BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Nitrogen adalah unsur yang paling berlimpah di atmosfer
(78% gas di atmosfer adalah nitrogen). Meskipun demikian,
penggunaan nitrogen pada bidang biologis sangatlah
terbatas. Nitrogen merupakan unsur yang tidak reaktif
(sulit bereaksi dengan unsur lain) sehingga dalam
penggunaan nitrogen pada makhluk hidup diperlukan
berbagai proses, yaitu fiksasi nitrogen, mineralisasi,
nitrifikasi, denitrifikasi.
Siklus nitrogen sendiri adalah suatu proses konversi
senyawa yang mengandungunsur nitrogen menjadi berbagai macam
bentuk kimiawi yang lain. Transformasi ini dapat terjadi secara
biologis maupun non-biologis. Siklus nitrogen secara
khusus sangat dibutuhkan dalam ekologi karena
ketersediaan nitrogen dapat mempengaruhi tingkat proses
ekosistem kunci, termasuk produksi primer dan dekomposisi.
Aktivitas manusia seperti pembakaran bahan bakar fosil,
penggunaan pupuk nitrogen buatan, dan
pelepasannitrogen dalam air limbah telah secara dramatis
mengubah siklus nitrogen global. Pembukaannya sudah
cukup, sekarang kita menginjak ke detail proses daur / siklus
nitrogen.
Pertumbuhan, perkembangan dan produksi suatu tanaman ditentukan
oleh dua faktor utama yaitu faktor genetik dan faktor lingkungan.
Salah satu faktor lingkungan yang sangat menentukan lajunya
pertumbuhan, perkembangan dan produksi suatu tanaman adalah
tersedianya unsur-unsur hara yang cukup di dalam tanah. Dari 105
unsur yang ada di atas permukaan bumi ini, ternyata baru 16 unsur
yang mutlak diperlukan oleh suatu tanaman untuk dapat menyelesaikan
siklus hidupnya dengan sempurna. Ke- 16 unsur tersebut terdiri dari
9 unsur makro dan 7 unsur mikro. 9 unsur makro dan 7 unsur mikro
inilah yang disebut sebagai unsur -unsur esensial.
Menurut ARNON dan STOUT ada tiga kriteria yang harus dipenuhi
sehingga suatu unsur dapat disebut sebagai unsur esensial:
· Unsur tersebut diperlukan untuk menyelesaikan satu siklus
hidup tanaman secara normal (biji – — biji).
· Unsur tersebut memegang peran yang penting dalam proses
biokhemis tertentu dalam tubuh tanaman dan peranannya tidak dapat
digantikan atau disubtitusi secara keseluruhan oleh unsur lain.
· Peranan dari unsur tersebut dalam proses biokimia tanaman
adalah secara langsung dan bukan secara tidak langsung.
Ketersediaan unsur-unsur esensial didalam tanah bagi tanaman
sangat ditentukan oleh pH. Seperti unsur N pada pH 5.5 – 8.5, P
pada pH 5.5 – 7.5 sedangkan K pada pH 5.5 – 10 sebaliknya unsur
mikro relatif tersedia pada pH rendah.
Berdasarkan ke esensialannya unsur hara yang dibutuhkan tanaman
terbagi menjadi dua yakni unsur hara esensial dan unsur hara non-
esensial atau beneficial. Unsur hara esensial terdiri atas unsur
hara makro dan mikro, unsur hara esensial merupakan unsur hara yang
mutlak dibutuhkan tanaman dan fungsinya tidak bisa digantikan oleh
unsur lain, tidak terpenuhinya salah satu unsur hara akan
mengakibatkan tanaman tersebut tidak dapat menyelsaikan siklus
hidupnya. Sedangkan unsur beneficial adalah unsur tambahan yang
tidak dibutuhkan oleh semua tanaman, namun perannanya cukup penting
pada tanaman tertentu, misalnya jagung agar hasilnya berkualitas
perlu ditambahkan unsur Al yang bisa diberikan pupuk
ALPO4 (Alumunium fosfat) dalam jumlah tertentu. Bagi tanaman
lain unsur Al justru dapat menyebabkan keracunan, namun pada
tanaman jagung toleran terhadap Al pada jumlah tertentu malah akan
membantu meningkatkan produktivitasnya mendekati potensi
genetisnya.
Nitrogen adalah unsur kimia yang memiliki lambang N, nomor atom
dari 7 dan massa atom 14,00674 u. Elemental nitrogen tidak
berwarna, tidak berbau, tawar dan kebanyakan lembam diatomik gas
pada kondisi standar, merupakan 78% dari volume atmosfer bumi.
Banyak senyawa penting industri, seperti amonia, asam nitrat,
nitrat organik (propellants dan bahan peledak), dan sianida,
mengandung nitrogen. Ikatan yang sangat kuat dalam unsur kimia
nitrogen mendominasi, menyebabkan kesulitan untuk kedua organisme
danindustri dalam mematahkan ikatan untuk mengubah N 2 menjadi
senyawa yang berguna, tetapi melepaskan sejumlah besar energi
sering berguna, ketika senyawa tersebut terbakar, meledak, atau
pembusukan kembali menjadi gas nitrogen.
Unsur nitrogen ditemukan oleh dokter Skotlandia Daniel
Rutherford pada tahun 1772. Nitrogen terjadi di semua organisme
hidup. Ini adalah elemen konstituen asam amino dan dengan demikian
protein, dan asam nukleat (DNA dan RNA). Ini terletak pada struktur
kimia dari hampir semua neurotransmiter, dan merupakan komponen
yang menentukan alkaloid, molekul biologis yang dihasilkan oleh
banyak organisme.
1.2 Rumusan Masalah
· Apa manfaat dan peran nitrogen bagi tumbuhan?
· Bagaimana proses siklus nitrogen?
· Bagaimana proses metabolism nitrogen?
· Bagaimana proses fiksasi nitrogen?
· Apa dampak terjadinya kelebihan dan kekurangan nitrogen pada
tumbuhan?
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Manfaat dan Peran Nitrogen bagi Tumbuhan
Fungsi Nitrogen Dalam Ekologi
Gambar 1. Bentuk nitrogen di alam
Nitrogen sangatlah penting untuk berbagai proses kehidupan
di Bumi. Nitrogen adalah komponen utama dalam
semua asam amino, yang nantinya dimasukkan ke
dalam protein, tahu kan kalau protein adalah zat
yang sangat kita butuhkan dalam pertumbuhan. Nitrogen juga
hadir di basis pembentuk asam nukleat,
seperti DNA dan RNA yang nantinya membawa
here-
ditas. Pada tumbuhan, banyak
dari nitrogen digunakan dalam molekul klorofil, yang
penting untuk fotosintesis dan pertumbuhan lebih lanjut.
Meskipun atmosfer bumi merupakan sumber berlimpah nitrogen,
sebagian besar relatif tidak dapat digunakan oleh tanaman.
Pengolahan kimia atau fiksasi alami (melalui proses
konversi seperti yang dilakukan bakteri rhizobium), diperlukan
untuk mengkonversi gas nitrogen menjadi bentuk yang dapat
digunakan oleh organisme hidup, oleh karena
itu nitrogen menjadi komponen penting dari produksi
pangan. Kelimpahan atau kelangkaan dari bentuk
"tetap" nitrogen, (juga dikenal sebagai nitrogen
reaktif), menentukan berapa banyak makanan yang dapat tumbuh pada
sebidang tanah.
( Anonymousa,2012)
Nitrogen adalah unsur yang sangat penting bagi petrumbuhan
tanaman. Nitrogen merupakan bagian dari protein, bagian penting
konstituen dari protoplasma, enzim, agen katalis biologis yang
mempercepat proses kehidupan. Nitrogen juga hadir sebagai bagian
dari nukleoprotein, asam amino, amina, asam gula, polipeptida dan
senyawa organik dalam tumbuhan. Dalam rangka untuk menyiapkan
makanan untuk tanaman, tanaman diperlukan klorofil, energi sinar
matahari untuk membentuk karbohidrat dan lemak dari C air dan
senyawa nitrogen.
Adapun peranan N yang lain bagi tanaman adalah :
· Berperan dalam pertumbuhan vegetatif tanaman.
· Memberikan warna pada tanaman,
· Panjang umur tanaman
· Penggunaan karbohidrat.
· Dll.
Nitrogen berperan dalam pembentukan sel , jaringan , dan organ
tanaman. Ia berfungsi sebagai sebagai bahan sintetis klorofil ,
protein , dan asam amino. Karena itu kehadirannya dibutuhkan dalam
jumlah besar , terutama saat pertumbuhan vegetatif.
Fungsi nitrogen bagi tanaman adalah:
a. Diperlukan untuk pembentukan atau pertumbuhan bagian
vegetatif tanaman,
seperti daun, batang dan akar.
b. Berperan penting dalam hal pembentukan hijau daun yang
berguna sekali
dalam proses fotosintesis.
c. Membentuk protein, lemak dan berbagai persenyawaan
organik.
d. Meningkatkan mutu tanaman penghasil daun-daunan.
e. Meningkatkan perkembangbiakan mikro-organisme di dalam
tanah
(Immawatitari,2012)
Sumber nitrogen adalah:
a. Terjadi halilintar di udara ternyata dapat menghasilkan zat
nitrat, yang
kemudian dibawa air hujan meresap ke bumi.
b. Sisa-sisa tanaman dan bahan-bahan organis.
c. Mikrobia atau bakteri-bakteri.
d. Pupuk buatan seperti Urea dan ZA
e. Nitrogen antara lain bersumber dari pupuk buatan pabrik
seperti urea, ZA,
dan Amonium Sulfat.
f. Udara merupakan sumber nitrogen paling besar yang
dalam proses pemanfaatannya oleh tanaman melalui perubahan terlebih
dahulu, dalam bentuk amonia dan nitrat yang sampai ketanah melalui
air hujan, atau yang di ikat oleh bakteri pengikat nitrogen.
g. Sumber nitrogen lainnya adalah pupuk kandang dan bahan2
organis lainnya.
(Anonymous b, 2012)
2.2 Siklus Nitrogen
Siklus nitrogen sendiri adalah suatu proses konversi
senyawa yang mengandung unsur nitrogen menjadi berbagai macam
bentuk kimiawi yang lain. Transformasi ini dapat terjadi secara
biologis maupun non-biologis. Siklus nitrogen secara
khusus sangat dibutuhkan dalam ekologi karena
ketersediaan nitrogen dapat mempengaruhi tingkat proses
ekosistem kunci, termasuk produksi primer dan dekomposisi.
Aktivitas manusia seperti pembakaran bahan bakar fosil,
penggunaan pupuk nitrogen buatan, dan pelepasan
nitrogen dalam air limbah telah secara dramatis
mengubah siklus nitrogen global.
PROSES-PROSES DALAM DAUR NITROGEN
Gambar 2. Siklus Nitrogen
Nitrogen hadir di lingkungan dalam berbagai bentuk kimia
termasuk nitrogen organik, amonium (NH4 +), nitrit
(NO2-), nitrat (NO3-), dan gas nitrogen
(N2). Nitrogen organik dapat berupa organisme hidup, atau
humus, dan dalam produk antara dekomposisi bahan organik atau humus
dibangun. Proses siklus
nitrogen mengubah nitrogen dari satu bentuk kimia
lain. Banyak proses yang dilakukan oleh mikroba baik untuk
menghasilkan energi atau menumpuk nitrogen dalam bentuk
yang dibutuhkan untuk pertumbuhan. Diagram di atas menunjukkan
bagaimana proses-proses cocok bersama untuk membentuk siklus
nitrogen (lihat gambar).
Faktor-faktor lingkungan yang mempengaruhi aktifitas
mikroorganisme seperti suhu, kelembaban, dan ketersediaan
sumberdaya. Pada dasarnya, nitrogen menghasilkan asam amino, yang
membangun blok protein. Produk fotosintesis ini akan dikonsumsi
oleh binatang dan mikroba yang hidup bebas. Kemudian mereka bakteri
yang membusuk dalam bentuk jaringan alga dan jaringan binatang yang
mati serta kotoran. Bakteri yang membusuk mendapat energi dari
memecah senyawa ini. Pemecahan ini membebaskan senyawa anorganik
seperti nitrat yang merupakan nutrien dasar. Yang membuat siklus
nitrogen menjadi kompeks adalah banyak jenis bakteri yang berbeda
memecah nitrogen.
Walaupun beberapa bakteri mengonsumsi zat organik terlarut atau
perubahan senyawa organik ke zat anorganik, nitrogen-fixing
bacteria lain bisa mengikat molekul nitrogen (N_2) ke dalam nutrien
nitrat yang berguna (〖NO〗_3). Dan sebaliknya, bakteri denitrifikasi
mengubah nitrat ke dalam molekul nitrogen. Ketersediaan nitrogen
membatasi aktivitas fotosintesis dalam air yang dingin (temperate
water). Sebagian besar karena konversi nitrogen organik kembali ke
nutrien nitrat membutuhkan tiga tahap pengonversian bakteri yang
memerlukan waktu sampai tiga bulan. Seiring berjalannya waktu
pengonversian selesai, nitrat akan tenggelam dekat euphotic zone.
Karena perkembangan yang kuat selama bulan-bulan musim panas,
nitrat tidak mau kembali ke euphotic zone sampai termoklin melemah,
yang diikuti upwelling dan mixing selama musim gugur dan musim
dingin.
Sekitar 48% gas terlarut di air laut adalah nitrogen, berbalik
dengan kandunganya di atmosfer, sekitar 78% dari volume seluruhnya
(Garrison 2006). Ketika nitrogen monoksida bercampur dengan hujan,
akan membentuk cairan asam nitrit yang akan membunuh ikan dan
menghancurkan bangunan.
Gambar 3. Daur Nitrogen
1. Fiksasi Nitrogen
Fiksasi nitrogen adalah proses alam, biologis atau abiotik
yang mengubah nitrogen di udara menjadi ammonia
(NH3). Mikroorganisme yang mem-fiksasi
nitrogen disebut diazotrof. Mikroorganisme ini
memiliki enzim nitrogenaze yang dapat
menggabungkan hidrogen dan nitrogen. Reaksi
untuk fiksasi nitrogen biologis ini dapat ditulis sebagai
berikut :
N2 + 8 H+ + 8 e− → 2 NH3 + H2
Mikroorganisme yang melakukan fiksasi nitrogen antara
lain : Cyanobacteria, Azotobacteraceae, Rhizobia, Clostridium,
dan Frankia. Selain itu ganggang hijau biru juga
dapat memfiksasi nitrogen. Beberapa tanaman yang lebih tinggi, dan
beberapa hewan (rayap), telah membentuk asosiasi (simbiosis)
dengan diazotrof. Selain dilakukan oleh
mikroorganisme, fiksasi nitrogen juga terjadi pada proses
non-biologis, contohnya sambaran petir. Lebih jauh, ada empat cara
yang dapat mengkonversi unsur nitrogen di atmosfer
menjadi bentuk yang lebih reaktif :
a. Fiksasi biologis: beberapa bakteri simbiotik (paling sering
dikaitkan dengan tanaman polongan) dan beberapa bakteri yang hidup
bebas dapat memperbaiki nitrogen sebagai nitrogen organik. Sebuah
contoh dari bakteri pengikat nitrogen adalah bakteri Rhizobium
mutualistik, yang hidup dalam nodul akar kacang-kacangan. Spesies
ini diazotrophs. Sebuah contoh dari hidup bebas bakteri
Azotobacter.
b. Industri fiksasi nitrogen : Di bawah tekanan besar, pada
suhu 600 C, dan dengan penggunaan katalis besi, nitrogen atmosfer
dan hidrogen (biasanya berasal dari gas alam atau minyak bumi)
dapat dikombinasikan untuk membentuk amonia (NH3). Dalam proses
Haber-Bosch, N2 adalah diubah bersamaan dengan gas hidrogen (H2)
menjadi amonia (NH3), yang digunakan untuk membuat pupuk dan bahan
peledak.
c. Pembakaran bahan bakar fosil : mesin mobil dan
pembangkit listrik termal, yang melepaskan berbagai nitrogen oksida
(NOx).
d. Proses lain: Selain itu, pembentukan NO dari N2 dan O2 karena
foton dan terutama petir, dapat memfiksasi nitrogen.
2. Asimilasi
Tanaman mendapatkan nitrogen dari tanah melalui
absorbsi akar baik dalam bentuk ion nitrat atau ion
amonium. Sedangkan hewan memperoleh nitrogen dari tanaman yang
mereka makan.
Tanaman dapat menyerap ion
nitrat atau amonium dari tanah melalui rambut
akarnya. Jika nitrat diserap, pertama-tama direduksi
menjadi ion nitrit dan kemudian ion
amonium untuk dimasukkan ke dalam asam amino, asam nukleat,
dan klorofil. Pada tanaman yang memiliki hubungan mutualistik
dengan rhizobia, nitrogen dapat berasimilasi dalam
bentuk ion amonium langsung dari nodul. Hewan, jamur, dan
organisme heterotrof lain mendapatkan nitrogen sebagai
asam amino, nukleotida dan molekul organik kecil.
3. Amonifikasi
Jika tumbuhan atau hewan mati, nitrogen organik diubah
menjadi amonium (NH4+) oleh bakteri dan jamur.
4. Nitrifikasi
Konversi amonium menjadi nitrat dilakukan
terutama oleh bakteri yang hidup di dalam tanah dan bakteri
nitrifikasi lainnya. Tahap utama nitrifikasi,
bakteri nitrifikasi seperti
spesies Nitrosomonas mengoksidasi amonium (NH4
+) dan mengubah amonia menjadinitrit (NO2-). Spesies
bakteri lain, seperti Nitrobacter, bertanggung jawab
untuk oksidasi nitrit menjadi dari nitrat (NO3-).
Proses konversi nitrit menjadi nitrat sangat
penting karena nitrit merupakan racun bagi kehidupan
tanaman.
Proses nitrifikasi dapat ditulis dengan reaksi berikut
ini :
1. NH3 + CO2 + 1.5 O2 + Nitrosomonas →
NO2- + H2O + H+
2. NO2- + CO2 + 0.5 O2 + Nitrobacter → NO3-
3. NH3 + O2 → NO2− + 3H+ + 2e−
4. NO2− + H2O → NO3− + 2H+ + 2e
note : "Karena kelarutannya yang sangat tinggi, nitrat dapat
memasukkan air tanah. Peningkatan nitrat dalam air tanah merupakan
masalah bagi air minum, karena nitrat dapat mengganggu tingkat
oksigen darah pada bayi dan menyebabkan sindrom methemoglobinemia
atau bayi biru. Ketika air tanah mengisi aliran sungai, nitrat yang
memperkaya air tanah dapat berkontribusi untuk eutrofikasi, sebuah
proses dimana populasi alga meledak, terutama populasi alga
biru-hijau. Hal ini juga dapat menyebabkan kematian kehidupan
akuatik karena permintaan yang berlebihan untuk oksigen. Meskipun
tidak secara langsung beracun untuk ikan hidup (seperti amonia),
nitrat dapat memiliki efek tidak langsung pada ikan jika
berkontribusi untuk eutrofikasi ini."
5. Denitrifikasi
Denitrifikasi adalah proses reduksi nitrat untuk
kembali menjadi gas nitrogen (N2), untuk
menyelesaikan siklus nitrogen. Proses ini dilakukan oleh
spesies bakteri
seperti Pseudomonas dan Clostridium dalam
kondisi anaerobik. Mereka menggunakan nitratsebagai akseptor
elektron di tempat oksigen selama respirasi. Fakultatif anaerob
bakteri ini juga dapat hidup dalam kondisi aerobik.
Denitrifikasi umumnya berlangsung melalui beberapa
kombinasi dari bentuk peralihan sebagai berikut:
NO3− → NO2− → NO
+ N2O → N2 (g)
Proses denitrifikasi lengkap dapat dinyatakan sebagai
reaksi redoks:
2 NO3− + 10 e− + 12 H+ → N2 + 6 H2O
6. Oksidasi Amonia Anaerobik
Dalam proses
biologis, nitrit dan amonium dikonversi
langsung ke elemen (N2) gas nitrogen. Proses ini membentuk
sebagian besar dari konversi nitrogen unsur di
lautan. Reduksi dalam kondisi anoxic juga dapat terjadi
melalui proses yang disebut oksidasi amonia anaerobik
NH4+ + NO2− → N2 + 2 H2O
( Anonymousa,2012)
Gambar 4. Siklus Nitrogen
2.3 Metabolisme Nitrogen
Nitrogen merupakan elemen yang sangat esensial, menyusun
bermacam-macam persenyawaan penting, baik organik maupun anorganik.
Nitrogen menempati porsi 1 – 2 % dari berat kering tanaman.
Ketersediaan nitrogen dialam berada dalam beberapa bentuk
persenyawaan, yaitu berupa : N2 (72 % volume udara), N2O, NO, NO2,
NO3 dan NH4+. Di dalam atanah, lebih dari 90% nitrogen adalah dalam
bentuk N-organik.
Di alam terjadi siklus N sebagai bagian proses aliran materi.
Persenyawaan nitrogen di luar tubuh organisme lebih banyak sebagai
N-anorganik. Sebagian berupa anion dan kation yang larut dalam air,
berada dalam sistem tanah. Sebagian lain persenyawaan nitrogen
berada dalam fase gas di udara. Terjadi perubahan siklis antara
fase N-anorganik dan N-organik, yang melibatkan hewan, tumbuhan,
jamur dan mikro organisme lain dan faktor lingkungan
abiotiknya.
Gambar 5 : Daur Nitrogen di Alam
Tumbuhan memperoleh intake atau material masukan yang sebagian
besar berupa kation maupun anion (N-anorganik) seperti NO3-, NH4+,
dan urea. Pada keadaan tertentu, tumbuhan dapat memperoleh pasokan
N dari senyawa N-organik sederhana berupa asam- asam amino
tertentu. Tumbuhan tidak dapat memanfaatkan atau memfiksasi gas N2
udara secara langsung, kecuali kelompok tumbuhan yang bersimbion
dengan baktaeri pengikat zat lemas. Selanjutnya N-anorganik yang
diserap akan dikonversi atau dimetabolisir di dalam sel menjadi
berbagai bentuk persenyawaan N-organik, sesuai kebutuhannya.
Metabolisme N penting dalam jaringan tumbuhan menyangkut : 1)
asimilasi sumber nitrogen, 2) sintesis asam amino, 3) sintesis
amida dan peptida serta 4) sintesis dan perombakan protein.
(1) Asimilasi sumber N
Ada beberapa sumber nitrogen yang dapat diambil tumbuhan yakni
NO3, NH4+, N-organik dan N2, terutama pada bakteri dan algae
tertentu. Pada tumbuhan tinggi umumnya, sumber nitrogen yang paling
banyak diserab adalah NO3 dan NH4+ dan beberapa N-organik
Pada tumbuhan tinggi umumnya, sumber terpenting nitrogen adalah
ion nitrat (NO3=) yang diambil dari larutan tanah. Di dalam tanah,
spesiasi ion nitrat tidaklah stabil. Dalam situasi aerobik, ion
nitrogen lebih banyak dalam bentuk nitrat. Sebaliknya, dalam
suasana anarobik, nitrat akan tereduksi secara bertahap menjadi ion
amonia (NH4+). Bakteri nitrifikasi dan denitrifikasi berperan pada
proses konversi tersebut.
Di alam dikenal ada banyak bakteri terlibat dalam konversi
nitrat menjadi amonia, atau sebaliknya. Proses-proses pengubahan
dari amonia menjadi nitrat disebut nitrifikasi. Sebaliknya, terjadi
peristiwa pengubahan nitrat , nitrit menjadi amonia atau N2 yang
disebut denitrifikasi. Proses nitrifikasi melibatkan bakteri
nitrosomonas dan nitrobakter. Pada proses pembusukan dari senyawa
N-organik, akan dihasilkan ion-ion amonia, yang prosesnya disebut
amonifikasi.
(Suyitno,2012)
2.4 Fiksasi Nitrogen
Reaksinya sbb:
N2 + 6e - - 2NH3 (G’0 = +150 kkal/mol = +630 kJ/mol)
· Fiksasi N dilakukan oleh beberapa bakteri yang hidup bebas
maupun bersimbiosis dengan akar tanaman, misal: Clostridium
pasteuranium, Klebisella, Rhodobacter, Rhizobium
· Fiksasi N diatur oleh sistem operon gen yang rumit, termasuk
gen nif . Fiksasi berlangsung apabila di lingkungan konsentrasi
ammonia menurun/rendah.
· Pada habitat terrestrial, fiksasi N oleh simbiosis Rhizobium
dg tanaman Leguminosae merupakan donor terbesar dari senyawa N.
· Penelitian tentang fiksasi N telah banyak dilakukan, misal
oleh Hardy et al tahun 1968 ttg reduksi asetilen menjadi etilen
oleh nitrogenase.
· Hasil penelitian ttg fiksasi N ini menunjukkan bahwa ada cukup
banyak genera bakteri yang dapat mem-fiksasi N termasuk spesies
dari Bacillus, Clostridium, dan Vibrio.
· Pada habitat perairan, cyanobacteria adalah kelompok utama
yang melakukan fiksasi N (Anabaena, Nostoc, Gloeotrichia,
Oscillatoria, Lyngbya, dll)
· Komponen yang berperan dalam fiksasi N di habitat perairan
adalah heterocyst, tapi ada cyanobacteria yg tidak memiliki
heterocyst yg juga dpt fiksasi N
· Fiksasi N memerlukan cukup banyak energi dalam bentuk ATP dan
koenzim.
· Proses Fiksasi Nitrogen
Tahap pertama di dalam siklus nitrogen adalah fiksasi nitrogen
atmosfer oleh organisme pengikat nitrogen, yang menghasilkan
ammonia (NH3). Amonia dapat dimanfaatkan oleh hampir semua
organisme hidup baik secara langsung atau setelah pengubahannya
menjadi senyawa terlarut lainnya, seperti nitrit, nitrat, atau asam
amino.
Mikroorganisme yang memfiksasi nitrogen disebut mikroorganisme
diazotrofik. Hanya beberapa spesies mikroorganisme dan tanaman yang
dapat melakukan fiksasi nitrogen atmosfer, yaitu:
a. Beberapa bakteri yang hidup bebas, seperti
sianobakteri atau ganggang hijau biru, yang terdapat tidak hanya di
dalam air tawar dan air asin, tetapi juga pada tanah dan
jenis-jenis bakteri tanah lainnya, seperti Azotobacter mampu
melakukan fiksasi nitrogen atmosfer.
b. Jenis fiksasi nitrogen lainnya terjadi pada
tanaman leguminosa, yang mencakup kacang-kacangan, cengkeh, di
dalam suatu proses yang memerlukan kerjasama tanaman inang dan
bakteri simbiotik yang hidup pada bintil akarnya yaitu bakteri
Rhizobium. Tipe fiksasi nitrogen ini dinamakan fiksasi nitrogen
simbiotik. Enzim yang mengkatalisis fiksasi nitrogen sebenarnya
terletak pada bakteri yang hidup dibintil akar, tetapi tanaman
menyediakan komponen essensial yang tidak ada dibakteri.
Jumlah N2 yang difiksasi oleh mikroorganisme diazotrofik
mencapai 1011 kg per tahun, jadi lebih kurang 60% dari fiksasi
nitrogen yang baru dipermukaan bumi. Petir dan radiasi ultraviolet
memfiksasi 15% dan sekitar 25% lainnya berasal dari berbagai proses
pada industri.
Fiksasi nitrogen dikatalis oleh suatu kompleks enzim, yaitu
kompleks nitrogenase, yang aktivitasnya masih belum dipahami
sepenuhnya. Karena sistem nitrogenase bersifat tidak stabil dan
segera mengalami inaktivasi oleh oksigen atmosfer, enzim ini sulit
untuk diisolasi dalam bentuk aktif dan dimurnikan. Enzim yang
mengkatalis fiksasi nitrogen terletak pada bakteri yang hidup
dibintil akar, tetapi tanaman menyediakan komponen esensial yang
tidak ada pada bakteri.
Produk fiksasi nitrogen stabil yang pertama dikenali adalah
ammonia (NH3), jadi proses keseluruhan dipandang terdiri dari
reduksi nitrogen (N2) molekulor menjadi dua molekul ammonia.
Kompleks nitrogenase, yang melaksanakan proses transformasi dasar
ini terdiri dari dua macam protein yaitu suatu reduktase yang
menyediakan elektron dengan daya reduksi yang sangat kuat dan suatu
nitrogenase yang akan memakai elektron itu untuk mereduksi N2
menjadi NH3. Kedua komponen kompleks nitrogenase yaitu reduktase
dan nitrogenase merupakan protein besi-belerang. Reduktase disebut
juga protein besi atau Fe-protein, sedangkan komponen
nitrogenasenya disebut juga protein molybdenum-besi
(Mo-Fe-protein). Kofaktor Fe-Mo terdiri atas dua rumpun yang saling
dihubungkan oleh 3 atom belerang. Kofaktor Fe-Mo merupakan situs
untuk fiksasi nitrogen.
Pemindahan elektron dari reduktase ke nitrogenase dirangkaikan
kepada reaksi hidrolisis ATP oleh reduktase. Kompleks nitrogenase
ini sangat sensitive terhadap O2 yang dapat menyebabkan inaktivasi
proses ini. Kacang-kacangan dapat memelihara kadar O2 bebas yang
sangat rendah pada nodul-nodul diakarnya melalui cara pengikatan O2
kepada leghemoglobin, yang merupakan homolog dari hemoglobin.
Reduksi N2 menjadi NH3 merupakan proses yang menggunakan 6
elektron.
N2 + 6 e- + 6H 2 NH3
Reduktase ini tidak seluruhnya sempurna. H2 juga dibentuk
bersama-sama NH3. Jadi untuk ini diperlukan tambahan 2
elektron.
N2 + 8 e- + 8H 2NH3 + H2
Pada mikroorganisme yang melakukan fiksasi nitrogen, kedelapan
elektron berpotensial tinggi itu berasal dari feredoksin tereduksi
dihasilkan dalam kloroplast oleh kerja fotosistem I. Melalui jalan
lain feredoksin tereduksi dapat pula dibentuk dari proses
oksidatif. Fiksasi nitrogen memerlukan biaya energi yang sangat
besar. Paling sedikit 16 ATP dihidrolisis untuk setiap molekul N2
yang direduksi. Persamaan keseluruhan bagi fiksasi nitrogen dapat
dituliskan sebagai berikut:
N2 + 8 e + 16 ATP + 16 H2O 2NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi + 8H+
(Anonymousc,2012)
2.5 Kelebihan dan Kekurangan Nitrogen
Defisiensi unsur N memiliki cirri utama yang terlihat pada daun
yakni menguning (klorosis), keadaan ini berbeda dengan daun yang
normal yakni berwarna hijau tua yang berarti mengandung klorofil
tinggi. Proses penguningan daun tanaman yang kekurangan N dimulai
dari daun – daun yang tua dan akan terus ke daun – daun muda jika
kekurangan N terus berlanjut. Kejadian ini menunjukan bahwa N
sangat mobil, artinya apabila kekurangan N maka N dalam jaringan
tua akan dimobilisasikan ke jaringan – jaringan muda (titik tumbuh)
sehingga pada jaringan tua terjadi klorosis dan pada jaringan muda
tetap tumbuh normal yakni berwarna hija. Gejala lainya adalah
pertumbuhan lambat atau kerdil, daun hijau kekuningan, daun sempit,
pendek dan tegak, daun-daun tua cepat menguning dan mati.
Kelebihan N akan menyebabkan keracunan, akibat kelbihan N yakni
pertumbuhan vegetative tanaman dapat ditingkatkan tetapi akan
memperpendek masa generative, yang akhirnya justru menurunkan
produksi atau menurunkan kualitas tanaman. Tanaman yang kelebihan N
menunjukan warna hijau gelap dan sukulen yakni terlalu banyak
mengandung air, akibatnya tanaman menjadi sangat rentan akan
serangan organism penggangu tumbuhan (OPT) yakni hama, bakteri,
jamur, virus, dan gulma, selain itu tanaman juga mudah roboh.
Keracuanan N dapat dipicu karena terlalu banyaknya unsur N
yang tersedia Dalam am bentuk ammonium (NH4+) meskipun penyerapan
tanaman akan lebih maksimal jika N dalam bentuk ion ini. Keracunan
pada tanaman dapat mengakibatkan jaringan pada vascular pecah dan
berakibat terhambatnya resapan air.
( Purwadi,2012)
· Gejala kekurangan nitrogen :
Tanaman tumbuh kurus kerempeng, daun tua berwarna hijau muda,
lalu berubah menjadi kekuning-kuningan, jaringatanaman mengering
dan mati, buah kerdil, kecil dan cepat masak lalu rontok.
· Kelebihan nitrogen berakibat :
· Menghasilkan tunas muda yang lembek / lemah dan vegetatif
· Kurang menghasilkan biji dan biji-bijian
· Menperlambat pemasakan / penuaan buah dan biji-bijian
· Mengasamkan reaksi tanah, menurunkan PH tanah, dan merugikan
tanaman, sebab akan mengikat unsur hara lain, sehingga akan sulit
diserap tanaman.
· Pemupukan jadi kurang efektif dan tidak efisien.
(Anonymousb,2012)
Gambar 6. Defisiensi Nitrogen
a) kekurangan
Gambar 7. Kekurangan nitrogen
Tanaman yang kekurangan nitrogen dikenali dari daun bagian
bawah. Daun itu menguning karena kekurangan klorofil. Lebih lanjut
mengering dan rontok. Tulang-tulang di bawah permukaan daun muda
tampak pucat. Pertumbuhan tanaman lambat , kerdil dan lemah.
Produksi bunga dan biji rendah.
b) Kelebihan
Warna daun terlalu hijau , tanaman rimbun dengan daun. Proses
pembuangan menjadi lama. Adenium bakal bersifat sekulen karena
mengandung banyak air. Hal itu menyebebkan rentan serangan cendawan
dan penyakit , dan mudah roboh. Produksi bunga menurun.
(Anonymousd,2012)
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
· Manfaat dan peran nitrogen bagi tumbuhan adalah memberikan
warna pada tanaman, panjang umur tanaman, penggunaan karbohidrat,
diperlukan untuk pembentukan atau pertumbuhan bagian vegetatif
tanaman,seperti daun, batang dan akar, berperan penting dalam hal
pembentukan hijau daun yang berguna sekali dalam proses
fotosintesis, membentuk protein, lemak dan berbagai persenyawaan
organic, meningkatkan mutu tanaman penghasil daun-daunan, dan
meningkatkan perkembangbiakan mikro-organisme di dalam tanah
· Siklus nitrogen sendiri adalah suatu proses konversi
senyawa yang mengandung unsur nitrogen menjadi berbagai macam
bentuk kimiawi yang lain. Siklus nitrogen terdiri atas fiksasi,
asimilasi, amonifikasi, nitrifikasi, denitrifikasi, dan oksidasi
ammonia anaerobik.
· Tumbuhan tidak dapat memanfaatkan atau memfiksasi gas N2 udara
secara langsung, kecuali kelompok tumbuhan yang bersimbion dengan
baktaeri pengikat zat lemas. Selanjutnya N-anorganik yang diserap
akan dikonversi atau dimetabolisir di dalam sel menjadi berbagai
bentuk persenyawaan N-organik, sesuai kebutuhannya. Metabolisme N
penting dalam jaringan tumbuhan menyangkut : 1) asimilasi sumber
nitrogen, 2) sintesis asam amino, 3) sintesis amida dan peptida
serta 4) sintesis dan perombakan protein.
· Tahap pertama di dalam siklus nitrogen adalah fiksasi nitrogen
atmosfer oleh organisme pengikat nitrogen, yang menghasilkan
ammonia (NH3). Amonia dapat dimanfaatkan oleh hampir semua
organisme hidup baik secara langsung atau setelah pengubahannya
menjadi senyawa terlarut lainnya, seperti nitrit, nitrat, atau asam
amino.
Kelebihan N akan menyebabkan keracunan, akibat kelbihan N yakni
pertumbuhan vegetative tanaman dapat ditingkatkan tetapi akan
memperpendek masa generative, yang akhirnya justru menurunkan
produksi atau menurunkan kualitas tanaman. Defisiensi unsur N
memiliki cirri utama yang terlihat pada daun yakni menguning
(klorosis), keadaan ini berbeda dengan daun yang normal yakni
berwarna hijau tua yang berarti mengandung klorofil tinggi. Proses
penguningan daun tanaman yang kekurangan N dimulai dari daun – daun
yang tua dan akan terus ke daun – daun muda jika kekurangan N terus
berlanjut. Gejala lainya adalah pertumbuhan lambat atau kerdil,
daun hijau kekuningan, daun sempit, pendek dan tegak, daun-daun tua
cepat menguning dan mati.
DAFTAR PUSTAKA
Anonymousa. 2012. Siklus Nitrogen.
http://kamuspengetahuan.blogspot.com/2011/08/daur-siklus-nitrogen.html
Di akses 5 Mei 2012
Anonymousb. 2012. Unsur Hara Nitrogen (N)
http://pupukdsp.com/index.php/Pupuk-Tanaman/Unsur-Hara-Nitrogen-N.html
Di akses 6 Mei 2012
Anonymousc. 2012. Fiksasi Nitrogen.
http://www.angelfire.com/home/bioui/ML1.htm Di akses 6 Mei
2012
Anonymousd. 2012. Unsur Mikro.
http://chodoxcharming.blogspot.com/2011/01/gejala-kekurangan-dan-kelebihan-unsur.html
Di akses 6 Mei 2012
Garrison, Tom. 2006. Essentials of Oceanography 4th ed.
California : Thomson Brooks/Cole
Harrison, John Arthur. 2003. The Nitrogen Cycle of Microbes and
Men Visionlearning Vol. EAS-2 (4) (terhubung berkala)
http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=98 Di
akses 5 Mei 2012
Immawatitari. 2012. Antara Nitrogen dan Tanaman.
http://immawatitari.wordpress.com/2012/04/07/215/ Di akses 6 Mei
2012
Purwadi,Eko. 2012. Batas Kritis Suatu Unsur Hara dan Pengukuran
Kandungan
Klorofil.
http://www.masbied.com/2011/05/19/batas-kritis-suatu-unsur-hara-dan-pengukuran-kandungan-klorofil/
Di akses 6 Mei 2012
Suyitno. 2012. Metabolisme Nitrogen.
http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/pengabdian/suyitno-aloysius-drs-ms/materi-pengayaan-tim-ibo-sman-7-purworejo-tentang-metabolisme-n.pdf
Di akses 6 Mei 2012
24 | Nitrogen