BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Perkembangan dan kemajuan teknologi terkait bidang industri banyak memberikan keuntungan bagi manusia, tetapi juga memberikan dampak negatif pada manusia. Dampak negatif dapat berupa limbah yang dihasilkan baik dalam bentuk padat, cair dan gas (Eliya, 2009). Limbah industri sangat berbahaya, terutama yang melibatkan logam berat dalam proses produksinya (Palar, 1994). Pencemaran logam berat menjadi lebih serius dengan meningkatnya industrialisasi (Khan et al., 2007).
Logam berat merupakan elemen yang berbahaya di permukaan bumi jika keberadaannya dalam jumlah berlebih. Secara umum, hampir semua logam berat berpotensi sebagai pencemar lingkungan dan bersifat toksikan jika melebihi nilai ambang batas di lingkungan (Alloway, 1995). Logam berat masuk ke lingkungan bersumber dari alam dan secara antropogenik. Sumber alami untuk logam yang paling signifikan adalah melalui pelapukan mineral, erosi dan aktivitas gunung berapi, sementara secara antropogenik adalah pertambangan, peleburan logam, penggunaan pestisida dan pupuk di bidang pertanian (Modaihsh et al., 2004), industri kecil (termasuk produksi baterai, produk logam, dan industri pelapisan kabel), dan pembakaran batubara (Zhen-Guo et al., 2002). Kegiatan pertambangan merupakan sumber terbesar keberadaan logam di lingkungan (Darmono, 1995). Sumber tambahan logam berat termasuk air irigasi yang terkontaminasi oleh
limbah termasuk limbah industri yang mengarah ke terkontaminasinya tanah dan sayuran (Jadia and Fulekar, 2009).
Sifat logam berat antara lain sulit didegradasi, mudah terakumulasi dalam lingkungan dan keberadaannya secara alami sulit terurai. Hal ini dapat membahayakan bagi organisme (Palar, 1994).
Logam berat dapat terakumulasi dalam media tumbuh dan dengan cepat diserap oleh tanaman (Palar, 1994). Banyak logam berat dapat menyebabkan efek yang tidak diinginkan bahkan pada konsentrasi yg sangat rendah (Arora et al., 2008). Schmidt (2003) melaporkan bahwa logam berat dengan konsentrasi tinggi dalam tanah mempengaruhi pertumbuhan tanaman. Pada konsentrasi tinggi, logam berat mengganggu proses metabolisme dan menghambat pertumbuhan, merusak struktur sel karena stres oksidatif yang disebabkan oleh spesies oksigen reaktif (Jadia and Fulekar, 2009). Stres oksidatif mengacu pada meningkatnya spesies oksigen reaktif (ROS), yang dapat membanjiri pertahanan antioksidan sel dan dapat menyebabkan kerusakan atau kematian sel tanaman (Krystofova et al., 2009).
Salah satu logam berat yang telah diteliti efeknya terhadap tanaman adalah tembaga (Cu). Tembaga (Cu) merupakan hara mikro esensial yang diperlukan oleh tumbuhan (Salisbury dan Ross, 1992). Di alam, tembaga terdapat dalam bentuk bebas maupun dalam bentuk persenyawaan ion-ion, dan terdapat dalam bentuk bijih tembaga seperti kalkopirit (CuFeS2), eupirite (Cu2O), dan chalcosite
(Cu2S). Tembaga dapat bersenyawa dengan unsur-unsur lain seperti CuSO4, CuO,
Ambang batas toksisitas Cu pada tanaman telah terbukti sangat bervariasi. Konsentrasi Cu dalam tumbuhan antara 2-20 ppm/berat kering (Tisdale et al., 1994). Kadar Cu di atas 20 μg/berat kering dapat menyebabkan toksisitas (Hopkins, 1995). Toksisitas logam Cu secara umum menyebabkan efek negatif pada tumbuhan dan dapat mempengaruhi beberapa aspek tumbuhan misalnya aspek fisiologis, anatomis, dan biokimia (Muliadi dkk., 2013). Logam Cu dapat menyebabkan terganggunya penyerapan mineral esensial dan pembelahan sel, rusaknya dinding sel, terhambatnya pertumbuhan akar dan tunas serta polimerasi lignin (Quiroga et al., 2000; Jiang et al., 2001; Fry et al., 2002; Alaoui-Sosse et al., 2004; Mahmood et al., 2007).
Pencemaran logam berat dari tahun ke tahun mengalami peningkatan (Govindasamy et al., 2011). Di beberapa negara seperti Belgia, Belanda, dan Cina, kontaminasi oleh logam berat menyebabkan kurangnya vegetasi akibat adanya polusi dan erosi tanah (Xia, 2004). Oleh karena itu, diperlukan metode remediasi yang ramah lingkungan untuk masalah pencemaran logam berat yang dikenal dengan fitoremediasi. Fitoremediasi adalah konsep pembersihan yang melibatkan penggunaan tanaman untuk membersihkan atau menstabilkan lingkungan yang terkontaminasi dari zat kontaminan. Kontaminan ini termasuk logam berat, radionuklida, minyak bumi, insektisida, dan bahan peledak. Fitoremediasi telah diterapkan untuk sejumlah kontaminan di lapangan dalam skala kecil dan studi di laboratorium (Jadia and Fulekar, 2009). Beberapa tumbuhan mampu mengakumulasi Cu 1000 ppm/berat kering. Besarnya rentang toleransi tergantung pada jenis tumbuhan dan juga disebabkan karena absorbsi
akar, panjang akar, jumlah bulu akar, bentuk Cu yang tersedia dalam media, pH, efisiensi transport Cu dari akar ke batang dan jaringan yang mengalami defisiensi (Tisdale et al., 1994).
Sampai saat ini, lebih dari 400 spesies hiperakumulator logam berat telah ditemukan di seluruh dunia (Shan et al., 2011) dan sekitar 45 famili tanaman yang memiliki toleransi terhadap logam berat diantaranya adalah famili Brassicaceae, Fabaceae, Euphorbiaceae, Asteraceae, Lamiaceae dan Scrophulariaceae (Moosavi and Seghatoleslami, 2013). Willow (Salix viminalis L.), jagung (Zea mays L.), sawi (Brassica juncea L.), dan bunga matahari (Helianthus annuus L.) telah dilaporkan menunjukkan serapan tinggi dan toleransi terhadap logam berat (Schmidt, 2003). Enceng gondok merupakan salah satu jenis tanaman air, memiliki kemampuan untuk menyerap dan mengakumulasi logam berat (Ingole, 2003), Thlaspi caerulescens merupakan hiperakumulator untuk logam Zn, Cd dan Ni (Assuncao et al., 2003). Famili Euphorbiaceae adalah akumulator yang efektif dalam mengakumulasi logam Pb, Zn, Cu, Ni, dan Cd (Chechregani dan Malayeri, 2007).
Salah satu tanaman yang dapat digunakan untuk mengurangi pencemaran adalah bunga matahari. Bunga matahari (H. annuus L.) merupakan tumbuhan semusim dari suku kenikir-nikiran (Asteraceae) yang populer, baik sebagai tanaman hias maupun tanaman penghasil minyak. Tumbuhan ini biasa digunakan untuk mengobati berbagai macam penyakit antara lain sebagai penurun tekanan darah, mengurangi rasa nyeri, merangsang pengeluaran campak, antidisentri, pereda batuk, anti malaria, dan anti radang (Hariani, 2007). Tanaman Bunga
matahari dapat dibudidayakan secara luas di berbagai kondisi lingkungan. Tanaman ini dapat tumbuh dua kali dalam satu tahun selama musim semi dan musim dingin (Kaleem et al., 2009). Selain itu, Bunga matahari (H. annuus L.) adalah tanaman yang banyak dibudidayakan di seluruh dunia, mengakumulasi beberapa logam, seperti Cd, Cu, dan Zn (Saidi et al., 2014).
Penelitian tentang respon anatomi dan pertumbuhan tanaman bunga matahari (H. annuus L.) terhadap logam Cu belum dilakukan. Beberapa penelitian menunjukan bahwa kelebihan Cu mengurangi pertumbuhan tanaman (Maksymiec et al., 1995) dan mengakibatkan kerusakan membran (Kennedy dan Gonsalves, 1987). Dengan demikian, penelitian tentang respon anatomis dan pertumbuhan tanaman bunga matahari (H. annuus L.) terhadap logam Cu perlu dilakukan.
B. Rumusan masalah
Berdasarkan latar belakang diatas, dibuat rumusan masalah sebagai berikut: 1. Bagaimana respon anatomis tanaman bunga matahari (H. annuus L.)
terhadap aplikasi tembaga (Cu)?
2. Bagaimana respon pertumbuhan tanaman bunga matahari (H. annuus L.) terhadap aplikasi tembaga (Cu)?
3. Sejauh mana akumulasi logam Cu pada akar tanaman bunga matahari (H. annuus L.)?
C. Tujuan penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk:
1. Mengetahui respon anatomis tanaman bunga matahari (H. annuus L.) terhadap aplikasi tembaga (Cu).
2. Mengetahui respon pertumbuhan tanaman bunga matahari (H. annuus L.) terhadap aplikasi tembaga (Cu).
3. Mengetahui akumulasi logam Cu pada akar tanaman bunga matahari (H. annuus L.).
D. Manfaat penelitian
Manfaat penelitian ini adalah
1. Memberikan informasi mengenai respon anatomis tanaman bunga matahari (H. annuus L.) terhadap aplikasi tembaga (Cu).
2. Memberikan informasi mengenai respon pertumbuhan tanaman bunga matahari (H. annuus L.) terhadap aplikasi tembaga (Cu).
3. Memberikan informasi mengenai akumulasi logam Cu pada akar tanaman bunga matahari (H. annuus L.).
4. Menambah pemahaman bahwa tanaman bunga matahari (H. annuus L.) dapat digunakan sebagai tanaman fitoremediator dalam pengendalian pencemaran logam Cu.
E. Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini mengkaji respon anatomis dan pertumbuhan tanaman bunga matahari (H. annuus L.) terhadap aplikasi logam Cu. Akumulasi kadar Cu pada akar tanaman juga diteliti. Sampel penelitian berupa biji bunga matahari yang berukuran besar yang digunakan sebagai makanan kecil (kuaci). Logam Cu yang digunakan berupa garam CuSO4.5H2O yang diaplikasikan dalam 4 perlakuan
dengan 5 ulangan. Parameter penelitian terdiri dari parameter pertumbuhan meliputi pengukuran tinggi tanaman, jumlah daun, berat basah pucuk dan akar, berat kering pucuk dan akar, serta panjang akar; parameter anatomi akar terdiri dari tebal sel epidermis, tebal jaringan korteks, dan tebal berkas pengangkut; batang terdiri dari tebal sel epidermis, tebal korteks, dan tebal berkas pengangkut; dan parameter anatomi daun meliputi tebal sel epidermis atas dan bawah, tebal jaringan palisade, tebal jaringan spons, tebal berkas pengangkut, dan indeks stomata serta akumulasi kadar Cu pada akar tanaman. Pengamatan anatomis pada akar, batang dan daun tanaman bunga matahari melalui pembuatan preparat melintang secara permanen dengan metode penyelubungan parafin. Pengukuran kadar logam Cu pada akar tanaman bunga matahari dengan menggunakan Spektrofotometer Serapan Atom.
F. Keaslian Penelitian
Daftar penelitian tanaman bunga matahari (H. annuus L.) dan logam Cu yang pernah diteliti disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1. Daftar penelitian bunga matahari dan logam berat yang pernah diteliti.
Judul Hasil Author
Metal accumulation and response of antioxidant enzymes in seedlings and adult sunflower mutants
Tanaman bunga matahari, terutama galur mutan, memiliki mekanisme pertahanan yang efisien terhadap stres oksidatif yang disebabkan oleh toksisitas logam.
Nehnevajova et al, 2012.
Overexpression of Elsholtzia haichowensis metallothionein 1 (EhMT1) in tobacco plants enhances copper tolerance and accumulation in root cytoplasm and decreases hydrogen peroxide production.
Overexspresi EhMT1 meningkat pada tanamamn tembakau dalam toleransi Cu berdasarkan biomassa dibandingkan dengan tanaman liar, memiliki sistem antioksidan lebih efisien, dan aktivitas peroksidase ditingkatkan dalam mengatasi stres oksidatif.
Xia et al, 2012.
Effects of calcium on rhizotoxicity and the accumulation and translocation of copper by grapevines.
Peningkatan Ca akan meningkatkan akumulasi Cu oleh akar. Cu tidak ditranslokasikan ke daun.
Chen et al, 2013.
Heavy metal accumulation in leaves of aquatic plant Stuckenia filiformis and its relationship with sediment and water in the Suquía river (Argentina).
Tanaman air S. Filiformis menunjukkan kapasitas yang tinggi untuk mengakumulasi logam berat dalam jaringan dan sebagai bioindikator logam berat yang cocok untuk tahap awal pencemaran di sungai.
Harguinteguy et al, 2014
Heavy metals effects on proteolytic system in sunflower leaves.
Terjadi penurunan fungsi
proteosome dan penurunan aktivitas protease pada logam berat yang diuji.
Pena et al, 2008.
Effects of cadmium and copper on pollen germination and fruit set in pea (Pisum sativum L.).
Berdasarkan akumulasi Cd dan Cu, terdapat peningkatan konsentrasi logam Cd dan Cu dalam bunga pada perkecambahan serbuk sari secara in vitro.
Sabrine et al, 2010.
Accumulation of copper and other heavy metals by plants growing on Sarcheshmeh copper mining area, Iran.
P. fugax dan E. hirsutum dianggap sebagai hyperaccumulators untuk tembaga.
Ghaderian et al, 2012.
Subcellular localization of copper in the root cells of Allium sativum by electron energy loss spectroscopy (EELS)
Kelebihan Cu menyebabkan perubahan ultrastruktur seperti vakuolisasi, pengentalan kromatin, penurunan retikulum endoplasma (ER), ribosom dan plasmolisis.
Liu, and Kottke, 2004
Role of selenium in preventing manganese toxicity in sunflower (Helianthus annuus) seedling
Pemberian Se dapat mengurangi keracunan Mn akibat stres oksidatif dan dapat meningkatkan sistem pertahanan antioksidan pada tanaman bunga matahari.
