PAPER
MIKROBIOLOGI PERTANIAN (PNA1314)
PERANAZOTOBACTERDALAM FIKSASI NITROGEN (NON SIMBIOTIK) UNTUK MENINGKATKAN PERTUMBUHAN TANAMAN
Oleh:
Lutfi Nurcahyani A1D021104
KEMENTERIAN PENDIDIKAN, KEBUDAYAAN, RISET, DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN
FAKULTAS PERTANIAN PURWOKERTO
2022
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Tanah merupakan tempat akar tumbuhan terpancang dan mengambil zat-zat untuk keperluan hidupnya. Tanah terdiri atas partikel - partikel halus seperti pasir, lumpur, dan tanah liat yang berasal dari gumpalan - gumpalan batu yang melapuk akibat hujan, angin, sinar matahari, dan aktivitas jasad renik atau mikroorganisme.
Di dalam tanah terkandung komponen - komponen seperti mineral, bahan organik, air, udara yang dibutuhkan untuk membantu tumbuh kembang dari tanaman. Di dalam tanah juga terdapat organisme - organisme yang berperan di dalam proses pembusukan sehingga menghasilkan unsur - unsur yang diperlukan tumbuhan.
Tanaman sama seperti halnya makhluk hidup lainnya memerlukan nutrisi yang memadai dan seimbang untuk dapat tumbuh dan berkembang dengan baik.
Secara garis besar, tanaman atau tumbuhan memerlukan 2 (dua) jenis unsur hara untuk menunjang pertumbuhan dan perkembangan yang optimal. Dua jenis unsur hara tersebut yaitu unsur hara makro dan unsur hara mikro. Nitrogen merupakan salah satu unsur hara makro yang berperan dalam pembentukan sel tanaman, jaringan, dan organ tanaman. Nitrogen memiliki fungsi utama sebagai bahan sintetis klorofil, protein, dan asam amino. Oleh karena itu unsur Nitrogen dibutuhkan dalam jumlah yang cukup besar, terutama pada saat pertumbuhan memasuki fase vegetatif.
Tanaman dan kebanyakan mikroba tidak mempunyai cara untuk mengikat nitrogen menjadi senyawa dalam selnya. Tanaman dan mikroba umumnya mendapatkan nitrogen dari senyawa seperti amonium dan nitrat dalam tanah.
Untuk memanfaatkan nitrogen dalam bentuk gas, pakar bioteknologi memusatkan perhatiannya pada hubungan antara tanaman dengan jenis mikroba tertentu yang dapat menambat nitrogen dari udara dan menyusun atom nitrogen ke dalam molekul amonium, nitrat, atau senyawa lain yang dapat digunakan oleh tumbuhan.
Salah satu mikroba tanah yang mampu melakukan fiksasi nitrogen adalah
azotobacter. Azotobacter mengubah N2 menjadi amonium (NH4+ ) yang dapat diserap tanaman.
B. Rumusan Masalah
1. Bagaimana struktur, morfologi, taksonomi, dan nutrisi dari bakteri azotobacter?
2. Dimana bakteriazotobacterdapat ditemukan?
3. Bagaimana metabolisme dan genetika dari bakteriazotobacter?
4. Apa saja peran bakteriazotobacterdalam bidang pertanian?
C. Tujuan
1. Untuk mengetahui struktur, morfologi, taksonomi, dan nutrisi dari bakteri azotobacter.
2. Untuk mengetahui bakteriazotobacterdapat ditemukan dimana saja.
3. Untuk mengetahui metabolisme dan genetika dari bakteriazotobacter.
4. Untuk mengetahui peran bakteriazotobacterdalam bidang pertanian.
II. TINJAUAN PUSTAKA
Mikroba merupakan makhluk hidup yang memilikii ukuran kecil dan memiliki jumlah yang sangat melimpah di alamnya. Mikroba merupakan salah satu jenis makhluk hidup yang memupunyai keanekaragaman spesies yang tinggi.
Mikroba hidup bebas di lingkungannya dan tersebar di udara, tanah, air, makanan, bahkan tubuh makhluk hidup seperti tumbuhan dan manusia (Walid et al.,2019).
Melalui interaksi dengan lingkungannya mikroba dapat hidup sebagai salah satu komponen penyusun ekosistem. Untuk menunjang pertumbuhannya, mikroba memerlukan nutrisi yang cukup sehingga dapat menjalankan proses metabolismenya dengan baik (Purwanto, 2012).
Unsur hara atau nutrisi tanaman merupakan faktor penting bagi pertumbuhan tanaman yang dapat disebut sebagai zat makanan bagi tanaman.
Unsur hara makro N, P dan S merupakan bagian integral dari protein tanaman, jumlah energi yang dibutuhkan bagi penyerapan aktif unsur hara tanaman diperoleh dari respirasi karbohidrat yang terbentuk sebagai hasil dari fotosintesis tanaman (Sugiti, 2012 dalam Tando, 2018).
Nitrogen adalah unsur hara yang memiliki peranan penting bagi tanaman, namun unsur nitrogen juga cepat hilang dalam tanah baik melalu penguapan, nitrifikasi, denitrifikasi ataupun larut terbawa bersama air dan erosi (Ashari, 2006 dalam Sari & Prayudyaningsih, 2015). Menurut Meitasari et al., (2017) pemanfaatan nitrogen bebas yang ada di udara melalui fiksasi adalah hal yang penting untuk meningkatkan ketersediaan nitrogen bagi tanaman.
Fiksasi atau penambatan nitrogen adalah salah satu tahapan secara biokimiawi di dalam tanah yang berperan penting, yaitu mengubah nitrogen atmosfer yang berupa N2, atau nitrogen bebas menjadi nitrogen dalam persenyawaan atau nitrogen tertambat. Terdapat genus - genus bakteri yang dapat mengikat N2 di udara yaituAzotobacter, Clostridium, danRhodospirilum. Fiksasi N ini penting untuk mengatasi defisiensi hara N pada tanaman (Nasikah, 2007 dalam Sari & Prayudyaningsih, 2015). Menurut Meitasari et al., (2017)
pemanfaatan nitrogen bebas yang ada di udara melalui fiksasi adalah hal yang penting untuk meningkatkan ketersediaan nitrogen bagi tanaman. Sebagian N yang difiksasi tetap berada dalam akar dan bintil akarnya akan lepas ke dalam tanah, nitrogen akan dimanfaatkan oleh makluk lain dan berakhir dalam bentuk amonium dan nitrat (Armiadi, 2009 dalam Purwaningsih, 2015).
Penggunaan bakteri pemfiksasi nitrogen (N) non simbiosis sebagai pupuk hayati menjangkau lebih banyak tanaman pangan daripada bakteri pemfiksasi N simbiosis. Genus bakteri penamabat N2 non simbiosis aerob,Azotobacter, saat ini merupakan salah satu pupuk hayati yang dikembangkan dengan cukup intensif karena relatif mudah diisolasi dari rhizosfer. Secara alami, mikroba di alam ditemukan dalam populasi campuran. Untuk memperoleh biakan murni dapat dilakukan isolasi yang diawali dengan pengenceran bertingkat. Proses isolasi mikroba adalah memisahkan mikroba satu dengan mikroba lain yang berasal dari campuran berbagai mikroba untuk dapat mempelajari sifat biakan, morfologi dan sifat mikroba lainnya.
Bakteri penambat N2 non simbiotik memiliki kemampuan ganda yaitu sebagai agen penambatan N2 bebas di udara sekaligus sebagai pemantap agregat tanah. Menurut Miharja dalam Hermiati et al. (2021), bakteri penambat N2 non-simbiotik mampu menyuburkan tanah dan menyediakan unsur hara makro.
Bakteri penambat N2 non-simbiotik merupakan salah satu agen hayati yang telah banyak dimanfaatkan dan diinformasikan sebagai pupuk hayati Setiadi dalam Hermiati et al. (2021) juga menambahkan bahwa salah satu bakteri yang berpotensi sebagai pupuk hayati yang dapat digunakan dalam proses revegetasi termasuk lahan krisis salah satunya yaitu bakteri penambat N2 non simbiotik.
Azotobacter merupakan bakteri penambat N2 yang mampu menghasilkan substansi zat pemacu tumbuh giberelin, sitokinin, dan asam indol asetat, sehingga pemanfaatannya dapat memacu pertumbuhan akar. Populasi Azotobacter dalam tanah dipengaruhi oleh pemupukan dan jenis tanaman.
III. PEMBAHASAN
Azotobacter merupakan kelompok bakteri yang umum ditemukan saat diisolasi dari tanah dan diketahui mampu melakukan fiksasi nitrogen.Azotobacter merupakan kelompok genus bakteri kemoorganotrofik yang menginhabitasi tanah, umumnya pada tanah yang pH nya netral dan basa. Genus ini bersifat free-living.
Sel bakteri genus Azotobacter berukuran besar dan berbentuk bola atau cocci.
Banyak isolat Azotobacter yang ukurannya menyerupai ukuran ragi, yakni berdiameter 2-4µm atau lebih.
Beberapa spesies motil menggunakan flagella peritrik. Saat tumbuh dengan N2 sebagai sumber nitrogen, kapsul ekstensif atau lapisan seperti lendir akan diproduksi oleh spesies bakteri pemfiksasi nitrogen untuk melindungi enzim nitrogenase pada sitoplasma. Hal ini karena Azotobacter merupakan aerob obligat walaupun nitrogenase sensitif terhadap O2 (Madigan et al., 2012 dalam Ambarsari et al., 2016). Lamakelamaan sel dapat kehilangan mobilitasnya dan berubah morfologinya menjadi bulat dan memproduksi lapisan mukus yang membentuk kapsul. Bentuk sel ini dipengaruhi asam amino glisin yang terdapat pada pepton terkandung dalam media nutrisi (Page & Cornish, 1993 dalam Ambarsariet al., 2016).
Menurut George (2005) dalam Ambarsari et al. (2016) Azotobacter merupakan bakteri aerob yang menerima energi dari reaksi redoks dengan menggunakan senyawa organik sebagai donor elektron. Nilai pH optimum untuk pertumbuhan dan fiksasi nitrogen Azotobacter sp. berkisar antara 7 - 7,5, namun pertumbuhannya dapat tetap berlangsung pada pH 4,8 - 8,5. Maier & Wong dalam Ambarsari et al. (2016) menambahkan bahwa azotobacter juga dapat tumbuh secaramixotroph, yakni dalam mediumnitrogen-freeyang mengandung mannosa.
Azotobacter dapat hidup pada karbohidrat yang variatif, alkohol, dan asam organik, serta metabolismenya oksidatif.
Semua spesiesAzotobactermemfiksasi nitrogen tapi beberapa dapat tumbuh pada sumber nitrogen campuran yang sederhana. Azotobacter dapat membentuk
struktur kista yang mirip dengan endospora bakteri, yakni menunjukkan respirasi endogenous yang signifikan dan resisten terhadap desikasi, disintegrasi mekanik, serta radiasi ion maupun UV. Berbeda dengan endospora, kistaAzotobactertidak terlalu resisten terhadap panas dan tidak sepenuhnya dorman karena mengoksidasi sumber C secara cepat (Madiganet al., 2012 dalam Ambarsariet al., 2016).
Menurut Lenz et al (1991) dalam Karina (2016), taksonomi azotobacter sp yaitu sebagai berikut :
Kingdom :Bacteri
Filum :Proteobacteria
Kelas :Gammaproteobacteria Ordo :Pseudomonadales Famili :Pseudomonaceae Genus :Azotobacter Spesies :Azotobacter sp.
Zat aditif yang dapat digunakan untuk pertumbuhan Azotobacter dalam bentuk cair yaitu poly vinyl pyrrolidone (PVP) dengan konsentrasi 4%
(Mounikaet al., 2018 dalam Fauziah et al.,2022). Dalam penelitian Hindersahet al (2021) dalam Fauziah et al. (2022) menunjukkan bahwa penggunaan molase, sistenia serta serina dapat digunakan sebagai sumber karbon organik untuk sumber energi Azotobacter (Devianto et al., 2020 dalam Fauziah et al., 2022).
Azotobacter dapat ditemukan dalam tanah, air dan sedimen (Jimenezet al.dalam Khatimah, 2014).
Azotobacter dapat hidup pada karbohidrat yang variatif, alkohol, dan asam organik, serta metabolismenya oksidatif. Metabolisme oksidatif merupakan bagian pertama dari metabolisme katabolik di mana sel memecah molekul menjadi energi atau adenosin trifosfat (ATP). Azotobacter mengikat nitrogen bebas menjadi ammonia berikutnya menjadi protein. Laju respirasi Azotobacter yang cukup tinggi membolehkan oksigen secara normal dan nitrogenase sensitif dalam mengalami pembongkaran O2 terbatas (Munandar, 2022). Azotobacter memiliki spesifik gen yang digunakan untuk mensintesis tiga nitrogenase.
Azotobacter berisi DNA lebih banyak dibandingkan dengan jenis bakteri lain. DNAazotobacter spp.memperlihatkan persamaan, berhubungan dengan tipe gen dan faktor pengenalan pada DNA dari Escherichia coli. Informasi genetik dapat ditransfer dariAzotobacteratau ke bakteria lain melalui cara konjugasi atau transformasi (Munandar, 2022). Bakteri Azotobacter sp. diketahui dapat memfiksasi N secara non simbiotik dan menghasilkan hormon tumbuh seperti IAA (Indol Asam Asetat) dan polisakarida ekstraseluler. Azotobacter sp.dikenal sebagai penghasil polisakarida ekstraseluler seperti alginat dan polimer (Widiastuti et al., 2010 dalam Karina, 2016). Alginat dari Azotobacter sp.
berfungsi melindungi nitrogenase sehingga meningkatkan fiksasi N (Sabra et el., 2000 dalam Karina, 2016). Menurut Emtiazi et al.(2004) dalam Karina (2016) di dalam sel bakteri, polisakarida ekstraseluler berfungsi mengabsorbsi logam.
Azotobacter masuk kedalam komunitas genus bakteri yang berperan dalam pemfiksasi N non simbiosis aerob yang telah dikenal. Selain azotobacter, yang juga masuk kedalam komunitas tersebut adalah Azospirillum, Derxia, Mycobacterium, Beijerinckia, dan Azomonas. Selain itu Azotobacter juga termasuk dalam komunitas kelompok bakteri aerobik dan kelompok genus bakteri kemoorganotrofik yang menginhabitasi tanah.
Menurut penelitian Purwani dan Nurjaya (2020) bahwa penggunaan pupuk NPK 25% dari dosis anjuran dan Azotobacter mampu meningkatkan tinggi tanaman dan jumlah daun tanaman jagung sebesar 27,86% dan 8,16% jika dibandingkan dengan perlakuan pupuk NPK 100% dari dosis anjuran. Pada tanaman padi, berdasarkan penelitian Puspawati (2021) hasil pengukuran tinggi padi menunjukkan bahwa perlakuan pupuk urea 75% + isolat bakteriAzotobacter PD51 menunjukkan hasil tertinggi yaitu 57,70 cm namun tidak berbeda nyata dengan perlakuan-perlakuan lainnya termasuk perlakuan standar (100% pupuk urea) dengan hasil 54,35 cm.
Penggunaan inokulasi Azotobacter chroococum 4x104 CFU dengan 20 mL per pohon memberikan pengaruh positif secara linear terhadap pertumbuhan bibit, pembungaan dan pruduksi biji kering tanaman kakao (Nasaruddrin, 2013 dalam Penggele, 2021). Perlakuan inokulum Azotobacter sp. Juga berpengaruh
signifikan terhadap pertumbuhan tanaman Sorghum bicolor (Ambarsari et al., 2016). Azotobacter dikenal sebagai Plant Growth Promoting Rhizobacteria melalui mekanisme fiksasi nitrogen dan produksi fitohormon. Azotobacter memiliki mekanisme lengkap sebagai mikroba potensial yaitu menyediakan nitrogen, fitohormon dan antifungi.
KESIMPULAN
Azotobacter merupakan mikroorganisme dari kingdom bakteri yang berperan dalam fiksasi nitrogen. Azotobacter berbentuk batang, bersifat aerobik obligat, berdiameter 2-4 µm atau lebih, memiliki kista dan bergerak dengan flagella. Azotobacterberisi DNA lebih banyak dibandingkan dengan jenis bakteri lain. Azotobacter dapat ditemukan dalam tanah, air dan sedimen. Azotobacter mengikat nitrogen bebas, protein dan amonia. Azotobacter dikenal sebagai Plant Growth Promoting Rhizobacteria melalui mekanisme fiksasi nitrogen dan produksi fitohormon. Dengan peranannya sebagai bakteri pemfiksasi nitrogen, azotobacter dapat meningkatkan keberadaan N dalam tanah sehingga dapat membantu pertumbuhan tanaman.
DAFTAR PUSTAKA
Ambarsari, H., Udayani, J. E., Mulyono, M., & Akhadi, D. H. 2016. Pengaruh Penambahan Inokulum Azotobacter sp. terhadap Pertumbuhan Tanaman Sorghum bicolor untuk Aplikasi Fitoremediasi. Jurnal Teknologi Lingkungan,17(1), 1-6.
Fauziah,N., Rusdiono, N.N., Simarmata, T., & Fitriatin, B.N. 2022. Media Produksi Massal Pupuk Hayati Penambat Azotobacter sp. Dari Rhizozfer di Indonesia.Jurnal Badan Penelitian.Vol 18 (1) : 13-17.
Hermiati., Nurtjahya, E., & Mansur, I. 2021. Abundance and Potency of Non-Symbiotic Nitrogen-Fixing Bacteria in Padang Sapu-Sapu, Pejem Village, Bangka.BERKALA SAINTEK,9(2): 95-102.
Karina, A. I. 2016. Isolasi dan Identifikasi Bakteri Penambat Nitrogen, Pelarut Fosfat, dan Bakteri Pendegradasi Selulosa pada Tanah Bekas Tanaman Bawang Merah (Allium cepa L.) yang Diberi Biofertilizer (Doctoral dissertation, Universitas Airlangga).
Khotimah, K. 2014. Azotobacter sebagai bioakumulator merkuri (Doctoral dissertation, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya).
Meitasari, A. D. & Wicaksono, K. P. 2017 InokulasiRhizobiumdan Perimbangan Nitrogen Pada Tanaman Kedelai (Glycine max (L) Merrill) Varietas Wilis.
Journal of Agricultural Science, 2(1): 55-63.
Munandar, K. 2022.Fiksasi Nitrogen Oleh Mikroorganisme.Jember: UM Jember Press.
Penggele, J. C. 2021. Pengaruh Pemberian Biochar Tongkol Jagung dengan Mikroba Azotobacter dan Actinomycetes terhadap Pertumbuhan Generatif Tanaman Kakao(Doctoral dissertation, Universitas Hasanuddin).
Puspawati, N.M.I., Khalimi, K. & Wirya, G.N.A.S. 2021. Pemanfaatan Bakteri Azotobacter Untuk Meningkatkan Efisiensi Penggunaan Pupuk Urea Pada Tanaman Padi (Oryza sativaL.).Jurnal Agroteknologi Tropika, Vol 10 (3) : 388-399
Purwani, J., Nurjaya. 2020. Effectiveness of Inorganic Fertilizer and Biofertilizer Application on Maize Yield and Fertilizer Use Efficiency on Inceptisol from West Java. J Trop Soils, 25(1): 11-20.
Purwaningsih, S. 2015. Pengaruh Inokulasi Rhizobium terhadap Pertumbuhan Tanaman Kedelai (Glycine max L) Varietas Wilis di Rumah Kaca. Berita Biologi, 14(1): 69-76.
Purwanto, A. 2012. Produksi nata menggunakan limbah beberapa jenis kulit pisang. Widya Warta: Jurnal Ilmiah Universitas Katolik Widya Mandala Madiun, 36(02): 210-224.
Sari, R. & Prayudyaningsih, R. 2015. Rhizobium: Pemanfaatannya Sebagai Bakteri Penambat Nitrogen.Jurnal Info Teknis EBONI, 12(1): 51-64.
Tando, E. 2019. Upaya efisiensi dan peningkatan ketersediaan nitrogen dalam tanah serta serapan nitrogen pada tanaman padi sawah (Oryza sativa L.).Buana Sains,18(2), 171-180.
Walid, A., Novitasari, N. dan Wardany Kusuma. 2019. Studi Morfologi Koloni Bakteri Udara Di Lingkungan Fakultas Tarbiyah Dan Tadris Institut Agama Islam Negeri Bengkulu.JIPI, 3(1): 10-14.
