Proses Fiksasi Nitrogen

Proses Fiksasi Nitrogen oleh Bintil Akar

Pengenalan Bintil Akar

Bintil akar adalah organ simbiosis yang mampu melakukan fiksasi N dari udara sehingga mampu memenuhi kebutuhan N dari hasil fiksasi tersebut. Seringkali bintil akar terdapat pada tanaman legum yang tumbuh pada tanah berpasir yang kurang subur seperti tanah jenis PMK.  Bintil akar tidak selalu tumbuh di pangkal akar, ada juga yang tumbuh di ujung-ujung akar. Bakteri yang dapat membentuk bintil akar adalah Rhizibium dan Brodyrhizobium.

Rhizobium  : Lebih banyak membentuk bintil akar pada tanaman kacang-kacangan di daerah beriklim sedang.

Brodyrhizobium : Membentuk bintil akar pada tanaman kacang-kacangan pada iklim tropis.

Tabel 1. Tahap Pembentukan Bintil Akar

Umur Bintil (Hari)	Tahap Nodulasi
0	Bakteri masuk ke daalm rambut akar/sel epidermis
1-2	Benang infeksi mencapai dasar sel epidermis dan memasuki korteks
3-4	Suatu massa kecil sel-sel terinfeksi dalam premordium bintil
5	Pembagian pesat dari sel-sel bakteri dan sel-sel inang
7-9	Bintil mulai Nampak
12-18	Pertumbuhan lanjut dari bintil menjadi jaringan bakteroid merah muda, multi terjadi fiksasi N
23	Bintil berlanjut menjadi periode aktif fiksasi N
28-37	Bintil mencapai besar maksimal dan fiksasi N berlanjut
50-60	Pelapukan  bintil

Mekanisme Penambatan Nitrogen oleh bakteri bintil akar :

Untuk menambat nitrogen, bakteri ini menggunakan enzim nitrogenase, dimana enzim ini akan menambat gas nitrogen di udara dan merubahnya menjadi gas amoniak.  Gen yang mengatur proses penambatan ini adalah gen nif (Singkatan nitrogen-fixation).  Gen-gen nif ini berbentuk suatu rantai, tidak terpencar ke dalam sejumlah DNA yang sangat besar yang menyusun kromosom bakteri, tetapi semuanya terkelompok dalam suatu daerah. 

Hal ini memudahkan untuk memotong bagian untaian DNA yang sesuai dari kromoson Rhizobium dan menyisipkanya ke dalam mikroorganisme lain (Prentis, 1984).

Faktor-faktor yang mempengaruhi keberadaan bakteri bintil akar:

a)      Lenoglobin

Aktifitas nitrogenase dan fikasasi N2 oleh legume berhubungan erat dengan Lenoglobin. Fungsi Lenoglobin diduga untuk mengirim O₂ bagi respirasi dalam bintil dan produksi ATP.

b)      Sumber makanan (BO dan perakaran)

Sumber makanan diperlukan untuk bertahan sambil menginfeksi akar

c)      Mikroorganisme lain (sbg kompetitor di rizosfir)

Mikroorganisme lain,terutama yang antagonis, dapat menghalangi bakteri bintil akar untuk menginfeksi akar.

d)     pH

Pertumbuhan bakteri menghendaki pH optimal sedikit dibawah netral, sedikit alkali. Namun beberapa dapat hidup dibawah pH 5. pH sangat rendah menghambat proses infeksi bakteri.

e)      Suhu

Suhu optimal bagi kehidupan bakteri Rhizobium bervariasi tergantung pada spesies tanaman dan iklim. Misal pada kacang kapri, suhu optimal yang dikehendaki adalah 26^oC. Pada suhu 20^oC bintil akar tidak dapat tumbuh dengan baik. Namun, simbiosis masih tetap efektif pada suhu 7^oC sampai 40^oC. Pemanasan selama 5 menit pada suhu 60^oC  sampai 62^oC dapat mematikan Rhizobium.

f)       Kelembaban

Kelembaban yang berlebihan akan  menurunkan jumlah fiksasi N₂ menurun. Kelembaban tanah 25-75% dari kapasitas lapang optimal untuk simbiosis kedelai dan alfalfa.

g)      Senyawa racun

Atom N dalam ion NH₄⁺ dan dan NO₃^- mengurangi bintil akar dan fiksasi N₂ oleh bintil akar dengan cara mengganggu pembentukan benang-benang infeksi oleh Rhizobium.  Mn pada kadar tinggi mengganggu pertumbuhan bintil akar. 

h)   Ketersediaan nutrisi 

Atom P diperlukan untuk pembentukan dan aktifitas bintil yang maksimal.

Ca dibutuhkan oleh Rhizobium untuk meginfeksi akar.

Kekurangan S akan mengganggu  sitesis nitrogenase sehingga kekurangan S menurunkan fiksasi N_2. Mo adalah unsure penting bagi pertumbuhan bakteri karena Mo berperan pada nitrogenase.

Bakteri nitrogen atau dikenal juga sebagai bakteri pengikat nitrogen adalah kelompok bakteri yang mampu mengikat nitrogen (terutaman N₂) bebas di udara dan mereduksinya menjadi senyawa amonia (NH₄) dan ion nitrat (NO₃^-) oleh bantuan enzim nitrogenase. Kelompok bakteri ini biasanya bersimbiosis dengan tanaman kacang-kacangan dan polong untuk membentuk suatu simbiosis mutualisme berupa nodul atau bintil akar untuk mengikat nitrogen bebas di udara yang pada umumnya tidak dapat digunakan secara langsung oleh kebanyakan organisme. Secara umum, kelompok bakteri ini dikenal dengan istilah rhizobia, termasuk di dalamnya genus bakteri Rhizobium, Bradyrhizobium, Mesorhizobium, Photorhizobium, dan Sinorhizobium. Contoh bakteri nitrogen yang hidup bersimbiosis dengan tanaman polong-polongan yaitu Rhizobium leguminosarum, yang hidup di akar membentuk nodul atau bintil-bintil akar.

Rhizobium banyak digunakan sebagai pupuk hijau pada beberapa tanaman, seperti Crotalaria, Tephrosia, dan Indigofera. Akar tanaman polong-polongan tersebut menyediakan karbohidrat dan senyawa lain bagi bakteri melalui kemampuannya mengikat nitrogen bagi akar. Jika bakteri dipisahkan dari inangnya (akar), daya tangkap dan efisiensi penyerapan nitrogen oleh tanaman akan berkurang cukup signifikan. Bintil-bintil akar melepaskan senyawa nitrogen organik ke dalam tanah tempat tanaman polong hidup. Dengan demikian terjadi penambahan nitrogen yang dapat menambah kesuburan tanah.

Tujuan utama bakteri mengikat nitrogen adalah untuk bertahan hidup.  Dalam upaya untuk bertahan hidup, bakteri ini melakukan simbiosis dengan tanaman polong-polongan atau hidup sendiri.  Bakteri ini mengikat nitrogen sebagai bagian dari siklus metabolisme mereka. Enzim yang digunakan bakteri untuk mengikat nitrogen disebut nitrogenase.  Tanpa adanya nitrogenase, bakteri tidak akan mampu melakukan proses pengikatan nitrogen.

Berikut adalah proses kimia yang terjadi pada proses pengikatan nitrogen:

N₂ + 6H⁺ + 6 e^- → 2NH₃

Reaksi di atas hanya salah satu contoh reaksi yang sederhana, sebenarnya terdapat proses pengikatan nitrogen lain yang lebih kompleks.  Produk akhir dari proses pengikatan nitrogen adalah Amoniak (NH₃) dan air.  Enzim nitrogenase akan hancur ketika kontak dengan oksigen.  Oleh karena itu, proses pengikatan nitrogen hanya terjadi pada kondisi anaerob (tanpa oksigen) atau oksigen yang dinetralkan dengan bahan kimia lain seperti Leghemoglobin.