DAUR NITROGEN

Hampir semua jazad mikro, tumbuhan tinggi dan hewan membutuhkan nitrogen (amonia,nitrat). Bentuk nitrogen anorganikini begitu juga nitrogen organik (protein,asam amino,asam nukleat dll.) relatigf sedikit ditemukan di dalam tanah/air, dan konsentrasinya kadang-kadang merupakan faktor pembatas bagi pertumbuhan tanaman. Keadaan ini menyebabkan transformasi nitrogen menjadi hal yang menarik bagi ahli mikrobiologi.

7

NO2

Amonia

N Tanah

Fiksasi oleh jazad mikro

N Udara

 

`

1. Penambatan gas nitrogen (N₂)

v  Simbiosis (Rhizobium,BGA)

v  Non simbiosis (Azorobacter, Azospirilum).

2. Amonnifikasi nitrogen seluler (Pseudomonas, Bacillus,Proteus)
3. Nutrifikasi a (Nitrosomonas,Notrosococcus), b (Nitrobacter,Nitrococcus)
4. Denitrifikasi (Pseudomonas,Nitrococcus)
5. Mineralisasi
6. Imobilisasi
7. Petir

Gambar 2 Skema Daur Nitrogen

Bagfian atas dari daur memperluhatkan cara nhitrogen atmosfer diubah langsung menjadi benda hidup oleh jazad hidup tanah. Proses selanjutnya setelan N terpendam dalam tumbuh-tumbuhan sebagai protoplasma dll, diubah kejaringfan hewan. Bila tumbuhan dan hewan mati dan hancur, jazad hidup saprofit mengubah nitrogen itu kembali menjadi amonium. Proses ini disebut amonifikasi. Oksidasi amonia menjadi nitrit (nutrifikasi tahap I) dilakukan oleh Nitrosomonas dan Nitrosococcus (khemoautotrof). Nitrit yang terbentuk dioksidasi lebih lanjut (nitrifgikasi tahap II) menjadi nitrat oleh jazad khemoautotrofg lain seperti Nitrobacter dan Nitrococcus. Beberapa bakteri dapat menggunakan nitrat sebagai sumber nitrogen seluler melalui proses reduksi. Umumnya disebut reduksi nitrat. Proses reduksi nitrat menjadi molekul nitrogen (N2) disebut denigfikasi (respirasi anaerob), tetapi bila nitrat direduksi hanya menjadi nitrit disenut reduksi nitrat. Bila nitrit direduksi menjadi amonia disebut denitrosigfikasi.

Protein tumbuhan     Amonifikasi       NH4+     denitrosigfikasi

    dan hewan                                                      nutrifikasi I

                       reduksi nitrat

NO2                                              NO3         

                        Nitriikasi                                 Denitrifikasi

Penambatan Nitrogen

Penambatan nitrogen adalah proses yang menyebabkan nitrogen bebas digabungkan secara kimia dengan unsur lain. Dalam atmosfer dengan satuan luas satu acre (0,46 ha) tanah diperkirakan ada 35.000 ton nitrogen bebas. Walaupun esensial mutlak bagi kehidupan, tidak satu molekulpun dapat digunakan begitu saja oleh tumbuhan, hewan atau manusia tanpa campur tangan jazad mikro penambat nitrogen.

Sejumlah jazad mikro tanah dan air mampu menggunakan molekul nitrogen dalam atmosfer sebagai sumber N. Jazad mikro ini dibagi menjadi dua kelompok menurut cara penambatan N yang dilakukan yaitu :

2.        Penambatan N secara non-simbiotik, yaitu jazad mikro yang mampu mengubah  molekulNmenjadi nitrogen sel secara bebas tanpa tergantung pada organisme hidup lainnya.

Jazad mikro penambat N itu secara enzimatis menggabungkan N atmosfer dengan unsur-unsur lain untuk membentuk senyawa N-organik dalam sel hidup. Dalam bentuk organik ini kemudian N dilepaskan kedalam bentuk terlambat, tersedia bagi tanaman baik secara langsung maupun melalui aktifitas jasad mikro.

Penambatan  N non-simbiotik dapat juga terjadi di atmosfer akibat halilintar dan nitrogen oksida yan terbentuk oleh pembakaran mesin dapat mengalami fotokimia dan nitrogen yang terikat dengan cara ini jatuh ke tanah bersama air hujan.

Penambatan Nitrogen Secara Simbiotik

Dalam sistem ini penambatan molekul nitrogen adalah hasil kerja sama mutualisme antara tumbuhan (leun dan tumbuhan lain) dengan sejenis bakteri. Masing-masin simbion secara sendiri-sendiri tidak dapat menambat nitrogen. Simbiosis antara bakteri dengan tumbuhan, misalnya antara species Rhizobium dengan legum adalah endosimbiosis, karena berlangsung didalam tumbuhan. Bakteri hidup dalam sel dan jaringan tumbuhan.

Di dalam tanah, bakteri Rhizobium bersifat organotrof, aerob, bentuk batang pleomorfi, gram negatif, tidak berspora dan berflagella (1-6). Bakteri ini mudah tumbuh dalam media biakan khususnya yang mengandung ragi atau kentang. Suhu optimum antara 25-30⁰C dengan pH optimum 7,0.

Bakteri Rhizobium bila masuk ke dalam sistem perakaran legum menyebabkan pembentukan bintil akar. Dalam bintil akar bakteri berubah bentuk menjadi bakteroid (bentul L,V,Y,T,X). Bakteri dalam bentuk bakteroid dapat menambat nitrogen dari udara dengan bantuan enzim nitrogenase yan dibentuk bakteri. Rhizobium yang tumbuh dalam bintil akar legum mengambil langsun nitrogen dari udara. Dengan aktivitas sselam abersama sel tanaman dan bakteri, nitrogen itu disusun menjadi senyawa nitrogen organik seperti asam amino dan polipeptida yang ditemukan dalam tumbuhan, bakteri dan tanah di sekitarnya. Penyediaan hara nitrogen oleh Rhizobium dapat mencapai 60-75 % dari jumlah yang dibutuhkan tumbuhan.

Agar mendapatkan keuntungan yang maksimum dari kegiatan Rhizobium, kita tidak dapat semata-mata tergantung pada infeksi spontan oleh mikroflora tanah. Banyak tampat yang mengandung Rhizobium yang tidak efektif. Jadi inokulasi dengan galur bakteri Rhizobium terpilih yang sesuai dengan tanaman inangnya dan mempunyai daya saing yang tingi terhadap mikroflora asli pada tanah setempat akan memberikan respons yang sangat nyata.

Penambatan Nitrogen Non-Simbiotik

Penambatan nitrogen secara hayati yang non sinbiotik dilakukan oleh jasad mikro yang hidup bebas. Menurut Tedja Imas dkk. (1989), beberapa jasad mikro yang dapat menambat N₂ secara non simbiotik adalah Azotobacter. Bakteri ini bersifat mesofilik dan aerob obligat dengan laju respirasi yang sangat tinggi. Efisiensi penambatan nitrogen rendah sehinga kurang berarti di alam Species lain adalah Beijerinckia dan Derxia, bersifat aerobik dan tumbuh baik pada keadaan asam (sampai pH 3). Bakteri ini umum dijumpai di tanah-tanah trofis.

Ada dua cara yang baik untuk mengukur perubahan nitrogen/penambatan nitrogen adalah :

1.            Penggunaan isotop ¹⁵N₂ dengan cara ini jazad mikro yang diteliti ditumbuhkan dengan diberi ¹⁵N₂ maka akan tergabung ke dalam protoplasma. Tehnik ini cukup sensitif dan tepat, tapi  ¹⁵N₂  sangat mahal harganya dan diperlukan alat canggih spektrotometer yang mahal.

2.            Dengan uji redaksi asetilin, metode ini berdasarkan pada prinsip bahwa jazad mikro yang dapat mereduksi N2 (berikatan 3) juga dapat mereduksi asetilin (juga berikatan 3).

N = N ------reduksià 2NH³

HC = CH ------reduksià H₂N = CH₃

Gas estilen yang merupakan hasil reduksi asetelin dapat ditentukan dengan mudah dengan menggunakan gas kromatografi. Cara ini termasuk sensitif, memerlukan substrat (asetelin) yang tidak mahal, dan gas kromatografi merupakan alat yang umum dipakai di banyak lab.

Faktor-faktor yang mempengaruhi penambatan nitrogen non simbiotik adalah faktor lingkungan, terutama ciri kimia dan fisika habitatnya (Tedja Imas,1989). Faktor-faktor tersebut meliputi ketersediaan senyawa nitrogen, kesediaan nutrigen anorganik, macam sumber energi yang tersedia, pH, kelembab,dan suhu.

Jazad mikropenambat N₂ pada umumnya juga mampu menggunakan amonium, nitrat, dan senyawa nitroge organik. Amonium lebih disukai dan bersama-sama dengan senyawa-senyawa yang dapat diubah menjadi amonium (seperti urea dan nitrat) merupakan penghambat penambatan nitrogfen yang paling efektif.

Bila jazad mikro penambatan nitrogen ditumbuhkan pada media yang mengandung garam-garam amonium dan senyawa nitrogen lainnya, beberapa nutrien anorganik diperlukan dalam jumlah lebih sedikit daipada medium tersebut bebas dari nitrogen.  Dalam penambatan nutrigen diperlukan molibdenum, besi, calsium dan kobalt dalam jumlah yang cukup.

Bagi jazad heterotrof, tersedianya sumber energi merupakan faktor utama yang membatasi laju dan besarnya asimilasi N₂. Penambatan gula sederhana, selulosa, jerami, atau sisa-sisa tanaman dengan nisbah C/N yang tinggi seringsekali meningkatkan dengan nyata transformasi N.

pH mempunyai pengaruh yang nyata, Azotobacter dan Sianobakteri tergolong sangat peka pada tanah-tanah dengan pH kurang dari 6,0 sedangkan Beijerinckia tidak peka dan dapat tumbuh dan menambat N₂ pada pH 3-9.

Kelembab tanah sering kali menentukan laju penambatan nitrogen dan kandungan air optimum tergantung pada tanah yang bersangkutan dan jumlah bahan organik yang tersedia. Bila kelembaban terlalu tinggi maka keadaan aerobik berubah menjadi anaerobik.

Suhu optimum bagi penambatan nitrogen adalah suhu sedang. Penambatan terhenti pada suhu beberapa derajat di atas suhu optimum. Di beberapa daerah beriklim sedang bagian Utara didapati bahwa penambatan nitrogen masih berlangsung sekalipun pada musim dingin. Jazad mikro pelakunya diperkirakan algae atau lumut kerak.

Nitrifikasi

Nitrogen atmosfer memasuki sistem tanah, selanjutnya melalui berbagai tahapan proses sebagian dari nitrogen tersebut dibebaskan dalam danah sebagai ion amonium.    N-amonium yang masuk ke dalam tanah digunakan oleh jazad amonifikasi dan jazad mikro lain yang dapat menggunakan senyawa tersebut, sebagian diserap oleh tanaman, serta sebagian lagi diikat oleh meneral liat. Selebihnya akan segera dioksidasi oleh bakteri-bakteri tertentu untuk mendapatkan nitrogen dan energinya. Yang terakhir ini dikenal sebagai nutrifikasi karena hasil akhirnya adalah N-nitrat. Nutrifikasi merupakan tahapan mineralisasi nitrogen sesudah amonifiksi.

Pembentukan nirat merupakan proses kimia alami, yaitu reaksi antara oksigen dan amonium daerah tanah sebagai katalisatornya. Pada tahun 1862, Pasteur mengfajukan hipotesis bahwa pembentukan nitrat tersebut adalah proses biologi yang analog dengan pembentukan alkohol menjadi cuka.