EFEKTIVITAS PENAMBATAN NITROGEN UDARA OLEH BAKTERI RHIZOBIUM DENGAN PENAMBAHAN UNSUR HARA MOLIBDENUM PADA TANAMAN LEGUMINOSA HERBA ARMIADI

(1)

EFEKTIVITAS PENAMBATAN NITROGEN

UDARA OLEH BAKTERI RHIZOBIUM

DENGAN PENAMBAHAN UNSUR HARA

MOLIBDENUM PADA TANAMAN

LEGUMINOSA HERBA

ARMIADI

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2007

(2)

ABSTRAK

ARMIADI. Efektivitas Penambatan Nitrogen Udara oleh Bakteri Rhizobium dengan

Penambahan Unsur Hara Molibdenum pada Tanaman Leguminosa Herba. Dibimbing

oleh SOEDARMADI HARDJOSOEWIGNJO sebagai ketua, LUKI ABDULLAH, NURHAYATI DIAH PURWANTARI, dan HADI SUMARNO masing-masing sebagai anggota komisi pembimbing..

Penelitian telah dilakukan di rumah kaca Balai Penelitian Ternak, Ciawi Bogor untuk mengetahui pengaruh inokulan Nodulin Plus dalam membentuk bintil akar dan menambat nitrogen pada tanaman leguminosa herba yang direkomendasikan untuk Nodulin Plus yaitu kedelai (Glycine max L (Soybean) serta yang belum direkomendasikan yaitu kacang pintoi (Arachis pintoi Krap.& Greg.), kembang telang (Clitoria ternatea L) dan Siratro (Macroptilium atropurpureum (DC) Urb cv. Siratro). Selain itu juga bertujuan untuk mengetahui pengaruh Mo yang diberikan pada taraf berbeda terhadap pertumbuhan, produksi dan kandungan N daun, dan aktivitas enzim nitrogenase.

Penelitian ini terdiri dari 5 percobaan, yaitu 1) percobaan rumah kaca untuk mempelajari kompatibilitas 4 jenis leguminosa herba terhadap inokulan Nodulin Plus; 2) percobaan untuk mengetahui pengaruh inokulasi dan penambahan unsur hara Mo (0; 17,78; 35,57 dan 53,35 mg/pot) terhadap produksi tanaman leguminosa herba dengan media tanam pasir; 3) percobaan untuk mengetahui pengaruh umur panen dan penambahan unsur hara Mo (0; 17,78; 35,57 dan 53,35 mg/pot) terhadap aktivitas enzim nitrogenase dan produksi tanaman leguminosa herba dengan media tanam pasir; 4) percobaan untuk mengetahui pengaruh penambahan unsur hara Mo (0; 2,81; 5,62 dan 8,42 mg/pot) terhadap produksi tanaman leguminosa herba dengan media tanam tanah; dan 5) percobaan untuk mengetahui pengaruh pemberian unsur hara Mo (0; 0,14; 0,28 dan 0,42 mg/pot) melalui daun terhadap produksi tanaman leguminosa herba dengan media tanam tanah dan pasir.

Hasil percobaan menunjukkan bahwa inokulan Nodulin Plus membentuk bintil akar pada tanaman kedelai (Glycine max L.) dan kembang telang (Clitoria ternatea L), sedangkan pada kacang pintoi (Arachis pintoi Krap.& Greg), dan siratro (Macroptilium atropurpureum (DC) Urb cv. Siratro) tidak membentuk bintil akar. Pembentukan bintil akar pada kedua tanaman tersebut terlihat 14 hari setelah tanam (HST). Efektivitas inokulan Nodulin Plus menambat nitrogen lebih efektif pada tanaman kedelai dibandingkan dengan kembang telang. Total N daun tanaman kedelai tertinggi (17,13 mg/pot) terdapat pada perlakuan tanpa N plus inokulasi dengan taraf pemberian Mo 35,57 mg/pot. Aktivitas enzim nitrogenase dan total N daun (24,36 mg/tanaman) tanaman kedelai tertinggi terdapat pada umur panen 40 hari dan taraf pemberian Mo 35,57 mg/pot. Pada tanaman kembang telang, aktivitas enzim nitrognase tertinggi terdapat umur panen 40 hari dan tanpa pemberian Mo, sedangkan total N daun tertinggi (7,56 mg/tanaman) terdapat pada umur panen 20 hari dengan tanpa pemberian Mo. Pemberian unsur hara Mo melalui media tanam pada tanaman kedelai tidak berpengaruh nyata terhadap peubah berat kering daun, berat kering akar, jumlah, berat segar dan berat kering bintil akar. Pemberian unsur hara Mo pada tanaman kembang telang, tidak berpengaruh nyata

(3)

terhadap berat kering daun, berat kering akar, tetapi berpengaruh nyata terhadap berat kering bintil akar. Penambahan unsur hara Mo 0,42 mg/pot melalui daun menunjukkan berat kering daun tanaman kedelai (980 mg/tanaman) tertinggi pada media tanam pasir, sedangkan pada tanaman kembang telang berat kering daun tertinggi (232 mg/tanaman) terdapat pada perlakuan tanpa Mo.

Kata kunci: Penambatan nitrogen, molibdenum, rhizobium, leguminosa herba, nitrogenase.

(4)

ABSTRACT

ARMIADI. Effectiveness of symbiotic nitrogen fixation by rhizobial bacteria and

additional molybdenum on herbaceous legumes.. Under the supervision of

SOEDARMADI HARDJOSOEWIGNJO as chairman, LUKI ABDULLAH, NURHAYATI DIAH PURWANTARI and HADI SUMARNO as members of advisory comitte.

The experiments were conducted at the Indonesian Research Institute for Animal Production, Ciawi Bogor to study the effect of Nodulin Plus inocculant to form nodules in legume recommended for Nodulin Plus such as Glycine max L, and unrecommend legume such as Arachis pintoi Krap. & Greg., Clitorea ternatea L and Macroptilium atropurpureum (DC) Urb cv. Siratro. The study was also proposed to find out the effect of different Mo levels to the growth rate, production, concentration of the N leaves and nitrogenase activities.

The study was consisted of five experiments i.e. 1) to explore the compatibility of four different legume herbs to the Nodulin Plus innoculant, 2) to find out the effects of additional Mo (0; 17,78; 35,57 and 53,35 mg/pot), inoculation of Nodulin Plus and without inoculation; 70 ppm N application and without N application to the productivity of legumes using sand culture, 3) to find out the effect of harvest age and additional Mo (0; 17,78; 35,57 and 53,35 mg/pot) towards the activity of Nitrogenase enzyme and the production of legumes in sand culture, 4) to find out the effects of adding diferent Mo levels(0; 2,81; 5,62 and 8,42 mg/pot) to the legume productivity using soil culture, 5) to find out the effects of different Mo levels (0; 0,14; 0,28 and 0,42 mg/pot) using foliar spray in sand and soil cultures.

The result indicate that the formation of nodules occured in Glycine max L and Clitoria ternatea L, however not in Arachis pintoii Krap.& Greg and Macroptilium atropurpureum (DC) Urb cv. Siratro. The nodule formation of those legumes occured on day 14 after planting. The effectiveness fixation was better in Glycine max L than Clitoria ternatea L. The highest total N-leaves (17,13 mg/plant) was found in a combination of treatment without N plus inoculant with 35,57 mg/pot Mo. At 40 days harvest time with 35,57 mg/pot additional Mo, the highest total N leaves (17,13 mg/plants) and nitrogenase activity was found in Glycine max L. At 40 days harvest time without additional Mo, the highest nitrogenase activity was found in Clitoria ternatea L, while the highest total N leaves was found in 20 days harvest time. The effects of Mo levels on the productivity of legume herbs using soil culture in Glycine max L did not show any significant effects to leaves and root dry matter, to the number and weight of nodules. The addition of Mo to Clitoria ternatea L, did not gave significant effects to leaves and root dry matter, to the number and weight of nodules. However it showed significant effect to the dry matter of nodules. The effecst of adding Mo 0,42 mg/pot using foliar spray at Glycine max L showed the highest dry matter (980 mg/plant) production. However, the highest dry matter (232 mg/plant) production of Clitoria ternatea L was found without Mo addition.

(5)

SURAT PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi Efektivitas Penambatan Nitrogen Udara oleh Bakteri Rhizobium dengan Penambahan Unsur Hara Molibdenum pada Tanaman Leguminosa Herba adalah karya saya sendiri atas arahan komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.

Bogor, April 2007

Armiadi NRP 995057.

(6)

EFEKTIVITAS PENAMBATAN NITROGEN

UDARA OLEH BAKTERI RHIZOBIUM

DENGAN PENAMBAHAN UNSUR HARA

MOLIBDENUM PADA TANAMAN

LEGUMINOSA HERBA

ARMIADI

Disertasi

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada

Program Studi Ilmu Ternak

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2007

(7)

Judul Disertasi : Efektivitas Penambatan Nitrogen Udara oleh Bakteri Rhizobium dengan Penambahan Unsur Hara Molibdenum

pada Tanaman Leguminosa Herba.

Nama : Armiadi NIM : 99 5057

Disetujui, Komisi Pembimbing

(Prof. Dr. Ir. Soedarmadi Hardjosoewignyo, MSc) (Dr. Luki Abdullah, M.Agr) Ketua Anggota

(Dr. Ir. Hadi Sumarno, MS.) (Dr. Nurhayati D. Purwantari ) Anggota Anggota

Diketahui :

Ketua Program Studi Ilmu Ternak Direktur Program Pascasarjana

Dr. Ir. Nahrowi , M.Sc Prof Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS

(8)

RIWAYAT HIDUP.

Penulis dilahirkan di Takengon Kabupaten Aceh Tengah pada tanggal 5 November 1953 sebagai anak kedua dari delapan bersaudara, dari Bapak Semali dan Ibu Syarifah. Menikah dengan Dr. Ir. Bess Tiesnamurti MSc, pada tanggal 7 April 1989, dan dikaruniai dua anak yaitu Adhiwienanto Semali dan Nisrina Yuliamurty.

Pendidikan sarjana ditempuh di Jurusan Peternakan Fakultas Kedokteran Hewan dan Peternakan Universitas Syiah Kuala Darussalam Banda Aceh, lulus pada tahun 1979. Gelar Master of Rural Science di dapatkan dari University of New England, Armidale NSW Australia pada tahun 1989. Sejak tahun 1999 melanjutkan melanjutkan Program Doktor (S3) pada Program Studi Ilmu Ternak di Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor, dengan beasiswa PAATP.

Penulis bekerja sebagai pegawai negeri sipil di Balai Penelitian Ternak sejak tahun 1980 sampai sekarang.

(9)

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Juni 2003 ini adalah simbiose antara bakteri Rhizobium dengan tanaman leguminosa herba, dengan judul Efektivitas Penambatan Nitrogen Udara Oleh Bakteri Rhizobium Dengan Penambahan Unsur Hara Molibdenum Pada Tanaman Leguminosa Herba.

Terima kasih penulis ucapkan kepada bapak Prof. Dr. Ir. Soedarmadi Hardjosoewignyo, MSc, Dr. Luki Abdullah, MAgr dan Dr Ir. Hadi Sumarno MS, serta ibu Dr. Nurhayati Diah Purwantari selaku pembimbing, yang telah banyak memberi saran dalam perencanaan penelitian, pelaksanaa penelitian, dan penulisan disertasi ini. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada bapak Dr. Suwarno sebagai penguji luar komisi yang telah memberi banyak masukkan dalam penulisan disertasi ini. Di samping itu, ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Proyek PAATP Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian Departemen Pertanian, Pusat Penelitian dan Pengembangan Peternakan dan Balai Penelitian Ternak Ciawi, serta staf Agrostologi Balai Penelitian Ternak Ciawi yang telah membantu terlaksananya penelitian. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayahanda (almarhum) dan ibu yang selalu mendoakan, istri dan anak-anak tercinta, serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya, .

Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, April 2007

(10)

DAFTAR ISI

Halaman

PRAKATA... viii

DAFTAR ISI... ix

DAFTAR TABEL... xiii

DAFTAR GAMBAR... xvi

DAFTAR LAMPIRAN... xix

PENDAHULUAN... 1 Latar Belakang... 1 Tujuan Penelitian... 3 Hipotesis... 3 Kegunaan Penelitian... 3 TINJAUAN PUSTAKA

...

4

Pengaruh Nitrogen terhadapTanaman... 4

Rhizobium... 9

Molibdenum... 14

Enzim nitrogenase... 18

Tanaman Leguminosa Pakan Ternak dalam Pertanian... 22

BAHAN DAN METODE PENELITIAN... 26

Tempat dan Waktu Penelitian... 26

Bahan Penelitian... 26

Tahapan Penelitian... 26

KOMPATIBILITAS 4 JENIS LEGUMINOSA HERBA TERHADAP INOKULAN NODULIN PLUS

...

27

Metode Percobaan... 27

Pelaksanaan Percobaan... 27

Parameter yang Diamati... 28

PENGARUH INOKULASI DAN PENAMBAHAN UNSUR HARA MO TERHADAP PRODUKSI TANAMAN LEGUMINOSA HERBA DENGAN MEDIA TANAM PASIR... 29

Metoda Percobaan... 29

PENGARUH UMUR PANEN DAN PENAMBAHAN UNSUR HARA MO TERHADAP AKTIVITAS ENZIM NITROGENASE

(11)

DAN PRODUKSI TANAMAN LEGUMINOSA HERBA

DENGAN MEDIA TANAM PASIR... 32

Metoda Percobaan... 32

PENGARUH PENAMBAHAN UNSUR HARA MO TERHADAP PRODUKSI TANAMAN LEGUMINOSA HERBA DENGAN MEDIA TANAM TANAH 35 Metoda Percobaan... 35

PENGARUH PEMBERIAN UNSUR HARA MO MELALUI DAUN TERHADAP PRODUKSI TANAMAN LEGUMINOSA HERBA DENGAN MEDIA TANAM TANAH DAN PASIR 37 Metoda Percobaan... 37

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN... 40

KOMPATIBILITAS 4 JENIS LEGUMINOSA HERBA TERHADAP INOKULAN NODULIN PLUS... 40

Pembahasan... 40

PENGARUH INOKULASI DAN PENAMBAHAN UNSUR HARA MO TERHADAP PRODUKSI TANAMAN LEGUMINOSA HERBA DENGAN MEDIA TANAM PASIR... 43

Tanaman Kedelai... 43

Berat Kering Daun Tanaman Kedelai... 43

Berat Kering Akar Tanaman Kedelai... 44

Total N Daun Tanaman Kedelai... 45

Jumlah dan Berat Bintil Akar Tanaman Kedelai... 46

Tanaman Kembang Telang... 50

Berat Kering Daun Tanaman Kembang Telang... 50

Berat Kering Akar Tanaman Kembang Telang... 51

Total N Daun Tanaman Kembang Telang... 52

(12)

Pembahasan... 57

PENGARUH UMUR PANEN DAN PENAMBAHAN UNSUR HARA MO TERHADAP AKTIVITAS ENZIM NITROGENASE DAN PRODUKSI TANAMAN LEGUMINOSA HERBA DENGAN MEDIA TANAM PASIR... 63

Aktivitas Enzim Nitrogenase Tanaman Kedelai... 63

Total N Daun Tanaman Kedelai... 67

Aktivitas Enzim Nitrogenase Tanaman Kembang Telang... 69

Total N Daun Tanaman Kembang Telang... 73

Pembahasan... 75

PENGARUH PENAMBAHAN UNSUR HARA MO TERHADAP PRODUKSI TANAMAN LEGUMINOSA HERBA DENGAN MEDIA TANAM TANAH... 79 Tanaman Kedelai... 79

Jumlah dan Berat Bintil Akar Tanaman Kembang Telang... 84

Pembahasan... 86

PENGARUH PEMBERIAN UNSUR HARA MO MELALUI DAUN TERHADAP PRODUKSI TANAMAN LEGUMINOSA HERBA DENGAN MEDIA TANAM TANAH DAN PASIR... 90

(13)

Pembahasan... 105

PEMBAHASAN UMUM... 109

SIMPULAN DAN SARAN... 115

Simpulan... 115

Saran... 116

DAFTAR PUSTAKA... 117

(14)

DAFTAR TABEL

Nomor Halaman

Teks

1. Kebutuhan pupuk di Indonesia (ton)... 4 2. Perkiraan jumlah N2 yang ditambat oleh tanaman

leguminosa ... 22 3. Pengaruh pemberian inokulan Nodulin Plus terhadap

pembentukan bintil akar pada tanaman leguminosa

herba... 40 4. Pengaruh taraf pemberian unsur hara Mo, inokulasi dan

pupuk N terhadap berat kering daun tanaman kedelai

dengan media tanam pasir... 43 5. Pengaruh taraf pemberian unsur hara Mo, inokulasi dan

pupuk N terhadap berat kering akar tanaman kedelai

pupuk N terhadap total N daun tanaman kedelai dengan

media tanam pasir... 45 7. Pengaruh taraf pemberian unsur hara Mo, inokulasi dan

pupuk N terhadap berat kering daun tanaman kembang

telang dengan bahan tanam pasir... 51 8. Pengaruh taraf pemberian unsur hara Mo, inokulasi dan

pupuk N terhadap berat kering akar tanaman kembang

telang dengan media tanam pasir... 52 9. Pengaruh taraf pemberian unsur hara Mo, inokulasi dan

pupuk N terhadap total nitrogen daun tanaman kembang

telang dengan media tanam pasir... 53 10. Pengaruh taraf pemberian unsur hara Mo dan umur panen

terhadap berat kering daun tanaman kedelai dengan media

tanam pasir... 65

11. Pengaruh taraf pemberian unsur hara Mo dan umur panen terhadap berat kering akar tanaman kedelai dengan media

(15)

tanam pasir... 66 12. Pengaruh taraf pemberian unsur hara Mo dan umur panen

terhadap total N daun tanaman kedelai dengan media

terhadap berat kering daun tanaman kembang telang

dengan media tanam pasir... 72 14. Pengaruh taraf pemberian unsur hara Mo dan umur panen

terhadap berat kering akar tanaman kembang telang

terhadap serapan N daun tanaman kembang telang dengan

media tanam pasir... 74 16 Pengaruh media tanam dan taraf pemberian unsur hara Mo

melalui daun terhadap berat kering daun tanaman kedelai.. 90 17 Pengaruh media tanam dan taraf pemberian unsur hara Mo

melalui daun terhadap berat kering akar tanaman kedelai.. 92 18. Pengaruh media tanam dan taraf pemberian unsur hara Mo

melalui daun terhadap jumlah bintil akar tanaman kedelai 93 19. Pengaruh media tanam dan taraf pemberian unsur hara Mo

melalui daun terhadap berat segar bintil akar tanaman

kedelai... 94 20. Pengaruh media tanam dan taraf pemberian unsur hara Mo

melalui daun terhadap berat kering bintil akar tanaman

kedelai... 95 21. Pengaruh media tanam dan penambahan unsur hara Mo

melalui daun terhadap berat kering daun tanaman

kembang telang... 99 22. Pengaruh media tanam dan penambahan unsur hara Mo

melalui daun terhadap berat kering akar tanaman

kembang telang... 100 23. Pengaruh media tanam dan taraf pemberian unsur hara Mo

melalui daun terhadap jumlah bintil akar tanaman

(16)

24. Pengaruh media tanam dan taraf pemberian unsur hara Mo melalui daun terhadap berat segar bintil akar tanaman

kembang telang... 103

(17)

DAFTAR TABEL

Teks

1. Kebutuhan pupuk di Indonesia (ton)... 4 2. Perkiraan jumlah N2 yang ditambat oleh tanaman

leguminosa ... 22 3. Pengaruh pemberian inokulan Nodulin Plus terhadap

pembentukan bintil akar pada tanaman leguminosa

herba... 40 4. Pengaruh taraf pemberian unsur hara Mo, inokulasi dan

pupuk N terhadap berat kering daun tanaman kedelai

pupuk N terhadap berat kering akar tanaman kedelai

pupuk N terhadap total N daun tanaman kedelai dengan

media tanam pasir... 45 7. Pengaruh taraf pemberian unsur hara Mo, inokulasi dan

pupuk N terhadap berat kering daun tanaman kembang

telang dengan bahan tanam pasir... 51 8. Pengaruh taraf pemberian unsur hara Mo, inokulasi dan

pupuk N terhadap berat kering akar tanaman kembang

telang dengan media tanam pasir... 52 9. Pengaruh taraf pemberian unsur hara Mo, inokulasi dan

pupuk N terhadap total nitrogen daun tanaman kembang

telang dengan media tanam pasir... 53 10. Pengaruh taraf pemberian unsur hara Mo dan umur panen

terhadap berat kering daun tanaman kedelai dengan media

tanam pasir... 65

11. Pengaruh taraf pemberian unsur hara Mo dan umur panen terhadap berat kering akar tanaman kedelai dengan media

(18)

terhadap total N daun tanaman kedelai dengan media

terhadap berat kering daun tanaman kembang telang

terhadap berat kering akar tanaman kembang telang

terhadap serapan N daun tanaman kembang telang dengan

media tanam pasir... 74 16 Pengaruh media tanam dan taraf pemberian unsur hara Mo

melalui daun terhadap berat kering daun tanaman kedelai.. 90 17 Pengaruh media tanam dan taraf pemberian unsur hara Mo

melalui daun terhadap berat kering akar tanaman kedelai.. 92 18. Pengaruh media tanam dan taraf pemberian unsur hara Mo

melalui daun terhadap jumlah bintil akar tanaman kedelai 93 19. Pengaruh media tanam dan taraf pemberian unsur hara Mo

melalui daun terhadap berat segar bintil akar tanaman

kedelai... 94 20. Pengaruh media tanam dan taraf pemberian unsur hara Mo

kedelai... 95 21. Pengaruh media tanam dan penambahan unsur hara Mo

melalui daun terhadap berat kering daun tanaman

kembang telang... 99 22. Pengaruh media tanam dan penambahan unsur hara Mo

melalui daun terhadap berat kering akar tanaman

melalui daun terhadap jumlah bintil akar tanaman

(19)

24. Pengaruh media tanam dan taraf pemberian unsur hara Mo melalui daun terhadap berat segar bintil akar tanaman

kembang telang... 103

(20)

DAFTAR LAMPIRAN

Teks

1. Larutan nutrisi tanpa N... 129 2. Ciri fisik dan kimia tanah Ciawi, Kabupaten Bogor yang

digunakan untuk percobaan... 130 3. Pengaruh perlakuan inokulasi dan penambahan unsur hara

Mo terhadap berat segar daun (BSD), berat kering daun (BKD), berat segar akar (BSA), berat kering akar (BKA) dan total N-daun tanaman kedelai dengan media tanam

pasir. Rekapitulasi hasil Anova ... 131 4. Pengaruh perlakuan inokulasi dan penambahan unsur hara

Mo terhadap jumlah bintil akar (JB), berat segar bintil akar (BSB) dan berat kering bintil akar (BKB) tanaman kedelai

dengan media tanam pasir. Rekapitulasi hasil Anova ... 131 5. Analisis ragam regresi linier sederhana antara berat kering

daun (BKD) dengan jumlah bintil akar (JB), berat segar bintil akar (BSB) dan berat kering bintil akar (BKB)

tanaman kedelai ... 132 6. Analisis ragam regresi linier sederhana antara total N-daun

dengan jumlah bintil akar (JB), berat segar bintil akar

(BSB) dan berat kering bintil akar (BKB) tanaman kedelai 132 7. Pengaruh perlakuan inokulasi dan penambahan unsur hara

Mo terhadap berat segar daun (BSD), berat kering daun (BKD), berat segar akar (BSA), berat kering akar (BKA) dan total N-daun tanaman kembang telang dengan media

tanam pasir. Rekapitulasi hasil Anova ... 133 8. Pengaruh perlakuan inokulasi dan penambahan unsur hara

Mo terhadap jumlah bintil akar (JB), berat segar bintil akar (BSB) dan berat kering bintil akar (BKB) tanaman kembang telang dengan media tanam pasir. Rekapitulasi

hasil Anova ... 133

9. Analisis ragam regresi linier sederhana antara berat kering daun (BKD) dengan jumlah bintil akar (JB), berat segar

(21)

bintil akar (BSB) dan berat kering bintil akar (BKB)

tanaman kembang telang ... 134 10. Analisis ragam regresi linier sederhana antara total N-daun

dengan jumlah bintil akar (JB), berat segar bintil akar (BSB) dan berat kering bintil akar (BKB) tanaman

kembang telang ... 134 11. Pengaruh penambahan unsur hara Mo dan umur panen

terhadap berat segar daun (BSD), berat kering daun (BKD), berat segar akar (BSA), berat kering akar (BKA), total N-daun dan enzim nitrogenase (EN) tanaman kedelai.

Rekapitulasi hasil Anova ... 135 12. Analisis ragam regresi linier sederhana antara berat kering

daun (BKD) dengan total N-daun dan aktivitas enzim

nitrogenase tanaman kedelai ... 135 13. Pengaruh penambahan unsur hara Mo dan umur panen

terhadap berat segar daun (BSD), berat kering daun (BKD), berat segar akar (BSA), berat kering akar (BKA), total n-daun (TOTN) dan enzim nitrogenase (EN) tanaman

kembang telang. Rekapitulasi hasil Anova ... 136 14. Analisis ragam regresi linier sederhana antara berat kering

daun (BKD) dan total n-daun dengan enzim nitrogenase

tanaman kembang telang... 136 15. Pengaruh penambahan unsur hara Mo terhadap terhadap

berat segar daun (BSD), berat kering daun (BKD), berat segar akar (BSA), dan berat kering akar (BKA) tanaman kedelai dengan media tanam tanah. Rekapitulasi hasil

Anova... 137 16. Pengaruh penambahan unsur hara Mo terhadap jumlah

bintil akar (JB), berat segar bintil akar (BSB) dan berat kering bintil akar (BKB) tanaman kedelai dengan media

tanam tanah. Rekapitulasi hasil Anova... 137 17. Analisis ragam regresi linier sederhana antara berat kering

daun (BKD) dengan jumlah bintil akar (JB), berat segar bintil akar (BSB dan berat kering bintil akar (BKB)

tanaman kedelai... 137 18. Pengaruh penambahan unsur hara Mo terhadap terhadap

(22)

segar akar (BSA), dan berat kering akar (BKA) tanaman kembang telang dengan media tanam tanah. Rekapitulasi

hasil Anova... 138 19. Pengaruh penambahan unsur hara Mo terhadap terhadap

jumlah bintil akar (JB), berat segar bintil akar (BSB) dan berat kering bintil akar (BKB) tanaman kembang telang

dengan media tanam tanah. Rekapitulasi hasil Anova... 138 20. Analisis ragam regresi linier sederhana antara berat kering

daun (BKD) dengan jumlah bintil akar (JB), berat segar bintil akar (BSB) dan berat kering bintil akar (BKB)

tanaman kembang telang... 138 21. Pengaruh pemberian unsur hara Mo melalui daun dengan

media tanam tanah dan pasir terhadap berat segar daun (BSD), berat kering daun (BKD), berat segar akar (BSA), dan berat kering akar (BKA) tanaman kedelai. Rekapitulasi

hasil Anova... 139 22. Pengaruh penambahan unsur hara Mo melalui daun dengan

media tanam tanah dan pasir terhadap jumlah bintil akar (JB), berat segar bintil akar (BSB) dan berat kering bintil

akar (BKB) tanaman kedelai. Rekapitulasi hasil Anova... 139 23. Analisis ragam regresi linier sederhana antara berat kering

daun(BKD) dengan jumlah bintil akar (JB), berat segar bintil akar (BSB) dan berat kering bintil akar (BKB) tanaman kedelai yang diberi unsur hara Mo melalui daun

dengan media tanam tanah... 140 24. Analisis ragam regresi linier sederhana antara berat kering

daun(BKD) dengan jumlah bintil akar (JB), berat segar bintil akar (BSB) dan berat kering bintil akar (BKB) tanaman kedelai yang diberi unsur hara Mo melalui daun

dengan media tanam pasir... 140 25. Pengaruh pemberian unsur hara Mo melalui daun dengan

media tanam tanah dan pasir terhadap berat segar daun (BSD), berat kering daun (BKD), berat segar akar (BSA), dan berat kering akar (BKA) tanaman kembang telang.

Rekapitulasi hasil Anova... 141

26. Pengaruh penambahan unsur hara Mo melalui daun dengan media tanam tanah dan pasir terhadap jumlah bintil akar

(23)

(JB), berat segar bintil akar (BSB) dan berat kering bintil akar (BKB) tanaman kembang telang. Rekapitulasi hasil Anova...

141

27. Analisis ragam regresi linier sederhana antara berat kering daun(BKD) dengan jumlah bintil akar (JB), berat segar bintil akar (BSB) dan berat kering bintil akar (BKB) tanaman kembang telang yang diberi unsur hara Mo

melalui daun dengan media tanam tanah... 142 28. Analisis ragam regresi linier sederhana antara berat kering

daun(BKD) dengan jumlah bintil akar (JB), berat segar bintil akar (BSB) dan berat kering bintil akar (BKB) tanaman kembang telang yang diberi unsur hara Mo

melalui daun dengan media tanam pasir... 142 29. Hasil analisa tanah terhadap kandungan Mo setelah

penelitian... 143 30. Jumlah pemberian Mo (ml) pada masing-masing

penelitian... 144

(24)

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Nitrogen merupakan suatu unsur hara esensial yang dibutuhkan tanaman dalam jumlah banyak, yang berfungsi sebagai penyusun protein dan penyusun enzim. Tanaman memerlukan suplai nitrogen pada semua tingkat perumbuhan, terutama pada awal pertumbuhan, sehingga adanya sumber N yang murah akan sangat membantu mengurangi biaya produksi.

Jika unsur nitrogen terdapat dalam keadaan kurang, maka pertumbuhan dan produksi tanaman akan terganggu. Masalah ini dapat diatasi antara lain dengan pemupukan. Kebutuhan pupuk untuk komoditas pertanian sebagian besar dipenuhi oleh pupuk kimia (pupuk buatan). Namun pemakaian pupuk N buatan yang terus menerus atau berlebihan akan mengakibatkan kerusakan lingkungan baik tanah maupun air tanah. Meningkatnya pemakaian pupuk kimia justru akan mengganggu keseimbangan mikro organisme tanah, menurunnya sifat fisik dan kimia tanah serta pencemaran lingkungan (Rogers dan Whitman, 1991). Dalam jangka panjang, pemakaian pupuk buatan secara terus menerus dapat menyebabkan merosotnya produktivitas tanah. Di samping itu, tidak semua pupuk yang diberikan dapat diserap oleh tanaman, sebagian besar akan hilang. Kehilangan N di dalam tanah selain terjadi melalui pencucian dan diangkut oleh tanaman, juga terjadi melalui penguapan. Bentuk teroksidasi nitrogen di atmosfer secara ekologi penting karena bila diubah menjadi NO3- akan menyumbang HNO3- bagi hujan asam. Berbeda halnya dengan proses penambatan N oleh leguminosa, tidak mempengaruhi kualitas air tanah. Hal ini karena ammonium (NH3+) yang dihasilkan oleh hasil penambatan, secara langsung digunakan untuk pertumbuhan tanaman.

Penggunaan pupuk berimbang merupakan pengelolaan hara secara terpadu, yaitu dengan memadukan faktor-faktor hara tanah dengan penggunaan pupuk anorganik dan organik serta memanfaatkan pupuk hayati. Di Indonesia penggunaan pupuk hayati belum memasyarakat di kalangan petani/peternak, meskipun penggunaan pupuk tersebut memberikan hasil yang positif untuk meningkatkan produktivitas. Baru sebagian kecil masyarakat petani yang telah memanfaatkan pupuk hayati. Pemanfaatan pupuk hayati yang dikombinasikan dengan pupuk anorganik dan organik memberikan prospek cukup baik untuk meningkatkan dan memperbaiki produktivitas tanah.

(25)

Penambatan nitrogen secara simbiose bakteri tanah dengan tanaman leguminosa telah berlangsung lama dan sangat penting dalam fungsi ekosistem (Simms dan Taylor, 2002). Sejumlah besar kebutuhan nitrogen disumbang oleh penambatan melalui simbiose antara bakteri yang memiliki nitrogenase dengan tanaman leguminosa yang mampu mereduksi dinitrogen menjadi bentuk organik (Postgate, 1998 dalam Simms dan Taylor, 2002).

Tanaman leguminosa baik herba maupun perdu/pohon mempunyai kemampuan mengikat N2 udara (bentuk N yang tidak tersedia bagi tanaman) dan merubahnya menjadi bentuk N yang tersedia bila bersimbiose dengan bakteri Rhizobium. Hubungan antara bakteri dengan tanaman leguminosa pada umumnya bersifat mutualistik, tetapi strain rhizobia mempunyai efektivitas yang berbeda (Burdon et al. 1999 dalam Simms dan Taylor, 2002). Simbiose ini merupakan proses yang komplek yang dipengaruhi oleh faktor biotik maupun faktor lingkungan. Usaha memanipulasi faktor-faktor yang terlibat secara optimal akan menghasilkan fiksasi N yang optimal pula. Interaksi tanaman inang dan bakteri Rhizobium bervariasi, dari yang moderat sampai yang spesifik, sehingga perlu diidentifikasi kombinasi antara spesies dan rhizobia yang superior mengikat N2.

Pada penelitian ini difokuskan pada salah satu faktor unsur hara yaitu unsur hara Molibdednum (Mo) terhadap penambatan N udara oleh tanaman leguminosa herba. Pemilihan unsur hara Mo dalam penelitian ini didasarkan pada kenyataan bahwa molibdenum merupakan komponen meta-protein nitrogenase dan membantu proses penambatan nitrogen (Gupta dan Vyas, 1994). Selanjutnya, Salisbury dan Ross (1995), mengemukakan bahwa fungsi molibdenum dalam tumbuhan yang paling dikenal baik adalah menjadi bagian dari enzim nitrat reduktase yang mereduksi ion nitrat menjadi ion nitrit. Mo berperan dalam enzim nitrit reduktase dan nitrat reduktase (Gardner et al.1991). Peran Mo adalah sebagai suatu carrier (alat pengangkut) elektron antara tahap teroksidasi dan tahap reduksi. Mo merupakan komponen yang sangat esensial bagi dua co-faktor yang diperlukan untuk metabolisme N bakteria (Thiel et al. 2002). Selanjutnya Vitousek et al. (2002) mengemukakan bahwa untuk berfungsi dengan baik enzim nitrogenase memerlukan unsur hara Mo. Namun, keberadaan unsur hara Mo pada tanah tertentu pada umumnya sangat kurang. Hakim et al. (1986), mengemukakan bahwa keadaan tanah sangat mempengaruhi ketersediaan unsur hara molibdenum.

(26)

Ketersediaannya sangat dipengaruhi oleh pH tanah. Pada pH rendah hampir tidak ada molibdenum yang tersedia. Sifat unsur hara ini sangat mobil di dalam tanah. Tanah-tanah yang sering mengalami kekurangan Mo adalah dicirikan oleh (a) tanah pasir, (b) tanah yang mengalami podsolisasi, dan (c) tanah yang banyak mengandung sulfat.

Tujuan Penelitian

Dari uraian pemikiran di atas, akan dilakukan suatu penelitian untuk mempelajari: 1. Pengaruh inokulan Nodulin Plus dalam membentuk bintil akar dan menambat

nitrogen pada tanaman leguminosa herba pakan ternak yang direkomendasikan untuk Nodulin Plus yaitu kedelai (Glycine max L (Soybean) serta yang belum direkomendasikan yaitu kacang pintoi (Arachis pintoi Krap.& Greg.), kembang telang (Clitoria ternatea L) dan siratro (Macroptilium atropurpureum (DC) Urb cv. Siratro). 2. Pengaruh Mo yang diberikan pada taraf berbeda terhadap pertumbuhan, produksi dan

kandungan N leguminosa.

3. Pengaruh taraf pemberian Mo terhadap aktivitas enzim nitrogenase.

Hipotesis

1. Ada spesifisitas tanaman leguminosa herba pakan ternak dalam kebutuhan rhizobia. 2. Pemberian unsur hara Mo meningkatkan penambatan nitrogen dan aktivitas enzim

nitrogenase yang dicirikan dengan peningkatan produktivitas tanaman leguminosa.

Kegunaan Penelitian

Hasil penelitian ini diharapkan dapat mengetahui pengaruh penggunaan inokulan Nodulin Plus dan penambahan unsur hara Mo terhadap aktivitas enzim nitrogenase serta pengaruh level dan cara pemberian unsur hara Mo terhadap pertumbuhan, produksi dan kandungan N leguminosa, selain faktor yang telah diketahui sebelumnya, yang akan berguna untuk pengetahuan dasar bagi pengembangan teknologi pemanfaatan bakteri rhizobia yang mempunyai kemampuan tinggi untuk menambat Nitrogen.

(27)

TINJAUAN PUSTAKA

Pengaruh Nitrogen terhadap Tanaman

Penggunaan pupuk nitrogen (N) meningkat sekitar sepuluh kali lipat menjadi 90 juta metrik ton antara tahun 1950 dan tahun 1995 (Frink et al. 1999). Hauck (1988) memperkirakan sekitar 60 juta ton pupuk nitrogen dewasa ini digunakan untuk peningkatan produksi lahan pertanian, terutama untuk memproduksi biji-bijian. Berdasarkan kebutuhan nitrogen, maka kebutuhan pupuk nitrogen diperkirakan akan mencapai 100 juta ton pada tahun 2000. Vance (2001) mengemukakan bahwa untuk memenuhi kebutuhan pangan dalam tahun 2040 diperlukan sekitar 40 juta metric ton pupuk nitrogen untuk pertanian.

Di Indonesia, permintaan pupuk N meningkat dari tahun ke tahun terutama Urea yang bila dibandingkan antara tahun 1999 dengan 2002 meningkat sebesar 37,5% (Soedjais, 2003). Di samping itu terdapat pula peningkatan permintaan terhadap pupuk Amonium Sulfat sebesar 12,4% dan TSP/SP36 sebesar 6,2%, serta penurunan permintaan pupuk KCl sebesar 19,1% (Tabel 1).

Tabel 1. Kebutuhan pupuk di Indonesia (ton)

Tahun Urea Amonium sulfat TSP/SP36 KCl

1999 3.140.033 541.580 673.193 530.057

2000 3.959.650 507.005 687.653 359.453

2001 3.934.985 511.170 655.734 426.019

2002 4.318.407 608.605 714.872 428.620

Sumber: Soedjais, 2003.

Hauck (1988) memperkirakan bahwa sekitar 90 juta ton nitrogen diperoleh sebagai hasil penambatan secara proses biologis, dimana sekitar 50 juta ton ditambat oleh leguminosa tanaman pakan ternak. Menurut Arshad dan Frankenberger (1993) fiksasi N2 secara biologi menyumbang sekitar 70% dari semua nitrogen yang difiksasi di bumi dan sekitar 90% kebutuhan nitrogen tanaman dapat dihasilkan oleh gabungan ini. Smill (1999) mengemukakan bahwa sekitar 40 hingga 60 juta metrik ton N2 ditambat oleh tanaman leguminosa setiap tahun.

(28)

Unsur hara N merupakan bahan penting penyusun asam amino, amida, nukleotida, dan nukleoprotein, serta esensial untuk pembelahan sel, pembesaran sel, dan karenanya untuk pertumbuhan (Gardner et al. 1991). Defisiensi N mengganggu proses pertumbuhan, menyebabkan tanaman kerdil, dan menguning.

Nitrogen (N) merupakan suatu unsur hara esensial yang dibutuhkan tanaman dalam jumlah banyak, yang berfungsi sebagai penyusun protein, termasuk enzim dan molekul chlorofil (Hakim et al. 1986). Nitrogen merupakan unsur hara yang penting hubungannya dengan pertumbuhan tanaman. Unsur ini dijumpai dalam jumlah besar di dalam bagian muda tanaman, terutama terakumulasi pada daun dan biji. Nitrogen merupakan penyusun setiap sel hidup, karenanya terdapat pada seluruh bagian tanaman. Tanaman memerlukan suplai nitrogen pada semua tingkat pertumbuhan, terutama pada awal pertumbuhan, sehingga adanya sumber N yang murah akan sangat membantu mengurangi biaya produksi. Sebagai contoh untuk menghasilkan 1 kg biji kedelai, tanaman menyerap 70-80 g N dari dalam tanah (Pasaribu et al. 1989).

Grant and Flaten (1998) dalam Grant et al. (2002) mengemukakan bahwa unsur hara N diperlukan untuk menjamin kualitas tanaman yang optimum yang ditunjukkan oleh kandungan protein dari tanaman yang berhubungan langsung dengan supplai N. N diberikan kepada tanah dalam bentuk-bentuk amida, ammonium, maupun nitrat. Tidak semua pupuk yang diberikan dapat diserap oleh tanaman, sebagian besar akan hilang. Kehilangan N di dalam tanah selain terjadi melalui pencucian dan diangkut oleh tanaman, juga terjadi melalui penguapan seperti N2, nitrous oksida (N2O) dan NH3. Gas ini terbentuk karena reaksi-reaksi dalam tanah dan kegiatan mikrobia. Mekanisme kehilangan N dalam bentuk gas melalui denitrifikasi, reaksi kimia karena temperatur dalam suasana aerobik dan lainnya, serta penguapan gas NH3 dari pemupukan pada tanah alkalis (Maryam et al. 1998).

Unsur hara N biasanya defisien, yang mengakibatkan penurunan produksi pertanian di seluruh dunia. Hakim et al. (1986) mengemukakan bahwa nitrogen yang terdapat dalam tanah sedikit, sedangkan yang diangkut tanaman berupa panen setiap tahun cukup besar. Di samping itu senyawa nitrogen anorganik mudah larut dan mudah hilang dalam air drainase/irrigasi atau menguap ke atmosfer. Jika unsur N terdapat dalam keadaan

(29)

kurang, maka pertumbuhan dan produksi tanaman akan terganggu. Masalah ini dapat diatasi antara lain dengan pemupukan.

Kebutuhan nitrogen untuk komoditas pertanian pada umumnya dipenuhi dengan dua cara yaitu (1) pupuk kimia/buatan, manure, dan/atau mineralisasi dari bahan organik, dan (2) melalui penambatan N atmosfir melalui proses simbiosis (Vance, 2001).

Pemakaian pupuk N buatan yang terus menerus atau berlebihan akan mengakibatkan kerusakan lingkungan baik tanah maupun air tanah (Rogers dan Whitman, 1991). Tumbuhan kehilangan sedikit nitrogen ke dalam atmosfer dalam bentuk NH3, N2O, NO2 dan NO yang mudah menguap, khususnya bila dipupuk nitrogen (Salysbury dan Ross, 1995). Bentuk teroksidasi nitrogen di atmosfer secara ekologi penting karena bila diubah menjadi NO3- akan menyumbang HNO3- bagi hujan asam. Selanjutnya Campbell et al. (1995) dalam Grant et al. (2002) mengemukakan bahwa pencucian NO3 akan menurunkan kualitas air tanah dan emisi N2O berkontribusi terhadap efek rumah kaca dan menyebabkan terjadinya pemanasan global. Residu pupuk N yang cukup besar tertinggal dalam tanah sebagai akibat tidak efisiennya tanaman menggunakan pupuk N berimplikasi negatif terhadap lingkungan dan kesehatan (Galloway et al. 1995 dalam Vance, 2001). Nitrifikasi oleh mikrobia dan denitrifikasi N tanah merupakan kontributor utama emisi NO2 dan N2O (Socolow, 1999). Pupuk N yang tidak dimanfaatkan oleh tanaman secara cepat akan memasuki permukaan tanah dan air tanah melalui runoff dan leaching. Ekses dari NO3- pada air minum yang berasal dari pupuk berakibat methemoglobin anemia pada bayi dan anak-anak bila konsentrasinya melebihi 10 mg NO3 L-1 (Smill, 1999).

Proses fiksasi N oleh leguminosa tidak mempengaruhi kualitas air tanah. Hal ini karena ammonium (NH4+) yang dihasilkan oleh hasil fiksasi, secara langsung digunakan untuk pertumbuhan tanaman (Killpack dan Buchholz, 1993). Pada proses penambatan N, tanaman leguminosa menyediakan lingkungan reduksi dan karbohidrat untuk metabolisme bakteri, sedangkan bakteri mengubah N2 udara menjadi N tersedia bagi tanaman. Tanaman leguminosa mampu tumbuh baik pada tanah yang miskin N karena adanya simbiosis dengan rhizobium, sehingga mampu meningkatkan kualitas dan kuantitas tanaman leguminosa, serta mampu meningkatkan dan menjaga kesuburan tanah (Gardner et al. 1991).

(30)

Menurut Salisbury dan Ross (1995) semua NH4+ pertama-tama diubah menjadi gugus amina dari glutamin. Perubahan ini dan reaksi lainnya akan membentuk asam glutamat, asam aspartat, dan asparagin (Gambar 1).

Gambar 1. Perubahan amonium menjadi senyawa organik utama (Salisbury dan Ross, 1995)

Glutamin dibentuk dengan penambahan satu gugus NH2 dari NH4+ ke gugus karboksil terjauh dari karbon alfa asam glutamat, lalu terbentuk ikatan amida (reaksi 1). Enzim yang diperlukan adalah glutamin sintase. Hidrolisis ATP menjadi ADP dan Pi sangat penting untuk mendorong reaksi lebih lanjut. Reaksi ini membutuhkan asam glutamat sebagai reaktan, harus terdapat mekanisme untuk menyediakannya yang dapat dipenuhi oleh reaksi 2 yang dikatalisis oleh glutamate sintase. Glutamat sintase mengangkut gugus amida dari glutamin ke karbon karbonil asam α-ketoglutarat, sehingga terbentuk dua molekul asam glutamat. Proses ini membutuhkan pereduksi yang mampu menyumbang dua elektron, yaitu feredoksin (dua molekul) di kloroplas dan NADH atau

(31)

NADPH di proplastid sel non-fotosintetik. Salah satu dari dua glutamat yang dibentuk pada reaksi 2 penting untuk mempertahankan reaksi 1, sedangkan glutamat yang satunya dapat diubah secara langsung menjadi protein, klorofil, dan asam nukleat. Selain membentuk glutamat, glutamin dapat menyumbangkan gugus amidanya ke asam aspartat untuk membentuk asparagin (reaksi 3). Reaksi ini membutuhkan asparagin sintetase, dan hidrolisi tak-terbalikkan ATP menjadi AMP dan Ppi menyediakan energi untuk mendorong reaksi ini. Nitrogen dalam aspartat dapat berasal dari glutamat, tapi empat karbonnya mungkin berasal dari oksaloasetat (reaksi 4) yang dibentuk dari PEP dan HCO3- oleh kerja PEP karboksilase (reaksi 5).

Sejumlah besar nitrogen gas terdapat di atmosfer yaitu sekitar 78% (Hakim et al. 1986; Salisbury dan Ross, 1995), tetapi secara aktif sulit bagi organisme hidup untuk mendapatkan atom nitrogen dari dinitrogen (N2) dalam bentuk yang berguna (Salisbury dan Ross, 1995). Walaupun N2 masuk ke dalam sel tumbuhan bersama-sama CO2 lewat stomata, enzim yang ada hanya dapat mereduksi CO2 sehingga N2 keluar lagi secepat ia masuk.

Sebagian besar nitrogen yang terdapat di dalam organisme hidup berasal dari penambatan (reduksi) oleh mikroorganisme prokariot, sebagian di antaranya terdapat di akar tumbuhan tertentu, atau dari pupuk kimia secara industri. Sebagian kecil nitrogen juga masuk ke tanah dari atmosfer dalam bentuk ion amonium (NH4+) dan nitrat (NO3-) bersama hujan dan kemudian diserap akar (Salisbury dan Ross, 1995).

Penyerapan NO3- dan NH4+ oleh tumbuhan memungkinkan tumbuhan untuk membentuk berbagai senyawa nitrogen, terutama protein. Pupuk dan tumbuhan yang mati, mikroorganisme, serta hewan, merupakan sumber penting nitrogen yang dikembalikan ke tanah, tetapi sebagian besar nitrogen tersebut tidak larut dan tidak segera tersedia bagi tumbuhan. Hampir semua tanah mengandung sedikit asam amino, yang dihasilkan terutama dari perombakan bahan organik oleh mikroba, tapi juga pengeluaran dari akar. Walaupun asam amino tersebut dapat diserap dan dimetabolismekan oleh tumbuhan, senyawa ini dan senyawa nitrogen komplek lainnya hanya menyumbang sedikit bagi hara nitrogen tumbuhan secara langsung. Walaupun demikian, mereka merupakan cadangan nitrogen yang sangat penting, yang akan menghasilkan NH4+ dan NO3-. Nyatanya, 90% nitrogen total di tanah terdapat dalam bentuk bahan organik,

(32)

walaupun dalam beberapa kasus sejumlah besar nitrogen terdapat dalam bentuk NH4+ yang terikat pada koloid liat (Salisbury dan Ross, 1995).

Rhizobium

Bakteri Rhizobium spp. merupakan salah satu jenis jasad mikro yang hidup bersimbiosis dengan tanaman leguminosa dan berfungsi menambat nitrogen secara hayati mulai diperkenalkan pada tahun 1888 oleh Hellriegel dan Wilfarth (Hirsch et al. 2001). Penambatan nitrogen secara simbiotik merupakan interaksi kompleks antara tanaman inang, lingkungan dan bakteri Rhizobium (Graham, 1981; Singleton et al. 1985; Long, 1996). Setiap jenis leguminosa menghendaki strain Rhizobium tertentu untuk keserasian simbiosisnya (Hirsch et al. 2001). Sebagai contoh Sinorhizobium meliloti efektif untuk spesies Medicago, Melilotus, dan Trigonella; sedangkan Rhizobium leguminosarum bv. viciae sesuai untuk tanaman Pisum, Vicia, Lens, dan Lathyrus spp. Untuk itu inokulasi perlu dilaksanakan agar tercapai penambatan nitrogen yang efektif (Yutono, 1985).

Limpens dan Bisseling (2003) mengemukakan bahwa penambatan nitrogen adalah merupakan bentuk simbiosis antara tanaman leguminosa (Fabaceae) dengan bakteri gram-negatif yang termasuk ke dalam genera Azorhizobium, Bradyrhizobium, Mesorhizobium, Rhizobium dan Sinorhizobium yang secara kolektif disebut rhizobia. Interaksi ini akan membentuk organ baru yang disebut dengan bintil akar, dimana rhizobia bersatu secara intraselluler ke dalam induk semang dan menambat nitrogen dari atmosfer untuk digunakan oleh induk semang.

Rhizobium termasuk divisi Protophyta, kelas Schizomycetes, order Eubacteriales, famili Rhizobiaceae dan genus Rhizobium. Jordan (1982) mengklasifikasikan genus Rhizobium menjadi dua group yaitu Rhizobium dengan ciri tumbuh cepat dan bereaksi asam pada medium agar dan Bradyrhizobium dengan ciri tumbuh lambat dan bereaksi alkaline pada media agar Morfologi koloni Rhizobium pada media agar berdiameter 2-4 µm (Vincent, 1982; Setiadi, 1989), sedangkan Bradyrhizobium adalah genus bakteri dengan diameter 1 µm dan mempunyai kecepatan pertumbuhan lebih lambat pada agar mannitol ekstrak khamir dibandingkan dengan Rhizobium (Setiadi, 1989). Rhizobium mempunyai kecepatan tumbuh 3-5 hari, sedangkan Bradyrhizobium 5-7 hari.

Rhizobium merupakan pemasok utama kebutuhan N tanaman leguminosa bila tidak memperoleh pemupukan N atau dapat mengurangi pemakaian pupuk N (Lynch, 1983).

(33)

Pada kondisi lingkungan yang ideal dengan bintil akar yang baik tanaman kedelai dapat memperoleh sumbangan N hasil penambatan N2 oleh bakteri Rhizobium setara dengan 65-115 kg N ha –1 tahun -1 (Alexander, 1977).

Tanaman leguminosa baik herba maupun perdu/pohon mempunyai kemampuan mengikat N udara (bentuk N yang tidak tersedia bagi tanaman) dan merubahnya menjadi bentuk N yang tersedia bila bersimbiose dengan bakteri Rhizobium. Usaha memanipulasi faktor-faktor yang terlibat secara optimal akan dihasilkan fiksasi N yang optimal pula. Interaksi tanaman inang dan bakteri Rhizobium bervariasi, dari yang moderat sampai yang spesifik, sehingga perlu diidentifikasi kombinasi antara spesies dan rhizobia yang superior mengikat N2. Purwantari (1994) melaporkan bahwa Sesbania grandiflora termasuk dalam kategori spesifik dalam kebutuhannya akan Rhizobium. Berbeda halnya dengan Paraserianthes falcataria kurang spesifik. Pada tanaman Siratro (Macroptilium atropurpureum (DC) Urb. Cv Siratro), bintil akar yang efektif dapat terbentuk dari berbagai strain rhizobium atau bradyrhizobium (Appelbaum, 1990 dalam Khan et al. 1999). Menurut Broughton (2003) Azorhizobium caulinodans efektif membentuk bintil akar pada tanaman Sesbania rostrata, Synorhizobium meliloti pada tanaman Medicago, Melilotus dan Trigonella, sedangkan Rhizobium sp. NGR234 efektif membentuk bintil akar pada lebih dari 112 genera leguminosa, termasuk tanaman non-leguminosa yaitu Parasponia andersonii.

Selanjutnya, Khan et al. (1999) menyatakan bahwa nodulasi dan penambatan nitrogen pada tanaman dapat ditingkatkan bila tanaman tersebut diinokulasi dengan strain (Brady)rhizobium yang kompetitif dan efektif serta konsentrasi bakteri yang tinggi.

Pembentukan bintil akar terjadi antara 7-14 hari setelah perkecambahan dengan membentuk akar rambut pada akar primer dan sekunder (Gardner et al. 1991; Salisbury dan Ross, 1995). Akar mengeluarkan senyawa triptofan yang menyebabkan bakteri berkembang pada ujung akar rambut. Triptofan diubah oleh rhizobium menjadi IAA (Indole Acetic Acid) yang menyebabkan akar membengkok karena adanya interaksi antara akar dengan rhizobium. Kemudian bakteri merombak dinding sel akar tanaman sehingga terjadi kontak antara keduanya. Benang infeksi terbentuk, yang merupakan perkembangan dari membran plasma yang memanjang dari sel terinfeksi. Setelah itu rhizobium berkembang di dalam benang infeksi yang menjalar menembus sel-sel kortek

(34)

sampai parenkim. Di dalam sel kortek, rhizobium dilepas di dalam sitoplasma untuk membentuk bakteroid dan menghasilkan stimulan yang merangsang sel kortek untuk membelah. Pembelahan tersebut menyebabkan proliferasi jaringan, membentuk struktur bintil akar yang menonjol sampai keluar akar tanaman, yang mengandung bakteri rhizobium.

Semua rhizobia adalah bakteri aerobik yang bertahan secara saprofit di dalam tanah sampai mereka menginfeksi bulu akar (Salisbury dan Ross, 1995). Pembentukan bintil akar yang efektif bersimbiose melibatkan signal antara tanaman (macrosimbiont) dan bakteri (microsymbion). Flavonoids dan/atau isoflavonoids dilepaskan dari akar tanaman leguminosa induk semang membuat transkrip dari gene rhizobia bintil akar yang sesuai, kemudian membentuk molekul lipochitooligosaccharide, yang memberi tanda pada tanaman leguminosa untuk mulai membentuk bintil akar (Long, 1996).

Bakteri Rhizobium yang masuk ke dalam sel akar melalui epidermis akar dan membentuk formasi bintil akar melalui pengaturan ulang perkembangan sel luar akar (Limpens dan Bisseling, 2003). Keberhasilan interaksi ini memerlukan koordinasi dari kedua proses tersebut. Secara umum, proses infeksi dimulai dengan pengeritingan rambut akar, yang diduga disebabkan oleh reorientasi gradual dan konstant arah pertumbuhan bulu akar (Emons dan Mulder, 2000 dalam Limpens dan Bisseling, 2003). Bakteria tertangkap dalam gulungan bulu akar, kemudian dinding sel tanaman ditempat tertentu terdegradasi, sel membran membentuk liang dan material baru disimpan oleh tanaman dan bakteri.

Enzim dari bakteri merombak bagian dinding sel sehingga bakteri dapat masuk ke dalam sel bulu akar. Kemudian, bulu akar membentuk struktur lir-benang yang disebut benang infeksi, yang terdiri dari membran plasma lurus dan memanjang dari sel yang terserang, bersamaan dengan pembentukan selulosa baru di sebelah dalam membran ini. Bakteri tersebut membelah dengan cepat di dalam benang yang menjalar masuk dan menembus melalui dan di antara sel korteks. Di sel korteks sebelah dalam, bakteri dilepas ke dalam sitoplasma dan merangsang beberapa sel (khususnya sel tetraploid) untuk membelah. Pembelahan ini menyebabkan proliferasi jaringan, membentuk bintil akar dewasa, yang terbuat sebagian besar dari sel tetraploid yang mengandung bakteri dan beberapa sel diploid tanpa bakteri (Salisbury dan Ross, 1995). Tiap bakteri yang

(35)

membesar dan tak bergerak disebut bakteroid. Sel bintil akar lazimnya mengandung beberapa ribu bakteroid. Gambar 2 menunjukkan proses perkembangan bintil akar tanaman kedele, (a) dan (b) bakteri Rhizobium berhubungan dengan bulu akar yang peka, terbelah didekatnya dan infeksi bulu akar yang berhasil akan menyebabkannya mengeriting dan (c) benang infeksi membawa bakteri yang terbelah, sebagai bakteroid. Bakteroid menyebabkan sel korteks-dalam dan sel perisiklus membelah. Pembelahan dan pertumbuhan sel korteks dan perisiklus menjadi bintil akar dewasa (Salisbury dan Ross, 1995).

Gambar 2. Perkembangan bintil akar tanaman kedelai (Salisbury dan Ross, 1995)

Bakteroid biasanya berada di sitoplasma dalam kelompok, masing-masing dikelilingi oleh membran yang disebut membran peribakteroid. Antara membran peribakteroid dan kelompok bakteroid terdapat daerah yang disebut ruang peribakteroid. Di luar ruang peribakteroid, di sitoplasma tumbuhan, terdapat protein yang dinamakan leghemoglobin (Appleby, 1984 dalam Salisbury dan Ross, 1995).

Kemampuan penambatan N secara biologis untuk mengkonversi N2 menjadi N organik adalah sangat substansial, sering mencapai 100 kg per ha -1tahun -1 yang lebih dari cukup untuk mempertahankan kebutuhan N dan mengganti N yang hilang (Vitousek et al. 2002).

Penelitian tentang inokulasi bakteri rhizobia pada tanaman leguminosa tidak selalu berhasil dengan baik, bahkan sering mengalami kegagalan. Hal ini kemungkinan disebabkan oleh berbagai faktor antara lain rendahnya kemampuan bakteri inokulan

(36)

untuk bersaing dengan bakteri yang alami (Triplet dan Sadoswky, 1992); rendahnya konsentrasi dari bakteri inokulan (Nambiar et al. 1987). Faktor yang juga mempengaruhi perkembangan dan aktifitas rhizobium di dalam tanah antara lain kelembaban, aerasi, suhu, kandungan bahan organik, kemasaman tanah, suplai hara anorganik, jenis tanah dan persentase pasir serta liat (Alexander, 1977). Tekstur tanah berpasir dengan bahan organik rendah mengurangi penambatan N di dalam tanah. Tekstur tanah liat berat dengan bahan organik rendah mengurangi aktifitas dan efektivitas bakteri rhizobium dalam membentuk bintil akar dan pada akhirnya mempengaruhi penambatan N (Kentjanasari et. al. 1998).

Lynch (1983) mengatakan bahwa efektivitas bakteri rhizobium hilang pada kondisi tanah yang anaerob.

Subowo et al. (1989) melaporkan bahwa penurunan populasi rhizobium pada tanah dengan perlakuan inokulasi legin lebih tajam dibandingkan dengan perlakuan tanpa legin. Keadaan ini menunjukkan bahwa daya adaptasi rhizobium inokulan yang merupakan mikroorganisme masukan lebih rendah dibandingkan dengan rhizobia alami.

Melalui penelitian sejak tahun 1980, Balitbio telah menghasilkan formulasi pupuk mikroba multiguna (PMMG) yang diberi nama Rhizo-plus. Keunggulan Rhizo-plus dibandingkan dengan pupuk mikroba lain yang sejenis yaitu: merupakan mixed microbial fertilizer mengandung mikroba efektif mengikat N udara dan melarutkan fosfat serta dilengkapi dengan unsur hara mikro dan zat pemacu tumbuh yang diperlukan oleh mikroba dan tanaman (Suhaya et al. 1999). Dengan demikian aplikasi pupuk mikroba Rhizo-plus merupakan salah satu cara yang dapat mengurangi penggunaan pupuk kimia khususnya Urea dan TSP/Sp36 dalam upaya meningkatkan produktivitas tanaman sehingga dapat menekan biaya produksi.

Penelitian di daerah Pati, Magetan, Banyumas, Pasuruan, Cianjur dan Pandeglang menunjukkan bahwa penggunaan Rhizo-plus pada tanaman kedele selain dapat menekan penggunaan Urea sampai 100% dan mengurangi penggunaan TSP/SP36 sampai 50% ternyata juga dapat menekan kebutuhan kapur pertanian sebesar 50% (Herman dan Goenadi, 1999). Saraswati et al. (1998) melaporkan bahwa dengan menggunakan Rhizo-plus pada tanaman kedele dapat menghemat biaya produksi sebesar Rp. 50.000 per hektar dan meningkatkan produksi antara 2,45-57,48%, serta keuntungan yang diperoleh petani

(37)

naik rata-rata Rp. 292.000 per hektar. Selanjutnya Suhaya et al. (1999) melaporkan bahwa di desa Karya Mukti Kecamatan Rimbo Melintang Kabupaten Rokan Hilir sebagai salah satu sentra produksi kedelai di Propinsi Riau, penggunaan Rhizo-plus dapat meningkatkan efisiensi usahatani yaitu dapat menekan biaya produksi sebesar Rp 172.000 per hektar dan peningkatan hasil sampai 11,86% pada varitas Argomulyo dibandingkan dengan pupuk lengkap sesuai anjuran setempat.

Molibdenum

Berdasarkan jumlah kebutuhan, unsur hara tanaman diklasifikasikan ke dalam dua kelompok besar yaitu unsur hara makro yaitu hidrogen (H), karbon (C), Oksigen (O), Nitrogen (N), fosfor (P), kalium (K), sulfur (S), kalsium (Ca), magnesium (Mg) dan sulfur (S) yang diperlukan relatif dalam jumlah besar serta unsur hara mikroyaitu molibdenum (Mo), tembaga (Cu), seng (Zn), mangan (Mn), boron (B), besi (Fe) dan klor (Cl) ) yang diperlukan dalam jumlah relatif sedikit (Rosmarkam dan Yuwono, 2002; Gardner et al. 1991).

Gardner et al. (1991) mengemukakan bahwa molibdenum mungkin berasal dari pelapukan sejumlah mineral yang meliputi MoS2 (tereduksi), komplek oksida seperti CaMoO4, dan bentuk terhidrasi. Mo diserap dalam bentuk anion divalen (MoO42-).

Gupta dan Vyas (1994) melaporkan bahwa molibdenum merupakan komponen meta-protein nitrogenase dan membantu proses penambatan nitrogen. Selanjutnya, Salisbury dan Ross (1995), mengemukakan bahwa fungsi molibdenum dalam tumbuhan yang paling dikenal baik adalah menjadi bagian dari enzim nitrat reduktase yang mereduksi ion nitrat menjadi ion nitrit. Mo berperan sebagai katalitis dan hanya ada dalam satu atau beberapa senyawa (enzim) saja.

Mo berperan dalam enzim nitrit reduktase dan nitrat reduktase (Gardner et al.1991). Peran Mo adalah sebagai suatu carrier (alat pengangkut) elektron antara tahap teroksidasi dan tahap reduksi. Selanjutnya Vitousek et al. (2002) mengemukakan bahwa untuk berfungsi dengan baik nitrogenase memerlukan unsur hara Molibdenum. Bakteri penambat N mungkin juga memerlukan lebih banyak unsur hara P dan Fe dibandingkan dengan organisme lain. Molibdenum merupakan komponen yang sangat esensial bagi dua co-factor yang diperlukan untuk metabolisme N bakteria (Thiel et al. 2002). Mo-nitrogenase memerlukan suatu cofaktor berupa iron-molybdenum (Newton, 1992 dalam

(38)

Thiel et al. 2002). Selanjutnya Rosmarkam dan Yuwono (2002) mengemukakan bahwa fungsi Mo dalam tanaman adalah mengaktifkan enzim nitrogenase, nitrat reduktase, dan xantine oksidase.

Mendel dan Hansch (2002) mengemukakan bahwa elemen molibdenum esensial hampir pada semua organisme dan terdapat pada lebih dari 40 enzim katalisator berbagai reaksi redox. Empat jenis ditemukan pada tanaman yaitu (1) Nitrate reductase katalisator yang merupakan kunci awal pada assimilasi inorganik nitrogen; (2) aldehyde oxidase(s) yang berperan sebagai katalisator dalam proses akhir biosintesa phytohormone abscisic acid; (3) xanthine dehydrogenase yang terlibat dalam katabolisme purine dan reaksi stress dan (4) sulphite oxidase yang kemungkinan terlibat dalam detoksifikasi ekses sulphite (Mendel dan Hansch, 2002).

Mo merupakan elemen yang sangat jarang (Fortescue, 1992 dalam Mendel dan Hansch, 2002). Oksidasi Mo dalam tanah bervariasi dari II hingga IV, tetapi hanya bentuk soluble Mo (IV) yang tersedia bagi tanaman. Defisiensi unsur hara Mo telah dilaporkan terjadi pada beberapa spesies tanaman (Gupta, 1997 dalam Mendel dan Hansch, 2002). Kemungkinan gejala defisiensi Mo pada tanaman sangat bervariasi dan gejala yang sering timbul adalah klorosis atau daun berwarna kekuning-kuningan (Mendel dan Hansch, 2002). Gejala yang timbul karena kekurangan Mo hampir menyerupai kekurangan N. Kekurangan Mo dapat menghambat pertumbuhan tanaman, daun menjadi pucat dan mati, pembentukan bunga terlambat, dan pembentukan benang sari berkurang (Rosmarkam dan Yuwono, 2002). Gejala defisiensi Mo umumnya terdapat pada tanah asam. Pada tanah asam umumnya kadar Fe, Al, dan kadang-kadang Mn berlebihan (toksis). Oleh karena itu, gejala defisiensi Mo sering bergabung dengan adanya gejala keracunan Fe3+ dan Mn2+.

Molibdenum merupakan salah satu unsur hara mikro yang diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Penambahan unsur hara Mo dapat meningkatkan produksi sebesar 28% pada tanaman Arachis hypogaea dan kandungan N daun lebih tinggi (Quaggio et al. 2004). Molibdenum merupakan bagian dari enzim nitrogenase, yang esensial dalam proses penambatan nitrogen, sehingga defisiensi Molibdenum lebih sering ditemukan pada tanaman leguminosa (Bailey dan Laidlaw, 1999 dalam Quaggio et al. 2004).

(39)

Rosmarkam dan Yuwono (2002) melaporkan bahwa ketersediaan Mo dalam tanah dipengaruhi oleh adanya pengapuran, perubahan suasana reduksi oksidasi, mikroorganisme, dan harkat Mo tersedia. Hakim et al. (1986), mengemukakan bahwa keadaan tanah sangat mempengaruhi ketersediaan unsur hara molibdenum. Ketersediaannya sangat dipengaruhi oleh pH tanah. Pada pH rendah hampir tidak ada molibdenum yang tersedia. Selanjutnya Rosmarkam dan Yuwono (2002) mengemukakan bahwa Mo yang larut dalam air sangat sedikit (<0,1 ppm) dan kelarutannya dipengaruhi oleh pH tanah. Makin rendah pH tanah, makin rendah pula tingkat kelarutannya dan sebaliknya. Hal ini diduga karena makin rendah pH makin tinggi kelarutan Fe dan Al (seskuioksida) yang kemudian Fe ini mengikat Mo. Ikatan ini tergolong kuat sehingga tidak tersedia untuk tanaman. Ion MoO4- sebagai anion terikat sering menyelimuti lempung yang bermuatan negatif pada permukaan luarnya. Ketersediaan Mo meningkat dengan meningkatnya pH, sehingga pemberian kapur meningkatkan ketersediaan Mo (Gardner et al. 1991).

Tanah asam yang disebabkan antara lain oleh meningkatnya hujan asam dan pemupukan N secara terus menerus, menghambat produksi tanaman leguminosa (Graham dan Vance, 2000). Konsentrasi ion H per se, keracunan Al dan Mn, dan defisiensi P, Mo atau Ca berkontribusi terhadap penurunan produksi leguminosa (Graham, 1992). Nodulasi dan ketahanan hidup rhizobia dalam tanah terutama dipengaruhi oleh kondisi keasaman tanah (Graham dan Vance, 2003).

Sifat unsur hara ini sangat mobil di dalam tanah. Jumlah Mo dalam tanah sangat sedikit yaitu berkisar antara 0,2 hingga 10 ppm dan umumnya antara 0,5 hingga 3,5 ppm (Hakim et al. 1986). Jumlah ini relatif lebih banyak pada tanah liat daripada tanah pasir dan tanah organik. Mengel dan Kirby (1987) dalam Rosmarkam dan Yuwono (2002) mengemukakan kisaran kadar Mo dalam berbagai jenis tanah yaitu Marsh 0,17-1,4 ppm; Podsolik kelabu coklat 0,1-0,5 ppm, Gambut 0,1-0,5 ppm; dan Podsolik coklat 0,09-0,36 ppm. Menurut Rosmarkam dan Yuwono (2002) harkat Mo dalam tanah adalah sangat tinggi bila lebih besar dari 1,50 ppm; tinggi 1,10-1,50 ppm; sedang 0,51-1,00 ppm, rendah 0,11-0,50 ppm dan sangat rendah bila lebih rendah dari 0,10 ppm.

Tanah-tanah yang sering mengalami kekurangan Mo adalah dicirikan oleh (a) tanah pasir, (b) tanah yang mengalami podsolisasi, dan (c) tanah yang banyak mengandung

(40)

sulfat. Hubungan antara serapan Mo dengan ketersediaan sulfat adalah keterbalikan. Pada keadaan dimana menurunnya sulfat, maka ini berarti serapan Mo akan meningkat. Kadar Mo yang tinggi dalam tanaman akan mempengaruhi translokasi Fe dari akar ke bagian atas tanaman (Hakim et al. 1986).

Salisbury dan Ross (1995), mengemukakan bahwa molibdenum banyak terdapat di tanah sebagai garam molibdat (MoO4) dan juga sebagai MoS2. Pada bentuk pertama Mo berada dalam keadaan tereduksi Mo6+, tapi berbentuk Mo4+ pada garam sulfida. Rosmarkam dan Yuwono (2002) mengemukakan bahwa Mo diserap dalam bentuk ion MoO4-.

Rosmarkam dan Yuwono (2002) mengemukakan bahwa Mo dapat membentuk kompleks dengan bahan organik tanah. Ikatan ini dikenal dengan khelat yang bermanfaat melindungi Mo dari fiksasi oleh lempung. Senyawa organik yang mengikat Mo tersebut adalah gugus ortho hidroksil yang meliputi alkohol, phenol, asam hidroksi dan asam organik mono basis. Mo dalam tanah juga dapat bergabung dengan senyawa yang mengandung N, misalnya tirosin, tiramin, lisitin, dan protein.

Penambahan unsur hara Mo sebesar 0,45 kg ha-1 dalam bentuk sodium molybdate secara nyata meningkatkan jumlah bintil akar dan produksi pigeon pea (Khurana dan Dudeja, 1981 dalam Wani et al., 1995), sedangkan penambahan 1 kg cobalt chloride, 1 kg sodium molybdate dan 25 kg ZnSO4 ha-1 meningkatkan produksi chickpea berturut-turut sebesar 10, 7 dan 4% dibandingkan kontrol (Wani et al. 1995).

Enzim nitrogenase

Enzim adalah protein katalisator untuk reaksi-reaksi kimia pada sistem biologi. Sebagian besar reaksi sel-sel hidup akan berlangsung sangat lambat bila reaksi tersebut tidak dikatalisis oleh enzim. Enzim adalah katalisator yang reaksi-spesifik karena semua reaksi biokimia perlu dikatalisis oleh enzim.

Salisbury dan Ross (1995) mengemukakan bahwa nitrogenase terdiri dari dua protein yang berlainan, sering disebut protein Fe dan protein Fe-Mo. Protein Fe-Mo mempunyai 2 atom molibdenum dan 28 atom besi; protein Fe mengandung 4 atom besi dari kelompok Fe4S4. Baik molibdenum maupun besi menjadi tereduksi dan kemudian dioksidasi saat nitrogenase menerima elektron dari feredoksin dan mengangkutnya ke N2 untuk membentuk NH4+. ATP penting untuk penambatan karena menempel pada protein

(41)

Fe dan menjadikan protein tersebut bahan pereduksi yang lebih kuat. Protein Fe mengangkut elektron ke protein Fe-Mo, disertai dengan hidrolisis ATP menjadi ADP. Protein Fe-Mo kemudian meneruskan pengangkutan elektron menuju N2 dan menuju proton untuk membuat dua NH4 dan satu H2 (Gambar 3).

Gambar 3 : Ikhtisar pengangkutan elektron dari flavodoksin tereduksi ke N2 dan H+ di tiga tahap utama (Salisbury dan Ross, 1995)

Shilov (1992) mengemukakan bahwa nitrogenase yang diisolasi dari berbagai bakteri penambat nitrogen terdiri dari dua protein yaitu Fe protein (ca. 60 kD) dan MoFe protein (ca. 230 kD). Fe protein terdiri dari satu Fe4S4 cluster, sedangkan MoFe protein terdiri dari dua FeMo cofactors dan empat Fe4S4 cluster (P-cluster).

Enzim nitrogenase sangat sensitif terhadap oksigen (Salisbury dan Ross, 1995), karena protein Fe dan protein Fe-Mo dari nitrogenase didenaturasi secara oksidatif oleh oksigen. Leghemoglobin mengendalikan sebagian ketersediaan oksigen di dalam bakteroid, tetapi sifat anatomi yang rumit dari bakteroid itu sendiri (seperti korteks dan endodermis yang mengelilingi berkas pembuluh dan sel yang mengandung bakteroid) nampak jauh lebih penting untuk mempertahankan tingkat oksigen yang rendah di sekitar nitrogenase dengan bertindak sebagai pembatas difusi ke udara di dalam tanah.

Moat dan Foster (1988) mengemukakan bahwa nitrogenase terdiri dari dua protein yang sensitif terhadap oxygen, yaitu molibdenum iron protein (dinitrogenase) dan iron – sulfur protein (dinitrogen reductase). Kedua protein ini bersama dengan ATP, Mg2+ dan electron, adalah esensial dalam aktivitas penambatan nitogen (Gambar 4). Secara umum

(42)

proses penambatan nitrogen memerlukan energi sekitar 12 – 16 molekul ATP dan 6-8 electron.

Gambar 4. Nitrogenase komplek dan aktivitas yang berhubungan dengan penambatan nitrogen (Moat dan Foster, 1988)

Jumlah leghemoglobin dan luasnya jaringan bakteroid pada bintil akar berhubungan dengan jumlah N2 yang tertambat oleh tanaman leguminosa (Moat dan Foster, 1988).

Reaksi katalisis oleh enzim nitrogenase membutuhkan energi dalam bentuk ATP dan reduktan. Kebutuhan ATP dan reduktan dipenuhi dari hasil fotosintesis yang ditranslokasikan dari daun ke bintil akar. Pasangan enzim nitrogenase menghidrolisis ATP menjadi ADP dengan memindahkan elektron dari reduktan untuk mereduksi N2 menjadi NH3 (Yousafzai et al. 1996). Persamaan keseluruhan dari proses penambatan N2 dapat ditulis sebagai berikut (Salisbury dan Ross 1995; Moat dan Foster, 1988):

N2+ 8e + 16 MgATP + 16 H2O 2 NH3 + H2+16 MgADP+ 16 Pi + 8 H+

O2 Leghemoglobin

Karbohidrat

(dari glikolisis atau Sistem

Oksidasi 16 Mg ATP 16 Mg ADP + Pi 8 NAD+ 8 NADH + H+ 8 Fd Fd 8e -N2 2NH3 2H+ +2e H2 2H+ +2e Fe Protein Hidro g enase Fe Mo Protein

(43)

Proses tersebut memerlukan sumber elektron dan proton yang bersumber dari karbohidrat, dan molekul ATP. Juga diperlukan kompleks enzim yang disebut nitrogenase, yang mengkatalisis reduksi beberapa substrat lain seperti asetilen (Salisbury dan Ross, 1995). Reduksi asetilen menjadi etilen sering diukur sebagai perkiraan laju penambatan nitrogen.

Nitrogenase yang dihasilkan oleh Rhizobium dalam bintil akar akan mengkatalisis N2 menjadi NH3 dan C2H2 menjadi C2H4. Aktivitas nitrogenase biasanya diekspresikan dalam µmol C2H4 (Sprent dan Sprent, 1990). Efisiensi penambatan nitrogen dapat diukur dengan Acetylene (C2H2) Reduction Assay (ARA) dan nilai ARA dihitung dari banyaknya etilen (ethelene, C2H4) yang dihasilkan dari C2H2 (Hardy et al. 1968). ARA terutama digunakan untuk mengetahui pengaruh perlakuan terhadap penambatan nitrogen dan bukan untuk memperkirakan jumlah nitrogen yang ditambat (Herridge dan Danso, 1995).

Kardinahl et al. (1999) mengemukakan bahwa molibdenum yang terdapat dalam enzim berperan sangat penting dalam sistem biologi dan berfungsi penting dalam berbagai proses metabolisme. Secara umum enzim molibdenum ditemukan dalam dua bentuk yaitu yang terintegrasi dengan multinuclear iron-centres seperti yang terdapat pada enzim nitrogenase dan yang berkoordinasi dengan pterin moiety dalam bentuk molybdopterin cofactors.

Nitrate reductase (EC 1.6.6.1) adalah suatu cytoplasmic enzyme dan mempunyai massa molekul sebesar 200 kDa pada dimer (Mendel dan Hansch, 2002). Monomer dari nitrate reductase tanaman terdiri dari tiga fungsional domain yaitu N-terminal domain berhubungan dengan Moco, central haem domain dan C-terminal FAD-domain, masing-masing redox-active prosthetic group dihubungkan ke monomer dengan rasio 1:1:1 (Campbell, 1999 dalam Mendel dan Hansch, 2002). Nitrate reductase katalisator merupakan langkah pertama dalam asimilasi nitrate dan merupakan kunci utama untuk nutrisi tanaman (Mendel dan Hansch, 2002). Regulasi dari asimilasi nitrate merupakan bagian dari suatu kerjasama yang sangat komplek untuk merespon berbagai signal dari lingkungan ataupun internal tanaman seperti nitrate, cahaya, CO2, phytohormone, dan metabolisme karbon dan nitrogen dengan tujuan untuk menghubungkan asimilasi nitrate dengan kunci proses metabolisme lainnya. Pada tanaman kedele aktifitas nitrate reductase