MAKALAH ASIMILASI NITROGEN Tugas kelompok sebagai salah satu syarat menyelesaikan perkuliahan Fisiologi Tumbuhan Semester Genap 2016/2017
Di Susun Oleh :
KELOMPOK 3 RETNO PURI WULANDARI
(140384205056)
FACHRIAN
(140384205033)
FEBRISA
(140384205012)
YUNITA ANJARSARI
(140384205002)
HERLINA
(140384205023)
JURUSAN PENDIDIKAN BIOLOGI FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS MARITIM RAJA ALI HAJI TANJUNGPINANG 2016
KATA PENGANTAR Penulis mengucapkan puji dan syukur atas kehadiran Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya kepada penulis, sehingga dapat menyelesaikan makalah ini . Penulis menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari kesempurnaan dan masih banyak kekurangan karena keterbatasan yang dimiliki oleh penulis. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati penulis mengharapkan adanya kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk kesempurnaan makalah ini. Makalah ini takkan terwujud tanpa adanya bantuan berbagai pihak baik bantuan secara langsung maupun tidak langsung. Atas segala bantuan yang diberikan penulis mengucapkan terima kasih dan penulis memohon maaf atas banyaknya kekurangan yang dimiliki dalam makalah ini sehingga dengan adanya makalah ini dapat menjadi ilmu bagi yang membacanya.
Tanjung Pinang, 20 Mei 2016 Hormat Kami,
Penulis
ii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR.................................................................................................................ii DAFTAR ISI.............................................................................................................................iii BAB I PENDAHULUAN..........................................................................................................1 1.1
Latar Belakang.............................................................................................................1
1.2
Rumusan Masalah.......................................................................................................1
1.3
Tujuan..........................................................................................................................1
BAB II PEMBAHASAN...........................................................................................................2 2.1
Definisi dari Asimilasi Nitrogen..................................................................................2
2.2
Sumber Nitrogen bagi Tumbuhan...............................................................................2
2.3
Proses Asimilasi Nitrogen...........................................................................................4
2.4
Faktor yang Mempengaruhi Fiksasi dalam Asimilasi Nitrogen................................12
2.5
Peranan Nitrogen Bagi Tumbuhan............................................................................13
2.6
Gejala Kekurangan dan Kelebihan Nitrogen Pada Tumbuhan..................................13
BAB III KESIMPULAN DAN SARAN..................................................................................16 3.1
Kesimpulan................................................................................................................16
3.2
Saran..........................................................................................................................16
DAFTAR PUSTAKA...............................................................................................................17
iii
BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang Tumbuhan tingkat tinggi merupakan organisme autotrof dapat mensintesa
komponen molekular organik yang dibutuhkannya, selain juga membutuhkan hara dalam bentuk anorganik dari lingkungan sekitarnya. Hara mineral diabsorpsi dari tanah oleh akar dan akan bergabung dengan senyawa organik yang esensial untuk pertumbuhan dan perkembangan. Penggabungan hara mineral dengan senyawa organik membentuk pigmen, kofaktor enzim, lipid, asam nukleat dan asam amino. Proses inilah yang disebut dengan asimilasi hara mineral. Asimilasi nitrogen membutuhkan serangkaian reaksi biokimia yang komplek yang membutuhkan energi. Nitrogen merupakan elemen yang sangat esensial, menyusun bermacam-macam persenyawaan penting, baik organik maupun anorganik. Nitrogen menempati porsi 1-2 % dari berat kering tanaman Pembahasan mengenai asimilasi nitrogen akan dijelaskan kembali secara lebih eksplisit dalam makalah ini.
1.2
Rumusan Masalah 1. Apa definisi dari asimilasi nitrogen? 2. Bagaimana proses asimilasi nitrogen? 3. Apa saja faktor-faktor terjadinya fiksasi nitrogen? 4. Apa peranan serta gejala kekurangan dan kelebihan N bagi tumbuhan?
1.3 Tujuan Mengenalkan kepada mahasiswa tentang konsep asimilasi nitrogen.
1
BAB II PEMBAHASAN 2.1 Definisi dari Asimilasi Nitrogen Asimilasi merupakan penyerapan dan penggabungan dengan unsur lain membentuk zat baru dengan sifat baru. Nitrogen adalah unsur kimia non-logam yang tawar, tidak berbau dan tidak berwarna yang ada dalam jumlah besar di atmosfer bumi. Unsur ini juga muncul di beberapa senyawa lain, dan merupakan komponen penting bagi kehidupan banyak organisme di Bumi. Asimilasi nitrogen adalah pembentukan senyawa nitrogen organik seperti asam amino dari senyawa nitrogen anorganik yang hadir di lingkungan. Pembentukan senyawa nitrogen kompleks (NO3, NH4+, dan beberapa N-organik) dari senyawa nitrogen sederhana (N2) yang berasal dari atmosfer.
2.2 Sumber Nitrogen bagi Tumbuhan Sumber nitrogen di alam tersedia sangan melimpah di udara namun tidak bisa secara langsung digunakan oleh tanaman. Berdasarkan jenisnya nitrogen dapat berasal dari bahan organik maupun anorganik. Bahan organik yaitu dari dekomposisi mahluk hidup yang mati sedangkan yang anorganik dapat dari udara maupun hujan. Berdasarkan dari asalnya nitrogen dapat berasal secara alami yaitu dari udara dan bantuan dari bakteri. Asal lainnya yaitu buatan yang berasal dari pupuk.
Adapun sumber Nitrogen adalah : Terjadi halilintar di udara ternyata dapat menghasilkan zat Nitrat, yang
kemudian di bawa air hujan meresap ke bumi. Sisa-sisa tanaman dan bahan-bahan organis. Mikrobia atau bakteri-bakteri. Pupuk buatan (Urea, ZA dan lain-lain)
Sumber Nitrogen terkhusus bagi tumbuhan antara lain :
Amonia nitrogen, merupakan sumber nitrogen bagi tumbuhan yang hidup di tanah masam, terutama tanah humus.
2
Nitrat nitrogen, merupakan sumber nitrogen bagi tumbuhan yang hidup ditanah netral atau basis.
Organik nitrogen, merupakan sumber nitrogen bagi tumbuhan yang hidup di tanah organik
Nitrogen udara, merupakan sumber nitrogen bagi tumbuhan yang hidup bersimbiosis
dengan
organisme
penambat
nitrogen.
Dalam
proses
asimilasinya, nitrogen harus berada dalam bentuk tereduksi. Dengan demikian, nitrogen yang dalam bentuk teroksidasi maupun yang berbentuk gas, untuk kepentingan asimilasi, harus direduksi terlebih dahulu. Berdasarkan penjelasan telah diketahui bahwasannya nitrogen di atmosfer (alam) tidak dapat digunakan oleh makhluk hidup, terkhusus oleh tumbuhan apabila tidak diubah ke dalam bentuk tertentu. Proses perubahan bentuk nitrogen di atmosfer menjadi bentuk yang dapat digunakan makhluk hidup kemudian kembali lagi ke atmosfer disebut Siklus Nitrogen. Untuk makhluk hidup, terkhusus tumbuhan melalui siklus nitrogen atau daur nitrogen inilah sumber nitrogen berasal. Secara sederhana, siklus nitrogen yang terjadi yang akan menghasilkan sumber nitrogen bagi tanaman adalah : a) Terjadinya reaksi antara N2 dan O2 di udara akibat adanya kilat atau suhu tinggi (letusan gunung berapi dan pembakaran bahan bakar),membentuk oksida nitrogen (NO), yang selanjutnya menjadi NO 2 dan bereaksi dengan air membentuk ion NO2– atau HNO2 serta NO3– atau HNO, dan selanjutnya masuk ke dalam tanah. b) Fiksasi (penangkapan langsung) N2 oleh berbagai bakteri akan mengubah molekul tersebut menjadi senyawa asam amino yang kemudian diserap tanaman. Tanaman selanjutnya akan dimakan hewan dan ketika hewan atau tanaman itu mati, protein akan diuraikan oleh bakteri pengurai menjadi ammonia (NH3) yang larut dalam air membentuk ammonium (NH4+). Selanjutnya, oleh bakteri denitrifikasi, senyawa tersebut diubah menjadi senyawa nitrit (NO2–) dan kemudian berubah menjadi nitrat (NO3–) c) Gas N2 diudara ditangkap oleh bakteri Rhizobium dan diubah menjadi senyawa nitrat yang larut dalam air (tanah). Sementara itu, senyawa nitrogen (nitrit, nitrat, dan amonium) akan berubah kembali menjadi N 2 di udara
3
melalui proses denitrifikasi yang dilakuukan oleh bakteri yang ada di dalam tanah atau air.
Gambar 2.2.1 Siklus Nitrogen
2.3 Proses Asimilasi Nitrogen Tanaman mendapatkan nitrogen dari tanah melalui absorbs akar baik dalam bentuk ion nitrat atau ion ammonium. 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
4
asam amino, nukleotida dan molekul organik kecil. Rangkaian proses asimilasi nitrogen sebagai berikut :
Gambar 2.3.1 Daur Nitrogen dengan tampilan sederhana
a)
Fiksasi N2 Merupakan 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 :
Mikroorganisme yang melakukan fiksasi nitrogen antara lain: Cyanobacteria, Azotobacteraceae, Rhizobia, Clostridium, dan Frankia. Selain itu ganggang hijau biru juga dapat memfiksasi nitrogen. Fiksasi ini dapat dilakukan secara non-biologis contohnya karena sambaran petir. Terkhusus dalam fiksasi biologis, terdiri atas dua yaitu fiksasi non-simbiotik dan fiksasi simbiotik. Fiksasi nitrogen non simbiotik dilakukan oleh Clostridium pasteurium dan Azotobakter. Clostridium bersifat
5
anaerobik, sedangkan Azotobakter bersifat aerobik. Kemampuan fiksasi nitrogen Clostridium jauh lebih kuat jika dibandingkan dengan kemampuan fiksasi nitrogen Azotobakter. Mikroorganisme yang memfiksasi N secara simbiotik yaitu bakteri Rhizobium. Rhizobium merupakan kelompok bakteri berkemampuan sebagai penyedia hara bagi tanaman. Bila bersimbiosis dengan tanaman legumi, kelompok bakteri ini menginfeksi akar tanaman dan membentuk bintil akar. Bintil akar berfungsi mengambil nitrogen di atmosfer dan menyalurkannya sebagai unsur hara yang diperlukan tanaman. Pigmen merah leghemoglobin yang berperan dalam mengambil N di atmosfer. Pigmen ini dijumpai dalam bintil akar antara bakteroid dan selubung membran yang mengelilinginya. Jumlah leghemoglobin di dalam bintil akar memiliki hubungan langsung dengan jumlah nitrogen yang difiksasi. Korelasinya positif, semakin banyak jumlah pigmen, semakin besar nitrogen yang diikat. Rhizobium mampu menghasilkan hormon pertumbuhan berupa IAA dan giberellin yang dapat memacu pertumbuhan rambut akar, percabangan akar yang memperluas jangkauan akar. Akhirnya, tanaman berpeluang besar menyerap hara lebih banyak yang dapat meningkatkan produktivitas tanaman. Untuk memfiksasi nitrogen, bakteri Rhizobium menggunakan enzim nitrogenase, dimana enzim ini akan menambat gas nitrogen di udara dan merubahnya menjadi gas amoniak. Selain bakteri Rhizobium, terdapat Cyanobacteria yang juga bersimbiosis untuk memfiksasi nitrogen. Contohnya spesies Anabaena azollae dapat bersimbiosis dengan tumbuhan Azolla pinnata, yaitu tumbuhan yang banyak djumpai di sawah dan mengapung di atas air. Alga hijau-biru itu melakukan fiksasi nitrogen dari udara dan mengubahnya dengan anonia. Akibatnya, dan Azolla pinnata banyak mengandung ammonia. Selain itu terdapat Nostoc commune, alga ini dapat melakukan fiksasi non simbiotik dan simbiotik bila bertemu fungi dan membentuk lichenes. Perendaman sawah selama musim hujan mengakibatkan Nostoc commune tumbuh subur dan memfiksasi N2 dan udara sehingga dapat membantu penyediaan nitrogen yang digunakan untuk pertumbuhan padi.
6
7
Gambar 2.3.1 (a) Pembentukan bintil dan bintil akar, (b) Nostoc, (c) Anabaena dan Azollae
Gambar 2.3.2 Fiksasi Oleh Rhizobium
b)
Reduksi Nitrat dan Nitrit Secara umum reduksi nitrat mengikutireaksi seperti di bawah ini:
Meski demikian, sebenarnya reaksi di atas berlangsung dalam dua tahap dengan bantuan dua enzim yang berbeda. Tahapan reaksinya adalah sebagai berikut:
Reduksi Nitrat
8
Reaksi ini berlangsung di dalam sitoplasma dengan bantuan enzim nitrat reduktase (NR). Enzim ini merupakan enzim molibdovlavoprotein yang mampu mengatur kecepatan pembentukan protein pada tumbuhan yang menggunakan NO3- sebagai sumber nitrogennya.
Reduksi Nitrit
Reaksi diatas terjadi pada kloroplas (pada daun) atau pada proplastida (pada akar) dengan enzim nitrit reduktase sebagai katalisnya. Reduksi nitrat yang dikatalis oleh NR sangat tergantung dari aktivitas NR itu sendiri yang ditentukan oleh kesentrasinya. Kadar NO3- yang tinggi dalam sel dan cahaya juga dapat memacu aktivitas NR. Peranan cahaya terhadap aktivitas NR dapat melalui beberapa cara, antara lain: Cahaya dapat mengaktifkan fotosintesis sehingga dihasilkan ATP untuk menggerakan NO3 dari vakuola ke plasma. Cahaya mengaktifkan sistem fitokrom yang berperan menaikkan kemampuan ribosom membuat protein (termasuk NR). Cahaya menaikkan penyediaan karbohidrat dan proses respirasi, dimana dari proses ini dihasilkan NADH yang diperlukan untuk proses reduksi.
Gambar 2.3.3 Proses Reduksi Nitrat dan Nitrit
9
c)
Amonifikasi Pengubahan senyawa tertentu (amonia maupun nitrat) menjadi ammonium.
Amonium bisa dihasilkan dari pengubahan nitrat. Proses ini juga disebut sebagai penguraian nitrat menjad ammonium. Jika tumbuhan atau hewan mati, nitrogen organik diubah menjadi amonium oleh bakteri dan jamur. Contoh bakteri yang berperan dalam amonifikasi nitrat menjadi amonium adalah Micrococcus denitrifican. Ammonium juga terbentuk dari perombakan jasad mati makhluk hidup. Hasil ekskresi dan jasad mati makhluk hidup terdekomposisi oleh detritivor menghasilkan amonia (NH3). Amonia diubah menjadi amonium (NH4). Amonium memang bisa dimanfaatkan langsung oleh tumbuhan, tetapi sebagian besar ammonium digunakan oleh bakteri aerob sebagai sumber energi.
d)
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 menjadi nitrit (NO2-). Spesies bakteri lain, seperti Nitrobacter, bertanggung jawab untuk oksidasi nitrit menjadi dari nitrat (NO 3-). Proses konversi nitrit menjadi nitrat sangat penting karena nitrit merupakan racun bagi kehidupan tanaman. Proses nitrifikasi dapat ditulis dengan reaksi berikut ini:
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
10
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.
e)
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 nitrat sebagai akseptor elektron di tempat oksigen selama respirasi. Denitrifikasi umumnya berlangsung melalui beberapa kombinasi dari bentuk peralihan sebagai berikut:
11
2.4 Faktor yang Mempengaruhi Fiksasi dalam Asimilasi Nitrogen Faktor – faktor yang mempengaruhi proses fiksasi nitrogen secara biologis 1) Jumlah NH4+ di dalam tanah yang terbentuk Atom ion NH4+ dapat mengurangi bintil akar dan fiksasi N2 oleh bintil akar dengan cara mengganggu pembentukan benang-benang infeksi oleh 2)
Rhizobium. pH Pertumbuhan bakteri menghendaki pH optimal sedikit dibawah netral, sedikit alkali. Namun beberapa dapat hidup dibawah pH 5. pH sangat rendah
3)
menghambat proses infeksi bakteri. Aerasi Tanah Aerasi merupakan peristiwa terlarutnya oksigen dalam air menuju tanah. Reaksi fiksasi ini membutuhkan oksigen. Apabila aerasi tanah tidak baik, akan berpengaruh pada pertumbuhan akar. Apabila kekurangan oksigen, akan menimbulkan reaksi anaerob, sehingga akar akan membusuk dan
4)
fiksasi tidak akan terjadi. Kelembaban Tanah Kelembaban yang berlebihan akan mengakibatkan jumlah fiksasi N2 menurun. Kelembaban tanah 25-75% dari kapasitas lapang optimal untuk
5)
simbiosis kedelai dan alfalfa. Suhu Suhu optimal bagi kehidupan bakteri penambat fiksasi bervariasi tergantung pada spesies tanaman dan iklim. Misal pada kacang kapri, suhu optimal yang dikehendaki adalah 26oC. Pada suhu 20oC bintil akar tidak dapat tumbuh dengan baik. Namun, simbiosis masih tetap efektif pada suhu 7oC
6)
sampai 40oC. Ketersediaan Nutrisi Atom P diperlukan untuk pembentukan dan aktifitas bintil yang maksimal. Ca dibutuhkan oleh Rhizobium untuk meginfeksi akar. Kekurangan S akan
7)
menurunkan fiksasi N2. Mo adalah unsure penting bagi pertumbuhan bakteri. Mikroorganisme lain Mikroorganisme lain, terutama yang antagonis, dapat menghalangi bakteri bintil akar untuk menginfeksi akar.
12
2.5 Peranan Nitrogen Bagi Tumbuhan Peranan Nitrogen pada tanaman antara lain sebagai berikut:
Pada tumbuhan, nitrogen merupakan salah satu unsur utama yang diperlukan untuk pertumbuhan tanaman dan reproduksi.
Klorofil merupakan nitrogen dan karena itu sangat penting untuk fotosintesis.
Materi genetik DNA dan RNA terdiri dari nitrogen.
Merupakan komponen utama dalam semua asam amino, yang nantinya dimasukkan kedalam protein, protein adalah zat yang sangat dibutuhkan dalam pertumbuhan.
Mensintesis karbohidrat menjadi protein dan protoplasma yang berperan dalam pembentukan jaringan vegetatif tanaman.
Unsur nitrogen juga dapat berfungsi meningkatkan PH tanah yang mana hal tersebut sangat dibutuhkan oleh tanaman.
2.6 Gejala Kekurangan dan Kelebihan Nitrogen Pada Tumbuhan Kekurangan unsur hara Nitrogen (N)
Warna daun hijau agak kekuning-kuningan, warna ini mulai dari ujung daun menjalar ke tulang daun selanjutnya berubah menjadi kuning lengkap, sehingga seluruh tanaman berwarna pucat kekuning-kuningan. Jaringan daun mati dan inilah yang menyebabkan daun selanjutnya menjadi kering dan berwarna merah kecoklatan.
Pertumbuhan tanaman lambat dan kerdil
Perkembangan buah tidak sempurna atau tidak baik, seringkali masak sebelum waktunya
Dapat menimbulkan daun penuh dengan serat, hal ini dikarenakan menebalnya membran sel daun sedangkan selnya sendiri berukuran kecilkecil
13
Dalam keadaan kekurangan yang parah, daun menjadi kering, dimulai dari bagian bawah terus ke bagian atas.
Akar pada tunas kurang kokoh atau tidak kokoh sama sekali, sehingga menyebabkan tanaman mudah tumbang dan mati.
Produksi biji sedikit.
Dalam kasus kekurangan unsur nitrogen yang berat akan mengakibatkan kematian pada tanaman.
Kelebihan Unsur Hara Nitrogen
Warna daun terlalu hijau (hijau gelap), tanaman rimbun dengan daun, tanaman akan tampak terlalu subur, ukuran daun akan menjadi lebih besar.
Produksi bunga menurun, penundaan pembentukan bunga, bahkan mudah lebih mudah rontok dan pemasakan buah cenderung terlambat.
Batang menjadi lunak dan berair (sekulensi) sehingga mudah rebah dan mudah diserang penyakit
Mudah terkena serangan serangga, dan sangat sensitif perubahan kondisi lingkungan.
Menurunkan kualitas buah, misalnya menjadi lebih pahit.
14
Gambar 2.6.1 Kekurangan Nitrogen Gambar 2.6.2 Kelebihan Nitrogen
15
BAB III KESIMPULAN DAN SARAN 3.1 Kesimpulan Nitrogen adalah unsur yang paling berlimpah di atmosfer (70% 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, amonifikasi, reduksi, nitrifikasi, denitrifikasi.
3.2 Saran Isi makalah dan beberapa pembahasan di atas tiadak sepenunya sempurna, untuk itu penulis mohon kepada para pembaca agar dapat memberikan kritik dan saran yang baik. Harap maklum jika terdapat adanya beberapa kejanggalan dan ketidaksempurnaan makalah. Atas perhatian para pembaca, penulis mengucapkan terima kasih.
16
DAFTAR PUSTAKA Aloysius, Suyitno, 2012. Metabolisme Nitrogen. Website: http:// staff. uny. ac.id/ sites/default/files/pengabdian/suyitno-aloysius-drs-
ms/
materi-
pengayaan-tim- ibo- sman-7 -purworejo- tentang- metabolisme-n.pdf. Diakses pada Kamis, 20 Mei 2016 pukul 21.00 WIB Anonim. 2011. Asimilasi Nitrogen dan Belerang. Website: http: //eprints. upnjatim. ac.id/3161/2/asimilsi-n-spdf. Diakses pada Kamis, 20 Mei 2016 pukul 22.00 WIB..
17