FIKSASI NITROGEN
1. Pengerti Pengertian an Nitroge Nitrogen n
Nitrogen adalah unsur yang paling berlimpah berli mpah di atmosfer (78% gas di atmosfer adalah nitrogen). Meskipun demikian, penggunaan nitrogen pada bidang biologis sangatlah terbatas. Nitrogen merupakan unsur yang tidak reaktif (sulit bereaksi dengan unsur lain) sehingga dalam penggunaan nitrogen pada makhluk hidup diperlukan berbagai proses, yaitu diantaranya: fiksasi nitrogen, mineralisasi, nitrifikasi, denitrifikasi.Siklus nitrogen sendiri adalah suatu suatu proses proses koner konersi si senya!a senya!a yang yang mengan mengandun dung g unsur unsur nitrog nitrogen en men"ad men"adii berbagai ma#am bentuk kimia!i yang lain. $ransformasi ini dapat ter"adi se#ara biologis maupun nonbiologis. Siklus nitrogen se#ara khusus sangat dibutuhkan dalam ekologi karena ketersediaan nitrogen dapat mempengaruhi tingkat proses ekosistem kun#i, termasuk produksi primer dan dekomposisi. &ktiitas manusia seperti pembakaran bahan bakar fosil, penggunaan pupuk nitrogen buatan, dan pelepasan nitrogen dalam air limbah telah se#ara dramatis mengubah siklus nitrogen global . 'i alam, Nitrogen terdapat dalam bentuk senya!a organik seperti urea urea,, prot protei ein, n, dan dan asam asam nukl nuklea eatt atau atau sebag sebagai ai seny senya!a anor anorga gani nik k sepert sepertii ammonia, nitrit, dan nitrat. 'aur nitrogen adalah transfer nitrogen dari atmosfir ke dala dalam m tana tanah. h. Sela Selain in air air hu"a hu"an n yang ang memb memba! a!aa se"u se"uml mlah ah nitr nitrog ogen en,, penambahan nitrogen ke dalam tanah ter"adi melalui proses fiksasi nitrogen. Fiksasi nitrogen se#ara biologis dapat dilakukan oleh bakteri hiobium yang
bersimbiosis dengan polongpolongan, bakteri &otoba#ter dan *lostridium.
Selain itu ganggang hi"au biru dalam air "uga memiliki kemampuan memfiksasi nitrogen. Nitrat yang di hasilkan oleh fiksasi biologis digunakan oleh produsen (tumbuhan) diubah men"adi molekul protein. Selan"utnya "ika tumbuhan atau he!an mati, mahluk pengurai merombaknya men"adi gas amoniak (N+) dan garam ammonium yang larut dalam air (N+-). /roses ini disebut dengan amonifikasi. 0akteri Nitrosomonas mengubah amoniak dan senya!a ammonium men"adi nitrat oleh Nitroba#ter. &pabila oksigen dalam tanah terbatas, nitrat dengan #epat ditransformasikan men"adi gas nitrogen atau oksida nitrogen. Fiksasi
nitrogen adalah
proses
dimana nitrogen (N 1) di atmosfer diubah
biologis,
abiotik,
atau
sintetis
men"adi amonia (N+ ). nitrogen
&tmosfer atau nitrogen unsur (N 1)adalah relatif inert: itu tidak mudah bereaksi dengan bahan kimia lain untuk membentuk senya!a baru. /roses fiksasi membebaskan atom nitrogen dari bentuk diatomik mereka (N1) yang akan digunakan dengan #ara lain.
2iksasi nitrogen, alami dan sintetis, sangat penting bagi semua bentuk kehidupan karena nitrogen diperlukan untuk biosynthesie blok bangunan dasar dari tanaman, he!an dan bentuk kehidupan lain, misalnya, nukleotida untuk 'N& dan N& dan asam amino untuk protein . 3leh karena fiksasi nitrogen adalah penting untuk pertanian dan pembuatan pupuk. 4ni "uga merupakan proses penting dalam pembuatan bahan peledak (misalnya mesiu, dinamit, $N$, dll) fiksasi nitrogen ter"adi se#ara alami di udara dengan #ara kilat.
2iksasi nitrogen "uga menga#u pada konersi biologis lainnya nitrogen, seperti konersi kepada nitrogen dioksida . Mikroorganisme yang memperbaiki nitrogen adalah bakteri yang disebut diaotrophs . 0eberapa tanaman yang lebih tinggi, dan beberapa binatang ( rayap ), telah membentuk asosiasi ( simbiosis ) dengan diaotrophs. 2iksasi nitrogen biologis ditemukan oleh ahli agronomi 5erman +ermann +ellriegel dan 0elanda mikrobiologi Martinus 0ei"erin#k .
/ada umumnya deriat nitrogen sangat penting bagi kebutuhan dasar nutrisi, tetapi dalam kenyataannya substansi nitrogen adalah hal yang menarik sebagai polutan di lingkungan. $er"adinya perubahan global di lingkungan oleh adanya interaksi antara nitrogen oksida dengan oon di ona atmosfir. 5uga adanya perlakuan pemupukan ( fertilization treatment ) yang berlebihan dapat mempengaruhi air tanah ( soil water ), sehingga dapat mempengaruhi kondisi air minum bagi manusia.
0entuk atau komponen N di atmosfir dapat berbentuk ammonia (N+), molekul nitrogen (N1), dinitrit oksida (N13), nitrogen oksida (N3), nitrogen dioksida (N31), asam nitrit (+N31), asam nitrat (+N3), basa amino (N) dan lainlain dalam bentuk proksisilnitri (Soderlund dan oss!all, 68). 'alam telaah kesuburan tanah proses pengubahan nitrogen dapat dilakukan dengan berbagai #ara, yaitu mineralisasi senya!a nitrogen komplek, amonifikasi, nitrifikasi, denitrifikasi, dan olatilisasi ammonium (Mas9ud, 61).
Nitrogen
organi#
diubah
men"adi
mineral
Namonium
oleh
mikroorganisasi dan beberapa he!an yang dapat memproduksi mineral tersebut seperti : protooa, nematoda, dan #a#ing tanah. Serangga tanah, #a#ing tanah, "amur, bakteri dan aktinbimesetes merupakan biang penting tahap pertama penguraian senya!a Norganik dalam bahan organi# dan senya!a Nkompleks lainnya (Mas9ud, 6).
Semua
mikroorganisme mampu
melakukan
fiksasi
nitrogen,
dan
berasosiasi dengan Nbebas yang berasal dari tumbuhan. Nitrogen dari proses
fiksasi merupakan sesuatu yang penting dan ekonomis yang dilakukan oleh bakteri genus Rhizobium dengan tumbuhan Leguminosa termasuk Trifollum spp, Gylicene
max
( soybean), Viciafaba (brand
bean),
Vigna
sinensis (cow-
pea), Piscera satiam (chic!-pea), dan "edicago satia (lucerna) (ompas,68).
Menurut Maier , dkk (1) bakteri dalam genus hiobium merupakan bakteri gram negatif, berbentuk bulat meman"ang, yang se#ara normal mampu memfiksasi nitrogen dari atmosfer. mumnya bakteri ini ditemukan pada nodul akar tanaman leguminosae. Morfologi hiobium dikenal sebagai bakteroid. hiobium menginfeksi akar legumino#eae melalui u"ungu"ung bulu akar yang tidak berselulose, karena bakteri hiobium tidak dapat menghidrolisis selulose. hiobium yang tumbuh dalam bintil akar legumino#eae mengambil nitrogen langsung dari udara dengan aktifitas bersama sel tanaman dan bakteri, nitrogen itu disusun men"adi senya!aan nitrogen seperti asamasam amino dan polipeptida yang ditemukan dalam tumbuhtumbuhan, bakteri dan tanak disekitarnya. 0aik bakteri maupun legum tidak dapat menambat nitrogen se#ara mandiri, bila hiobium tidak ada dan nitrogen tidak terdapat dalam tanah legum tersebut akan mati.
0akteri hiobium hidup dengan menginfeksi akar tanaman legum dan berasosiasi dengan tanaman tersebut, dengan menambat nitrogen. Suatu sistem berdasar pada infeksi spesifik pada "enis inang ;egum digunakan untuk menggolongkan hiobium se#ara tepat lebih dari < tahun. =ekhususan infeksi mempunyai banyak atraksi praktis yang memperhatikan aplikasi $eknologi
hiobium, sungguhpun tidak sempurna sebab banyak strains rhiobia bisa menginfeksi ke kelompok spesifik lain dan sebab ada bukti persamaan baru dari ta>onomi# kimia dan data ta>onomi# k!antitatip. $inggal suatu ukuran penting untuk spesiasi genus pada Manual 0ergey Systemati# 0a#teriology, dengan modifikasi bersama data ta>onomi# baru (5ordan 68-).
$idak hanya bakteri hiobium, &otoba#ter di dalam tanah berperan dalam pengaturan siklus nitrogen, y baitu melakukan fiksasi nitrogen dan mengubahnya men"adi &mmonia (N+ ). 'alam sel bakteri ini terdapat sebuah alat yang berperan dalam biokatalis, yaitu enim nitrogenase. ?nim inilah yang berperan dalam mengubah N1 men"adi N+.
0akteri ini memiliki #iri#iri yang berbeda dengan bakteri lain. 5ika kita melihat bentuk koloninya, misalnya@ bentuknya bulat, bening, keruh atau opaAue, dan putih, permukaannya halus mengkilap, tepi rata,dan berlendir. 0entuk sel &otoba#ter berma#amma#am, dari bentuk batang pendek, batang, dan oal serta bentuk yang berma#amma#am, sehingga bakteri ini dikenal sebagai bakteri dengan bentuk sel pleomorfik. 0akteri ini umumnya Bram negatie, namun spesies tertentu dari bakteri ini Bram ariabel. &rtinya, pada saat berumur muda bakteri ini Bram negatif, namun setelah berumur tua akan berubah men"adi Bram positif.
&khirakhir ini ditemukan simbiosis asosiasi antara bakteri #zospirillum lipoferum dan
akar
tumbuhan
termasuk
rumput
tropikal $igitaria
decumbens, "uga "enis rumput tropikal Paspalum notatum mampu melakukan
fiksasi N bersamasama bakteri #zotobacter paspalli di dalam akar ('obereiner, 678, dalam ompas, 68).
+asil penelitian tentang fiksasi N ini menun"ukkan bah!a ada #ukup banyak genera bakteri yang dapat memfiksasi N termasuk spesies dari 0a#illus, *lostridium, dan Cibrio. /ada habitat perairan, #yanoba#teria adalah kelompok utama yang melakukan fiksasi N (&nabaena, Nosto#, Bloeotri#hia, 3s#illatoria, ;yngbya, dll) =omponen yang berperan dalam fiksasi N di habitat perairan adalah hetero#yst, tapi ada #yanoba#teria yg tidak memiliki hetero#yst yg "uga dpt fiksasi N. 2iksasi N memerlukan #ukup banyak energi dalam bentuk &$/ dan koenim.
. Proses ker!a fiksasi nitrogen
2iksasi nitrogen merupakan pembentukan nitrogen dlm bentuk terikat, ter"adi di dlm tanah oleh bakteri. 5enis bakteri pengikat nitrogen terefisien bersifat simbiotik, dpt mengikat protein "ika beker"asama dg akar tumbuhan polong dan rumpun tropik. 2iksasi nitrogen berlangsung dengan bantuan kompleks enim nitrogenase. eaksinya sbb: N " #e $ % N&' ()G*+ , "1-+ kkal/ol , "#'+ k0/ol
2iksasi N dilakukan oleh beberapa bakteri yang hidup bebas maupun bersimbiosis
dengan akar
tanaman,
misal:
*lostridium pasteuranium,
=lebisella, hodoba#ter, hiobium. 2iksasi N diatur oleh sistem operon gen yang rumit, termasuk gen nif . 2iksasi berlangsung apabila di lingkungan konsentrasi ammonia menurunDrendah.
/ada habitat terrestrial, fiksasi N oleh simbiosis hiobium dg tanaman ;eguminosae merupakan donor terbesar dari senya!a N. /enelitian tentang fiksasi N telah banyak dilakukan, misal oleh +ardy et al tahun 6E8 tentang reduksi asetilen men"adi etilen oleh nitrogenase. +asil penelitian tentang fiksasi N ini menun"ukkan bah!a ada #ukup banyak genera bakteri yang dapat memfiksasi N termasuk spesies dari 0a#illus, *lostridium, dan Cibrio. /ada habitat perairan, #yanoba#teria adalah kelompok utama yang melakukan fiksasi N (&nabaena, Nosto#, Bloeotri#hia, 3s#illatoria, ;yngbya, dll) =omponen yang berperan dalam fiksasi N di habitat perairan adalah hetero#yst, tapi ada #yanoba#teria yg tidak memiliki hetero#yst yg "uga dpt fiksasi N. 2iksasi N memerlukan #ukup banyak energi dalam bentuk &$/ dan koenim. a. Simbiosis Simbiosis berasal dari bahasa Funani sym yang berarti dengan dan biosis yang berarti kehidupan. Simbiosis merupakan interaksi antara dua organisme yang hidup berdampingan. Simbiosis merupakan pola interaksi yang sangat erat dan khusus antara dua makhluk hidup yang berlainan "enis. b.&simbiosis ;a!an kata dari simbiosis. '. Sikl2s Nitrogen Nitrogen suatu gas inert yang sangat sulit diikat langsung oleh mahkluk hidup tingkat tinggi , di udara Nitrogen sepertinya tak terbatas "umlahnya karena "umlahnya 78 % paling besar diatara gas gas lainnya seperti oksigen , sulfur , #arbon dan lainnya.
•
5umlahnya nitrogen yang 78 % itu dalam bentuk unsur bukan dalam senya!a.
•
padahal mahkluk hidup memerlukan niterogen dalam suatu persenya!aan misalnya nitrat , asam amino , protein dan sangat penting untuk pertumbuhan .
•
5adi Nitrogen udara itu harus di proses sehingga bisa membentuk senya!a yang penting untuk dapat memenuhi kebutuhan mahkluk hidup.
•
/roses itulah yang nanti kita pela"ari dalam 'aur 043B?3=4M4& khususnya daur Nitrogen .
•
043B?3=4M4& , 0io G Mahkluk hidup , Beo G 0umiD;ingk, =imia G at Dunsur kimia , "adi siklus at kimia dari bio ke geo atau dari Beo ke bio ( memutar membentuk daur ) 3= itu konsepnya
•
Misal siklus karbon gas *31 ada di udara (Beo ) gas *31 itu diperlukan oleh Mahkluk hidup ( bio) untuk apa H tentu gas itu diikat hanya bisa untuk fotosintesis .
•
'i tubuh Mahkluk hidup *31 sangat banyak akibat respirasi , gas itu akan dikembalikan ke udara ( Beo) pada peristi!a espirasi
•
5adi karena siklus itulah Iat kimia *31 dan 31 itu selalu ada .
Nitrogen dialam diudara sekitar 78 % itu bagaimana bisa berada di daratan perairan sehingga bisa digunakan mahkluk hidup H Se#ara mudah kami berikan terlebih dahulu uraian bagaimana sa"a Senya!a nitrogen itu bisa berada di daratan D tanah sehingga bisa digunakan oleh mahklluk hidup •
=etika petir terbentuk diatmosfer menyebabkan nitrogen bersenya!a "adi nitrat.
•
Nitrat itu disentuhkan ke bumi , sehingga semakin daerah itu banyak petir tentu banyak nitrat terbentuk disana
•
Nitrat yang terbentuk di atmosfer tentu akan terba!a hu"an sehingga ter"adi perpindahan nitrat dari udara ke daratan yang men"adikan nitrogen dalam bentuk nitrat itu men"adi berguna
•
$umbuhan menyerap nitrat dari tanah untuk di"adikan protein lalu tumbuhan dimakan oleh kosumer senya!a nitrogen pindah ke tubuh he!an dan manusia
•
rin dan fae#es sebagai ?kresta , bangkai he!an, dan tumbuhan mati , sisa kehidupan (ranting , daun tua) yang disebut ?gesta akan diuraikan oleh pengurai "adi ammonium dan ammoniak.
•
&moniak hasil pembusukan itu oleh bakteri Nitrifikans akan dirombak "adi Nitrat melalui Nitrifikasi
•
Nitrifikasi adala proses biokimia yang tergolong anabolisme mengubah senya!a sederhana anorganik berupa amoniak N+ men"adi senya!a organik nitrat +N3 dengan energi berasal dari energi hasil reaksi kimia D khemosintesis yang dipunyai bakteri
•
Nitrifikasi diperlukan bakteri ( NS,N* dan N0) 0akteri Nitrosomonas dan Nitro#o##us Nitroba#ter mengubah amoniak "adi nitrat yang ber"alan se#ara aerob ( butuh aerasi ditanah oleh karenanya tanah harus digemburkan agar terbentuk banyak nitrat)
•
proses ber"alan dua kali yaitu nitritasi membentuk nitrit dan nitratasi membentuk nitrat
•
•
Nitrifikasi : nitritasi dan nitratasi
&moniak N+ dirubah men"adi nitrit +N31 oleh NS dan N* disebut nitritasi lalu Nitrit diubah lagi Nitrat +N3 oleh bakteri N0 (Nitroba#ter) %itratasi
•
=emudian nitrat diserap oleh tumbuhan. karena Nitrogen ditanah hanya bisa diserap dalam bentuk nitrat (&moniak , Nitrit tidak bisa diserap )
•
Selain melalui petir "uga melalui 2ikasasi , 2ikasasi itu berbeda dengan Nitrifikasi
•
2ikasasi itu pengikatan langsung Nitrogen di udara oleh mikroorganisme 2iksasi ( hiobium, &otoba#ter , *lostridium pasteurianum , Nosto# , &nabaena )
•
hiobium bersimbiosis dengan ka#ang ka#angan membentuk bintil akar yang sebenarnya bintil itu karena infeksi bakteri hiobium leguminosorum , yang berguna bagi ka#ang karena punya kemampuan memb24=S&S4 Nitrogen dari udara untuk dipersembahkan ke ka#ang dalam pertumbuhannya , sehingga petani nggak perlu lagi memberi pupuk (rea atau N/=) karena ada free do!nload nitrogendari udara hehe
•
&nabaena bersimbiosis dengan /aku air &olla dan /akis ha"i *y#as rumpii.
•
aotoba#ter, *lostridium dan Nosto# soliter hidupnya
•
Nitrogen "uga bisa dari &ir hu"an , hu"an asam ( &#id rain) , dari pupuk buatan rea yang dilepaskan ke tanah
•
trat yang di hasilkan oleh fiksasi biologis digunakan oleh produsen (tumbuhan) diubah men"adi molekul protein.
•
Selan"utnya "ika tumbuhan atau he!an yang mengandung protein itu mati, mikroorganisme pengurai akan merombak protein itu men"adi men"adi gas amoniak (N+) dan garam ammonium yang larut dalam air (N+-) ( 'emineralisasi )/roses ini disebut dengan amonifikasi.
•
kemudian diteruskan ke proses Nitrifikasi oleh bakteri Nitrifikasn
•
0akteri Nitrosomonas mengubah amoniak dan senya!a ammonium men"adi nitrat oleh Nitroba#ter. &pabila oksigen dalam tanah terbatas, nitrat dengan #epat ditransformasikan men"adi gas nitrogen atau oksida nitrogen oleh proses yang disebut denitrifikasi.
•
=eseimbangan Nitrogen ini digambarkan pada Bambar
