resistensi bakteri azotobacter terhadap logam berat...

SCIENTIFIC CONFERENCE OF ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY IX - 2012

Advances in Agricultural and Municipal Waste Technology to Anticipate Food and Energy Crisis Surabaya, 10 July 2012

ISBN 978-602-95595-5-2 1

Resistensi Bakteri Azotobacter Terhadap Logam Berat

Heavy Metal Resistance of Azotobacter

Arif Luqmana*, Maya Shovitri, Enny Zulaika aJurusan Biologi FMIPA-ITS Surabaya

*[email protected]

Abstrak

Azotobacter merupakan bakteri Gram negatif dan mampu memfiksasi nitrogen sehingga dapat dimanfaatkan sebagai pupuk biologis karena dapat meningkatkan kadar nitrogen di dalam tanah. Resistensi Azotobacter terhadap logam berat diharapkan dapat memaksimalkan bioremediasi pencemaran logam berat di tanah. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui tingkat resistensi Azotobacter terhadap logam berat Hg, Cd, Pb, dan Cu. Isolat Azotobacter yang digunakan merupakan koleksi laboratorium Mikrobiologi dan Bioteknologi Jurusan Biologi FMIPA-ITS yaitu Azotobacter A1, A2, A4, A6, S6, S8, dan S9. Pengujian tingkat resistensi dilakukan dengan metode streak slant secara aseptis pada medium nutrient agar yang mengandung HgCl2, CdCl2, PbCl2, dan CuCl2 dengan konsentrasi 25 - 50 ppm. Hasil inkubasi setelah 24 jam, semua genera Azotobacter sangat resisten terhadap logam Pb sampai dengan konsentrasi 50 ppm. Hanya Azotobacter S8 yang sangat resisten pada logam Cd sampai dengan 50 ppm, dan Azotobacter S9 sangat resisten terhadap Cu dan Cd sampai dengan 50 ppm. Semua genera Azotobacter kurang resisten terhadap logam Hg pada konsentrasi di atas 25 ppm. Toksisitas logam berat terhadap genera anggota Azotobacter berturut-turut dari yang kurang toksik adalah Pb < Cu < Cd < Hg.

Kata kunci: Azotobacter, logam berat, resistensi, toksisitas

Abstract

Azotobacter is a gram negative nitrogen-fixing bacteria that can be used as biological fertilizer to increase nitrogen level of soil. The heavy metal resistance of Azotobacter is expected to maximize the bioremediation of heavy metal pollution in soil. This study aims to determine the level of resistance to heavy metals Hg, Cd, Pb, and Cu to Azotobacter. Azotobacter isolates are the laboratory collection of Laboratorium Microbiology and Biotechnology, Jurusan Biologi FMIPA-ITS namely Azotobacter A1, A2, A4, A6, S6, S8, and S9. Azotobacter resistance test towards metals was accomplished by using the streak slant method with Nutrien Agar (NA)-HgCl2, CdCl2, PbCl2, and CuCl2 with various concentration level of 25 – 50 mg/L. After 24 hours of incubation, the growth of the isolates were observed. The results, all the genera Azotobacter highly resistant up to 50 ppm of Pb. Only Azotobacter S8 is highly resistant up to 50 ppm of Cd, and Azotobacter S9 is highly resistant to Cu and Cd up to 50 ppm. All the genera Azotobacter is less resistant to Hg at concentrations above 25 ppm. Heavy metal toxicity towards Azotobacter Pb < Cu < Cd < Hg.

Keywords: Azotobacter, heavy metal, resistance, toxicity

HP Omni 200

Highlight



2 ISBN 978-602-95595-5-2

1. Pendahuluan Logam berat merupakan bahan berbahaya dan bersifat toksik meskipun pada konsentrasi yang rendah (Lenntech, 2004). Logam berat bersifat toksik karena dapat berikatan dengan gugus fungsional enzim sehingga mengganggu aktivitas enzim (Duruibe et al., 2007). Menurut EPA, logam berat yang bersifat sangat toksik antara lain merkuri, timbal, arsen, kromium, tembaga, kadmium, kobalt, seng, nikel, mangan, dan berrylium (Velasques dan Dussan, 2009). Logam berat yang banyak mencemari perairan di Indonesia antara lain merkuri, timbal, kadmium, dan tembaga (Siregar dan Murtini, 2008) sehingga pencemaran logam berat di lingkungan akan berdampak negatif bagi kesehatan manusia dan lingkungan.

Logam berat bersifat non-degradable dan persisten, penghilangan logam berat dari lingkungan secara konvensional berdampak negatif karena tidak ramah lingkungan (non eco-friendly) (Ahluwalia dan Goyal, 2007). Bioremediasi merupakan metode yang ramah lingkungan untuk mengurangi logam berat di lingkungan yang tercemar. Bioremediasi menggunakan bakteri merupakan salah satu metode remediasi yang efektif karena bakteri mampu mentransformasi logam berat atau menyerap logam berat dari lingkungan secaa biosorpsi dan bioakumulasi (Vijayaraghavan dan Yun, 2008).

Azotobacter merupakan salah satu genera bakteri yang berpotensi digunakan sebagai agen bioremediasi pada lingkungan yang tercemar logam berat. Azotobacter merupakan salah satu genera bakteri yang resisten terhadap logam berat Hg, Pb, Cd, dan Cu (Zulaika et al., 2012, Ghosh et al., 1997). Azotobacter juga merupakan bakteri pemfiksasi nitrogen yang dapat meningkatkan kadar nitrogen di tanah (Madigan dan Martinko, 2006), sehingga sangat berpotensi untuk diaplikasikan pada lingkungan yang tercemar logam berat sekaligus sebagai agen biofertilizer lahan yang kekurangan unsur nitrogen. 2. Metode Penelitian Isolat Azotobacter yang digunakan merupakan koleksi Laboratorium Mikrobiologi dan Bioteknologi Jurusan Biologi FMIPA-ITS hasil isolasi dari hilir Kali Mas pada penelitian yang telah dilakukan Zulaika et al. (2012) dengan kode isolat A1, A2, A4, A6, S6, S8, dan S9. Uji resistensi terhadap logam berat dilakukan dengan menumbuhkan isolat Azotobacter pada medium agar miring NA-PbCl2, NA-CuCl2, NA-CdCl2, dan NA-HgCl2 dengan metode streak slant dan diinkubasi 24 jam pada suhu 37oC. Konsentrasi logam berat yang digunakan adalah 25 – 50 ppm dengan ulangan tiga kali. 3. Hasil dan Pembahasan Masing-masing isolat Azotobacter memiliki resistensi yang berbeda-beda terhadap logam berat yang diujikan. Semua isolat Azotobacter resisten terhadap logam berat Pb dan dapat tumbuh pada medium yang mengandung 50 ppm PbCl2. Pada medium yang mengandung CdCl2 konsentrasi 50 ppm hanya isolat S8 saja yang dapat tumbuh sedangkan pada medium yang mengandung CuCl2 50 ppm ada tiga isolat yang dapat tumbuh, yaitu A6, S8, dan S9. Sedangkan pada medium yang mengandung HgCl2 konsentrasi 50 ppm tidak ada isolat Azotobacter yang dapat tumbuh, resistensi maksimal pada konsentrasi 30 ppm dan isolat yang resisten adalah A6 dan S8 (Tabel 1 dan Gambar 1). Salah satu mekanisme resistensi terhadap logam berat yang dimiliki genera Azotobacter adalah biosorpsi. Biosorpsi merupakan mekanisme pengikatan logam berat pada dinding sel bakteri tanpa melibatkan adanya pembentukan energi (Hassan et al., 2010; Chojnacka, 2010). Kemampuan biosorpsi Azotobacter karena adanya eksopolisakarida



ISBN 978-602-95595-5-2 3

berupa alginat yang mengandung gugus karboksil sebagai tempat pengikatan logam berat (Saude et al., 2002; Papageorgiou et al., 2006).

Tabel 1. Resistensi genera Azotobacter terhadap logam berat Hg, Cd, Cu dan Pb

Logam

(ppm) Resistensi Azotobacter (%)

Pb A1 A2 A4 A6 S6 S8 S9

25 100 100 100 100 100 100 100

30 100 100 100 100 100 100 100

35 100 100 100 100 100 100 100

40 100 100 100 100 100 100 100

45 100 100 100 100 100 100 100

50 100 100 100 100 100 100 100

Cu A1 A2 A4 A6 S6 S8 S9

25 100 100 100 100 100 100 100

30 100 100 100 100 100 100 100

35 100 100 100 100 100 100 100

40 0 0 65 100 0 100 100

45 0 0 35 100 0 100 65

50 0 0 0 100 0 35 35

Cd A1 A2 A4 A6 S6 S8 S9

25 100 100 100 100 100 100 100

30 100 100 100 100 100 100 100

35 0 0 100 100 100 100 100

40 0 0 65 100 0 100 0

45 0 0 0 0 0 100 0

50 0 0 0 0 0 100 0

Hg A1 A2 A4 A6 S6 S8 S9

25 50 0 20 100 10 100 0

30 0 0 0 0 0 0 0

35 0 0 0 0 0 0 0

40 0 0 0 0 0 0 0

45 0 0 0 0 0 0 0

50 0 0 0 0 0 0 0

Selain biosorpsi, resistensi bakteri terhadap logam berat juga berhubungan dengan adanya gen resisten logam berat pada kromosomal, plasmid, dan transposon (Wang et al., 1989; Silver, 1996). Resistensi terhadap logam merkuri disandi oleh gen mer-operon yang mereduksi metil merkuri menjadi Hg2+ dan Hg2+ menjadi Hg0 volatil (Osborn et al., 1997; Silver, 1996). Resistensi terhadap tembaga disandi oleh gen cop-operon yang berperan dalam reduksi Cu2+ menjadi Cu+ dan resistensi terhadap logam kadmium disandi oleh gen cad-operon. Untuk resistensi logam berat Pb berhubungan dengan adanya transport aktif yang melibatkan ATP (Bruins et al., 2000).



4 ISBN 978-602-95595-5-2

(a) (b) (c) (d)

Gambar 1. Isolat Azotobacter S8 yang resisten terhadap logam berat Pb (a),

Cd (b), Cu (c) konsentarasi 50ppm dan Hg 25 ppm (d).

4. Kesimpulan Semua isolat Azotobacter resisten terhadap logam berat Pb 50 ppm. Isolat Azotobacter yang resisten terhadap Cd 50 ppm adalah S8 dan yang resisten terhadap Cu 50 ppm adalah A6, S8, dan S9. Semua isolat Azotobacter tidak resisten terhadap Hg 50 ppm. Urutan toksisitas logam berat terhadap genera Azotobacter dari yang kurang toksik adalah Pb < Cu < Cd < Hg. 5. Referensi Ahluwalia, S. S. and Goyal, D. (2007). Microbial and plant derived biomass for removal of

heavy metals from wastewater. Bioresource Technology, 98: 2243 – 2257.

Bruins, M.R., Kapil, S. and Oehme, F.W. (2000). Microbial Resistance to Metals in the Environment (Review), Ecotoxicology and Environmental Safety, 45: 198-207.

Chojnacka, K. (2010). Biosorption and bioaccumulation – the prospects for practical applications. Environment International 36: 299 - 307

Duruibe, J. O., Ogwuegbu, M. O. C. and Egwurugwu, J. N. (2007). Heavy metal pollution and human biotoxic effects. International Journal of Physical Sciences Vol. 2 (5): 112-118.

Ghosh, S., Sadhukhan, P. C., Ghosh, D. K., Chaudhuri, J. and Mandal, A. (1997). Elimination of Mercury and Organomercurials by Nitrogen-Fixing Bacteria. Bulletin Environmental Contamination Toxicology, 58: 993 – 998.

Hassan, S. H. A., Awad, Y. M., Kabir, M. H., Oh, S.E. and Joo, J. H. (2010). Bacterial Biosorption of Heavy Metals. Biotechnology

Madigan, M.T. and Martinko, J.M. (2006). Brock Biology of Microorganisms. 11th. Upper Saddle River, New Jersey: Pearson Education, Inc.

Osborn, A. M., Bruce K. D., Strike, P., and Ritchie, D. A. (1997). Distribution, Diversity, and Evolution of the Bacterial Mercury Resistance (mer) Operon. Elsevier. FEMS Microbiology Reviews, 19: 239 – 262.



ISBN 978-602-95595-5-2 5

Papageorgiou, S. K., Katsaros, F. K., Kouvelos, E. P., Nolan, J. W., Deit, H.L., and Kanellopoulos, N. K. (2006). Heavy metal sorption by calcium alginate beads from Laminaria digitata. Journal of Hazardous Materials, 137: 1765 - 1772

Saude, N., ze-Lange H.C., Beunard, D., Dhulster, P., Guillochon, D., Caze, A.-M., Morcellet, M., and Junter, G.A. (2002). Alginate production by Azotobacter vinelandii in a membrane bioreactor. Process Biochemistry, 38: 273 – 278.

Silver, S. (1996). Bacterial resistances to toxic metal ions - a review. Gene 179: 9 – 19.

Siregar, T. H. dan Murtini, J. T. (2008). Kandungan Logam Berat pada Beberapa Lokasi Perairan Indonesia pada Tahun 2001 sampai dengan 2005. Squalen Vol. 3 No. 1, Juni 2008

Velasques, L and Dussan, J. (2009). Biosorption and bioaccumulation of heavy metals on died and living biomass of Bacillus sphaericus. Journal of Hazardous Materials 16: 7:3 - 716

Vijayarghavan, K and Yun Y.S. (2008). Bacterial biosorbent and biosorption. Biotechnology Advances , 26: 266 - 291

Wang, Y., Moore, M., Levinson, H. S., Silver, S., Walsh, C., and Mahler, I. (1989). Nucleotide Sequence of a Chromosomal Mercury Resistance Determinant from a Bacillus sp. with Broad-Spectrum Mercury Resistance. Journal of Bacteriology, 83 – 92.

Zulaika, E., Luqman, A., Arindah, T., Sholikah, U. (2012). Bakteri resisten logam berat yang berpotensi sebagai biosorben dan bioakumulator. Seminar Nasional Waste Management for Sustainable Urban Development. Teknik Lingkungan, FTSP-ITS, 21 Pebruari 2012.

resistensi bakteri azotobacter terhadap logam berat...

Documents