Document

Dr. Ratna Setyaningsih, M.Si. Lahir di Surakarta 14 Juli 1966. Perempuan yang memiliki
NIP 196607141999032001 adalah staf pengajar di Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam UNS. Riwayat pendidikan tinggi yang berhasil diselesaikannya adalah
tahun 1992 lulus sarjana (S-1) Biologi dari Universitas Gadjah Mada untuk bidang ilmu:
Mikrobiologi, tahun 2001 lulus Magister (S-2) dari Universitas Gadjah Mada untuk bidang
ilmu: Mikrobiologi, dan berhasil meraih gelar Doktor (S-3) dari Institut Pertanian Bogor
untuk bidang ilmu: Mikrobiologi pada tahun 2011. Judul dan ringkasan Disertasi disajikan
dalam 2 (dua) versi bahasa Indonesia dan English sebagai berikut.
KARAKTERISASI DAN UJI AKTIVITAS BAKTERI DENITRIFIKASI PEREDUKSI
DINITROGEN OKSIDA (N2O) YANG DIISOLASI DARI TANAH SAWAH. Dinitrogen
oksida (N2O) adalah gas rumah kaca yang juga merupakan penyebab penipisan lapisan ozon.
Sawah merupakan salah satu ekosistem sumber N2O. Bakteri denitrifikasi dari tanah yang
memiliki kemampuan tinggi mereduksi N2O memiliki arti penting untuk mengendalikan emisi
N2O. Reduksi N2O merupakan tahap terakhir proses denitrifikasi. Tujuan penelitian ini adalah
mendapat isolat-isolat bakteri denitrifikasi dari tanah sawah yang memiliki kemampuan tinggi
mereduksi N2O dan berpotensi menurunkan emisi H2O.
Sampel tanah diambil dari 6 lokasi sawah di wilayah Bogor dan Tangerang. Bakteri
diisolasi menggunakan biakan pengkayaan yang ditambah dengan NO3-. Pengukuran
pertumbuhan dan aktivitas reduksi N2O dilakukan dengan menumbuhkan isolat bakteri dalam
medium dengan N2O sebagai satu-satunya penerima elektron terakhir. Karakterisasi dan
identifikasi secara fisiologis
dilakukan menggunakan API 20NE sedangkan identifikasi
molekuler didasarkan pada analisis 16S rRNA. Kloning dan sekuensing dilakukan untuk analisis
gen nosZ. Uji emisi N2O dilakukan dengan menggunakan tanah sawah.
Sepuluh isolat bakteri denitrifikasi dapat tumbuh dalam biakan dengan N 2O sebagai satusatunya penerima elektron. Pertumbuhan bakteri dapat diamati dengan peningkatan optical
density (OD) sebesar 0.12-0.47. Tiga isolat yang mereduksi N2O paling banyak selama 5 hari
adalah BL2, BL1 dan BLN1 yang masing-masing mereduksi N2O sebesar 5.41, 4.09 dan 3.91
mol mL-1 biakan. Isolat BL1, BL2 dan BLN1 tumbuh baik dalam biakan dengan konsentrasi
N2O terlarut dalam medium sebesar 900, 1380 dan 1979 M tetapi tidak tumbuh baik dalam
biakan dengan konsentrasi N2O 88 M yang menunjukkan bahwa bakteri tumbuh
menggunakan N2O. Kecepatan pertumbuhan maksimum menggunakan N2O (max) dan
konstanta Monod (Ks) dari isolat BL1 sebesar 0.21 jam-1 dan 102.3 M jam-1, BL2 0.23 jam-1 dan
213.3 M jam-1, BLN1 0.18 jam-1 dan 172.4 M jam-1. Isolat BL1, BL2 dan BLN1 memiliki
kecepatan reduksi N2O masing-masing sebesar 0.26, 0.28 dan 0.43 mol mL-1 jam-1 . Reduksi
N2O berlangsung seiring dengan pertumbuhan. Isolat BL2 memiliki perbedaan bentuk koloni
dengan BL1 dan BLN1. Berdasarkan uji fisiologi, di antara ketiga isolat terdapat perbedaan sifat
dalam hal hidrolisis eskulin dan P-nitrofenil--D-galaktopiranosida serta asimilasi potasium
glukonat dan trisodium sitrat. Identifikasi berdasarkan sifat-sifat fisiologis memberikan hasil
bahwa isolat BLN1 memiliki kemiripan 99.9% dengan Ochrobactrum anthropi sedangkan isolat
BL1 dan BL2 tidak teridentifikasi. Berdasarkan analisis 16S rRNA, isolat BL1, BL2 dan BLN1
maisng-msaing memiliki kemiripan sebesar 99.95 dan 98% dengan O. anthropi ATCC 49188.
Tiga isolat yang ditemukan masing-masing dapat disebut sebagai bakteri O.anthropi BL1,
Ochrobactrum sp. BL2 dan O.anthropi BLN1. Analisis gen nosZ belum memberikan hasil yang
diharapkan. Penambahan isolat BLN1 dapat mengurangi konsentrasi N2O yang terlarut dalam
air permukaan dari 31.12 menjadi 12.94 nmol L-1 pada jam ke-6 setelah penambahan 0.6 mmol
NO3-. Emisi N2O ke udara tidak dipengaruhi penambahan isolat BLN1. [Kata kunci: bakteri
denitrifikasi, reduksi N2O, tanah sawah]
API 20NE sedangkan identifikasi molekuler didasarkan pada analisis 16S rRNA. Kloning dan
sekuensing dilakukan untuk analisis gen nosZ. Uji emisi N2O dilakukan dengan menggunakan
tanah sawah.
Sepuluh isolat bakteri denitrifikasi dapat tumbuh dalam biakan dengan N2O sebagai satusatunya penerima elektron. Pertumbuhan bakteri dapat diamati dengan peningkatan optical
density (OD) sebesar 0.12-0.47. Tiga isolat yang mereduksi N2O paling banyak selama 5 hari
adalah BL2, BL1 dan BLN1 yang masing-masing mereduksi N2O sebesar 5.41, 4.09 dan 3.91
mol mL-1 biakan. Isolat BL1, BL2 dan BLN1 tumbuh baik dalam biakan dengan konsentrasi
N2O terlarut dalam medium sebesar 900, 1380 dan 1979 M tetapi tidak tumbuh baik dalam
biakan dengan konsentrasi N2O 88 M yang menunjukkan bahwa bakteri tumbuh
menggunakan N2O. Kecepatan pertumbuhan maksimum menggunakan N2O (max) dan
konstanta Monod (Ks) dari isolat BL1 sebesar 0.21 jam-1 dan 102.3 M jam-1, BL2 0.23 jam-1 dan
213.3 M jam-1, BLN1 0.18 jam-1 dan 172.4 M jam-1. Isolat BL1, BL2 dan BLN1 memiliki
kecepatan reduksi N2O masing-masing sebesar 0.26, 0.28 dan 0.43 mol mL-1 jam-1 . Reduksi
N2O berlangsung seiring dengan pertumbuhan. Isolat BL2 memiliki perbedaan bentuk koloni
dengan BL1 dan BLN1. Berdasarkan uji fisiologi, di antara ketiga isolat terdapat perbedaan sifat
dalam hal hidrolisis eskulin dan P-nitrofenil--D-galaktopiranosida serta asimilasi potasium
glukonat dan trisodium sitrat. Identifikasi berdasarkan sifat-sifat fisiologis memberikan hasil
bahwa isolat BLN1 memiliki kemiripan 99.9% dengan Ochrobactrum anthropi sedangkan isolat
BL1 dan BL2 tidak teridentifikasi. Berdasarkan analisis 16S rRNA, isolat BL1, BL2 dan BLN1
maisng-msaing memiliki kemiripan sebesar 99.95 dan 98% dengan O. anthropi ATCC 49188.
Tiga isolat yang ditemukan masing-masing dapat disebut sebagai bakteri O.anthropi BL1,
Ochrobactrum sp. BL2 dan O.anthropi BLN1. Analisis gen nosZ belum memberikan hasil yang
diharapkan. Penambahan isolat BLN1 dapat mengurangi konsentrasi N2O yang terlarut dalam
air permukaan dari 31.12 menjadi 12.94 nmol L-1 pada jam ke-6 setelah penambahan 0.6 mmol
NO3-. Emisi N2O ke udara tidak dipengaruhi penambahan isolat BLN1. [Kata kunci: bakteri
denitrifikasi, reduksi N2O, tanah sawah]
CHARACTERIZATION AND ACTIVITY ASSAY OF NITROUS OXIDE (N2O)
REDUCING DENITRIFIER ISOLATED FROM RICE SOILS. Nitrous oxide (N2O) is one
of the main greenhouse gases and rice fields are among major contributors of this ozone
depleting agent. Soil denitrifiers possessing high N2O reduction activity are important for
controlling N2O emission. Nitrous oxide reduction is the last step of denitrification process. The
aim of this study was to isolate denitrifying bacteria from rice soils possessing high ability of
N2O reduction and potential in reducing N2O emission.
Soil samples were collected from 6 locations of rice fields in Bogor (West Java) and
Tangerang (Banten), Indonesia. Bacteria were isolated throughenrichment culture
supplemented with NO3-. Measurement of growth and N2O reduction activity were conducted by
growing bacterial isolates in medium with N2O as a sole terminal electron acceptor.
Physiological characterization and identification were performed using API 20NE while
molecular identification was conducted based on 16S rRNA gene sequence. nosZ gene was
analyzed by cloning and sequencing. N2O emission activity was carried out using rice soil slurry
experiment.
It was found that 10 isolates of denitrifying bacteria could grow on N 2O. The bacterial
growth indicated by optical density (OD) increased up to 0.12-0.47. During 5 days incubation,
isolate BL1, BL2 and BLN1 reduced N2O up to 4.09, 5.41 and 3.91 mol mL-1 bacterial cultures
respectively. BL1, BL2 and BLN1 grew well in medium supplemented with 900, 1380 and 1979
M N2O but did not grow well with 88 M N2O in medium during 10 hours, this facts indicated
that the isolates consumed N2O during their growth. Maximum growth rate (max) using N2O
and Monod constant (Ks) of BL1, BL2 and BLN1 were 0.21 h-1 and 102.3 M h-1, 0.23 h-1 and
213.3 M h-1, 0.18 h-1 and 172.4 M h-1 respectively. N2O reduction rate of BL1, BL2 and BLN1
were 0,26, 0.28 and 0,43 mol mL-1 h-1 respectively. N2O reduction proceeded along with
growth. Based on the API 20NE assay, 3 isolates showed different physiological characteristics
on hydrolysis of esculine and P-nitropheny1--D-galactopyranoside and also for the assimilation
of potassium gluconate and trisodium citrate. From its physiological characteristics, BLN1 was
identified as Ochrobactrum anthropi with 99.9% similarity, while BL1 and BL2 were not
identified. Based on their 16S rRNA sequence, BL1, BL2 and BLN1 were closely related to
Ochrobactrum anthropi ATCC 49188 with similarity of 99, 95 and 98% respectively. Analysis of
nosZ gene did not give the expected result. BLN1 isolate reduced the dissolved N 2O
concentration in surface water from 32.12 to 12.94 nmol L-1 after 6 hours supplementation of 0.6
mmol NO3-. [Keyword: denitrifier, N2O reduction, rice soil]