Daur Nitrogen dan Penambatan Nitrogen


Nitrogen bebas merupakan 79% dari udara. Unsur nitrogen hanya dapat dimanfaatkan oleh tumbuhan, umumnya dalam bentuk nitrat, dan pengambilannya khususnya lewat akar. Terbentuknya nitrat karena bantuan mkroorganisme. Penyusunan nitrat dilakukan secara bertahap oleh beberapa genus bakteri secara sinergetik.

Beberapa genera bakteri yang hidup bebas di dalam tanah  mampu mengikat molekul-molekul nitrogen untuk dijadikan senyawa-senyawa pembentuk  tubuh tanaman, misalnya protein. Jika sel-sel tanaman mati, timbullah zat hasil urai seperti karbondiosida dan gas amoniak. Sebagian besar dari amoniak terlepas di udara, dan sebagian lain dapat dipergunakan oleh genus bakteri untuk membentuk nitrit. Nitrit dapat dipergunakan oleh genus bakteri  yang lain untuk memperoleh energi. Oksidasi amoniak menjadi nitrit dan oksidasi nitrit berlangsung di dalam lingkungan yang aerob. Peristiwa seluruhnya disebut nitrifikasi. Tahap pertama yaitu pengoksidasian amoniak menjadi nitrit dilakukan oleh Nitrosomona, Nitrosococcus dan beberapa spesies lainya, sedang pengoksidasian nitrit menjadi nitrat dilakukan oleh Nitrobacter. Tahapan reaksinya sebagai berikut:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Sumber: Dwidjoseputro, 1982:158)

Belum diketahui pasti adanya penyusunan amoniak langsung dari nitrogen di udara. Reduksi dari nitrogen menjadi amoniak disebut Amonifikasi. Genus Bacillus yang hidup anaerob dapat melakukan amonifikasi ini.

Penguraian protein dengan mikroorganisme dimulai dengan hidrolisis protein secara enzimatik menjadi asam amino masing-masing, selanjutnya asam amaino yang dibebaskan dimetabolisme lebih lanjut. Selama jalannya metabolisme ini gugusan amino paling sering dibebaskan sebagai amoniak

 

 

 

Karena tumbuhan dapat memanfaatkan amoniak yang dibebaskan ini sebagai sumber nitrogen, siklus ini dapat terhenti karena menyangkut keseimbangan alam. Akan tetapi terdapat sejumlah besar bakteri autotrof yang memperoleh satu-satunya sumber energinya dari oksidasi amoniak menjadi nitrit.

 

 

Oksidasi ini diselenggarakan oleh sekelompok mikroorganisme aerob gram negatif yang sangat erat hubungannya. Pada tingkat ini kelompok  bakteri autotrof mengambil alih, bakteri ini memperoleh energinya dengan oksidasi nitrit menjadi nitrat. Akibatnya bentuk nitrogen utama dalam tanah ialah nitrat, yang juga dapat diguakan oleh tanaman sebagai sumber nitrogen.

 

Banyak bakteri mampu menggunakan nitrat sebagai penerima elektron terakhir mengantikan oksigen (“pernapasan anaerob”) dan bakteri ini mereduksi nitrat kembali menjadi nitrit. Jauh lebih kritis terhadap ekologi adalah organisme yang mampu mereduksi nitrit menjadi gas nitrogen, yang kemudian lepas ke udara. Gas nitrogen bebas tidak dapat  diasimilasi oleh tanaman jadi produksi  gas nitrogen dari sumber nitrogen anorganik merupakan kerugian langsung dalam kesuburan. Proses ini yang disebut denitrifikasi, dilakukan oleh banyak bakteri.

Daur nitrogen yang telah dibahas menggambarkan banyak bakteri yang mengubah senyawa-senyawa nitrogen menjadi gas nitrogen, suatu unsur yang tidak dapat dimanfaatkan oleh tanaman hijau. Jadi apabila tidak ada mekanisme mikroorganisme untuk mengubah gas nitrogen kembali menjadi senyawa nitrogen yang dapat dimanfaatkan keseimbangan alam akan terganggu. Untungnya banyak bakteri mempunyai kemampuan menambat nitrogen atmosfer dan membuatnya tersedia kembali bagi tanaman hijau sebagai amoniak atau nitrat. Bakteri yang menambat nitrogen atmosfer dapat dikategorikan sebagai penambat ntrogen hidup bebas atau sebagai penambat nitrogen simbiotik. Penambat nitrogen hidup yang bebas yang paling penting terdapat diantara sianobakteri dan dalam bakteri Azetobacter. Banyak bakteri lain seperti Clostridium dan bakteri fotosintesis juga mampu menambat nitrogen atmosfer.

Penambat nitrogen simbiotik adalah bakteri gram negatif yang kecil yang diklasifikasikan dalam marga rhizobium. Rhizobium mampu menginfeksi akar kelas tanaman leguminosa (kacang-kacangan, kedelai, dan sebagainya). Setelah menginfeksi akar, bakteri menjadi sel yang berbentuk tidak teratur (bakteroid) dan membentuk  bintil akar pada tempat infeksi. Di dalam  bintil ini bakteroid menambat nitrogen atmosfer (membantu tanaman) dan sebagai gantinya menerima hara dari tanaman yang dapat digunakan dalam metabolismenya sendiri (muncullah istilah simbiotik). Istilah simbosis umunya diartikan sebagai adanya kemitraan yang saling menguntungkan antara dua organisme. Penambat nitrogen simbiotik agaknya jauh lebih penting daripada penambat nitrogen yang hidup bebas dalam keseluruha penambatan nitrogen diseluruh dunia. Jadi tanah yang yang miskin nitrogen dapat diisi kembali dengan amoniak dan nitrat untuk pertumbuhan tanaman dengan penanaman leguminosa selama satu tahun. Inilah sebabnya mengapa para petani menggilir tanamannya dari tanah yang menghabiskan nitrogen (seperti jagung) sampai tanaman yang mengisi kembali nitrogen (seperti kedelai atau  alfalfa). Misalnya diperkirakan bahwa satu akre alfalfa mungkin menambat 400 pon nitrogen dalam satu musim. Sistem unuk penambatan nitrogen pada dasarnya identik  pada semua organisme (yaitu bakteri fotosintesis, Azotobater, Clostridium dan Rhizobium). Pada makalah ini khusus membahas rhizobium. Proses penambatan utama terdiri atas dua reaksi yang terpisah: (1) pembentukan reduksi  (2) pengikatan gas nitrogen. ATP diperlukan untuk reaksi yang pertama, yang elektronnya diteruskan dari feredoksin tereduksi ke reduktan yang hingga kini belum diketahui. Pada reaksi kedua gas nitrogen ditambatkan pada protein (nitrogase) yang mengandung molibdenum dan besi. Molibdenum penting dalam metabolsme nitrogen dan mikrorganisme. Penyediaan molibdenum yang cukup sangat penting untuk mempercepat fiksasi nitrogen oleh legum yang membentuk bintil. Reduksi keseluruhan yang paling sedikit terdiri atas dua langkah sebagai berikut:

 

 

 

 

Seperti ditunjukkan pada persamaan reaksi, tidak diketahui berapa molekul ATP diperlukan untuk proses ini. Karena tersedianya dan pengisian kembali nitrogen dalam tanah itu diperlukan untuk produksi makanan, menarik untuk mencatat arah penelitian yang kini berjalan dalam bidang ini. Dengan menggunakan teknik rekombinan DNA, gen penambat nitrogen dipindahkan ke dalam berbagai mikroorganisme yang berbeda-beda. Tujuannya ialah menghasilkan galur penambat nitrogen baru yang akan berfungsi dalam kondisi tanaman dan tanah yang tidak menguntungkan terhadap pertumbuhan  Rhizobium. Usaha juga sedang dilakukan untuk memindahkan gen penambat nitrogen langsung ke dalam sel tanaman. Keberhasilan usaha ini akan memungkinkan pertumbuhan biji-bijian serelia pada tanah yang miskin nitrogen.

 

 

 

 

Gambar Daur nitrogen (Volk&Wheeler, 1983:302)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar siklus nitrogen. Protein dan sampah hasil metabolisme hewan dan tanaman  didekompoisisi oleh bakteri menjadi amonia. Amonia  diubah menjadi nitrat oleh Nitrosomonas dan Nitrobacter, yang akan digunakan oleh tanaman. Beberapa nitrat terakumulasi pada nitrogen atmosfer yang akan kembali pada tanman legum melalui fiksasi nitrogen oleh mikroorganisme (umumnya rhozobium) menjadi nitrat, melalui konversi amonia. Hewan (termasuk juga manusia) memakan tanaman meliputi protein yang mengadung nitrogen. (sumber: Wesley, 1983:778)

Penemuan fiksasi nitrogen yang konsisten dalam ekstrak yang bebas sel dari Clostridium pasteurianum. Enzim nitrogenase dipisahkan, diselidiki ciri-cirinya dan sebagian besar ciri biokimianya yang telah dIpahami kecuali ciri metabolit antara nitrogen dan amonia. Hal ini memberi gambbaran mengenai meknisme penrunan sifat dibalik pembentukan bintil pada legum. Fiksasi nitrogen juga terdapat pada tanaman berbintil selain legum. Pada makalah ini dikhususkan pembahasan  pada tanaman berbintil Leguminoceae

Banyak aspek biokimiawi dari fiksasi nitrogen secara simbiotik yang masih belum dipahami dengan jelas. Gamabar berikut merupakan hasil ringkasan keseluruhan reaksi yang dapat mewakili hasil yang diperoleh dari homogenat bintil dan sediaan bakteroid bebas sel.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Sumber:Subba,1994:175)

Siklus Nitrogen dapat diringkas sebagai berikut:

1)      mikroorganisme merombak protein dasr sel-sel  yang mati menjadi asam-asam amino yang dapat diringkas sebagai berikut:

 

2)      Asam-asam amino dapat berubah menjadi amonia sebagai hasil kegiatan mikroorganisme

 

 

 

3)      Amonia dapat dioksidasikan oleh bakteri dengan proses:

 

 

 

Pada tahap kedua, Nitrobacter mengoksidasikan nitrit menjadi nitrat

 

 

 

4)      Nitrat adalah bentuk nitrogen yang paling umum digunakan oleh tumbuhan, untuk sintesis protein

5)      pengubahan nitrat menjadi nitrogen gas dapat dijelaskan dengan reaksi sebagai berikut:

 

 

(Sumber: Tarigan, 1988:41)

Daur Nitrogen dan Penambatan Nitrogen | Moch Wahib Dariyadi | 4.5

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *