4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.4 Uji Definitif
4.4.2 Toksisitas Kadmium dan Timbal Terhadap Pertumbuhan
Data parameter kualitas air pada penelitian ini menunjukkan bahwa larutan uji berada dalam kondisi optimum untuk pertumbuhan mikroalga. Menurut hasil perhitungan, kepadatan sel setelah 96 jam pada larutan kontrol kadmium adalah 9.74x105 sel/ml dan larutan kontrol timbal adalah 9.42x105 sel/ml. Hal ini berarti uji ini valid untuk melakukan uji akhir (definitive test) sesuai dengan kriteria yang ditetapkan oleh ASEAN-Canada CPMS-II (1995) untuk uji toksisitas pada
mikrolaga.
Respon yang dihasilkan pada penelitian ini adalah berupa perkembangan jumlah sel C. gracilis selama 96 jam dengan konsentrasi kadmium dan timbal yang berbeda-beda. Hasil pengukuran perkembangan jumlah sel terhadap kadmium selama 96 jam terdapat pada Gambar 4 dan terhadap timbal selama 96 jam terdapat pada Gambar 5.
0 20 40 60 80 100 120 kontrol 0.56 0.92 1.7 3.2 4.9 konsentrasi CdCl2 (mg/l) k e pd a ta n s e l (x 1 0 ^ 4 s e l/ m l) jam ke-48 jam ke-72 jam ke-96
Gambar 4. Grafik kepadatan sel C. gracilis selama 96 jam pada berbagai konsentrasi kadmium
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 kontrol 0.26 0.45 0.71 1.79 2.74 konsentrasi Pb(NO3)2 mg/l k e pa da ta n s e l (x 1 0 ^ 4 s e l/ m l) jam ke-48 jam ke-72 jam ke-96
Gambar 5. Grafik kepadatan sel C. gracilis selama 96 jam pada berbagai konsentrasi timbal
Perkembangan jumlah sel dimulai pada jam ke-0 dengan kepadatan sel seluruh konsentrasi sebesar 104 sel/ml. Setelah dilakukan pengamatan pada jam ke-48, 72 dan 96 terjadi penurunan jumlah sel pada tiap-tiap perlakuan kadmium dibandingkan dengan kontrol. Berdasarkan data yang diperoleh ditunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi kadmium maka pertumbuhan sel C. gracilis menurun, hal ini ditunjukkan pada penurunan jumlah sel C . gracilis. Jadi, dengan adanya toksikan kadmium akan menghambat pertumbuhan C. gracilis. Nilai persentase penghambatan pertumbuhan C. gracilis selama uji toksisitas kronik kadmium pada jam ke-48, 72 dan 96 dapat dilihat dalam Lampiran 6, 7 dan 8.
Berbeda halnya dengan C. gracilis yang diberi perlakuan berupa timbal. Setelah dilakukan pengamatan pada jam ke- 48, dan 72 terjadi penurunan jumlah sel C. gracilis sampai dengan konsentrasi 0.45 mg/l. Akan tetapi untuk
konsentrasi yang lebih besar mengalami peningkatan jumlah sel secara bertahap, begitu halnya pada pengamatan jam ke-96 terjadi penurunan jumlah sel C.
gracilis sampai dengan konsentrasi 0.71 mg/l, akan tetapi jumlah sel kembali meningkat pada saat konsentrasinya lebih besar dari 0.71 mg/l. Berdasarkan deskripsi Gambar 4 dan 5, kedua logam berat yang digunakan pada penelitian ini yaitu kadmium mampu menurunkan jumlah sel C. gracilis dibandingkan dengan kontrol.
Respon alga selama periode perlakuan logam berat secara umum berhubungan dengan penurunan jumlah sel (Foster in Yuniananda, 1996). Ini berarti bahwa terdapat hubungan negatif dimana meningkatnya konsentrasi yang diberikan pada medium akan meningkatkan penurunan jumlah sel mikroalga.
Penelitian uji toksisitas kadmium terhadap mikrolga telah banyak
dilakukan Hindarti et al. (2008); Yap et al. (2004) ; Darmayati et al. (1998) dan seluruhnya memiliki respon yang sama yaitu semakin tinggi konsentrasi yang diberikan maka jumlah sel mikroalga akan turun. Karena hasilnya konsisten maka kadmium digunakan sebagai referensi toksikan. Pada penelitian kali ini hasilnya cenderung sama dengan penelitian sebelumnya.
Toksikan kedua yang dipakai adalah timbal. Penelitian ini belum banyak dilakukan pada mikroalga. Penelitian ini pernah dilakukan oleh Yap et al., (2004), Henaldi (1998) dan Rivkin (1979). Semuanya memiliki kisaran konsentrasi yang berbeda-beda. Oleh karena itu, diperlukan toksikan referensi untuk memastikan jika penelitian yang dilakukan telah sesuai dengan prosedur yang semestinya. Pada kasus ini terdapat fenomena dimana setelah konsentrasi timbal 0.71 mg/l terjadi kenaikan kepadatan sel C. gracilis. Fenomena ini terjadi dua kali yaitu pada saat melakukan range finder test dan definitive test (Lampiran 9, 10, 11 dan 12).
Hal ini dapat terjadi karena beberapa faktor; pertama timbal memiliki sifat mudah mengendap dalam air laut sehingga kandungan timbal di kolom perairan jauh lebih sedikit dibandingkan di dasar perairan. Hal ini telah disimulasikan dan terbukti pada pengamatan visual bahwa konsentrasi timbal 10 ppm mengendap lebih sedikit daripada 100 ppm, sehingga pemberian timbal pada konsentrasi tinggi pada pertumbuhan C. gracilis cenderung tidak efektif untuk uji toksisitas. Mungkin dengan alasan seperti itulah dua penelitian sebelumnya hanya
menggunakan konsentrasi timbal maksimal adalah 1 mg/l. Akan tetapi pada penelitian Yap et al. (2004) digunakan konsentrasi sampai dengan 2.5 mg/l dengan hasil semakin tinggi konsentrasi semakin rendah kepadatan sel Isochrysis sp dengan frekuensi pengadukan yang tidak dipaparkan.
Faktor kedua adalah adanya phytochelatin pada mikroalga yang berfungsi sebagai detoksifikan logam berat. Bajguz (2004) menyatakan bahwa kandungan Phytochelatin maksimal dalam tubuh Chlorella vulgaris semakin meningkat dengan bertambahnya konsentrasi timbal yag diberikan. Oleh karena itu, hal inilah yang menyebabkan kepadatan sel semakin bertambah setelah konsentrasi 0.71 mg/l.
Secara umum respon biota uji terhadap pemberian toksikan adalah negatif, maksudnya pemberian toksikan akan menyebabkan berkurangnya jumlah sel dibandingkan dengan kontrol. Presentase inhibition (penghambatan) dan stimulation (perangsangan) dari pertumbuhan C. gracilis pada jam ke-96 akibat penambahan kadmium dan timbal dapat dilihat di Tabel 11.
Tabel 11. Persentase penghambatan pertumbuhan sel C. gracilis akibat pengaruh kadmium dan timbal pada jam ke-96
Toksikan Konsentrasi nominal (mg/l) Konsentrasi aktual (mg/l) Rata-rata jumlah sel (x104 sel/ml) I (%) S (%) Kadmium (Cd) kontrol 0 97.417 - - 0.56 0.56 64.670 33.6 - 1 0.92 57.083 41.4 - 1.8 1.7 41.583 57.3 - 3.2 3.2 32.167 67 - 5.6 4.9 17.917 81.6 - Timbal (Pb) kontrol 0 94.167 - - 0.32 0.26 67.167 28.7 - 0.56 0.45 56.000 40.5 - 1 0.71 45.000 52.2 - 1.8 1.79 68.600 27.2 - 3.2 2.74 76.330 19 -
I (%) = persentase penghambatan (inhibition) S (%) = Persentase rangsangan (stimulation)
Berdasarkan Tabel 11, pemberian toksikan yang berupa kadmium akan meningkatkan penghambatan sel C. gracilis dengan semakin tingginya
konsentrasi kadmiun yang diberikan. Berbeda halnya dengan pemberian toksikan yang berupa timbal, dimana peningkatan penghambatan sel C. gracilis sampai dengan konsentrasi timbal sebesar 0.71 mg/l, sedangkan pada saat konsentrasi timbal 1.71 mg/l dan 2.74 mg/l penghambatannya semakin berkurang. Dari data penghambatan pertumbuhan sel C. gracilis kemudian dapat diduga nilai IC50, LOEC dan NOEC.
Nilai IC50 merupakan konsentrasi toksikan yang secara nyata mampu menghambat pertumbuhan C. gracilis sebesar 50% selama 96 jam. Nilai LOEC merupakan konsentrasi toksikan terendah yang diuji dan secara nyata mampu menghambat pertumbuhan C. gracilis selama 96 jam. Nilai NOEC merupakan nilai konsentrasi toksikan tertinggi yang diuji dan tidak mempengaruhi
pertumbuhan C. gracilis. Pada Tabel 12 disajikan nilai IC50, NOEC, dan LOEC pada masing-masing toksikan.
Tabel 12. Nilai IC50, NOEC dan LOEC pada uji toksisitas kadmium dan timbal pada C. gracilis
Toksikan IC50 NOEC LOEC
Kadmium (Cd) (mg/l) 1.3 < 0.56 0.56
Timbal (Pb) (mg/l) 0.7 < 0.26 0.26
Metode pencarian IC50 berdasarkan metode interpolasi linier dan pada penelitian ini digunakan program ICPIN. Nilai IC50-96 jam dari toksikan kadmium dan timbal bagi C. gracllis adalah 1.3 mg Cd/l dan 0.7 mg Pb/l. Ini berarti bahwa pada konsentrasi kadmium 1.3 mg/l dan timbal 0.7 mg/l mampu menghambat pertumbuhan sel C. gracilis sebesar 50%. Perhitungan nilai IC50-96 jam terdapat dalam Lampiran 13 dan 14.
Nilai LOEC dan NOEC dihitung dengan software TOXSTAT, dimana sebelumnya digunakan analisis ragam dengan Rancangan Acak Lengkap, yang masing-masing datanya telah diubah menjadi bentuk logaritmik basis 10. Hal ini dilakukan karena biota uji yang dipakai adalah fitoplankton yang memiliki pola pertumbuhan logaritmik. Berdasarkan data yang diperoleh, baik timbal maupun kadmium masing-masing memiliki pengaruh yang nyata terhadap pertumbuhan sel C. gracilis. Ini ditunjukkan dengan nilai F hitung yang lebih besar dari pada F
tabel. Karena perlakuan memberikan pengaruh yang berbeda nyata terhadap respon maka perlu dilakukan uji lanjut yang kemudian dapat menduga nilai LOEC dan NOEC. Pada penelitian ini nilai LOEC yang ditemukan yaitu 0.56 mg/l untuk kadmium dan 0.26 mg/l untuk timbal, dan nilai NOEC adalah kurang dari 0.56
mg/l untuk kadmium dan kurang dari 0.26 mg/l untuk timbal. Ini berarti bahwa nilai NOEC terletak antara nilai LOEC dan kontrol untuk masing-masing
perlakuan. Perhitungan LOEC dan NOEC dapat dilihat pada Lampiran 15 dan 16. Nilai IC50 kadmium yang dihitung adalah 1.3 mg/l, hal ini memiliki
kecenderungan nilai yang mirip dengan hasil penelitian Yuniananda (1996) yaitu 0.89 mg Cd/l dan Hindarti et al. (2008) yaitu 1.8mg Cd/l. Berbeda halnya dengan nilai IC50 timbal yang berbeda-beda dari beberapa penelitian yang telah dilakukan dengan spesies mikroalga yang berbeda-beda. Nilai IC50 timbal pada penelitian ini adalah 0.7 mg/l. Nilai IC50 ini diperoleh tanpa mengikutsertakan data pada konsentrasi 1.79 mg/l dan 2.74 mg/l, jika diikutkan maka nilai dugaan IC50 akan terlalu tinggi atau terlalu rendah dan dua penelitian sebelumnya konsentrasi yang dipakai hanya sampai 1 mg/l.
Kedua logam berat ini mampu menghambat kepadatan sel karena adanya pemanfaatan ion logam berat oleh organisme dalam sistem kultur yang terjadi dalam dua tahap, yaitu sistem pasif dan sistem aktif (Ting et al., 1989).
Penyerapan pasif terjadi ketika logam berat berinteraksi dengan dinding sel dan penyerapan aktif berarti logam berat tersebut ditransportasi melalui membran sel menuju sitoplasma. Proses aktif ini dapat terjadi jika logam berat tersebut bersifat lipofilik. Karena kadmium dan timbal termasuk logam yang susah larut dalam lipid (Darmono, 1995) maka ion logam tersebut mengalami proses difusi terfasilitasi. Setelah ion logam berat melewati membran sel, maka enzim dan organel sel menjadi tujuan ion logam berat tersebut dimana secara struktural sel-sel ini mengalami kehilangan banyak karbohidrat, penurunan jumlah vakuola,
penegangan dinding sel dan pengaruh yang paling nyata adalah gangguan pada kloroplas (Wong et al (1995) in Puspitasari (2000)
Kadmium dan timbal yang berlebih akan berpengaruh terhadap kloroplas, hal ini akan terjadi pada struktur dan proses metabolisme di dalamnya. Dimana akan menyebabkan degradasi membran tilakoid, dimana tilakoid adalah satu bagian dari kloroplas yang menerima cahaya matahari (Gambar 6).
Gambar 6. Organel yang terdapat di kloroplas (www.mcdaniel.edu) Degradasi membran tilakoid akan menyebabkan terhambatnya reaksi kimia fotosintesis juga dapat menggangu biomassa klorofil sel tersebut. Terganggunya reaksi kimia fotosintesis dan rendahnya kandungan klorofil inilah yang
menyebabkan adanya hambatan terbentuknya ATP dan NADPH sebagai output fotosintesis. Terhambatnya pembentukan ATP dan NADPH berarti akan menghambat aktivitas dari mikroalga, seperti respirasi, metabolisme sel dan reproduksi sel. Jika energi yang ada tidak mampu menyokong untuk kebutuhan dasar makhluk hidup maka organisme tersebut akan mati. Hal inilah yang
menyebabkan degradasi kepadatan sel mikroalga C. gracilis setelah penambahan logam berat.