Download - Retno FItriana Sari, H1D107001

7/31/2019 Retno FItriana Sari, H1D107001

1/12


2/12

Brassica juncea dan Chara canescens pada Lahan Basah Buatan untuk

Menurunkan Kadar Selenocyanate (SeCN -) pada Air Limbah Industri

a. Pengertian Fitoremediasi

Phyto asal kata Yunani/greek phyton yang berarti tumbuhan/tanaman

(plant), remediation asal kata Latin remediare (to remedy) yaitu memperbaiki/

menyembuhkan atau membersihkan sesuatu. Jadi fitoremediasi

(phytoremediation) merupakan suatu sistim dimana tanaman tertentu yang

bekerjasama dengan micro-organisme dalam media (tanah, koral dan air) dapat

mengubah zat kontaminan (pencemar/polutan) menjadi kurang atau tidak

berbahaya bahkan menjadi bahan yang berguna secara ekonomi. Proses dalam

sistim ini berlangsung secara alami dengan enam tahap proses secara serial yang

dilakukan tumbuhan terhadap zat kontaminan/ pencemar yang berada disekitarnya

a. Phytoacumulation (phytoextraction) yaitu proses tumbuhan menarik zat

kontaminan dari media sehingga berakumulasi disekitar akar tumbuhan,

proses ini disebut juga Hyperacumulation

b. Rhizofiltration (rhizo= akar) adalah proses adsorpsi atau pengendapan zat

kontaminan oleh akar untuk menempel pada akar. Proses ini telah dibuktikan

dengan percobaan menanam bunga matahari pada kolam mengandung zat

radio aktif di Chernobyl Ukraina.

c. Phytostabilization yaitu penempelan zat-zat contaminan tertentu pada akar

yang tidak mungkin terserap kedalam batang tumbuhan. Zat-zat tersebut

menempel erat (stabil ) pada akar sehingga tidak akan terbawa oleh aliran air

dalam media.

d. Rhyzodegradetion disebut juga enhenced rhezosphere biodegradation, or

plented-assisted bioremidiation degradation, yaitu penguraian zat-zat

kontaminan oleh aktivitas microba yang berada disekitar akar tumbuhan.

Misalnya ragi, fungi dan bacteri.

e. Phytodegradation (phyto transformation) yaitu proses yang dilakukan

tumbuhan untuk menguraikan zat kontaminan yang mempunyai rantai

molekul yang kompleks menjadi bahan yang tidak berbahaya dengan dengan


3/12

susunan molekul yang lebih sederhana yang dapat berguna bagi pertumbuhan

tumbuhan itu sendiri. Proses ini dapat berlangsung pada daun, batang, akar

atau di luar sekitar akar dengan bantuan enzym yang dikeluarkan oleh

tumbuhan itu sendiri. Beberapa tumbuhan mengeluarkan enzym berupa

bahan kimia yang mempercepat proses degradasi.

f. Phytovolatization yaitu proses menarik dan transpirasi zat contaminan oleh

tumbuhan dalam bentuk yang telah menjadi larutan terurai sebagai bahan

yang tidak berbahaya lagi untuk selanjutnya di uapkan ke atmosfir. Beberapa

tumbuhan dapat menguapkan air 200 sampai dengan 1000 liter perhari untuk

setiap batang.

Tumbuhan hiperakumulator adalah tumbuhan yang mempunyai

kemampuan untuk mengkonsentrasikan logam di dalam biomassanya dalam kadar

yang luar biasa tinggi. Tanaman hiperakumulator harus mampu

mentranslokasikan unsur-unsur tertentu tersebut dengan konsentrasi sangat tinggi

ke pucuk dan tanpa membuat tanaman tumbuh dengan tidak normal dalam arti

kata tidak kerdil dan tidak mengalami fitotoksisitas. Tanaman yang memiliki

kemampuan sangat tinggi untuk mengangkut berbagai pencemaran yang ada

(multiple uptake hyperaccumulator plant) ataupun tanaman yang memiliki

kemampuan mengangkut pencemaran yang bersifat tunggal (spesific uptake

hyperaccumulator plant). Tanaman juga dikriteriakan sebagai hiperakumulator

jika nilai bioakumulasi unsur tersebut adalah lebih besar dari nilai 1, di mana

"nilai bioakumulasi" dihitung dari konsentrasi unsur tersebut di pucuk (shoot

concentration) di bagi konsentrasi unsur di dalam tanah (defined as shoot

concentration/total soil concentration). Tanaman, misalnya, dapat dikatakan

hiperakumulator Mn, Zn, Ni jika mampu menyerap lebih dari 10.000 ppm unsur-

unsur tersebut, lebih dari 1.000 ppm untuk Cu dan Se, dan harus lebih dari 100

ppm untuk Cd, Cr, Pb, dan Co (Maulana, 2000)

b. Selenium dan Selenocyanate

Selenocyanate (SeCN -) merupakan polutan utama dalam efluen dari

beberapa kilang minyak dan pembangkit listrik, dan terutama dalam air limbah


4/12

tambang ketika sianida melarutkan selenide (Se 2-). Metode fisika untuk

menghilangkan SeCN - telah diselidiki; metode ini termasuk pertukaran ion dan

presipitasi dengan Cu, Ag, Au, Cd, Hg, Th, dan Pb (Manceau dan Gallup, 1997).

Metode ini, sayangnya, sangat mahal, sering membutuhkan sejumlah besar bahan

kimia dan menghasilkan senyawa yang beracun dari hasil mengendapkan logam

berat SeCN -.

c. Potensi Brassica juncea dan Chara canescens untuk menurunkan kadar

Selenocyanate

Sebuah metode yang lebih efektif biaya untuk membersihkan sejumlah

besar SeCN - mungkin penggunaan lahan basah buatan, seperti yang ditunjukkan

limbah kilang minyak terkontaminasi dengan Selenite (SeO 32- ) (Hansen dkk,

1998.). Aliran vegetasi-melalui mikrokosmos lahan basah berhasil membersihkan

air limbah dari pembangkit listrik yang terkontaminasi SeCN - sebesar 79% dan

54% (w / v) (masing-masing massa Se dan CN -), (SN Whiting dan N. Terry).

Kedua spesies ini dipilih karena mereka adalah kandidat yang sangat baik untuk

fitoremediasi banyak unsur yang berbeda, termasuk Se, dan secara potensial

penting bagi fitoremediasi dalam dua yang berbeda, situasi dan lahan basah

dataran tinggi.

Brassica juncea sangat berguna untuk fitoremediasi tanah kering

terkontaminasi melalui phytoextraction, akumulasi kontaminan dalam biomassa

(Kumar et al, 1995.). Percobaan dengan Se - tanah pertanian yang terkontaminasi

telah menunjukkan bahwa Brassica juncea merupakan salah satu tanaman yang

terbaik diuji sejauh ini untuk fitoremediasi Se, dengan hampir 50% (w /v) dari

tanah Se dihapus di tiga pabrik oleh tanaman (Bauelos dan Meek, 1990).

Brassica juncea juga efektif dalam menghilangkan kotoran dari air dalam proses

yang dikenal sebagai rhizofiltration (Dushkenov et al, 1995.). Selain menjadi

kandidat yang sangat baik untuk fitoekstraksi Se dari tanah dan air, Brassica

juncea juga menjanjikan untuk fitovolitisasi, yaitu produksi Se volatil dari

sekarang Se anorganik atau organik dalam tanah dan air yang terkontaminasi

(Terry dkk, 2000) . Phytovolatilization memiliki keuntungan menghapus Se dalam


5/12

bentuk yang relatif tidak beracun (Lin et al, 2000.). Dimethylselenide (DMSe),

bentuk utama dari Se volatile yang dihasilkan oleh tanaman nonhiperakumulator

paling seperti Brassica juncea , adalah 500 sampai 700 kali lebih beracun dari

selenate atau Selenite (Wilber, 1980).

Gambar 1. Brassica juncea

Chara sp. adalah makroalga yang membuat calon yang sangat baik untuk

fitoremediasi logam (loid) karena mereka menghasilkan biomassa besar di bawah

kondisi lapangan dan biokonsentrat sejumlah besar elemen. Chara canescens di

lahan basah Allegheny Power Service di Springdale, Pennsylvania,

mengakumulasi konsentrasi besi dan mangan dari lindi abu batubara yang

beberapa kali lipat lebih tinggi daripada tumbuhan vaskular seperti Cattail yang

tumbuh di lahan basah yang sama. Chara canescens juga telah diusulkan sebagaicalon remediasi selenate di Reservoir Kesterson di San Joaquin Valley, California

(Horne, 2000).


6/12

Gambar 2. Chara canescens

d. Mekanisme proses biokimia phytoextraction

Brassica juncea dan Chara canescens mampu menghapus bagian sianida

SeCN - dan mengkonversi Se ke Se organik dan kurang DMSe beracun. proses

biokimia ini yang bertanggung jawab untuk mengumpulkan dan asimilasi Se ke

bentuk volatile SeCN -.

Meskipun cyanogenesis baik dipelajari karena peran toksikologi produksi

hidrogen sianida dari glikosida sianogen dalam beberapa tanaman pangan (Jones,

1998; Vetter, 2000), OCN - degradasi telah mendapat sedikit perhatian. Para

Brassicaceae tidak sianogen, tetapi mereka menghasilkan tiosianat, hasil reaksi

biokimia SeCN -, sebagai produk sampingan beracun hidrolisis glukosinolat

(Fenwick et al, 1983;. Angus et al, 1994;. Brown dan Morra, 1996). Tiosianat ini

diyakini untuk bertindak sebagai mekanisme pertahanan tanaman selama serangan

oleh patogen jamur atau hama serangga (Angus et al, 1994). Belerang dari

tiosianat dapat memasukkan jalur asimilasi sulfur untuk menghasilkan gas lainnya

belerang volatile, misalnya dimethylsulfide (Forney dan Jordan, 1998). Jadi,

adalah mungkin bahwa tanaman menggunakan jalur biokimia untuk konversi

tiosianat dengan menggunakan dimethylsulfide untuk asimilasi SeCN - menjadi

DMSe. Brassica juncea telah ditunjukkan untuk mengasimilasi selenate melalui

jalur asimilasi sulfat ( Terry dkk, 2000.). Oleh karena itu, jalur dari SeCN-


7/12

metabolisme diusulkan dalam analogi untuk tiosianat metabolisme pada tanaman

(Gbr. 3).

Gambar 3. Mekanisme asimilasi SeCN - oleh Brassica juncea dengan

bentuk Se volatile DMSe dan H 2Se.

Gambar 3 adalah versi sederhana dari jalur asimilasi selenate untuk

Brassica juncea (Terry dkk, 2000.). Angka-angka oleh panah mewakili enzim

yang terlibat. Tingkat dua utama-membatasi enzim untuk asimilasi selenate untuk

DMSe adalah sulfurylase ATP (1) dan methyltransferase Met (MMT, 2). Enzim 3

adalah novel tiol methyltransferase yang methylates SeCN - ke CH 3SeCN. Enzim

4 tidak diketahui atau homolog tanaman untuk hidrolase tiosianat bakteri. Hal ini

menurunkan SeCN - untuk H 2Se volatile atau Se2- yang masuk ke jalur asimilasi Se

untuk produksi DMSe. OCN - adalah didetoksifikasi oleh cyanase enzim (5), yang

telah diklon dari Arabidopsis (Aichi et al, 1998.).


8/12

Langkah pertama dalam jalur SeCN-asimilasi diusulkan adalah

pengambilan SeCN -. Mengingat akumulasi cepat Se dan sianida ke bibit Brassica

juncea dan Se berakumulasi konsentrasi tinggi dalam jaringan pada tanaman

dewasa, itu adalah mungkin SeCN - adalah aktif berakumulasi dalam cara yang

mirip dengan selenate dan Se-Met (Abrams et al, 1990).

Pada langkah kedua, SeCN - terdegradasi ke Se 2-dan OCN -oleh enzim yang

tidak diketahui, seperti yang disarankan untuk bakteri (Youatt, 1954; Happold et

al, 1958.). OCN -kemudian diuraikan menjadi amonia dan CO 2 oleh enzim

cyanase. (Aichi dkk, 1998). Secara alternatif, tanaman dapat menghasilkan Se2-

melalui jalur alternatif degradasi tiosianat, dimana hidrolase tiosianat enzim

memediasi degradasi tiosianat untuk amonia dan carbonylsulfide (Katayama dkk.,

1992, 1993, 1998). carbonylsulfide ini kemudian terdegradasi ke S 2-dan CO 2 oleh

enzim yang tidak diketahui.

Pada langkah ketiga, Se 2- memasuki jalur dijelaskan untuk asimilasi Se

anorganik untuk DMSe (Terry dkk, 2000.). Penggabungan Se 2- menjadi tulang

punggung asam amino yang disediakan oleh hasil O-asetil-Ser dalam produksi

seleno-Cys (Ng dan Anderson, 1978), yang kemungkinan untuk melayani sebagai

pelopor dari Se-Met (Terry dkk , 2000). Mekanisme reaksi ini dibuat berdasarkan

data, karena Se akumulasi oleh SeCN - disediakan tanaman Brassica juncea

terutama dalam bentuk Se organik tanpa Se tersisa dalam bentuk SeCN. Jalur

metabolisme SeCN - dalam Gambar 3 termasuk metilasi untuk CH 3SeCN dengan

cara yang mirip dengan detoksifikasi tiosianat oleh methyltransferase tiol novel

yang dihasilkan oleh kubis


9/12

e. Volatilisasi Se pada Brassica juncea dan Chara canescens yang telah diberi

perlakuan awal

Penelitian yang dilakukan oleh Souza, dkk (2002) menunjukkan

pemberian perlakuan awal pada bibit Brassica juncea dan Chara canescens

membuat kemampuan phytoextraction dari tanaman meningkat. Perlakuan ini

dilakukan dengan memberi SeCN - dengan dosis tertentu pada bibit tanaman.

Hasilnya menunjukkan bahwa Brassica juncea dan Chara canescens yang

cocok untuk fitoremediasi dari SeCN -dalam lingkungan lahan basah, karena

mereka dapat mentolerir, mengambil, dan mengasimilasi SeCN - ke bentuk

organik kurang beracun Se dan DMSe. SeCN - diberikan pada konsentrasi yang

relatif tinggi 200 M (16 mg L-1) tidak lebih beracun untuk sawi dari selenate

atau Selenite diberikan pada konsentrasi yang sama, menunjukkan bahwa tanaman

harus dapat mentoleransi konsentrasi yang relatif lebih rendah SeCN-ditemui di

lokasi yang terkontaminasi; misalnya air limbah dari stripper air asam pabrik

gasifikasi batubara di Indiana berisi SeCN -sebesar 1,4 mg L -1 (SN Whiting dan N.

Terry).


10/12

Gambar 4. Se volatilisasi oleh Brassica juncea (A) dan Chara canescens (B) yang

disertakan bersama selenate, Selenite, atau SeCN-.

Toleransi Brassica juncea tingkat racun dari SeCN - sama dengan atau

lebih tinggi daripada bentuk beracun lainnya Se. Brassica juncea diperlakukan

dengan 20 M SeCN -menghapus 30% (w / v) dari Se yang ada, mengumpulkan

554 dan 86 mg Se -1 berat kering di akar dan tunas, masing-masing. Di bawah

kondisi yang sama, Chara canescens menghapus sekitar 9% (b / v) dari Se yang

ada sebagai SeCN - dan mengakumulasi 27 mg Se -1 g berat kering.Tanaman

Brassica juncea mengakumulasi jumlah besar Se organik dalam jaringan mereka

bila diaktifkan dengan SeCN-(29% (w/v) dari Se disediakan), tetapi mereka tidak

menghasilkan sejumlah besar Se volatile (0,7% (w/v) dari yang SeCN - dihapus

adalah dalam bentuk Se volatile).


11/12

Brassica juncea sangat efisien untuk mengakumulasi Se dari SeCN - air

yang tercemar karena satu-sepertiga dari Se disediakan sebagai SeCN -

terakumulasi di jaringan tersebut. Satu-setengah dari massa Se dihapus dari SeCN -

solusi terkontaminasi telah dihapus oleh phytoextraction ke tunas. Pucuk tanaman

Brassica juncea digunakan untuk fitoremediasi dari SeCN - terkontaminasi tanah

dapat dipanen secara fisik menghapus Se dari situs. Untuk Brassica juncea akan

digunakan untuk fitoremediasi dari SeCN - air yang terkontaminasi, tanaman dapat

ditanam dengan konsentrasi dimana tunas dan akar akan dipanen.

f. Kesimpulan

Selenocyanate (SeCN -) adalah kontaminan utama dalam efluen dari

beberapa kilang minyak, pembangkit listrik, dan drainase air tambang. Dalam

studi ini, kami menentukan potensi Brassica juncea dan Chara canescens untuk

fitoremediasi dari SeCN - dalam lahan basah buatan. Toleransi Brassica juncea

tingkat racun dari SeCN - sama dengan atau lebih tinggi daripada bentuk beracun

lainnya Se. Brassica juncea diperlakukan dengan 20 M SeCN -menghapus 30%

(w / v) dari Se yang ada, mengumpulkan 554 dan 86 mg Se -1 berat kering di akar

dan tunas, masing-masing. Di bawah kondisi yang sama, Chara canescens

menghapus sekitar 9% (b / v) dari Se yang ada sebagai SeCN - dan mengakumulasi

27 mg Se -1 g berat kering. Jalur biokimia untuk SeCN - degradasi diusulkan untuk

Brassica juncea . Brassica juncea dan efisien Chara canescens terdegradasi SeCN -

sebagai tidak ada Se akumulasi oleh organisme baik tetap dalam bentuk ini.

Brassica juncea akumulasi terutama Se organik, sedangkan Chara canescens

terkandung Se terutama sebagai bentuk Se Selenite dan organik. Brassica juncea dihasilkan Se volatil dari SeCN - dalam bentuk dimethylselenide beracun kurang.

Se volatilisasi oleh Brassica juncea hanya menyumbang 0,7% (w/v) dari SeCN-

dihapus, kemungkinan karena langkah biokimia dalam produksi dimethylselenide

dari Se organik rate limiting. Brassica juncea cukup menjanjikan untuk

fitoremediasi dari SeCN - tanah dan air yang terkontaminasi karena kemampuan

luar biasa untuk phytoextract SeCN-dan menurunkan semua akumulasi SeCN dan

Se untuk bentuk-bentuk lain (souza dkk,2002)


12/12

DAFTAR PUSTAKA

Abrams MM, Shennan C, Zasoski RJ, Burau RG (1990) Selenomethionine uptake bywheat seedlings. Agron J

Aichi M, Nishida I, Omata T (1998) Molecular cloning and characterization of a cDNAencoding cyanase from Arabidopsis thaliana . Plant Cell Physiol Suppl

Angus JF, Gardner PA, Kirkegaard JA, Desmarchelier JM (1994) Biofumigation:isothiocyanates released from Brassica roots inhibit growth of the take-all fungus. PlantSoil

Hansen D, Duda P, Zayed AM, Terry N (1998) Selenium removal by constructedwetlands: role of biological volatilization. Environ Sci Technol(http://www.plantphysiol.org/)

Bauelos G, Pflaum T (1990) Determination of selenium in plant tissue with optimaldigestion conditions. Commun Soil Sci Plant Anal

Dushkenov V, Kumar PBAN, Motto H, Raskin I (1995) Rhizofiltration: the use of plantsto remove heavy metals from aqueous streams. Environ SciTechnol(http://www.plantphysiol.org/)

Manceau A, Gallup DL (1997) Removal of selenocyanate in water by precipitation:characterization of copper-selenium precipitate by x-ray diffraction, infrared, and x-rayabsorption spectroscopy. Environ Sci Technol

Maulana, Awal (2000) Fitoremediasi dan Tanaman Hiperakumulutor

Lin ZQ, Schemenauer RS, Cervinka V, Zayed A, Lee A, Terry N (2000) Seleniumvolatilization from a soil-plant system for the remediation of contaminated water and soilin the San Joaquin Valley. J Environ Qua

Wilber CG (1980) Toxicology of selenium: a review. Clin Toxicol

Horne AJ (2000) Phytoremediation by constructed wetlands. In N Terry, G Bauelos,

eds, Phytoremediation of Contaminated Soil and Water. Lewis Publishers, New York

Souza (2002) Selenium Assimilation and Volatilization from Selenocyanate-TreatedIndian Mustard and Muskgrass . (http://www.plantphysiol.org/)

Terry N, Zayed AM, de Souza MP, Tarun AS (2000) Selenium in higher plants. AnnuRev Plant Physiol Plant Mol Biol