BIOSORPSI LOGAM MERKURI (Hg) OLEH Bacillus megaterium ASAL HILIR SUNGAI CISADANE HAFIDH ZARKASYI

Transkripsi

1 BIOSORPSI LOGAM MERKURI (Hg) OLEH Bacillus megaterium ASAL HILIR SUNGAI CISADANE HAFIDH ZARKASYI PROGRAM STUDI BIOLOGI FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA 2008 M / 1429 H 50

2 BIOSORPSI LOGAM MERKURI (Hg) OLEH Bacillus megaterium ASAL HILIR SUNGAI CISADANE Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta Hafidh Zarkasyi PROGRAM STUDI BIOLOGI FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA 2008 M / 1429 H 51

3 PENGESAHAN UJIAN Skripsi berjudul Biosorpsi Logam Merkuri (Hg) Oleh Bacillus megaterium Asal Hilir Sungai Cisadane yang ditulis oleh Hafidh Zarkasyi, NIM telah diuji dan dinyatakan lulus dalam sidang Munaqosyah Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta pada hari Jum at tanggal 13 juni Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Strata Satu (S1) Program Studi Biologi. Menyetujui, Penguji I Penguji II Fahma Wijayanti, M.Si Dasumiati, M.Si Pembimbing I Pembimbing II Megga Ratnasari Pikoli, M.Si Drs. Muhammad Badjoeri Mengetahui, Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Ketua Program Studi Biologi DR. Syopiansyah Jaya Putra, M.Sis DR. Lily Surayya Eka Putri, M. Env. Stud NIP NIP

4 PERNYATAAN DENGAN INI SAYA MENYATAKAN KEASLIAN SKRIPSI INI BENAR- BENAR HASIL KARYA SENDIRI YANG BELUM PERNAH DIAJUKAN SEBAGAI SKRIPSI ATAU KARYA ILMIAH PADA PERGURUAN TINGGI ATAU LEMBAGA MANAPUN. Jakarta, Juni 2008 Hafidh Zarkasyi

5 Ayat Ayat Allah Telah nampak kerusakan di darat dan di laut, karena perbuatan tangan manusia, supaya Allah merasakan kepada mereka sebahagian dari (akibat) perbuatan mereka, agar mereka kembali (ke jalan yang benar) (Q.S. Ar-Ruum : 41) Allah meninggikan orang-orang yang beriman diantara kamu dan orang-orang yang diberi ilmu pengetahuan beberapa derajat. (Q.S. Al-Mujadalah :17) Katakanlah, Apakah sama orang-orang yang mempunyai ilmu pengetahuan dan orangorang yang tidak berpengetahuan? (Q.S. Az-Zumar : 9) 54

6 This thesis is especially dedicated to my beloved parents Terima kasih atas semua doa, semangat, cinta dan kasih sayang yang tiada henti yang telah kalian berikan hingga mengalir deras dalam nadi juga darah ini untuk menghadapi semua perjalanan hidupku Kasih kalian takkan bisa terbalaskan Tanpa kalian aku bukan apa-apa You re my best part of my life Pada puncak ada harap Pada batu ada rasa Pada darahku ada kalian Mengalir merah dalam hatiku Selamanya... Untuk lautku yang tak biru lagi Untuk sungaiku yang tak jernih lagi Untuk hutanku yang tak lebat lagi Untuk gunungku yang tak hijau lagi Untuk alamku yang tak asri lagi Untuk bumiku yang tak damai lagi 55

7 KATA PENGANTAR Alhamdulillah, puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul BIOSORPSI LOGAM MERKURI (Hg) OLEH Bacillus megaterium ASAL HILIR SUNGAI CISADANE. Pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Ibunda (Heryati) dan Ayahanda (H.Abdur Rosyid) yang telah mencurahkan kasih sayang dan cinta yang tidak dapat terbalaskan sampai kapanpun. 2. DR. Ir. Syopiansyah Jaya Putra, M.Sis, selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta beserta jajarannya. 3. DR. Lily Surayya E.P, M. Env. Stud. selaku Ketua Program Studi Biologi sekaligus sebagai penguji I dalam seminar proposal dan seminar hasil yang telah memberikan ijin dan arahan dalam melaksanakan penelitian. 4. DR. Ir. Gadis Sri Haryani sebagai Kepala Puslit Limnologi yang telah menerima dan memberikan izin penulis untuk melakukan penelitian di puslit limnologi. 5. Megga Ratnasari Pikoli, M.Si, selaku Pembimbing I sekaligus dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan bimbingan dan semangat sehingga dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini. 6. Drs. Muhammad Badjoeri selaku Pembimbing II yang telah sangat sabar dalam membimbing dan banyak membantu dan memberikan ilmunya kepada penulis dalam melakukan penelitian dan pada akhirnya dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini. 7. Deni Zulfiana, M.Si dan Dra. Nani Radiastuti, M.Si selaku dosen penguji II pada seminar proposal dan seminar hasil. 8. Fahma Wijayanti, M.Si dan Dasumiati, M.Si, selaku dosen penguji I dan II pada sidang munaqosah. 9. Sekar Larashati, M.Si, Disti Juniarti dan Dra. Awalina Satya dari Laboratorium Mikrobiota dan Laboratorium Hidrokimia Puslit Limnologi 56

8 yang telah membantu penulis dalam masa penelitian hingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. 10. Ikhsan Khasani, M.Si selaku kakak seperjuangan yang telah memberikan motivasi dalam sama-sama melaksanakan penelitian di puslit limnologi. 11. Keluarga Besar Puslit limnologi dan Keluarga Besar Sekuriti Puslit Limnologi yang telah menemani penulis dalam keseharian menjalankan penelitian semoga ikatan silaturahmi yang tercipta tetap terjalin. 12. Semua mahasiswa biologi angkatan 2003, Danil, Aki Bahri, Mardiansah, Angga, Feri, Deden, Rengga, Nova, Adang, Wila, Yeni, Irul, Tutu, Maryam, Mae, Ima, Isti, Ninis, Era, Neni, Nurul, Nyai, Ida dan semua teman-teman angkatan 2003 yang terikat silaturahmi dengan penulis. 13. B 6935 EAI dan B 6498 EFG yang telah setia menemani semua perjalanan penulis dalam melaksanakan dan menyelesaikan penelitian. 14. Semua pihak yang tidak disebutkan satu per satu yang telah membantu dalam kelancaran penelitian dan penulisan skripsi ini namun tidak mengurangi rasa terimakasih dan hormat penulis. Semoga Allah SWT, senantiasa memberikan Rahmat dan Karunia-Nya kepada orang-orang yang senantisa bersyukur atas nikmat Iman dan Islam-Nya. Atas segala Kesempurnaan-Nya yang Luhur, penulis ucapkan terima kasih kembali kepada mereka yang telah meluangkan waktu dalam penulisan skripsi ini. Skripsi ini tentu saja masih jauh dari kesempurnaan, sehingga penulis dengan senang hati menerima kritik demi perbaikan. Akhirnya semoga Skripsi ini dapat digunakan sebaik-baiknya serta memiliki banyak manfaat bagi semua. Amin! Wassalamu alaikum wr.wb. Jakarta, Juni 2008 Penulis 57

9 ABSTRAK HAFIDH ZARKASYI. Biosorpsi Logam Merkuri (Hg) oleh Bacillus megaterium Asal Hilir Sungai Cisadane. Skripsi. Program Studi Biologi, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah, Jakarta Penurunan konsentrasi logam berat seperti merkuri dalam media dapat dilakukan dengan bioremoval melalui proses biosorpsi. Pada penelitian ini digunakan bakteri B. megaterium asal hilir Sungai Cisadane, dengan kondisi perlakuan yang terdiri dari 10, 15 dan 20 mg/l Hg dalam media Nutrient Broth (NB). Konsentrasi merkuri yang tersisa dalam media dianalisa dengan menggunakan Atomic Absorption Spectrophotometry (AAS). Pola tumbuh B. megaterium dijadikan tolak ukur di mana inokulum untuk perlakuan menggunakan kultur yang berumur 8 jam, karena merupakan kultur yang sedang memasuki fase logaritmik pertumbuhan (2,87x10 7 cfu/ml) dan durasinya sampai jam ke-12 merupakan fase pertumbuhan tercepat (µ= 3,102 / jam). Hasil uji statistik (α = 0,05) menunjukkan bahwa isolat B. megaterium memiliki kemampuan menyerap logam Hg dalam semua media perlakuan, yaitu pada konsentrasi Hg 10, 15 dan 20 mg/l dengan efisiensi berturut-turut sebesar 99,58, 99,13 dan 99,58%. Tingginya biosorpsi (>98%) menunjukkan potensi biosorpsi logam Hg isolat ini dalam media dengan konsentrasi Hg lebih dari 20 mg/l. Kata kunci : Biosorpsi, Bakteri Bacillus megaterium, Merkuri (Hg) dan AAS. 58

10 ABSTRACT HAFIDH ZARKASYI. Mercury Biosorption by Isolate Bacillus megaterium from The Downstream of Cisadane River. Thesis. Biology Department, Faculty of Science and Technology, State Islamic University Syarif Hidayatullah, Jakarta Heavy metal reduction from medium can be implemented with bioremoval by biosorption process. In this research, isolate Bacillus megaterium from The Downstream of Cisadane River was cultured in Nutrient Broth (NB) medium containing 10, 15 and 20 mg/l of mercury. The rest of Mercury concentration in medium were analyzed using Atomic Absorption Spectrophotometry (AAS). The growth pattern of Bacillus megaterium was used as standard where inoculum for treatment used 8 hours incubated culture as the culture at that time was entering logarithmic growth phase (2,87x10 7 cfu/ml) and its duration until 12 hours incubated was the fastest growth phase (µ= 3,102 / hour). The result of statistic test (one way anova, α = 0,05) showed that B. megaterium isolate has ability to absorb of Hg in all treatment medium, that were 10, 15 and 20 mg/l Hg with efficiencies 99,58, 99,13 and 99,58% respectively. The high level of biosorption (>98%) showed that this isolate has a potency to be applied in environment with more than 20 mg/l Hg concentration. Keywords : Biosorption, Isolate Bacillus megaterium, Mercury (Hg) and AAS. 59

11 DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR... i ABSTRAK...iii ABSTRACT... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR TABEL...viii DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR LAMPIRAN... x BAB I. PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Hipotesis Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 5 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA Bakteri Bacillus megaterium Bakteri Resisten Logam Merkuri (Hg) Logam Berat Merkuri (Hg) Sungai Cisadane Bioremoval atau Biosorpsi Logam Berat

12 BAB III. METODOLOGI PENELITIAN Lokasi dan Waktu Penelitian Bahan dan Alat Prinsip Percobaan Metode Kerja Persiapan Isolat Bakteri B. megaterium Persiapan Media Persiapan Sediaan Larutan Logam Hg Pembuatan Kurva Tumbuh Isolat Bakteri B. megaterium Persiapan Kultur Inokulum Uji Kemampuan Biosorpsi Isolat Bakteri B. megaterium Pengukuran Biosorpsi Logam Hg oleh Isolat Bakteri B. megaterium Pengukuran Efisiensi Biosorpsi oleh Isolat Bakteri B. megaterium Analisa Data BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Pengamatan Pola Tumbuh Isolat Bakteri B. megaterium Biosorpsi Logam oleh Isolat Bakteri B. megaterium BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan

13 5.2. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

14 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Perlakuan Pemberian Kultur Inokulum dan Sediaan Tabel 2. Analisis Sidik Ragam (RAL) Tabel 3. Kecepatan Pertumbuhan Sel Bakteri (µ)

15 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Kurva Pertumbuhan Bakteri (Pelczar dan Chan, 1986)... 7 Gambar 2. Kultur murni B. megaterium pada permukaan medium NA... 9 Gambar 3. Bentuk Sel B. megaterium (Sumber: 9 Gambar 4. Pergerakan Lokal Unsur Merkuri di Perairan Umum (Gavis dan Ferguson, 1972 dalam Budiono, 2002) Gambar 5. Salah Satu Ruas Bagian Hilir Sungai Cisadane Sebagai Lokasi Eksplorasi Bakteri Agen Bioremoval Logam Berat Gambar 6. Proses passive uptake Cr pada permukaan membran sel Gambar 7. Pola Tumbuh Bakteri B. megaterium Selama 24 Jam Gambar 8. Korelasi antara Populasi Bakteri dengan Kerapatan Optik (OD) Bacillus megaterium pada Fase Log (inkubasi 0 sampai 12 jam) Gambar 9. Korelasi antara Populasi Bakteri dengan Kerapatan Optik (OD) Bacillus megaterium secara keseluruhan (inkubasi 0 sampai 24 jam) Gambar 10. Penurunan Konsentrasi Hg oleh Bakteri B. megaterium Gambar 11. Efisiensi Penurunan Konsentrasi Hg oleh Bakteri B. megaterium

16 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Disain Penelitian Lampiran 2. Bagan Kerja Pembuatan Pola Tumbuh dan Pengujian Kemampuan Bakteri Menurunkan Konsentrasi Logam Hg Lampiran 3. Data Populasi Bakteri, Kerapatan Optik (OD 600 nm) Pada Pengamatan Pola tumbuh B. megaterium selama 24 jam Lampiran 4. Tahap Digest Sampel dan Pengukuran Instrumental dengan Hiranuma HG310 Mercury Analyzer Lampiran 5. Hasil Analisa Logam dengan AAS Hiranuma Hg 310 Mercury Analyzer Perlakuan Kontrol Lampiran 6. Hasil Pengolahan dengan SPSS Tabel Deskriptif Perlakuan a. Penyerapan oleh Bakteri b. Penyerapan di Media Tabel Hasil Analisis Sidik Ragam (One Way Anova) a. Hasil Pengolahan data korelasi, cfu/ml, OD dan Jam (Jam ke 0 sampai jam ke 12) b. Hasil Pengolahan data korelasi, cfu/ml, OD dan Jam (Jam ke 0 sampai jam ke 24) Lampiran 7. Peraturan Pemerintah Nomor 82 Tahun 2001 Tentang 65

17 Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air

18 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Air merupakan salah satu sumber daya alam dan komponen yang sangat penting bagi kehidupan organisme, serta modal bagi pembangunan negara. Oleh karena itu melestarikan sumberdaya air seperti sungai menjadi sangat penting dan perlu dilakukan. Pengelolaan kualitas air dan pengendalian pencemaran perairan mempunyai peran yang penting untuk kelangsungan generasi sekarang dan mendatang serta keseimbangan ekologis (PP No.82, 2001). Semakin meningkatnya populasi dan berkembangnya industri menyebabkan limbah padat dan cair semakin banyak. Limbah dari buangan industri dapat saja mengandung logam berat yang sangat berbahaya. Menurut Asmara (1996), sasaran utama dari kontaminasi logam berat yang berasal dari limbah domestik dan industri adalah sistem perairan, yang salah satunya adalah sungai. Sungai Cisadane merupakan sungai yang diarahkan sebagai kawasan perlindungan tata air dan sumber air baku, sekaligus sebagai kawasan wisata, preservasi, konservasi budaya dan juga diharapkan sebagai water front city. Namun berdasarkan hasil pemantauan Sarpedal yang dilakukan di 14 titik pantau menunjukkan terjadinya penurunan tingkat kesehatan sungai dan meningkatnya kandungan logam berat dari hulu ke hilir (Purwati dkk., 2003; Sarpedal, 2004). Sungai Cisadane adalah salah satu sungai besar yang berperan penting bagi aktivitas kehidupan kota-kota yang dilintasinya, seperti Jakarta dan 67

19 Tangerang, serta merupakan sumber air kota Jakarta, yaitu sekitar 15 % pasokan air bersih yang dialirkan ke kota Jakarta (Anonimous, 2005). Sungai Cikaniki, salah satu anak sungai yang bermuara ke Sungai Cisadane, diketahui telah teridentifikasi tercemar logam merkuri (Syawal dan Yustiawati, 2004). Secara umum diketahui bahwa keberadaan logam berat pada batas konsentrasi tertentu merupakan elemen yang berbahaya (toksik) bagi kehidupan organisme. Masukan logam berat ke lingkungan perairan adalah akibat dari pesatnya perkembangan industri terutama industri kertas, tekstil, baterai dan penambangan logam (Badjoeri dkk., 2006). Berdasarkan laporan USEPA (U.S. Environmental Agency) ditemukan ada 13 elemen logam berat yang merupakan elemen utama pencemar yang berbahaya, yaitu : Antimon (An), Arsen (As), Berilium (Be), Kadmium (Cd), Krom (Cr), Tembaga (Cu), Timbal (Pb), Merkuri (Hg), Nikel (Ni), Selenium (Se), Perak (Ag), Talium (Tl), Seng (Zn) (Wild, 1995). Toksisitas (daya racun) logam berat dapat berdampak negatif bahkan merugikan bagi kesehatan manusia tergantung pada bagian mana logam berat tersebut terakumulasi didalam tubuh, selain itu toksisitas logam berat juga dapat menjadi inhibitor (penghambat) proses enzimatik didalam tubuh sehingga proses metabolisme tidak dapat berlangsung. Logam berat dapat juga menjadi pemicu dan penyebab alergi, mutagen, teratogen atau karsinogen bagi manusia (Vouk, 1986). Menurut Vouk (1986) jalur masuknya logam berat dapat melalui kulit, pernapasan dan pencernaan. Logam berat jika sudah terserap ke dalam tubuh sangat sulit dihancurkan dan akan tetap tinggal di dalamnya hingga nantinya dibuang melalui proses ekskresi. Hal serupa juga terjadi apabila suatu lingkungan 68

20 terutama di perairan yang telah terkontaminasi (tercemar) logam berat maka proses pembersihannya akan sulit sekali dilakukan (Nordberg et al., 1986). Berbagai jenis mikroorganisme (bakteri) diketahui dapat mengakumulasi logam berat dalam jumlah besar. Pendekatan inilah yang menjadi dasar penelitian ini untuk pengembangan proses bioremoval dengan memanfaatkan kemampuan aktivitas biosorpsi melalui metabolisme bakteri. Pemanfaatan bakteri sebagai agen bioremoval ion logam berat untuk sistem perairan tercemar perlu dikembangkan karena hal ini adalah salah satu alternatif pendekatan secara biologis yang potensial, ekonomis dan ramah lingkungan untuk pengelolaan atau pengendalian kualitas air suatu sistem perairan tercemar logam berat (Bourquin, 1990). Bakteri merupakan salah satu organisme yang mampu memanfaatkan ion logam berat dalam aktivitas metabolismenya (Bourquin, 1990). Secara alamiah kelompok bakteri ini berkembang dan beradaptasi dengan kondisi lingkungannya. Pada lapisan dasar perairan (surface sediment) yang banyak terakumulasi logam berat akan ditumbuhi oleh berbagai kelompok bakteri atau mikroba tersebut (Atlas dan Bartha, 1993). Mikroorganisme yang tahan terhadap efek racun ion logam (resisten) akan dihasilkan berdasarkan prosedur seleksi yang ketat terhadap pemilihan jenis mikroorganisme yang tahan terhadap kehadiran ion logam berat (Suhendrayatna, 2001). Seleksi dan pemilihan biomassa yang sesuai serta proses treatment awal merupakan unsur yang penting dalam mendisain suatu proses bioremoval. Proses ini juga meliputi pemilihan strain yang sesuai, metode kulturisasi dan kondisi fisik biomassa (Badjoeri dkk., 2006). 69

21 Salah satu upaya menangani pencemaran logam Hg di suatu perairan adalah dengan bioremoval atau biosorpsi menggunakan bakteri indigenous yang diisolasi dari perairan tersebut (Bourquin, 1990). Berdasarkan hasil penelitian Cheung dan Dong-Gu (2005) menunjukkan bahwa bakteri Bacillus megaterium strain TKW3 hasil isolasi dari sedimen permukaan air laut yang terkontaminasi berbagai jenis logam berat. Bacillus megaterium strain TKW3 dapat mereduksi logam berat seperti Cr dan resisten terhadap logam Cr, Se dan As secara in vitro. Isolasi, karakterisasi dan uji resistensi terhadap bakteri indigenous asal Sungai Cisadane yang memiliki kemampuan resistensi terhadap logam Hg 10 mg/l secara in vitro telah dilakukan (Zarkasyi, 2007). Selanjutnya isolat bakteri tersebut berhasil diidentifikasi dan diketahui sebagai isolat bakteri B. megaterium (Badjoeri, 2007). Namun sejauh ini belum diketahui kemampuan B. megaterium dalam menyerap ion logam Hg dengan konsentrasi 10 mg/l atau lebih tinggi Perumusan Masalah Agar penelitian ini lebih terarah, maka permasalahan yang akan dikaji lebih mendalam adalah : 1. Bagaimana pola pertumbuhan isolat bakteri Bacillus megaterium sehingga dapat diketahui umur yang tepat untuk pengujian biosorpsi logam Hg? 2. Bagaimana kemampuan isolat bakteri isolat Bacillus megaterium asal hilir Sungai Cisadane yang resisten terhadap Hg dalam menyerap logam merkuri (Hg) di antara konsentrasi yang diuji (10, 15 dan 20 mg/l)? 70

22 1.3. Hipotesis Hipotesis yang dapat dikemukakan dari penelitian ini adalah : 1. Isolat bakteri Bacillus megaterium dapat mencapai fase aktif yang dapat digunakan sebagai inokulum untuk pengujian biosorpsi logam Hg. 2. Isolat bakteri Bacillus megaterium asal hilir Sungai Cisadane yang resisten Hg dapat menyerap logam Hg di antara konsentrasi Hg yang diuji (10, 15 dan 20 mg/l) Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk : 1. Mengetahui umur inokulum isolat bakteri Bacillus megaterium yang tepat untuk pengujian biosorpsi logam Hg. 2. Mengetahui kemampuan penyerapan logam Hg oleh isolat Bacillus megaterium asal Sungai Cisadane yang resisten Hg di antara konsentrasi Hg yang diuji (10, 15 dan 20 mg/l) Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi untuk penerapan bioremoval logam berat merkuri dengan memanfaatkan bakteri Bacillus megaterium dan dapat menjadi langkah awal untuk pengelolaan kualitas air dan alternatif pemecahan permasalahan pencemaran perairan di Sungai Cisadane khususnya. 71

23 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Bakteri Bakteri termasuk organisme prokariotik (tidak memiliki membran inti). Umumnya bakteri memiliki struktur sel yang relatif sederhana. Struktur sel bakteri yang paling penting adalah dinding sel. Berdasarkan sifat dan struktur dinding sel terhadap pewarnaan, bakteri digolongkan menjadi dua kelompok yaitu Gram positif dan Gram negatif. Bakteri Gram positif memiliki dinding sel yang terdiri atas lapisan peptidoglikan yang tebal dan asam teichoic. Sementara bakteri Gram negatif memiliki lapisan luar, lipopolisakarida yang terdiri atas membran dan lapisan peptidoglikan yang tipis terletak pada periplasma yaitu di antara lapisan luar dan membran sitoplasmik (Volk dan Wheeler, 1986). Sel-sel individu bakteri dapat berbentuk seperti oval (elips), bola (coccus), batang (bacill) atau spiral (spirillum). Dari bentuknya ini dapat dijadikan ciri penting dalam mengidentifikasi suatu spesies. Sel bakteri yang berbentuk seperti bola dan elips dinamakan coccus. Sel bakteri yang berbentuk silindris atau seperti batang dinamakan bacillus. Ada banyak variasi dalam ukuran panjang dan lebar pada bakteri berbentuk bacillus. Bagian ujung sel bacillus ada yang berbentuk persegi, bundar dan meruncing (Pelczar dan Chan, 1986; Volk dan Wheeler, 1993). Bakteri berbentuk spirilum, biasanya individu-individu selnya tidak bergerombol atau saling melekat (Pelczar dan Chan, 1986). Proses reproduksi paling umum di dalam daur pertumbuhan yang biasa 72

24 pada populasi bakteri ialah pembelahan biner melintang. Pembelahan biner melintang adalah suatu proses reproduksi aseksual, setelah pembentukan dinding sel melintang maka satu sel tunggal membelah menjadi dua sel dan disebut sel anak. Beberapa spesies lainnya, bakteri dapat bereproduksi dengan proses tambahan termasuk produksi spora reproduktif, fragmentasi pertumbuhan berfilamen, dengan masing-masing fragmen menghasilkan pertumbuhan dan penguncupan (Pelczar dan Chan, 1986). Dengan adanya reproduksi dan terjadi pertumbuhan pada bakteri, maka ada empat fase pertumbuhan bakteri sebagaimana tampak pada kurva pertumbuhan (Gambar 1). Ket: A : Fase lamban (lag) B : Fase Log (eksponensial) C : Fase Stasioner D : Fase Kematian Gambar 1. Pola Pertumbuhan Bakteri (Pelczar dan Chan, 1986) Dari kurva diatas dapat dilihat bahwa ada suatu periode awal tanpa pertumbuhan (fase lag) karena sel mengalami perubahan komposisi kimiawi dan ukuran serta bertambahnya subtansi intraseluler sehingga siap untuk membelah diri diikuti oleh suatu pertumbuhan cepat (fase log) yaitu sel membelah diri dengan laju yang konstan, masa menjadi dua kali lipat dan keadaan pertumbuhan seimbang. Kemudian fase mendatar (fase stasioner), yaitu terjadinya penumpukan racun akibat metabolisme sel dan kandungan nutrien mulai habis, akibatnya 73

25 terjadi kompetisi nutrisi sehingga beberapa sel mati dan lainnya tetap tumbuh, jumlah sel menjadi konstan. Akhirnya, terjadi suatu penurunan populasi sel-sel hidup (fase kematian) yaitu sel-sel menjadi mati akibat penumpukan racun dan habis nutrisinya, menyebabkan jumlah sel-sel yang mati lebih banyak daripada yang hidup sehingga mengalami penurunan jumlah sel secara eksponensial (Pelczar dan Chan, 1986) Bacillus megaterium Bacillus megaterium merupakan salah satu jenis bakteri yang termasuk genus Bacillus, divisi Firmicutes, kelas Bacilli, ordo Bacillales, dan famili Bacillaceae (Holt dkk.,1994; Turnbull, 1996). Jenis ini memiliki sel berbentuk batang dan bersifat Gram positif, bergerak dengan menggunakan flagel dan dapat membentuk endospora apabila hidup pada lingkungan yang ekstrim. B. megaterium banyak ditemukan dalam tanah dan di air (Madigan dan Martinko, 2005). Berdasarkan hasil uji biokimia bakteri pada penelitian sebelumnya diketahui jenis ini mempunyai enzim katalase (katalase +), mampu menghemolisis darah pada suhu 45 o C (hemolisis +), memfermentasikan senyawa arabinosa, glukosa dan mannitol, membentuk asam dari glukosa, dan mampu memanfaatkan citrat sebagai sumber karbon (citrat +) (Badjoeri, 2007). Berikut ini diperlihat gambar kultur murni Bacillus megaterium pada medium nutrien agar, inkubasi selama 72 jam, pada suhu ruang (Gambar 2). 74

26 Gambar 2. Kultur murni B. megaterium pada permukaan medium NA Gambar 3. Bentuk Sel B. megaterium (Sumber: Bakteri Resisten Logam Hg Resistensi mikroorganisme terhadap logam Hg anorganik berbeda-beda (Nofiani dan Gusrizal, 2004). Menurut Smith et al., (1998), perbedaan resistensi 75

27 ini berhubungan dengan mekanisme respon terhadap stress merkuri (Hg). Pertama, dengan cara menghambat metabolisme sel sehingga pertumbuhan sel lambat atau sel mati. Kedua, menginduksi sistem operon resisten merkuri (Hg) untuk bekerja sehingga sel tetap hidup dalam kondisi stress. Ketiga, adanya plasmid yang mengandung gen resisten merkuri (Hg) yang masuk ke dalam sel. Bakteri yang resisten terhadap merkuri (Hg) terjadi karena bakteri resisten merkuri memiliki gen resisten merkuri (mer operon), (Silver dan Phung, 1996; De, 2004). Struktur mer operon berbeda untuk tiap jenis bakteri. Umumnya struktur mer operon terdiri dari gen metaloregulator (merr), gen transport merkuri (mert, merp, merc), gen merkuri reduktase (mera) dan organomerkuri liase (merb) (De, 2004). De (2004) menyatakan bahwa model mekanisme resisten merkuri bakteri Gram negatif adalah sebagai berikut : Hg 2+ yang masuk periplasma terikat ke pasangan residu sistem merp. Selanjutnya merp mentransfer Hg 2+ ke residu sistein mert atau merc. Akhirnya ion Hg menyeberang membran sitoplasma melalui proses reaksi pertukaran ligan menuju sisi aktif flavin disulfida oksidoreduktase, merkuri reduktase (mera) mengkatalisis reduksi Hg 2+ menjadi Hg 0 volatil dan sedikit reaktif. Akhirnya Hg 0 berdifusi di lingkungan sel untuk selanjutnya dikeluarkan dari sel. Bakteri yang hanya memiliki protein merkuri reduktase (mera) disebut dengan bakteri resisten merkuri spektrum sempit. Beberapa bakteri selain memiliki protein merkuri reduktase (mera) juga memiliki protein organomerkuri liase (merb) yang berfungsi dalam mengkatalisis pemutusan ikatan merkurikarbon sehingga dihasilkan senyawa organik dan ion Hg yang berupa garam tiol 76

28 (Smith et al., 1998). Bakteri yang memiliki kedua protein merkuri reduktase (mera) dan protein organomerkuri liase (merb) disebut dengan bakteri resisten merkuri spektrum luas (Silver dan Phung, 1996; Smith et al., 1998; De, 2004). Dalam penggunaan mikroorganisme ada beberapa jenis bakteri yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan untuk menyerap logam berat, di antaranya dari genus Pseudomonas, Leptotrix, Klebsiella, Citrobacter dan Bacillus (Zeroual et al., 2001 dalam De, 2004; Satchanska et al., 2005). Di antara genus bakteri tersebut hanya genus Pseudomonas dan Bacillus yang diakui paling resisten terhadap logam berat di lingkungan (Satchanska et al., 2005). Penelitian yang dilakukan oleh Wagner-Dobler et al., (2000) menjelaskan bahwa beberapa spesies strain dari genus Pseudomonas seperti Pseudomonas putida, Pseudomonas stutzeri dan Pseudomonas fulva dapat digunakan dalam proses bioremoval logam merkuri (Hg) secara in vitro. Hal ini menegaskan bahwa beberapa genus dari Pseudomonas dapat digunakan dalam proses bioremoval untuk mereduksi beberapa senyawa logam berbahaya lainnya seperti, merkuri (Hg), kadmium (Cd) dan timbal (Cu) (Wong et al., 1993; De, 2004). Cheung dan Dong-Gu (2005) melaporkan bahwa bakteri Bacillus megaterium strain TKW3 hasil isolasi dari sedimen permukaan air laut yang terkontaminasi berbagai jenis logam berat. Bacillus megaterium strain TKW3 dapat mereduksi logam berat seperti Cr dan resisten terhadap logam krom (Cr), selenium (Se) dan arsen (As) secara in vitro. Sedangkan percobaan mengenai bakteri indigenous asal Sungai Cisadane yang resisten terhadap logam merkuri (Hg) dan timbal (Pb) 10 mg/l secara in vitro telah dilakukan (Zarkasyi, 2007). 77

29 2.4. Logam Berat Logam berat merupakan unsur-unsur kimia yang berat jenis > 5 gr/cm 3, mempunyai afinitas yang tinggi terhadap unsur Sulfur (S) dan biasanya bernomor atom 22 sampai 92 dari periode 4 sampai 7, unsur-unsur ini pada sistem periodik terletak di sudut kanan bawah (Manahan, 1977). Menurut Putra dan Putra (2005) unsur logam berat memiliki sifat toksisitas pada makhluk hidup. Logam berat merupakan komponen alami tanah dan unsur ini tidak dapat didegradasi maupun dihancurkan. Logam berat dapat masuk ke dalam tubuh manusia melalui perantara makanan, air minum atau melalui udara (Vouk, 1986). Menurut Nugroho (2001) dalam jumlah sangat kecil logam-logam berat seperti tembaga (Cu), selenium (Se) dan seng (Zn) merupakan elemen yang dibutuhkan tubuh organisme untuk membantu proses metabolisme tubuh, namun demikian logam-logam berat tersebut akan berpotensi menjadi racun (toksik) jika terdapat dalam konsentrasi tinggi terdapat didalam tubuh. Pada beberapa dekade ini bahaya yang ditimbulkan oleh logam berat merupakan isu lingkungan yang sangat menonjol. Berbagai limbah berbahaya saat ini dihasilkan dalam kegiatan manusia dan menimbulkan masalah pada penanganannya. Hal ini terutama karena bentuk limbah bermacam-macam dan mempunyai kadar yang beragam pula (Gavrilescu, 2004). Persoalan spesifik logam berat di lingkungan terutama karena logam berat terakumulasi dalam rantai makanan serta menyebabkan peningkatan keracunan dalam tanah, air dan udara (Suhendrayatna, 2001). Bentuk limbah padat 78

30 menimbulkan pengaruh relatif lokal, tetapi apabila bentuk limbah cair atau yang dapat menguap pengaruhnya lebih luas, dan lebih sulit dicegah kontaminasinya (Badjoeri dkk., 2006). Secara umum diketahui bahwa logam berat merupakan elemen yang berbahaya di permukaan bumi. Proses alam seperti perubahan siklus alamiah mengakibatkan batuan-batuan dan gunung berapi memberikan kontribusi yang sangat besar ke lingkungan (ATSDR, 1999). Disamping itu pula masuknya logam berat ke lingkungan berasal dari sumber-sumber lainnya, seperti pertambangan minyak, emas, batubara, pembangkit tenaga listrik, pestisida, keramik, peleburan logam, pabrik-pabrik pupuk dan kegiatan-kegiatan industri lainnya (ATSDR, 1999; Suhendrayatna, 2001). Menurut Nordberg (1986) dalam Vouck (1986) terdapat 80 jenis dari 109 unsur kimia di muka bumi ini yang telah teridentifikasi sebagai jenis logam berat. Berdasarkan sudut pandang toksikologi, logam berat dapat dibagi dalam dua jenis. Jenis pertama adalah logam berat esensial, dimana keberadaannya dalam jumlah tertentu sangat dibutuhkan oleh organisme hidup, namun dalam jumlah yang berlebihan dapat menimbulkan efek racun. Contoh dari logam berat esensial adalah Seng (Zn), Tembaga (Cu), Besi (Fe), Kobalt (Co) dan Mangan (Mn). Jenis kedua adalah logam berat tidak esensial atau beracun, dimana keberadaannya dalam tubuh masih belum diketahui manfaatnya atau bahkan dapat bersifat racun, seperti yang telah disebutkan oleh Wild (1995) seperti, Antimon (An), Arsen (As), Berilium (Be), Kadmium (Cd), Krom (Cr), Tembaga (Cu), Timbal (Pb), Merkuri (Hg), Nikel (Ni), Selenium (Se), Perak (Ag), Talium (Tl) dan Seng (Zn). 79

31 Kontaminasi logam berat di beberapa negara Asia, telah tersebar secara meluas seperti yang dilaporkan oleh tim survey dari Asia Arsenic Network (AAN). Kontaminasi ini akan terus meningkat sejalan dengan meningkatnya usaha eksploitasi berbagai sumber alam di mana logam berat terkandung di dalamnya (Suhendrayatna, 2001). Adanya logam berat di perairan dapat berbahaya baik secara langsung terhadap organisme maupun tidak langsung terhadap kesehatan manusia (Rai et al., 1981; Sutamihardja dkk., 1982). Hal ini berkaitan dengan sifat-sifat logam berat yaitu : 1. Sulit didegradasi, sehingga mudah terakumulasi dalam lingkungan perairan dan keberadaanya secara alami sulit terurai. 2. Dapat terakumulasi dalam organisme dan akan membahayakan kesehatan manusia yang mengkonsumsi organisme tersebut. 3. Mudah terakumulasi di sedimen, sehingga konsentrasinya selalu lebih tinggi dari konsentrasi logam dalam air. Di samping itu sedimen mudah tersuspensi oleh pergerakan massa air yang akan melarutkan kembali logam yang dikandungnya ke dalam air, sehingga sedimen menjadi sumber pencemar potensial dalam skala waktu tertentu. Pesatnya pertumbuhan dan perkembangan penduduk, perkotaan dan industri menyebabkan limbah yang mengandung logam berat semakin meningkat. Dari berbagai sumber polutan yang paling banyak mengandung logam berat adalah limbah industri, dikarenakan industri banyak menggunakan senyawa-senyawa atau unsur yang mengandung logam berat, baik sebagai bahan 80

32 baku, katalisator maupun sebagai bahan tambahan (Rai et al., 1981; Hutagalung, 1991; ATSDR, 1999). Alasan utama logam berat menjadi bahan pencemar berbahaya karena logam berat tidak dapat didegradasi (non degradable) oleh mikroorganisme hidup di lingkungan, sehingga terakumulasi di lingkungan, terutama mengendap di dasar perairan membentuk senyawa kompleks bersama bahan organik dan anorganik secara adsorbsi dan kombinasi (Djuangsih dkk., 1982). Suhendrayatna (2001) melaporkan salah satu jenis logam berat yang merupakan polutan berbahaya adalah merkuri (Hg). Pada dasarnya alam mempunyai mekanisme untuk mengurangi pengaruh negatif penumpukan logam berat terhadap ekosistem, melalui proses self purification (pemulihan alami), namun demikian karena terjadi akumulasi logam berat yang melebihi batas kemampuan pemulihan alami untuk memprosesnya. Hal tersebut dapat menimbulkan bahaya secara beruntun, mengingat saling ketergantungan yang terjadi antara komponen-komponen ekosistem (Nugroho, 2001). Akibat dari aktivitas manusia terjadi peningkatan mobilisasi, perpindahan dan akumulasi logam berat di lingkungan. Aktivitas industri misalnya, logam berat masuk ke atmosfer, tanah dan perairan melebihi kemampuan alamiah untuk memprosesnya. Bahan-bahan demikian dikenal sebagai bahan senobiotik atau antropogenik. Logam berat tersebut masuk ke ekosistem tanah dalam bentuk organik maupun anorganik (Badjoeri dkk., 2006) Merkuri (Hg) 81

33 Merkuri (Hg) merupakan senyawa pencemar terbesar dalam lingkungan pada beberapa dekade terakhir. Sejak tahun 1950 emisi merkuri ditetapkan sebagai pencemar berbahaya yang dapat mengakibatkan dampak serius terhadap kesehatan manusia dan lingkungan sekitar (USGS, 1995; Klaasen dan Watskin III, 1999). Merkuri tetap ada dalam lingkungan karena sifatnya sangat persisten baik dari bentuk merkuri organik maupun merkuri anorganik. Merkuri ditemukan dalam bijih sinabar didaerah Spanyol, Rusia, Meksiko, Kanada dan Algeria (Evanko dan Dzombak, 1997). Logam merkuri telah ditemukan pada 714 tempat pembuangan limbah berbahaya di Amerika Serikat (ATSDR, 1999), dan diantaranya merkuri sebagai pencemar paling berbahaya. Logam merkuri (Hg) adalah salah satu trace element yang mempunyai sifat cair pada temperatur ruang dengan specific gravity dan daya hantar listrik yang tinggi. Karena sifat-sifat tersebut, merkuri banyak digunakan baik dalam kegiatan perindustrian maupun laboratorium (USGS, 1995; Budiono, 2002; NABIR, 2003). Merkuri yang terdapat dalam limbah atau waste di perairan umum dirombak oleh mikroorganisme melalui aktivitas metabolismenya menjadi senyawa metil merkuri (CH 3 -Hg) yang bersifat toksik dan mempunyai daya ikat yang kuat serta daya kelarutan yang tinggi di dalam tubuh organisme akuatik, seperti udang, ikan atau tumbuhan akuatik. Hal tersebut dapat mengakibatkan merkuri terakumulasi melalui proses bioakumulasi dan biomagnifikasi dalam jaringan tubuh organisme akuatik, sehingga kadar merkuri dapat mencapai level yang berbahaya baik bagi kehidupan hewan air dan kesehatan manusia yang mengkonsumsinya, seperti bahaya dari metil merkuri (merkuri organik) yang 82

34 dapat terakumulasi pada jaringan syaraf pusat (Budiono, 2002; Klaasen dan Watskin III, 2003). Transfer dan transformasi merkuri di perairan dapat dilakukan oleh fitoplankton, bakteri dan sea grasses (rumput laut), dimana jenis-jenis organisme tersebut relatif mendominasi badan perairan. Bakteri dapat merombak merkuri menjadi metil merkuri dan membebaskan merkuri dari air atau sedimen. Kasus keracunan merkuri pertama kali dilaporkan terjadi di Minamata, Jepang pada tahun Sedangkan di Indonesia, kasus kontaminasi merkuri ditemukan pada sungai di Surabaya tahun Proses metilisasi merkuri biasanya terjadi di alam di bawah kondisi tertentu, membentuk satu dari sekian banyak elemen berbahaya, karena dalam bentuk ini merkuri sangat mudah terakumulasi pada rantai makanan (Suhendrayatna, 2001; Setyorini, 2003). Karena sifatnya yang sangat beracun, maka U.S. Food and Administration (FDA) menentukan pembakuan atau nilai ambang batas (NAB) kadar merkuri yang ada dalam perairan yaitu sebesar 0,005 mg/l. Nilai ambang batas ialah suatu keadaan dimana suatu konsentrasi senyawa kimia, dalam hal ini merkuri dianggap belum membahayakan bagi kesehatan manusia. Namun demikian apabila konsentrasi merkuri di dalam makanan, minuman atau perairan sudah melampaui NAB maka air maupun makanan tersebut harus dinyatakan berbahaya (Budiono, 2002). Wardoyo (1981) menyatakan perairan yang aman untuk budidaya ikan mempunyai kadar (konsentrasi) merkuri sekitar 0,002 mg/l. 83

35 Menurut OECD (1974) dalam Budiono (2002), pencemaran merkuri di perairan akibat kegiatan alam mempunyai kisaran antara 0,00001 sampai 0,0028 mg/l, kecuali pada beberapa tempat seperti sungai-sungai di Italia dimana terdapat sumber endapan logam merkuri alamiah, kadarnya dapat mencapai 136 ppb. Secara kualitatif pergerakan lokal unsur merkuri di perairan umum dapat dilihat pada Gambar 4. Gambar 4. Pergerakan Lokal Unsur Merkuri di Perairan Umum (Gavis dan Ferguson, 1972 dalam Budiono, 2002) 2.5. Sungai Cisadane Sungai Cisadane merupakan salah satu sungai utama di Propinsi Banten dan Jawa Barat. Sumber mata airnya berasal dari Gunung Salak Pangrango, 84

36 Bogor dan bermuara ke Laut Jawa. Panjang sungai sekitar 80 km dengan daerah tangkapan seluas km 2. Pada saat ini Sungai Cisadane merupakan sumber air yang diandalkan untuk memenuhi kebutuhan air bagi industri, irigasi dan air minum di wilayah ini (Badjoeri dkk., 2006). Dalam 2 dasawarsa terakhir ini kasus pencemaran merkuri (Hg) ditemukan di berbagai wilayah perairan di Indonesia, seperti di perairan Teluk Buyat dan Teluk Manado di Sulawesi Utara terutama, di Sungai Kapuas dan Kahayan di Kalimantan, di Sungai Citarum dan Cisadane (daerah Pongkor) di Jawa Barat, Pantai Kenjeran di Surabaya, sungai-sungai yang melintasi DKI Jakarta hingga Teluk Jakarta, dan beberapa perairan di Sumatera Barat dan Jambi (Setyorini, 2003). Sungai Cisadane diketahui telah tercemar oleh logam berat seperti Cu, Pb, Cd dan Hg. Pencemaran di Sungai Cisadane selain disebabkan oleh buangan limbah domestik juga oleh limbah cair industri sebanyak m 3 /hari dari 63 industri yang berada disepanjang Sungai Cisadane. Hasil analisa ditemukan konsentrasi Hg mencapai 0,007 mg/l. Konsentrasi Hg ini sudah melampaui batas ketentuan baku mutu air golongan B (Djarismawati, 1991). Sungai Cisadane bagian hilir diduga dapat dijadikan lokasi pencarian sumber isolat bakteri agen bioremoval ion logam berat (Gambar 5), karena berdasarkan hasil pemantauan Sarpedal yang dilakukan pada 14 titik pantau menunjukan kualitas sungai Cisadane tahun pada bulan Juni dan Agustus secara umum menunjukkan adanya pencemaran logam berat dari hulu ke hilir. Pada bulan Agustus 2004 beberapa logam berat terlarut (Pb, Cr, Cu, Fe dan 85

37 Mn) terutama Pb mencapai 441,15 dan 956 ng/l di C21 (Kecamatan Kelor, Tangerang) dan total logam Hg terlarut menunjukkan peningkatan di tahun Gambar 5. Salah Satu Ruas Bagian Hilir Sungai Cisadane Sebagai Lokasi Eksplorasi Bakteri Agen Bioremoval Logam Berat Parameter Hg di air Sungai Cisadane secara umum tidak terdeteksi sedangkan Hg di sedimen menunjukkan nilai yang cenderung meningkat ke arah 86

38 hilir sebesar 122,671 ng/g sampai 617,706 ng/g (Purwati dkk., 2003 dalam Badjoeri dkk., 2006). Pencemaran logam berat merkuri (Hg) di hilir Sungai Cisadane cukup tinggi yaitu sekitar 0,004 0,184 µg/l pada bulan April dan sekitar 0,737 2,026 µg/l pada bulan Juli, namun belum melampaui batas ambang baku mutu air untuk golongan IV (5 µg/l) (Badjoeri dkk., 2006) Bioremoval atau Biosorpsi Logam Berat Bioremoval didefinisikan sebagai terkonsentrasi dan terakumulasinya bahan pencemar dari suatu cairan dalam tubuh mikroorganisme atau material biologi (Suhendrayatna, 2001). Sedangkan Putra dan Putra (2005), mengartikan bioremoval sebagai terkonsentrasi dan terakumulasinya bahan penyebab polusi atau polutan dalam suatu perairan oleh material biologi, dimana material biologi tersebut dapat me-recovery polutan sehingga dapat dibuang dan ramah terhadap lingkungan. Berdasarkan kemampuan bakteri untuk membentuk ikatan antara logam berat dengan selnya maka biosorpsi merupakan kemampuan material biologi untuk mengakumulasikan logam berat melalui proses metabolisme. Proses biosorpsi ini dapat terjadi karena adanya material biologi (biosorben) dan adanya larutan yang mengandung logam berat sehingga mudah terikat pada biosorben (Cossich et al., 2002). Menurut Suhendrayatna (2001) dan Gavrilescu (2004), pada mekanisme bioremoval terjadi proses secara biologis dan kimiawi. Secara biologis ialah proses bioremoval ion logam berat yang melibatkan dua mekanisme, yang meliputi proses active uptake dan passive uptake. Sebagian besar mekanisme 87

39 bioremoval logam berat oleh mikrooganisme adalah proses pertukaran ion yang dirumuskan sebagai berikut: A 2+ + (B-biomassa) B 2+ + (A-biomassa) Mekanisme pertukaran ion ini dibagi atas 3 cara yakni berdasarkan : 1. Metabolisme sel proses yang bergantung pada metabolisme proses yang tidak bergantung pada metabolisme sel). 2. Posisi logam berat di-remove, dapat dibagi atas; akumulasi ekstraseluler (presipitasi), akumulasi intraseluler dan penyerapan oleh permukaan sel. 3. Absorbsi logam berat (proses biosorpsi): melalui proses passive uptake dan active uptake (Nakajama dan Sakaguchi, 1998; Cossich et al., 2002). Passive uptake adalah proses yang terjadi ketika ion logam berat terikat pada dinding sel biosorben. Mekanisme passive uptake dapat dilakukan dengan dua cara, pertama dengan cara pertukaran ion di mana ion pada dinding sel digantikan oleh ion-ion logam berat; dan kedua adalah pembentukan senyawa kompleks antara ion-ion logam berat dengan gugus fungsional seperti karbonil, amino, tiol, hidroksi, posfat dan hidroksi-karboksil secara bolak balik dan cepat (Suhendrayatna, 2001; Ahalya et al., 2004). Sebagai contoh adalah pada Sargassum sp. dan Eklonia sp. di mana Cr 4+ mengalami reaksi reduksi pada ph rendah menjadi Cr 3+ dan Cr 3+ di-remove melalui proses pertukaran kation (Gambar 6). 88

40 Gambar 6. Proses passive uptake Cr pada permukaan membran sel Sedangkan active uptake dapat terjadi pada berbagai tipe sel hidup. Mekanisme ini secara simultan terjadi sejalan dengan konsumsi ion logam untuk pertumbuhan mikroorganisme dan akumulasi intraselular ion logam tersebut. Proses ini sangat dipengaruhi oleh energi yang terkandung oleh sel dan sensitifitasnya terhadap parameter-parameter seperti ph dan suhu (Suhendrayatna, 2001; Gavrilescu, 2004). Dengan demikian dalam proses bioremoval logam berat proses kimiawi dan biologis tidak dapat dipisahkan 89

41 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Lokasi dan Waktu Penelitian Penelitian dilaksanakan pada bulan Juli - Oktober 2007 di Laboratorium Mikrobiota dan Laboratorium Hidrokimia Pusat Penelitian Limnologi LIPI Cibinong Bahan dan Alat Bahan yang digunakan adalah isolat bakteri Bacillus megaterium asal Sungai Cisadane yang diperoleh dari hasil isolasi dan telah diidentifikasi pada kegiatan penelitian sebelumnya di Laboratorium Mikrobiota Pusat Penelitian Limnologi LIPI Cibinong. Media bakteri Nutrient Agar (NA) dan Nutrient Broth (NB), akuades steril, air demin, alkohol 70%, sediaan Hg stok 1000 mg/l, H 2 SO 4 pekat, HNO 3 pekat, KMnO 4 5%, KperSulfat 5%, hidroksilamin klorida 10%, dan SnCl 2 10%. Peralatan yang digunakan adalah tabung reaksi pyrex bertutup ulir, rak tabung reaksi, cawan petri berdiameter 9 cm dan tinggi 2 cm, botol Schott 200 ml dan 2000 ml, gelas ukur 10 ml, gelas Beaker 200 ml, labu Erlenmeyer 200 ml dan 500 ml, kapas, kertas tissu, kertas koran, alumunium foil, kertas saring Whattman θ=0,2 µm, pipet mikro Gilson dan pipet volumetrik 2 ml, 5 ml dan 10 ml, pipet makro otomatis Socorex 0,5-5 ml, pipet mikro eppendorf µL, tip pipet mikro steril, bulb pipet, spatula, ose, laminar air flow, hot plate with stirrer 90

42 (Nuova), shaker, pompa vakum, timbangan analitik elektrik, autoklaf, inkubator, botol sampel steril, spektrofotometer DR/2010 dan Atomic Absorption Spectrophotometry (AAS) Hiranuma Hg-310 Mercury Analyzer Prinsip Percobaan Penelitian ini merupakan studi eksperimental dengan objek isolat bakteri Bacillus megaterium. Isolat B. megaterium dengan kemampuan metabolisme yang dimilikinya akan diuji kemampuannya dalam menyerap logam berat Hg dengan konsentrasi yang berbeda (10, 15 dan 20 mg/l) dalam media secara triplo dan dibandingkan dengan kontrol masing-masing perlakuan Metode Kerja Persiapan Isolat Bakteri B. megaterium Peremajaan isolat bakteri B. megaterium dilakukan dengan menggunakan media Nutrient Agar. Isolat diambil sebanyak satu ose, kemudian digores pada media NA dalam cawan petri dan diinkubasi selama jam pada suhu 28 C. Pemurnian bakteri dilakukan sampai didapat koloni yang terpisah. Hasil pemurnian diinokulasi ke dalam beberapa media NA pada tabung miring, berfungsi sebagai working culture dan stock culture Persiapan Media Media NA (Nutrient Agar) terdiri dari 0,3 gr ekstrak daging, 0,5 gr bakto pepton dan 1,5 gr agar. Media NA dibuat dengan mencampur semua komponen bahan dengan akuades sesuai volume yang dibutuhkan, kemudian dipanaskan 91

43 sambil diaduk sampai homogen. Media NB dibuat dengan cara yang sama namun tanpa agar, kemudian media disterilisasi di dalam autoklaf selama 15 menit pada suhu 121 o C, tekanan 1 atm Persiapan Sediaan Larutan Logam Hg Sediaan larutan logam Hg (murni) dengan konsentrasi 1000 mg/l dikonversi menjadi 10 mg/l, 15 mg/l dan 20 mg/l dengan teknik pengenceran. Untuk mendapatkan volume logam yang harus dimasukkan ke dalam media NB dalam Erlenmeyer 200 ml sampai mencapai volume total sebesar 40 ml dengan menggunakan rumus persamaan : V1. N1 = V2. N2 V1 = Volume total media dalam Erlenmeyer (40 ml) V2 = Volume larutan logam Hg yang akan digunakan (ml) N1 = Konsentrasi logam Hg yang ditentukan (mg/l) N2 = Konsentrasi logam Hg yang digunakan (1000 mg/l) Perlakuan 1 (Logam 10 mg/l) V1. N1 = V2. N2 40 x 10 = V2 x 1000 V2 = 40 x 10 = 0,4 ml larutan logam sediaan 1000 mg/l 1000 Perlakuan 2 (Logam 15 mg/l) V1. N1 = V2. N2 40 x 3 = V2 x 1000 V2 = 40 x 15 = 0,6 ml larutan logam sediaan 1000 mg/l 1000 Perlakuan 3 (Logam 20 mg/l) V1. N1 = V2. N2 40 x 3 = V2 x 1000 V2 = 40 x 20= 0,8 ml larutan logam sediaan 1000 mg/l 1000 Kontrol : Media NB yang ditambahkan logam Hg sesuai perlakuan 92

44 (Tabel 1). Tabel 1. Perlakuan Pemberian Kultur Inokulum dan Sediaan (Volume total = 40 ml) Perlakuan Volume Kultur Volume Larutan Inokulum Bakteri Logam Hg (Sediaan) yang diberikan 1 (10mg/L) 4 ml 0,4 ml 2 (15 mg/l) 4 ml 0,6 ml 3 (20 mg/l) 4 ml 0,8 ml Media NB yang ditambahkan larutan logam Hg Kontrol sesuai masing-masing perlakuan, tanpa inokulum bakteri Pembuatan Kurva Tumbuh Isolat Bakteri B. megaterium Sebanyak satu ose isolat bakteri B. megaterium dalam agar miring (working culture) diinokulasi ke dalam 50 ml media NB steril dalam Erlenmeyer, lalu dihomogenkan dengan dikocok dan diinkubasi dalam suhu ruang selama 24 jam dengan shaker berkecepatan 100 rpm. Selanjutnya kultur tersebut dimasukkan sebanyak 20 ml ke dalam 180 ml NB steril kemudian diukur nilai OD (Optical Density) sel-selnya dengan panjang gelombang 600 nm menggunakan spektrofotometer. Selain itu, jumlah selnya dihitung dengan metode TPC (Total Plate Count) menggunakan spread plate dengan batang L pada cawan petri secara triplo untuk mengetahui jumlah sel per koloni/ml pada jam ke 0, 4, 8, 12, 16, 20 dan 24. Skema pembuatan pola tumbuh bakteri ditampilkan pada Lampiran 2. Pembuatan pola pertumbuhan bakteri B. megaterium bertujuan untuk mengetahui waktu pertumbuhan yang optimum dan masa inkubasi terbaik ( tx ) 93

45 yang dapat menunjukkan kecepatan pertumbuhan sel tertinggi persatuan waktu (jam) dengan menggunakan rumus kecepatan pertumbuhan (µ) (Fardiaz, 1988): µ = 2,303 ( log N log N0) t t0 N0 = jumlah sel awal/ ml N = jumlah sel/ml setelah waktu t t0 = waktu awal t = waktu akhir Persiapan Kultur Inokulum Sebanyak satu ose isolat Bakteri B. megaterium berumur 24 jam dalam agar miring (working culture) diinokulasi ke dalam 50 ml media NB steril dalam Erlenmeyer, lalu dihomogenkan dengan dikocok dan dinkubasi selama 24 jam dengan shaker berkecepatan 100 rpm. Sebanyak 20 ml inokulum tadi (10% dari volume total media) di masukkan ke dalam Erlenmeyer yang berisi media NB sehingga menjadi 200 ml, lalu diinkubasi selama tx terbaik atau sampai waktu saat kecepatan pertumbuhan sel bakteri tertinggi dengan shaker berkecepatan 100 rpm. Untuk selanjutnya kultur cair ini digunakan sebagai biang inokulum Uji Kemampuan Biosorpsi oleh Isolat Bakteri B. megaterium Inokulum isolat bakteri diinokulasi ke dalam media steril NB yang berisi logam Hg dengan konsentrasi perlakuan 10, 15 dan 20 mg/l. Volume inokulum bakteri (inokulum biang) yang dimasukkan ke dalam setiap Erlenmeyer adalah 94

46 1/10 (10%) dari volume total media yang telah ditentukan (40 ml), jadi volume inokulum bakteri yang dimasukkan ke dalam tiap Erlenmeyer adalah: 1/10 x 40ml = 4 ml, dengan suhu ruang, shaker berkecepatan 100 rpm dengan waktu inkubasi setelah bakteri diinokulasikan ke dalam media perlakuan adalah setelah tercapai fase kematian. Kemudian kultur diukur konsentrasi logam Hg yang tersisa, sehingga dapat diketahui kemampuan biosorpsinya melalui konsentrasi logam Hg yang terserap Pengukuran Biosorpsi Logam Hg oleh Isolat B. megaterium Sampel disaring dengan kertas saring Whattman menggunakan pompa vakum untuk mendapatkan filtrat sampai volume ±10 ml dalam tabung reaksi bertutup ulir, kemudian cairan filtrat dari setiap perlakuan tersebut ditambahkan 2 tetes HNO 3 pekat dan siap untuk dianalisa logamnya pada AAS. Filtrat yang diperoleh dari hasil pemisahan biomassa isolat diukur konsentrasi logam Hg-nya untuk mengetahui konsentrasi logam Hg yang tidak terserap oleh B. megaterium (yang tersisa di dalam media). Perbedaan konsentrasi logam awal dengan konsentrasi akhir merupakan konsentrasi logam Hg yang terserap oleh B. megaterium (Hancock, 1996). Pengukuran logam berat Hg pada sampel tersebut dilakukan menggunakan Atomic Absorption Spectrophothometry (AAS) dengan nyala udara asetilen pada panjang gelombang 253,7 nm. Pengukuran konsentrasi logam Hg dilakukan setelah sampel diinkubasi sampai fase kematian. Karena kisaran konsentrasi Hg dalam sampel perlakuan dan sampel kontrol sekitar 10, 15 dan 20 mg/l atau lebih tinggi maka sebelum sampel 95