APLIKASI ENZIM BAKTERI SELULOLITIK DAN XILANOLITIK DALAM DEKOMPOSISI SUBSTRAT LIMBAH TANAMAN PADI Hasrul Satria Nur SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
RINGKASAN HASRUL SATRIA NUR. P055050011. Pemanfaatan Bakteri Selulolitik dan Xilanolitik Yang Potensial Untuk Dekomposisi Jerami Padi. Dibimbing oleh ANJA MERYANDINI dan HAMIM Bakteri selulolitik dan xilanolitik merupakan organisme yang penting dalam mendekomposisi bahan organik sisa-sisa tanaman yang mengandung lignoselulosa tinggi termasuk jerami padi. Penelitian ini bertujuan untuk mengisolasi bakteri selulolitik asal tanah pertanian di Jawa Barat dan Jawa Tengah serta mengkaji kemampuan bakteri selulolitik dan xilanolitik hasil seleksi (45I-3 dan 234P-16) dalam dekomposisi jerami padi. Metode penelitian ini meliputi isolasi dan seleksi bakteri yang memiliki kemampuan aktivitas selulolitik yang tinggi dengan melihat kemampuannya dalam mendegradasi substrat selulosa dan kemampuan tumbuh pada suhu tinggi (50 o C). Bakteri hasil seleksi kemudian diuji kemampuan dekomposisinya pada jerami padi selama 6 minggu. Empat kombinasi bakteri yang meliputi: C4-4 + Xilanolitik (A), C5-1 + Xilanolitik (B), C11-1 + Xilanolitik (C), 45I-3 + 234P-16 (D) serta kontrol (E, tanpa bakteri) digunakan sebagai kombinasi inokulan dalam dekomposisi jerami padi. Variabel pengamatan meliputi perubahan ph-h 2 O, suhu, C-organik, N-total, N-NH 4 +, rasio C/N, laju dekomposisi, bobot sisa substrat, kandungan hara makro-mikro serta kondisi fisik substrat. Hasil isolasi dan seleksi diperoleh 3 isolat bakteri selulolitik yaitu C4-4, C5-1 dan C11-1 dari 31 isolat. Nilai ph-h 2 O perlakuan C4-4 + Xilanolitik (A) dan C5-1 + Xilanolitik (B) menunjukkan profil ph yang relatif stabil dari perlakuan lainnya. Rasio C/N semua perlakuan mengalami penurunan pada minggu ke-3 dekomposisi dengan nilai rasio C/N perlakuan A, B, C, D, dan E secara berturut-turut yaitu 22.484, 23.425, 27.494, 26.823, dan 29.525. Laju dekomposisi semua kombinasi perlakuan A, B, C, D menunjukkan hasil yang lebih cepat dibandingkan kontrol. Kandungan hara makro-mikro perlakuan A, B, C, D mengalami peningkatan pada akhir dekomposisi sedangkan pada kontrol tidak. Kondisi fisik substrat yang meliputi perubahan bentuk dan warna substrat memperlihatkan hasil yang lebih baik pada perlakuan A dan B dibandingkan yang lainnya. Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa kombinasi isolat bakteri C4-4 + Xilanolitik (A) dan C5-1 + Xilanolitik (B) merupakan kombinasi terbaik dalam dekomposisi jerami padi. Kata kunci: selulolitik, xilanolitik, dekomposisi, jerami padi
ABSTRACT HASRUL SATRIA NUR. P055050011. Utilization of Potential Cellulolytic and Xilanolytic Bacteria for Decomposition of Rice Straw. Under the direction of ANJA MERYANDINI and HAMIM The cellulolytic and xilanolytic bacteria are among organisms that is important to decompose organic matters from agriculture with higher lingo-cellulose compound such as rice straw. This research aims to isolate cellulolytic bacteria from agricultural soil in West and Central Java, and to study the cellulolytic and xilanolytic capacity of selected bacteria (45I-3 and 234P-16) to decompose rice straw. Method of this research comprised isolation and selection of cellulolytic bacteria which have a higher cellulolytic activity and was able to grow under higher temperature (50 o C). The selected bacteria than were analysed their ability to decompose rice straw for 6 weeks. Four combinations of bacteria including C4-4 + Xilanolytic (A), C5-1 + Xilanolytic (B), C11-1 + Xilanolytic (C), 45I-3 + 234P-16 (D), and control (without bacteria) were applied as inoculant of rice straw decomposition. The parameters analysed including the changes of ph-h 2 O, temperature, C-organic, total N and N- NH 4 +, decomposition rate, remaining weight, macro-micro nutrient content as well as physical properties of the substrate. There were 3 prospective isolates of cellulolytic bacteria resulted from the total of 31 isolates we found, i.e. C4-4, C5-1, and C11-1. The ph-h 2 O value of C4-4 + Xilanolytic (A) and C5-1 + Xilanolytic (B) was relatively more stable. C/N ratio of all treatments decreased after 3 weeks incubation. The C/N ratio value of A, B, C, D and E treatments were 22.484, 23.425, 27.494, 26.823, and 29.525 respectively. Decompositon rate all of combination A, B, C, D treatments were quicker than the control. The content of macro-micro nutrient of A, B, C, D treatments increased in the end of measuremant, while the control didn t. The physical characteristic of substrate including the shape and colour was better in A and B treatments that others. The result indicated that the combination of C4-4 + Xilanolytic (A) and C5-1 + Xilanolytic (B) bacteria was the best combination of cellulolytic and xilanolytic bacteria for decomposition of rice straw. Key words: cellulolytic, xilanolytic, decomposition, rice straw
Judul Penelitian : Aplikasi Enzim Bakteri Dalam Dekomposisi Substrat Limbah Pertanian Nama : Hasrul Satria Nur NRP : P055050011 Disetujui Komisi Pembimbing Dr. Anja Meryandini, MS Ketua Dr. Ir. Hamim, M.Si. Anggota Diketahui Ketua Program Studi Bioteknologi Dekan Sekolah Pascasarjana IPB Dr. Muhammad Jusuf, DEA Prof. Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS
PEMANFAATAN BAKTERI SELULOLITIK DAN XILANOLITIK YANG POTENSIAL UNTUK DEKOMPOSISI JERAMI PADI Hasrul Satria Nur Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Bioteknologi SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
HALAMAN PENGESAHAN Judul Tesis Nama NRP : Pemanfaatan Bakteri Selulolitik dan Xilanolitik Yang Potensial Untuk Dekomposisi Jerami Padi : Hasrul Satria Nur : P055050011 Disetujui Komisi Pembimbing Dr. Anja Meryandini, MS Ketua Dr. Ir. Hamim, M.Si. Anggota Diketahui Ketua Program Studi Bioteknologi Dekan Sekolah Pasca Sarjana Dr. Muhammad Jusuf, DEA Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, MS Tanggal Ujian : 28 Januari 2008 Tanggal Lulus :
Hak cipta milik IPB, tahun 2008 Hak cipta dilindungi UU 1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Krui Lampung Barat, putra ketiga dari enam bersaudara pasangan Chairullah AY dan Hasnawati. Pendidikan sekolah menengah atas penulis diselesaikan di SMA Negeri 3 Bandar Lampung. Tahun 1996 penulis melanjutkan studi S-1 pada Jurusan Biologi FMIPA Universitas Lampung (Unila) dan diselesaikan pada Juni 2001. Penulis pada tahun 2001, pernah bekerja sebagai Ka Sie Quality Control Pineapple Juice Concentrate pada PT Kencana Acidindo Perkasa Lampung. Dan terhitung dari bulan Desember 2002-sekarang, penulis adalah staf pengajar pada Program Studi Biologi FMIPA Universitas Lambung Mangkurat (Unlam) Banjarbaru Kalimantan Selatan. Tahun 2005 penulis melanjutkan studi S-2 pada Program Studi Bioteknologi Institut Pertanian Bogor (IPB) dengan Beasiswa BPPS dari Dirjen DIKTI DepDiknas Republik Indonesia.
PRAKATA Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan Tesis yang berjudul Pemanfaatan Bakteri Selulolitik dan Xilanolitik Yang Potensial Untuk Dekomposisi Jerami Padi. Dalam pelaksanaan penelitian penulis mendapat banyak bantuan moral maupun materiil dan ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada: Dr Anja Meryandini, MS., selaku ketua komisi pembimbing atas arahan dan bimbingan selama penelitian dan penulisan tesis. Dr.Ir. Hamim, M.Si., selaku anggota komisi pembimbing atas arahan dan koreksi dalam penulisan tesis. Dr.Ir. Titi Candra Sunarti, M.Si., selaku penguji luar komisi pada ujian tesis atas saran dan koreksi dalam penulisan. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Ayahanda dan Ibunda tercinta yang senantiasa memberikan dukungan, kepercayaan, dan do a yang tiada hentihentinya demi kemajuan penulis. Kedua kakak yang kuhormati Nurul Zahrotun, S.Sos, Desven Forida, S.Sos., dan ketiga adikku yang kubanggakan Hendri Dunan, Husni Thamrin, SH serta Hadi Wijaya. Pamanda Mukri Rahmat, SH., Syahril dan Darwis R yang telah memberikan perhatian dan nasehatnya selama penulis berada di Bogor. Dan juga kepada teman-teman penelitian Bu It, Mbak Niken, Tri, Wahyu, Besti serta teman-teman Bioteknologi angkatan 2005. Staf teknisi Lab Mikrobiologi Mbak Heni, Pak Jaka, Pak Endang dan Bu Dewi di Lab Bioteknologi Hewan dan Biomedis PPSHB. Akhirnya penulis berharap laporan tesis ini dapat memberikan kontribusi dalam pengembangan IPTEKS, khususnya teknologi pengomposan. Bogor, Februari 2008 Hasrul Satria Nur
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN... VIII IX X I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan Penelitian... 2 1.3 Hipotesa... 2 II TINJAUAN PUSTAKA... 3 2.1 Selulosa, Enzim Selulase, dan Mikroba Selulolitik... 3 2.2 Xilan dan Xilanase... 6 2.3 Pengomposan... 7 2.4 Rasio C/N (Karbon/Nitrogen)... 9 III BAHAN DAN METODE... 11 3.1 Waktu dan Tempat... 11 3.2 Alat dan Bahan... 11 3.3 Metode Penelitian... 11 3.3.1 Isolasi dan seleksi bakteri selulolitik... 11 3.3.2 Produksi selulase... 12 3.3.3 Pengujian aktivitas enzim... 12 3.3.4 Produksi Streptomyces sebagai inokulan... 13 3.3.5 Dekomposisi substrat... 13 3.3.6 Pengukuran C-organik dan N-total substrat... 13