BAB III FAKTOR PERUSAK BIOTIK
A. Organisme Pendegradasi Kayu
Zabel dan Morrel (1992) mengelompokkan agen perusak utama dan jenis dekomposisi kayu yang disebabkan oleh faktor biotik sebagai berikut:
a. Serangan binatang – gangguan secara mekanis
- Penggerekan (boring) dan parutan permukaan (rasping) oleh marine borer
- Pembuatan terowongan (tunneling) dan penggalian (excavation) oleh serangga (rayap, kumbang dan hymenoptera seperti semut) dan marine borer (cacing laut, pholad, isopod)
b. Pelapukan dan Pewarnaan
- Penggoresan (etching) dinding sel dan pembuatan terowongan oleh bakteria
- Pewarnaan permukaan (molding) oleh jamur mold
- Pewarnaan kayu gubal (staining) oleh jamur stain
- Pelapukan (decay) oleh jamur (soft rot, brown rot dan white rot)
Kirk and Cowling (1984) merangkum tipe utama deteriorasi kayu dan organisme penyebab seperti terlihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Tipe deteriorasi biologis kayu dan organisme penyebab
Tipe deteriorasi Organisme
Deteriorasi tanpa dekomposisi
Kehilangan cadangan makanan Sel kayu hidup dalam kayu gubal Pemboran mekanik, pecking, pemotongan Serangga, burung dan mamalia
Stain Jamur
Pewarnaan permukaan Jamur
Destruksi membran noktah Bakteria, jamur Dekomposisi struktur polimer
Mekanobiokimia Serangga, binatang laut
Biokimia (pelapukan) Jamur
Deteriorasi tanpa dekomposisi
Apabila kayu yang baru ditebang yang diperuntukkan untuk kayu gergajian atau vinir dikeringudarakan, cadangan makanan pada kayu gubal akan segera kosong karena proses respirasi sel parenkim kayu itu sendiri. Tetapi bila pengeringan terlambat dilakukan, kayu yang baru ditebang dapat diserang oleh jamur sap-stain dan algae, atau oleh bakteri dan mold yang berkembang pada permukaan atau berpenetrasi ke dalam kayu gubal yang tumbuh dari sel parenkim yang satu ke yang lainnya melalui sel jari- jari. Organisme ini menggunakan isi sel parenkim sebagai makanan tetapi tidak mempengaruhi kekuatan kayu secara serius. Jamur ini terutama menyebabkan pengotoran kayu atau merubah permeabilitas kayu.
Bila kayu yang baru ditebang segera dikeringkan dengan kilang pengering, sel hidup pada kayu gubal mati oleh panas dan cadangan makanan tetap tersimpan dalam sel penyimpan makanan. Jika kayu telah dikeringkan menjadi basah kembali, cadangan makanan tersebut dapat menjadi substrat kembali untuk pertumbuhan jamur pewarna dan bakteria. Bila log yang baru ditebang cepat diubah menjadi serpih (chips) dalam tumpukan besar. Sel hidup dengan cepat merubah cadangan makanan menjadi karbondioksida (CO2), air, dan panas (lihat reaksi 1: respirasi). Jika panas metabolik
tersebut ditiadakan, tumpukan menjadi panas, dan pada kondisi ventilasi sangat jelek dapat menimbulkan pembakaran secara spontan.
Ada dua jenis organisme yang umumnya menyebabkan pewarnaan pada kayu, yaitu (1) mold dengan spora berwarna, dan algae yang tumbuh pada permukaan kayu, dan (2) jamur dengan hifa berwarna gelap yang melakukan pewarnaan pada bagian dalam kayu dengan melakukan penetrasi ke dalam kayu gubal. Aspergillus spp. dan
Penicillium spp. adalah mold yang umum ditemukan pada kayu. Pewarnaan yang
disebabkan oleh jamur ini biasanya dapat dikeluarkan melalui penyikatan, pengetaman, atau pengamplasan. Ceratocystis spp. adalah contoh jamur sapstain. Pewarnaan ini biasanya tidak dapat dikeluarkan meskipun dengan bahan kimia pemutih.
Bacillus polymyxa (Prazmowski) Macè, bakteri tertentu, jamur dan beberapa mold seperti Trichoderma viridae Pers.ex Fr. dapat mendegradasi membran pektin noktah berhalaman antar sel kayu. Degradasi ini meningkat permeabilitas kayu terhadap air dan pelarut organik. Peningkatan permeabilitas merupakan masalah dalam pengerjaan akhir kayu, tetapi dapat membantu penetrasi bahan kimia pulp dan pengawet ke dalam kayu gubal.
Disintegrasi kayu secara mekanik dapat disebabkan oleh sejumlah species serangga, burung, dan mamalia. Dalam beberapa kasus, disintegrasi ini dapat menjadi cukup serius.
Deteriorasi dengan Dekomposisi
Mudah tidaknya polimer dinding sel terdekomposisi secara biologis banyak ditentukan aksesibilitasnya terhadap enzim dan produk metabolik lain yang dikeluarkan oleh jamur perusak kayu, atau dalam kasus serangga tertentu dan marine borer –melalui organisme yang yang hidup pada saluran pencernaan hewan tersebut. Kontak fisik langsung antara enzim atau metabolik lain dan polimer dinding sel adalah prasyarat terjadinya degradasi secara hidrolitik dan oksidatif. Karena selulosa, hemiselulosa, dan lignin merupakan polimer dinding sel yang tidak larut air dan tersusun dalam dinding sel kayu dengan campuran fisik yang erat satu sama lain. Kontak fisik yang diperlukan dapat dicapai hanya melalui difusi atau enzim atau metabolik lain masuk ke dalam matriks kompleks tersebut atau menguyah halus kayu sebelum dicerna.
Komponen struktural kayu yang sangat penting yang membantu menahan dekomposisi biologis kayu adalah lignin. Pada kayu, mikrofibril selulosa dilapisi atau
ditutupi oleh hemiselulosa yang diikat oleh lignin. Lignin terikat secara kovalen dengan hemiselulosa, dan juga bergabung secara fisik. Apapun jenis hubungan nyata antara lignin dan hemiselulosa, lignin secara fisik dapat mencegah akses enzim terhadap hemiselulosa dan selulosa. Digestibility atau mudah tidaknya kayu utuh dan jaringan berlignin lain (lignoselulosa) dicerna merupakan fungsi kadar lignin (Gambar 4).
Gambar 4. Digestibilitas kayu melalui campuran selulosa dan hemiselulosa sebagai fungsi kadar lignin (Baker, 1973 dalam Kirk and Cowling, 1984).
Mekanisme biologis yang terlibat dalam mengatasi lignin sebagai perintang fisik (physical barrier), yaitu:
1) Serangga dan binatang laut merusak secara fisik lignin dengan menggerus kayu menjadi sangat halus,
2) Beberapa organisme terutama jamur tingkat tinggi mendekomposisi lignin dan kemudian mengekspos polisakarida,
3) Jamur tingkat tinggi tertentu mensekresi agen pendepolimerisasi selulosa non enzim yang melakukan penetrasi ke dalam selubung lignin.
Mekanisme 1 memungkinkan terjadinya mechano-bio-chemical decomposition kayu utuh; sedangkan mekanisme 2 dan 3 memungkinkan biochemical decomposition.
Mechano-bio-chemical Decomposition
Untuk menghindari lignin barrier oleh pencernaan enzimatik polisakarida kayu harus digiling halus. Pada ukuran partikel tertentu, polisakarida (selulosa dan hemiselulosa) dapat dicerna secara maksimal oleh enzim. Ukuran partikel sedikit bervariasi berdasarkan kadar dan penyebarab lignin serta jenis kayu. Kemampuan cerna maksimum dicapai pada beberapa kayu (sweetgum, red oak, aspen) melalui vibratory ball milling, tetapi penggunaan teknik penggilingan ini pada jenis kayu lain (red alder, conifer) memiliki efek lain yang berkebalikan dengan efek pencernaan. Virtanen et.al
pertamakali mendemonstrasikan pengaruh reduksi ukuran partikel terhadap kemampuan cerna bakteri selulotik yang tidak dapat dapat mendegradasi kayu utuh, tetapi dapat memanfaatkan serbuk gergaji yang halus. Pew juga mendemonstrasikan bahwa penggilingan halus membuat kayu lebih mudah dicerna oleh campuran enzim selulose dan hemiselulase.
Pengaruh penggerusan halus juga sudah diperlihatkan oleh beberapa serangga dan binatang laut yang pada bagian mulut dilengkapi organ penggiling internal (internal milling organ), yang mereduksi kayu menjadi ukuran partikel yang dapat dicerna. Enzim selulose dan hemiselulase pada usus mencerna polisakarida dan mengeluarkan eksresi yang kaya lignin. Kebanyakan serangga yang tidak melakukan pencernaan secara sempurna mencerminkan gagalnya pengerusa kayu menjadi cukup halus, yang disebabkan ketiadaan enzim pelengkap, waktu tinggal tidak cukup, atau faktor lain. Serangga pembor kayu (wood-boring insect) tertentu seperti kumbang ambrosia, kumbang lyctus, semut, dan lebah tidak mencerna struktur polimer kayu. Kayu melewati usus kumbang lyctus, tetapi hanya mencerna bahan non struktural yang sederhana, terutama pati pada sel parenkim. Demikian pula pada kumbang ambrosia, semut dan lebah.
Beberapa serangga, seperti Indian longhorn beetle (Stromatium barbatum
Fabricus) dan binatang laut (umumnya Limnoria tripunctata Menzies dan Bankia setacea Tryon) memiliki enzim selulase endogenous [dan mungkin juga enzim hidrolase polisakarida lainnya]. Rayap dan kebanyakan serangga pencerna kayu lainnya mengandalkan mikroba polisakarolitik yang ada pada usus. Kumbang Stromatium
barbatum dan binatang laut Bankia setacea dapat memanfaatkan keduanya, yaitu enzim selulase dan mikroba usus.
Serangga pengurai kayu dan binatang laut umumnya hanya mencerna selulosa dan hemiselulosa, sedangkan dekomposisi lignin terbatas hanya pada beberapa jenis serangga. Dalam salah satu laporan disebutkan bahwa perubahan lignin 14C menjadi
14
CO2 pada usus rayap Nasutitemes exitiosus Hill. Dekomposisi anaerobik lignin
dimungkinan oleh adanya oksigen yang terdapat pada usus Nasutetermes dan serangga tertentu lainnya.
Bio-chemical Decomposition
Jamur pelapuk kayu dapat dibagi atas 3 berdasakan tipe pelapukan yang ditimbulkannya, yaitu: white, brown, dan soft rot. Di Amerka Utara, white dan brown rot disebabkan oleh 1.700 spesies jamur pelapik kayu pada kelas basidiomycetes; lebih 90% diantaranya menyebabkan pelapukan tipe white rot. Soft rot disebabkan jamur pada kelas Ascomycetes dan Jamur imperfecti. Secara normal kebanyaan ditemukan pada tanah atau lingkungan perairan.