LAPORAN PRAKTIKUM MIKROBIOLOGI LINGKUNGAN KOLOM WINOGRADSKY
LAPORAN PRAKTIKUM MIKROBIOLOGI LINGKUNGAN KOLOM WINOGRADSKY
OLEH KHAIDIR ANUAR 0903121342
LABRATORIUM MIKROBIOLOGI JURUSAN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS RIAU PEKANBARU 2012
BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Kolom Winogradsky pertama kali digunakan pada tahun 1880 oleh Sergei Winogradsky (1856-1953), (1856-1953), seorang ahli mikrobiologi Rusia, untuk mempelajari interaksi kompleks antara kondisi lingkungan dan aktivitas mikroba dan peran pengayaan tanah dalam isolasi bakteri kultur murni. Banyak ahli mikrobiologi dari waktu, seperti Louis Pasteur dan Robert Koch terisolasi budaya untuk belajar, tapi pekerjaan Winogradsky adalah yang pertama untuk mempelajari lingkungan campuran mikroorganisme. Kolom winogradsky bukanlah lingkungan alami. Semua organisme dicampur selama persiapan dan hanya untuk mempelajari lingkungan yang berkembang berkembang dari waktu ke waktu. Ketika itu disegel dan terkena cahaya, suksesi mikroba akan berkembang sesuai dengan konsentrasi oksigen, nutrisi dan cahaya yang tersedia. Tergantung pada berbagai konsentrasi nutrisi dan jenis tanah yang digunakan, berbagai bakteri akan muncul dari waktu ke waktu. Namun, model yang sangat baik ekologi mikroba. Setiap organisme tergantung pada yang lain untuk mengatur kondisi untuk pengembangan pengembangan dan seluruh kolom dijalankan pada energi cahaya. Kolom Winogradsky Winogradsky adalah sebuah demonstrasi klasik keragaman metabolisme prokariota.
1.2 TUJUAN Tujuan dari praktikum ini adalah : 1. Mengetahui bagaimana metode penggunaan kolom winogradsky 2. Mengetahui keanekaragaman mikroba pada beberapa jenis tanah melalui segregasi warna pada kedalaman kolom winogradsky.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA Kolom winogradsky adalah salah satu cara sederhana untuk mempelajari suatu lingkungan alami di laboratorium. Kolom ini ditemukan oleh ahli mikrobiologi Rusia bernama Sergei Winogradsky (18561953) dan Martinus W. Beijerinck (1851-1931) yang digunakan sebagai model untuk mempelajari interaksi populasi bakteri pada berbagai komunitas perairan dan sedimen perairan dan sedimen. Menurut Deacon (2005), Kolom winogradsky menggambarkan bagaimana mikroorganisme yang berbeda membentuk hubungan interdependen, dimana aktivitas suatu organisme mampu mempengaruhi organisme lain untuk tumbuh atau sebaliknya. Kolom winogradsky terdiri atas lumpur dan sedimen yang dimasukkan kedalam gelas silinder atau plastik tansparan. Penyusunan dalam bentuk "kolom" memungkinkan terbentuknya kondisi aerob di permukaan kolom dan kondisi mikroaerofil atau anoxic di bagian bawah Bagian permukaan kolom terpapar dengan oksigen semakin ke bagian bawah kolom semakin kekurangan oksigen sampai ke bagian dasar merupakan zona anaerob. Bagian permukaan dan tepi kolom terpapar dengan cahaya sehingga dapat menggambarkan spektrum pertumbuhan organisme dari yang memutuhkan oksigen dan cahaya sampai organisme yang membutuhkan cahaya tetapi tidak membutuhkan oksigen. Menurut Atlas (1988), lumpur dan sedimen yang digunakan mengandung atau teraugmentasi dari substrat senyawa organik karbon, sulfide, dan sulfat. Hal ini yang mengakibatkan perkembangan sejumlah bakteri heterotrop dan photoautotroph termasuk bakteri sulfur photosintetik anaerob. Kolom ini dapat diisi dengan tanah, Lumpur, dan air dari berbagai macam lingkungan dan dapat dimodifikasi dengan kultur pengkayaan. Komunitas bakteri di alam mempunyai kelimpahan dan diversitas terbanyak misalnya dalam tanah.
Ø Jumlah besar selulosa (misalnya koran) ditambahkan awalnya mendorong pertumbuhan mikroba yang cepat yang segera menghabiskannya oksigen di dalam sedimen dan kolom air. Hanya bagian paling atas kolom tetap diaerasi karena oksigen berdifusi sangat lambat melalui air. Ø Organisme yang dapat tumbuh dalam kondisi anaerobik adalah organisme yang memfermentasi bahan organik. Fermentasi adalah proses di mana senyawa organik yang terdegradasi tidak sempurna; Misalnya, ragi memfermentasi gula ke alkohol respirasi anaerob adalah proses di mana substrat organik benar-benar terdegradasi menjadi CO2, tetapi menggunakan zat lain selain oksigen sebagai akseptor elektron terminal. Beberapa bakteri bernafas dengan menggunakan ion nitrat atau sulfat, dengan cara yang sama seperti kita menggunakan oksigen sebagai akseptor elektron terminal selama respirasi ( Deacon 2005) Ø Beberapa spesies yang menggunakan selulosa misalnya Clostridium mulai tumbuh ketika oksigen habis dalam sedimen. Semua spesies Clostridium anaerobik karena sel-sel vegetatif mereka dibunuh oleh paparan oksigen, tetapi mereka dapat bertahan sebagai spora dalam kondisi aerobik. Clostridium menurunkan selulosa menjadi glukosa dan kemudian memfermentasi glukosa untuk mendapatkan energi, memproduksi berbagai senyawa organik sederhana (etanol, asam asetat, asam suksinat, dll) sebagai produk fermentasi akhir ( Deacon 2005)
Sulfur-mengurangi bakteri seperti Desulfovibrio dapat memanfaatkan produk-produk fermentasi oleh respirasi anaerobik, baik menggunakan sulfat atau bentuk teroksidasi sebagian lain dari belerang (misalnya tiosulfat) sebagai terminal akseptor elektron, menghasilkan sejumlah besar H2S dengan proses ini Dalam respirasi aerobik sendiri kita menggunakan O2 dan mengurangi ke H2O. H2S akan bereaksi dengan besi dalam sedimen, menghasilkan sulfida besi hitam. Inilah sebabnya mengapa danau sedimen sering hitam. Namun, beberapa dari atas dengan H2S berdifusi ke dalam kolom air, di mana ia dimanfaatkan oleh organisme lain Thiobacillus-Thiobacillus yang chemoautotrophs dan memerlukan sumber energi anorganik. Mereka ditemukan dalam kondisi aerobik yang mengandung belerang atau sulfida. Metode utama untuk mengisolasi mereka adalah campuran Menengah Starkey itu, Menengah tiosulfat dan innoculant debu batubara. Metode lain adalah untuk mengambil sampel tanah dan memasaknya sampai 80 C. Thiobacillus akan sporolate dan mereka kemudian dapat diisolasi dan tumbuh (Benton 2005) Ø Difusi dari H2S dari sedimen ke dalam kolom air memungkinkan bakteri fotosintetik anaerob untuk tumbuh.organisme ini biasanya dipandang sebagai dua sempit, yaitu pita berwarna cerah tepat di atas sedimen - sebuah zona bakteri sulfur hijau maka zona bakteri sulfur berwarna ungu. Bakteri sulfur hijau dan ungu memperoleh energi dari reaksi cahaya dan menghasilkan bahan selular mereka dari CO2 dalam banyak cara yang sama seperti tanaman lakukan. Namun, ada satu perbedaan penting: mereka tidak menghasilkan oksigen selama fotosintesis karena mereka tidak menggunakan air sebagai reduktor, melainkan mereka menggunakan H2S. Persamaan yang disederhanakan berikut menunjukkan paralel. 6 CO 2 + 6 H 2 0 = C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 (fotosintesis tanaman) 6 CO 2 + 6 H 2 S = C 6 H 12 O 6 + 6 S (fotosintesis anaerob bakteri) Sebenarnya, persamaan yang seimbang: 6 CO2 + 12H2S = C6 H12O6 + 6H2O + 12S Bakteri sulfur ungu biasanya memiliki sel besar dan mereka deposit butiran belerang di dalam sel. Organisme tersebut adalah spesies Thiocapsa. Bakteri sulfur hijau memiliki sel lebih kecil dan biasanya belerang deposito eksternal. Sulfur (atau sulfat terbentuk dari itu) yang dihasilkan oleh bakteri fotosintetik kembali ke sedimen di tempat yang dapat didaur ulang oleh Desulfovibrio bagian dari siklus sulfur dalam perairan alami ( Deacon 2005) Ø Sebagian besar kolom air di atas bakteri fotosintesis berwarna merah cerah dengan populasi besar ungu non-belerang bakteri. Bakteri ini tumbuh dalam kondisi anaerobik, memperoleh energi mereka dari reaksi ringan namun menggunakan asam organik sebagai sumber karbon mereka untuk sintesis seluler. Jadi organism ini disebut photoheterotrophs. Asam organik yang digunakan adalah produk fermentasi bakteri anaerob lainnya (misalnya Clostridium spesies), tapi non-belerang ungu bakteri toleran terhadap konsentrasi tinggi H2S, sehingga terjadi di atas zona dimana bakteri sulfur hijau dan ungu ditemukan. Ø Banyak mikroorganisme dapat tumbuh di zona oksigen di bagian atas dari kolom air, tapi tiga jenis yang khas adalah: ü H2S yang berdifusi ke dalam zona aerobik dapat dioksidasi menjadi sulfat oleh bakteri pengoksidasi sulfur. Bakteri ini memperoleh energi dari oksidasi H2S, dan mensintesis materi organik sendiri dari CO2. ü Cyanobacteria yang dapat melakukan fotosintesis dapat tumbuh di zona atas. Setelah mulai tumbuh cyanobacteria dapat oksigen banyak air. ü Bagian atas dari kolom air dapat mengandung populasi besar bakteri berkoloni. Selubung terbuat dari campuran kompleks dari protein, polisakarida dan lipid, dan berpikir untuk melindungi sel dari predasi oleh protozoa. Selubung memberikan penampilan kuning atau berkarat pada koloni.
BAB III METODELOGI 3.1 WAKTU DAN TEMPAT Praktikum ini dilaksanakan pada tanggal 21 November 2011 di Laboratorium Mikrobiologi Jurusan Biologi Fakultas Matematika dan Ilmu pengaetahuan Alam Universitas Riau Pekanbaru 3.2 ALAT DAN BAHAN · · · · · · ·
Tabung gelas transparan (100 ml) Kertas koran/ kertas saring 2,5 g CaCO3 o,25 gram CaSO4 5 gram 1 butir telur matang Air dari berbagai sumber Aluminium foil 3.3 CARA KERJA
1. Dipotong kertas kecil-kecil masukkan kedalam lumpur. Jika terlalu padat ditambahkan dengan hkan dengan dengan sedikit air 2. Di dalam 200 gram lumpur, di tambahkan CaCO3 dan CaSO4 . 3. Dihancurkan telur ( kuning telur) dan dicampurkan dengan campuran lumpur 4. Dimasukkan lumpur ke dalam tabung sampai 1/3 volume tabung. Di catat sumber lumpur yang di pakai 5. Ditambahkan air dari sumber yang sama sampai 2/3 tabung. 1/3 lagi dibiarkan kosong 6. Ditutup kolom dengan alumunium foil untuk menghindari penguapan. 7. Kolom diletakkan ditempat yang terkena cahaya matahari 8. Diamati selama 2 minggu dicatat perubahan dan waktunya pada kolom. 9. Setelah 2 minggu dilepaskan alumunium foil dan dicatat penampakan kolom. Bagian bawah seharusnya akan berwarna hitam 10. Tanpa menutup kolom kembali , dibuat ruangan seperti dalam suasana lampu pijar 60-75 watt kolom. 11. Diinkubasi pada suhu ruang selama beberapa minggu. PENGAMATAN Diperiksa kolom secara teratur. Dicatat waktu pembentukan lapisan berwarna merah, coklat atau hijau ini menandakan perumbuhan bakteri anorganik fotosintetik
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 HASIL
Tabel hasil pengamatan miroorganisme dalam kolom winogradsky Sampel
Waktu 2 minggu
5 minggu
Lapisan dari Warna
Tinggi
Lapisan dari Warna
Tinggi
terendah-
lapisan
terendah-
lapisan
lapisan
Abu-abu
40 ml
Lapisan
lumpur
5 ml,
kedua
coklat
lapisan
tinggi Lapisan
tinggi Abu-abu
41 ml
pertama
Lapisan pertama
Lapisan
Endapan
kedua
coklat
5 ml
kemerahan Lapisan
Coklat muda
24 ml
ketiga
Lapisan
orange
15 ml
Lapisan
air
17 ml
keempat
berwarna
ketiga
Lapisan
Endapan abu-
keempat
abu
5 ml
kemerahan
kuning pudar (keruh)
Lapisan
Lapisan
air
kelima
kelima
berwarna coklat muda
15 ml
4.2 PEMBAHASAN Kolom winogradsky adalah salah satu cara sederhana untuk mempelajari hubungan timbal balik mikroorganisme dengan lingkungan alami di laboratorium. Kolom ini digunakan sebagai model untuk mempelajari interaksi populasi bakteri pada berbagai komunitas perairan dan sedimen perairan dan sedimen. Menurut Atlas (1988), lumpur dan sedimen yang digunakan mengandung atau teraugmentasi dari substrat senyawa organik karbon, sulfide, dan sulfat. Hal ini yang mengakibatkan perkembangan sejumlah bakteri heterotrop dan photoautotroph termasuk bakteri sulfur photosintetik anaerob. Kolom ini dapat diisi dengan tanah, Lumpur, dan air dari berbagai maca lingkungan dan dapat dimodifikasi dengan kultur pengkayaan. Sebelum inkubasi kolom hanya terdiri dari 2 lapisan yaitu lapisan air dan lapisan lumpur. Inkubasi ini dilakukan 2 kali pengamatan yaitu pada minggu ke 2 dan minggu ke 5. Kolom winogradsky ini diletakkan di tempat yang terkena cahaya matahari. Tanah dan air berasal dari kolam ikan yang terletak di jalan bina widya gang damai. Pada saat pembuatan kolom winogradsky ini ditambahkan dengan kertas Koran yang bermanfaat sebagai sumber selulosa yang terdapat dalam kolom tersebut. Dari table diatas pada minggu kedua kolom winogradsky hanya terrdiri dari 4 lapisan. Penentuan warna lapisan dimulai dari bawah keatas. Lapisan pertama berwarna abu-abu dengana tinggi kolom 41 ml. sedangkan warna yang kedua berupa endapan warna coklat dengan tinggi kolom 5 ml. pada lapisan yang ketiga barwana coklat muda dengan tinggi kolom 24 ml. dan lapisan yang berbentuk endapan abu-abu kemerahan dengan ketinggian kolom 5 ml. Apabila kita hubungkan dengan literatur pada setiap lapisan tersebut berbeda mikroorganisme yang menghuninya. Bagian permukaan kolom terpapar dengan oksigen semakin ke bagian bawah kolom semakin kekurangan oksigen sampai ke bagian dasar merupakan zona anaerob. Bagian permukaan dan tepi kolom terpapar dengan cahaya sehingga dapat menggambarkan spektrum pertumbuhan organisme dari yang membutuhkan oksigen dan cahaya sampai organisme yang membutuhkan cahaya tetapi tidak membutuhkan oksigen. Pada pengamatan dari minggu ketiga petutup kolom dibuka, lebih lanjut, kolom winogradsky tersebut ditambahkan dengan air yang sampai batas 90 ml. penambahan air tersebut bertujuan untuk menghindari terjadinya kekeringan pada lingkungan mikroorganisme tersebut. Pengamatan pada minggu kelima didapatkan 5 lapisan. Pengamatan lapisan dimulai dari yang paling bawah. Lapisan pertama terbentuk lumpur berwarna abu-abu, Ketebalannya 40 ml. lapisan kedua berbentuk lumpur coklat kemerahan dengan volume 5 ml. pada lapisan ketiga berisis air berwarna orange dengan volume 15 ml. lapisan keempat berwarna kuning pudar dengan volume 17 ml. pada lapisan ini organisme butuh kadar oksigen rendah atau tidak butuh sama sekali seperti contohnya bakteri sulfur ungu dan bakteri non-sulfur ungu.[10]sedangkan lapisan terakhir berwarna coklat muda dengan volumenya 15 ml Dari perbandingan warna dan volume pada masing-masing lapisan terdapat perbedaan lapisan. Pada minggu kedua hanya terdiri dari 4 lapisan sedangkan pada minggu yang ke 5 terdapat 5 lapisan dan warnanya juga berbeda. Perbedaan warna tersebut disebabkan aktivitas mikroorganisme yang ada dalam setiap lapisan tersebut dan tinggi rendahnya lapisan disebabkan karena pengaruh dari subtract yang terkandung dalam kolom sebagai sumber energi. Menurut literature Mikroorganisme berkembang biak dan membentuk zona-zona berbeda. Mikroorganisme aerobik akan berkumpul di permukaan, biasanya alga, cyanobacteria, dan bakteri pengoksidasi sulfur karena adanya oksigen( Madigan, et al. 2008) Pada aktivitas mikroorganisme terdapat metanogen yang menghasilkan gas metana (CH4) dan bakteri pereduksi sulfat yang menghasilkan gas H2S. Beberapa bakteri metanogen yang ada antara lain Methanobacterium, Methanocaldococcus, dan Methanosarcina sedangkan bakteri pereduksi sulfat yang ada antara lain: Desulfovibrio, Desulfobacter, dan Desulfuromonas ( Madigan, et al. 2008). Dari gambar setelah tutup kolom dibuka maka pada kolom bagian atas airnya akan keruh karena adanya pertumbuhan bakteri fotoautotrof menggunakan cahaya matahari untuk tumbuh secara
aerob seperti Cyanobacter sp. dan Chlorobium dan bakteri pengoksidasi sulfat seperti Thiobacillus sp sehingga Warna hitam di permukaan tanah dapat terjadi karena H2S yang bereaksi dengan Fe membentuk endapan(Benton 2005). Adanya pertumbuhan bakteri secara aerob dan anaerob dapat terjadi di dalam kolom Winogradsky karena adanya mekanisme sintropi. Dalam hal ini, hasil metabolisme dari bakteri perekduksi sulfat yang menghasilkan gas H2S, digunakan oleh bakteri pengoksidasi sulfat untuk mengoksidasi sulfat. Selain itu, bakteri metanogen yang menghasilkan gas CH4 dapat digunakan untuk pertumbuhan bakteri metanotrof yang menggunakan CH4 sebagai sumber karbon untuk menghasilkan gas CO2 ( Madigan, et al. 2008) . Secara tidak langsung dapat diketahui bahwa telah terjadi aliran energi dan siklus materi yang seimbang pada kolom Winogradsky sehingga dapat terjadi pertumbuhan yang baik pada bakteri kondisi aerob dan anaerob (Ogunseitan 2005) Gas-gas yang terbentuk akan membuat terbentuknya rongga udara pada kolom yang semakin lama akan semakin membesar dan akan mengangkat tanah diatasnya semakin tinggi. Kebalikan dengan oksigen yang semakin ke bawah semakin berkurang, hidrogen sulfida makin bertambah (Benton 2005 ) Saat kolom tersebut dibuka, akan tercium bau belerang yang disebabkan oleh gas H₂S dari bakteribakteri pereduksi sulfat, contohnya Desulfovibrio sp. Selain itu juga terbentuk warna kehitamhitaman di lumpur bagian atas yang disebabkan oleh kegiatan bakteri-bakteri aerob yang menghasilkan S042- seperti contohnya Thiobacillus sp. dan Beggiatoa sp (Madigan, et al. 2008)
BAB V KESIMPULAN Dari pratikum yang telah dilaksanakan dapat disimpulkan bahwa: 1. Kolom winogradsky adalah salah satu cara sederhana untuk mempelajari suatu lingkungan mikroorganisme yang alami di laboratorium. 2. Mikroorganisme yang terdapat dikolom dalam winogradsky dapat dilhat dari lapisannya. Mikroorganisme tersebut ada yang menempati bagian atas mempunyai sifat fotoautotrof. Pada lapisan bawah kolom merupakan mikroorganisme yang bersifat anaerobik. 3. Mikroorganisme dalam kolom winogradsky menghasilkan bau belerang yang apabila dibuka penutupnya maka akan tercium bau yang kurang sedap. 4. Mikroorganisme yang ada di dalam kolom winogradsky mempunyai keanekaragaman pada setiap lapisan.
DAFTAR PUSTAKA Atlas dan Bartha .1993. Ekologi Mikroba. Benjamin Cummings. Jakarta. Benton C. 2005. http://Winogradsky ColumnDiakses pada 30 Desember 2011 Burns and Slater.1982. Experimental Microbiology . Blackwell Scientific. Inggris Deacon,Jim.2005. Institute of Cell and Molecular Biology. University of Edinburgh Hudson, Barbara K. 1998. Microbiology in Today's World 2nd ed.. Kendall-Hunt Publishing. Newyork. Madigan, Martinko and Parker.2000. Brock Biology of Microorganisms 9th ed Prentice-Hall Publishing. New York
Sagan, Dorion, dan Margulis, Lynn. 1988. Taman Delights Mikroba’ Harcourt, Brace, Jovanovich.
Boston
