BAB I

Pendahuluan

1.1 Latar belakang

Tumbuhan tingkat tinggi merupakan organisme autotrof dapat mensintesa

komponen molekular organik yang dibutuhkannya, selain juga membutuhkan hara dalam

bentuk anorganik dari lingkungan sekitarnya. Hara mineral diabsorpsi dari tanah oleh akar

dan akan bergabung dengan senyawa organik yang esensial untuk pertumbuhan dan

perkembangan. Penggabungan hara mineral dengan senyawa organik membentuk pigmen,

kofaktor enzim, lipid, asam nukleat dan asam amino. Proses inilah yang disebut dengan

asimilasi hara mineral.

Asimilasi nitrogen dan sulfur membutuhkan serangkaian reaksi biokimia yang

komplek yang membutuhkan energi. Asimilasi kation melibatkan pembentukkan komplek

dengan senyawa organik. Pada makalah ini diulas mengenai reaksi primer untuk asimilasi

dua unsur hara utama nitrogen dan sulfur.

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.

Belerang atau sulfur adalah unsur kimia Bentuknya adalah non-metal yang tak

berasa, tak berbau danmultivalent. Belerang, dalam bentuk aslinya, adalah sebuah zat

padat kristalin kuning. Di alam, belerang dapat ditemukan sebagai unsur murni atau

sebagai mineral- mineralsulfide dan sulfate. Ia adalah unsur penting untuk kehidupan dan

ditemukan dalam dua asam amino. Penggunaan komersilnya terutama

dalam fertilizer namun juga dalam bubuk mesiu, korek api, insektisida dan fungisida.

1.2 Rumusan masalah

a. Apa itu metabolisme nitrogen ?

b. Apa yang dimaksud dengan siklus nitrogen ?

c. Bagaimana proses yang terjadi pada siklus nitrogen ?

d. Apa yang dimaksud dengan asimilasi sulfat ?

e. Apa peranan dari nitrogen dan sulfur pada tumbuhan?

1

1.3 Tujuan

a. Mahasiswa dapat mengetahui pengertian metabolisme nitrogen

b. Mahasiswa dapat menjelaskan siklus nitrogen

c. Mahasiswa dapat menjelaskan proses-proses yang terjadi pada siklus nitrogen

d. Mahasiswa dapat menjelaskan pengertian asimilasi sulfat

e. Mahasiswa dapat mengetahui peranan nitrogen dan sulfur pada tumbuhan

2

BAB II

Pembahasan

2.1 Metabolisme Nitrogen (N2)

Berbagai bentuk nitrogen dijumpai di lingkungan kita. Perubahan berkesinambungan

berbagai bentuk nitrogen oleh proses fisika dan biologi merupakan daur nitrogen .Gas

nitrogen banyak terdapat di atmosfer, yaitu sekitar 78% dari udara. Nitrogen merupakan

unsur makro yang penting, tetapi unsur ini terdapat dalam jumlah yang sedikit didalam

tanah sedangkan yang diangkat tanaman cukup banyak. Sumber nitrogen untuk tanaman

adalah N2 atmosfer. Dalam bentuk N2 nitrogen tidak dapat langsung dimanfaatkan tanaman

dan terlebih dahulu dirubah menjadi nitrat atau amonium melalui proses tertentu sehingga

tersedia bagi tanaman.

Nitrogen bebas dapat ditambat/difiksasi terutama oleh tumbuhan yang berbintil akar

(misalnya jenis polongan) dan beberapa jenis ganggang. Nitrogen bebas juga dapat

bereaksi dengan hidrogen atau oksigen dengan bantuan kilat/ petir. Sebagian besar

nitrogen yang terdapat di dalam organisme hidup berasal dari penambatan (reduksi) oleh

mikro organisme prokariot. Sebagian diantaranya terdapat di akar tumbuhan tertentu atau

dari pupuk hasil penambatan secara industry. Sejumlah kecil nitrogen pindah dari atmosfer

ke tanah sebagai NH4+ dan NO3

- bersama air hujan dan diserap oleh akar. NH4+ ini berasala

dari pembakaran industry, aktivitas gunung berapi dan kebakaran hutan sedangkan NO3-

berasal dari oksidasi N2 oleh O2 atau ozon dengan bantuan kilat atau radiasi ultraviolet,

sumber lain NO3- adalah samudera.

Penyerapan NO3- dan NH4

+ oleh tumbuhan memungkinkan tumbuhan untuk

membentuk berbagai senyawa nitrogen terutama protein. Pupuk, tumbuhan mati,

mikroorganisme, serta hewan merupakan sumber penting nitrogen yang dikembalikan ke

tanah tapi sebagaian besar nitrogen tersebut tidak larut dan tidak segera tersedia bagi

tumbuhan.

2.2 Siklus Nitrogen

Siklus nitrogen adalah suatu proses konversi senyawa yang mengandung unsur

nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang lain. Transformasi ini dapat terjadi

secara biologis maupun non-biologis. Siklus nitrogen secara khusus sangat dibutuhkan

3

dalam ekologi karena ketersediaan nitrogen dapat mempengaruhi tingkat Metabolisme

Nitrogen 4 proses ekosistem kunci, termasuk produksi primer dan dekomposisi. Aktivitas

manusia seperti pembakaran bahan bakar fosil, penggunaan pupuk nitrogen buatan, dan

pelepasan nitrogen dalam air limbah telah secara dramatis mengubah siklus nitrogen

global. Sebagian besar nitrogen yang terdapat di dalam organisme hidup berasal dari

penambatan (reduksi) oleh mikro organisme prokariot. Sebagian diantaranya terdapat di

akar tumbuhan tertentu atau dari pupuk hasil penambatan secara industry. Sejumlah kecil

nitrogen pindah dari atmosfer ke tanah sebagai NH4+ dan NO3

- bersama air hujan dan

diserap oleh akar. NH4+ ini berasala dari pembakaran industry, aktivitas gunung berapi dan

kebakaran hutan sedangkan NO3- berasal dari oksidasi N2 oleh O2 atau ozon dengan

bantuan kilat atau radiasi ultraviolet, sumber lain NO3- adalah samudera. Penyerapan NO3

-

dan NH4+ oleh tumbuhan memungkinkan tumbuhan untuk membentuk berbagai senyawa

nitrogen terutama protein. Pupuk, tumbuhan mati, mikroorganisme, serta hewan

merupakan sumber penting nitrogen yang dikembalikan ke tanah tapi sebagaian besar

nitrogen tersebut tidak larut dan tidak segera tersedia bagi tumbuhan.

Pengubahan nitrogen organic menjadi NH4+ oleh bakteri dan fungi tanah disebut

Amonifikasi yang dapat berlangsung oleh berbagai macam mikroorganisme pada suhu

dingin dan pada berbagai nilai pH. Selanjutnya pada tanah yang hangat dan lembab dan ph

sekitar netral NH4+ akan dioksidasi menjadi nitrit (NO2) dan NO3

- dalam beberapa hari

setelah pembentukkannya atau penambahannya sebagai pupuk disebut dengan Nitrifikasi

yang berguna dalam menyediakan energi bagi kelangsungan hidup dan perkembangan

mikroba tersebut. Selain itu terdapat pula denitrifikasi yaitu suatu proses pembentukan N2,

NO, N2O dan NO2 dari NO3- oleh bakteri aneorobik yang berlangsung di dalam tanah yang

penetrasi O2- nya terbatas, tergenang, padat dan daerah dekat pemukiman tanah yang

konsentrasi O2 nya rendah karena penggunaannya yang cepat dalam oksidasi bahan

organik. Tumbuhan kehilangan sejumlah kecil nitrogen ke atmosfer sebagai NH3, N2O,

NO2, dan NO terutama jika diberi pupuk nitrogen dengan baik.

Nitrat sangat mudah larut dlm tanah sehingga cepat hilang krn proses pembusukan.

Taraf ketersediaan nitrogen dlm tanah tergantung pada banyaknya bahan organik, populasi

jasad renik, tingkat pembasuhan. Dlm keadaan alami terjadi keseimbangan antara laju

pertumbuhan dan gaya-gaya yg menentukan penyediaan nitrogen dlm tanah. Pemanenan

menyebabkan terkurasnya nitrogen krn pengambilan bahan organik dan erosi. Hal ini

4

menyebabkan pertanian intensif sangat tergantung pada tambahan pupuk nitrogen.

Awalnya nitrogen berasal dari sumber organik, terutama guano (kotoran burung). Saat ini

nitrogen dibuat menurut proses Haber- Bosch: nitrogen + hidrogen amoniak.

2.3 Proses-Proses dalam Siklus Nitrogen

Gambar 2.1 Siklus nitrogen

Nitrogen hadir di lingkungan dalam berbagai bentuk kimia termasuk nitrogen

organik, amonium (NH4+), nitrit (NO2

-), nitrat (NO3-), dan gas nitrogen (N2). Nitrogen

organik dapat berupa organisme hidup, atau humus, dan dalam produk antara dekomposisi

bahan organik atau humus dibangun. Proses siklus nitrogen mengubah nitrogen dari satu

bentuk kimia lain. Banyak proses yang dilakukan oleh mikroba baik untuk menghasilkan

energi atau menumpuk nitrogen dalam bentuk yang dibutuhkan untuk pertumbuhan.

Diagram di atas menunjukkan bagaimana proses-proses cocok bersama untuk membentuk

siklus nitrogen .

1. Fiksasi Nitrogen

Proses reduksi N2 menjadi NH4+ dinamakan penambatan nitrogen. Proses ini

dilakukan oleh mikroorganisme prokariot. Penambat N2 yang penting mencakup bakteri

tanah yan hidup bebas di permukaan tanah atau di dalam air, sianobakteri yang

bersimbiosis dengan fungi pada lumut atau dengan pakis, lumut, dan lumut hati, dan

bakteri mikroba lainnya yang berasosiasi secara simbiotik dengan akar, khususnya

tumbuhan kacangan. Mereka berperan besar pada rantai makanan di hutan, gurun ,

lingkungan air tawar dan laut, bahkan di daerah kutub utara. Aktivitas akar tumbuhan, baik

5

melalui pengeluaran nitrogen dari bintil akar dan bahkan seluruh tumbuhan oleh mikroba.

Sumbangan ini penting dalam pertanian, misalnya campuran kacangan dan rumputan

sering digunakan pada padang penggembalaan. Pada tumbuhan yang tidak mempunyai

akar akan menyerap nitrogen dalam bentuk NO3- karena NH4

+ akan dioksidasi menjdi NO3-

oleh bakteri nitrifikasi.

Fiksasi nitrogen simbiotik dilakukan oleh bakteri Rhizobium yang bersimbiosis

dengan tanaman kacang-kacangan. Infeksi sistem perakaran berkaitan erat dengan

pembentukan “benang infeksi” pada rambut-rambut akar tertentu oleh bakteri tersebut.

Bakteri penambat nitrogen itu masuk ke dalam sel-sel tanaman inang melaui benang

terinfeksi tersebut. Beberapa sel tanaman itu menjadi terinfeksi diikuti dengan pembelahan

sel serta meningkatnya laju pembelahan sel, ini akan menghasilkan pembentukan nodul

(bintil) pada sistem perakaran.

Tahapan pembentukan bintil akar tersebut sebagai berikut, :

1.   Bakteri menginfeksi bulu akar.

2.   Enzim dari bakteri merombak dinding sel sehingga bakteri dapat masuk ke bulu akar

membentuk struktur lir- benang yang di sebut benang infeksi yang terdiri dari

membran plasmalurus dan memenjang dari sel yang terserang.

3.   Bakteri membelah dengan cepat di dalam benang yang menjalar , masuk dan 

menembus sel korteks .

4.   Pada sel korteks sebelah dalam, bakteri dilepas ke sitoplasma dan merangsang sel

(khususnya sel tetraploid) untuk membelah, yang menyebabkan proliferasi jaringan

membentuk bintil akar dewasa.

Gambar 2.2 Perkembangan bintil akar di kedelai

6

Setiap bakteri yang membesar dan tidak bergerak disebut bakteroid. Bakteroid

biasanya berada di sitoplasma secara berkelompok dan masing-masing dikeliingi oleh

membran peribakteroid. Antara membran bakteroid dan kelompok bakteroid terdapat

daerah yang disebut ruang peribakteroid.

Di luar ruang peribakteroid, di sitoplasma terdapat protein yang dinamakan

leghemoglobin, yang menyebabkan bintil kacangan warnanya merah muda. Dan

diperkirakan leghemoglobin mengangkut O2 untuk bakteri. Penambatan Nitrogen di bintil

akar terjadi secara langsung di dalam bakteroid. Tumbuhan inang menyediakan

karbohidrat bagi bakteroid, yang akan dioksidasi sehingga diperoleh energi. Beberapa

elektron dan ATP yang diperoleh selama oksidasi di bakteroid digunakan untuk mereduksi

N2 menjadi NH4+.

Reaksi penambatan nitrogen secara keseluruhan adalah sebagai berikut, :

N2+ 8 e- + 16Mg ATP +16H2O→2NH3 + H2 + 16Mg ATP + 16 Pi + 8H+

Enzim yang diperlukan adalah enzim nitrogenase

Tahapannya adalah sebagai berikut, :

1. Respirasi karbohidrad pada bakteroid menyebabkan reduksi NAD menjadi NADH

atau NADP menjadi NADPH. Oksidasi piruvat selama respirasi menyebabkan reduksi

flavodoksin.

2.   Kemudian  Flavoduksin, NADH atau NADPH mereduksi feredoksin.Nitrogenase

menerima elektron dari flavodoksin tereduksi, feredoksin atau bahan  pereduksi

efektif lainnya saat mengkatalisis penambatan N2.  Netrogenase terdiri dari dua

protein yang berlainan, yaitu protein Fe dan Protein Fe-Mo. Protein Fe mengandung 4

atom besi sementara protein Fe-Mo mempunyai atom molibdenum dan 28 atom besi.

Baik molebdenun ataupun  besi menjadi tereduksi, kemudian dioksidasi saat

nitrogenase menerima elektron dari feredoksin dan mengangkutnya ke N2 untuk

membentuk NH4.  NH4 diangkut keluar dari bakteroid dan digunakan oleh tumbuhan

inang. Di sitosol, yang mengandung  bakteroid (bagian luar membran peribakteroid)

7

NH4 diubah menjadi glutamin, asam glutamat, asparagin, dan ureida (alantoin dan

asam alantoat).

Mikroorganisme yang melakukan fiksasi nitrogen antara lain : Cyanobacteria,

Azotobacteraceae, Rhizobia, Clostridium, dan Frankia. Selain itu ganggang hijau biru juga

dapat memfiksasi nitrogen. Beberapa tanaman yang lebih tinggi, dan beberapa hewan

(rayap), telah membentuk asosiasi (simbiosis) dengan diazotrof. Selain dilakukan oleh

mikroorganisme, fiksasi nitrogen juga terjadi pada proses non-biologis, contohnya

sambaran petir. Lebih jauh, ada empat cara yang dapat mengkonversi unsur nitrogen di

atmosfer menjadi bentuk yang lebih reaktif :

a. Fiksasi biologis: beberapa bakteri simbiotik (paling sering dikaitkan dengan

tanaman polongan) dan beberapa bakteri yang hidup bebas dapat memperbaiki

nitrogen sebagai nitrogen organik. Sebuah contoh dari bakteri pengikat nitrogen

adalah bakteri Rhizobium mutualistik, yang hidup dalam nodul akar kacang-

kacangan. Spesies ini diazotrophs. Sebuah contoh dari hidup bebas bakteri

Azotobacter.

b. Industri fiksasi nitrogen : Di bawah tekanan besar, pada suhu 600 C, dan dengan

penggunaan katalis besi, nitrogen atmosfer dan hidrogen (biasanya berasal dari gas

alam atau minyak bumi) dapat dikombinasikan untuk membentuk amonia (NH3).

Dalam proses Haber-Bosch, N2 adalah diubah bersamaan dengan gas hidrogen (H2)

menjadi amonia (NH3), yang digunakan untuk membuat pupuk dan bahan peledak.

c. Pembakaran bahan bakar fosil : mesin mobil dan pembangkit listrik termal, yang

melepaskan berbagai nitrogen oksida.

d. Proses lain: Selain itu, pembentukan NO dari N2 dan O2 karena foton dan terutama

petir, dapat memfiksasi nitrogen.

Faktor-faktor yang dapat meningkatkan penambatan nitrogen antara lain :

a.    Faktor Lingkungan

Mencakup kelembaban yang cukup, suhu hangat, sinar matahari yang terang,

konsentrasi CO2 yang tinggi.

b.    Faktor Genetik

Mencakup proses pengenalan yang dikendalikan secara genetis antara spesies bakteri

dan spesies atau varietasi tumbuhan kacangan dan kemampuan nitrogenase dari semua

organisme untuk mereduksi H+ dan persaingan dengan N2 serta tahap pertumbuhan

8

Pada dasarnya jumlah terbesar yang ditambah oleh tumbuhan asli tahunan dan

tumbuhan kacangan pada pertumbuhan adalah saat perkembangan reproduksi.

2. Asimilasi

Tanaman mendapatkan nitrogen dari tanah melalui absorbsi akar baik dalam

bentuk ion nitrat atau ion amonium. Sedangkan hewan memperoleh nitrogen dari tanaman

yang mereka makan. Tanaman dapat menyerap ion nitrat atau amonium dari tanah melalui

rambut akarnya. Jika nitrat diserap, pertama-tama direduksi menjadi ion nitrit dan

kemudian ion amonium untuk dimasukkan ke dalam asam amino, asam nukleat, dan

klorofil. Pada tanaman yang memiliki hubungan mutualistik dengan rhizobia, nitrogen

dapat berasimilasi dalam bentuk ion amonium langsung dari nodul. Hewan, jamur, dan

organisme heterotrof lain mendapatkan nitrogen sebagai asam amino, nukleotida dan

molekul organik kecil. Asimilasi merupakan Penyerapan dan penggabungan dengan unsur

lain membentuk zat baru dengan sifat baru. Senyawa Nitrat (NO3- ) diserap oleh tumbuhan

mengalami proses asimilasi menjadi bahan penyusun organ pada tumbuhan.

3. Amonifikasi

Jika tumbuhan atau hewan mati, nitrogen organik diubah menjadi amonium (NH4+)

oleh bakteri dan jamur. Proses reduksi nitrat adalah pengubahan nitrit menjadi NH4. Nitrit

yang ada di sitosol diangkut ke dalam kloroplas di daun atau ke dalam proplastid di akar.

Tahapan reduksi nitrit menjadi ammonium adalah sebagai berikut, :

         Di daun, reduksi NO2 menjadi NH4 memerlukan enam elektron yang diambil dari

H2O pada sistem pengangkutan elektron non siklik, pada kloroplas selama pengangkutan

elektron ini, cahaya mendorong pengangkutan elektron dari H2O ke ferodksin (Fd).

Reaksinya adalah sebagai berikut :

3H2O  +   6Fd   +  cahaya ———— 15 O2  +  6H   +   6Fd      

Kemudian ferodoksin tereduksi memberikan 6 elektron yang digunakan untuk mereduksi

NO2 menjadi NH4,

reaksinya sebagai berikut, :

NO2  +  6Fd (Fe ) + 8H  ——— NH4   +   6Fd (Fe   ) + H2O

Sehingga keseluruhan proses reduksi nitrit menjadi amonia adalah sebagai berikut:

NO2  +  3H2O  +  2H  + cahaya  ——- NH4  + 1,5 O2   +  2H2O

9

4. Nitrifikasi

Konversi amonium menjadi nitrat dilakukan terutama oleh bakteri yang hidup di

dalam tanah dan bakteri nitrifikasi lainnya. Tahap utama nitrifikasi, bakteri

nitrifikasi seperti spesies Nitrosomonas mengoksidasi amonium (NH4+) dan mengubah

amonia menjadi nitrit (NO2-). Spesies bakteri lain, seperti Nitrobacter, bertanggung jawab

untuk oksidasi nitrit menjadi dari nitrat (NO3-). Proses konversi nitrit menjadi nitrat sangat

penting karena nitrit merupakan racun bagi kehidupan tanaman.

Proses nitrifikasi dapat ditulis dengan reaksi berikut ini :

1. NH3 + CO2 + 1.5 O2 + Nitrosomonas → NO2- + H2O + H+

2. NO2- + CO2 + 0.5 O2 + Nitrobacter → NO3

-

3. NH3 + O2 → NO2− + 3H+ + 2e−

4. NO2− + H2O → NO3

− + 2H+ + 2e

note : "Karena kelarutannya yang sangat tinggi, nitrat dapat memasukkan air tanah.

Peningkatan nitrat dalam air tanah merupakan masalah bagi air minum, karena nitrat dapat

mengganggu tingkat oksigen darah pada bayi dan menyebabkan sindrom

methemoglobinemia atau bayi biru. Ketika air tanah mengisi aliran sungai, nitrat yang

memperkaya air tanah dapat berkontribusi untuk eutrofikasi, sebuah proses dimana

populasi alga meledak, terutama populasi alga biru-hijau. Hal ini juga dapat menyebabkan

kematian kehidupan akuatik karena permintaan yang berlebihan untuk oksigen. Meskipun

tidak secara langsung beracun untuk ikan hidup (seperti amonia), nitrat dapat memiliki

efek tidak langsung pada ikan jika berkontribusi untuk eutrofikasi ini." 

5. Denitrifikasi

Denitrifikasi adalah proses reduksi nitrat untuk kembali menjadi gas nitrogen (N2),

untuk menyelesaikan siklus nitrogen. Proses ini dilakukan oleh spesies bakteri seperti

Pseudomonas dan Clostridium dalam kondisi anaerobik. Contohnya Pseudomonas

denitrifikans.Mereka menggunakan nitrat sebagai akseptor elektron di tempat oksigen

selama respirasi. Fakultatif anaerob bakteri ini juga dapat hidup dalam kondisi aerobik.

Denitrifikasi umumnya berlangsung melalui beberapa kombinasi dari bentuk peralihan

sebagai berikut:

NO3− → NO2

− → NO + N2O → N2 (g)

10

Proses denitrifikasi lengkap dapat dinyatakan sebagai reaksi redoks:

2 NO3− + 10 e− + 12 H+ → N2 + 6 H2O

6. Oksidasi Amonia Anaerobik

Dalam proses biologis, nitrit dan amonium dikonversi langsung ke elemen (N2) gas

nitrogen. Proses ini membentuk sebagian besar dari konversi nitrogen unsur di

lautan. Reduksi dalam kondisi anoxic juga dapat terjadi melalui proses yang disebut

oksidasi amonia anaerobik

NH4+ + NO2

− → N2 + 2 H2O

Tumbuhan membutuhkan nitrogen dalam jumlah yang banyak karena merupakan

penyusun utama komponen sel tumbuhan yaitu asam amino. Tumbuhan yang sedang

dalam pertumbuhan hanya mengandung sedikit nitrat atau ammonia. Tanaman

mengabsorpsi nitrogen dalam bentuk nitrat (NO3‾), walaupun ternyata ammonium (NH4+)

dapat juga langsung diabsorpsi tanaman. Efisiensi relatif absorpsi ammonium dan nitrat

dipengaruhi oleh pH (keasaman) tanah atau mungkin sistem pengambilan haranya yang

berbeda.

Reduksi nitrat menjadi nitrat pada proses asimilasi dalam tumbuhan dibantu dengan

adanya enzim nitrat reduktase yang berupa flavoprotein yang diatur oleh komponen

logamnya yakni molibdenum. Nitrogenase merubah gas N2 menjadi ammonia dalam

mikroba pengikat N. reduksi nitrat merupakan suatu proses enzimatik yang memerlukan

energi. Ion hidrogen dan energi diperoleh dari respirasi aerobik. Nitrat direduksi di dalam

akar (pada tanaman apel) dan di bagian pucuk yang terkena sinar (pada tanaman tomat).

Nitrogen ammonium diharapkan lebih cepat terpakai dalam sintesis protein.

Tanaman leguminosa baik herba maupun perdu/pohon mempunyai kemampuan

mengikat N2 udara (bentuk N yang tidak tersedia bagi tanaman) dan mengubahnya menjadi

bentuk N yang tersedia bila bersimbiose dengan bakteri Rhizobium. Jumlah N2 yang

ditambat bervariasi tergantung spesies leguminosa dan lingkungan tempat tumbuhnya.

Contohnya tanaman tomat yang dipakai dalam percobaan ini. Gejala defisiensi nitrogen

antara lain daun berwarna kuning pucat, ruas lebih pendek, pertumbuhan daun semakin

lambat, batang lebih pendek dan kurus, akar lebih panjang, tapi lebih kecil, jika defisiensi

berkelanjutan, ujung daun dan daun yang terbawah menjadi nekrosis.

11

Tanaman memerlukan suplai nitrogen pada semua tingkat pertumbuhan, terutama

pada awal pertumbuhan.  Tumbuhan menyerap unsur N dalam bentuk ion NO3- dan

(NH4+). Peran unsur nitrogen, sebagai unsur utama adalah meningkatkan produksi dan

kualitasnya, untuk pertumbuhan vegetatif (pertumbuhan tunas, daun, batang),

pertumbuhan vegetatif berarti mempengaruhi produktivitas

2.4 Asimilasi Sulfat

Sulfur adalah komponen asam amino yang dibutuhkan untuk sintesis protein.

Beberapa organisme dapat memperoleh sulfur melalui asimilasi reduksi sulfat, sebagian

lagi memperoleh sulfur melalui reduksi senyawa sulfur seperti H.

Sulfur adalah nutrisi utama bagi semua organisme. Tumbuhan memiliki

keanekaragaman hayati yang tinggi, metabolization dan akumulasi sulfur sehingga ada

potensi untuk menggunakan tanaman untuk fitoremediasi situs belerang-diperkaya. Sebuah

survei tanah diperkaya dengan sulfur baik secara alami atau aktivitas manusia

menunjukkan bahwa surplus sulfur sebagian besar disertai dengan surplus unsur kimia

lainnya yang dapat membatasi fitoremediasi karena terjadi co-elemen lebih beracun untuk

tanaman dari belerang. Selain itu, akumulasi unsur-unsur lain, membuat bahan tanaman

(nabati ekstraksi) kurang cocok untuk digunakan sebagai pakan ternak dan untuk konsumsi

manusia. Sulfur (S) asimilasi oleh tumbuhan memainkan peran penting dalam siklus S di

alam, dan metabolisme S berasimilasi menyediakan berbagai senyawa yang bermanfaat

bagi hewan, termasuk manusia. Sangat penting untuk memahami mekanisme yang terlibat

dalam metabolisme S sistemik dalam rangka meningkatkan tanaman agronomi dan

produksi tanaman makanan dan Studi-studi ini dapat dianggap sebagai studi kasus penting

yang memberikan informasi mengenai mekanisme peraturan rumit yang terlibat dalam

metabolisme tanaman.

Tanaman mengandung berbagai macam senyawa sulfur organik yang memainkan

peran penting dalam fisiologi dan perlindungan terhadap stres lingkungan dan hama.

Senyawa sulfur juga sangat penting untuk kualitas makanan dan untuk produksi nabati.

Sulfur merupakan salah satu dari enam unsur hara makro yang diperlukan oleh tanaman

dan ditemukan dalam bentuk asam amino Cys dan Met dalam berbagai metabolit. Sebagai

bagian dari molekul Cys, kelompok belerang, yang disebut tiol, sangat nukleofilik

(elektron-menyumbang), sehingga cocok untuk proses redoks biologis. Saat teroksidasi,

dua molekul Cys dapat membentuk ikatan kovalen yang disebut ikatan disulfida, yang

12

mudah rusak oleh reduksi untuk membentuk dua kelompok tiol. Sulfur tersedia bagi

tanaman terutama dalam bentuk sulfat anionik (SO42-) hadir di tanah. Hal ini aktif diangkut

ke dalam akar dan kemudian didistribusikan ke seluruh bagian tanaman. Sulfat dalam

tanah terutama berasal dari pelapukan batuan. Sulfat yang ada di atmosfer berasal dari

industri. Gas sulfur dioksida (SO2) ini mudah diserap dan diasimilasi oleh daun.

a. Aliran Materi pada Siklus Sulfur

Siklus sulfur merupakan contoh aliran materi tipe sedimenter.

1. Aliran materi pada siklus sulfur dimulai dari pembentukan sulfur pada kerak bumi

dan atmosfer hingga melalui proses makan dan dimakan

2. Tumbuhan menyerap unsur sulfur dalam bentuk Sulfat (SO4)

3. Aliran materi berkaitan erat dengan aliran energi.

4. Aliran materi juga terjadi di dalam sel makhluk hidup.

5. Aktivitas manusia juga dapat mempengaruhi aliran materi

Gambar 2.3 Aliran materi dalam Siklus Sulfur

Sulfur terdapat dalam bentuk sulfat anorganik. Sulfur direduksi oleh bakteri

menjadi sulfida dan kadang-kadang terdapat dalam bentuk sulfur dioksida atau hidrogen

sulfida. Hidrogen sulfida (H2S) ini seringkali mematikan mahluk hidup di perairan dan

pada umumnya dihasilkan dari penguraian bahan organik yang mati. Tumbuhan menyerap

sulfur dalam bentuk sulfat (SO4).

Perpindahan sulfat terjadi melalui proses rantai makanan, lalu semua mahluk hidup

mati dan akan diuraikan komponen organiknya oleh bakteri. Beberapa jenis bakteri terlibat

13

dalam daur sulfur, antara lain Desulfomaculum dan Desulfibrio yang akan mereduksi sulfat

menjadi sulfida dalam bentuk hidrogen sulfida (H2S). Kemudian H2S digunakan bakteri

fotoautotrof anaerob seperti Chromatium dan melepaskan sulfur dan oksigen. Sulfur di

oksidasi menjadi sulfat oleh bakteri kemolitotrof seperti Thiobacillus.

Selain proses tadi, manusia juga berperan dalam siklus sulfur. Hasil pembakaran

pabrik membawa sulfur ke atmosfer. Ketika hujan terjadi, turunlah hujan asam yang

membawa H2SO4 kembali ke tanah. Hal ini dapat menyebabkan perusakan batuan juga

tanaman.

Dalam daur belerang, mikroorganisme yang bertanggung jawab dalam setiap

trasformasi adalah sebagai berikut :

1. H2S → S → SO4 bakteri sulfur tak berwarna, hijau dan ungu.

2. SO4 → H2S (reduksi sulfat anaerobik), bakteri Desulfovibrio.

3. H2S → SO4 (Pengoksidasi sulfide aerobik); bakteri Thiobacilli.

4. S organik → SO4+ , H2S, masing-masing mikroorganisme heterotrofik aerobik dan

anaerobik.

2.5 Peranan Nitrogen dan Sulfur

a. Peranan Nitrogen

Ada beberapa peranan nitrogen terhadap pertumbuhan tanaman diantaranya adalah

memacu pertumbuhan tanaman secara umum terutama pada fase vegetative, berperan

dalam pembentukan klorofil, dan merangsang perkembangbiakan mikroorganisme.

Peranan nitrogen dalam tanaman yaitu mensintesis karbohidrat menjadi protein dan

protoplasma (melalui mekanisme respirasi) yang berperan dalam pembentukan jaringan

vegetatif tanaman. Sedangkan peranan nitrogen dalam tanah yaitu nitrogen diserap

tanaman dalam bentuk nitrat (NO3) dan ammonium (NH4), akan tetapi nitrat akan segera

tereduksi menjadi amonium melalui enzim yang mengandung Mo.

Amonium merupakan sumber nitrogen bagi tumbuhan yang hidup di tanah masam,

terutama tanah humus, nitrat, merupakan sumber nitrogen bagi tumbuhan yang hidup di

tanah netral atau basa selanjutnya organic. Nitrogen udara merupakan sumber nitrogen

bagi tumbuhan yang bersimbiosis dengan organisme penambat nitrogen.

14

b. Peranan Sulfur

Pada umumnya belerang dibutuhkan tanaman dalam pembentukan asam-asam

amino sistin, sistein, dan metionin. Disamping itu S juga merupakan bagian dari biotin,

tiamin, ko-enzim A dan glutationin. Diperkirakan 90% S dalam tanaman ditemukan dalam

bentuk asam amino, yang salah satu fungsi utamanya adalah penyususn protein yaitu

dalam pembentukan ikatan disulfide antara rantai-rantai peptide. Belerang merupakan

bagian (constituent) dari hasil metabolisme senyawa-senyawa kompleks. Belerang juga

berfungsi sebagai activator, kofaktor atau regulator enzim dan berperan dalam proses

fisiologi tanaman. Selain fungsi yang dikemukakan di atas, peranan S dalam pertumbuhan

dan metabolisme tanaman sangat banyak dan penting, diantaranya (1) merupakan bagian

penting dari ferodoksin, suatu complex Fe dan S yang terdapat dalam kloroplas dan terlibat

dalam reaksi oksidoreduksi dengan transfer elektron serta dalam reduksi nitrat dalam

proses fotosintesis, (2) S terdapat dalam senyawa-senyawa yang mudah menguap yang

menyebabkan adanya rasa dan bau pada rumput-rumputan dan bawang-bawangan.

Belerang dikaitkan pula dengan pembentukan klorofil yang erat hubungannya

dengan proses fotosintesis dan ikut serta dalam beberapa reaksi metabolisme seperti

karbohidrat, lemak, dan protein. Belerang juga dapat merangssang pembentukan akar dan

2.6 Defisiensi Unsur Nitrogen dan Belerang

Kekurangan unsur hara Nitrogen (N)

1. Warna daun hijau agak kekuning-kuningan dan pada tanaman padi warna ini mulai

dari ujung daun menjalar ke tulang daun selanjutnya berubah menjadi kuning

lengkap, sehingga seluruh tanaman berwarna pucat kekuning-kuningan. Jaringan

daun mati dan inilah yang menyebabkan daun selanjutnya menjadi kering dan

berwarna merah kecoklatan.

2. Pertumbuhan tanaman lambat dan kerdil

3. Perkembangan buah tidak sempurna atau tidak baik, seringkali masak sebelum

waktunya

4. Dapat menimbulkan daun penuh dengan serat, hal ini dikarenakan menebalnya

membran sel daun sedangkan selnya sendiri berukuran kecil-kecil

5. Dalam keadaan kekurangan yang parah, daun menjadi kering, dimulai dari bagian

bawah terus ke bagian atas.

15

Kekurangan unsur hara Belerang (S)

1. Daun-daun muda mengalami klorosis (berubah menjadi kuning), perubahan warna

umumnya terjadi pada seluruh daun muda, kadang mengkilap keputih-putihan dan

kadang-kadang perubahannya tidak merata tetapi berlangsung pada bagian daun

selengkapnya

2. Perubahan warna daun dapat pula menjadi kuning sama sekali, sehingga tanaman

tampak berdaun kuning dan hijau, seperti misalnya gejala-gejala yang tampak pada

daun tanaman teh di beberapa tempat di Kenya yang terkenal dengan sebutan”Tea

Yellow” atau”Yellow Disease”

3. Tanaman tumbuh terlambat, kerdil, berbatang pendek dan kurus, batang tanaman

berserat, berkayu dan berdiameter kecil

4. Pada tanaman tebu yang menyebabkan rendemen gula rendah

5. Jumlah anakan terbatas.

16

BAB III

Penutup

3.1 Kesimpulan

1. Dalam penggunaan nitrogen pada makhluk hidup diperlukan berbagai proses, yaitu

fiksasi nitrogen, asimilasi, nitrifikasi, denitrifikasi.

2. Perpindahan sulfat terjadi melalui proses rantai makanan, lalu semua mahluk hidup

mati dan akan diuraikan komponen organiknya oleh bakteri. Beberapa jenis bakteri

terlibat dalam daur sulfur, antara lain Desulfomaculum dan Desulfibrio yang akan

mereduksi sulfat menjadi sulfida dalam bentuk hidrogen sulfida (H2S). Kemudian

H2S digunakan bakteri fotoautotrof anaerob seperti Chromatium dan melepaskan

sulfur dan oksigen. Sulfur di oksidasi menjadi sulfat oleh bakteri kemolitotrof

seperti Thiobacillus.

3. Nitrogen merupakan salah satu unsur makro esensial yang dibutuhkan oleh

tanaman. Tanaman menggunakan nitrogen dalam proses pembentukan DNA, RNA,

maupun protein sebagai pembangun jaringan tubuh tumbuhan. Nitrogen dapat

diserap tanaman dalam bentuk nitrat dan ammonium

4. Sulfur berperan dalam penyimpanan dan pembebasan energi karena sulfur

merupakan komponen penting asam-asam amino esensial penyusun protein

tanaman maupun hewan, seperti methionin, sistein, dan sistin, juga dalam

pembentukan polipeptida.

17

DAFTAR PUSTAKA

Asrun, Adji.2012.Metabolisme nitrogen. (Online).(http://www.slideshare.net/ajhieasrun/metabolisme-nitrogen-1, diakses 29 Oktober 2013 ).

Azizah.2011.PENGARUH TIGA INOKULAN BAKTERI RhizobIum TERHADAP PEMBENTUKAN BINTIL AKAR TANAMAN KEDELAI .(Online) . (http:// repository.unand.ac.id/17557/1/PENGARUH_TIGA_INOKULAN_BAKTERI__ Rhizobium_TERHADAP_PEMBENTUKAN_BINTIL_AKAR_TANAMAN_KEDELAI.pdf, diakses pada 1 November 2013).

Devita, Aprilia.2012.Metabolisme nitrogen.(Online). (http://blog.ub.ac.id /coretanku /2012/05/09/metabolisme-nitrogen/, diakses 29 Oktober 2013).

Fandicka.2011.Proses fiksasi nitrogen oleh bintil akar. (Online). (http://fandicka. wordpress.com/2011/04/04/proses-fiksasi-nitrogen-oleh-bintil-akar/, diakses 1 November 2013).

Pelczar, Michael J.1988.Dasar-dasar Mikrobiologi.Jakarta:Universitas Indonesia.

Salisbury,Frank B,dkk.1992.Fisiologi tumbuhan JILID 2. Bandung: ITB.

18