ISOLASI DAN PRODUKTIVITAS UREASE BAKTERI UREOLITIK...

ISOLASI DAN PRODUKTIVITAS UREASE

BAKTERI UREOLITIK AGEN BIOGROUTING

DARI SAMPEL SEDIMEN SAWAH

ASAL MUARA GEMBONG (BEKASI)

LULU GISA DESIYANI

PROGRAM STUDI BIOLOGI

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA

2019 M / 1441 H

ISOLASI DAN PRODUKTIVITAS UREASE

BAKTERI UREOLITIK AGEN BIOGROUTING

DARI SAMPEL SEDIMEN SAWAH

ASAL MUARA GEMBONG (BEKASI)

SKRIPSI

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains

Pada Program Studi Biologi Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

LULU GISA DESIYANI

11150950000056

PROGRAM STUDI BIOLOGI

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA

2019 M / 1441 H

i

ABSTRAK

LULU GISA DESIYANI. Isolasi dan Produktivitas Urease Bakteri Ureolitik

Agen Biogrouting dari Sampel Sedimen Sawah asal Muara Gembong

(Bekasi). Skripsi. Jurusan Biologi. Fakultas Sains dan Teknologi. Universitas

Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta. 2019. Dibimbing oleh Dr. Megga

Ratnasari Pikoli, M.Si dan Dr. Hanies Ambarsari, BSc., M.ApplSc.

Sering dijumpai kerusakan tanah pada beton atau tembok-tembok berupa

keretakan, lubang-lubang dan kerusakan dangkal yang disebabkan oleh gerakan

tanah. Rendahnya kestabilan tanah menjadi salah satu penyebab terjadinya

gerakan tanah. Biogrouting atau juga dikenal dengan biosementasi merupakan

suatu metode untuk meningkatkan kestabilan tanah dan memperbaiki struktur

tanah yang rusak dengan memanfaatkan bakteri ureolitik yang berperan dalam

proses pengendapan kalsium karbonat (CaCO3). Tujuan penelitian ini adalah

untuk memperoleh isolat bakteri ureolitik dari sampel sedimen sawah asal Muara

Gembong (Bekasi) dan mengetahui produktivitas urease bakteri ureolitik dari

sampel sedimen sawah asal Muara Gembong (Bekasi). Produktivitas yang diukur

adalah konsentrasi amonia, konsentrasi sel, pH dan suhu. Hasil penelitian

diperoleh 3 isolat bakteri ureolitik yang berbeda dari sampel sedimen sawah asal

Muara Gembong (Bekasi) dan produktivitas isolat yang terukur adalah konsentrasi

amonia setelah 7 hari berkisar 2,78 – 6,09 ppm, konsentrasi sel setelah 7 hari

adalah berkisar 5,89×106 – 12,1 ×10

6 CFU/mL, pH hari ke-0 adalah 6,27 – 6,67,

pH hari ke-7 adalah 8,93 – 9,0 serta suhu hari ke-0 adalah 29 – 29,27oC dan suhu

hari ke-7 adalah 30,83 – 31,17oC. Berdasarkan analisis variansi, isolat 4 memiliki

potensi untuk dijadikan sebagai agen biogrouting.

Kata kunci: Gerakan tanah, Rendahnya kestabilan tanah, Biogrouting, Bakteri

ureolitik

ii

ABSTRACT

LULU GISA DESIYANI. Isolation and Urease Productivity of Ureolitic

Bacteria Biogrouting Agents From Rice Field Sediment Samples From

Muara Gembong (Bekasi). Thesis. Biology. Faculty of Science and

Technology Syarif Hidayatullah State Islamic University Jakarta. 2019.

Dibimbing oleh Dr. Megga Ratnasari Pikoli, M.Si dan Dr. Hanies Ambarsari,

BSc., M.ApplSc.

Soil damage to concrete or wall is often found in the form of fracturing, pits and

shallow damage from ground movements. Weak to soil is one of the causes of soil

movement. The biogrouting is also known as the biocementation as a method of

improving soil stability and improving damaged soil structures by using ureolytic

bacteria, that are responsible for the sedimentation of calcium carbonate. The

goals of this study is to get isolated ureolytic bacteria from the sediment samples

of the rice padded from Muara Gembong (Bekasi) and know the urethra

productivity of ureolytic bacteria from the sediment samples of rice padded from

Muara Gembong (Bekasi). The productivity measured is the ammonia

concentration, cell concentration, pH and temperature. The study has found that 3

different isolate bacteria from the the sediment samples of the rice padded from

Muara Gembong (Bekasi) and the measured isolation productivity is the ammonia

concentration after 7 days is about 2,78 – 6,09 ppm, cell concentration after 7 days

is a range 5,89×106 – 12,1×10

6 CFU/mL, the pH of 0 day is 6,27 – 6,67, pH of

day 7 is 8,93 – 9,0 and the temperature of the 0 day is 29 – 29,27oC and the

seventh day temperature is 30,83 – 31,17oC. Based on variance analysis, isolates 4

have the potential of being a biougrouting agent.

Keywords: Soil movement, Low ground stability, Biogrouting, Ureolytic bacteria

iii

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah S.W.T yang telah melimpahkan berkah, rahmat dan

karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Adapun tujuan

penulis menyusun skripsi ini adalah dalam rangka memenuhi tugas akhir untuk

memperoleh gelar sarjana sains pada Program Studi Biologi, Fakultas Sains dan

Teknologi, Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta. Penelitian ini

mengambil topik “Isolasi dan Produktivitas Urease Bakteri Ureolitik Agen

Biogrouting dari Sampel Sedimen Sawah Asal Muara Gembong (Bekasi)”.

Penyusunan skripsi ini di didukung oleh berbagai pihak baik dukungan moril

maupun materil, untuk itu dalam kesempatan ini penulis berterima kasih sebesar-

besarnya kepada:

1. Prof. Dr. Lily Surayya Eka Putri M.Env.Stud selaku Dekan Fakultas Sains

dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta yang telah memberikan izin

dan dukungan untuk melakukan penelitian ini.

2. Dr. Priyanti, M.Si selaku Ketua Program Studi Biologi Fakultas Sains dan

Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta yang telah memberikan izin dan

dukungan untuk melakukan penelitian ini.

3. Dr. Megga Ratnasari Pikoli, M.Si, selaku Pembimbing I dan Dr. Hanies

Ambarsari BSc., M.ApplSc selaku Pembimbing II yang telah meluangkan

waktu untuk memberi masukan serta bimbingan kepada penulis.

4. Aflakhur Ridlo, S.T, M.Sc, PhD beserta staf di Pusat Teknologi Lingkungan

(Geostech), Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT).

5. Prof. Dr. Lily Surayya Eka Putri M.Env.Stud selaku dosen penguji Seminar

Proposal yang telah memberikan saran dan kritik yang membangun

6. Dr. Nani Radiastuti, M.Si selaku dosen penguji Seminar Proposal dan Seminar

Hasil yang telah memberikan saran dan kritik yang membangun untuk

penenlitian

7. Etyn Yunita, M.Si selaku dosen penguji Seminar Hasil yang telah memberikan

saran dan kritik yang membantu dalam penulisan skripsi

8. Dr. Priyanti, M.Si selaku dosen penguji Sidang Skripsi yang telah

memberikan kritik dan saran yang membangun dan mendukung kelancaran

penelitian

iv

9. Dr. Fahma Wijayanti, M.Si selaku dosen penguji Sidang Skripsi yang telah

memberikan saran dan kritik yang membangun dan mendukung kelancaran

penelitian

10. Kedua Orang tua Abdul Hamid dan Thoyibah yang telah memberikan

dukungan, semangat, kasih sayang dan doa.

Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna, semoga

penelitian ini kelak memberikan banyak manfaat kepada pembacanya.

Jakarta, November 2019

Penulis

v

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK .............................................................................................................. i

ABSTRACT ........................................................................................................... ii

KATA PENGANTAR .......................................................................................... iii

DAFTAR ISI .......................................................................................................... v

DAFTAR TABEL................................................................................................ vii

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... viii

DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ ix

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang ........................................................................................... 1

1.2. Rumusan Masalah ...................................................................................... 2

1.3. Hipotesis ..................................................................................................... 2

1.4. Tujuan Penelitian ....................................................................................... 3

1.5. Manfaat Penelitian ..................................................................................... 3

1.6. Kerangka Berpikir ...................................................................................... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Biogrouting ................................................................................................. 5

2.2. Urease dan Bakteri Ureolitik ...................................................................... 7

2.3. Deskripsi Muara Gembong ........................................................................ 9

BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Lokasi dan Waktu Penelitian .................................................................... 11

3.2. Alat dan Bahan ......................................................................................... 11

3.3. Cara Kerja ................................................................................................ 11

3.4. Pembuatan Medium ................................................................................. 12

3.4.1. Isolasi dan Pengamatan Isolat .......................................................... 13

3.5. Pengukuran Produktivitas Urease ........................................................... 13

vi

3.6. Analisis Data ........................................................................................... 16

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil ......................................................................................................... 17

4.1.1. Hasil Isolasi Bakteri Ureolitik dari Sampel Sedimen Sawah asal

Muara Gembong (Bekasi) ........................................................................... 17

4.1.2. Produktivitas Isolasi Bakteri Ureolitik dari Sampel Sedimen Sawah

asal Muara Gembong (Bekasi) .................................................................... 17

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan ............................................................................................ 23

5.2. Saran ...................................................................................................... 23

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 24

LAMPIRAN ........................................................................................................ 29

vii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Morfologi Koloni dan Sel Isolat Bakteri Ureolitik dari Sampel Sedimen

Sawah Muara Gembong (Bekasi) ......................................................................... 17

viii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Kerangka Berpikir Penelitian ................................................................ 4

Gambar 2. Cara Kerja Pengukuran Produktivitas Isolat Bakteri Ureolitik ........... 12

Gambar 3. Kenaikan Konsentrasi Amonia Isolat (ppm) Setelah 7 Hari ............... 18

Gambar 4. Konsentrasi Sel Isolat Setelah 7 Hari .................................................. 19

Gambar 5. pH Isolat Hari ke-0 dan ke-7 ............................................................... 20

Gambar 6. Suhu (oC) Isolat Hari ke-0 dan ke-7 .................................................... 21

ix

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Isolasi Bakter Ureolitik Pada Medium Urea Agar Base Padat ........ 29

Lampiran 2. Hasil Pengamatan Warna Medium Oleh Bakteri Ureolitik .............. 31

Lampiran 3. Tabel Produktivitas Urease Bakteri Ureolitik .................................. 32

Lampiran 4. Tabel Analisis Variansi Produktivitas Urease .................................. 33

Lampiran 5. Grafik Kurva Standar Amonia .......................................................... 35

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Sering dijumpai kerusakan tanah pada beton atau tembok-tembok yang

disebabkan oleh gerakan tanah. Rendahnya kestabilan tanah menjadi salah satu

penyebab terjadinya gerakan tanah. Gerakan tanah didefinisikan sebagai suatu

gerakan massa tanah atau batuan menuju lereng bawah yang disebabkan tidak

adanya batuan lereng yang berfungsi untuk menahan gerakan massa tanah

tersebut. Kerusakan yang disebabkan gerakan tanah adalah keretakan, lubang-

lubang dan kelupasan dangkal pada permukaan (Karnawati, 2005).

Ada metode yang digunakan dalam meningkatkan kestabilan tanah, yaitu

metode grouting. Akan tetapi metode grouting memiliki beberapa kekurangan,

yaitu harga bahan kimia yang digunakan mahal dan hanya dapat diaplikasikan

pada titik injeksi terdekat pada struktur tanah yang diperbaiki (Hammes &

Verstraete, 2002). Mahalnya biaya yang harus dikeluarkan dalam pengaplikasian

metode grouting dapat mencapai $2 - $72 per m3 tanah (Ivanov & Chu, 2008).

Menurut Dejong et al. (2009), bahan kimia sintetik sulit didistribusikan secara

merata dan berbahaya untuk tanah. Oleh karena itu, diperlukan metode alternatif

yang dapat digunakan untuk meningkatkan kestabilan tanah dengan cara yang

ramah lingkungan, yaitu dengan pemanfaatan hayati yang disebut dengan metode

biogrouting.

Studi tentang biogrouting adalah penggunaan bakteri yang memproduksi

urease dalam teknik sipil dan geoteknik, karena kemampuan bakteri ureolitik

dalam menginduksi pengendapan kalsit dengan keberadaan urea dan kalsium

(Cheng & Cord-Ruwisch, 2013). Bakteri tersebut akan menghasilkan karbonat

hasil hidrolisis urea yang berikatan dengan kation kalsium yang diserap oleh

bakteri (Wei et al., 2015). Selanjutnya kalsium karbonat (CaCO3) yang dihasilkan

digunakan untuk memperbaiki keretakan pada beton (Krishnapriya, Venkatesh

Babu, & G., 2015). Penggunaan bakteri dalam biogrouting merupakan metode

inovatif dalam memanfaatkan bakteri untuk meningkatkan sifat-sifat fisik tanah

untuk meningkatkan kestabilan tanah, yang ramah lingkungan dan tidak

2

membutuhkan biaya yang besar (DeJong et al., 2011; Gat et al., 2014; Ivanov &

Chu, 2008). Bakteri ureolitik dapat ditemukan dalam berbagai sumber di

lingkungan seperti, pegunungan berkapur, sedimen tanah, stalaktit gua karst dan

sedimen laut. Beberapa bakteri yang telah berhasil diisolasi dari pegunungan

berkapur termasuk dalam genus Bacillus, Bulkholderia dan Pesteurella (Cacchio

et al., 2012).

Berdasarkan penelitian Jamil (2007), Muara Gembong adalah kecamatan

di Kabupaten Bekasi dengan luas area penggunaan sawah irigasi sebesar 15,7%

atau 2.090 hektar dari total luas wilayah yang merupakan porsi kedua terbesar

dalam penggunaan lahan di daerah tersebut. Luasnya pemanfaatan lahan untuk

pertanian karena kondisi Muara Gembong yang sesuai untuk pertanian. Curah

hujan di Muara Gembong dapat mencapai 1.838 mm pertahun dengan suhu

27,1oC sehingga lahan di Muara Gembong memiliki kriteria yang sesuai untuk

pertanian. Akan tetapi pemanfaatan lahan di Muara Gembong telah mengalami

perubahan pemanfaatan lahan yang terjadi dikarenakan banyaknya kegiatan

pembangunan di Muara Gembong dan mengakibatkan tingginya laju perubahan

lahan. Salah satu pemanfaatan lahan yang memberikan masalah adalah

pengembangan usaha pertanian yang mana dalam usaha pertanian tersebut adalah

menurunnya kualitas air di perairan pesisir yang disebabkan oleh masuknya

bahan-bahan beracun seperti pupuk urea, pestisida, fungisida dan insektisida.

Namun, keberadaan urea dari penggunaan pupuk urea di lahan sawah tersebut

dimanfaatkan oleh bakteri ureolitik untuk menghasilkan ion karbonat bereaksi

dengan ion kalsium di lingkungan tersebut lalu membentuk kalsium karbonat

(CaCO3) yang berguna untuk penutupan ruang pori tanah (Goenadi, 2017).

Penelitian ini merupakan proyek Insinas tahun 2019, Badan Pengkajian

dan Penerapan Teknologi (BPPT), Serpong terkait biogrouting. Tujuan dari

penelitian ini adalah untuk mengisolasi bakteri ureolitik dari sampel sedimen

sawah asal Muara Gembong (Bekasi) dan mengetahui produktivitas urease bakteri

ureolitik dari sampel sedimen sawah asal Muara Gembong (Bekasi).

Sepengetahuan penulis, ini adalah studi pertama yang melaporkan isolasi bakteri

ureolitik dari sedimen sawah asal Muara Gembong (Bekasi). Bakteri ureolitik

3

yang diperoleh dapat dijadikan sebagai alternatif yang baik untuk aplikasi

biogrouting.

1.2. Rumusan Masalah

1. Apakah terdapat bakteri ureolitik dari sampel sedimen sawah asal

Muara Gembong (Bekasi)?

2. Bagaimana produktivitas urease bakteri ureolitik dari sampel sedimen

sawah asal Muara Gembong (Bekasi)?

1.3. Hipotesis

Hipotesis untuk rumusan masalah nomor 1 adalah terdapat bakteri

ureolitik dari sampel sedimen sawah asal Muara Gembong (Bekasi).

1.4. Tujuan Penelitian

1. Memperoleh isolat bakteri ureolitik dari sampel sedimen sawah asal

Muara Gembong (Bekasi).

2. Mengetahui produktivitas urease bakteri ureolitik dari sampel sedimen

sawah asal Muara Gembong (Bekasi).

1.5. Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan memperoleh isolat bakteri ureolitik yang dapat

dimanfaatkan dan dikembangkan dalam meningkatkan kestabilan tanah dengan

metode biogrouting.

4

1.6. Kerangka Berpikir

Gambar 1. Kerangka Berpikir Penelitian

Meningkatkan kestabilan tanah

Metode yang digunakan dalam meningkatkan

kestabilan tanah

Biogrouting

Bakteri ureolitik

Murah dan

ramah

lingkungan

Sumber sedimen sawah

Isolasi

Diperoleh bakteri

ureolitik

Pengukuran produktivitas

urease

Agen biogrouting

Grouting

Mahal dan tidak

ramah lingkungan

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Biogrouting

Biogrouting yang juga dikenal sebagai biosementasi merupakan suatu

metode untuk meningkatkan kestabilan tanah, dengan memanfaatkan bakteri yang

berperan dalam proses pengendapan kalsium karbonat (CaCO3) yang bersifat

ramah lingkungan dan murah (Goenadi, 2017). Di sisi lain, proses biogrouting

menggunakan agen biologis yang dapat mempercepat sementasi, mikroorganisme

(ketika disuplai dengan substrat yang sesuai) mampu mengkatalisasi reaksi kimia

yang mengarah pada pengendapan senyawa anorganik yang membantu mengubah

sifat-sifat tanah (Paassen et al., 2009; Paassen, 2009). Menurut Ivanov & Chu

(2008), proses biogrouting dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu seleksi dan

identifikasi mikroorganisme yang sesuai, keamanan proses aplikasi, biaya dan

stabilitas sifat-sifat tanah setelah pengaplikasian biogrouting. Peran dari bakteri

yang digunakan dalam aplikasi biosementasi adalah sebagai pengganti bahan-

bahan kimia yang digunakan dalam proses grouting atau sementasi seperti

poliuretan, silikat, akrilat dan akrilamida.

Proses biogrouting dilakukan dengan memanfaatkan bakteri pengendap

kalsium karbonat (CaCO3) melalui hidrolisis urea dengan kemampuannya untuk

menginduksi kalsium karbonat (CaCO3), dalam jumlah tinggi pada waktu singkat

adalah proses yang paling mudah dan mudah dikontrol (Dhami et al., 2014).

Kalsium karbonat (CaCO3) merupakan mineral yang tersebar secara luas di bumi

dan banyak ditemukan di beberapa bebatuan di antaranya batu pasir atau batu

marmer. Kalsium karbonat atau dikenal dengan nama kalsit dapat mengendap

dalam keadaan pH basa, yaitu 8.8 – 9.0 (Stocks-fischer, Galinat, & Bang, 1999).

Menurut Hammes, Boon, Villiers, Verstraete, & Siciliano (2003), proses

terbentuknya kalsit dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu pH lingkungan,

konsentrasi kalsium dan konsentrasi karbonat.

6

Pemanfaatan kelompok bakteri pengendap kalsium karbonat (CaCO3)

mengacu pada kemampuannya dalam menghasilkan enzim urease yang berperan

dalam proses hidrolisis urea (Wei et al., 2015; Putra, Yasuhara, Kinoshita,

Neupane, &Lu, 2016). Kelompok bakteri penghasil enzim urease disebut sebagai

kelompok bakteri ureolitik yang akan mendegradasi urea menghasilkan ion

karbonat dan berekasi dengan ion kalsium yang akan menjadi kalsium karbonat

(CaCO3) yang berperan sebagai agen penghubung antara partikel pasir yang

kemudian akan melalui tahap sementasi dan akan mengubah partikel pasir

menjadi batuan pasir yang kompak (Goenadi, 2017; Lee, 2003). Bakteri ureolitik

yang telah dilaporkan dalam pemanfaatannya untuk proses biogrouting adalah

Bacillus sphaericus dan Sporosarcina pasteurii yang digunakan untuk

memperbaiki keretakan beton (De-Belie & De-Muynck, 2008; Ramachandran et

al., 2001; De-Muynck et al., 2008 ), Bacillus pseudifirmus dan Bacillus cohnii

digunakan untuk merawat permukaan beton (Jonkers & Schlangen, 2007; Jonkers,

2007). Sementara itu, menurut Sarayu et al. (2014), beberapa bakteri yang mampu

berperan dalam pengendapan kalsit melalui hidrolisis urea adalah Pseudomonas

putida, Arthrobacter sp., Desulfovibrio desulfuricans, Phormidium crobyanum

dan Homoeothrix crustacean.

Dalam Al-Quran, Allah SWT telah memberikan petunjuk tentang

penciptaan makhluk hidup termasuk didalamnya mikroorganisme yang

merupakan bagian dari makhluk hidup yang Allah SWT ciptakan. Hal tersebut

terdapat dalam surat Al-baqarah (2): 164 sebagai berikut:

Terjemahan: “Sesungguhnya dalam penciptaan langit dan bumi, silih bergantinya

malam dan siang, bahtera yang berlayar di laut membawa apa yang berguna

bagi manusia, dan apa yang Allah turunkan dari langit berupa air, lalu dengan

air itu Dia hidupkan bumi sesudah mati (kering)-nya dan Dia sebarkan di bumi

7

itu segala jenis hewan, dan pengisaran angin dan awan yang dikendalikan antara

langit dan bumi; sungguh (terdapat) tanda-tanda (keesaan dan kebesaran Allah)

bagi kaum yang memikirkan”.

Dari ayat tersebut dapat kita pelajari bahwa Allah SWT telah menciptakan

langit dan bumi untuk memenuhi kebutuhan manusia, maka sebagai manusia

seharusnya memperhatikan dan menyadari rahmat Allah yang begitu luar biasa

dengan begitu akan menambah keimanan kita pada Allah SWT dan memperluas

pengetahuan mengenai alam ciptaan-Nya. Selain itu, Allah juga menciptakan

segala jenis hewan baik yang dapat dilihat secara langsung dengan mata telanjang

maupun yang dapat dilihat dengan bantuan alat seperti mikroorganisme. Allah

menciptakan semua yang ada dilangit dan dibumi adalah sudah pasti bermanfaat

untuk manusia seperti bakteri yang dapat menyuburkan tanah dan manfaat lain

seperti untuk keperluan medis atau sipil. Hal tersebut menunjukkan bahwa kuasa

Allah begitu besar.

2.2. Urease dan Bakteri Ureolitik

Urease merupakan enzim yang dihasilkan dari banyak organisme, seperti

bakteri, ganggang, jamur, tanaman dan invertebrata. Enzim urease dalam tanah

berperan sebagai katalisator dalam proses hidrolis urea menjadi amonia dan asam

karbonat yang selanjutnya asam karbonat (Banarjee & Aggarwal, 2012). Urease

adalah enzim yang dihasikan oleh bakteri ureolitik yang tidak bersifat toksik

(Fujita, Ferris, Lawson, Colwell, & Smith, 2011). Enzim urease berperan dalam

proses hidrolisis urea menjadi amonium dan karbondioksida, saat proses hidrolisis

berlangsung akan terjadi kenaikan konsentrasi karbonat dan pH. Kemudian

karbonat yang dihasilkan dari proses tersebut akan berikatan dengan kalsium

untuk membentuk kalsium karbonat (CaCO3) (Krishnapriya et al., 2015).

Urease adalah enzim yang sangat sensitif terhadap pengelolaan lahan,

sehingga tanah yang secara intensif mengalami pengelolaan biasanya mempunyai

aktivitas enzim yang rendah. Berdasarkan penelitian Wandasari (2006),

penggunaan lahan secara intensif mempengaruhi C-biomassa mikroorganisme di

dalam tanah dan mempengaruhi aktivitas ureolitik. Aktivitas ureolitik di tanah

sawah rendah dikarenakan terjadi pengelolaan lahan, pemupukan dan penggunaan

pestisida sehingga memiliki struktur agregat tanah yang kurang baik.

8

Bakteri ureolitik memiliki keterlibatan besar dalam proses pengendapan

kalsium karbonat (CaCO3) untuk memperkuat dan meningkatkan kestabilan tanah.

Peran bakteri ureolitik dalam teknologi biogrouting adalah memproduksi enzim

urease untuk pengendapan kalsium karbonat (CaCO3). Selain itu, bakteri tersebut

juga memiliki kemampuan untuk bertahan dan resisten terhadap tanah yang

memiliki konsentrasi urea dan kalsium yang tinggi. Bakteri ini merupakan

kelompok bakteri yang dapat membentuk spora yang berguna dalam pembentukan

bahan semen (Goenadi, 2017). Hirolisis urea membentuk endapan kalsium

karbonat (CaCO3) yang dikatalis oleh enzim urease dituliskan pada persamaan

berikut (Hammes et al., 2003):

CO(NH2)2 + H2O NH2COOH + NH3 (1)

NH2COOH + H2O NH3 + H2CO3 (2)

H2CO3 HCO3- + H

+ (3)

2NH3 + 2H2O 2NH4+

+ 2OH-

(4)

HCO3- + H

+ + 2NH4

+ + 2OH

- CO3

2- + (5)

2NH4 + 2H2O

CO32-

+ Ca2+

CaCO3 (6)

Satu mol urea terhidrolisis secara intraseluler menjadi 1 mol amonia dan 1

mol karbamat (persamaan 1), selanjutnya terhidrolisis menjadi 1 mol amonia dan

1 mol asam karbonat (persamaan 2), produk-produk tersebut selanjutnya akan

seimbang dalam air membentuk bikarbonat dan 2 mol ion amonium dan

hidroksida (persamaan 3 dan 4) yang akan menyebabkan kenaikan pH dan

menggeser kesetimbangan bikarbonat, menghasilkan ion karbonat (persamaan 5)

yang berikatan dengan ion kalsium terlarut pada tanah kemudian membentuk

endapan kalsium karbonat (persamaan 6) (Hammes et al., 2003). Bakteri ureolitik

dipilih sebagai agen dalam perbaikan kestabilan tanah atas dasar kelangsungan

hidup mereka di lingkungan alkali (Chahal, Rajor, & Siddique, 2011). Bakteri

ureolitik merupakan kelompok bakteri yang mengandung enzim urease yang

berperan dalam proses pembentukan kalsium karbonat (CaCO3).

9

2.3. Deskripsi Muara Gembong (Bekasi)

Menurut (Jamil, 2007), Muara Gembong merupakan kecamatan terluas di

Bekasi dengan luas wilayah sekitar 13.310 hektar dengan 60% wilayahnya

merupakan wilayah pantai. Secara umum lahan di wilayah Muara Gembong

memiliki totopgrafi yang datar yang mana topografi datar dan berair

menyebabkan kondisi tanahnya memiliki pH yang rendah (masam). pH tanah di

Muara Gembong berkisar antara 4,5-5,5. Rendahnya pH tersebut diakibatkan oleh

tingginya kadar ferit diwilayah tersebut. Pemanfaatan lahan di Muara Gembong

paling tinggi adalah diperuntukkan untuk tambak yakni sebesar 66,97% atau

sekitar 8.914 hektar dari luas wilayah Muara Gembong dan lahan yang

dimanfaatkan untuk sawah irigasi berada diposisi kedua dengan pemanfaatan

lahan seluas 15,7% dari total luas wilayah Muara Gembong. Luasnya

pemanfaatan area untuk pertanian dikarenakan kesesuaian kondisi Muara

Gembong untuk pertanian. Curah hujan di Muara Gembong dapat mencapai 1.838

mm pertahun dengan suhu 27,1oC sehingga berdasarkan kondisi tersebut lahan di

Muara Gembong memiliki kriteria yang sesuai untuk pertanian. Akan tetapi

pemanfaatan lahan di Muara Gembong telah mengalami perubahan yang cukup

signifikan dalam kurun waktu 40 tahun. Perubahan pemanfaatan lahan yang

terjadi dikarenakan banyaknya kegiatan pembangunan di Muara Gembong

mengakibatkan tingginya laju pertumbuhan dan perubahan lahan. Salah satu

pemanfaatan lahan yang memberikan masalah terhadap ekosistem pesisir adalah

pengembangan usaha pertanian yang mana dalam usaha pertanian tersebut adalah

menurunnya kualitas air di perairan pesisir yang disebabkan oleh masuknya

bahan-bahan beracun seperti pupuk, pestisida, fungisida dan insektisida.

Pupuk merupakan suatu bahan yang sering dimanfaatkan dalam usaha

pertanian untuk memberikan kesuburan pada tanah ketika tanah tersebut

kehilangan unsur hara yang disebabkan oleh pengelolaan lahan seperti yang

terjadi pada tanah sawah. Selain itu, pupuk juga diberikan agar tanaman tumbuh

dan berkembang dengan baik guna memperoleh hasil produksi yang sesuai

harapan, karena tanaman akan menyerap unsur hara yang berasal dari pupuk

tersebut (Riady, 2015).

10

Para petani dalam melakukan aktivitas pertaniannya banyak menggunakan

pupuk anorganik seperti pupuk urea karena pupuk urea mudah larut dalam air dan

mudah diserap oleh tanaman (Ramadhani, 2014). Pupuk urea merupakan pupuk

anorganik yang berbentuk padatan putih seperti butiran kristal yang mengandung

unsur nitrogen tinggi, yaitu sebesar 46% dari total komposisi pupuk urea

(Ambarwati, 2008). Kandungan nitrogen yang terdapat dalam pupuk urea sangat

penting bagi pertumbuhan tanaman di antaranya pertumbuhan organ-organ

tanaman, karena nitrogen merupakan unsur penyusun asam amino, amida dan

nukleoprotein yang sangat penting dalam proses pembelahan sel. Jika proses

pembelahan sel dapat berlangsung dengan baik maka akan berpengaruh besar

terhadap pertumbuhan tanaman seperti bertambahnya bobot, ukuran, jumlah sel

dan volume. Selain berperan penting dalam proses pembelahan sel, nitrogen juga

berperan dalam pembentukan klorofil yang berkaitan dengan proses fotosintesis,

jika klorofil yang terbentuk tinggi maka laju fotosintesis juga tinggi dan fotosintat

yang dihasilkan juga meningkat (Kresnatita, Koesriharti, & Santoso, 2013).

11

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Lokasi dan Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan di Laboratorium Mikrobiologi Geostech, Pusat

Teknologi Lingkungan (PTL) - Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi

(BPPT) Serpong, Tangerang Selatan. Penelitian ini dilakukan bulan Januari

sampai September 2019.

3.2. Bahan dan Alat

Bahan-bahan yang diperlukan dalam penelitian ini adalah sampel sedimen

sawah koleksi Balai Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT) asal Muara

Gembong (Bekasi), akuades steril, agar, pepton, nutrient broth, D-glukosa, NaCl

(natrium klorida), KH2PO4 (potassium dihidrogen fosfat), C19H14O5S (phenol

red), CH4N2O (urea), C6H5K3O7 (kalium sitrat), HCl (hidrogen klorida), C6H5OH

(fenol), C2H5OH (etanol), CH3OH (methanol), C3H6O (aseton), NaOH (natrium

hidroksida), NaOCl (natrium hipoklorit), (NH4)2SO4 (amonium sulfat), C7H8

(toluena), alkohol 70%, alkohol 96%,, kertas label, kapas, kertas tissue dan

pembakar api bunsen.

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah cawan petri, labu

ukur, batang drugalsky, pipet ukur, pipet tetes, mikro pipet, mikro tip, gelas ukur,

tabung reaksi, pH meter, termometer celcius, vortex, autoklaf, microwave,

inkubator, ose bulat, ose lurus, kertas saring Whatman no 41, kaca objek, kaca

penutup, spektrofotometer Jasco V 530, mikroskop cahaya, laminar air flow

cabinet, neraca analitik dan spatula.

3.3. Cara Kerja

Cara kerja dalam penelitian ini dapat dilihat pada alur kerja (Gambar 2).

12

Gambar 2. Cara Kerja Pengukuran Produktivitas Isolat Bakteri Ureolitik

3.4. Pembuatan Medium

Medium urea agar base dibuat dengan menimbang 1 g pepton, 1 g D-

glukosa, 2 g potassium dihidrogen fosfat, 5 g natrium klorida, 0,0012 g phenol

red dan 15 g, kemudian bahan-bahan tersebut di larutkan dalam akuades 950 mL.

Setelah larut medium disterilisasi menggunakan autoklaf dengan suhu 121oC

selama 20 menit dengan tekanan 1,06 kg/cm2 dan didinginkan hingga suhu

mencapai 45-50oC, selanjutnya medium ditambahkan 50 mL larutan urea 40%

yang telah disterilisasi dengan UV pada panjang gelombang 270 nm selama 15

menit lalu diaduk. Medium urea agar base cair dibuat dengan komposisi dan cara

yang sama dengan media urea agar base tetapi tanpa penambahan agar (Himedia,

2018) Tahap berikutnya, yaitu pembuatan medium NA-Urea dengan melarutkan

Persiapan alat dan bahan

Pembuatan medium

Isolasi, pemurnian isolat dan pengamatan

isolat

Pengukuran

konsentrasi amonia

Penyiapan isolat dan pembuatan larutan

untuk pengukuran produktivitas urease

Pengukuran

konsentrasi sel

Pengukuran pH dan

suhu

Analisis data

13

8 g nutrient broth dan 15 g agar ke dalam 950 mL akuades lalu diaduk sampai

larut dan disterilisasi menggunakan autoklaf dengan suhu 121oC selama 20 menit

dengan tekanan 1,06 kg/cm2 dan didinginkan hingga suhu mencapai 45-50

oC, lalu

media ditambahkan 50 mL larutan urea 40% yang telah disterilisasi dengan UV

pada panjang gelombang 270 nm selama 15 menit dan diaduk sampai tercampur

rata. Sinar UV pada panjang gelombang 200-300 nm bersifat bakterisidal

sehingga dapat digunakan untuk membunuh mikroorganisme (Nakahashi et al.,

2014).

3.4.1. Isolasi dan Pengamatan Isolat

Sampel sedimen sawah diambil 1 g dan dilarutkan pada 9 mL larutan NaCl

0,85% dalam tabung reaksi dan dilakukan pengenceran 10-1

sampai 10-4

.

Kemudian masing-masing pengenceran diambil 0,1 mL lalu diinokulasikan pada

medium urea agar base padat dengan metode spread plate pada medium dan

diinkubasi pada suhu 35oC selama 48 jam. Koloni-koloni yang tumbuh dengan

morfologi yang berbeda pada medium urea agar base padat diinokulasi secara

goresan (streak plate) pada medium urea agar base padat yang baru disimpan

dalam inkubator pada suhu 35oC selama 48 jam. Koloni yang mempunyai

aktivitas urease akan menunjukkan perubahan warna pada medium isolasi dari

jingga menjadi merah ungu (Lampiran 1). Selanjutnya isolat yang masih

bercampur dimurnikan pada medium urea agar base padat baru dan dilihat

kembali isolat yang positif ureolitik. Isolat yang positif ureolitik di uji kembali

pada media urea agar base cair, dan koloni yang dapat mengubah warna medium

urea agar base cair yang semula jingga menjadi merah keunguan akan dipilih

sebagai isolat bakteri ureolitik dalam penelitian ini (Lampiran 2). Kemudian isolat

murni positif ureolitik ditumbuhkan pada medium NA-Urea dan Urea Agar Base

cair sebagai stok isolat. Isolat murni diamati morfologinya antara lain, bentuk

koloni, permukaan, tepi, elevasi, gram dan bentuk sel. Pengamatan dilakukan

setelah inkubasi selama 48 jam dalam inkubator dengan suhu 35oC.

3.5. Pengukuran Produktivitas Urease (Tabatabai & Bremner, 1969)

Stok isolat diambil 1 ose dan dimasukkan ke dalam 10 mL media urea

agar base cair (dilakukan 3x ulangan) kemudian diinkubasi pada suhu 35oC

selama 48 jam. Selanjutnya masing-masing ulangan diambil 1 mL berturut-turut

14

dimasukkan ke dalam 8 tabung untuk 1 kali ulangan yang telah berisi media urea

agar base cair baru. Empat tabung pertama digunakan untuk pengukuran

produktivitas isolat hari ke-0 dan 4 tabung lainnya untuk pengukuran

produktivitas isolat hari ke-7.

Pengukuran produktivitas isolat yang dilakukan adalah pengukuran

konsentrasi amonia, konsentrasi sel, pH dan suhu. Pengukuran konsentrasi amonia

membutuhkan beberapa larutan, yaitu larutan natrium-fenol, natrium-hipoklorit,

urea 10%, stok amonium sulfat dan blanko. Larutan yang pertama dibuat adalah

larutan natrium fenol, larutan natrium fenol dibuat dengan dua langkah, yaitu

langkah (a) dan (b). Langkah (a), yaitu fenol ditimbang sebanyak 6,25 g lalu

dilarutkan dalam 20 mL etanol lalu ditambahkan 2 mL metanol dan 18,5 mL

aseton, kemudian ditambahkan kembali dengan etanol sampai volume menjadi

100 mL. Selanjutnya langkah (b), 27 g NaOH dilarutkan dalam 100 mL akuades.

Masing-masing larutan (a) dan larutan (b) diambil sebanyak 20 mL dan

dimasukkan ke dalam labu ukur 100 mL, lalu tambahkan akuades sampai volume

menjadi 100 mL dan larutan natrium-fenol siap digunakan.

Larutan kedua yang dibuat adalah larutan natrium-hipoklorit, larutan

dibuat dengan melarutkan 281,7 mL natrium-hipoklorit ke dalam akuades 1000

mL. selanjutnya, yaitu pembuatan larutan urea 10% dengan cara 10 g urea

dilarutkan dalam 100 mL akuades lalu dikocok dan diperoleh larutan urea 10%.

Larutan stok amonium sulfat dibuat dengan menimbang 4,717 g

(NH4)2SO4 ke dalam 1000 mL akuades. Disiapkan larutan kerja dengan

melarutkan 10 mL larutan stok di dalam 990 mL akuades. Larutan ini

mengandung 10 µg NH3N. Disiapkan labu erlenmeyer 50 mL, dipipet larutan

kerja tersebut sebanyak 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18 dan 20 mL. Jumlah ini

setara dengan 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,2; 1,6; 2; 2,4; 2,6; 2,8 dan 4 ppm NH3-N/mL.

Kemudian ditambahkan berturut-turut 10 mL akuades, 4 mL natrium fenol dan 3

mL larutan natrium hipoklorit dan dikocok sampai homogen selama 20 menit.

Setelah 20 menit dengan menggunakan akuades volume dibuat menjadi 50 mL

dan diukur intensitas cahayanya pada panjang gelombang 590 nm pada

spektrofotometer Jasco V 530. Kurva standar amonia disajikan pada Lampiran 5.

15

Larutan terakhir yang dibuat untuk pengukuran konsentrasi amonia adalah

blanko, yaitu disiapkan larutan yang terdiri dari 10 mL akuades, 4 mL natrium

fenol, 3 mL larutan natrium hipoklorit dalam labu erlenmeyer 50 mL dan dikocok

larutan tersebut kemudian ditambahkan dengan akuades sampai volumenya

menjadi 50 mL.

Larutan yang telah dibuat siap digunakan untuk pengukuran konsentrasi

amonia. Amonia yang terbentuk dari hasil hidrolisis urea diukur untuk

menetapkan aktivitas ureolitik. 10 mL media yang telah diinokulasikan isolat

bakteri dimasukkan dalam labu erlenmeyer 100 mL dan ditambahkan 15 mL

toluena lalu dihomogenkan dan didiamkan selama 15 menit kemudian

ditambahkan 10 mL larutan urea 10% dan 20 mL larutan buffer sitrat dengan pH

6,7 lalu dikocok campuran tersebut. Kemudian labu erlenmeyer tersebut ditutup

dengan sumbat dan diinkubasi dengan suhu 37oC selama 3 jam. Kemudian

ditambahkan akuades sampai volume menjadi 100 mL kemudain ditutup kembali

labu erlenmeyer dan dikocok. Selanjutnya suspensi disaring dengan menggunakan

kertas saring Whatman no 41 dan dimasukkan berturut-turut ke dalam labu

erlenmeyer 1 mL filtrat, 10 mL akuades, 4 mL larutan natrium-fenol, 3 mL larutan

natrium hipoklorit lalu dikocok dan didiamkan selama 20 menit lalu ditambahkan

akuades sampai volume menjadi 50 mL dan dikocok kembali. Kemudian larutan

diukur dengan menggunakan Spektrofotometer Jaco V 530 dengan panjang

gelombang 590 nm.

Pengukuran konsentrasi sel dilakukan dengan total plate count (TPC)

dengan cara 0,1 mL isolat diambil dari tabung K0.1, K0.2 dan K0.3 untuk

pengukuruan hari ke-0, lalu di masukkan pada tabung reaksi yang berisi 9 mL

urea base yang belum berisi isolat sehingga didapatkan pengenceran 10-1

dan

dilanjutkan pengenceran 10-2

, 10-3

dan 10-4

. Pengukuran pada hari ke-7 dilakukan

cara yang sama dengan pengukuran hari ke-0.

Pengukuran pH dilakukan dengan cara diambil 10 mL isolat dari tabung

pH0.1, pH0.2 dan pH0.3 untuk pengukuran pH pada hari ke-0. Lalu untuk

pengukuran di hari ke-7 dilakukan cara yang sama, yaitu diambil 10 mL isolat

dari tabung pH7.1, pH7.2 dan pH7 kemudian diukur pH dengan menggunakan pH

meter. Pengukuran terakhir adalah pengukuran suhu, diambil 10 mL dari tabung

16

T0.1, T0.2 dan T0.3 untuk pengukuran suhu hari ke-0 lalu T7.1, T7.2 dan T7.3

untuk pengukuran suhu hari ke-7 dengan menggunakan termometer celcius.

3.6. Analisis Data

Data pengukuran konsentrasi amonia, konsentrasi sel, pH dan suhu

dianalisis secara parametrik menggunakan analisis variansi pada signifikansi 0,05.

Hasil analisis variansi yang diperoleh disajikan pada Lampiran 4.

17

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Isolasi Bakteri Ureolitik dari Sampel Sedimen Sawah Muara

Gembong (Bekasi)

Bakteri murni yang diperoleh adalah 4 isolat dan setelah dilakukan seleksi

pada media urea agar base cair, didapat 3 isolat bakteri yang positif melakukan

aktivitas ureolitik. Hal tersebut menunjukkan bahwa sampel uji yang berasal dari

sedimen sawah dapat dijadikan sumber isolasi bakteri ureolitik karena sedimen

sawah mengandung pupuk urea yang dimanfaatkan oleh bakteri ureolitik untuk

menghasilkan amonia dari hidrolisis urea, selanjutnya bakteri memanfaatkan

amonia tersebut untuk menghasilkan ATP (Cheng & Cord-Ruwisch, 2013). Selain

itu sedimen sawah mengandung partikel, mineral, bahan organik dan organik yang

melimpah, sehingga menjadi tempat ideal bagi bakteri untuk hidup (Waluyo,

2008). Tiga isolat bakteri yang telah diamati koloni dan sel dapat dilihat pada

Tabel 1. Ketiga isolat yang telah diamati memiliki ciri morfologi yang berbeda.

Sementara itu, reaksi gram yang diperoleh adalah 2 isolat merupakan gram negatif

berbentuk coccus dan 1 isolat gram positif berbentuk bacil.

Tabel 1. Morfologi Koloni dan Sel Isolat Bakteri Ureolitik dari Sampel Sedimen

Sawah Muara Gembong (Bekasi)

No Nomor

Isolat

Morfologi Koloni Morfologi Sel

Bentuk Permukaan Elevasi Tepi Gram Bentuk

Sel

1 Isolat 1 Tidak

berpola

Kasar Rata Berlobus Negatif Coccus

2 Isolat 2 Lingkaran Halus Menonjol Rata Positif Bacil

3 Isolat 4 Lingkaran Halus Rata Rata Negatif Coccus

Keterangan: Coccus (bulat); Bacil (silinder atau batang)

4.2. Produktivitas Isolat Bakteri Ureolitik dari Sampel Sedimen Sawah

Muara Gembong (Bekasi)

Peningkatan konsentrasi amonia yang diperoleh dapat dilihat pada Gambar

3. Terjadi aktivitas ureolitik pada ketiga isolat bakteri ditandai dengan

meningkatnya konsentrasi amonia dari hari ke-0 dan ke-7 (Lampiran 3).

Peningkatan konsentrasi amonia dari ketiga isolat menunjukkan hasil yang

18

berbeda nyata berdasarkan analisis variansi (0,05) (Lampiran 4). Peningkatan

konsentrasi amonia tertinggi didapat dari isolat 4, yaitu sebesar 6,09 ppm dengan

rata-rata konsentrasi amonia yang didapat dari ketiga isolat adalah sejumlah 4

ppm. Hasil rata-rata konsentrasi amonia pada penelitian ini lebih rendah dari

penelitian Chahal et al. (2011), yang memperoleh rata-rata konsentrasi amonia

sebesar 5,93 ppm yang didapat dari 3 isolat. Perbedaan rata-rata konsentrasi

amonia dapat disebabkan oleh perbedaan medium yang digunakan. Medium yang

digunakan pada penelitian tersebut telah dioptimasi, diperkaya dengan

menambahkan kaldu gizi, amonium klorida dan kalsium klorida sehingga isolat

bakteri memiliki aktivitas metabolisme lebih baik dan konsentrasi amonia yang

dihasilkan lebih tinggi. Sedangkan medium pada penelitian ini belum dilakukan

optimasi.

Gambar 3. Peningkatan Konsentrasi Amonia Isolat Setelah 7 Hari

Sementara itu, peningkatan konsentrasi sel yang diamati setelah 7 hari

dapat dilihat pada Gambar 4. Ketiga isolat bakteri menunjukkan peningkatan

konsentrasi sel mencapai 106 CFU/mL. Analisis variansi (0,05) yang dilakukan

diperoleh bahwa ketiga isolat menunjukkan perbedaan yang nyata (Lampiran 4).

Isolat yang menunjukkan peningkatan konsentrasi sel paling tinggi adalah isolat 4

dengan peningkatan sebesar 12,1×106 CFU/mL. Berdasarkan penelitian Khattra,

Parmar & Phutela (2016), peningkatan kekuatan tekan beton diperoleh hasil

kekuatan tekan beton pada konsentrasi sel 106 CFU/mL yang diamati pada balok

2.86 2.78

6.09

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

Isolat 1 Isolat 2 Isolat 4

Peningkatan

Konsentrasi

amonia (ppm)

Nomor Isolat

19

beton yang diujikan selama 7 hari menunjukkan peningkatan 73.39% yang berarti,

konsentrasi sel 106 CFU/mL dapat digunakan sebagai agen biogrouting.

Gambar 4. Peningkatan Konsentrasi Sel Isolat Setelah 7 Hari

Produktvitas isolat bakteri selain dilihat dari konsentrasi amonia dan

konsentrasi sel yang diperoleh, dilihat pula dari pH (Gambar 5). pH medium yang

terukur pada hari ke-0 cenderung asam, yaitu 6,27 - 6,67. Kemudian pada hari ke-

7 menjadi basa, yaitu 8,93 – 9,0. Hasil peningkatan pH setiap isolat tidak berbeda

nyata berdasarkan analisis variansi (0,05), sehingga tidak dapat menentukan isolat

yang memberikan hasil terbaik. Menurut Zhang et al. (2016), sebenarnya dalam

kondisi asam hidrolisis urea atau pengendapan kalsium tetap terjadi, tetapi akan

membutuhkan waktu lebih lama dibanding dengan kondisi basa. Peningkatan pH

yang diperoleh dari hidrolisis urea ketiga isolat masih termasuk kedalam pH yang

biasa terukur pada aktivitas ureolitik. Hal tersebut sesuai dengan Stocks-fischer et

al. (1999) yang melaporkan bahwa pH pada aktivitas ureolitik terukur mencapai

pH 8,8-9.0 Menurut Zusfahair, Ningsih, Fatoni, & Pertiwi (2018), sebagian besar

bakteri menunjukkan pH optimal aktivitas ureolitik pada kondisi netral atau basa.

Ketika pH menunjukkan pH optimal, berarti konformasi enzim berada dalam

kondisi ideal, hal tersebut yang menyebabkan interaksi antara enzim dan substrat

menjadi maksimal dalam proses hidrolisis urea dan membentuk produk.

8.18

5.89

12.1

0

2

4

6

8

10

12

14

16


Peningkatan

Konsentrasi

Sel (106

CFU/mL)

Nomor Isolat

20

Gambar 5. pH Isolat Hari ke-0 dan ke-7

Sementara itu, suhu yang diperoleh dapat dilihat pada Gambar 6. Suhu

ketiga isolat yang didapat pada hari ke-0 berkisar 29 – 29,27oC dan pada hari ke-7

berkisar 30,83 – 31,17oC. Rata-rata peningkatan suhu dari ketiga isolat adalah

sebesar 1,8oC (Lampiran 3). Suhu yang diperoleh dalam penelitian ini masih

termasuk suhu yang dapat digunakan untuk aktivitas ureolitik, karena suhu yang

mendukung aktivitas ureolitik berkisar antara 20 - 37oC (Okwadha & Li, 2010;

Mitchell & Santamarina, 2005). Penelitian yang dilakukan oleh Mitchell & Ferris

(2005), melaporkan bahwa aktivitas ureolitik meningkat antara 5 - 10 kali ketika

suhu meningkat antara 10 - 20oC. Hal tersebut menunjukkan bahwa peningkatan

suhu berpengaruh pada aktivitas ureolitik. Peningkatan suhu yang terjadi

dikarenakan bakteri aktif melakukan hidrolisis atau penguraian bahan organik

(urea) dengan bantuan oksigen menghasilkan produk karbon dioksida, uap air dan

panas. Setelah proses hidrolisis selesai suhu akan turun secara perlahan (Isroi,

2007). Hasil peningkatan suhu setiap isolat tidak berbeda nyata berdasarkan

analisis variansi (0,05) (Lampiran 4), sehingga tidak dapat menentukan isolat

yang memberikan hasil suhu terbaik

6.47 6.67 6.27

8.97 9.00 8.93

2.56 2.25 2.68

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00


Nomor Isolat

pH Awal pH Akhir Peningkatan

21

Gambar 6. Suhu Isolat Hari ke-0 dan ke-7

Empat parameter produktivitas urease isolat bakteri yang diukur memiliki

keterkaitan. Keterkaitan antara konsentrasi amonia dan konsentrasi sel dapat

dilihat dari peningkatan konsentrasi amonia dan konsentrasi sel yang diperoleh

dari isolat 4 yang menunjukkan hasil tertinggi pada kedua parameter tersebut

dibandingkan dengan isolat lain. Hal tersebut menunjukkan bahwa konsentrasi

amonia yang diperoleh meningkat seiring peningkatan konsentrasi sel. Ketika

konsentrasi sel meningkat, maka amonia sebagai produk hidrolisis urea juga

meningkat, selain itu ketika konsentrasi sel meningkat maka meningkat pula situs

nukleasi di lingkungan untuk pengendapan kalsium karbonat (CaCO3) yang

mendukung proses biogrouting di lingkungan (Imran, Shinmura, Nakashima, &

Kawasaki, 2018).

Sementara itu, keterkaitan antara pH dan amonia adalah pH meningkat

seiring peningkatan konsentrasi amonia. Rata-rata peningkatan pH adalah 2,5 dan

rata-rata peningkatan amonia yang diperoleh adalah 4 ppm (Lampiran 3). Hal ini

sesuai dengan penelitian Zusfahair et al. (2018) yang melaporkan, terjadi

peningkatan pH sebesar 2. Pada aktivitas ureolitik yang terukur sebesar 70%, pH

yang terukur adalah 5. Sedangkan ketika aktivitas ureolitik yang terukur mencapai

100%, pH yang terukur adalah 7. Hal ini menandakan nilai peningkatan

konsentrasi amonia berpengaruh terhadap peningkatan pH. Selain itu, keterkaitan

antarparameter lainnya dapat dilihat dari peningkatan suhu. Suhu meningkat

29.00 29.17 29.27 30.83 30.83 31.17

1.83 1.66 1.90

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00


(oC)

Nomor Isolat

Suhu Awal Suhu Akhir Peningkatan

22

seiring peningkatan aktivitas ureolitik. Peningkatan aktivitas ureolitik terjadi

dikarenakan peningkatan energi kinetik yang meningkatkan kemungkinan

tumbukan antarmolekul enzim dengan substrat dan membentuk kompleks enzim,

sehingga suhu dan produk yang dihasilkan juga meningkat (Zusfahair et al.,

2018).

Berdasarkan penelitian ini ke-4 parameter yang diukur menunjukkan

keterkaitan dilihat dari peningkatan konsentrasi amonia, konsentrasi sel, pH dan

suhu yang diperoleh. Keberadaan urea pada medium dijadikan sebagai sumber

energi oleh isolat bakteri melalui hidrolisis urea menghasilkan amonia,

keberadaan amonia sebagai produk hidrolisis urea menyebabkan peningkatan pH

dan suhu. Peningkatan pH dan suhu penting untuk peningkatan aktivitas ureolitik

dan pengendapan kalsium karbonat (CaCO3). Hasil pengujian analisis variansi pH

dan suhu ketiga isolat tidak menunjukkan hasil berbeda nyata. Menurut Fujita et

al. (2011), pH dan suhu tidak berbeda nyata karena ketiga isolat tersebut memiliki

aktivitas metabolisme yang sama. Namun, pengujian pada konsentrasi amonia dan

sel, diperoleh hasil berbeda nyata dengan peroleh konsentrasi amonia dan sel

tertinggi adalah isolat 4. Hal itu karena isolat 4 merupakan isolat dominan selama

pengukuran produktivitas urease (Stocks-fischer et al. 1999), yang berarti isolat 4

memiliki potensi untuk dipilih dan dikembangkan yang selanjutnya dijadikan

sebagai agen dalam meningkatkan kestabilan tanah menggunakan metode

biogrouting.

23

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

1. Diperoleh 3 isolat bakteri ureolitik yang berbeda dari sampel sedimen

sawah asal Muara Gembong (Bekasi).

2. Hasil pengukuran produktivitas urease bakteri ureolitik dilihat dari

peningkatan konsentrasi amonia yang diperoleh adalah 2,78 – 6,09 ppm,

konsentrasi sel adalah 5,89×106 – 12,1×10

6 CFU/mL, pH hari ke-0 adalah

6,27 – 6,67, pH hari ke-7 adalah 8,93 – 9,0 serta suhu hari ke-0 adalah 29

– 29,27oC dan suhu hari ke-7 adalah 30,83 – 31,17

oC.

5.2. Saran

Perlu dilakukannya pemilihan media yang optimal untuk pertumbuhan

isolat bakteri, agar isolat bakteri dapat tumbuh optimal. Isolat 4 yang memiliki

potensi menjadi biogrouting dari penelitian ini perlu dilakukan identifikasi dan

dikembangkan sebagai agen biogrouting.

24

DAFTAR PUSTAKA

Ambarwati, R. (2008). Kajian dosis pupuk urea dan macam media tanam

terhadap hasil kandungan andrographolide tanaman sambiloto (

Andrographis paniculata Ness. (Master’s Thesis). Program Studi Agronomi,

Universitas Sebelas Maret, Surakarta

Banerjee, S., & Aggarwal, A. (2012). Isolation, partial purification,

characterization and inhibition of urease. Asian Journal of Bio Science, 7(2),

203–209.

Cacchio, P., Ercole, C., Contento, R., Cappuccio, G., Martinez, M. P., Del Gallo,

M., & Lepidi, A. (2012). Involvement of bacteria in the origin of a newly

described speleothem in the gypsum cave of grave grubbo (Crotone, Italy).

Journal of Cave and Karst Studies, 74(1), 7–18.

https://doi.org/10.4311/2010MB0136R

Chahal, N., Rajor, A., & Siddique, R. (2011). Calcium carbonate precipitation by

different bacterial strains. African Journal of Biotechnology, 10(42), 8359–

8372. https://doi.org/10.5897/AJB11.345

Cheng, L., & Cord-Ruwisch, R. (2013) Selective enrichment and production of

highly urease active bacteria by non-sterile (open) chemostat culture. Journal

of Industrial Microbiology and Biotechnology, 40(10), 1095-1104

De-Belie, N., & De-Muynck, W. (2008). Crack repair in concrete using

biodeposition. Proceedings of the 2nd International Conference on Concrete

Repair, Rehabilitation, and Retrofitting (ICCRRR), Cape Town, South

Africa. Leiden, The Netherlands: CRC Press/Balkema, 777-781.

Dejong, J. T., Martinez, B. C., Mortensen, B. M., Nelson, D. C., Waller, J. T.,

Weil, M. H., … Tanyu, B. (2009). Upscaling of bio-mediated soil

improvement mechanics and geotechnical engineering. Proceedings of the

17th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical

Engineering, 2300–2304. https://doi.org/10.3233/978-1-60750-031-5-2300

DeJong, J. T., Soga, K., Banwart, S. A., Whalley, W. R., Ginn, T. R., Nelson, D.

C., Mortensen, B. M., Martinez, B. C., & Barkouki, T. (2011). Soil

engineering in vivo: harnessing natural biogeochemical systems for

sustainable, multi-functional engineering solutions. Journal of The Royal

Society Interface, 8, 1-15.

De-Muynck, W., Debrouwer, D., DeBelie, N., & Verstraete, W. (2008). Bacterial

carbonate precipitation improves the durability of cementitious materials.

Cement and Concrete Research, 38, 1005–1014.

Dhami, N. K., Reddy, M. S., & Mukherjee, A. (2014). Application of calcifying

bacteria for remediation of stones and cultural heritages. Frontiers in

microbiology, 5, 304.

25

Fujita, Y., Ferris, F. G., Lawson, R. D., Colwell, F. S., & Smith, R. W. (2011).

Subscribed content calcium carbonate precipitation by ureolytic subsurface

bacteria. Geomicrobiology Journal, 305–318.

https://doi.org/10.1080/01490450050193360

Gat, D., Tsesarsky, M., Shamir, D., & Ronen, Z. (2014). Accelerated microbial-

induced CaCO3 precipitation in a defined coculture of ureolytic and non-

ureolytic bacteria. Biogeosciences, 11, 2561-2569.

Goenadi, D. H. (2017). Perbaikan sifat fisika-mekanis tanah dengan mediasi

teknik hayati. Menara Perkebunan, 85(1), 44–52.

http://dx.doi.org/10.22302/iribb.jur.mp.v85i1.228

Hammes, F., & Verstraete, W. (2002). Key roles of pH and calcium metabolism

in microbial carbonate precipitation. Reviews in Environmental Science and

Biotechnology, 1(1), 3–7. https://doi.org/10.1023/A:1015135629155

Hammes, F., Boon, N., Villiers, J. De, Verstraete, W., & Siciliano, S. D. (2003).

Strain-specific ureolytic microbial calcium carbonate precipitation. Applied

and Environmental Microbiology, 69(8), 4901–4909.

https://doi.org/10.1128/AEM.69.8.4901

Himedia. (2018). Urea agar base ( christensen ) ( autoclavable ). Himedia

Laboratories, 7–9.

Imran, A., Shinmura, M., Nakashima, K., & Kawasaki, S. (2018). Effects of

various factors on carbonate particle growth using ureolytic bacteria.

Materials Transactions, 59(9), 1520–1527.

Isroi. (2007). Pengomposan Limbah Kakao. Materi Pelatihan TOT Budidaya

Kopi dan Kakao Staf BPTP di Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Jember:

Jember

Ivanov, V., & Chu, J. (2008). Applications of microorganisms to geotechnical

engineering for bioclogging and biocementation of soil in situ. Reviews in

Environmental Science and Biotechnology, 7(2), 139–153.

https://doi.org/10.1007/s11157-007-9126-3

Jamil, N. (2007). Analisis opsi pola penggunaan lahan di wilayah pesisir

Kecamatan Muara Gembong Kabupaten Bekasi (Master’s Thesis).

Departemen Management Sumberdaya Perairan, Institut Pertanian Bogor,

Bogor

Jonkers, H. M. (2007) Self healing concrete: a biological approach, in van der

Zwaag, S. (ed.). Self Healing Materials: An alternative Approach to 20

Centuries of Materials Science, 195–204.

Jonkers, H. M., & Schlangen, E. (2007). Crack repair by concrete-immobilized

bacteria. Proceedings of the First International Conference on Self Healing

Materials

26

Karnawati, D. (2005). Bencana alam gerakan massa tanah di. Indonesia dan

upaya penanggulangannya. Jurusan Teknik Geologi Fakultas Teknik

Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.

Khattra, S.K., Parmar, M., & Phutela, U.G. (2016). Study of strength variation of

concrete using ureolytic bacteria. International Journal of Engineering and

Applied Science (IJEAS), 3(4)

Kresnatita, S., Koesriharti, & Santoso, M. (2013). Effects of organic manure on

growth and yield of sweetcorn. Indonesia Green Technology Journal, 2(1),

8–17.

Krishnapriya, S., Venkatesh Babu, D. L., & G., P. A. (2015). Isolation and

identification of bacteria to improve the strength of concrete.

Microbiological Research, 174, 48–55.

https://doi.org/10.1016/j.micres.2015.03.009

Kumari, J.A., Rao, P., Padmaja, G., & Madhavi, M. (2017). Effect of physico-

chemical properties on soil enzyme urease activity in some soils of Ranga

Reddy district of Telangana State, India. International Journal Curr.

Microbiology Applied Sciences, 6(11), 1708-1714

Lee, Y. N. (2003). Calcite production by Bacillus amyloliquefaciens CMB01. The

Journal of Microbiology, 41(4), 345–348. https://doi.org/10.1016/S0378-

4290(01)00164-2

Mitchell, A. C., & Ferris, F. G. (2005). The coprecipitation of Sr into calcite

precipitates induced by bacterial ureolysis in artificial groundwater:

temperature and kinetics dependence. Geochim Gosmochim Acta, 69, 4199–

4210.

Mitchell, J. K., & Santamarina, J. C. (2005). Biological considerations in

geotechnical engineering. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental

Engineering, 131(10), 1222-1233.

Nakahashi, M., Mawatari, K., Hirata, A., Maetani, M., Shimohata, T., Uebanso,

T., … Takahashi, A. (2014). Simultaneous irradiation with different

wavelengths of ultraviolet light has synergistic bactericidal effect on Vibrio

parahaemolyticus. Photochem Photobiol, 1(16), 1397–1403.

https://doi.org/10.1111/php.12309

Okwadha, G. D., & Li, J. (2010). Optimum conditions for microbial carbonate

precipitation. Chemosphere, 81, 1143-1148.

Paassen, L. A. v. (2009). Biogrout Ground Improvement by Microbially Induced

Carbonate Precipitation. Delft University of Technology, Delft,

Netherlands.

Paassen, L. A. v., Harkes, M. P., Zwieten, G. A. v., Zon, W. H. v. d., Star, W. R.

L. v. d., & Loosdrecht, M. C. M. v. (2009). Scale up of biogrout: a biological

ground reinforcement method agrandissement de biogrout: méthode

27

biologique pour la consolidation des sols. Proceedings of the 17th

International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering,

2328-2333.

Putra, H., Yasuhara, H., Kinoshita, N., Neupane, D., & Lu, C.-W. (2016). Effect

of magnesium as substitute material in enzyme-mediated calcite precipitation

for soil-improvement technique. Frontiers in Bioengineering and

Biotechnology, 4(5), 3–10. https://doi.org/10.3389/fbioe.2016.00037

Ramachandran, S. K., Ramakrishnan, V., & Bang, S. S. (2001). Remediation of

concrete using microorganisms. ACI Materials Journal, 98(1), pp. 3-9.

Ramadhani, R. H. (2014). Pengaruh sumber pupuk nitrogen dan waktu pemberian

urea pada pertumbuhan dan hasil tanaman jagung manis (Zea mays Sturt.

var. saccharata). Jurnal Produksi Tanaman, 4(1), 8-15

Riady, M. R. (2015). Pengaruh pemberian pupuk urea terhadap pertumbuhan dan

produksi rumput gajah (Pennisetum purpureum) (Thesis). Program Studi

Ilmu Peternakan, Fakultas Peternakan, Universitas Hasanuddin, Makassar

Sarayu, K., Iyer, N. R., & Murthy, A. R. (2014). Exploration on the

biotechnological aspect of the ureolytic bacteria for the production of the

cementitious materials-a review. Applied Biochemistry and Biotechnology,

172(5), 2308-2323.

Soon, N. W., Lee, M. L., & Hii, S. L. (2012) An overview of the factors affecting

microbial-induced calcite precipitation and its potential application in soil

improvement. International Journal of Civil, Environmental, Structural,

Construction and Architectural Engineering, 6(2), 188-194.

Stocks-fischer, S., Galinat, J. K., & Bang, S. S. (1999). Microbiological

precipitation of CaCO3. Soil Biology Biochemisry, 31(11), 1563-1571.

Tabatabai, M. A., & Bremner, J. M. (1969). Use of p-nitrophenyl phosphate for

assay of soil phosphatase activity. Soil Biology and Biochemistry, 1, 301–

307.

Waluyo, L. (2008). Teknik metode dasar dalam mikrobiologi. Universitas

Muhammadiyah Malang, Malang

Wandasari, N. R. (2006). Aktivitas urease pada beberapa tanah di Indonesia.

(Thesis). Program Studi Ilmu Tanah, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian

Bogor, Bogor

Wei, S., Cui, H., Jiang, Z., Liu, H., He, H., & Fang, N. (2015). Biomineralization

processes of calcite induced by bacteria isolated from marine sediments.

Brazilian Journal of Microbiology, 46(2), 455–464.

https://doi.org/10.1590/S1517-838246220140533

Zhang, J. L., Wu, R. S., Li, Y. M., Zhong, J. Y., Deng, X., Liu, B., … Xing, F.

(2016). Screening of bacteria for self-healing of concrete cracks and

optimization of the microbial calcium precipitation process. Applied

28

Microbiology and Biotechnology, 100(15), 6661–6670.

https://doi.org/10.1007/s00253-016-7382-2

Zusfahair, Ningsih, D. R., Fatoni, A., & Pertiwi, D. S. (2018). Determination of

Urease Biochemical Properties of Asparagus Bean ( Vigna unguiculata ssp

sesquipedalis L .) Determination of Urease Biochemical Properties of

Asparagus Bean ( Vigna unguiculata ssp sesquipedalis L . ). Materials

Science and Engineering. https://doi.org/10.1088/1757-899X/349/1/012073

https://doi.org/10.1007/s00253-016-7382-2

29

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Isolasi Bakteri Ureolitik pada Medium Urea Agar Base Padat

31

Lampiran 2. Hasil Pengamatan Perubahan Warna Media oleh Bakteri Ureolitik

Perubahan Warna Medium oleh Isolat 1


32


Lampiran 3. Tabel Produktivitas Urease Bakteri Ureolitik

Ulangan Isolat 1

Amonia Sel pH Suhu

Awal Akhir Awal Akhir Awal Akhir Awal Akhir

U1 0.09 1.25 31830000 32800000 6.83 9 29 31

U2 0.13 6.95 23160000 33000000 6.2 8.91 29 30.5

U3 0.04 0.65 25680000 32200000 6.3 8.97 29 31

Rata-rata 0.09 2.95 26890000 32666666.7 6.47 8.97 29.00 30.83

Pengulangan Isolat 2

Amonia Sel pH Suhu


U1 0.24 1.25 23950000 27400000 6.81 8.97 29 31

U2 0.11 6.05 24660000 33000000 6.6 9.03 29 30.5

U3 0.11 1.5 27100000 27500000 6.6 8.86 29.5 31

Rata-rata 0.15 2.93 25236666.7 29300000 6.67 9,0 29.17 30.83

Pengulangan Isolat 4

Amonia Sel pH Suhu


U1 0.11 10.35 31080000 33000000 6.3 8.93 29.3 31

U2 0.15 7.25 19630000 33000000 6.3 9.06 29 30.5

33

U3 0.16 1.1 20360000 31200000 6.23 8.95 29.5 32

Rata-rata 0.14 6.23 23690000 32400000 6.27 8.93 29.27 31.17

Rata-rata Peningkatan Ketiga Isolat

Amonia

(ppm)

Sel (CFU/mL) pH Suhu (oC)

4 2,06×106 2.5 1.8

Lampiran 4. Tabel Analisis Variansi Produktivitas Urease

ANOVA

Amonia

Sum of

Squares df Mean Square F Sig.

Between

Groups

77,671 2 38,835 22,608 0,016

Within Groups 5,153 3 1,718

Total 82,824 5

Amonia

Duncana

Koloni N

Subset for alpha = 0.05

1 2

Koloni 1 3 0,8850

Koloni 2 3 1,2000

Koloni 4 3 8,6700

Sig. 0,826 1,000

Means for groups in homogeneous subsets are displayed.

a. Uses Harmonic Mean Sample Size = 2,000.

ANOVA

sel

Sum of

Squares df Mean Square F Sig.

34

Between

Groups

96800000000

,000

2 48400000000

,000

19,890 0,002

Within Groups 14600000000

,000

6 2433333333,

333

Total 11140000000

0,000

8

sel

Duncana

koloni N

Subset for alpha = 0.05

1 2

koloni 1 3 43333,3333

koloni 4 3 43333,3333

koloni 2 3 263333,3333

Sig. 1,000 1,000

Means for groups in homogeneous subsets are displayed.

a. Uses Harmonic Mean Sample Size = 3,000.

ANOVA

pH Between

Groups 0,258 2 0,129 2,478 0,164


Total 0,570 8

Suhu Between

Groups 0,087 2 0,043 0,291 0,757


Total 0,980 8

35

Lampiran 5. Grafik Kurva Standar Amonia

y = 0.0089x - 0.0031

R² = 0.9872

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0 1 2 3 4 5

Ab

sorb

an

si

Konsentrasi (ppm)

Kurva Standar Amonia

ISOLASI DAN PRODUKTIVITAS UREASE BAKTERI UREOLITIK...

Documents

Transcript of ISOLASI DAN PRODUKTIVITAS UREASE BAKTERI UREOLITIK...