Agus F, Irawan. 2004. Alih guna dana lingkungan lahan sawah. Di dalam: Agus F, Adimihardja A, Hardjowigeno S, Fagi AM, Hartatik W, editor. Tanah Sawah dan Teknologi Pengelolaannya. Bogor: Pusat Penelitian dan Pengembangan Tanah dan Agroklimat.hal 24-28.
Amaral JA, Knowles R. 1995. Growth of methanotrophs in methane and oxygen counter gradients.FEMS Microbiol Letters126: 215-220.
Astuti DD. 2009. Karakterisasi fisiologi dan identifikasi molekuler isolat-isolat bakteri metanotrof asal sawah wilayah Bogor dan Sukabumi. [Skripsi]. Bogor: Departemen Biologi, Institut Pertanian Bogor.
Auman AJ, Speake C, Lidstrom M. 2001.nifHsequences and nitrogen fixation in type I and type II methanotrophs.Appl Environ Microbiol67:4009-4016. Bedard C, Knowles R. 1990. Physiology, biochemistry, and specific inhibitors of
CH4, NH4, and CO oxidation by methanotroph and nitrifiers. Microbiol Rev
53:68-84.
Begonja A, Hrsak D.1998. Growth characteristics and metabolic activities of the methanotrophic-heterotrophic groundwater community. J Appl Microbiol
85:448-456.
Begonja A, Hrsak D. 2001. Effect of growth conditions on the expression of soluble methane monooxygenase.Food Technol Biotechnol39:29-35.
Benstead J, King GM, Williams HG. 1998. Methanol promotes atmospheric methane oxidation by methanotrophic cultures and soils. Appl Environ Microbiol64: 1091-1098.
Budihartono S, Soetaredjo F, Setiawan LE, Nugraheni, Adinugraha. 2009. Pengaruh perbedaan bakteri dan nutrien terhadap penurunan konsentrasi Cr (VI) di tanah menggunakan metode slurry phase bioremediation. Prosiding Seminar Nasional Ilmiah Teknik Kimia Indonesia; Bandung, 19-20 Oktober 2009.
Charlotte S, Jean B, Julia G, Helene A, Kurt S. 2009. Microbial methane oxidation processes and technologies for mitigation of landfill gas emissions.
Ciceron RJ, Oremland RS. 1998. Biogeochemical aspects of atmospheric methane.Glob Biogeochem: 299-327.
Conrad R. 1996. Soil microorganism as controllers of atmospheric trace gases (H2, CO, CH4, OCS, N2O, and NO).Microbial Rev60: 609-640.
Dalton H, Whittenbury R .1976. The acetylene reduction technique as an assay for the nitrogenase activity in the methane oxidizing bacterium Methylococcus capsulatusstrain Bath.Arch Microbiol 109: 147-151.
Dedysh S. N, Ricke P, Liesack W. 2004. NifH and NifD phylogenies: an evolutionary basis for understanding nitrogen fixation capabilities of methanotrophic bacteria.Microbiology150: 1301 1313.
Hanson RS, Hanson T. 1996. Methanotrophic bacteria. Microbiol Rev 60: 439- 471.
Hapsary W. 2008. Isolasi dan karakterisasi bakteri metanotrof asal sawah di Bogor dan Sukabumi [skripsi]. Bogor: Departemen Biologi Institut Pertanian Bogor.
Houet al. 2000. Methane and nitrous oxide emissions from a rice field in relation to soil redox and microbial and microbiological processes. Soil Sci Soc Am
64:2180-2186.
Qin D, Chen Z, Marquis M, Averyt KB, Tignor M, Miller H. 2007. Summary for Policymarkers. Contribution of Working Group I due to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge: University Press.
[IRRI] International Rice Research Institute. 1998. Methane Emission from Ricefields. Manila: IRRI.
Khairani. 2009. Aktivitas oksidasi metan bakteri metanotrof asal lahan sawah pada konsentrasi oksigen yang berbeda. [Tesis]. Bogor: Departemen Biologi, Institut Pertanian Bogor.
King GM. 1992. Ecophysiological characteristics of obligate methanotrophic bacteria and methane oxidation in situ.J Appl Environ Microbiol303-313. Kumaraswary P, Ramakhrisnan B, Sethunathan N.2001. Methane production and
oxidation in anoxic rice soil as influenced by inorganic redox species.
Lehninger AL. 1982. Dasar-Dasar Biokimia. Thenawidjaja M, penerjemah. Jakarta: Erlangga. Terjemahan dari:Principles of Biochemistry.
Lynch M, Wopat A, O Connor M. 1982. Characterization of two new facultative methanotrophs.J App Environ Microbiol 40: 400-407.
Madigan MT, Martinko JM, Parker J. 2006.Brock Biology of Microorganisms. Ed ke-11. New Jersey: Prentice Hall.
Maisaroh. 2009. Aktivitas enzim nitrogenase dan oksidasi metan bakteri metanotrof asal sawah. [Tesis]. Bogor: Departemen Biologi, Institut Pertanian Bogor.
Minamikawa M, KN Sakai. 2006. Mitigation and measurement of methane emission from paddy field. Final Report of International Symposium (Food and Environmental Preservation in Asian Agriculture).
Murrel C, Dalton H. 1983. Nitrogen fixation in obligate methanotrophs. J Gen Microbiol129: 3481-3486.
Neue HU, Roger PA.1994. Potential of Methane Emission in Major Rice Ecologies. Climate Biosphere Interaction :Biogenic Emission & Environmental Effects of Climate Change.Manila: IRRI.
Nurhasanah. 2009. Eksplorasi dan karakterisasi bakteri metanotrof toleran senyawa organoklorin dari lahan sawah di Bogor. [Tesis]. Bogor: Departemen Biologi, Institut Pertanian Bogor.
Patt T, Cole GC, Bland J, Hanson RS. 1974. Isolation and characterization of bacteria that grow on methane and organic compounds as sole sources of carbon and energy.J Bacteriol120:955-964.
Shrestha, M., W. R. Abraham, P. M. Shrestha, M. Noll, and R. Conrad. 2008. Activity and composition of methanotrophic bacterial communities in planted rice soil studied by flux measurements, analyses of pmoA gene and stable isotope probing of phospholipid fatty acids.Environ Microbiol10: 400 412. Setyanto P. 2004. Mitigasi gas metana dari lahan sawah. Di dalam Agus F,
Adimihardja A, Hardjowigeno S, Fagi AM, Hartatik W, editor. Tanah Sawah dan Teknologi Pengelolaannya. Bogor: Pusat Penelitian dan Pengembangan Tanah dan Agroklimat .hal 287-303.
Wang ZP, De Laune RD, Masscheleyn PB, Patrick Jr WH. 1993. Soil redox and pH effects on methane production in a flooded rice soils.Soil Sci Soc57: 382- 385.
Whittenbury R, Dalton H. 1981. The methylotrophic bacteria. InThe prokaryotes, a handbook on habits, isolation, and identification of bacteria. New York: SpringerVerlag.
Wihardjaka A. 2001. Emisi gas metan di tanah sawah irigasi dengan pemberian beberapa bahan organik.Agrivita23: 43-51.
Wilshusen JH, Hettiaratchi JPA, Visscher A, Saint Fort R. 2004. Methane oxidation and formation of EPS in compost:Effect of oxygen concentration.
Lampiran 1 Hasil uji aktivitas oksidasi metan pada perlakuan metanol dengan menggunakan kromatografi gas
Isolat Konsentrasi CH4(ppm) Oksidasi CH4 (ppm/ml/hari) Oksidasi CH4 (mol/ml/hari) Rata- rata Standar eror Perlakuan metanol 2% BGM 1 4343,29 43,45 0,0027 0,0024 0,0004 4452,13 31,91 0,0020 BGM 3 4550,40 21,48 0,0013 0,0030 0,0017 4045,11 75,08 0,0047 BGM 9 4327,67 45,11 0,0028 0,0020 0,0008 4575,38 18,83 0,0012 SKM 14 4381,38 39,41 0,0025 0,0024 0,0000 4386,69 38,85 0,0024 Perlakuan metanol 5% BGM 1 4098,93 69,37 0,0043 0,0042 0,0001 4140,78 64,93 0,0041 BGM 3 4195,72 59,10 0,0037 0,0034 0,0003 4288,83 49,23 0,0031 BGM 9 4007,19 79,10 0,0049 0,0035 0,0015 4449,43 32,19 0,0020 SKM 14 4166,66 62,18 0,0039 0,0035 0,0004 4292,77 48,81 0,0031 Perlakuan metanol 10% BGM 1 3607,80 121,46 0,0076 0,0076 0,0000 3594,57 122,86 0,0077 BGM 3 3392,95 144,24 0,0090 0,0078 0,0012 3753,06 106,05 0,0066 BGM 9 2010,36 290,88 0,0182 0,0180 0,0002 2066,48 284,93 0,0178 SKM 14 3251,63 159,23 0,0100 0,0087 0,0013 3643,23 117,70 0,0074 Perlakuan metanol 15 % BGM 1 2911,24 195,33 0,0122 0,0086 0,0037 4014,68 78,30 0,0049 BGM 3 3508,08 132,03 0,0083 0,0074 0,0008 3750,95 106,27 0,0066 BGM 9 3233,49 161,16 0,0101 0,0084 0,0016 3726,70 108,85 0,0068 SKM 14 3495,54 133,36 0,0083 0,0086 0,0003 3400,62 143,43 0,0090
Lampiran 2 Hasil uji aktivitas oksidasi metan pada perlakuan nitrat dengan menggunakan kromatografi gas
Isolat Konsentrasi CH4(ppm) Oksidasi CH4 (ppm/ml/hari) Oksidasi CH4 (mol/ml/hari) Rata- rata Standar eror Perlakuan nitrat 0,5 g/L BGM 1 2839,82 202,91 0,0127 0,0126 0,0001 2866,46 200,08 0,0125 BGM 3 3096,75 175,66 0,0110 0,0120 0,0010 2801,47 206,98 0,0129 BGM 9 3258,68 158,48 0,0099 0,0091 0,0008 3512,69 131,54 0,0082 SKM 14 3206,27 164,04 0,0103 0,0110 0,0008 2965,72 189,56 0,0118 Perlakuan nitrat 1 g/L BGM 1 2877,83 198,88 0,0124 0,0128 0,0003 2772,29 210,07 0,0131 BGM 3 2906,13 195,88 0,0122 0,0107 0,0015 3357,11 148,04 0,0093 BGM 9 3034,15 182,30 0,0114 0,0116 0,0002 2981,43 187,89 0,0117 SKM 14 2833,34 203,60 0,0127 0,0147 0,0020 2234,14 267,15 0,0167 Perlakuan nitrat 1,5 g/L BGM 1 1585,51 335,94 0,0210 0,0167 0,0043 2884,18 198,20 0,0124 BGM 3 3057,17 179,86 0,0112 0,0116 0,0003 2962,25 189,92 0,0119 BGM 9 3257,94 158,56 0,0099 0,0094 0,0006 3425,71 140,77 0,0088 SKM 14 3297,05 154,41 0,0097 0,0109 0,0012 2927,17 193,64 0,0121 Perlakuan nitrat 2 g/L BGM 1 3112,95 173,94 0,0109 0,0111 0,0003 3030,92 182,64 0,0114 BGM 3 2982,66 187,76 0,0117 0,0114 0,0003 3073,38 178,14 0,0111 BGM 9 3286,58 155,53 0,0097 0,0095 0,0002 3349,30 148,87 0,0093 SKM 14 3281,75 156,04 0,0098 0,0096 0,0002 3329,45 150,98 0,0094
Lampiran 3 Pertumbuhan isolat bakteri metanotrof pada konsentrasi metanol dan nitrat berbeda selama 12 hari inkubasi dengan sumber karbon metan
Perlakuan Nilai Optical Density ( = 620 nm) BGM 1 BGM 3 BGM 9 SKM 14 Konsentrasi metanol (%) 2 0.129 0.053 0.072 0.089 5 0.044 0.072 0.063 0.062 10 0.197 0.054 0.139 0.022 15 0.197 0.055 0.037 0.071 Modifikasi nitrat (g/L) 0.5 0.026 0.023 0.028 0.004 1 0.027 0.030 0.023 0.028 1.5 0.022 0.012 0.016 0.018 2 0.036 0.021 0.019 0.016
ABSTRACT
SARI WIRYANINGTYAS. Growth and Methane Oxidation Activity of Methanotrophic Bacteria in Different Media. Supervised by IMAN RUSMANA AND NISA RACHMANIA MUBARIK
Methanotrophs are bacteria that can utilize methane or C1 compounds as their sole carbon and energy source. Previous study resulted that BGM 1, BGM 3, BGM 9, and SKM 14 isolates could oxidized CH4. Objective of this
research was to formulate medium composition for production of methanotrophic bacteria. The substances that we used as carbon sources were methanol, mollase. And a nitrate was as a nitrogen source. Specific growth rate of bacteria in methanol and nitrate was different for each isolate. The best carbon and nitrogen sources of medium for bacterial growth was methanol 2% and nitrate 1 g/L. Methane oxidation rate of BGM 1, BGM 3, BGM 9, and SKM 14 isolates was 0.01, 0.04, 0.03, and 0.03 mol/ml culture/day respectively. The highest activity of methane oxidation was perfomed by BGM 3 isolate, and the highest ammonium accumulation was perfomed by BGM 9 isolate. The bacterial cells produced by medium of combination methanol 2% and nitrate 1 g/L were tested in soil of a rice field in laboratorium scale. The result showed that methane concentration was decreased in twelveth days of incubation. The methane reduction activity of the isolates during incubation of 8 to 12 days was 88.5%, 85.1%, 47.8%, and 66.4% for BGM 1, BGM 3, BGM 9, and SKM 14 isolates respectively.
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pemanasan global yang disebabkan oleh emisi gas rumah kaca semakin meningkat persentasenya hingga 70% antara tahun 1970 hingga 2004 (Shrestha et al.2008). Gas-gas rumah kaca penyebab pemanasan global ini ialah CH4, CO2, N2O, dan CFC. Gas metan (CH4) di atmosfer menunjukkan
peningkatan konsentrasi dari 715 ppb hingga 1732 ppb dari tahun 1970 hingga awal tahun 1990, dan telah meningkat lagi sebesar 1774 ppb pada tahun 2005 (Qin et al. 2007). Gas CH4 dapat menyerap radiasi infra merah 25 kali lebih
efektif jika dibandingkan dengan CO2. Menurut Setyanto (2004),
penggenangan seperti pada tanah sawah dan lahan basah lainnya merupakan salah satu sumber munculnya emisi CH4. Kondisi tanah yang tergenang
menyebabkan suasana reduktif di dalam tanah sehingga pertumbuhan bakteri metanogen meningkat. Seiring dengan peningkatan produksi padi, emisi CH4
juga semakin meningkat jika di dalam pengelolaannya tidak diiringi dengan upaya penurunan emisi. Salah satu upaya untuk menekan emisi CH4 yaitu
dengan pemanfaatan mikrob metanotrof. Mikrob ini akan memanfaatkan metan sebagai sumber karbon dan energinya.
Emisi CH4pada dasarnya ditentukan oleh dua proses mikrob yang berbeda,
yaitu produksi CH4 oleh bakteri metanogen dan konsumsi CH4 oleh bakteri
metanotrof. Sebagian dari metan yang telah diproduksi akan dioksidasikan oleh bakteri metanotrof di lapisan permukaan tanah dan di zona perakaran (Bedard & Knowles 1990). Beberapa faktor lingkungan seperti pH tanah, bahan organik tanah, suhu, potensial redoks tanah mempengaruhi produksi CH4 pada lahan sawah. Penelitian Hanson dan Hanson (1996) menunjukkan
bakteri metanotrof dapat tumbuh optimum pada media NMS (nitrate mineral salt), dapat juga tumbuh pada media NMS dengan modifikasi penambahan kalium nitrat (Murrel & Dalton 1983). Metanotrof dapat memanfaatkan berbagai senyawa karbon yang berbeda, seperti metan, metanol, metil amin, halometan sebagai sumber karbon dan energi (Hanson & Hanson 1996).
Pada penelitian sebelumnya telah berhasil diisolasi bakteri metanotrof dari sawah asal Bogor dan Sukabumi (Hapsary 2008). Di antara beberapa isolat yang diperoleh, terdapat 4 isolat terbaik dalam mengoksidasi metan. Isolat tersebut ialah BGM 1, BGM 3, BGM 9, dan SKM 14. Keempat isolat ini telah didentifikasi oleh Astuti (2009) sebagai Methylococcus rosea, Methylocystis rosea, Methylococcus capsulatus, dan Methylobacter sp. Maisaroh (2009) melaporkan bahwa isolat BGM 1, BGM 3, dan BGM 9 menunjukkan adanya aktivitas nitrogenase, sehingga isolat tersebut memiliki kemampuan untuk melakukan fiksasi nitrogen. Isolat BGM 9 dan SKM 14 selain mampu mengoksidasi metan dan fiksasi nitrogen, juga berpotensi mengurangi residu organoklorin dari lahan sawah (Nurhasanah 2009). Untuk mengaplikasikan bakteri metanotrof tersebut pada lahan pertanian maka diperlukan produksi bakteri tersebut pada media yang ekonomis dan optimum.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk memformulasi media produksi bakteri metanotrof yang memiliki aktivitas oksidasi CH4dan fiksasi N2yang tinggi.
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat untuk mewujudkan sistem pertanian padi yang rendah emisi metannya.