CHAPTER 4 Medium Kultur

Medium Kultur
Konsentrasi sel fitoplankton dalam kultur cenderung
lebih besar daripada di alam membutuhkan nutrient
yang lengkap untuk menutupi kekurangan nutrisi di
alam
Kebutuhan nutrisi semua jenis mikroalga umumnya
sama mempengaruhi komposisi dalam medium
Beberapa masalah dalam kultur berkaitan dengan
medium kultur
- Kontaminasi
Sumber Medium kultur (air dan nutrisi), udara, dan kultur stok
- Produksi yang tidak konsisten
- Kuantitas dan kualitas
Membutuhkan komposisi nutrisi medium yang tepat
dan teknik persiapan yang steril
Persyaratan Teknis
1. Persyaratan Biologi
- bebas kontaminasi/steril ~ bakteri, protozoa, & Jamur
- sterilisasi : desinfeksi, chlorinisasi
2. Persyaratan Kimia
- Faktor Nutrisi : unsur makro, unsur mikro
- unsur makro : N, P, Si; Mikro : trace metals (Co, Mn,
Fe, Zn), Vit (B12, B1, biotin)
3. Persyaratan fisika-kimia air
- intensitas cahaya, temperatur, pH, salinitas
- CO2 sources & homogenisasi (aeration)
Kondisi Umum dalam
Mengkultur Alga Mikro
Parameter
Kisaran
Optimum
Suhu (°C)
16-27
18-24
Salinitas (g.l-1)
12-40
20-24
1,000-10,000
(bergantung pada volume
dan kepadatan sel dalam
kultur)
2,500-5,000
Intensitas cahaya (lux)
Fotoperiode
(terang:gelap jam)
pH
16:8 (minimum)
24:0 (maximum)
7-9
8.2-8.7
Hal penting dalam menyiapkan Kultur
Media
Semua larutan harus dibuat dalam gelas kaca.
Medium umumya disiapkan dari larutan stok dari
macronutrien, trace metals, dan vitamin, yang
ditambahkan pada volume air yang lebih besar
untuk menghindari penguapan.
Medium yang digunakan umumnya dalam bentuk
larutan atau solid dengan menambahkan 1.0-1.5
% agar.
Komposisi Nutrisi Medium
Makronutrien
Umumnya membutuhkan rasio N : Si : P = 16 :16:1
Nitrogen
- Sumber : Urea Ca (NH2)2, KNO3
- Nitrat (NO3) dan ammonium (NH4) sering
dimanfaatkan
oleh
mikroalga.
- Membantu dalam pembentukan asid amino (protein) dan enzim-enzim
- Ammonium bersifat toxic bila konsentrasinya >100 mM, sehingga
konsentrasi ammonium yang digunakan harus lebih rendah Fosfat
- Sumber TSP (triple Super Phosphat), Ca(HPO4)2, Na2HPO4, NPK
- Bentuk
senyawa
anorganik
yang
terlarut
(ortofosfat
dan
polifosfat) dan senyawa organik yang berupa partikulat.
- Komponen DNA, RNA, ADP, dan ATP.
- Merupakan faktor pembatas.
Silikat
- Sumber : SiO3
- Hanya digunakan oleh diatom, Silicofalgellates, dan beberapa chrysophyta
sebagai bahan pembentuk rangka luar.
- Berpengaruh terhadap proses pembentukan klorofil a pada C. gracilis
- memicu pembentukan trigliserida
Kalsium (Ca)
penting dalam mitosis selama sel membelah
dan membentuk kalsium pektat ditengah
lamela dari lapisan sel yang membentuk sel
tetangga
kalium (K)
untuk mengaktifkan beberapa enzim yang
berperan dalam proses fotosintesis dan
respirasi
Komposisi Nutrisi Medium
Mikronutrien
Mikronutrien Anorganik Terdiri dari trace metals Berguna untuk pembentukan enzim.
besi (Fe)
Peranan besi antara lain:
1. Besi merupakan bagian proses katalisis dari banyak enzim oksidasi reduksi.
2. Besi sangat penting dalam pembentukan klorofil, meskipun bukan bagian dari molekul klorofil
3. Besi penting dalam protein heme (sitokrom dan sitokrom oksidase) rangkaian pemindahan elektron
dengan cara menambah dan melepaskan elektron pada proses oksidasi
dan reduksi.
4. Besi didapatkan pada sejumlah enzim oksidasi yang penting (katalase dan peroksidase)
5. Besi dijumpai pada flavoprotein, feredoksin.
magnesium (Mg)
Magnesium memiliki beberapa fungsi penting, antara lain :
- stabilisasi partikel-partikel ribosom
- terlibat dalam sejumlah reaksi enzimatik dengan kapasitas yang bervariasi,
1. dalam reaksi yang menyangkut pemindahan fosfat dari ATP, penghubung enzim
terhadap dari ATP dan penghubung enzim terhadap substratnya.
2. mengubah konstanta keseimbangan reaksi dengan cara berikatan dengan produk ,
misal pada reaksi-reaksi kinase tertentu serta bekerja membentuk kompleks dengan
suatu inhibitor enzim.
- merupakan aktivator enzim-enzim pada reaksi pemindahan fosfat (kecuali fosforilase),
sintesis asam nukleat, karboksilasi dan dekarboksilasi. Magnesium juga
- merupakan komponen molekul klorofil yang penting untuk fotosintesis.
Sulfur (S) penting dalam pembentukan protein dimana residu ikatan di sulfida diantara sistein dan
metionin dikontribusikan untuk struktur tersier.Sulfur juga terdiri atas vitamin tiamin dan biotin serta
koenzim A yang merupakan komponen penting dalam respirasi dan metabolisme asam lemak.Dalam
bentuk besi protein sulfur sangat penting dalam reaksi transfer elektron dalam fotosintesis dan fiksasi
nitrogen.
Boron (Bo) berhubungan dengan translokasi dan penyerapan gula
Mangan (Mn) berperan serta sebagai aktivator beberapa enzim respirasi, dalam reaksi metabolisme
nitrogen dan fotosintesis (berkaitan dengan pelepasan elektron dari air dalam pemecahannyamenjadi
hidrogen dan oksigen). Mengaktifkan nitrat reduktase
Seng (Zn) merupakan aktivator dari sejumlah besar enzim diantaranya ADH (Alkohol
Dehidrogenase) yang mengkatalisis reduksi asetaldehid menjadi etanol, karbon anhidrase yang
mengkatalisis hidrasi karbon dioksida menjadi bikarbonat. Seng tersebar luas dalam tanah namun
sukar diperoleh jika kondisi pH-nya meningkat. Seng ini terlibat secara langsung dalam sintesis hormon
asam aindol asetat (IAA).
Klor (Cl) mutlak diperlukan dalam fotosintesis.
Molibdenum (Mo) Peranan yang sangat penting dari Mo ini adalah dalam reduksi nitrat dan fiksasi
nitrogen
Tembaga (Cu) Tembaga dapat dijumpai dalam plastosianin yang penting dalam fotosintesis dan
berperan katalitik khusus dalam tumbuhan serta merupakan bagian dari enzim-enzim seperti polifenol
oksidase dan asam askorbat oksidase.
Mikronutrien Organik : vitamin thiamin (B1),
cyanocobalamin (B12), dan Biotin kofaktor
dalam pembentukan enzim
EDTA sebagai chelator agent pengikat unsur
logam supaya tetap dalam bentuk ter-ion
dalam air sehingga dapat dimanfaatkan oleh
mikroalga
mudah dimanfaatkan oleh
mikroalga
Makronutrient dan Mikronutrient yang dibutuhkan oleh mikroalga
Elemen
Symbol kimia
Asal
Macronutrient
Hidrogen
Carbon
Oksigen
Nitrogen
Potassium
Calsium
Magnesium
Phosphorus
Sulfur
Silikat
H
C
O
N
K
Ca
Mg
P
S
Si
H2O
CO2
O2, CO2
NO3-, NH4+
K+
Ca2+
Mg2+
HPO4-,
HPO42SO42SiO2
Micronutrient
Chlorine
Boron
Besi
Magnesium
Zinc
Tembaga
Nikel
Molybdenum
Cl
B
Fe
Mn
Zn
Cu
Ni
Mo
ClBO33Fe2+, Fe3+
Mn2Zn2+
Cu2+
Ni2+
Mo42-
Jenis Medium
Premix
Komersial
Medium Premix
Medium yang umumnya digunakan untuk
memproduksi kultur alga dalam skala kecil (skala lab)
Umumnya dapat digunakan untuk mengkultur
bermacam-macam mikroalga
Terdapat dua macam medium premix yang umum
digunakan :
Medium Walne
Medium Guillard
Komposisi Medium Walne (1)
Constituents
Quantities
Solution A (at 1 ml per liter of culture)
Ferric chloride (FeCl3)
0.8 g(a)
Manganous chloride (MnCl2, 4H2O)
0.4 g
Boric acid (H3BO3)
33.6 g
EDTA(b), di-sodium salt
45.0 g
Sodium di-hydrogen orthophosphate (NaH2PO4, 2H2O)
20.0 g
Sodium nitrate (NaNO3)
100.0 g
Solution B
1.0 ml
Make up to 1 litre with fresh water(c)
Heat to dissolve
Solution B
Zinc chloride (ZnCl2)
2.1 g
Cobaltous chloride (CoCl2,6 H2O)
2.0 g
Ammonium molybdate ((NH4)6Mo7O24, 4H2O)
0.9 g
Cupric sulphate (CuSO4, 5H2O)
2.0 g
Concentrated HCl
Make up to 100 ml fresh water(c)
Make up to 1 litre with fresh water(c)
10.0 ml
Heat to dissolve
Komposisi Medium Walne (2)
Solution C (at 0.1 ml per liter of culture)
Vitamin B1
0.2 g
Solution E
25.0 ml
Make up to 200 ml with fresh water(c)
Solution D (for culture of diatoms-used in addition to solutions A and C, at 2 ml
per liter of culture)
Sodium metasilicate (Na2SiO3, 5H2O)
40.0 g
Make up to 1 litre with fresh water(c)
Shake to dissolve
Solution E
Vitamin B12
0.1 g
Make up to 250 ml with fresh water(c)
Solution F (for culture of Chroomonas salina - used in addition to solutions A and
C, at 1 ml per liter of culture)
Sodium nitrate (NaNO3)
200.0 g
Guillard’s F/2 medium
Nutrients
Final concentration (mg.l-1 seawater)a
Stock solution preparations
NaNO3
75
Nitrate/Phosphate Solution
Working Stock: add 75 g NaNO3 + 5 g NaH2PO4 to 1 liter
distilled water (DW)
NaH2PO4.H2O
5
Na2SiO3.9H2O
30
Silicate Solution
Working Stock: add 30 g Na2SiO3 to 1 liter DW
Na2C10H14O8N2.H2O
(Na2EDTA)
4.36
Trace Metal/EDTA Solution
Primary stocks: make 5 separate
CoCl2.6H2O
0.01
1-liter stocks of (g.l-1 DW) 10.0 g CoCl2, 9.8 g
CuSO4.5H2O
0.01
CuSO4, 180 g MnCl2, 6.3 g Na2MoO4, 22.0 g ZnSO4
FeCl3.6H2O
3.15
MnCl2.4H2O
0.18
Na2MoO4.2H2O
0.006
ZnSO4.7H2O
0.022
Thiamin HCl
0.1
Biotin
0.0005
B12
0.0005
Working stock: add 1 ml of each primary stock solution +
4.35 g Na2C10H14O8N2 + 3.15 g FeCl3 to 1 liter DW
Vitamin Solution
Primary stock: add 20 g thiamin HCl + 0.1 g biotin + 0.1 g
B12 to 1 liter DW
Working stock: add 5 ml primary stock to 1 liter DW
Medium Spirulina (Air Tawar)
g/L
Na2CO3
NaCl
KNO3
NAHCO3
K2SO4
Urea
2(NH4)PO4
MgSO4.7H2O
CaCO3
FeSO4.7H2O
5
5
2
1
1
0.02
0.1
0.2
0.02
0.005
Medium Chlorella (Air Tawar)
Makronutrien
KNO3
MgSO4.7H2O
KH2PO4
g/L
2
0.2
1.25
Mikronutrien
FeSO4.7H2O
H3BO3
MnCl2
ZnSO4.7H2O
CuSO4.5H2O
3(NH4).0,7MoO3.4H2O
3 mg
2.85 mg
1.81 mg
0.82 mg
0.078 mg
0.171 mg
Medium Komersial
Merupakan medium alternatif yang digunakan untuk
memproduksi mikroalga dalam skala besar
Mengurangi jumlah tenaga kerja untuk persiapan medium
mempengaruhi biaya pengeluaran
Hanya mengandung nutrien assensial yang paling penting
bagi pertumbuhan mikroalga
Kombinasi fertilizer yang digunakan untuk
kultur masal alga laut
Concentration (mg.l-1)
Fertilizers
A
B
C
D
E
F
Ammonium sulfate
150
100
300
100
-
-
Urea
7.5
5
-
10-15
-
12-15
Calcium superphosphate
25
15
50
-
-
-
Clewat 32
-
5
-
-
-
-
N:P 16/20 fertilizer
-
-
-
10-15
-
-
N:P:K 16-20-20
-
-
-
-
12-15
-
N:P:K 14-14-14
-
-
-
-
-
30
Medium Komersial yang umum
digunakan (Air Laut)
Urea
ZA (Chlorella)
MSP
FeCl3
EDTA
Silikat (diatom)
KNO3
Vit B12 dan Biotin
30 ppm
30-40 ppm
10 ppm
1-5 ppm
1-5 ppm
10-15 ppm
40-50 ppm
Medium diatas umumnya digunakan sebagai pupuk
dalam kultur massal Chaetoceros sp. dan Chlorella
sp.
Jenis pupuk yang umum digunakan dalam kultur masal
Kultur masal mikro alga (indoor)
Kultur masal mikro alga (outdoor)