biological nitrogen fixation

15
FISIOLOGI TUMBUHAN KEBUTUHAN NUTRISI BAGI TUMBUHAN “BIOLOGICAL NITROGEN FIXATION (BNF) SEBAGAI BENTUK PEMENUHAN NUTRISI BAGI TUMBUHAN DAN PERKEMBANGANNYA” DOSEN PENGAMPU MATA KULIAH: Prof. Dr. Djukri, M.S. DIBUAT OLEH: Erie Agusta 13708251069 PROGRAM PASCASARJANA PENDIDIKAN SAINS UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA 2013/2014

Upload: erie-agusta

Post on 25-Nov-2015

199 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

“BIOLOGICAL NITROGEN FIXATION (BNF) SEBAGAI BENTUK PEMENUHAN NUTRISI BAGI TUMBUHAN DAN PERKEMBANGANNYA”

TRANSCRIPT

  • FISIOLOGI TUMBUHAN KEBUTUHAN NUTRISI BAGI TUMBUHAN

    BIOLOGICAL NITROGEN FIXATION (BNF) SEBAGAI BENTUK

    PEMENUHAN NUTRISI BAGI TUMBUHAN DAN PERKEMBANGANNYA

    DOSEN PENGAMPU MATA KULIAH:

    Prof. Dr. Djukri, M.S.

    DIBUAT OLEH:

    Erie Agusta 13708251069

    PROGRAM PASCASARJANA PENDIDIKAN SAINS

    UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA

    2013/2014

  • Plant Physiology Biological Ntirogen Fixation 1

    BAB I

    PENDAHULUAN

    1. Latar Belakang Masalah Nitrogen adalah nutrisi terpenting bagi tumbuhan untuk tumbuh dan

    berkembang. Nitrogen adalah komponen utama penyusun klorofil yang

    merupakan organel terpenting pada peristiwa fotosintesis, sama halnya dengan

    asam amino asid, nitrogen juga berperan dalam pembentukan rantai protein

    (Wagner, 2012). Nitrogen juga ditemukan di bagian penting biomolekul seperti

    ATP dan nukleid asid. Walaupun begitu, nitrogen merupakan satu dari banyak

    elemen yang berlebih (yang paling banyak menyusun lapisan atmosfer (N2) di

    bumi), tumbuhan hanya bisa menggunakan turunan dari element ini. Secara umum

    tumbuhan memperoleh Nitrogen dengan 4 cara, cara tersebut diantaranya 1)

    tambahan ammonia dan/atau nitrat dari pupuk, 2) proses dekomposisi bahan

    organik 3) konversi nitrogen atmosfer kedalam bahan campuran seperti petir, dan

    terakhir 4) fiksasi nitrogen (Vance (2001) dalam Wagner, 2012).

    Fiksasi nitrogen merupakan aspek terpenting bagi tanaman untuk

    memperoleh unsur hara (nitrogen) dengan cara melakukan simbiosis dengan

    bakteri. Bersama dengan fotosintesis, fiksasi nitrogen juga merupakan dasar dari

    semua kehidupan di bumi. Pemahaman dan perkembangan penelitian saat ini

    menunjukkan bahwa, tidak ada tanaman yang dapat melakukan perbaikan

    nitrogen secara sendiri (Cheng, 2008). Beberapa tanaman (terutama kacang-

    kacangan/polong) memperbaiki nitrogen melalui simbiosis mikroorganisme

    anaerobik (terutama rhizobia) (Cheng, 2008). Fikasi nitrogen (BNF) ditemukan

    oleh Beijerinck di tahun 1901 (Beijerinck (1901) dalam Wagner, 2012).

    Penemuan ini dilakukan pada jenis prokariotik. Organisme ini menggunakan

    enzim nitrogenase untuk mengkatalis konversi nitrogen atmosfer (N2) ke ammonia

    (NH3). Tumbuhan bisa mengasimilasi NH3 untuk memproduksi biomolekus

    nitrogen tersebut. Prokatiotik ini merupakan organisme perairan, seperti

    cyanobacteria, bakteri tanah yang hidup bebas seperti Azotobacter, bakteri yang

    berasosiasi dengan tumbuhan seperti Azocspirillum, dan yang terpenting, bakteri

    seperti Rhizobium dan Bradyrhizobium, yang merupakan bakteri simbiosis

    dengan legume (tumbuhan polong) dan tumbuhan lainnya (Postgate (1982) dalam

  • Plant Physiology Biological Ntirogen Fixation 2

    Wagner 2012). Seiring perkembangannya, berdasarkan penelitian yang telah

    banyak dilakukan, kontribusi global Biological Nitrogen Fixation (BNF)

    diperkirakan telah mencapai 200 dan 300 juta ton N tetap per tahun, termasuk di

    darat dan laut (Galloway et al, 1995 dalam Kumar dan Rao, 2012:2). Bahkan

    Biological Nitrogen Fixation (BNF) dan teknologi dapat memainkan peran

    penting dalam menggantikan ketersediaan secara komersial penggunaan pupuk N

    dalam budidaya padi, sehingga mengurangi masalah lingkungan dalam mencegah

    penipisan materi organik di dalam tanah dan menjadi nilai potensial tersendiri

    untuk meningkatkan produksi hasil pertanian padi untuk memenuhi kebutuhan

    bahan pangan bagi manusia di masa depan (Jeyabal dan Kuppuswamy 2001 dalam

    Choudhury dan Kennedy, 2002:1). Oleh karena itu, berdasarkan perkembangan

    penemuan ini, maka penulis ingin mengangkat Biological Nitrogen Fixation

    (BNF) sebagai judul permasalahan yang akan di bahas dari topik kebutuhan

    nutrisi.

    2. Rumusan Masalah.

    1. Apa itu Biological Nitrogen Fixation (BNF)?.

    2. Apa penyebab terjadinya variasi penyerapan nitrogen pada tumbuhan?.

    3. Bagaimana perkembangan penggunaan pupuk nitrogen sintetik bagi

    pertanian?. 4. Apakah BNF (Biological Nitrogen Fixation) dan teknologi dapat

    membantu manusia dalam menggantikan ketersediaan komersial

    penggunaan pupuk N dalam pertanian?

    3. Tujuan Penulisan.

    1. Untuk mengetahui apa itu Biological Nitrogen Fixation (BNF).

    2. Untuk mengetahui penyebab terjadinya variasi penyerapan nitrogen pada

    tumbuhan.

    3. Untuk mengetahui bagaimana perkembangan penggunaan pupuk

    nitrogen sintetik bagi pertanian.

    4. Untuk mengetahui apakah BNF (Biological Nitrogen Fixation) dan

    teknologi dapat membantu manusia dalam menggantikan ketesediaan

    komersial penggunaan pupuk N dalam pertanian.

  • Plant Physiology Biological Ntirogen Fixation 3

    BAB II

    PEMBAHASAN

    1. Simbiosis Tumbuhan dan Bakteri

    A. Simbiotic Nitrogen Fixation Banyak mikroorganisme fiksasi nitrogen bersimbiosis dengan

    tumbuhan inang. Tumbuhan menyediakan karbohidrat (glukosa) dari proses

    fotosintesis yang digunakan oleh bakteri fiksasi nitrogen sebagai energi yang

    dibutuhkan dalam proses fiksasi nitrogen. Pada penukaran sumber

    karbondioksida, mikroba menyediakan nitrogen yang sudah di fiksasi kepada

    tumbuhan inang untuk tumbuh dengan bantuan enzim nitrogenase (Wagner,

    2012). Berikut penjelasan gambar 1 mengenai struktur kimia protein

    nitrogenase.

    Gambar 1. Struktur Kimia Protein Nitrogenase (Sumber: Cheng, 2008)

    Satu contoh dari jenis fiksasi nitrogen ini adalah simbiosis bakteri

    Azollas yang bersimbiosis dengan cyanobakterium Anabaena azollae.

    Anabaena berkolonisasi rongga yang terbentuk di dasar daun Azolla. Ada

    cyanobacteria memperbaiki sejumlah besar nitrogen dalam sel khusus yang

    disebut heterosis. (Wagner, 2012). Simbiosis ini telah terjadi sekitar 1000

    tahun yang lalu sejak biofertilizer di lahan basah persawahan di asia tenggara

    (Wagner, 2012). Sawah biasanya ditutupi dengan Azolla "bloom" hingga 600

    Fe-Protein

    MoFe-Protein P-cluster

    [4Fe;4S]

    FeMo-cofactor

  • Plant Physiology Biological Ntirogen Fixation 4

    Kg N ha-1-yr 1 selama musim tanam (Postgate (1982), Fattah (2005) dalam

    Wagner (2012)).

    Contoh lainnya adalah simbiosis antara pohon dan semak actinorhizal,

    seperti Alder (Ainus sp), dengan actinomycetes Frankia. Tumbuhan ini adalah

    tumbuhan khas Amerika Utara dan cenderung tmbuh subur di lingkungan

    yang kadar nitrogennya rendah. Di banyak wilayah mereka biasanya

    merupakan tanaman non-legume nitrogen fixer dan sering menjadi komunitas

    tumbuhan perintis yang sukses. Tumbuhan Actinorphizal banyak ditemukan di

    ekosistem pegunungan, kering, chapparal, hutan, daerah air panas, rimparian,

    bukit pesisir dan lingkungan tundra artik (Benson & Silvester (1993) dalam

    Wagner, 2012).

    Walaupun simbiosis diatas menggambarkan peran yang penting

    dalam dunia fiksasi nitrogen ekologi, sejauh ini asosiasi simbiotik fikasi

    nitrogen yang paling penting adalah hubungan antara tumbuhan

    polong/legume dengan bakteria Rhizobium dan Bradyrhizobium. Tumbuhan

    polong yang banyak digunakan dalam sistem pertaninan meliputi alfalfa,

    kacang-kacangan, semanggi, cowpeas, lupin, kacang tanah, kedelai, dan

    vetches. Dari tumbuhan polong dalam produksi pertanian, kedelai tumbuh

    50% dari area tumbuh tumbuhan polong, dan mewakili 68% total produksi

    global tanaman polong (Vance (2001) dalam Wagner, 2012).

    B. Legume Nodule Formation Bakteri Rhizobium atau Bradyrhizobium merupakan koloni utama di

    sistem akar tumbuhan inang dan menyebabkan nodul dari akar tanaman inang

    menjadi rumah bagi bakteri ini seperti yang terlihat pada gambar 2.

    Gambar 2. Extensive Nodulation of a Peanut Root after Inoculation with Bradyrhizobium Strain 32H1

    (Sumber: Wagner, 2012)

  • Plant Physiology Biological Ntirogen Fixation 5

    Bakteri mulai memfikasasi nitrogen yang diperlukan oleh tumbuhan. Akses

    fikasisi nitrogen memeberikan tanaman untuk menghasilkan daun yang

    diperkaya dengan nitrogen dan dapat didaur ulang di seluruh tumbuh

    tumbuhan. Proses ini meningkatkan kapasitas fotisntesis, yang menghasilkan

    benih yang kaya akan nitrogen. Konsekuensi dari tumbuhan polong tidak

    membuat nodul berdiam diri ketika tumbuhan polong tumbuh dengan kadar

    nitrogen tanah yang rendah. Hasil dari proses ini menghasilkan tumbuhan

    dengan tipe klorosis, tumbuhan dengan kadar nitrogen rendah, dan

    menghasilkan biji yang sedikit seperti yang terlihat pada gambar 3 dan 4.

    Gambar 3. Mutant Non-Nodulated Soybeans (foreground) With normal, Nodulated Soybeans (background)

    (Sumber: Wagner, 2012)

    Gambar 4. Comparison of Peanut Plants with and without Bradyrhizobia. Plants are (left to right), uninoculated with Bradyrhizobium, inoculated with

    Bradyrhibium, non-nodulating mutant peanut inoculated with Bradyrhizobium, and non-nodulating mutant peanut uninoculated with

    Bradyrhizobium (Sumber: Wagner, 2012)

  • Plant Physiology Biological Ntirogen Fixation 6

    Proses nodulasi menggambarkan interaksi diatur antara bakteri dan

    tanaman inang (Napoli & Hubbell (1975), Kamst et al. van Rhyn &

    Vanderleyden (1995), Cheng & Walker (1998) dalam Wagner, 2012). Proses

    dimulai ketika bakteri rhizobia tertarik pada pembebasan flavonoid oleh akar

    dari tumbuhan polong. Untuk kacang-kacangan seperti alfalfa, semanggi, dan

    kedelai (tumbuhan lainnya seperti lupines dan tumbuhan polong yang

    membentuk nodul dengan cara clain) bakteri kemudian mulai melekatkan diri

    pada perluasan dari sel-sel akar rambut akar yang disebut rambut akar. Proses

    perlekatan bakteri pada sel-sel di rambut akar sebenarnya adalah proses dua

    langkah di mana bakteri pertama melampirkan menggunakan Ca2+ binding

    protein yang disebut rhicadhesin. Setelah bakteri terakumulasi dan

    menguatkan diri ke permukaan akar rambut, keterikatan akan lebih kuat

    dengan melibatkan lektin dan / atau jaringan firbril selulosa dan fimbriae yang

    dihasilkan oleh tumbuhan inang dan bakteri, masing-masing (Wagner, 2012).

    Tumbuhan polong inang kemudian merasakan bahan kimia yang

    diproduksi oleh bakteri rhizobia yang disebut sebagai faktor Nod yang

    menyebabkan rambut akar menggulung dan membentuk apa yang disebut

    shepherds crook. Kemudian bakteri rhizobia berpenetrasi ke dalam rambut

    akar dan biasanya membentuk struktur tubular yang disebut benang infeksi

    (Wagner, 2012). Setelah bakteri mampu memasuki akar itu sendiri, meraka

    akan merangsang pembelahan sel cortical untuk membentuk nodul (Wagner,

    2012). Saat nodul mulai terbentuk, bakteri akan dikelilingi oleh membran

    yang diturunkan dari tumbuhan dan dilepaskan dalam sel tumbuhan yang

    membentuk nodul. Bakteri selanjutnya kehilangan dinding sel mereka dan

    mengalami perubahan mendasar dalam morfologi sel membentuk ukuran yang

    lebih besar, sel-sel bercabang yang berbentuk tidak teratur dan proses ini

    disebut bakteroid. Mereka kemudian menjadi tergantung pada tanaman inang

    untuk memperoleh energi yang mereka butuhkan. Dan sebagai imbalannya,

    bakteri memfiksasi nitrogen untuk tumbuhan (Wagner, 2012).

    Interaksi antara bakteri dan tumbuhan polong inang begitu rumit, hal

    ini dilihat bahwa partikel Rhizobium atau Bradryzobium hanya akan

    menodulasi berdasarkan genus tanaman yang terpilih saja. Sebagai contoh,

  • Plant Physiology Biological Ntirogen Fixation 7

    Rhizobium melilotti hanya akan menodulasi tumbuhan jenis alfalfa, sedangkan

    Rhizobium leguminosarum biovar trifolii hanya akan menodlasi tumbuhan

    genus Trifolium (Wagner, 2012). Penerimaan yang spesifik ini menunjukan

    interaksi sinyal kelompok sel (faktor Nod) antara kelompok sel bakteri dan

    tumbuhan polong inang. Faktor Nod tersebut telah diidentifikasi sebagai

    oligosakarida lipoprotein (Wagner, 2012). Variasi struktur oligasakarida ini

    ditentukan spesialisasi penerimaan dari bakteri (Wagner, 2012). Berikut ini,

    tabel 1 mengenai kelompok bakteri dan jenis tumbuhan yang dapat di

    nodulisasi.

    Tabel 2. Tabel Jenis Tumbuhan dan Bakteri Fiksasi Nitrogen

    Jenis Tumbuhan Bakteri Alfalfa Sinorhizobium melilotii

    Kacang Rhizobium legumninosarum biovar phaseoli and Rhizobium tropici Semanggi Rhizobium leguminosarum biovar trifolii

    Teratai Mesorhizobium loti Kacang polong Rhizobium leguminosarum biovar viceae

    Kedelai Bradyrhizobium japonicum, Bradyrhizobium elkanii, Rhizobium fredii Sesbania Azorhizobium caulinodans

    Sumber: Wagner, 2012

    C. Variasi Kemampuan Tumbuhan dalam Mengikat Nitrogen

    Berdasarkan kajian fiksasi nitrogen simbiotik pada kedelai varietas

    orba dan lokon, dapat disimpulkan bahwa varietas kedelai memiliki

    kemampuan mengikat N2 udara yang berbeda (Sisworo, Rasjid & Elsje, 1985).

    Varietas Orba mengikat N2 udara lebih banyak dari Lokon. Varietas kedelai

    dengan daya hasil yang lebih tinggi memerlukan zat hara nitrogen yang lebih

    banyak. Orba membutuhkan nitrogen dua kali lebih banyak dari Lokon.

    Bagian terbesar dari kebutuhan N tanaman disediakan oleh tanah (kira-kira 56

    persen). Fiksasi N, simbiotik menyediakan kira-kira 39 persen dari seluruh

    kebutuhan N tanaman kedelai.

    Kajian fiksasi nitrogen simbiotik pada kedelai varietas orba dan lokon

    (Sisworo, Rasjid & Elsje, 1985) ini juga di dapat juga sebuah teori bahwa

    takaran pemupukan N yang dibutuhkan dalam budidaya kedelai lebih rendah

    (dibandingkan dari takaran pemupukan) yang dibutuhkan untuk tanaman

    sereal. Akan tetapi zat hara nitrogen yang diserap untuk perkembangan dan

  • Plant Physiology Biological Ntirogen Fixation 8

    pertumbuhan kedelai jauh lebih banyak dari tanaman sereal. Hal ini dapat

    terjadi karena kedelai mampu mengikat N2 dari udara secara simbiotik. Ini

    disebabkan kedelai menimbun protein dalam biji yang jauh lebih banyak dari

    tanaman sereal, sehingga selama pertumbuhannya kedelai memerlukan zat

    hara N yang lebih banyak. Menurut Nelson dan Weaver (1980) dalam

    Sisworo, Rasjid & Elsje (1985), varietas kedelai yang sekarang banyak

    ditanam mampu menghasilkan biji sebanyak 3500 kg per hektar dan zat hara

    nitrogen yang dibutuhkan lebih dari 300 kg N/ha.

    Selain itu, berdasarkan kajian fiksasi nitrogen yang dilakukan oleh

    kelompok alga Anabaena, di dapat sebuah kesimpulan bahwa dari empat

    spesises Anbaena yang menunjukan proses dalam kapasitas fiksasi nitrogen,

    hanya dari spesies Nostoc yang mampu membuktikan proses asimilasi

    nitrogen dalam bentuk unsur (De, 1939 dalam Fogg, 1941). Sedangkan Alga

    biru-hijau lainya sulit untuk mendapatan asimilasi nitrogen bebas (Fogg,

    1941). Ini menjadi sebuah gambaran variasi fiksasi nitrogen sangat mungkin

    terjadi dalam tingkat spesies walau dalam satu genus Alga.

    Pada tumbuhan tingkat tinggi, variasi ini bisa terjadi terjadi karena

    interaksi antara bakteri dan tumbuhan polong inang begitu rumit dan bahkan

    bakteri pengikat nitrogen hanya akan menodulasi berdasarkan genus tanaman

    yang terpilih saja (Wagner, 2012). Perbendaan spesifik ini terjadi karena

    interaksi sinyal kelompok sel (faktor Nod) antara kelompok sel bakteri dan

    tumbuhan polong inang. Faktor Nod tersebut telah diidentifikasi sebagai

    oligosakarida lipoprotein (Wagner, 2012). Variasi struktur oligasakarida ini

    ditentukan spesialisasi penerimaan dari bakteri (Wagner, 2012). Berikut

    penjelasan lebih lanjut pada table 2 mengenai variasi penyerapan nitrogen oleh

    beberapa tanaman.

    Tabel 3. Variasi Penyerapan Nitrogen oleh Beberapa Tanaman. Plant Scientific Name Nitrogen Fixed (Kg N/ha/yr)

    Horse Bean Vicia faba 45552 Pigeon pea Cajanus cajan 168280 Cowpea Vigna unguiculata 73354 Mung bean Vigna mungo 63342 Soybean Glycine max 60168 Chickpea Cicer arietinum 103 Lentil Lens esculenta 88114 Peanut Arachis hypogaea 72124

  • Plant Physiology Biological Ntirogen Fixation 9

    Pea Pisum sativum 5577 Bean Phaseolus vulgaris 4070 Leucaena Leucaena leucocephala 74584 Alfalfa Medicago sativa 229290 Clover Trifolium spp. 128207

    Sumber: Silva and Uchida, 2000 2. Perkembangan Penggunaan Nitrogen Sintetik (Pupuk Urea) dan Peran

    (Biological Nitrogen Fixation) BNF Sebagai Solusi

    Reduksi nitrogen di atmosfer adalam sebuah proses kompleks yang

    memerlukan proses masukan energi yang banyak (Postgate (1982) dalam Wagner,

    2012). Molekul nitrogen adalah komposisi dua nitrogen yang dihubungkan

    dengan ikatan rangkap tiga kovalen, ini membuat molekul sangat stabil dan tidak

    reaktif. Nitrogenase mengkatalis pemecahan ikatan ini serta melakukan

    penambahan tiga atom hidrogen untuk setiap atom nitrogen.

    Mikroorganisme memperbaiki nitrogen membutuhkan 16 mol adenosin

    trifosfat (ATP) untuk mengurangi setiap mol nitrogen (Hubbell & Kidder (2009)

    dalam Wagner, 2012). Organisme ini membutuhkan energi dari oksidasi molekul

    organik. Mikroorganisme non-fotosintesis harus memerlukan molekul dari

    organisme lain, sedangkan mikroorganisme fotosintesis seperti cyanobacteria

    menggunakan gula produksi dari fotosintesis. Mikroorganisme asosiatif dan

    simbiosis penambat nitrogen memperoleh senyawa ini dari tumbuhan inang

    rhizospheres (National Research Council 1994, Hubbell & Kidder (2009) dalam

    Wagner, 2012).

    Industri menggunakan proses Haber-Bosch untuk mengurangi nitrogen

    esensial dengan cara yang sama. Pertanian konvensional telah bergantung pada

    proses ini untuk menghasilkan pupuk komersial yang dibutuhkan untuk tumbuh

    sebagian besar tanaman hibrida di dunia. Tetapi pendekatan ini dilengkapi dengan

    banyak konsekuensi, termasuk menggunakan bahan bakar fosil untuk energi yang

    dibutuhkan untuk memproduksi pupuk ini, emisi karbon dioksida yang dihasilkan

    dan polusi dari pembakaran bahan bakar ini, dapat berdampak buruk pada

    kesehatan manusia (Vitousek (1997) dalam Wagner, 2012).

    Terlalu sering menggunakan pupuk kimia telah menyebabkan ketidak

    seimbangan dalam siklus nitrogen dan akibatnya permukaan air serta pencemaran

    air tanah. Pernyataan ini juga disampaikan oleh tim peneliti University of Illinois

  • Plant Physiology Biological Ntirogen Fixation 10

    yang dipimpin oleh profesor Richard Mulvaney, Saeed Khan, dan Tim Ellsworth

    dalam Philpott (2010), mereka menyatakan bahwa pupuk nitrogen dapat

    merangsang mikroba tanah untuk mengkonskumsi bahan organik, akan tetapi

    seiring waktu, dampak ini akan meningkatan nafsu makan mikroba melebihi

    manfaat dari kemampuan tanaman. Menurut mereka, ini akan menciptakan

    semacam efek treadmill. Sebagai bahan organik yang menghilang, kemampuan

    tanah untuk menyimpan nitrogen organik menalami penurunan. Sejumlah besar

    nitrogen kemudian larut pergi, mencemari air tanah dalam bentuk nitrat, dan

    memasuki atmosfer sebagai nitrous oksida (N2O), gas rumah kaca dengan sekitar

    300 kali kekuatan panas-perangkap karbon dioksida. Peningkatan beban pupuk

    nitrogen ini telah berdampak ke air tawar, serta ekosistem laut bahkan telah

    menyebabkan eutrofikasi (suatu proses dimana menjamurnya mikroorganisme,

    terutama ganggang). Ini merupakan "penghijauan" di atas permukaan air dan telah

    menyebabkan penurunan kadar oksigen terlarut (DO) di perairan bawah seperti

    alga planktonik dan mikroba bahan bakar. Ini tingkat kekurangan DO yang

    mengakibatkan kematian besar organisme air dan menciptakan apa yang disebut

    zona mati, daerah di mana kehidupan air sedikit atau tidak dapat ditemukan, hal

    ini dapat dilihat pada gambar Gambar 5.

    Gambar 5. True-color image of Mississippi River sediment deposition into the Gulf of Mexico. Courtesy of NASA

    (Sumber: Wagner, 2012).

    Sejak tahun 1960-an, zona mati telah meningkat secara eksponensial di

    seluruh dunia, dan kini telah didokumentasikan dari lebih dari 400 sistem,

    yang mempengaruhi lebih dari 245.000 kilometer persegi wilayah pesisir

    (Diaz & Rosenberg (2008) dalam Wagner, 2012), hal ini dapat dilihat pada

  • Plant Physiology Biological Ntirogen Fixation 11

    Gambar 6. Fenomena ini sekarang dianggap sebagai stressor pada ekosistem

    laut.

    Gambar 6. Aquatic Dead Zones Across The World. Courtesy of NASA (Sumber: Wagner, 2012)

    Berdasarkan fakta yang telah diuraikan, lantas bagaimana peran

    Biological Nitrogen Fixation (BNF) sebagai solusi dari permasalahan tersebut.

    BNF sendiri merupakan sistem yang berbeda sehingga memiliki cara yang

    berbeda pula dalam memberikan suplemen N. Beberapa penelitian yang telah

    dilakukan di seluruh dunia dalam mengevaluasi potensi sistem BNF untuk

    tanaman padi menunjukkan bahwa biota air Cyanobacteria dan Azolla dapat

    melengkapi persyaratan kebutuhan N bagi tanaman, dan mampu

    menggantikan 30-50 % dari yang dibutuhkan pupuk urea (Choudhury dan

    Kennedy, 2002:1). Berdasarkan data penelitian yang ada, BNF (Bilogical

    Nitrogen Fixation) yang dilakukan oleh beberapa bakteri diazotrophic seperti

    Azotobacter, Clostridium, Azospirillum, Herbaspirillum dan Burkholderia

    dapat menggantikan penggunaan pupuk urea yang biasa digunakan oleh

    petani, sedangkan bakteri Rhizobium dapat meningkatkan pertumbuhan

    fisiologi atau meningkatkan morfologi akar beras tanaman (Choudhury dan

    Kennedy, 2002:1). Berikut penjelasan lebih lanjut pada tabel 4 mengenai

    peningkatan hasil gabah padi dengan jenis bakteri pemfiksasi yang berbeda.

  • Plant Physiology Biological Ntirogen Fixation 12

    Tabel 4. Peningkatan Hasil Gabah Padi Dengan Jenis Bakteri Pemfiksasi yang Berbeda

    N2-fixing

    system Experiment type Increase in rice grain yield Estimated

    amount of fixed N2

    Refference Amount %

    Azolla-Anabaena symbiosis

    Field 1.5 t ha-1 50 48.2 kg ha-1 Milan (2002)

    Cyanobacteria Field 1.4 ha-1 29 24.2 kg ha-1 Hashem (2001) Bacterial inoculant biofertilizer

    Azotobacter sp. Field 0.4-09 t ha-1 7-20 11-52 kg ha-1 Yanni and El-Fattah (1999) Azospirillum lipoferum Greenhouse 6.7 g plant

    -1 81 58.9% Ndfa Mirza et al. (2000) Herbaspirillum spp. Greenhouse 3.7-7.5 g plant

    -1 45-90 38.1-58.2% Ndfa

    Bukholderia vietnamiensis Field 0.5-0.8 t ha

    -1 13-22 Data not available Tran Van et al. (2000)

    Rhizobium leguminosarum Greenhouse 0.6-7.9 g pot

    -1 2-22 23-31 mg pot-

    1 Biswas et al.

    (2000a) Sumber: Choudhury dan Kennedy, 2002:3

    Dengan meilihat potensi ini, maka dapat dirasakan bahwa teknologi dan

    proses BNF dapat saling bersinergi untuk membantu manusia dalam

    meningkatkan produksi pertanian.

  • Plant Physiology Biological Ntirogen Fixation 13

    BAB III

    PENUTUP

    Adapun simpulan yang dapat saya sampaikan adalah sebagai berikut:

    1. Fiksasi nitrogen merupakan faktor penting bagi tumbuhan (terutama kacang-

    kacangan) untuk memenuhi asupan nutrisi/unsur hara.

    2. Variasi penyerapan fiksasi nitrogen terjadi karena interaksi sinyal kelompok

    sel (faktor Nod) antara kelompok sel bakteri dan tumbuhan polong inang,

    variasi faktor Nod ini dipengarui oleh spesialisasi penerimaan dari bakteri.

    3. Penggunaa pupuk nitrogen sintetik oleh para petani telah menyebabkan

    eutrofikasi (suatu proses dimana menjamurnya mikroorganisme, terutama

    ganggang) di perarira dan berdampak pada penurunan kadar oksigen terlarut

    (DO) di perairan bawah seperti alga planktonik dan mikroba bahan bakar. 4. BNF dan perkembangan teknologi dapat membantu manusia dalam

    menggantikan ketesediaan komersial penggunaan pupuk N dalam pertanian

    dan mencegah penipisan materi organik di dalam tanah.

  • Plant Physiology Biological Ntirogen Fixation 14

    DAFTAR PUSTAKA Choudhury, A. T. M. A. dan Kennedy, I. R.2004. Prospects and Potentials for

    Systems of Biological Nitrogen Fixation (BNF) in Sustainable Rice Production. Biol Fertil Soils, 39:219227

    Cheng, Qi.2008. Perspectives in Biological Nitrogen Fixation Research. Journal

    of Integrative Plant Biology, 50 (7): 784796 Fogg, G. E. 1941. Studies on nitrogen fixation by Blue-green algae Nitrogen

    fixation by anabaena cylindrica lemm. Diambil 7 Maret 2014, dari http:// www.researchgate.net%2Fpublication_Botany_School_cambridge%2F226594946_Studies_on_nitrogen_fixation_by_blugereen_algae%2Ffile%2Fd912f50c63c0478925.pdf

    Kumar, S.R. Sathish and Rao, K.V.Bhaskara.2012. Biological Nitrogen Fixation :

    A Review. International Journal of Advanced Life Sciences (IJALS), Vol.1. Jan. 2012

    Philpott, Tom. 2010. New research: Synthetic Nitrogen Destroys Soil Carbon, Undermines Soil Health. Diambil 18 Maret 2014, dari http://grist.org/article/2010-02-23-new-research-synthetic-nitrogen-destroys-soil-carbon-undermines/

    Sisworo, Widjang H., Rasjid, Havid., & L, Elsje.1985. Fiksasi Nitrogen Simbiotik pada Kedelai Varietas Orba dan Lokon. Diambil 27 Februari 2014,dari http://digilib.batan.go.id/eprosiding/File%20Prosiding/Pertanian_Peternakan/pertanianpeternakan_1985/data/Widjang_Sisworo_227.pdf.

    Wagner, S. C.. 2012. Biological Nitrogen Fixation. Nature Education

    Knowledge, 3(10):15. Silva, J. A and Uchida, R.2000. Biological Nitrogen Fixation Natures

    Partnership for Sustainable Agricultural Production. Diambil 18 Maret 2014, dari http://www.ctahr.hawaii.edu/oc/freepubs/pdf/pnm13.pdf.

    REVIEW ARTICLE