metabolisme nitrogen

FISIOLOGI POHON
METABOLISME
NITROGEN
Fakultas Kehutanan
Universitas Gadjah Mada
MATERI :
I.
II.
III.
IV.
PENTINGNYA NITROGEN
DISTRIBUSI NITROGEN
SUMBER NITROGEN
SIKLUS NITROGEN
Pentingnya Nitrogen
Unsur hara esensial
 Unsur hara makro terpenting
 Dalam proses fisiologis memegang peranan
penting yaitu:

- Bagian dari protein: protoplasma & enzim
- Penyususn khlorofil dan sitokrom
- Bagian dari amida, asam amino, asam nukleat,
nukleotida, hormon, vitamin & alkaloid
Fungsi Nitrogen
1.
2.
3.
Pembentukan klorofil (tanaman yang
cukup N berwarna hijau)
Pembentukan protein, asam amino,
asam nukleat
Memperbaiki pertumbuhan vegetatif
tanaman
Gejala Kekahatan & Kelebihan N

Kelebihan Nitrogen
-
-
memperlambat
kematangan tanaman
(tll bnyk ptmbhan
vegetatif)
Batang-batang lemah
/mudah roboh
Mengurangi daya
tahan tanaman
terhadap penyakit

Kahat Nitrogen
-
Tanaman kerdil
Daun-daun kuning dan gugur
(klorosis)
Pertumbuhan akar terbatas
DISTRIBUSI NITROGEN

Dalam proses fisiologis sebagian besar N
berasal dari cadangan N yang terdapat pada
tanaman tersebut atau jaringan tanaman yang
tidak aktif (melalui proses translokasi)

Pada kondisi klorosis daun muda tetap hijau
lebih lama karena mereka mendapat nitrogen
larut yang berasal dari daun tua
Dari:
Daun tua
Daun muda
Batang
Meristem batang
N yg disirkulasi
dalam tumbuhan
32 kg
N untuk
pertumbuhan
70 kg
Diabsorbsi
tumbuhan
38 kg
N total dlm
tumbuhan
312 kg/ha
N tanah
1900 kg
Kembali ke tanah
dlm btk seresah
30 kg
Dari atmosfer
(hujan)
5 – 10 kg

Nitrogen dari daun di translokasi ke
batang ketika daun senescent

Konsentrasi N pada batang (xylem dan
phloem) tinggi pada saat pertumbuhan
lambat (musim gugur dan dingin) dan
rendah pada saat pertumbuhan cepat
(musim semi dan panas)
Kandungan Nitrogen pada Berbagai Bagian
Tumbuhan Dewasa (Hutan Bagian Utara Carolina)
Bagian Tumbuhan
Nitrogen (Kg/Ha)
Bagian reproduksi
Daun
Cabang dan ranting
Akar
2,7
95,0
310,0
150,0
Seresah
Total N dalam pohon
Bahan organik tanah
137,0
694,7
3873,0
Miroorganisme tanah
Total N di tanah
Total N dalam sistem
175,0
86,5
4829,2
Distribusi N pada pohon Apple
Bagian
Tanaman
Umur
Akar
Nitrogen
kg
%
13,43
0,166
1,23
1 th
4,56
0,043
0,93
2 th
5,55
0,037
0,67
3 th
5,38
0,029
0,54
4-6 th
19,88
0,070
0,35
7-10 th
65,48
0,177
0,27
11-18 th
62,93
0,102
0,16
1-6 th
2,45
0,030
1,24
7-13 th
13,30
0,080
0,60
14-18 th
20,96
0,067
0,32
Daun
Kayu
Biomass
tanaman
(BK kg)
Senyawa nitrogen penting dalam tanaman
1.
Asam amino
- Building block protein protoplasma
COOH
R
CH
NH2
R
: Rantai karbon
NH2 : Gugus amino, Basa
COOH : Gugus karboksilat, Asam
- Asam amino disintesis melalui 3 cara:
a. Reduksi nitrat
b. Aminasi reduktif
c. Transaminasi
2. Peptida
- Polimer asam amino dihubungkan dengan ikatan
peptida
- Berat Molekul kurang dari 6000
- Contoh : penisilin (tripeptida)
3. Protein
- Polimer asam amino dihubungkan dengan ikatan
peptida
- Berat molekul sampai dengan 500.000
- Bersifat amfoterik
- Berdasarkan fungsinya :
a. Protein struktural
b. Protein cadangan
c. Enzim
4. Asam nukleat
- Penyusun RNA dan DNA
- Penyandi pembentukan protein
5. Amida
- Dalam tanaman berupa :
a. Glutamin (asam glutamat dan NH2)
b. Asparagine (asam aspartat dan NH2)
6. Alkaloid
- Merupakan senyawa siklik
- Contoh : morfon, quinin, nikotin
- Pada tanaman terkonsentrasi di daun, kulit kayu dan akar
- Merupakan hasil samping metaqbolisme N
- Berperan dalam pertahanan terhadap serangan hama
SUMBER NITROGEN

Tanah
- Berasal dari hujan, bahan organik, kotoran
hewan dan manusia dan oleh aktivitas
mikroorganisme penambat nitrogen bebas
- Berada dalam tanah dalam bentuk :
a. Protein (bahan organik)
b. Senyawa-senyawa amino
- Diserap dalam bentuk :
a. Amonium (NH4+) pada pH basa dan
b. Nitrat (NO3-) pada pH asam

Udara
- Sekitar 80 % berupa gas bebas berada pada
lapisan atmosfer, lithosfer dan hydrosfer
- hanya dapat digunakan oleh tanaman yang
mampu bersimbiosis dengan bakteri
pengikat nitrogen
Sumber nitrogen tanaman
1. Pupuk kimia/buatan
2. Nitrogen yang difiksasi oleh
mikroorganisme
3. Hasil dekomposisi seresah
1. Pupuk kimia/buatan
- Merupakan pupuk yang dibuat di pabrik dng jenis dan
kadar unsur haranya sengaja ditambahkan dalam
pupuk tersebut dalam jumlah tertentu
- Meliputi pupuk tunggal dan pupuk majemuk
- Contoh pupuk tunggal:
Amonium sulfat (ZA),
Urea, dll.
- Contoh pupuk Majemuk:
Ammo-Phos,
Superstikfos,
Kalium nitrat,
Amonium Sulfat Nitrat (ASN),
kalium metafosfat, dll.
2. Nitrogen yang difiksasi oleh mikroorganisme
2.1 Fiksasi nitrogen
- Atmosfer mengandung 80 % nitrogen dalam
bentuk gas N2
- Mikroorganisme penambat N ada yang hidup
bebas dan ada yang bersimbiosis
- Melibatkan enzim Nitrogenase
- Persamaan reaksi penambatan N:
N2+ 6e`+ 6H++ nATP
2NH3+ nADP + nPi
- Penambatan secara simbiosis lebih efektif, krn:
- inang menjamin ketersediaan energi
penambatan N memerlukan energi
- memberikan kondisi yang sesuai
Nitrogenase rusak oleh oksigen bebas
2.2 Mikroorganisme penambat N
2.2.1 Simbiotik
A. Rhizobium



Simbiosis dengan tanaman legum membentuk bintil akar
Batang pendek, diamt. 0,5-0,9 µm, pj 1,2-3,0 µm, gram
negatif, aerob
Dua tipe:
Slow growing (tumbuh lambat dan beberapa mampu
membentuk enzim nitrogenase)
2. Fast growing (tumbuh cepat dan tidak membentuk
nitrogenase in vitro)
1.


Dalam bintil akar, sel bakteri Rhizobium berubah menjadi
bakteroid yang berbentuk Y, F dan bulat
Perubahan bentuk ini menginduksi pembentukan enzim
Nitrogenase



Inang:
Sekitar 600 spesies pohon legum. Sekitar 81% legum tidak
membentuk bintil akar, meliputi:
- 65% sub fam Caesalpinoidae
- 10% sub fam Mimosoideae
- 6% sub fam Papilonoideae
Bintil dapat terjadi pada batang
Penambatan N melalui simbiosis Rhizobium-legum
mencapai 100 kg N/Ha/th
Pembentukan bintil akar
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Pertumbuhan bakteri disekitar rhizosfer tanaman inang
Pengenalan bakteri terhadap sel tanaman inang melibatkan
senyawa lectin.
Bakteri yang sesuai melekat pada akar tanaman dan
menghasilkan polisakarida ekstraseluler yang berinteraksi
dengan lectin
Infeksi pada bulu akar yang mengakibatkan bengkok dan
keriting
Bakteri masuk melalui Infection Thread
Berada dalam sel kortex, bakteri diselubungi oleh membran yang
dihasilkan tanaman (plant membran envelope)
Dalam membran aktivitas bakteri terhenti.
Sel bakteri membesar dan DNA content meningkat
Sel bakteri menjadi pleomorfik dan bercabang
Sel bakteri menghasilkan hormon yang memacu aktivitas dan
pembelahan sel kortek
Aktivitas sel bakteri mengakibatkan akar menggelembung dan
membentuk bintil akar
B. Aktinomycetes (Genus Frankia)







Gram positif, sebagian besar hidup bebas, sebagian
saprofit pada zat organik mati
Memiliki sifat umum yang dimiliki antara jamur (yi.
percabangan miselium untuk menghasilkan spora) dan
bakteri (dinding sel tidak memiliki kitin dan sellulosa)
Merupakan slow growing actinomycetes
Membentuk vesikel untuk pengendalian suplai oksigen
(O2) yang menginduksi pembentukan enzim nitrogenase
Tanaman inang dari Frankia adalah beberapa tanaman
non-legum: Alnus, Myrica, Allocasuarina, Coriaria dan
Casuarina
Simbiosis pada Alnus dan Casuarina bintil akar
berkelompok dengan diameter 5-6 cm dengan berat
dapat mencapai 444 kg berat kering bintil akar/ha.
Pada Casuarina setiap tahunnya dapat membebaskan
sekitar 60 Kg/ha/th dan pada Alnus rata-rata sebesar
61,6 kg/ha/th
2.2.2 Non simbiotik
A. Bakteri saprofitik seperti Azotobacter dan
Clostridium
B. Beberapa algae (Cyanobacteria = blue
green algae)
›
›
Tumbuh di tanah-tanah netral dan alkalin
dalam jumlah kecil
Terdapat 2 jenis yaitu :
- Non heterocystous (Gleocapsa &
Oscilatoria)
- Heterocystous ( Anabaena & Nostoc)
3. Hasil dekomposisi seresah
Nitrogen tanaman sebagian dikembalikan ke
tanah dalam bentuk seresah
- Besar seresah bervariasi tergantung beberapa
faktor
- Kandungan nitrogen dalam seresah bervariasi
contoh : daun lebar 0.8 -2,0%
daun konifer 0,6-1,0%
-
Hilangnya N dari dalam tanah
Digunakan tanaman atau mikroorganisme
 NH4+ diikat mineral lempung illit
 NO3- dicuci oleh air hujan (leaching)
 Proses denitrifikasi

NO3-
NO2
NO
N2O
N2
SIKLUS NITROGEN
Protein
tanaman
Asam
Kebakaran
Nitrat
Denitrifikasi
Protein
hewan
Mati
N
Atmosfer
Fiksasi biologis
Residu tanaman
& hewan
Fiksasi
Nitrit
Dekomposisi
Amonium
Amonifikasi
Siklus N di alam yang di sederhanakan
Perubahan bentuk nitrogen dalam tanah



Aminisasi
- Pembentukan senyawa amino dari bahan organik oleh
bermacam mikroorganisme
Amonifikasi
- Pembentukan amonium dari senyawa amino oleh
mikroorganisme
Nitrifikasi
- Perubahan amonium menjadi nitrit (Nitrosomonas),
kemudian menjadi nitrat (Nitrobacter)
Fotosintesis
Glukosa ↔ Fruktosa
Oligosakarida
Polisakarida
Monosakarida
Mis: Sukrosa
Mis: Pati
Selulosa
Dinding sel
Monosakarida
Fosfogliserat
Respirasi
Acetyl coA
Membran sel
Asam lemak
Lemak/lipid
Enzim, dll
Siklus
Kreb
Asam amino
Protein
SEKIAN
Unsur Hara Esensial
1.
2.
3.
Terlibat dalam metabolisma
Fungsinya tidak dapat digantikan oleh unsur
yang lain
Tumbuhan tidak dapat menyelesaikan siklus
hidupnya tanpa unsur tersebut
* Unsur Hara Esensial ada17 unsur meliputi:
makro- dan mikronutrien
Makronutrients
Unsur Hara
(C, H, O, N, P, K, Ca, Mg, S)
Mikronutrients
( Fe, Mn, Zn, Cu, Bo, Mo, Cl,
Co)
Makronutrients : Diperlukan tanaman dalam jumlah yang besar
Mikronutrients : Diperlukan tanaman dalam jumlah kecil
Tabel konsentrasi Unsur-unsur nutrisi dalam materi
tumbuhan yang dianggap cukup
Unsur
Berat
Atom
Konsentrasi dalam bahan kering.
µ mol. g-1
Jumlah (ppm)
Magnesium (Mg)
24,32
80
0,2
Kalsium (Ca)
40,08
125
0,5
Kalium (K)
39,10
250
1,0
Belerang (S)
32,07
30
0,1
Nitrogen (N)
14,01
1.000
1,5
Oksigen (O)
16,00
30.000
45
Karbon (C)
12,01
35.000
45
Hidrogen (H)
1,01
60.000
6
Proses penambatan N dalam bintil akar
»
Enzim nitrogenase :
2 metaloprotein :
MoFe - Protein
Fe - Protein
Electron dr
Feredoksin
Fe protein
(reductase)
»
»
ATP
N2
ADP + Pi
Nitrogenase
(MoFe protein)
NH3
Aktivitas enzim nitrogenase rusak oleh adanya O2
Suplai O2 diatur oleh leghemoglobin (Rhizobium) dan vesikel
(Frankia)
Penambatan N oleh enzim
Nitrogenase
Nitrogenase
Nitrogenasenitrogen
complex
Tahap awal proses pembentukan
bintil akar
Tahap lanjut proses pembentukan
bintil akar
Biosintesis Asam Amino
Sumber N:
1. Gas N2 (udara) difiksasi oleh mikroorganisme
NH3 (Amonia)
penambat N)
Persamaan reaksi:
N2 + 6 e- + 6 H+
N2 + 8 e- + 8 H+
N2 + 8 e- + 8 H+ + 16 ATP
2 NH3
2 NH3 + 2 H2
2 NH3 + 2 H2 + 16 ADP + 16 Pi
2. Dari tanah
- Amonium (NH4+)
- Nitrat (NO3-)
NH2
NH3
(reduksi)
NH4+
1. Reduksi Nitrat
NO32. Aminasi
NH2
NH3
NH4+
Pembentukan gugus amina
NH4+ +  keto glutarat + NADPH + H+
Glutamat + NADP+ + 4 H2O
Glutamat dehidrogenase
Glutamin sintetase
3. Transaminase: Pemindahan gugus amina dari 1 asam amino
menjadi asam amino yg lain
- Dibedakan 6 famili Biosintesis asam amino
aspartat +  keto glutarat
- Oksalo asetat + glutamat
transaminase
Alanin +  keto glutarat
- Piruvat + glutamat
transaminase
- Aspartat + NH4+ + ATP
Asparagin + AMP + PP + H+