Aktivitas reduksi nitrat dan kinetika bakteri

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Indonesia wilayahnya sebagian besar terdiri atas perairan, dimana perairan
merupakan wilayah yang termasuk penghasil gas N2 O, yang merupakan gas
rumah kaca. Di perairan N2 O dihasilkan dari proses reduksi nitrat, senyawa nitrat
banyak dimanfaatkan oleh mikroorganisme heterotrof untuk membentuk bahan
organik sel.
Pada kondisi anorganik nitrat atau nitrit akan digunakan sebagai
penerima elekron terakhir pada proses dissimilasi nitrat (Madigan et al. 2006).
Bakteri denitrifikasi merupakan salah satu mikroorganisme yang mereduksi nitrat
menjadi N2 O
atau N2. Pada proses ini bakteri menggunakan nitrat sebagai
penerima elektron terakhir untuk memperoleh energi pada kondisi O2 terbatas
atau anaerob (Zumft 1997; Ricardson et al. 2001; Purwoko 2007) Tingginya
nitrogen organik pada suatu lingkungan berhubungan dengan peningkatan emisi
gas N2 O (Condrad 1995).
Salah satu gas rumah kaca adalah Nitrous oksida (N 2 O), yang potensial
selain karbondioksida (CO2 ) dan metan (CH4 ) penyebab pemanasan global.
Konsentrasi N2 O di atmosfir relatif kecil tetapi gas ini memiliki potensi absorbsi
panas 150 kali lebih tinggi dari karbondioksida dan laju peningkatannya di
atmosfir 0,2% - 0,3% pertahun. Gas N2 O mempunyai waktu tinggal di atmosfir
selama 120 tahun. Sekitar 90% emisi N2 O berasal dari proses biotik (Conrad
1995; Paul dan Clark 1996; Rusmana 2003c). Proses biotik di perairan yang
berpotensi menghasilkan gas N2 O diantaranya adalah reduksi nitrat oleh bakteri.
Ada dua proses umum yang dilakukan oleh bakteri dalam mereduksi yaitu
denitrifikasi dan reduksi nitrat menjadi ammonium dissimilatif.
Kurang lebih 66% N2 O berasal dari sungai dan muara. Produksi N2 O pada
lingkungan aquatik berkorelasi positif dengan konsentrasi nitrat dan nitrit di
perairan (Seitzingger dan Kroze 1998; Rusmana 2003c). Gas N2 O dihasilkan
melalui aktivitas reduksi nitrat oleh bakteri denitrifikasi dan reduksi nitrat menjadi
amonium (DNRA).
Di alam bakteri pereduksi nitrat berperan dalam degradasi senyawa
organik pada lingk ungan oksigen terbatas atau anaerob. Bakteri pereduksi juga
2
merupakan bagian dari mikroorganisma yang terlibat dalam siklus biogeokimia
nitrogen global. Bakteri ini dapat mengurangi kadar nitrogen tanah pertanian,
bermanfaat juga dalam pengolahan air limbah, perbaikan perairan seperti tambak
(Madigan et al. 2006; Maier et al. 2000; Widiyanto 2006).
Denitrifikasi dan reduksi nitrat menjadi amonium merupakan proses
metabolisme utama yang dapat menghilangkan nitrat di lingkungan perairan.
Melalui proses tersebut bakteri memanfaatkan nitrat untuk menghasilkan energi
yaitu dengan menggunakan nitrat sebagai penerima elektron terakhir (respirasi
nitrat) dan menghilangkan kelebihan tenaga pereduksi (Moreno-Vivian et al.1999;
Richardson et al. 2001)
Pada ekosistem dengan masukan nitrogen yang tinggi seperti muara sungai
proses reduksi nitrat terutama denitrifikasi merupakan pengontrol eutrofikasi
(Herbert 1999; Zumft 1997). Pada
kondisi
anaerobik
kelompok
bakteri
denitrifikasi akan aktif mereduksi senyawa nitrat (NO3 ) menjadi nitrit (NO2 ), nitrit
oksida (NO), nitrous oksida (N2 O) dan dinitrogen (N 2 ), pada setiap tahapan
reaksinya dikatalis oleh enzim yang berbeda. Bakteri pereduksi nitrat merupakan
mikroorganisme heterotrof yang memerlukan sumber karbon organik seperti asam
asetat, asam propionate, asam benzoate, gliserol, methanol, dan glukosa untuk
pertumbuhannya (Teixera & Oliviera, 2002).
Menurut Richardson (2000) produk akhir emisi N2 O pada aktivitas reduksi
nitrat ditentukan oleh keberadaan dan dominasi bakteri di lingkungan.
Kemampuan mendominasi tersebut tergantung pada kemampuan fisiologi bakteri
tersebut dan kelengkapan enzim yang terlibat dalam reduksi nitrat. adalah
periplasmic nitrate reductase (Nap), membrane bound nitrate reductase (Nar),
cytochrom cd1 nitrite reductase (NirS), copper nitrite reductase (NirK), nitrite
oxide reductase (Nor), nitrous oxide reductase (Nos) dan multiheme cytocrhom c
nitrite reductase (Nrf) (Zumft 1997 ; Richardson 2000).
Dominasi bakteri
pereduksi nitrat yang tidak memiliki nos akan menghasilkan produk akhir berupa
N2O dari reduksi nitrat.
Produk akhir emisi N2 O dari aktivitas reduksi nitrat ditentukan oleh
keberadaan dan dominasi bakteri di lingkungan. Kemampuan mendominasi
3
tersebut bergantung pada kemampuan fisiologi bakteri dengan kelengkapan
enzimnya yang terlibat dalam proses reduksi nitrat.
Enzim-enzim yang terlibat dalam mereduksi nitrat dari hasil penelitian yang
telah dilakukan Rusmana (2003a) Shewanella putrefacien mereduksi nitrat hanya
sampai N2 O.
Serratia liquefaciens adalah bakteri yang bersifat denitrifikasi
fakultatif, sedangkan Alcaligenes faecalis adalah bakteri respirasi nitrit.
Kemampuan mereduksi nitrat dari bakteri ini dipengaruhi kondisi lingkungan,
seperti konsentrasi bahan organik dan suhu. Pada konsentrasi bahan organik
tinggi, bakteri pereduksi nitrat menjadi amonium lebih kompetitif daripada bakteri
pendenitrifikasi dan demikian juga sebaliknya (Rusmana 2003b).
Untuk mengetahui aktivitas reduksi nitrat bakteri denitrifikasi dari muara
sungai di Indonesia, dan hubunga nnya dengan jenis sumber karbon dan prediksi
gas N2 O perlu dilakukan penelitian aktivitas reduksi nitrat dan kinetika bakteri
denitrifikasi dari muara sungai pada sumber karbon berbeda. Pengetahuan tersebut
diharapkan dapat dimanfaatkan dalam pengelolaan lingkungan terutama
pengurangan emisi N2 O dan pencemaran nitrat di perairan.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui aktivitas reduksi nitrat dan
kinetika bakteri denitrifikasi pada sumber karbon yang berasal dari muara sungai
Cimandiri Sukabumi Jawa Barat dan muara sungai Cisadane Tanggerang Banten.