigen (Boyd, 1982).

Amonium digunakan sebagai sumber nitrogen oleh fitoplankton, alga,

tumbuhan air, dan golongan bakteri yang dikenal sebagai bakteri heterotrof.

Diduga bakteri menggunakan amonium dalam jumlah yang signifikan dalam

kolam budidaya. Beberapa studi mengindikasikan bakteri heterotrof menggunakan

hampir 50% total amonium dalam air. Bakteri heterotrof tidak hanya

menggunakan amonium sebagai sumber nitrogen, tetapi juga sisa pakan dan hasil

ekskresi organisme akuatik (Montoya dan Velasco, 2000).

Toksisitas amonia pada udang tergantung pada umur udang. Post larva dan

juvenil udang lebih rentan terhadap toksisitas amonia dibandingkan dengan udang

yang berukuran besar atau dewasa. Lethal concentration (LC50) dari NH3

adalah

0.2 mg/l untuk post larva dan 0.95 mg/l untuk udang yang berukuran 4.87 gram.

Kesehatan dan pertumbuhan udang tidak terpengaruh pada konsentrasi amonia

kurang dari 0.03 mg/l, tetapi pemaparan yang berlangsung secara intensif pada

konsentrasi sublethal akan berdampak buruk pada udang, laju pertumbuhan akan

turun dan konversi pakan (FCR) akan meningkat (Van Wyk dan Scarpa, 1999).

Sisa-sisa pakan dan kotoran terurai menjadi nitrogen dalam bentuk NH3

terlarut. ElFAC (European Inland Fisheries Advisory Comision) dalam Boyd,

1991) menyatakan bahwa kadar NH3 0,2-2,0 mg/l dalam waktu yang singkat

sudah bersifat racun bagi ikan. Senada dengan hasil percobaan yang dilakukan di

beberapa di laboratorium, NH3 yang membahayakan bagi ikan dan mematikan

dengan kadar 0,2-2,0 mg/l NH3 (Alabaster dan Lloyd, 1980). Sedangkan menurut

Pescod (1973), kandungan amonia harus Iebih kecil dari 1,0 mg/l. Menurut Boon

et al. dalam Hariati (1989), tingkat kejenuhan nitrogen dalam gas (ammonia dan

nitrit) dapat menyebabkan gas bubble disease bagi anak-anak ikan. Pengaruh

utama nitrit adalah perubahan di dalam transfer oksigen, oksidasi persenyawaan

penting dan rusaknya jaringan organ respirasi.

Toksisitas nitrit dapat dikurangi dan dihambat dengan adanya ion klorida

(Masser et al., 1999). Jika konsentrasi ion klorida dalam air besarnya 6 kali dari

konsentrasi nitrit, maka nitrit tidak akan ditransportasikan ke dalam insang

sehingga toksisitas nitrit dapat dicegah. Oleh karena itu nitrit akan lebih toksik

pada salinitasnya rendah. Toksisitas nitrit dipengaruhi oleh spesies, ukuran, serta

salinitas. LC50 udang vaname lebih rendah dibandingkan udang windu (Van Wyk

dan Scarpa, 1999).

Gambar 5. Proses microbial di wadah budidaya

Peranan bakteri Nitrobacter adalah dengan mengurangi peningkatan

senyawa amoniak dan nitrit di perairan dengan bantuan bakteri Nitrosomonas.

Bakteri nitrifikasi diklasifikasikan sebagai chemolithotrophs obligat. Ini berarti

bahwa bakteri harus menggunakan garam anorganik sebagai sumber energi dan

umumnya tidak dapat memanfaatkan bahan organik. Bakteri ini harus

mengoksidasi amonia dan nitrit untuk kebutuhan energi mereka dan menggunakan

karbon dioksida anorganik (CO2) untuk memenuhi kebutuhan karbon bakteri.

Sebagian besar non-motil dan harus menjajah permukaan (kerikil, pasir, biomedia

sintetik, dll) untuk pertumbuhan yang optimal. Bakteri nitrifikasi juga

mengeluarkan lendir lengket matriks yang digunakan untuk menempel.

Berkuranganya senyawa amoniak di perairan budidaya tidak hanya

berpengaruh pada terhindarnya efek syndrome tank yang sebelumnya dijelaskan,

namun lebih lanjut diungkapkan oleh Mark (2004) dan Metcalf-Eddy (2003)

bahwa pada proses nitrifikasi diperlukan karena:

a) Air limbah yang banyak mengandung N organik cenderung merangsang

pertumbuhan algae yang pada akhirnya akan menimbulkan eutrophikasi di

perairan. Sehingga nitrogen yang ada harus diremoval agar tidak terjadi

“Eutrophkasi” pada permukaan air.

b) Adanya nitrifikasi akan menyebabkan turunnya konsentrasi oksigen

terlarut (DO), hal ini disebabkan pada setiap tahap reaksi dalam nitrifikasi

akan mengkonsumsi DO. Ammonia yang terkandung dalam air limbah

akan mempengaruhi konsentrasi Dissolve Oksigen (DO) dan bersifat racun

terhadap ikan

c) NH4 juga bersifat toxic terhadap kehidupan air.

2. Biodegradasi Limbah Tambak

Peningkatan volume produksi tambak dari tahun ketahun dan diikuti dengan

peningkatan luas tambak udang, bandeng maupun ikan lainnya di Indonesia baik

itu tambak udang intensif, semi intensif maupun tambak tradisional telah

meningkatkan jumlah limbah akuakultur. Peningkatan intensitas limbah ini

menimbulkan masalah terhadap penurunan kualitas air pesisir akibat beban limbah

tambak yang cukup tinggi. Perairan pesisir dimana terdapat kegiatan budidaya

tambak secara visual telah memperlihatkan kekeruhan yang tinggi dan

dikhawatirkan akan berdampak negatif terhadap kelangsungan perikanan pesisir

dan kegiatan budidaya itu sendiri. Kekeruhan ini umumnya disebabkan tingginya

kadar padatan total tersuspensi (TSS) dalam air. Kadar TSS yang tinggi di

perairan pesisir akan menimbulkan kekeruhan air yang dapat menimbulkan

dampak negatif berupa penurunan produktivitas perairan akibat gangguan

fotosintesis dalam air, mengganggu pernafasan ikan akibat penutupan insang, dan

gangguan visual ikan yang menyebabkan ikan beruaya (Koesoebiono, 1996).

Berdasarkan kajian Widigdo (2002), setiap hektar tambak intensif menghasilkan

limbah TSS sebesar 2.46 ton per musim tanam.

Kondisi demikian akan memperburuk produksi akuakultur dan dampat

berdampak pada penurunan kualitas dan kuantitas hasil produksi. Menurut

Sitorus, dkk. (2005) bahwa menanggapi masalah limbah budidaya, maka proses

oksidasi bahan organik membentuk senyawa nitrat sangat tergantung kepada

kemampuan mikroba nitrifikasi yang ada di perairan pesisir. Oleh sebab itu,

keberadaan bakteri paling efektif digunakan untuk membentuk nitrat dalam

biodegradasi limbah tambak. Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan Sitorus,

dkk. (2005) bahwa Laju nitrifikasi dalam limbah tambak berkisar antara 0.0059 –

0.0089 ppm/hari. Laju tertinggi terjadi pada perlakuan T2 (TSS 200 ppm, OSS

147.30 ppm, amonia 0.22 ppm) dan terendah pada perlakuan T0 (TSS 100 ppm,

OSS 58.20, amonia 0.19 ppm). Laju nitrifikasi oleh setiap jenis bakteri dalam

media limbah tambak steril berkisar antara 0.004 - 0.007 ppm/hari, dengan

efektivitas nitrifikasi rata-rata 72.02%, atau kontribusi jenis bakteri lain sebesar

27.98%. Sedangkan Jenis bakteri yang paling efektif membentuk nitrat dalam

media percobaan adalah Nitrococcus sp. untuk perlakuan T0 (kontrol) dan T1,

Nitrospira sp. untuk perlakuan T2 dan T3 dan Nitrobacter sp. untuk perlakuan T4

dan T5. Efektivitas tertinggi terdapat pada bakteri Nitrospira marina.

Tabel 3. Perbandingan efektivitas bakteri nitrifikasi

Dengan tingkat efektivitas rata-rata sekitar 72%, dapat dinyatakan setiap

jenis bakteri nitrifikasi tersebut mempunyai kemampuan yang cukup baik dalam

proses nitrifikasi limbah tambak di perairan pesisir. Oleh sebab itu, jenis bakteri

tersebut potensial untuk dikembangkan sebagai probiotik dalam pengendalian

limbah organic tambak di perairan pesisir.

3. Penambahan Pada Pakan Ikan

Salah satu bentuk nitrogen anorganik adalah amonia yang bersifat toksik

pada udang. Konsentrasi amonia yang tinggi menyebabkan iritasi pada insang

udang dan meningkatkan konsentrasi amonia dalam darah. Hal tersebut dapat

mengurangi afinitas pigmen darah (hemocyanin) untuk menangkap oksigen. Pada

akhirnya konsentrasi amonia yang tinggi akan mengurangi kemampuan udang

untuk mentolerir kondisi oksigen rendah (Van Wyk dan Scarpa, 1999).

Menurut Yuniasari (2009) bahwa Penambahan bakteri nitrifikasi dan

denitrifikasi dapat mempengaruhi profil pH, dissolved oxygen (DO), amonia, nitrit

dan nitrat pada media pemeliharaan. Namun demikian kualitas air yang digunakan

selama pemeliharaan ikan masih berada dalam kisaran toleransi khususnya untuk

pengujian pada udang vaname. Persentase perubahan amonia yang paling baik

dimiliki oleh perlakuan penambahan bakteri + molase C/N rasio 10, diikuti

dengan perlakuan penambahan bakteri+molase C/N rasio 20 dan bakteri + molase

C/N rasio 15 dengan nilai penurunan sebesar 28.5%, 13.9% dan 7.2%.

Perlakuan penambahan bakteri + molase pada C/N rasio 10 memberikan

hasil yang terbaik dibanding dengan kontrol dan perlakuan yang lain, dengan

kelangsungan hidup sebesar 94.44%, efisiensi pakan 120.86%, serta laju

pertumbuhan panjang dan bobot sebesar 6.05% dan 20.37%.

Konsentrasi nitrogen anorganik dapat dikontrol melalui penambahan

bahan berkarbon. Dalam prosesnya untuk mengontrol nitrogen anorganik, proses

penambahan bahan berkarbon juga menghasilkan protein mikrobial yang dapat

digunakan sebagai sumber protein bagi udang.

Gambar 6. Laju Pertumbuhan udang vaname dengan penambahan bakteri

Penambahan molase, bakteri nitrifikasi dan denitrifikasi memberikan

pengaruh yang nyata terhadap laju pertumbuhan panjang dan bobot udang vaname

selama masa pemeliharaan. Laju pertumbuhan panjang udang vaname berkisar

antara 4.47–6.5%.

Bakteri nitrifikasi dan denitrifikasi memiliki respon yang berbeda terhadap

keberadaan oksigen pada media pemeliharaan. Bakteri nitrifikasi merupakan

bakteri aerobik (Novotny dan Olem, 1994), sehingga dalam prosesnya selalu

membutuhkan oksigen. Hal ini juga dapat dilihat pada persamaan reaksi (1)

dimana bakteri nitrifikasi membutuhkan oksigen untuk dapat mengubah NH4+

menjadi NO3-. Ripple (2003) menyatakan bakteri nitrifikasi membutuhkan 4.6

mg/l oksigen untuk dapat mengoksidasi 1 mg amonia. Dan untuk dapat bekerja

bakteri nitrifikasi membutuhkan DO minimal 2 mg/l. Bakteri denitrifikasi dalam

prosesnya tidak membutuhkan oksigen. Hal ini dapat terlihat dari persamaan

reaksi (2). Lingkungan yang tepat bagi bakteri denitrifikasi adalah lingkungan

dengan kandungan oksigen rendah atau tidak ada oksigen (Woon, 2007).

Kualitas air yang baik merupakan salah satu syarat keberhasilan budidaya.

Kualitas air yang buruk akan menyebabkan stres, pertumbuhan lambat, serta

meningkatkan serangan penyakit dan kematian pada organisme budidaya.

Masalah utama dalam manajemen kualitas air adalah adanya akumulasi amonia

dan nitrit yang merupakan hasil ekskresi dan dekomposisi limbah kaya nitrogen

(Avnimelech et al., 1994). Pemberian bakteri nitrifikasi dan denitrifikasi akan

mempengaruhi keberadaan amonia, nitrit, dan nitrat dalam media pemeliharaan.

KESIMPULAN

Berdasarkan kajian pustaka dan hasil pembahasan diatas, maka dapat

disimpulkan bahwa bakteri Nitrobacter adalah bakteri nitrifikasi karena

merupakan bakteri yang mengubah nitrit menjadi nitrat. Sedangkan nitrifikasi

merupakan proses oksidasi biologi yang mengubah amonium menjadi nitrat, yang

terjadi melalui dua tahapan reaksi. Pada tahap pertama proses tersebut, terjadi

oksidasi amonium NH4+ dari bentuk yang tereduksi sehingga menghasilkan

senyawa antara yang lebih teroksidasi yaitu nitrit NO2- dan selanjutnya mengubah

nitrit menjadi nitrat NO3-. Bakteri yang berperan pada proses nitrifikasi pada

umumnya adalah bakteri genus Nitrosomonas dan Nitrobacter. Bakteri

Nitrobacter pada dasarnya berperan dalam tahap nitratasi setelah tahap nitritasi

oleh bakteri Nitrosomonas, sehingga perananya bergantung pada keberadaan

kedua bakteri tersebut. Oleh sebab itu, dalam akuakultur bakteri ini dapat

digunakan untuk pengelolaan limbah budidaya. Karena pada budidaya masalah

sering ditemukan adalah timbulnya kematian akibat keracunan senyawa-senyawa

amoniak (NH3) yang berasal secara umum dari pakan yang berlebihan,

dekomposisi jaringan hewan atau tumbuhan, aktifitas ekresi ikan dan mineralisasi

limbah ikan oleh bakteri. Sehingga keberadaan bakteri ini mampu mendegradasi

senyawa ammonia dalam perairan dan meningkatkan pertumbuhan ikan.

DAFTAR PUSTAKA

Alabaster JS, Lloyd R. 1980. Water quality criteria for freshwater fish. FAO of the

United Nation. Butterworth, London.

Alexander M, 1999. Introduction to soil microbiology. 2nd

Edition. John Wiley

and Sons. Cornell University. New York

Atlas RM, Bartha R. 1981. Microbial ecology : Fundamentals and applications.

Addison-Wesley Publishing Company. Massachusetts

Bhaskar, K.V. and P.B.B.N. Charyulu. 2005. Effect of environmental factors on

nitrifying bacteria isolated from the rhizosphere of Setaria italica (L.)

Beauv. African Journal of Biotechnology 4 (10): 1145-1146.

Boyd AW. 1990. Water quality in pond for aquaculture. Auburn University.

Birmingham Publishing Co. Alabama.

Boyd CE. 1982. Water quality management for pond fish culture. Amsterdam :

Elsevier Scientific Publ. Co Montoya dan Velasco, 2000

Duborow RM, Crosby DM, Brunson MW. 1997. Ammonia in Fish Pond.

Southern Regional Aquaculture Center. SRAC Publ. No. 463

Grunditz, C; Dalhammar, G (2001). "Development of nitrification inhibition

assays using pure cultures of Nitrosomonas and Nitrobacter.". Water

research 35 (2): 433–40.

Grundmann, G.L., M. Neyra and P. Normand. (2000). High-resolution

phylogenetic analysis of NO2—oxidizing Nitrobacter species using

the rrs-rrl IGS sequence and rrl genes. International Journal of

Systematic and Evolutionary Microbiology 50: 1893-1898.

Grundmann, G.L., M. Neyra, P. Normand. (2000). High-resolution phylogenetic

analysis of NO2--oxidizing Nitrobacter species using the rrs-rrl IGS

sequence and rrl genes. Int. J. Syst. Evo. Microbiol. 50 (5): 1893–

1901.

Hariati AM. 1989. Makanan Ikan. Fakultas Perikanan. Universitas Brawijaya,

Malang.

Holt, J.G., Noel, R.K., Peter, H.A.S., and Stanley, J.T. 1994. Bergeys Manual of

Determinate Bacteriology. 9th Edition. Williams and Wilkins. USA.

Holt, John G.; Hendricks Bergey, David. 1993. R.S. Breed, ed. Bergey's Manual

of Determinative Bacteriology (9th ed.).

Imas, T., R.S. Hadioetomo, A.W. Gunawan, dan Y. Setiadi. 1989. Mikobiologi

Tanah II. Pusat Antar Universitas Bioteknologi. Institut Pertanian

Bogor. Bogor.

Iswandi, A. 1989. Biologi Tanah dalam Praktek Bagian I. Pusat Antar Universitas

Bioteknologi. Institut Pertanian Bogor. Bogor.

K. Kirstein, E. Bock. 1993. Close genetic relationship between Nitrobacter

hamburgensis nitrite oxidoreductase and E. coli nitrate reductases,

Arch. Microbiol. 160; 447–453.

Koesoebiono. 1996. Ekologi Wilayah Pesisir. PPLH-IPB, Bogor.

Kordi, K. M. G. 2011. Marikultur, Prinsip dan Praktik Budidaya Laut. Lily

Publiser. Yogyakarta. 618 hal.

Kusumastuti, B. D., Sudarno, Istirokhatun, T. 2013. Pengaruh Fluktuasi Salinitas

Terhadap Nitrifikasi Oleh Bekteri Yang Diambil Pada Muara Sungai

Banjir Kanal Timur. Jurnal Perikanan. Jurusan T. Lingkungan FT.

UNDIP.

Leiwakabessy, F.M., U.M. Wahjudin, dan Suwarno. 2003. Kesuburan Tanah.

Jurusan Tanah Fakultas Pertanian IPB. Bogor.

Magdalena. 2009. Kualitas Biologis dan Manipulasi Mikroba: Bakteri Nitrifikasi.

http://www.sith.itb.ac.id/d4_akuakultur_kultur_jaringan/bahankuliah/

(Pertemuan4)_Teknologi_Pengelolaan_Kualitas_Air_KUALITAS_

AIR_BIOLOGIS_dan_Manipulasi_Bakteri_Nitrifikasi.pdf.

Mark, J. H. 2004. Water & Wastewater Technology. Upper Saddle River New

Jersey Colombus, Ohio.

Masser MP, James R, Thomas ML. 1999. Recirculating Aquaculture Tank

Production Systems, Management of Recirculating Systems. Southern

Regional Aquaculture Center. No. 452.

Mc Carty PL, Haug RT. 1971. Nitrogen Removal for Waste Water by Biological

Nitrification. The Society for Applied Bacterological Sympocium

Series No.1. Academic. Press, London.

Metcalf and Eddy. 2003. Wastewater Treatment and Reuse, Fourth Edition. Mc-

Graw Hill Higher Education.

Novotny V dan Olem H. 1994. Water quality, prevention, identification, and

management of diffuse pollution. Van Nostrasns Reinhold. New York.

Pescod MB. 1973. Investigation of Rational Effluent and stram standards For

Tropical Countris. Asian Institut Tecknology, Bangkok.

Rao, N.S. 1994. Mikroorganisme Tanah dan Pertumbuhan Tanaman. Edisi 2.

Terjemahan Susilo, Herawati. UI Press. Jakarta.

Ripple W. 2003. Nitrification basics for aerated lagoon operators. 4th Annual

Lagoon Operators Round Table Discussion Ashland WWTF.

httpwww lagoonsonline. comripple.htm.

Setiapermana, D. 2006. Siklus Nitrogen di Perairan Laut. Jurnal Oseana; XXXI

(2), 19-31.

Sitorus, H., Widigdo, B., Lay, B. W. dan Soewardi, K. 2005. Nitrifikasi Dalam

Biodegradasi Limbah Tambak. Jurnal Ilmu-ilmu Perairan dan

Perikanan Indonesia; (12) 1: 59-67.

Spotte, S. 1979. Fish and Invertebrate Culture. Water Management in Closed

System. 2nd Edition. A Willey Int. Pub. John Willey and Sons. New

York.

Starkenburg, S. R.; Chain, P. S.; Sayavedra-Soto, L. A.; Hauser, L; Land, M. L.;

Larimer, F. W.; Malfatti, S. A.; Klotz, M. G.; Bottomley, P. J.; Arp,

D. J.; Hickey, W. J. 2006. "Genome sequence of the

chemolithoautotrophic nitrite-oxidizing bacterium Nitrobacter

winogradskyi Nb-255". Applied and environmental

microbiology 72 (3): 2050–63.

Sutedjo, M.M., A.G. Kartasapoetra, dan S. Sastroatmodjo. 1991. Mikrobiologi

Tanah. Rineka Cipta. Jakarta.

Suyitno. 2008. Metabolisme Nitrogen. Jurdik FMIPA Biologi UNY.

Van Wyk P, Scarpa J. 1999. Water Quality Requirements and Management. Di

dalam: Van Wyk P, Davis-Hodgkins R, Laramore KL, Main J,

Mountain, Scarpa J. Farming Marine Shrimp in Recirculating

freshwater systems.

Vanparys, B., Spieck, E., Heylen, ., Wittebolle, L., Geets, J., Boon, N., Paul, D.

V. 2007. The phylogeny of the genus Nitrobacter based on

comparative rep-PCR, 16S rRNA and nitrite oxidoreductase gene

sequence analysis. Journal of Systematic and Applied Microbiology,

30; 297-308.

Werb BB. 2000. Nitrification and the marine nitrogen cycle. Di dalam : Kirchman

DL. 2000. Microbial ecology of the oceans. John Wiley and Sons :

New York.

Widigdo, B. 2002. Perkembangan dan Peranan Perikanan Budidaya Dalam

Pembangunan. Makalah dalam Seminar Penetapan Standar Kualitas

Air Buangan Tambak, Ditjen Perikanan Budidaya, Puncak.

Woon BH. 2007. Removal of nitrat nitrogen in conventional wastewater treatment

plants. Skripsi. Faculty of Civil Engineering. Universiti Teknologi

Malaysia

Yoshida dalam Spotte, 1979 Buchanan dan Gibbons, 1974Buchanan RE, Gibbons

NE. 1974. Bergeys Manual of Determinative Bacteriology. Eight

edition. The Elliam dan Wilkins/Baltimore.

Yuniasari, D. 2009. Pengaruh pemberian bakteri nitrifikasi dan denitrifikasi serta

molase dengan c/n rasio berbeda terhadap profil kualitas air,

kelangsungan hidup, dan pertumbuhan Udang vaname Litopenaeus

vannamei. Skripsi. IPB Bogor.

LAMPIRAN