AKTIVITAS OKSIDASI METAN DAN AKUMULASI AMMONIUM ISOLAT BAKTERI METANOTROF ASAL SAWAH
2.3. Uji Akumulai Ammonium
3.1.1. Uji Akumulasi Ammonium
Hasil uji akumulasi ammonium memperlihatkan bahwa ketiga isolat bakteri metanotrof BGM1, BGM3, dan BGM9 yang ditumbuhkan pada media NMS bebas nitrogen dan ammonium, mampu mengakumulasi ammonium. Konsentrasi ammonium terakumulasi tertinggi ditunjukkan oleh isolat bakteri BGM1 pada hari inkubasi ke-19 yaitu sebesar 24.79 µM (Tabel 1).
Tabel 1 Optical Density (OD) sel dan konsentrasi ammonium bakteri metanotrof yang ditumbuhkan pada media NMS bebas nitrogen pada suhu 30 ºC selama 19 hari. Hari Isolat Bakteri OD sel (OD 620 nm) Konsentrasi Ammonium
(µM) 1 BGM 1 BGM 3 0.0087 0.0077 3.17 4.16 BGM 9 0.0057 4.70 4 BGM 1 0.0227 5.87 BGM 3 0.0223 7.14 BGM 9 0.0100 4.79 7 BGM 1 0.0303 6.14 BGM 3 0.0227 6.86 BGM 9 0.0137 6.23 10 BGM 1 0.0570 13.62 BGM 3 0.0260 13.71 BGM 9 0.0170 7.23 13 BGM 1 0.0627 22.09 BGM 3 0.0347 15.60 BGM 9 0.0200 8.31 16 BGM 1 0.0580 20.74 BGM 3 0.0237 16.96 BGM 9 0.0210 8.22 19 BGM 1 0.0810 24.79 BGM 3 0.0247 17.77 BGM 9 0.0237 13.98
Isolat bakteri BGM1 memperlihatkan fase pertumbuhan eksponensial dari hari ke empat sampai hari ke-13. Pertumbuhan sel tertinggi terlihat pada hari inkubasi ke-19 dengan nilai OD sebesar 0.081. Konsentrasi ammonium juga meningkat selama fase
pertumbuhan eksponensial dengan konsentrasi ammonium tertinggi pada hari inkubasi ke-19 sebesar 24.79 μM (Gambar 1).
Gambar 1. Konsentrasi Ammonium ( ) dan OD sel ( ) isolat BGM1 selama 19 hari inkubasi pada media NMS bebas nitrogen.
Nilai OD sel tertinggi isolat BGM3 terjadi pada inkubasi hari ke-13 sebesar 0.347. konsentrasi ammonium terakumulasi meningkat dari hari ketujuh sampai hari ke-19 dan konsentrasi akumulasi ammonium tertinggi yaitu sebesar 17.77 μM pada hari ke-19 (Gambar 2).
Gambar 2. Konsentrasi Ammonium ( ) dan OD sel ( ) isolat BGM3 selama 19 hari inkubasi pada media NMS bebas nitrogen.
Isolat bakteri BGM9 tumbuh secara eksponensial sampai hari ke-19 dengan nilai OD sel tertinggi sebesar 0.237. Konsentrasi akumulasi ammonium tertinggi pada hari ke- 19 sebesar 13.98μM. (Gambar 3).
Gambar 3. Konsentrasi Ammonium ( ) dan OD sel ( ) isolat BGM9 selama 19 hari inkubasi pada media NMS bebas nitrogen.
3.1.2. Uji Oksidasi Metan
Bakteri metanotrof mampu menggunakan metan sebagai sumber karbon dan energi. Uji oksidasi metan dilakukan untuk menentukan apakah isolat bakteri mampu mengoksidasi metan selama periode inkubasi.
Tabel 2. OD sel dan konsentrasi gas metan di headspace bakteri metanotrof yang ditumbuhkan pada media NMS bebas nitrogen pada suhu 30 ºC selama 12 hari. Hari Isolat Bakteri OD sel
(OD 620 nm)
Total Headspace Methane
(µmol/120 ml) 2 BGM 1 BGM 3 0.0037 0.0033 13980.4 13631.9 BGM 9 0.0033 13782 4 BGM 1 0.0053 14233.8 BGM 3 0.0047 14418.6 BGM 9 0.0040 14239.4 6 BGM 1 0.0067 13990.9 BGM 3 0.0077 13936.8 BGM 9 0.0050 14087.7 8 BGM 1 0.0100 14165.7 BGM 3 0.0087 14047 BGM 9 0.0077 13946.2 10 BGM 1 0.0110 14010.4 BGM 3 0.0123 13709.2 BGM 9 0.0087 13869.5 12 BGM 1 0.0123 13439 BGM 3 0.0140 13202 BGM 9 0.0120 13241.5
Ketiga isolat bakteri metanotrof, BGM1, BGM3, dan BGM9 ditumbuhkan pada media NMS dengan menggunakan metan sebagai sumber karbon dan energi dan diinkubasi selama 12 hari. Konsentrasi gas metan di headspace diukur setiap dua hari sekali. Konsentrasi gas metan di headspace pada kultur isolat BGM1 pada hari kedua adalah 13980.4 μmol dan menurun pada hari ke-12 menjadi 13439 μmol. Penurunan
konsentrasi gas metan di headspace juga terjadi pada kultur isolat BGM3 dari 13631.9 μmol pada hari kedua menjadi 13202 μmol pada hari ke-12. Sedangkan konsentrasi gas metan kultur isolat BGM9 menurun dari 13782 μmol pada hari kedua menjadi 13241.5 μmol pada hari ke-12 (Tabel 2; Gambar 4, 5, 6). Total gas metan yang hilang selama periode inkubasi merupakan jumlah gas metan yang dioksidasi oleh bakteri metanotrof.
Gambar 4. Konsentrasi gas metan di headspace ( ) dan OD sel ( ) isolat BGM1 yang ditumbuhkan pada media NMS bebas nitrogen selama 12 hari.
Gambar 5. Konsentrasi gas metan di headspace ( ) dan OD sel ( ) isolat BGM3 yang ditumbuhkan pada media NMS bebas nitrogen selama 12 hari.
Gambar 6. Konsentrasi gas metan di headspace ( ) dan OD sel ( ) isolat BGM9 yang ditumbuhkan pada media NMS bebas nitrogen selama 12 hari.
3.2. Pembahasan
Bakteri metanotrof merupakan bakteri pengoksidasi metan pada kondisi aerobik. Kemampuan bakteri metanotrof untuk mengoksidasi metan disebabkan oleh adanya enzim spesifik yang disebut metan monooksigenase (MMO) (Madigan et al. 2009). Disamping mengoksidasi metan, bakteri metanotrof ternyata juga dapat memfiksasi nitrogen bebas di atmosfer menjadi ammonium yang kemudian terakumulasi di dalam media. Dari data yang didapatkan, diketahui bahwa setiap isolat bakteri metanotrof mempunyai aktivitas dan kemampuan untuk mengoksidasi metan dan memfiksasi nitrogen yang berbeda-beda.
Kurva pertumbuhan bakteri terdiri dari tiga fase utama antara lain fase lag, fase log atau eksponensial, dan fase stasioner. Pada fase lag, bakteri beradaptasi pada lingkungan dan metabolisme sel akan meningkat untuk biosintesis makromolekul, enzim- enzim primer, dan persiapan untuk menuju fase berikutnya. Pada fase ini, terjadi pembesaran sel tetapi pembelahan sel tidak terjadi sehingga jumlah sel tidak meningkat secara signifikan. Pada fase log, nutrisi dan faktor fisik seperti lingkungan dalam kondisi fisiologis yang optimal sehingga sel akan bereproduksi secara konstan dan cepat. Pada fase tersebut terjadi penambahan jumlah sel secara eksponensial. Lamanya waktu fase log tergantung pada jenis bakteri dan komposisi media yang digunakan. Pada umumnya bakteri mengalami fase log selama 6-12 jam. Akan tetapi, pertumbuhan isolat bakteri metanotrof yang diuji sangat lambat dan membutuhkan waktu sekitar 12 sampai 15 hari untuk mencapai fase eksponensial. Kecilnya peningkatan nilai OD sel pada isolat bakteri BGM3 dan BGM9 menunjukkan bahwa isolat tersebut mempunyai pertumbuhan yang sangat lambat. Hal ini umum terjadi pada bakteri metanotrof, Hrsa'k dan Begonja 1998 melaporkan bahwa bakteri metanotrof mempunyai pertumbuhan yang sangat lambat.
Konsentrasi ammonium yang terakumulasi di dalam media kultur isolat BGM1 lebih tinggi dibandingkan dengan konsentrasi ammonium yang dihasilkan dua isolat lainnya. Kurva pertumbuhan isolat BGM 1 memperlihatkan bahwa pertumbuhan isolat BGM1 lebih tinggi dibandingkan dengan isolat BGM3 dan BGM9. Auman et al. 2001 melaporkan bahwa adanya perbedaan konsentrasi akumulasi ammonium dipengaruhi oleh pertumbuhan bakteri dan aktivitas enzim nitrogenasenya. Aktivitas enzim nitrogenase akan terhambat apabila terdapat oksigen, tetapi oksigen juga diperlukan dalam respirasi aerobik bakteri metanotrof untuk menghasilkan ATP untuk mendukung aktivitas nitrogenase. Bakteri metanotrof tipe II umumnya hanya mampu memfiksasi nitrogen dalam kondisi mikroaerofil (Hanson & Hanson 1996). Enzim nitrogenase ini sangat sensitif terhadap oksigen, tingginya konsentrasi oksigen akan menghambat ekspresi gen nifD dan nifH yang menyandikan enzim nitrogenase (Dedysh et al. 2004).
Uji aktivitas oksidasi metan menunjukkan bahwa ketiga isolat mampu mengoksidasi metan. Hal ini ditunjukkan dari penurunan konsentrasi gas metan di headspace dari hari kedua sampai hari ke-12. Oksidasi Metan merupakan tahap awal metabolisme bakteri metanotrof untuk menghasilkan energi. proses metabolisme ini melibatkan beberapa enzim penting bagi bakteri untuk bertahan di lingkungan. Metan monooksigenase adalah enzim yang berperan dalam proses oksidasi metan. Enzim ini akan mengoksidasi metan menjadi metanol (Capone et al. 2006).
Pada uji oksidasi metan, bakteri isolat diinkubasi dengan inkubator bergoyang sehingga terjadi aerasi dan menghasilkan oksigen. Hal ini dilakukan karena tanpa oksigen, bakteri metanotrof tidak dapat mengoksidasi metan menjadi karbon dioksida, air, dan biomassa. Oleh karena itu, oksidasi metan dapat terjadi dalam lingkungan mikro yang masih terdapat oksigen seperti zona akar dan pada bagian lapisan permukaan tanah.
4. SIMPULAN DAN PROSPEK
Ketiga isolat bakteri metanotrof BGM1, BGM3, dan BGM9 mampu memfiksasi nitrogen bebas menjadi ammonium yang ditunjukkan dengan adanya ammonium yang terakumulasi di dalam media. Konsentrasi ammonium terakumulasi tertinggi yaitu pada isolat BGM1 pada hari ke-19 sebesar 24.79 µM. Ketiga isolat tersebut juga mampu mengoksidasi metan sebagai sumber karbon dan energi. Aktivitas oksidasi metan tertinggi pada isolat BGM1 yang ditunjukkan dengan penurunan konsentrasi gas metan dari hari kedua sebesar 13980.4 μmol menjadi 13439 μmol pada hari ke-12. Dari hasil penelitian ini diharapkan didapatkan isolat bakteri metanotrof terpilih yang berpotensi sebagai agen hayati untuk menurunkan emisi metan serta biofertilizer.