[Resume] Bioremediasi dengan Tumbuhan Paku

Reviewer: Reva Nurdiana

Fitoremediasi adalah konsep mengolah air limbah dengan menggunakan media tanaman. Penelitian ini bertujuan mengkaji kemampuan jenis-jenis tumbuhan dalam mengakumulasi arsenik yang menkontaminasi air. Mengkaji serapan arsenik dengan sistem fitoremediasi di ekosistem perairan sebagai strategi pengelolaan ekosistem air untuk mengantisipasi terjadinya pencemaran lingkungan.

Azolla caroliniana adalah tanaman akuatik dengan potensi tinggi untuk program fitoremediasi karena kemampuannya dapat mengumpulkan logam seperti kadmium, kromium, nikel dan seng (Benniceli et al. 2004). Di dalam genus Azolla, A. caroliana memiliki kapasitas tertinggi untuk mengakumulasi tingkat racun. Namun, hanya sedikit informasi yang tersedia tentang mekanisme yang mendasari toleransi As dari tanaman ini (Zhang et al. 2008).

Arsenik (As) adalah metaloid karsinogenik beracun di lingkungan. Sumber-sumber potensial dari kontaminasi As termasuk aktivitas penambangan dan bahan kimia yang digunakan secara luas di bidang pertanian sebagai pestisida, insektisida, defoliant, pengawet kayu dan sterilisasi tanah (Fayiga & Saha 2016). Tercemarnya air dengan As membutuhkan perhatian khusus karena air yang terkontaminasi tersebut digunakan untuk minum, persiapan makanan dan irigasi, serta tanaman pangan merupakan salah satu ancaman terbesar bagi public kesehatan (Karn 2015; Palácio dkk. 2016; Sadee dkk. 2016).

Metode Dan Hasil Penelitian

Ada beberapa metode untuk menghilangkan As dari air, termasuk metode fisik, kimia dan biologi. Diantara ketiga etode tersebut, penggunaan tanaman air atau fitoremediasi adalah teknologi efisien, layak dan murah untuk dilakukan (Farnese et al. 2014). Tanaman yang digunakan dalam fitoremediasi harus mampu membuang polutan dari lingkungan dan bersifat toleran terhadap kerusakan yang disebabkan oleh polutan tersebut (Podder & Majumder 2016). Satu dari efek yang paling merusak seperti pada tanaman adalah stres oksidatif disebabkan oleh peningkatan produksi oksigen reaktif spesies (ROS), yang dapat mengubah metabolisme normal tanaman dan merusak membran sel, menyebabkan penghambatan fotosintesis dan pertumbuhan (Silveira et al. 2015) dan kematian sel pada akhirnya (Sharma et al. 2012). Namun, tumbuhan telah mengembangkan mekanisme sendiri untuk mengurangi efek tersebut menggunakan antioksidan enzimatik dan non-enzimatik, seperti sebagai superoksida dismutase (SOD), peroksidase (POXs) dan katalase (Gusman et al. 2013), serta anthocyanin (Srivastava dkk. 2016) dan tirosin non-protein (Leao et Al. 2014b).

Menurut Wardatun (2011) logam berat adalah logam-logam toksik yang mempunyai densitas 5 gr/cm3 atau lima kali lebih besar daripada densitas air. Logam berat masih termasuk dalam golongan dengan kriteria yang sama dengan logam-logam lain. Terdapat 80 jenis logam berat dari 109 unsur kimia yang ada di bumi.  Logam-logam ini dibagi menjadi dua jenis yaitu:

1. Logam berat essensial; yakni logam dalam jumlah tertentu yang sangat dibutuhkan oleh organisme. Dalam jumlah berlebihan, logam tersebut dapat menimbulkan efek toksik atau beracun. Contohnya adalah seng (Zn), tembaga (Cu), besi (Fe), kobalt (Co), mangan (Mn) dan sebagainya.

2. Logam berat tidak essensial; yakni logam yang keberadaaanya dalam tubuh masih belum diketahui manfaatnya, bahkan bersifat toksik. Contohnya adalah timbal (Pb), merkuri (Hg), kadmium (Cd), krom (Cr), arsen (As) dan lain-lain.

Arsen (As) merupakan bahan kimia yang bersifat metaloid beracun yang ada dalam    berbagai    bentuk organik dan anorganik di alam. Metaloid adalah   kelompok   unsur   kimia   yang memiliki sifat antara logam dan nonlogam, sulit dibedakan dengan logam. Produksi dan penggunaan As di dalam kegiatan industri merupakan salah satu sumber pencemaran nya di lingkungan. Industri-industri   tersebut, antara lain, adalah industri pengolahan bijih logam, industri pestisida, industri pertambangan, industri pelapisan logam, dan proses penghilangan cat atau paint    stripping (Lasut dkk., 2016).

Arsenter dapat dialam bersama-sama dengan mineral fosfat dan dilepas ke lingkungan bersama-sama dengan senyawa fosfat. Arsen daiam bentuk As³⁺ disebut Arsenit dan daiam bentuk As5⁺ disebut Arsenal. Sumber utama paparan As di lingkungan kerjaadalah dari pabrik pembuat herbisida dan pestisiaa serta dari makanan. Arsenit (As³⁺ ) iarut daiam lipid dan dapat diabsorpsi melalui pencernaan, inhalasi dan kontak langsung dengan kulit. Sebagian besar As di tubuh disimpan daiamhati, ginjal, jantung dan paru (Endrinaldi, 2010).

Banyak jenis tanaman yang dapat digunakan     di     dalam     teknologi fitoremediasi, salah satu jenis tanaman yang dapat digunakan adalah dengan menggunakan Azolla caroliniana menurut Sudjana (2014) Azolla   sering   ditemukan   di   lingkungan   lahan   pertanian   terutama pada sawah-sawah yang biasa digenangi.  Pertumbuhan Azolla dilahan sawah pada masa produksi tanaman padi lebih dianggap sebagai tanaman pengganggu (gulma), sehingga penanganan Azolla dilakukan sebagaimana terhadap gulma lainnya.

Tanaman air dapat digunakan sebagai agen fitoremediator karena memiliki kemampuan untuk menyerap bahan pencemar pada limbah. Tanaman air (Eichornia crassipes, Pistia stratiotes, dan Salvinia cucullata) dapat hidup pada perairan yang mengandung cadmium (Cd) dengan konsentrasi 0,2 ppm dan mampu menyerap cadmium di perairan hingga 93,5 % selama 6 hari.  Azolla sp.  merupakan tumbuhan air yang hidup di persawahan dan dapat digunakan sebagai biofilter. Azolla sp. umumnya hidup di daerah tropik, terapung bebas di permukaan, dan berkembang biak dengan spora. Azolla pinnata mampu menyerap kadar amonia sebesar 54,56 % pada limbah industri tahu (Mentari dkk., 2016).

Azolla caroliniana adalah tanaman akuatik dengan potensi tinggi untuk program fitoremediasi karena kemampuannya dapat mengumpulkan logam seperti kadmium, kromium, nikel dan seng. Di dalam genus Azolla, A. caroliana memiliki kapasitas tertinggi untuk mengakumulasi tingkat racun (Leao dkk., 2017).

Pada tahap ini, mekanisme yang dilakukan Azolla caroliana L. Dalam meremediasi logam berat (Arsenic) dilingkungan dilakukan dengan proses penyerapan hingga terbentuknya biomassa dipermukaan sampel uji. Biomassa yang terbentuk ini menandakan bahwa logam berat telah terserap dari lingkungan ke dalam spesies Azolla caroliana L. Tersebut.

      Spesimen Azolla caroliniana L. Dikumpulkan dalam bentuk nonpolluted dengan melakukan perbandingan suhu yang berkisar 20,6 dan 25,2^oc dengan surah hujan tahunan rata-rata 1.229 mm. Spesimen Azolla yang digunakan ini disampling dari   bendungan Universitas Federal Viçosa, Viçosa, Negara Bagian Minas Gerais, Brasil dengan garis lintang yang tertera adalah 20°45'25.0”S42°52'25.5” .

      Azolla caroliana L. Yang diperoleh sebagai sampel uji ini harus melalui beberapa perlakuan yang runtun, untuk menghasilkan potensi yang mampu mengatasi kelimpahan logam berat (Arsenic) di alam. Perlakuan tersebut berupa sterilisasi Sterilisasi sampel dengan senyawa Natrium hipoklorit 1% selama 1 menit dan dibilas secara ekstensif dengan air mengalir atau air yang terdeionisasi.

      Kemudian sampel yang telah ter-sterilisasi dipindahkan ke dalam pot polietilen dengan komposisi nutrisi 10 L degan ph 6.5) (Clark 1975) dan dipertahankan dalam suhu ruang dengn paparan radiasi yang teroknrol (25 ± 2 ºc; 230 μmol m-2 s-1) di bawah fotoperiode 16 jam untuk periode aklimatasi yang dilakukan selama 3 hari.  Di diakhir perlakuan paparan Arsenic terhadap sampel uji ini, terbentuknya biomassa di permukaan sampel uji meruapakan hasil yang tepat.

Tanaman dicuci dengan air deionisasi dan ditempatkan ke dalam oven konvensional pada 80 ° C sampai berat konstan kering tercapai. Tanaman kemudian dicerna dan dianalisis menggunakan spektrofotometer serapan atom hidrida generasi pertama (Shimadzu®, AA6701F). Tingkat pertumbuhan relatif (RGR) dari tanaman dihitung menggunakan persamaan yang diajukan oleh Hunt (1978).

      Rw = (In w1 - ln w0) x 1000 / (t1 - t0) di mana Rw mewakili tingkat pertumbuhan relatif; Pada w1 e ln wo mewakili logaritma neperian dari massa di akhir dan awal percobaan, masing-masing; dan t1 - t0 mewakili durasi percobaan (hari). Toleransi As diperkirakan dengan menghitung toleransi indeks (TI) (%), seperti yang diusulkan oleh Wilkins (1978):

      TI (%) = (Rw * / Rw) x 100 di mana Rw * adalah tingkat pertumbuhan relatif tanaman dalam larutan dengan As, dan Rw adalah laju pertumbuhan relatif tanaman di solusi tanpa arsenik.

Aktivitas SOD ditentukan dengan penambahan 50 μl dari ekstrak enzimatik hingga 5 ml larutan reaksi yang mengandung 50 mm buffer kalium fosfat, ph 7,8, 13 mm metionin, 0,1 mm EDTA, nitrobluetetrazolium 75 mm (NBT) dan riboflavin 2 mm. Reaksi dilakukan pada 25 ° C dalam ruang reaksi di bawah lampu fluorescent 15W selama 5 menit. Jumlah formazan biru yang dihasilkan oleh Fotoreduksi NBT diukur dengan absorbansi pada 560 nm. Satu unit SOD didefinisikan sebagai kuantitas enzim yang dibutuhkan untuk menghambat fotoreduksi NBT sebesar 50% (Beauchamp & Fridovich 1971).

      Aktivitas CAT ditentukan oleh penambahan 0,1 ml ekstrak enzimatik hingga 2,9 ml larutan reaksi terdiri dari 50 mm buffer kalium fosfat, ph 7,0 dan 12,5 mm H2O2 (Havir & mchale 1987). Penurunan absorbansi selama reaksi menit pertama diukur pada 240 nm pada 25 ° C. Aktivitas enzimatik dihitung menggunakan koefisien kepunahan molar 36 M-1 cm-1 (Anderson et al. 1995) dan dinyatakan sebagai μmoles H2O2 min-1 mg-1 FW.

      Aktivitas POX ditentukan dengan penambahan 0,1 ml ekstrak enzimatik hingga 4,9 ml media reaksi yang terdiri dari 25 mm buffer kalium fosfat, ph 6,8, 20 mm pyrogallol dan 20 mm H2O2. Produksi purpurogallin ditentukan oleh peningkatan absorbansi pada 420 nm selama reaksi menit pertama pada 25°C. Aktivitas Enzimatik dihitung menggunakan koefisien molar 2,47 M-1 cm-1 (Peluang & Maehley 1955) dan dinyatakan sebagai μmoles H2O2 min-1 mg-1 FW (berat segar).

      Aktivitas APX ditentukan oleh penambahan 0,1 ml ekstrak enzimatik hingga 2,9 ml media reaksi yang terdiri dari 50 mm buffer kalium fosfat, ph 6,0, 0,8 mm asam askorbat dan 1 mm H2O2 (Nakano & Asada 1981). Penurunan absorbansi pada 209 nm diukur selama reaksi menit pertama pada 25 ° C. Enzimatik aktivitas dihitung menggunakan koefisien molar 2,8 M-1 cm-1 (Anderson et al. 1995) dan dinyatakan sebagai μmol asam askorbat min-1 mg-1 FW.

      Aktivitas GR ditentukan oleh penambahan 0,1 ml ekstrak enzimatik hingga 0,9 ml larutan reaksi yang mengandung 0,1 M tris-hcl buffer, ph 7,5, 1 mm GSSG dan 0,1 mm NADPH (Carlberg & Mannervik 1985). Penurunan absorbansi pada 340 nm diukur selama reaksi menit pertama pada 30 ° C. Aktivitas enzimatik dihitung menggunakan koefisien kepunahan molar 6.22 M-1 cm-1 (Anderson et al. 1995) dan dinyatakan sebagai μmoles glutathione min-1 mg-1 FW.

Kandungan tiol non-protein ditentukan dalam 5,0 ml Aliquot supernatan ditambahkan ke 1,0 ml asam trikloroasetat 50% (b / v) dan 4,0 ml H2O dan dipertahankan selama 1 jam pada Es. Sampel disentrifugasi pada 10.000 xg selama 15 menit, dan 2,0 ml aliquot ditambahkan ke 4,0 ml potassium buffer fosfat (0,4 mol L-1, ph 8,9) dan 0,1 ml Ellman's reagen (0,01 mol L-1). Setelah 5 menit pada suhu kamar, absorbansi pada 412 nm ditentukan. Menggunakan molar koefisien kepunahan 13.100 mol-1 L cm-1, non-protein konten thiols dihitung, dan hasilnya dinyatakan sebagai nmoles SH g-1 FW (Sedlak & Lindsay 1968).

Penentuan Kandungan Anthocyanin Dan Analisis Statistik Yang Digunakan

      Antosianin diekstraksi menggunakan 1% etanol yang diasamkan dengan hcl (Kamperidou & Vasilakakis 2006). Sampel-sampelnya didinginkan selama 14 jam dan disaring, kemudian absorbansi dari ekstrak yang diperoleh diukur pada panjang gelombang 512 nm. Anthocyanin diperkirakan sebagai pelargonidin 3-glukosida pada 510 nm, menggunakan koefisien absorptivitas molar dari 36.000 dan dinyatakan sebagai miligram per 100 g FW.

      Eksperimen sepenuhnya mengikuti desain eksperimental acak dengan enam kali ulangan. Data dianalisis oleh ANOVA dan regresi linier. Persamaannya dihitung menggunakan perangkat lunak SAS 9.1 (SAS Institute Inc. 2004).