Penambat Nitrogen di alam ENZIM NITROGENASE. Bakteri Penambat Nitrogen TEKNOLOGI PENAMBATAN GAS N2 UDARA & REKAYASA GENETIK

Transkripsi

1 Materi Kuliah Bioteknologi Pertanian Prodi Agroteknologi Pertemuan Ke 13 TEKNOLOGI PENAMBATAN GAS N2 UDARA & REKAYASA GENETIK Penambat Nitrogen di alam Azolla filiculoides Azolla pinnata Ir. Sri Sumarsih, MP. Weblog: Sumarsih07.wordpress.com Website: agriculture.upnyk.ac.id LEGUM LICHENES resting spore BGA heterocyst 5 µm ENZIM NITROGENASE Enzim nitrogenase terdiri 2 sub unit protein: a. Mo-Fe Protein, labil terhadap asam b. 2 Fe Protein, sangat sensitif terhadap O 2 Aktivitas reaksi enzim nitrogenase diperlukan: a. substrat N 2, N 2 O, C 2 H 2 b. Mg +2 dan ATP (sumber energi) c. reduktan: Ferredoksin (Clostridium, Azotobacter, Anabaena), Flavoprotein (Azotobacter), atau Fe-S protein (bakteroid) Reaksi total reduksi N 2 oleh nitrogenase: N 2 +16ATP+8e - +10H + +Mg +2 2NH 4+ +H 2 +16ADP+Pi Fiksasi N 2 dihambat oleh adanya pemupukan NH 4 dan NO 3 serta ph masam Tipe/Sifat Bakteri Penambat Nitrogen Asimbiotik/Asosiasi: Bakteri Aerobik Bakteri Mikroaerofilik Bakteri Fakultatif Bakteri Anaerobik Blue Green Algae/fotosintetik Simbiotik: Bakteri Blue Green Algae Jenis Mikroorganisme Azotobacter, Beijerinckia Azospirillum, Thiobacillus, Spirillum Bacillus, Escherichia, Pseudomonas Clostridium, Desulfovibrio Nostoc, Anabaena, Rhodospirillum Rhizobium-Legum Anabaena azollae-azolla

2 KEMAMPUAN BAKTERI SIMBIOTIK TANAMAN DLM MEMFIKSASI N 2 KEMAMPUAN FIKSASI N 2 NONSIMBIOTIK TANAMAN SIMBION ALFALFA RED CLOVER PEA SOYBEAN COWPEA VETCH Kg N 2 /Ha / TAHUN MIKROBA KONDISI HARI ugn/ml AZOTOBACTER CYLINDROSPERMUM KLEBSIELLA CLOSTRIDIUM CHLOROBIUM RHODOSPIRILLUM AEROB AEROB/CAHAYA ANAEROB ANAEROB ANAEROB/CAHAYA ANAEROB/CAHAYA Bakteri penambat nitrogen Penambat Nitrogen non-simbiotik: -Azotobacter, hidup di rhizosfer tanaman di lahan kering -Clostridium, hidup di tanah tergenang/ tanah sawah -Azospirillum, hidup di permukaan / dalam akar -Cyanobacteria, BGA, hidup di tanah tergenang /tanah sawah Penambat Nitrogen simbiotik: -Rhizobium- hidup dalam bintil akar leguminosae -Anabaena azollae-hidup dalam daun Azolla pinnata Teknik Konvensional Pembuatan Pupuk Hayati Penambat Gas N2 Bisakah menanam bakteri penambat N2? Jawabnya tentu bisa Caranya bagaimana? Untuk apa? Produknya disebut apa? Mau mencoba? Mulai dari isolasi, kultur & perbanyakan Untuk pupuk hayati pengganti pupuk N kimia Inokulum bakteri penambat nitrogen Figure 6.13

3 Bintil akar Isolasi Bakteri Penambat N2 Udara Bintil akar disterilkan, dipecah, diambil cairannya menggunakan jarum ose Pembuatan kultur murni Rhizobium DITANAM DI MEDIA AGAR MIRING Ose digoreskan di atas media agar Koloni hasil kultur bintil akar yang terpisah diambil dengan ose Simpan dalam refrigerator (almari es tapi bukan di freezernya) TEKNIK PRODUKSI / PERBANYAKAN MIKROBA SECARA SEDERHANA Kultur murni ditanam dalam media cair bifase digojok Media dari bahan yang mudah didapat Skala produksi kecil menggunakan fermentor sederhana Agar hasil lebih banyak dari kultur gojok dipindah ke fermentor dipindah ke fermentor sederhana

4 Penggandaan Alur proses pembuatan inokulum skala bakteri secara produksi industri mikroba Kultur murni PERBANYAKAN BAKTERI DENGAN TEKNOLOGI MODERN Starter DIPERBANYAK DALAM FERMENTOR MODERN Setelah bakteri diperbanyak dicampur dengan carrier Beberapa bentuk produk inokulum Rekayasa Genetik Bakteri Penambat N 2 Gen yang mengkode penambatan N 2 disebut gen nif (nitrogen fixation) Gen nif bisa disisipkan pada organisme lain dengan ekspresi mampu menambat gas N 2 Untuk memberi kemampuan menambat gas N 2 pada bakteri lain atau untuk membuat tanaman mampu menambat gas N 2 dari udara Organisasi Gen nif Gen nif pada kromosom bakteri Klebsiella terdiri atas 17 gen: - Sintesis FeMoCo kofaktor (nif B) - Sintesis protein nitrogenase (K genes) - Pengaturan (nif A)

5 Proses rekayasa genetik pada prokariot Skema genetic engineering untuk pengembangan tanaman penambat gas N 2 Step I: DNA plasmid disisipi gen penanda (gen ketahanan thd antibiotik) Step II DNA plasmid disambung dg gen nif Step III Plasmid dimasukkan ke sel bakteri Agrobacterium tumefaciens, kmdn plasmid dimasukkan ke dlm sel tanaman