TINJAUAN PUSTAKA
Mikoriza Arbuskular (MA)
Sebagian besar akar dari berbagai spesies tanaman pada lingkungan alami maupun budidaya membentuk suatu hubungan simbiosis salah satunya mikoriza. Pada lingkungan alami, hampir 80% akar tanaman membentuk asosiasi mikoriza. Terdapat dua tipe utama mikoriza yang umum ditemukan yaitu: endomikoriza dan ektomikoriza. Kelompok tumbuhan yang membentuk arbuskula mikoriza antara lain Graminae, Leguminosa, Solanaceae, Liliaceae, Compoceae, tanaman pertanian dan hortikultura (Hanafiah et al., 2009).
Akar tanaman dapat terinfeksi oleh hifa MA yang berasal dari propagul yang terdapat di dalam tanah seperti spora, struktur cendawan yang dorman, atau berasal dari akar tanaman lain yang terinfeksi. Derajat infeksi akar dipengaruhi oleh jenis cendawan dan lingkungan seperti pH, temperatur, kelembaban, pestisida dan kandungan unsur hara. Tingginya kadar inokulum dalam tanah dapat meningkatkan derajat infeksi akar sampai titik optimum tertentu (Wood, 1995).
Hubungan simbiosis antara MA dan akar tanaman dapat memperbaiki pertumbuhan tanaman terutama pada tanah-tanah miskin hara seperti Ultisol. Keuntungan penggunaan MA bagi perbaikan pertumbuhan tanaman antara lain: meningkatkan ketersediaan unsur hara bagi tanaman, ketahanan terhadap penyakit (Borowicz, 2001), perbaikan struktur makro dan mikroagregat tanah (Gamal, 2005), menghasilkan enzim fosfatase yang dapat meningkatkan ketersediaan P (Bolan, 1991), serta mampu meningkatkan penyerapan air bagi tanaman sebagai gantinya MA mendapatkan karbohidrat dari tanaman inang (Hanafiah et al., 2009).
Terdapat 4 faktor yang mempengaruhi keefektifan MA, yaitu (i) kemampuan untuk membentuk hifa yang ekstensif dan penyebaran hifa yang baik dalam tanah, (ii) kemampuan untuk menginfeksi pada seluruh sistem perakaran, (iii) kemampuan untuk menyerap P dari tanah, dan (iv) umur dari mekanisme transport sepanjang hifa ke dalam akar tanaman (Abbott dan Robson, 1982 dalam Delvian, 2003).
Selain hubungan saling menguntungkan antara tanaman dan mikoriza tersebut, fungsi lain MA sebagai agen bioremediasi pada tanah-tanah tercemar logam berat telah banyak diteliti. Dalam hal ini MA dapat memodifikasi respon tanaman terhadap kelebihan logam berat dalam tanah. Dalam penelitiannya, Wang
et al. (2007) memperoleh bahwa kadar Cu, Zn, Pb dan Cd pada tajuk serta serapan
logam tersebut pada akar dan tajuk tanaman jagung meningkat dengan adanya inokulasi MA (Gigaspora margarita ZJ37, Gigaspora decipens ZJ38,
Scutellospora gilmori ZJ39, Acaulospora spp. dan Glomus spp.) Penggunaan
tanaman hiperakumulator dan MA dapat meningkatkan potensi proses bioremediasi (fitoekstraksi) lahan tercemar logam berat (Gaur dan Adholeya, 2004).
Mikoriza arbuskular dapat menurunkan penyerapan logam berat oleh tanaman (Janouskova et al., 2005; Li et al., 2009). Mikoriza Arbuskular mampu menurunkan penyerapan logam berat oleh tanaman karena hifa MA dapat berkontribusi dalam penyerapan dan pendistribusian logam berat ke akar tanaman, seperti unsur mikro Cu, Zn, tak terkecuali Cd yang bersifat toksik. Terjadi pemisahan logam berat oleh granul polyphosphate yang terdapat pada bagian ujung miselium (Diaz et al.,1996). Dengan demikian menghambat translokasi
logam berat tersebut ke bagian tanaman yang menyebabkan terjadinya akumulasi dalam mikoriza (Shetty et al., 1994). Penyerapan logam berat ke dalam hifa dipengaruhi oleh khitin pada dinding hifa yang berperan penting dalam pengikatan logam (Zhou, 1999). Pada kasus ini, MA dapat berkontribusi dalam proses fitostabilisasi melalui proses retensi logam berat dalam akar dan meningkatkan adaptasi tanaman terhadap stress lingkungan.
Selain menyimpan logam berat di dalam hifa, MA juga mengembangkan beberapa mekanisme toksisitas melalui imobilisasi logam berat oleh molekul intrasel (fitokelatin dan metalotionin) dan imobilisasi logam berat oleh molekul ekstraseluler (asam-asam organik) (Baldrian, 2003).
Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan mikoriza sebagai agen bioremediasi pada tanah tercemar logam berat yaitu: (1) tingkat toleransi MA terhadap logam berat, (2) tingkat toleransi tanaman inang terhadap logam berat, (3) sifat-sifat tanah (pH, kelembaban, suhu dan nutrisi), (4) kadar logam berat dan lamanya terpapar, dan (5) ketersediaan dan sifat logam berat (Khade dan Adholeya, 2007).
Kolonisasi MA menunjukkan adanya penundaan, penurunan, dan perusakan dengan tingginya konsentrasi logam berat. Besarnya derajat infeksi MA pada akar tanaman pada tanah tercemar logam berat berbeda-beda untuk setiap jenis dan konsentrasi logam berat. Setiap MA memiliki sensifitas yang berbeda terhadap logam berat. Dari hasil penelitian Liao et al. (2003) didapatkan bahwa
Acaulospora laevis lebih sensitif terhadap Cu dan Cd dibandingkan Glomus caledonium.
Pada dasarnya hubungan simbiosis MA sangat bervariasi diantara spesies tanaman. Respon tanaman bisa positif (mutualisme), netral, dan negatif (parasitisme). Hubungan simbiosis merupakan hubungan yang berlanjut dari parasitisme menuju mutualisme (Bardgett, 2005).
Logam Timbal (Pb) dan Kadmium (Cd)
Timbal dan Kadmium merupakan polutan yang umum terdapat pada lahan-lahan bekas tambang, limbah industri, polutan dari asap kenderaan dan bahan-bahan agrokimia (pupuk dan pestisida). Timbal (Pb) merupakan unsur logam dengan nomor atom 82, bobot atom 207,20, titik leleh 328 oC, dan titik didih 1740 oC. Kandungan rata-rata Pb dalam kerak bumi adalah 12,5 ppm. Pb merupakan logam lunak berwarna abu-abu kebiruan mengkilat serta mudah dimurnikan dari pertambangan (Lahuddin, 2011).
Kadmium (Cd) merupakan unsur logam yang memiliki nomor atom 48, bobot atom 112,41, titik leleh 320,9 oC, dan titik didih 767 oC. Kandungan rata-rata Cd dalam kerak bumi adalah 0,15 ppm. Cd biasa ditemukan sebagai mineral yang terikat dengan unsur lain seperti oksigen, klorin, atau sulfur (Notodarmojo, 2005).
Timbal dan kadmium merupakan polutan berbahaya bagi kesehatan. Pb dan Cd masuk ke dalam tubuh melalui saluran pencernaan dan saluran pernapasan. Toksisitas Pb dalam tubuh menyebabkan gangguan pada kecerdasan anak, tulang, darah, ginjal, liver, otak, reproduksi, jantung (Linder, 1992).
Kadmium beresiko tinggi terhadap pembuluh darah. Akumulasi pada ginjal dan hati 10-100 kali konsentrasi pada jaringan yang lain. Kadmium dalam
tubuh diabsorbsi sekitar 5-10% dan dieliminasi terutama melalui urin. Absorbsi Cd dipengaruhi oleh faktor diet seperti intake protein, kalsium, dan vitmin D. Proporsi yang besar adalah absorbsi melalui pernafasan yaitu antara 10-40% tergantung keadaan fisik (Sudarmadji et al., 2006).
Pada tanaman, logam berat dapat masuk ke dalam jaringan melalui akar dan stomata (Alloway, 1990). Pada dasarnya logam berat seperti Fe, Mn, Cu, Ni dan Zn merupakan unsur essensial yang dibutuhkan tanaman dalam jumlah kecil namun dalam konsentrasi tinggi dapat menghambat pertumbuhan tanaman. Lain halnya dengan Pb dan Cd, kedua logam tersebut bukan unsur essensial bagi tanaman. Logam Pb dan Cd bersifat toksik yang dapat menghambat pertumbuhan tanaman (Janouskova et al., 2005). Rendahnya pertumbuhan tanaman akibat logam berat disebabkan karena adanya penurunan kandungan klorofil tanaman (Olivares, 2003), denaturasi protein dan penghambatan terhadap aktivitas enzim (Ahemad, 2012).
Konsentrasi maksimal Pb di dalam tanah yaitu sebesar 300 ppm, dan Cd sebesar 3 ppm (Tabel 1). Salah satu petunjuk yang dapat digunakan sebagai dasar untuk membersihkan logam berat di dalam tanah terdapat pada Tabel 2 di bawah. Pada tabel tersebut, batas maksimum cemaran Pb dalam tanah sebesar 400 mg/kg dan Cd 70 mg/kg.
Tabel 1. Konsentrasi maksimum logam berat di dalam tanah (mg kg-1 tanah)
Metal Cd Zn Cu Pb Ni Konsentrasi Maksimum 3 300 140 300 75 Sumber: Wild, 1993 dalam Wood, 1995.
Tabel 2. Kadar logam berat dalam tanah sebagai dasar untuk pembersihan (The US Environmental Protection Agency)
Unsur Kadar dalam Tanah
(mg/kg) Cu - Cd 70 Cr 230 Ni 1600 Pb 400 Zn 23,600
Sumber: Grubinger dan Ross, University of Vermont
Bioremediasi
Bioremediasi lahan tercemar logam berat merupakan suatu proses membersihkan (cleanup) lahan dari bahan-bahan pencemar secara biologi atau dengan menggunakan organisme hidup baik mikroorganisme maupun tumbuhan. Terdapat beberapa tekhnik yang telah diaplikasikan dalam remediasi tanah terkontaminasi logam berat, yaitu vitrifikasi, landfilling, kimia, elektrokinetik, dan fitoremediasi (Moenir, 2010).
Secara umum, sangat sulit mengeliminasi logam berat dari lingkungan. Logam berat seperti Pb dan Cd adalah unsur alami yang terdapat dalam tanah, air, organisme hidup dan bersifat stabil yang tidak bisa rusak atau hancur melalui aktivitas biologi seperti halnya kebanyakan pestisida. Oleh karena itu, terdapat kecenderungan untuk menumpuk di dalam tanah (Wood, 1995).
Keberhasilan suatu proses bioremediasi dipengaruhi oleh jenis dan sifat logam berat, konsentrasi logam berat, potensi mikroba (Khade dan Adholeya, 2007) serta pengaruh lingkungan seperti pH, temperatur, nutrisi dan kelembaban (Munir, 2006).
Dalam proses bioremediasi, mikroorganisme menggunakan kontaminan sebagai nutrisi atau sumber energi. Aktivitas bioremediasi memerlukan adanya suplemen nutrisi (N dan P), penerima elektron (oksigen) dan substrat (metan, fenol, dan toluene) atau adanya kemampuan katalitik mikroba (Ma et al., 2007).
Terdapat berbagai cara yang dapat dilakukan dalam proses bioremediasi diantaranya penggunaan mikroorganisme seperti bakteri dan jamur (bioaugmentasi) dan penggunaan tanaman (fitotoremediasi). Proses fitoremediasi dibagi menjadi rhizofiltration, phytostabilization dan phytoextractioan. Rhizofiltration yaitu adsorpsi kontaminan pada akar tanaman atau absorpsi
kontaminan dalam akar tanaman. Phytostabilization yaitu penggunaan tanaman perennial, tidak dipanen untuk menstabilkan atau mengimmobilisasi kontaminan dalam tanah. Sedangkan phytoextractioan merupakan proses menumbuhkan tanaman pada tanah terkontaminasi logam. Akar tanaman kemudian mentranslokasikan logam ke bagian tajuk. Tanaman kemudian dipanen dan dijadikan abu atau dikomposkan untuk mendaur logam. Abu tanaman yang telah dibakar kemudian dibuang ke tempat pembuangan khusus (USDA, 2000).
Fitoremediasi umum digunakan pada tanah-tanah tercemar karena memiliki berbagai keuntungan yaitu: biaya relatif lebih murah, dampak bagi lingkungan rendah, dapat memperbaiki struktur tanah, meningkatkan aktivitas biologi tanah dan dapat diaplikasikan dalam skala luas. Terdapat sejumlah tanaman yang mampu beradaptasi terhadap lingkungan marginal dan ekstrim seperti tanah tercemar logam berat. Tanaman tersebut mampu menyerap dan mengakumulasi logam berat dalam biomassanya dalam kadar yang tinggi tanpa
mengganggu kehidupannya yang dikenal sebagai tanaman hiperakumulator (Baker, 1999).
Penggunaan MA sebagai agen bioremediasi telah banyak diketahui dapat meningkatkan serapan logam oleh tanaman. Proses remediasi oleh tumbuhan yang difasilitasi mikoriza didasarkan pada prinsip menyerap dan mengimmobilisasikan logam berat di dalam tanaman atau hifa. Selain meningkatkan serapan logam, MA juga dapat menghindarkan tanaman dari keracunan logam berat, menyokong pertumbuhan tanaman dan dapat memperbaiki keseimbangan pengambilan nutrisi tanaman yang tidak setimbang akibat adanya logam berat (Alori dan Fawole, 2012).
Mucuna pruriens
Mucuna merupakan genus tanaman yang memiliki 30 spesies yang menyebar di daerah tropik dan sub tropik. Di Indonesia, tanaman ini dikenal dengan sebutan Karabenguk. Pada kondisi alami, Mucuna pruriens merupakan tanaman tahunan yang agresif dengan pertumbuhan dan penyebaran yang cepat. Menurut Sharma et al. (2012), M. pruriens memiliki batang utama yang tebal serta memiliki akar dengan diameter mencapai 7 mm atau lebih dengan warna coklat tua hingga hitam.
Mucuna berasal dari Malaysia, Cina dan India. Genus Mucuna meliputi spesies tanaman annual dan perennial. Pada kondisi tanah yang subur, Mucuna dapat membentuk percabangan dan sulur dengan panjang 3 sampai 18 meter, daunnya trifoliate dan bersifat thermonastik, bunga berwarna ungu dengan panjang polong 5 hingga 15 cm. Perbanyakan M. pruriens dapat dilakukan
melalui biji atau stek batang. Akar adventif dapat terbentuk pada sulur yang menyentuh tanah. Bintil dapat terbentuk pada akar tanaman dengan bentuk yang tidak beraturan. Menurut Pugalenthi et al. (2005), mucuna tumbuh baik pada temperatur 18,7 oC hingga 30 oC, toleran terhadap kekeringan tetapi kurang toleran terhadap kelembaban yang berlebih, dapat tumbuh pada tanah dengan kisaran pH 4,5-7,7 serta dapat menghasilkan biomassa kering hingga 10 ton/ha.
M. pruriens banyak digunakan sebagai sumber alternatif protein yang
diolah secara tradisional atau digunakan sebagai pakan ternak. Dibidang pertanian, mucuna banyak digunakan sebagai tanaman penutup tanah dan tanaman rotasi dalam mensuplai nitrogen tanah dan menghasilkan bahan organik (Mulvaney et al., 2009), untuk manajemen hama dan pathogen, dan untuk mengontrol gulma (Suresh et al., 2010). Sedangkan secara medis, M. pruriens digunakan sebagai obat anti parkinsons karena mengandung senyawa 3,4-dihydroxy-L-phenylalanine (L-DOPA) pada bijinya (Ratnaningsih et al., 2012)
Beberapa keunggulan M. pruriens dalam bidang pertanian antara lain: memiliki pertumbuhan cepat dan menghasilkan biomassa yang tinggi, menjaga kelembaban tanah, memiliki daya kompetisi yang tinggi terhadap gulma, memperbaiki struktur dan aerasi tanah, mengendalikan erosi, dan meningkatkan kandungan nitrogen tanah. Dengan demikian, penggunaan M. pruriens mampu menurunkan penggunaan bahan kimia untuk pertanian (Fujii, 2003)
