bab 2 tinjauan pustaka 2.1. pupuk -...

24
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk Pupuk didefinisikan sebagai material yang ditambahkan ke tanah atau tajuk tanaman dengan tujuan untuk melengkapi ketersediaan unsur hara. Bahan pupuk yang paling awal adalah kotoran hewan, sisa pelapukan tanaman dan arang kayu. Dalam pemilihan pupuk perlu diketahui terlebih dahulu jumlah dan jenis unsur hara yang dikandungnya, serta manfaat dari berbagai unsur hara pembentuk pupuk tersebut. Setiap kemasan pupuk yang diberi label yang menunjukkan jenis dan unsur hara yang dikandungnya. Kadangkala petunjuk pemakaiannya juga dicantumkan pada kemasan.karena itu, sangat penting untuk membaca label kandungan pupuk sebelum memutuskan untuk membelinya. Selain menentukan jenis pupuk yang tepat, perlu diketahui juga cara aplikasinya yang benar, sehingga takaran pupuk yang diberikan dapat lebih efisien. Kesalahan dalam aplikasi pupuk akan berakibat pada terganggunya pertumbuhan tanaman. Bahkan unsur hara yang dikandung oleh pupuk tidak dapat dimanfaatkan tanaman (Novizan, 2005). 2.1.1. Penggolongan Pupuk Pupuk dapat digolongkan menjadi tiga bagian, yaitu: a. Pupuk Kimia (Anorganik) Pupuk kimia adalah pupuk yang dibuat secara kimia atau juga sering disebut dengan pupuk buatan. Pupuk kimia bisa dibedakan menjadi pupuk kimia tunggal dan pupuk Universitas Sumatera Utara

Upload: doancong

Post on 06-Mar-2018

231 views

Category:

Documents


7 download

TRANSCRIPT

Page 1: BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk - repository.usu.ac.idrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29305/4/Chapter II.pdf · Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pupuk

Pupuk didefinisikan sebagai material yang ditambahkan ke tanah atau tajuk tanaman

dengan tujuan untuk melengkapi ketersediaan unsur hara. Bahan pupuk yang paling

awal adalah kotoran hewan, sisa pelapukan tanaman dan arang kayu.

Dalam pemilihan pupuk perlu diketahui terlebih dahulu jumlah dan jenis unsur

hara yang dikandungnya, serta manfaat dari berbagai unsur hara pembentuk pupuk

tersebut. Setiap kemasan pupuk yang diberi label yang menunjukkan jenis dan unsur

hara yang dikandungnya. Kadangkala petunjuk pemakaiannya juga dicantumkan pada

kemasan.karena itu, sangat penting untuk membaca label kandungan pupuk sebelum

memutuskan untuk membelinya. Selain menentukan jenis pupuk yang tepat, perlu

diketahui juga cara aplikasinya yang benar, sehingga takaran pupuk yang diberikan

dapat lebih efisien. Kesalahan dalam aplikasi pupuk akan berakibat pada terganggunya

pertumbuhan tanaman. Bahkan unsur hara yang dikandung oleh pupuk tidak dapat

dimanfaatkan tanaman (Novizan, 2005).

2.1.1. Penggolongan Pupuk

Pupuk dapat digolongkan menjadi tiga bagian, yaitu:

a. Pupuk Kimia (Anorganik)

Pupuk kimia adalah pupuk yang dibuat secara kimia atau juga sering disebut dengan

pupuk buatan. Pupuk kimia bisa dibedakan menjadi pupuk kimia tunggal dan pupuk

Universitas Sumatera Utara

Page 2: BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk - repository.usu.ac.idrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29305/4/Chapter II.pdf · Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman

kimia majemuk. Pupuk kimia tunggal hanya memiliki satu macam hara, sedangkan

pupuk kimia majemuk memiliki kandungan hara lengkap. Pupuk kimia yang sering

digunakan antara lain Urea dan ZA untuk hara N; pupuk TSP, DSP, dan SP-26 untuk

hara P, KCl atau MOP untuk hara K. Sedangkan pupuk majemuk biasanya dibuat

dengan mencampurkan pupuk-pupuk tunggal. Komposisi haranya bermacam-macam,

tergantung produsen dan komoditasnya (http://isroi.wordpress.com).

b. Pupuk Organik

Pupuk organik seperti namanya pupuk yang dibuat dari bahan-bahan organik atau

alami. bahan-bahan yang termasuk pupuk organik antara lain adalah pupuk kandang,

kompos, kascing, gambut, rumput laut dan guano. Berdasarkan bentuknya pupuk

organik dapat dikelompokkan menjadi pupuk organik padat dan pupuk organik cair.

Beberapa orang juga mengelompokkan pupuk-pupuk yang ditambang seperti dolomit,

fosfat alam, kiserit, dan juga abu (yang kaya K) ke dalam golongan pupuk organik.

Beberapa pupuk organik yang diolah dipabrik misalnya adalah tepung darah, tepung

tulang, dan tepung ikan.

Pupuk organik cair antara lain adalah compost tea, ekstrak tumbuh-tumbuhan,

cairan fermentasi limbah cair peternakan, fermentasi tumbuhan-tumbuhan, dan lain-

lain. Pupuk organik memiliki kandungan hara yang lengkap. Bahkan di dalam pupuk

organik juga terdapat senyawa-senyawa organik lain yang bermanfaat bagi tanaman,

seperti asam humik, asam fulvat, dan senyawa-senyawa organik lain

(http://isroi.wordpress.com).

c. Pupuk Hayati

Pupuk hayati (biofertilizer) adalah suatu bahan yang berasal dari jasad hidup,

khususnya mikrobia, yang digunakan untuk meningkatkan kualitas dan kuantitas

produksi suatu tanaman. Dalam hal ini yang dimaksud dengan berasal dari jasad

hidup adalah mengacu pada hasil proses mikrobilogis. Oleh karena itu istilah pupuk

hayati lebih tepat disebut sebagai inokulan mikrobia, seperti yang dikemukakan oleh

Universitas Sumatera Utara

Page 3: BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk - repository.usu.ac.idrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29305/4/Chapter II.pdf · Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman

Rao (1982). Meskipun demikian istilah pupuk hayati sudah lebih dikenal dan sebagai

alternatif bagi pupuk kimia buatan (artificial chemical fertilizer).

Pupuk hayati berbeda dari pupuk kimia buatan, misalnya urea, TSP dan lain-

lain, karena dalam pupuk hayati komponen utamanya adalah jasad hidup yang pada

umumnya diperoleh dari alam tanpa ada penambahan bahan kimia, kecuali bahan

kimia yang diperlukan untuk mendukung pertumbuhan jasad hidupnya selama dalam

penyimpanan.

Dalam formulasi pupuk hayati, seringkali bahkan tidak diperlukan bahan-

bahan kimia buatan karena bahan-bahan tersebut dapat diganti dengan bahan alami,

misalnya gambut, kapur alam. Pupuk hayati mempunyai kelebihan dibandingkan

dengan pupuk kimia buatan karena bahan-bahannya berasal dari alam sehingga tidak

menimbulkan persoalan pencemaran lingkungan seperti halnya dengan pupuk kimia

buatan (Yuwono, 2006).

Pupuk hayati tidak mengandung N, P, dan K. Kandungan pupuk hayati adalah

mikrooganisme yang memiliki peranan positif bagi tanaman. Kelompok mikroba yang

sering digunakan adalah mikroba-mikroba yang menambat N dari udara, mikroba

yang malarutkan hara (terutama P dan K), mikroba-mikroba yang merangsang

pertumbuhan tanaman.

Kelompok mikroba penambat N sudah dikenal dan digunakan sejak lama.

Mikroba penambat N ada yang bersimbiosis dengan tanaman dan ada juga yang bebas

(tidak bersimbiosis). Contoh mikroba yang bersimbiosis dengan tanaman antara lain

adalah Rhizobium sp Sedangkan contoh mikroba penambat N yang tidak bersimbiosis

adalah Azosprillium sp dan Azotobacter sp.

Mikroba-mikroba bahan aktif pupuk hayati dikemas dalam bahan pembawa,

bisa dalam bentuk cair atau padat. Pupuk hayati juga ada yang hanya terdiri dari satu

atau beberapa mikroba saja, tetapi ada juga yang mengklaim terdiri dari bermacam-

macam mikroba. Pupuk hayati ini yang kemudian diaplikasikan ke tanaman.

Universitas Sumatera Utara

Page 4: BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk - repository.usu.ac.idrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29305/4/Chapter II.pdf · Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman

Salah satu kelemahan mikroba adalah sangat tergantung dengan banyak hal.

Mikroba sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungannya, baik lingkungan biotik

maupun abiotik. Jadi biofertilizer yang cocok di daerah sub tropis belum tentu efektif

di daerah tropis. Demikian juga biofertilizer yang efektif di Indonesia bagian barat,

belum tentu efektif juga di wilayah Indonesia bagian timur. Mikroba yang

bersimbiosis dengan tanaman lebih spesifik lagi. Misalnya Rhizobium sp yang

bersimbiosis dengan kedelai varietas tertentu belum tentu cocok untuk tanaman

kacang-kacangan yang lain. Umumnya mikroba yang bersimbiosis berspektrum

sempit (http://isroi.wordpress.com).

2.2. Unsur Hara Tanaman

Bentuk senyawa organik kompleks dari tumbuhan adalah karbon dioksida (CO2) yang

didapat dari udara, energi matahari, air, dan senyawa-senyawa anorganik dari tanah.

Unsur-unsur hara ini harus dalam bentuk zat terlarut dalam tanah agar dapat

dimanfaatkan oleh tumbuhan, dan senyawa-senyawa organik seperti kotoran hewan,

sisa-sisa tumbuhan atau zat-zat organik tanah, harus dipecah dan dimineralisasi

menjadi molekul-molekul sederhana sebelum senyawa organik ini digunakan.

Tumbuhan tidak dapat membedakan antara unsur hara dari pupuk mineral, kotoran

hewan atau zat organik tanah. Unsur hara tanaman dibagi menjadi 3 kelompok:

1. Unsur hara makro primer: N, P, K;

2. Unsur hara makro sekunder: kalsium (Ca), magnesium (Mg), Sulfur (S);

3. Unsur hara mikro: klor (Cl), besi (Fe), mangan (Mn), boron (B), seng (Zn),

tembaga (Cu), molibdenum (Mo), nikel (Ni).

Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman dalam jumlah

yang besar. Ada beberapa senyawa yang terdapat pada banyak tanaman termasuk

protein, asam nukleat dan klorofil yang penting untuk berbagai macam proses seperti

transfer energi, mendapatkan makanan dan fungsi enzim. Rata-rata, tumbuhan

memiliki unsur-unsur N, P dan K dengan perbandingan N:P:K = 2:0,44:0,83

(N:P2O5:K2O = 2:1:1) (Laegreid et al, 1999).

Unsur hara yang diserap oleh tanaman berasal dari 3 sumber sebagai berikut:

Universitas Sumatera Utara

Page 5: BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk - repository.usu.ac.idrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29305/4/Chapter II.pdf · Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman

1. Bahan Organik. Sebagian besar unsur hara terkandung dalam bahan organik.

Sebagian dapat langsung digunakan oleh tanaman, sebagian lagi tersimpan untuk

jangka waktu yang lebih lama. Bahan organik harus mengalami dekomposisi

(pelapukan) terlebih dahulu sebelum tersedia bagi tanaman.

2. Mineral Alami. Setiap jenis batuan mineral yang membentuk tanah mengandung

bermacam-macam unsur hara. Mineral alami ini berubah menjadi unsur hara

yang tersedia bagi tanaman setelah mengalami penghancuran oleh cuaca.

3. Unsur hara yang terjerap atau terikat. Unsur hara ini terikat di permukaan atau

di antara lapisan koloid tanah dan sebagai sumber utama dari unsur hara yang

dapat diatur oleh manusia. Unsur hara yang terikat ini biasanya tidak dapat

digunakan oleh tanaman, karena pH-nya terlalu ekstrem atau terdapat

ketidakseimbangan jumlah unsur hara. Lewat pengaturan pH tanah, unsur hara

ini dapat diubah menjadi unsur hara yang tersedia bagi tanaman (Novizan, 2005).

2.3. Nitrogen

Nitrogen merupakan unsur yang penting untuk seluruh proses dalam tumbuhan.

Pengambilan N oleh tumbuhan telah dipelajari oleh Morot-Gaudry (1997);

kekurangan N menyebabkan terhambatnya pertumbuhan tanaman baik secara alami

maupun pada pertanian. Penggunaan pupuk N biasanya mempercepat pertumbuhan

tanaman, dan penggunaan pupuk N sangat penting untuk meningkatkan produktivitas

pertanian. Produksi pangan dunia meningkat dalam 50 tahun terakhir, karena

meningkatnya penggunaan pupuk N. Ini menunjukkan bahwa pada hakikatnya lebih

banyak N yang bersirkulasi melalui siklus N yang berhubungan dengan pertanian

(Laegreid et al, 1999).

Nitrogen yang ada di dalam tanah dapat hilang karena terjadinya penguapan,

pencucian oleh air, atau terbawa bersama tanaman pada saat panen. Tanah yang sangat

basah atau sangat padat bisa menyebabkan kondisi anaerob (tidak terdapat cukup

oksigen di dalam tanah). Akibatnya terjadi reaksi yang mengubah nitrat menjadi gas

nitrogen (reaksi denitrifikasi). Jenis bakteri tertentu juga mampu mengubah nitrat

menjadi gas nitrogen. Pencucian nitrat sering terjadi pada tanah berpasir atau tanah

yang sangat gembur. Saat pencucian terjadi, air memindahkan nitrat menuju lapisan di

Universitas Sumatera Utara

Page 6: BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk - repository.usu.ac.idrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29305/4/Chapter II.pdf · Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman

bawah daerah perakaran. Erosi pada permukaan tanah akan menghanyutkan nitrogen

ke sungai yang akhirnya bermuara ke laut. Selanjutnya akan terjadi proses

pengembalian nitrogen ke tanah. Proses ini terjadi secara berkesinambungan yang

dikenal dengan siklus nitrogen (Novizan, 2005).

2.3.1. Nitrogen : Kimia dan Bentuk

Unsur N (N2) terdapat 99,8% dalam bentuk N bebas, dan 78% di atmosfer dalam

bentuk N2. Gas yang terdapat di atmosfer merupakan sumber utama N, tetapi secara

alamiah gas ini memiliki reaktivitas yang rendah dan hanya beberapa bakteri yang

dapat memanfaatkannya. Untuk kebutuhan tumbuhan, N2 harus diubah menjadi

ammonium atau nitrat, prosesnya disebut fiksasi N. Nitrogen terdapat dalam berbagai

macam bentuk, yaitu:

1. Bentuk gas: dinitrogen oksida (N2O), oksida nitrogen (NOx), dan ammonia (NH3)

2. Bentuk ion: nitrat (NO3-) dan ammonium (NH4

+)

3. Senyawa organik: urea [CO(NH2)2], protein, enzim, humus (Laegreid et al, 1999).

2.3.2. Nitrogen dalam Tanah

Pada dasarnya bentuk N dalam tanah adalah ammonium (NH4+), nitrat (NO3

-), dan

senyawa-senyawa organik. Kebanyakan nitrogen tanah terdapat dalam senyawa

organik; senyawa organik ini diubah secara lambat oleh mikroba menjadi NH4+,

kemudian mikroba yang lain mengubah NH4+ dengan cepat menjadi NO3

-, yang

merupakan bentuk mineral utama N dalam tanah. NO3- dan NH4

+ secara langsung

tersedia dalam tumbuhan. Tumbuhan juga dapat mengambil sejumlah kecil gas NH3

dan senyawa N organik terlarut seperti urea dan asam-asam amino. Nitrogen dalam

bentuk senyawa organik yang lain tidak tersedia sampai senyawa organik ini diuraikan

(Laegreid et al, 1999).

Nitrogen adalah komponen utama dari berbagai substansi penting di dalam

tanaman. Sekitar 40-50% kandungan protoplasma yang merupakan substansi hidup

dari sel tumbuhan terdiri dari senyawa nitrogen. Senyawa nitrogen digunakan oleh

tanaman untuk membentuk asam amino yang akan diubah menjadi protein. Nitrogen

Universitas Sumatera Utara

Page 7: BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk - repository.usu.ac.idrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29305/4/Chapter II.pdf · Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman

juga dibutuhkan untuk membentuk senyawa penting seperti klorofil, asam nukleat,

dan enzim. Karena itu, nitrogen dibutuhkan dalam jumlah relatif besar pada setiap

tahap pertumbuhan vegetatif, seperti pembentukan tunas atau perkembangan batang

dan daun. Memasuki tahap pertumbuhan generatif, kebutuhan nitrogen mulai

berkurang. Tanpa suplai nitrogen yang cukup, pertumbuhan tanaman yang baik tidak

akan terjadi (Novizan, 2005).

2.3.3. Siklus Nitrogen

Nitrogen dibutuhkan oleh seluruh organisme untuk sintesis protein, asam-asam

nukleat, dan senyawa-senyawa nitrogen lainnya. Molekul nitrogen (N2) terdapat

hampir 80% di atmosfer bumi. Untuk proses asimilasi oleh tumbuhan, nitrogen harus

difiksasi yang diambil dan digabungkan menjadi senyawa-senyawa organik. Aktivitas

dari beberapa mikroorganisme yang khusus sangat penting dalam mengubah nitrogen

menjadi bentuk-bentuk yang berguna (Tortora, 2001).

Gambar 2.1. Bagan Siklus Nitrogen

Bagan siklus nitrogen terlihat pada gambar 2.1. Protein, asam nukleat, basa

purin, pirimidin, dan asam amino (glukosamin dan galaktosamin) merupakan senyawa

nitrogen oraganik yang berasal dari sisa tanaman atau hewan. Reaksi biokimia dalam

siklus nitrogen meliputi :

a. Proteolisis b. Amonifikasi (degradasi asam amino) c. Nitrifikasi

Universitas Sumatera Utara

Page 8: BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk - repository.usu.ac.idrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29305/4/Chapter II.pdf · Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman

d. Reduksi nitrat menjadi ammonia e. Denitrifikasi f. Fiksasi Nitrogen (Budiyanto, 2004) Penguraian protein dengan mikroorganisme dimulai dengan hidrolisis protein

secara enzimatik menjadi asam amino masing-masing; selanjutnya, asam amino yang

dibebaskan dimetabolisme lebih lanjut. Selama jalannya metabolisme ini gugus amino

dibebaskan sebagai amoniak.

R CHCOOH deaminase R C COOH + NH3

NH2 O Asam amino Asam α-keto Ammonia

Karena tumbuhan dapat memanfaatkan ammonia yang dibebaskan ini sebagai

sumber nitrogen, siklus ini dapat berhenti di sini karena menyangkut keseimbangan

alam. Akan tetapi terdapat sejumlah besar bakteri autotrof yang memperoleh satu-

satunya sumber energi dari oksidasi ammonia menjadi nitrit.

NH4+ + 2O2 Nitrosomonas NO2

- + 2H2O

Pada tingkat ini kelompok bakteri autotrof lainnya mengambil alih; bakteri ini

memperoleh energinya dengan oksidasi nitrit menjadi nitrat. Akibatnya, bentuk

nitrogen utama dalam tanah ialah nitrat, yang dapat juga digunakan oleh tanaman

sebagai sumber nitrogen.

2NO2- + O2 Nitrobacter 2NO3

- (Volk, 1984)

Nitrat oleh mikroorganisme dimanfaatkan untuk dua tujuan: 1. Seperti

kebanyakan tumbuh-tumbuhan, banyak bakteri mampu mengolah nitrat sebagai

sumber nitrogen untuk mensintesis komponen-komponen sel yang mengandung

nitrogen. Reduksi nitrat secara asimilasi dapat berlangsung pada kondisi aerob. 2.

Sebaliknya terjadi reduksi nitrat secara asimilasi atau “respirasi nitrat”; pada peristiwa

ini nitrat bertindak sebagai akseptor hidrogen terminal pada kondisi anaerob. Pada

kedua peristiwa ini pertama-tama nitrat direduksi menjadi nitrit oleh enzim yang

mengandung molibden, yaitu nitrat reduktase. (Schlegel, 1999)

Universitas Sumatera Utara

Page 9: BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk - repository.usu.ac.idrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29305/4/Chapter II.pdf · Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman

Spesies Pseudomonas merupakan kelompok bakteri yang paling penting dalam

denitrifikasi tanah. Denitrifikasi terjadi pada tanah yang kekurangan air dimana

ketersediaan oksigen sedikit. Ketiadaan oksigen sebagai akseptor elektron, bakteri

pendenitrifikasi akan menggantikan nitrat untuk pupuk pertanian. Bakteri ini merubah

sejumlah besar nitrat menjadi nitrogen yang masuk ke dalam atmosfer dan

menyebabkan kerugian ekonomi yang sangat berarti. Proses denitrifikasi dapat

dituliskan sebagai berikut :

NO3- NO2

- N2O N2

(Tortora, 2001)

Gambar 2.2. Siklus Nitrogen

Universitas Sumatera Utara

Page 10: BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk - repository.usu.ac.idrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29305/4/Chapter II.pdf · Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman

2.4. Fiksasi Nitrogen Secara Biologis

Fiksasi nitrogen merupakan proses biokimia yang paling mendasar setelah

fotosintesis. Proses ini merupakan reduksi nitrogen atmosfer menjadi ammonia.

Fiksasi nitrogen dapat dilakukan oleh ganggang biru-hijau, beberapa mikroorganisme

khususnya bakteri. Reaksi reduksi nitrogen adalah sebagai berikut:

N2 + 3H2 2NH3 ∆Go = -33,5 kJ mol-1

Reaksi di atas merupakan reaksi eksergonik. Karena N2 tidak reaktif, proses ini

secara industri dilakukan dengan menggunakan katalis, temperatur tinggi (600oC) dan

tekanan (1000 atm). Proses biologi terjadi pada tekanan 1 atm dan suhu 25oC. Pada

sistem bakteri, reaksi dikatalisis oleh enzim nitrogenase (Kuchel, 1998).

Fiksasi nitrogen dikatalisis oleh suatu kompleks enzim, yaitu sistem

nitrogenase, yang aktivitasnya masih belum dipahami sepenuhnya. Karena sistem

nitrogenase bersifat tidak stabil dan segera mengalami inaktivasi oleh oksigen

atmosfer, enzim ini sulit untuk diisolasi dalam bentuk aktif dan dimurnikan. Produk

fiksasi nitrogen stabil yang pertama dikenali adalah ammonia (NH3); jadi proses

keseluruhan dipandang terdiri dari reduksi satu molekul nitrogen (N2) menjadi dua

molekul ammonia (Lehninger, 1982).

2.4.1. Organisme Pengikat Nitrogen

Hanya beberapa spesies mikroorganisme dan tanaman yang dapat melakukan fiksasi

nitrogen atmosfer. Beberapa bakteri yang hidup bebas, seperti sianobakteri atau

ganggang hijau-biru, yang terdapat tidak hanya di dalam air tawar dan air asin, tetapi

juga pada tanah dan jenis-jenis bakteri lainnya, seperti Azotobacter, mampu

melakukan fiksasi nitrogen atmosfer. Produk penting pertama dari fiksasi nitrogen

pada organisme ini adalah ammonia (NH3), yang dapat dipergunakan oleh bentuk

kehidupan lain, baik secara langsung atau setelah pengubahannya menjadi senyawa

terlarut lainnya, seperti nitrit, nitrat, atau asam amino (Lehninger, 1982).

Universitas Sumatera Utara

Page 11: BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk - repository.usu.ac.idrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29305/4/Chapter II.pdf · Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman

Fiksasi biologis nitrogen dilakukan baik oleh mikroorganisme nonsimbiotik

yang dapat berdiri sendiri atau bakteri-bakteri tertentu yang hidup secara simbiosa

dengan tanaman tingkat tinggi. Golongan yang pertama termasuklah organisme

aerobik tanah (misalnya Azotobacter), organisme tanah anaerob (misalnya Clostridium

sp), bakteri fotosintetik (misalnya Rhodospirillum rubrum) dan ganggang (misalnya

Myxophyceae). Sistem simbiotik terdiri atas bakteri (Rhizobia) yang hidup dalam

simbiosa dengan sejumlah Leguminoseae seperti kudzu, kacang polong dan kedelai.

Leguminosa bukan satu-satunya tanaman yang dapat memfiksasi nitrogen secara

simbiosis; lebih kurang 190 spesies semak dan pohon dapat memfiksasi nitrogen

(Sulaiman, 1991).

Banyak bakteri yang tidak mampu mengikat nitrogen sendiri, tapi hidup

bersimbiosa dengan tumbuhan tinggi. Ini terjadi, juga karena masalah energi. Ikatan

serangkai tiga yang menghubungkan dua atom nitrogen dalam suatu molekul gas

nitrogen, sulit diputuskan. Begitu besar biaya energi untuk menghasilkan ammonia

secara kimia, sebegitu pula beban energi yang dipikul oleh bakteri pengikat nitrogen.

Jika bakteri itu hidup bersama dengan tumbuhan hijau yang mengikat karbon, hasilnya

adalah pertukaran bahan nutrisi yang saling menguntungkan. Tumbuhannya mendapat

nitrogen yang telah difiksasi, sedangkan bakterinya menerima karbon yang telah

terfiksasi pula, yang dipakai untuk menghasilkan energi (Marx, 1991).

2.4.2. Biokimia Nitrogenase

Semua spesies yang dapat mengikat nitrogen memiliki kompleks nitrogenase.

Strukturnya, sama pada semua spesies yang telah diteliti sejauh ini, mengandung dua

protein yang disebut nitrogenase dan nitrogenase reduktase. Dinitrogenase (240 kD),

juga dikenal sebagai protein Fe-Mo, merupakan suatu α2β2-heterotetramer yang

mengandung dua atom molybdenum (Mo) dan 30 atom besi. Protein ini mengkatalisis

reaksi N2 + 8H+ + 8e- 2NH3 + H2. Dinitrogenase reduktase (60 kD) juga

dikenal sebagai protein Fe merupakan suatu dimer yang mengandung subunit yang

identik (McKee, 2003).

Universitas Sumatera Utara

Page 12: BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk - repository.usu.ac.idrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29305/4/Chapter II.pdf · Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman

Nitrogenase reduktase berberat molekul 60.000 dalton dan terdiri dari dua

subunit protein yang identik. Cirinya berwarna coklat, karena mengandung untaian

besi dan belerang. Dari namanya dapat diduga bahwa enzim itu mereduksi nitrogen,

karena menambah lagi elektron yang dipakai untuk mereduksi N2. Nitrogenase

reduktase menerima elektron yang dipindahkan protein lain dan sifatnya bervariasi

pada berbagai bakteri pengikat nitrogen. Reduksi N2 banyak menggunakan energi.

Ada 20 sampai 30 molekul adenosin trifosfat (ATP) yang diperlukan untuk menunjang

reduksi satu molekul nitrogen menjadi ammonia. Lagi pula reaksi nitrogenase banyak

menghasilkan residu, karena ia juga mereduksi ion hidrogen menjadi molekul

hidrogen (H2) yang keluar berupa gas (Marx, 1991).

Nitrogenase dengan cepat dinonaktifkan oleh O2, jadi enzim ini harus

dilindungi dari oksigen yang reaktif ini. Sianobakteri memberikan perlindungan

dengan cara mengikat nitrogen melalui sel-sel nonfotosintetik yang disebut heterocyst.

Pada bintil akar legume, perlindungan dapat dilakukan oleh sintesis

leghemoglobin secara simbiosis. Bagian globin dari monomer oksigen ini akan

mengikat protein yang disintesis oleh tumbuhan, dimana protein heme disintesis oleh

Rhizobium. Leghemoglobin memiliki afinitas O2 yang sangat tinggi menjaga

masuknya O2 cukup rendah untuk melindungi nitrogenase yang sedang melakukan

transport pasif O2 untuk bakteri aerobik (Voet, 1998).

2.4.3. Mekanisme Reduksi Nitrogen oleh Nitrogenase

Selama proses fiksasi nitrogen secara biologis, gas nitrogen (N2) direduksi menjadi

ammonia (NH3) oleh enzim nitrogenase. Proses tersebut dapat dijelaskan sebagai

berikut:

1. Protein Fe (nitrogenase reduktase) menerima elektron dari feridoksin (NADPH)

membentuk protein Fe tereduksi.

Protein Fe + 6e- Protein Fe tereduksi

Universitas Sumatera Utara

Page 13: BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk - repository.usu.ac.idrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29305/4/Chapter II.pdf · Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman

2. Protein Fe tereduksi bereaksi dengan 12 molekul MgATP membentuk suatu

kompleks protein Fe tereduksi-MgATP (kompleks RFP-MA1

Protein Fe tereduksi + 12MgATP Kompleks RFP-MA

). Dalam hal ini ion

Mg2+ akan mengaktifkan protein Fe.

3. Protein Fe-Mo (nitrogenase) bereaksi dengan satu molekul N2 membentuk

kompleks nitrogen nitrogenase (NNC2

Nitrogenase + N2 Kompleks nitrogen nitrogenase

Gambar 2.3. Struktur kofaktor Fe-Mo dalam nitrogenase

).

4. Dengan adanya ion Na+, kompleks RFP-MA akan mengikat kompleks nitrogen

nitrogenase membentuk kompleks nitrogenase aktif. Elektron-elektron pada

kompleks RFP-MA ditransfer ke dalam nitrogenase untuk mereduksi nitrogen.

Selama proses transfer elektron ini, dua molekul ion H+ direduksi menjadi H2.

Kompleks RFP-MA + NNC Kompleks nitrogenase

2H+ H2

5. Nitrogenase tereduksi dalam kompleks nitrogenase menerima enam molekul ion

H+ dari sitoplasma dan mereduksi N2 menjadi ammonia dengan menggunakan

enam elektron. Elektron-elektron yang ada pada atom Fe dari nitrogenase

digunakan untuk tujuan ini. Reduksi nitrogen melalui tiga tahap:

i) Tahap pertama, nitrogen bereaksi dengan 2H+ menggunakan dua elektron

menghasilkan diamida.

N≡N + 2H+ HN=NH

1 RFP-MA: Reduced Fe Protein-MgATP 2 NNC: Nitrogenase Nitrogen Complex

Kompleks RFP-MA 6e-

Kompleks nitrogen nitrogenase

Universitas Sumatera Utara

Page 14: BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk - repository.usu.ac.idrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29305/4/Chapter II.pdf · Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman

ii) Tahap kedua, diamida bereaksi dengan 2H+ menggunakan dua elektron

menghasilkan hidrazin.

HN=NH + 2H+ H2N-NH2

iii) Tahap ketiga, hidrazin bereaksi dengan 2H+ menggunakan dua elektron

menghasilkan dua molekul ammonia.

H2N-NH2 + 2H+ 2NH3

6. Setelah reduksi N2 menjadi NH3, kompleks nitrogenase terurai menjadi protein

Fe, nitrogenase, Mg2+, dan ADP. Begitu juga dengan NH3 yang dihasilkan,

dilepaskan ke dalam sitoplasma. Dengan demikian enzim nitrogenase dapat

mereduksi kembali molekul nitrogen yang lain (NIIR Board, 2004).

Reaksi reduksi nitrogen oleh nitrogenase menjadi ammonia dapat dituliskan sebagai

berikut: N2 + 8H+ + 8e- + 16MgATP 2NH3 + H2 + 16MgADP + 16Pi.

2.5. Fiksasi Nitrogen Oleh Bakteri

Sejumlah mikroorganisme dapat menggunakan N2 dari udara sebagai sumber

nitrogennya. Perubahan dari nitrogen ini menjadi ammonia disebut fiksasi nitrogen.

Dua kelompok mikroorganisme yang terlibat dalam proses fiksasi nitrogen adalah

mikroorganisme non simbiotik (termasuk dalam kelompok ini adalah mikroorganisme

yang hidup bebas di dalam tanah) dan mikroorganisme simbiotik (Budiyanto, 2004).

Penambat nitrogen hidup bebas yang paling penting terdapat di antara

sianobakteri dan dalam bakteri yang diklasifikasikan dalam marga Azotobacter.

Banyak bakteri lain seperti klostridia dan bakteri fotosintesis, juga mampu menambat

nitrogen atmosfer (Volk, 1984).

Bakteri pengikat nitrogen yang terpenting, baik untuk pertanian maupun

ekologi adalah yang berinteraksi dengan tumbuhan dengan cara simbiosa. Simbiosa

ada yang berbentuk sederhana, ada pula yang kompleks. Bentuk interaksi sederhana

terdapat pada bakteri Azospirillum yang hidup sekitar permukaan akar rumputan. Pada

interaksi yang berbentuk kompleks, seperti interaksi antara bakteri genus Rhizobium

Universitas Sumatera Utara

Page 15: BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk - repository.usu.ac.idrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29305/4/Chapter II.pdf · Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman

dan kacang-kacangan atau antara bakteri Frankia dengan berbagai jenis tumbuhan

pohon dan semak, seperti alder (Marx, 1991).

Tabel 2.1 Kontribusi nitrogen beberapa tanaman legume berbintil

No Sistem Fiksasi N2 Total kontribusi nitrogen (q/ha) 1 Legume tanaman hijau: Sesbania acuelata - Rhizobium 70-120 Leucaena leucocephala - Rhizobium 500-600 Kacang-kacangan - Rhizobium 60-210 Tanaman makanan ternak - Rhizobium 100-300 2 Legume tanaman biji-bijian: Lablab purpureus - Rhizobium 240 Glycine jawanica - Rhizobium 210 3 Non legume: Casuarina equisitifolia - Frankia 100 Alnus – Frankia 30-300 4 Tanaman lain:

Azolla – Anabaena 25-190 Rumput-rumputan - Azospirillium 15-100

Sumber: Ghai dan Thomas (1989)

2.5.1. Fiksasi Nitrogen oleh Bakteri yang Hidup Bebas

Bakteri yang hidup bebas dan memiliki kemampuan untuk memfiksasi nitrogen

molekular dapat dibedakan menjadi organisme aerob obligat, aerob fakultatif, dan

anaerob. Bakteri aerob obligat termasuk dalam genus-genus Azotobacter, Beijerinckia,

Derxia, Archromobacter, Mycobacterium, Arthrobacter dan Bacillus. Bakteri anerob

fakultatif antara lain termasuk dalam genus-genus Aerobacter, Klebsiella dan

Pseudomonas. Bakteri pemfiksasi nitrogen yang anaerob diwakili oleh genus-genus

Clostridium, Chlorobium, Chromatium, Rhodomicrobium, Rhodopseudomonas,

Rhodospirillum, Desulfovibrio dan Methanobacterium. Pada beberapa dari genus-

genus ini, fiksasi nitrogen terjadi secara fotoautotrof yang ditunjukkan oleh adanya

pigmen fotosintetik dalam sel-sel mereka seperti misalnya pada genus

Rhodopseudomonas yang cukup dikenal. Sedangkan genus Desulfovibrio memfiksasi

nitrogen dalam proses mereduksi sulfat (Rao, 1994)

Kebanyakan bakteri pemfiksasi nitrogen yang hidup bebas mampu mengikat

sejumlah besar nitrogen di bawah kondisi laboratorium. Bagaimanapun, di dalam

Universitas Sumatera Utara

Page 16: BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk - repository.usu.ac.idrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29305/4/Chapter II.pdf · Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman

tanah biasanya terdapat kekurangan karbohidrat yang dapat dipakai sebagai persediaan

energi yang dibutuhkan untuk reduksi nitrogen menjadi ammonia, yang kemudian

menjadi protein. Oleh karena itu, bakteri pengikat nitrogen ini memiliki peranan yang

penting dalam penyediaan nitrogen di tempat-tempat seperti padang rumput, hutan,

dan daerah tundra (Tortora, 2001).

2.5.2. Fiksasi Nitrogen oleh Bakteri Simbiotik

Bakteri-bakteri simbiotik ini memegang peranan yang penting dalam pertumbuhan

tanaman untuk menghasilkan buah. Anggota dari genus-genus Rhizobium,

Bradyrhizobium, dan genus-genus lainnya yang menginfeksi akar tanaman leguminosa

seperti kacang kedelai, kacang tanah, kacang polong, kacang hijau, alfalfa, dan

semanggi. Rhizobia khususnya beradaptasi dalam spesies tanaman leguminosa

membentuk bintil-bintil akar. Nitrogen difiksasi melalui proses simbiosis antara

tumbuhan dan bakteri. Tumbuhan melengkapi kondisi anaerob dan nutrisi

pertumbuhan untuk bakteri, dan bakteri mengikat nitrogen untuk sintesis protein

tumbuhan (Tortora, 2001)

Interaksi antara Rhizobium dan tanaman bersifat spesifik. Ini berarti bahwa

Rhizobium yang efektif untuk satu tanaman leguminosa tertentu belumlah tentu

efektif untuk tanaman leguminosa yang lainnya. Inokulasi dengan menggunakan

Rhizobium sebelum biji ditanam sangat dianjurkan. Hal ini dikarenakan tidak semua

lahan pertanian mengandung bakteri yang tepat untuk simbiosis yang optimum antara

Rhizobium dengan tanaman leguminosa tersebut. Di pasaran galur bakteri yang

terpilih disimpan dalam humus yang lembab. Bahan ini kemudian diperciki air

sebelum menanam biji tanaman (Budiyanto, 2004).

Penambat nitrogen simbiotik agaknya jauh lebih penting daripada penambat

nitrogen yang hidup bebas dalam keseluruhan penambatan nitrogen di seluruh dunia.

Jadi, tanah yang miskin nitrogen dapat diisi kembali dengan ammonia dan nitrat untuk

pertumbuhan tanaman dengan penanaman leguminosa, seperti alfalfa, selama 1 tahun.

Inilah sebabnya mengapa para petani menggilir tanamannya dari tanaman yang

menghabiskan nitrogen (seperti jagung) sampai tanaman yang mengisi kembali

Universitas Sumatera Utara

Page 17: BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk - repository.usu.ac.idrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29305/4/Chapter II.pdf · Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman

nitrogen (seperti kedelai atau alfalfa). Diperkirakan bahwa satu akre alfalfa mungkin

menambat 400 pon nitrogen dalam satu musim (Volk, 1984).

Ada contoh yang sama dari fiksasi nitrogen simbiotik pada tanaman-tanaman

nonlegume, seperti pohon alder. Pohon alder diinfeksi secara simbiosis dengan suatu

actinomycete (Frankia) dan membentuk bintil-bintil akar pengikat nitrogen. Sekitar

50 kg nitrogen dapat difiksasi setiap tahun oleh 1 akre pohon alder; sehingga pohon

ini memiliki nilai tambah untuk ekonomi hutan (Tortora, 2001).

2.6. Bakteri

Bakteri adalah kelompok mikroorganisme yang sangat penting karena pengaruhnya

yang membahayakan maupun menguntungkan. Mereka tersebar luas di lingkungan

sekitar kita. Mereka dijumpai di udara, air dan tanah, dalam usus binatang, pada

lapisan yang lembab pada mulut, hidung atau tenggorokan, pada permukaan tubuh

atau tumbuhan.

Bakteri adalah organisme bersel tunggal terkecil, beberapa di antaranya hanya

memiliki diameter 0,4 µm (mikrometer). Sel berisi massa sitoplasma dan beberapa

bahan inti. Sel dibungkus oleh dinding sel dan pada beberapa jenis bakteri, dinding sel

ini dikelilingi oleh kapsula atau lapisan lendir. Kapsula terdiri atas campuran

polisakarida dan polipeptida (Gaman, 1981).

2.6.1. Rhizobium dan Perbintilan Akar

Rhizobium adalah bakteri Gram negatif, bersifat aerob, tidak membentuk spora,

berbentuk batang dengan ukuran sekitar 0,5–0,9 µm x 1,2–3 µm. Bakteri ini termasuk

dalam family Rhizobiacecae. Bakteri ini banyak terdapat di dalam daerah perakaran

(rhizosfer) tanaman legume dan membentuk hubungan simbiotik dengan inang

khusus. Hubungan antara Rhizobium dengan tanaman inangnya dapat dibedakan

menjadi beberapa kelompok inokulasi. Dalam hubungan simbiotik tersebut Rhizobium

terbentuk struktur khusus pada tanaman yang disebut bintil akar (Yuwono, 2006).

Universitas Sumatera Utara

Page 18: BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk - repository.usu.ac.idrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29305/4/Chapter II.pdf · Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman

Rhizobium merupakan kelompok bakteri berkemampuan sebagai penyedia

hara bagi tanaman. Bila bersimbiosis dengan tanaman legum, kelompok bakteri ini

menginfeksi akar tanaman dan membentuk bintil akar. Bintil akar berfungsi

mengambil nitrogen di atmosfer dan menyalurkannya sebagai unsur hara yang

diperlukan tanaman. Pigmen merah leghemoglobin yang berperan dalam mengambil

N di atmosfer. Pigmen ini dijumpai dalam bintil akar antara bakteroid dan selubung

membran yang mengelilinginya. Jumlah leghemoglobin di dalam bintil akar memiliki

hubungan langsung dengan jumlah nitrogen yang difiksasi. Korelasinya positif,

semakin banyak jumlah pigmen, semakin besar nitrogen yang diikat. Rhizobium

mampu menghasilkan hormon pertumbuhan berupa IAA dan giberellin yang dapat

memacu pertumbuhan rambut akar, percabangan akar yang memperluas jangkauan

akar. Akhirnya, tanaman berpeluang besar menyerap hara lebih banyak yang dapat

meningkatkan produktivitas tanaman.

(http://sebarus.multiply.com/journal/item/4/RHIZOBIUM_BINTIL_AKAR).

Legum berbintil menyumbang cukup banyak dalam hal jumlah nitrogen

terfiksasi ke dalam biosfer. Misalnya, semanggi (Trifolium sp.) memfiksasi sekitar 130

kg/ha dan cowpea (Vigna sp.) sekitar 62–128 kg/ha. Tumbuhan legume

diklasifikasikan menjadi 3 subfamili besar dari famili Leguminoseae-Ceasalpinoideae,

Mimosoideae dan Papilionoideae. Terdapat sekitar 700 genus dan 14.000 spesies

tumbuhan legume dan di antaranya 500 genus dan sekitar 10.000 spesies termasuk

subfamili Papilionoideae. Tidak semua legume memiliki bintil dalam sistem

perakarannya dan diketahui pula bahwa beberapa bentuk pohon tidak memiliki bintil

akar sama sekali. Hampir 10-12% Legumminoseae telah diperiksa hingga saat ini

mengenai bintil akarnya; dari jumlah itu diketahui bahwa 10% dari Mimosoideae,

65% dari Ceasalpinoideae dan 6% dari Papilionoideae tidak memiliki bintil akar (Rao,

1994).

2.6.2. Klasifikasi Rhizobium

Beijerinck merupakan orang pertama yang memisahkan dan mengkultur suatu

mikroorganisme dari bintil legume tahun 1888. Dinamakannya mikroorganisme

tersebut Bacillus radicicola yang saat ini di dalam Manual Bergey mengenai

Universitas Sumatera Utara

Page 19: BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk - repository.usu.ac.idrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29305/4/Chapter II.pdf · Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman

Bakteriologi Determinatif ditempatkan di bawah genus Rhizobium. Genus Rhizobium

pernah dimasukkan dalam Manual Bergey mengenai Bakteriologi Determinatif ke

dalam bermacam-macam famili seperti Azetobacteriaceae, Mycobacteriaceae,

Myxobacteriaceae dan Pseudomonadaceae.

Spesiasi Rhizobium berdasarkan konsep Linnaeus terbukti sulit sekali dan

karenanya, pengelompokan inokulasi-silang berdasarkan studi klasik oleh Fred,

Baldwin dan McCoy-lah yang umumunya diikuti. Prinsip pengelompokan inokulasi-

silang didasarkan pada kemampuan suatu isolat Rhizobium untuk membentuk bintil

pada genus-genus yang terbatas dari spesies legume yang satu sama lain berkerabat.

Semua Rhizobium yang dapat membentuk bintil dalam perakaran tipe legume tertentu

secara kolektif dimasukkan dalam satu spesies. Berdasarkan pola ini, umumnya

dikenal tujuh spesies (Tabel 2.2).

Tabel 2.2 Kelompok inokulasi silang Rhizobium

Rhizobium sp. Kelompok Inokulasi Silang Tipe Legum R. leguminosarum Kelompok ercis Pisum, Vicia, Lens R. phaseoli Kelompok kacang Phaseolus R. trifolii Kelompok semanggi Trifolium

R. meliloti Kelompok alfalfa Melilotus, Medicago, Trigonella

R. lupine Kelompok lupine Lupinus, Orinthopus R. japonicum Kelompok kedelai Glycine R. sp. Kelompok cowpea Vigna, Arachis

(Rao, 1994)

2.6.3. Teknik Kultivasi dan Perbanyakan Rhizobium/Bradyrhizobium

Rhizobium pada umumnya dipelihara dengan menumbuhkannya dalam medium padat

Yeast Extract Mannitol Agar (YEMA). Untuk menjaga kemampuan fisiologisnya agar

tidak mengalami penurunan, maka Rhizobium harus diremajakan (disub-kultur) secara

berkala. Kultur yang dipelihara inilah yang digunakan sebagai “kultur induk” yang

digunakan sebagai inokulum untuk perbanyakan Rhizobium yang akan diformulasi

sebagai pupuk hayati. Komposisi medium YEMA yang umum digunakan untuk

pemeliharaan Rhizobium adalah sebagai berikut:

Universitas Sumatera Utara

Page 20: BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk - repository.usu.ac.idrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29305/4/Chapter II.pdf · Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman

Tabel 2.3 Komposisi Medium YEMA (Sumber: Rao, 1982)

Komponen Berat/volume K2HPO4 0,5 g MgSO4 0,2 g NaCl 0,1 g

Mannitol *) 10,0 g Yeast extract 1,0 g

Akuades 1000 ml Agar 20 g

*) Mannitol dapat diganti dengan sukrosa atau glukosa

Selain medium dengan komposisi seperti di atas, beberapa peneliti atau

produsen inokulan Rhizobium menggunakan medium dengan komposisi yang

bervariasi.

Perbanyakan Rhizobium dilakukan dengan menumbuhkan bakteri dalam

medium cair dalam skala volume yang disesuaikan dengan kapasitas produksi

inokulan. Perbanyakan dilakukan dengan menggunakan fermentor besar dengan

ragam alat pengaturan, misalnya pH, oksigen terlarut, suhu, dan penggojok. Selain itu,

perbanyakan juga dapat dilakukan dengan menggunakan fermentor yang lebih

sederhana yaitu menggunakan tabung Erlenmeyer meskipun tanpa peralatan

pengaturan khusus.

Kultur cair Rhizobium yang sudah dibuat selanjutnya dicampur dengan bahan

pembawa. Beberapa bahan pembawa yang dapat digunakan untuk formulasi inokulan

rhizobia antara lain gambut, lignite, arang, vermiculite, zeolite dan lain-lain. Di antara

beberapa bahan pembawa itu, gambut adalah bahan pembawa yang paling banyak

digunakan untuk produksi inokulan rhizobia karena berkarakteristik ideal (Yuwono,

2006).

2.7. Kacang Hijau

Kacang hijau mempunyai nama lain mungo, mungbean, green–grain, golden grown.

Kacang hijau tumbuh di daerah tropika dan subtropika pada suhu 30-35oC. Tanaman

ini tergolong tahan terhadap kekeringan dan berhari netral atau berhari pendek dan

Universitas Sumatera Utara

Page 21: BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk - repository.usu.ac.idrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29305/4/Chapter II.pdf · Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman

diduga berasal dari India. Kacang hijau peka terhadap frust, terendam, dan salinitas

tinggi walaupun ada kultivar yang dilaporkan tahan basa dan salin (Mugnisyah, 1995).

2.7.1. Sistematika Tanaman Kacang Hijau

Kingdom : Plantae

Subkingdom : Tracheobionta

Super Divisi : Spermatophyta

Divisi : Magnoliophyta

Kelas : Magnoliopsida

Sub Kelas : Rosidae

Ordo : Fabales

Famili : Fabaceae (suku polong-polongan)

Genus : Phaseolus

Spesies : Phaseolus radiatus L

Gambar 2.4. Kacang Hijau (www.plantamor.com)

2.7.2. Kandungan Gizi Kacang Hijau

Kacang hijau mempunyai nilai gizi yang cukup baik mengandung vitamin B1 cukup

tinggi (150-400 i.u) dan vitamin A (9 i.u). Kacang hijau yang sudah menjadi

kecambah mengandung vitamin E (tokoferol) yang penting sebagai antioksidan.

Kandungan protein kacang hijau mencapai 24% dengan kandungan asam

amino esensial seperti isoleusin, leusin, lisin, metionin, fenilalanin, treonin, triptofan,

dan valin. Mengandung karbohidrat 58%. Pati kacang hijau terdiri dari amilosa

28,8%, dan amilopektin 71,2%. Kacang hijau merupakan sumber mineral penting,

antara lain kalsium dan fosfor. Sedangkan kandungan lemaknya tersusun dari 73%

asam lemak tak jenuh dan 27% asam lemak jenuh (www.indobiogen.or.id).

2.7.3. Manfaat Kacang Hijau

Kacang hijau mengandung protein tinggi, sebanyak 24%. Dalam menu masyarakat

sehari-hari, kacang-kacangan adalah alternatif sumber protein nabati terbaik. Secara

±

Universitas Sumatera Utara

Page 22: BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk - repository.usu.ac.idrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29305/4/Chapter II.pdf · Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman

tradisi, ibu-ibu hamil sering dianjurkan mengkonsumsi kacang hijau agar bayi yang

dilahirkan mempunyai rambut lebat. Pertumbuhan sel-sel tubuh termasuk sel rambut

memerlukan gizi yang baik terutama protein dan karena kacang hijau kaya akan

protein, maka keinginan untuk mempunyai bayi berambut tebal akan terwujud.

Kandungan kalsium dan fosfor pada kacang hijau bermanfaat untuk

memperkuat tulang. Kacang hijau juga mengandung rendah lemak yang sangat baik

bagi mereka yang ingin menghindari konsumsi lemak tinggi. Kadar lemak yang

rendah dalam kacang hijau menyebabkan bahan makanan atau minuman yang terbuat

dari kacang hijau tidak mudah tengik.

Kacang hijau mengandung vitamin B1 yang berguna untuk pertumbuhan.

Awalnya vitamin B1 dikenal sebagai anti beri-beri, selanjutnya dibuktikan bahwa

vitamin B1 juga bermanfaat untuk membantu proses pertumbuhan. Defisiensi vitamin

B1 dapat mengganggu proses pencernaan makanan dan selanjutnya dapat berdampak

buruk bagi pertumbuhan. Dengan meningkatkan asupan bahan makanan yang banyak

mengandung vitamin B1, seperti kacang hijau, hambatan pada pertumbuhan tubuh

dapat diperbaiki. (http://www.poskota.co.id/berita-terkini/2009/11/15/manfaat-kacang-

hijau-untuk-kesehatan).

Universitas Sumatera Utara

Page 23: BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk - repository.usu.ac.idrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29305/4/Chapter II.pdf · Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman

2.8. Pemanfaatan Inokulan Rhizobium di India

Peningkatan produksi dari berbagai tanaman dengan pemberian inokulan Rhizobium

di beberapa daerah di India dengan kondisi agro-klimatik yang berbeda dapat dilihat

pada tabel berikut ini (Dubey, 2006):

Tabel 2.4 Peningkatan Produksi Tanaman di India dengan Pemberian Pupuk Bio

Tanaman Lokasi

Respon tanaman*

(%peningkatan dibandingkan kontrol yang

tidak diinokulasi)

Hasil Panen (%peningkatan dibandingkan kontrol, pH tanah

7,3)**

Tanaman %Peningkatan (q/ha) C

Arhar (Cajanus

cajan)

Hisar, Haryana 5-25

Gandum UI-20,75 RI-24,15 16,4

Pantnagar, U.P. 2-25 S.K. Nagar, Gujarat 9-21

Sehore, M.P. 13-29 Rehari (Maharastra) 3-40

Chickpea (Cicer

aritinium)

Varanasi, U.P. 4-19

Padi UI-25,15 RI-24,15 7,9

Dholi, Bihar 25-40 Delhi 18-28 Hisar 24-43 Dohad, Gujarat 33-67 Sehore 20-41 Maharastra 8-12

Lentil (Lens

culinaris)

Pantnagar, U.P. 4-26 Padi UI-22,57

RI-25,55 13,2 Ludhiana, Punjab Tidak ada respon

Kacang Urd

(Vigna munga)

Pudukkotti, T.N. 4-21

Gandum UI-20,75 RI-21,25 2,4 Dholi, Bihar 11-29

Pantnagar 17-21

*Rewari (1984, 1985); **Subba Rao dan Tilak (1977); UI, Uninoculated control; RI, Inoculated with Rhizobium culture; C, control.

Universitas Sumatera Utara

Page 24: BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk - repository.usu.ac.idrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29305/4/Chapter II.pdf · Unsur hara makro primer dan sekunder dibutuhkan tanaman

2.9. Produk Inokulan Mikroba

Beberapa jenis inokulan mikroba yang telah diproduksi secara komersial beberapa

negara di dunia seperti India, Belgia, Prancis, Australia dapat dilihat pada tabel di

bawah ini (Dubey, 2006):

Tabel 2.5 Produk Inokulan Mikroba di India

No Perusahaan Produk

1 Bacfil Rhizoteeka

2 Microbes India Rhizoteeka

3 Rallis India Rhizoteeka

4 Indian Organic Chemicals Ltd Nodin, Natrin

Tabel 2.6 Produk Inokulan Mikroba di Luar India

No Perusahaan Produk

1 Union Chemique S.A., Belgia Nodosit

2 Phyluxia Allami, Hungaria Rhizonit

3 Laboratorie de Microbiologie, Prancis N-germ

4 Root Nodue Pvt. Ltd, Australia Nitrogerm

5 Agricultural Laboratories, Austria Nodulud

6 Radicin Institute, Jerman Radicin Impfsfoff

7 Abbot Laboratories, U.S.A. dan Institute for

Mycorrhizal Research and Development,

U.S.D.A., Athena

Myco Rhiz

8 Interbec Australia Ltd Mycobedds

Universitas Sumatera Utara