UJI POTENSI BAKTERI SELULOLITIK ASAL TANAH GAMBUT DI

UJI POTENSI BAKTERI SELULOLITIK ASAL TANAH GAMBUT
DI CAGAR BIOSFER GIAM SIAK KECIL-BUKIT BATU
DALAM MENDEGRADASI LIGNIN
Hidayah1, Delita Zul2 dan Bernadeta Leni F2
1
Mahasiswa Program Studi S1 Biologi
Dosen Mikrobiologi Jurusan Biologi FMIPA UR
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Kampus Binawidya Pekanbaru, 28293, Indonesia
2
e-mail: [email protected]
ABSTRACT
Giam Siak Kecil-Bukit Batu (GSK-BB) Biosphere Reserve is one of peatland area in
Riau Province. Peat soil contains high organic matter consisting of lignin, pectin,
cellulose and hemicellulose. Lignin, a natural organic polymer, is abundant in nature,
but it is difficult to degraded. The way to overcome this problem is by utilizing lignin
degrading bacteria. So far, the ability of cellulolytic bacteria isolated from peat soil of
GSK-BB Biosphere Reserve in lignin degradation is still unknown. Therefore, it is
necessary to analyze the potential of cellulolytic bacteria collection in degrading lignin.
Number of isolates analyzed is about 61 isolates. Semiquantitatively, ligninase enzyme
activity by used of spot method employing guaiacol enrichment medium showed that 50
isolates are able to degrade lignin. As many as 12 isolates (24.0%) revealed high
potential in lignin degradation based on median value test. Isolate PPA KBB 10-4B11
has the highest ligninase activity with a clear zone/colony diameter ratio value of 24.0.
Key words: cellulolytic bacteria, lignin, ligninase, peat soil, Giam Siak Kecil-Bukit
Batu
ABSTRAK
Cagar Biosfer Giam Siak Kecil-Bukit Batu (GSK-BB) merupakan salah satu kawasan
lahan gambut di Provinsi Riau. Tanah gambut kaya akan bahan organik yang terdiri dari
lignin, pektin, selulosa dan hemiselulosa. Lignin merupakan polimer organik alami yang
jumlahnya melimpah di alam, akan tetapi sulit didegradasi. Salah satu cara untuk
mengatasi masalah ini adalah dengan memanfaatkan bakteri pendegradasi lignin. Sejauh
ini, koleksi bakteri selulolitik asal Cagar Biosfer GSK-BB belum diketahui
kemampuanya dalam mendegradasi lignin. Oleh karena itu perlu dilakukan penelitian
mengenai uji potensi bakteri selulolitik tersebut dalam mendegradasi lignin. Uji potensi
bakteri selulolitik dilakukan dengan metode totol yang ditumbuhkan pada medium yang
diperkaya guaiacol. Dari 61 isolat selulolitik yang disubkultur pada medium guaiacol,
sebanyak 50 isolat mampu tumbuh dan membentuk zona bening. Hasil uji nilai tengah
menunjukkan bahwa sebanyak 12 isolat (24,0%) mempunyai potensi tinggi dalam
mendegradasi lignin. Berdasarkan rasio diameter zona bening dan diameter koloni,
1
isolat PPA.KBB.10-4B11 memperlihatkan aktivitas ligninase tertinggi dengan nilai rasio
24,0.
Kata kunci: bakteri selulolitik, Giam Siak Kecil-Bukit Batu, lignin, ligninase, gambut
PENDAHULUAN
Gambut merupakan ekosistem lahan basah yang dicirikan dengan adanya
akumulasi bahan organik yang berlangsung dalam waktu lama. Akumulasi ini terjadi
karena lambatnya laju dekomposisi dibandingkan laju penimbunan bahan organik yang
terdapat di lantai hutan lahan basah (Najiyati et al. 2005). Kandungan mineral gambut
di Indonesia umumnya kurang dari 5% dan sisanya adalah bahan organik. Fraksi
organik terdiri dari senyawa-senyawa humat sekitar 10 hingga 20% dan sebagian besar
lainnya adalah hemiselulosa (20-35%), selulosa (35-50%) dan lignin (10-25%) (Noor
2001).
Lignin merupakan polimer organik alami yang jumlahnya berlimpah di
lingkungan dan merupakan komponen utama penyusun dinding sel tumbuhan. Lebih
dari 30% material tumbuhan tersusun oleh lignin. Lignin merupakan senyawa aromatik
berantai panjang, sulit terurai dan bersifat toksik. Struktur kimia lignin yang kompleks,
heterogen dan tidak larut dalam air menyebabkan proses degradasi lignin berlangsung
lambat (Erden et al.2009).
Enzim yang berperan dalam proses degradasi lignin terdiri dari tiga jenis enzim
yaitu Lignin peroksidase (LiP), Mangan peroksidase (MnP) dan Lakase. Oleh karena di
alam lignin sering kali berikatan dengan selulosa dan hemiselulosa, maka banyak
kelompok mikroba yang mampu mendegradasi lignin yang juga mampu mendegradasi
selulosa dan hemiselulosa sekaligus. Sebagai contoh bakteri Clostridium, Cellulomonas,
Trichoderma, Penicillium, Neurospora, Fusarium, Aspergillus merupakan kelompok
mikroorganisme yang mempunyai aktivitas lignoselulolitik (Chandel et al. 2007).
Menurut Hidanah (2008) Acetobacter liquefaciens adalah contoh bakteri yang
mempunyai aktivitas lignoselulosa.
Salah satu cara untuk mengatasi masalah lambatnya proses dekomposisi lignin
adalah dengan memanfaatkan bakteri pendegradasi lignin. Hingga saat ini, koleksi isolat
bakteri selulolitik asal Cagar Biosfer Giam Siak Kecil(GSK-BB) belum diketahui
kemampuannya dalam mendegradasi lignin. Oleh karena itu perlu dilakukan penelitian
tentang uji potensi bakteri selulolitik dalam mendegradasi lignin.Tujuan dari penelitian
ini adalah menganalisis potensi bakteri selulolitik asal tanah gambut dari Cagar Biosfer
GSK-BB dalam mendegradasi lignin.
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Januari 2012 sampai November 2012 di
Laboratorium Mikrobiologi Jurusan Biologi Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Riau.
Koleksi Isolat
Koleksi isolat selulolitik berjumlah 61 isolat yang diisolasi oleh Nafsiah (2011)
dari tanah gambut asal Cagar Biosfer GSK-BB Propinsi Riau.
2
Konfirmasi Aktivitas Selulolitik Isolat Secara Kualitatif
Isolat bakteri selulolitik diinokulasi pada medium CCRA kemudian diinkubasi
selama 7 – 15 hari pada suhu ruang. Zona bening yang terbentuk diukur, kemudian
dibagi dengan diameter koloni bakteri yang tumbuh sehingga dapat diketahui daya
degradasi bakteri terhadap selulosa.
Uji Potensi Isolat Bakteri Ligninolitik
Isolat bakteri selulolitik hasil inokulasi pada medium CCRA selanjutnya
diinokulasi pada medium lignin, dan diinkubasi selama 3-14 hari pada suhu ruang.
Kemampuan ligninolitik isolat ditandai dengan pembentukan zona bening di sekitar
koloni (Erden et al. 2009). Zona bening yang terbentuk dan koloni yang tumbuh diukur
diameternya. Daya degradasi ligninolitik dihitung berdasarkan rasio zona bening dan
diameter koloni (Z/K).
Analisis Data
Hasil inokulasi bakteri selulolitik disajikan dalam bentuk tabel. Data yang
diperoleh dianalisis secara deskriptif berdasarkan pengamatan zona bening yang
terbentuk. Kemudian dikelompokkan dalam kriteria tinggi, sedang dan rendah dari zona
bening yang terbentuk berdasarkan uji tengah (median) (Sudjana 2002).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil peremajaan Bakteri Selulolitik
Semua koleksi isolat berhasil dikulturkan kembali pada medium CCRA dan
menghasilkan zona bening di sekitar koloni. Zona bening yang terbentuk di sekitar
koloni menunjukan bahwa isolat tersebut mampu mendegradasi selulosa. Menurut
Sudjana (2002) keberadaan zona bening menandakan bahwa isolat-isolat uji yang
digunakan memiliki kemampuan dalam menghidrolisis substrat.
Rasio Z/K berkisar antara 3,14 – 37,0. Rasio Z/K tertinggi dihasilkan oleh isolat
PPA.Z1.10-3b8, sedangkan rasio Z/K terendah dari isolat PPA.KBB.10-3b3. Secara
semikuantitatif, isolat ini merupakan isolat bakteri selulolitik yang memiliki aktivitas
selulase yang relatif tinggi dalam mendegradasi selulosa, jika dibandingkan dengan
penelitian Ambriyanto (2010) yang memperoleh rasio Z/K sekitar 3,7 dan Hartanti
(2010) memperoleh rasio Z/K sekitar 3,8. Gambar 1 menyajikan reprentasi isolat yang
membentuk zona bening di sekitar koloni pada medium CCRA
3
a
a
a
a
a
a
b
b
b
A L
B
b
Q i
b
i g
Gambar 1. Bakteri selulolitik isolat A. PPA.Z1.10-3b8 rasio Z/K tertinggi B.
L
g
PPA.KBB.10-3b3 rasio Z/K nterendah. a.zona bening b.koloni sel
i
n i
g
i n
Uji Potensi Bakteri Selulolitik Terhadap
Ligninolitik
n
n
Enam puluh satu isolat bakteri selulolitik disubkultur ke medium pengkayaan
i
a totol. Isolat selulolitik yang berhasil
yang mengandung lignin dengan metode
tumbuh
a d
n
pada medium pengkayaan lignin berjumlah 50 isolat (Tabel 1). Rasio Z/K berkisar
d a
a
antara 2,40–24,00. Rasio Z/K tertinggi
dihasilkan oleh isolat PPA.KBB.10-4b11,
a l
d
sedangkan rasio Z/K terendah dari isolat
PPA.PL2.10-3b1. Jika dibandingkan dengan
l a
a
penelitian Gusmailina (2002) yang memperoleh nilai rasio Z/K sekitar 5,8, maka isolat
a h
l
ini merupakan bakteri selulolitik yang berpotensi
tinggi dalam mendegradasi lignin.
h
a
t t
h
Tabel 1. Rasio zona bening/diameter koloni
dan kriteria isolat berdasarkan uji nilai
e e
t
tengah
r r
e
m
r
Rasio
Z/K
Kriteria
m
No
Kode isolat
Aktivitas
Aktivitas
Bakteri
a a
Bakteri m
Selulolitik
ligninolitik*
selulolitik
Ligninolitik
s
a
s
1
PPA.KBB.10-4b 11
24,0
32,0
Tinggi
Tinggi
s
2
PPA.KT.10-4a1
20,0 u u
12,8
Tinggi
Sedang
-3b
3
PPA.SS.10 2
17,3 k k
10,8
Tinggi
Sedang
u
4
PPA.KT.10-3a9
16,5 p
10,0
Tinggi
Sedang
k
5
PPA.KBB.10-3a4
14,5
6,87
Tinggi
Rendah
p
6
PPA.KT.10-4a7
13,8 e p
15,6
Tinggi
Sedang
-4b
n
e
7
PPA.A1.10 2
13,4
3,94
Tinggi
Rendah
e
8
PPA.KT.10-4b6
12,9 y n
9,30
Tinggi
Rendah
n
9
PPA.PL.10-3b1
12,0
19,0
Tinggi
Sedang
u
y
y
10
K.2.3.10-2
11,5
7,46
Tinggi
Rendah
u
11
PPA.KT.10-4a3
11,0 s u
14,0
Tinggi
Sedang
s
12
PPA.SS.10-4b3
10,5 u s
18,2
Tinggi
Sedang
13
PPA.SS.10-3b5
10,3 n
24,0
Sedang
Tinggi
u
u
14
PPA.A1.10-3b12
10,2
14,0
Sedang
Sedang
s n
n
15
PPA.KT.10-4b11
9,62
30,0
Sedang
Tinggi
-3a
e
s
16
PPA.KBB.10 3
9,27
4,66
Sedang
Rendah
-3b
17
PPA.KBB.10 5
8,91 b s
8,00
Sedang
Rendah
e
18
PPA.KBB.10-3b3
8,57 a
3,14
Sedang
Rendah
b
e
19
PPA.SS.10-4 a1
8,44
30,7
Sedang
Tinggi
a
20
PPA.A3.10-3a5
8,28 g b
11,6
Sedang
Sedang
i a
g
a g
i
n i
a
b a 4
n
e n
b
s
e
a b
s
r e
a
Lanjutan tabel 1.
Rasio zona bening/diameter koloni dan kriteria isolat berdasarkan
uji nilai tengah
No
Kode isolat
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
PPA.PL.10-4a1
PPA.KT.10-4b10
PPA.PL.10-3b5
PPA.KSK.10-3a1
K.2.2.10-2
PPA.21.10-4a1
PPA.KSK.10-4a2
PPA.PL.2.10-3a1
PPA.KT.10-4a4
K.1.2.10-2
PPA.PL.1.10-3b3
PPA.A3.10-3a3
PPA.KBB.10-3a2
PPA.A1.10-3b9
PPA.A1.10-3a8
PPA.22.10-3a8
PPA.ST.10-4b3
PPA.A1.10-3b3
PPA.22.10-3b5
PPA.A1.10-3b1
PPA.A1.10-3a7
PPA.KT.10-4b2
PPA.A1.10-3b2
PPA.A1.10-3b10
PPA.21.10-3b8
PPA.KBB.10-3b13
PPA.A2.10-3b3
PPA.22.10-3b4
PPA.A3.10-3a6
PPA.PL.2.10-3b1
K.2.1.10-2
K.1.3. 10-2
K.1.4. 10-2
K.1.1. 10-2
K.2.4. 10-2
PPA.KBB.10-3B7
PPA.KT.10-3b3
PPA.KT.10-4b3
PPA.KT.10-4b9
PPA.KBB.10-4B3
PPA.PL.10-4b1
Rasio Z/K
Aktivitas
Aktivitas
ligninolitik*
Selulolitik
8,18
22,1
7,81
12,6
7,73
3,88
7,75
9,00
7,75
13,1
7,22
27,0
6,91
10,1
6,83
11,7
6,80
12,6
6,75
30,5
6,75
25,0
6,66
4,33
5,69
18,0
5,28
15,7
5,25
24,3
5,05
22,1
4,86
10,5
4,86
12,1
4,64
16,7
4,41
21,8
4,23
16,3
4,25
32,5
4,14
17,5
4,13
23,5
4,17
37,0
3,81
23,0
3,27
15,8
3,14
8,00
2,96
22,3
2,40
12,8
35,0
31,0
21,0
16,5
12,8
31,7
19,1
16,6
15,5
13,3
4,31
Kriteria
Bakteri
ligninolitik
Sedang
Sedang
Sedang
Sedang
Sedang
Sedang
Sedang
Sedang
Sedang
Sedang
Sedang
Sedang
Sedang
Sedang
Sedang
Sedang
Sedang
Sedang
Rendah
Rendah
Rendah
Rendah
Rendah
Rendah
Rendah
Rendah
Rendah
Rendah
Rendah
Rendah
-
Bakteri
selulolitik
Sedang
Sedang
Rendah
Rendah
Sedang
Tinggi
Sedang
Sedang
Sedang
Tinggi
Tinggi
Rendah
Sedang
Sedang
Tinggi
Sedang
Sedang
Sedang
Sedang
Sedang
Sedang
Tinggi
Sedang
Tinggi
Tinggi
Tinggi
Sedang
Rendah
Sedang
Sedang
Tinggi
Tinggi
Sedang
Sedang
Sedang
Tinggi
Sedang
Sedang
Sedang
Sedang
Rendah
*Keterangan: - = Tidak tumbuh pada medium ligninolitik
Mosier et al. (2005) menjelaskan bahwa degradasi lignin membutuhkan enzim
ekstraseluler yang tidak spesifik karena lignin mempunyai struktur acak dengan berat
molekul yang tinggi. Lignin biasanya terakumulasi selama proses degradasi
lignoselulosa. Gambar 2 menyajikan representasi isolat yang membentuk zona bening di
sekitar koloni pada medium pengkayaan lignin. Terbentuknya zona bening pada media
merupakan indikasi awal, bahwa isolat tersebut mempunyai potensi sebagai bakteri
pendegradasi lignin.
5
a
a
a
b
]
a
a
a
B
]
A
a
a
-3b
-2
a
Gambar 2. Bakteri selulolitik A. PPA.SS.10 2 rasio Z/K tinggi B. K.1.2.10 rasio Z/K
rendah a.zona bening b.koloni sel
Pengelompokan Bakteri Selulolitik Berdasarkan Hasil Uji Aktivitas Enzim
Ligninase Secara Semikuantitatif
Hasil analisis uji nilai tengah dari 50 isolat bakteri selulolitik yang diperoleh
sebanyak 24,0% dari keseluruhan jumlah isolat mempunyai aktivitas ligninase tinggi
dengan rasio > 10,3; 52,0% isolat mempunyai aktivitas enzim ligninase sedang dengan
rasio 4,8-10,3 dan 24,0% isolat yang mempunyai aktivitas enzim ligninase rendah < 4,8
(Tabel 2). Isolat yang diperoleh pada penelitian ini sebagian besar merupakan isolat
yang mempunyai aktivitas enzim ligninase dengan kriteria sedang. Perbedaan tinggi dan
rendahnya aktivitas ligninolitik yang dihasilkan oleh isolat bakteri disebabkan karena
masing masing jenis isolat merupakan strain yang berbeda dan kemampuan beradaptasi
terhadap lingkungan mikro yang berbeda. Volk dan Wheeler (1993) menyatakan bahwa
lingkungan mikro dimana mikroba hidup sangat berpengaruh terhadap aktivitasnya.
Tabel 2. Kriteria dan persentasi isolat berdasarkan uji nilai tengah
Rasio Z/K
Jumlah isolat
Tinggi
Sedang
>10,3
4,8 – 10,3
12
26
Persentase dari total
isolat (%)
24,0%
52,0%
Rendah
< 4,8
12
24,0%
Kriteria
Jumlah
50
Lima puluh isolat bakteri selulolitik tersebut mempunyai kemampuan dalam
mendegradasi selulosa dan lignin sekaligus sehingga isolat ini merupakan isolat yang
memiliki aktivitas lignoselulolitik. Hal yang sama juga ditunjukan oleh penelitian
Ekawati (2002) yang menghasilkan isolat bakteri selulolitik S2, S6, S7 yang
mempunyai aktivitas lignoselulolitik
6
KESIMPULAN DAN SARAN
Sebanyak 50 koleksi isolat bakteri selulolitik mampu tumbuh pada media
pengkayaan lignin dan berpotensi sebagai bakteri pendegradasi lignin. Sebanyak 12
isolat (24,0%) merupakan bakteri selulolitik yang mempunyai potensi tinggi dalam
mendegradasi lignin. Isolat PPA.KBB.10-4B11 mempunyai aktivitas ligninase tertinggi
dengan rasio Z/K 24,7. Perlunya dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mengetahui
kemampuan isolat lignoselulolitik dalam menghasilkan enzim selulosa dan ligninase
secara kuantitatif.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Izatun nafsiah yang telah menyediakan
isolat bakteri pada penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
Ambriyanto, K. S. 2010. Isolasi dan karakterisasi bakteri aerob pendegradasi selulosa
dari serasah daun rumput gajah (Penisetum purpureum Schaum). Institut
Teknologi Sepuluh November: Jurusan Biologi Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam.
Chandel. 2007. Economic and environmental impact of bioethanol production
technologies. Biotechnology and Molecular Biology Review 2: 14-32.
Ekawati. 2002. Dekomposisi komponen lignoselulosa jerami padi. Jurusan Budidaya
Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Kediri: Kediri.
Erden, E. 2009. Screening for ligninolytic enzymes from autochthonous fungi and
application for decolorization of remazole marinablue. Brazillian Journal of
Microbiology. 40: 346-353.
Gusmailina, S., Komarayati, G., Pari, dan D., Hendra. 2002. Kajian Teknologi
Pengolahan Arang dan Limbah Pengolahan Pulp dan Kertas di Sumatera Selatan.
Prosiding Seminar Hasil Penelitian Teknologi Hasil Hutan. Bogor
Hartanti. 2010. Isolasi dan Seleksi Bakteri Selulolitik Termofilik Dari Kawah Air Panas
Gunung Pancar. [Skripsi].IPB. Bogor
Hidanah, S. 2008. Isolat Bakteri Dan Jamur Selulolitik Feses Jerapah Sebagai Inokulum
Untuk Meningkatkan Kualitas Jerami Padi Dan Produktivitas Domba. Airlangga:
Surabaya
Mosier. 2005. Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic
biomass. Bioresource Technology. 96: 673 – 686.
Nafsiah. 2011. Isolasi dan Seleksi Bakteri Selulolitik Dari Cagar Biosfer Giam Siak
Kecil-Bukit Batu. [Skripsi]. Universitas Riau, Jurusan Biologi Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Najiyati, S., Muslihat, L., Suryadiputra, I. N. N. 2005. Panduan Pengelolaan Lahan
Gambut Untuk Pertanian Berkelanjutan. Wetlands International Indonesia
Programmed an Wildlife Habitat Canada. Bogor
Noor, M. 2001. Pertanian Lahan Gambut. Kanisius: Yogyakarta
Sudjana. 2002. Metode Statistika. Bandung: Tarsito.
7
Volk, W. A., M. F., Wheeler. 1993. Mikrobiologi Dasar. Edisi kelima. Jilid 1. Penerbit
Erlangga. Jakarta.
8