2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Klasifikasi dan Morfologi Scenedesmus sp. Scenedesmus sp. merupakan mikroalga yang bersifat kosmopolit dan sebagian besar dapat hidup di lingkungan akuatik seperti perairan tawar dan payau. Sel Scenedesmus sp. memiliki warna hijau (Gambar 1) dan tidak motil. Pada umumnya Scenedesmus sp. membentuk koloni, koloni Scenedesmus sp. yang terdiri atas 2, 4, 8 dan 16 sel. Scenedesmus berbentuk silindris dan umumnya membentuk koloni berukuran lebar 12-14 µm dan panjang 15-20 µm. Selnya berbentuk elips hingga lanceolate (panjang dan ramping) dan beberapa spesies memiliki duri atau tanduk. Berikut adalah taksonomi dari Scenedesmus sp. menurut Meyen (1829): Kingdom :
Plantae
Divisi :
Chlorophyta
Kelas :
Chlorophycea
Ordo :
Sphaeropleales
Famili :
Scenedesmaceae
Genus :
Scenedesmus
Spesies :
Scenedesmus sp.
Scenedesmus sp. dapat melakukan reproduksi secara aseksual maupun seksual. Reproduksi aseksual autospora dengan 2-32 per sporangium, reproduksi seksual oleh Scenedesmus obliquus. Scenedesmus sp. biasanya hidup dalam danau dan kolam air tawar yang eutrofik, hanya sedikit yang dijumpai di air payau. Fisiologi dan biokimianya 4
5
relatif seragam, dengan 28 buah strain diketahui memiliki hidrogenase dan menghasilkan karoten sekunder dalam kondisi nitrogen yang sedikit dan setiap spesiesnya berbeda dalam kemampuan menghidrolisis pati. Spesiesnya bertoleransi atau lebih memilih air eutrofik dengan pH rendah. Suhu optimal untuk Scenedesmus sp. adalah pada rentang 28-30 °C. Beberapa spesies dari Scenedesmus sp. bersifat polimorfik tinggi pada kultivasi dengan berbagai variasi tergantung kondisi kultivasi yang berbeda-beda. Menurut Becker (1994) Scenedesmus sp. mengandung 8-56% protein, 1052% karbohidrat, 2-40% lemak serta 3-6% asam nukleat. Asam lemak pada Scenedesmus terdiri atas 25,161% berupa linoleat, 23,459% oleat serta 20,286% Palmitat.
Gambar 1. Sel Scenedesmus sp. (di foto pada 13 April 2010).
2.2. Kondisi Lingkungan yang Mempengaruhi Pertumbuhan Mikroalga Menurut Boyd dan Wynne (1985), pertumbuhan mikroalga dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain: medium, nutrien atau unsur hara, cahaya, temperatur, pH, serta salinitas.
6
2.2.1. Suhu Setiap penelitian suatu ekosistem akuatik, pengukuran suhu air merupakan hal yang mutlak untuk dilakukan. Hal ini disebabkan karena kelarutan berbagai jenis gas dan air serta semua aktivitas biologis di dalam ekosistem akuatik sangat dipengaruhi oleh suhu. Menurut hukum Van’t Hoffs in Effendi (2003) kenaikan suhu sebesar 10 oC (hanya pada kisaran suhu yang masih ditolerir) akan meningkatkan aktivitas fisiologis (misalnya respirasi) dari organisme sebesar 2-3 kali lipat. Pola suhu akuatik dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti intensitas cahaya matahari, pertukaran panas antara air dan udara sekelilingnya dan juga faktor kanopi (penutupan pada vegetasi). Hutapea (1990) in Azwar 2001 menyatakan bahwa perbedaan suhu pada suatu perairan dipengaruhi oleh empat faktor, yakni: (1) variasi jumlah panas yang diserap, (2) pengaruh konduksi panas, (3) pertukaran tempat massa air, (4) pertukaran air secara vertikal. Menurut Soetjipta (1993) in Azwar (2001), bahwa suhu yang dapat ditolerir oleh organisme pada suatu perairan berkisar antara 2030 oC, selanjutnya Isnansetyo dan Kurniastuty (1995) mengatakan suhu yang sesuai dengan fitoplankton berkisar antara 25-30 oC. Menurut Reynolds (1990) suhu optimal bagi pertumbuhan mikroalga adalah 25-40 oC. Temperatur memepengaruhi proses-proses fisika, kimia dan biologi yang berlangsung dalam sel mikroalga. Peningkatan temperatur hingga batas tertentu akan merangsang aktivitas molekul, meningkatnya laju difusi dan juga laju fotosintesis (Sachlan, 1982).
7
2.2.2. Salinitas Salinitas adalah jumlah keseluruhan garam yang terlarut dalam volume air tertentu. Salinitas ini dinyatakan sebagai bagian garam per seribu bagian air (‰). Salinitas rata-rata air laut dalam samudra adalah 35 ‰. Salinitas menggambarkan padatan total di dalam air, setelah semua karbonat dikonversi menjadi oksida, semua bromida dan iodida digantikan oleh klorida, dan semua bahan organik telah dioksidasi (Effendi, 2003).
2.2.3. Derajat keasaman (pH) Nilai pH merupakan faktor pengontrol yang menentukan kemampuan biologis mikroalga dalam memanfaatkan unsur hara. Nilai pH yang terlalu tinggi misalnya, akan mengurangi aktifitas fotosintesis mikroalga (Noue dan Pauw, 1988). Proses fotosintesis merupakan proses mengambil CO2 yang terlarut di dalam air, dan berakibat pada penurunan CO2 terlarut dalam air. Penurunan CO2 akan meningkatkan pH. Dalam keadaan basa ion bikarbonat akan membentuk ion karbonat dan melepaskan ion hidrogen yang bersifat asam sehingga keadaan menjadi netral. Sebaliknya dalam keadaan terlalu asam, ion karbonat akan mengalami hidrolisa menjadi ion bikarbonat dan melepaskan ion hidrogen oksida yang bersifat basa, sehinggga keadaan netral kembali, dapat dilihat pada reaksi berikut: HCO3
H+ + CO3¯
CO3¯ + H2O
HCO3¯ + OH-
Rata-rata pH untuk kultivasi sebagian besar spesies mikroalga antara 7-9, dengan optimum rata-rata pH berkisar antara 8,2-8,7 (Lavens dan Sorgeloos, 1996).
8
2.2.4. Nutrien (Unsur Hara) Nutrien terdiri atas unsur-unsur hara makro (macronutrient) dan unsur hara mikro (micronutrient). Contoh unsur hara mikro untuk pertumbuhan mikroalga adalah senyawa organik seperti N, K, Mg, S, P dan Cl. Unsur hara mikro adalah Fe, Cu, Zn, Mn, B, dan Mo (Oh-hama dan Miyachi, 1988). Unsur hara tersebut diperoleh dalam bentuk persenyawaan dengan unsur hara lain (Bold, 1980). Khusus bagi mikroalga yang memiliki kerangka dinding sel yang mengandung silikat, misalnya Diatom, unsur Si berperan sebagai faktor pembatas. Secara umum defisiensi nutrien pada mikroalga mempengaruhi penurunan protein, pigmen fotosintesis serta kandungan produk karbohidrat dan lemak. Konsentrasi mikroalga yang dikultivasi secara umum lebih tinggi dari pada yang di alam. Dalam kultivasi alga ditambahkan nutrien antara lain nitrat, phospat dan silikat untuk memenuhi nutrien pada media kultivasi (Lavens dan Sorgeloos, 1996).
2.2.5. Intensitas Cahaya Seperti halnya semua tanaman, mikroalga juga melakukan proses fotosintesis, yaitu mengasimilasi karbon anorganik untuk dikonversi menjadi materi organik. Bersama dengan cahaya yang merupakan sumber energi sangat berperan dalam proses fotosintesis pada alga. Oleh karena itu intensitas cahaya memegang peranan yang sangat penting, namun intensitas cahaya yang diperlukan tiap-tiap alga untuk dapat tumbuh secara maksimum berbeda-beda. Intensitas cahaya yang diperlukan tergantung volume kultivasi dan densitas alga.
9
2.2.6. Fase Pertumbuhan Mikroalga Pertumbuhan mikroalga dapat diamati dengan melihat pertumbuhan besar ukuran sel mikroalga atau dengan mengamati pertumbuhan jumlah sel dalam satuan tertentu. Cara kedua sering digunakan untuk mengetahui petumbuhan mikroalga, yaitu dengan menghitung kelimpahan atau kepadatan sel mikroalga dari waktu ke waktu. Menurut Isnansetyo dan Kuniastuty (1995) terdapat dua cara penghitungan kepadatan mikroalga yaitu dengan menggunakan sedgwick rafter dan menggunakan haemocytometer. Penggunaan haemocytometer lebih sering digunankan dibandingkan dengan sedgwick rafter karena kemudahan dalam penggunaanya. Selama pertumbuhan mikroalga dapat mengalami beberapa fase pertumbuhan (Becker,1994) yaitu:
(1)
Fase Lag (Istirahat) Fase ini dimulai setelah penambahan inokulan ke dalam media kultivasi
hingga beberapa saat setelahnya. Metabolisme berjalan tetapi pembelahan sel belum terjadi sehingga kepadatan sel belum meningkat karena mikroalga masih beradaptasi dengan lingkungan barunya.
(2)
Fase logaritmik (log) atau Eksponensial Fase ini dimulai dengan pembelahan sel dengan laju pertumbuhan yang
meningkat secara intensif. Bila kondisi kultivasi optimum maka laju pertumbuhan pada fase ini dapat mencapai nilai maksimum. Pada fase ini merupakan fase terbaik memanen mikroalga untuk keperluan pakan ikan atau industri. Menurut Isnansetyo dan Kurniastuty (1995) Scenedesmus sp. dapat mencapai fase ini dalam waktu 4-7 hari.
10
(3)
Fase Penurunan Laju Perumbuhan Fase ini ditandai oleh pembelahan sel tetap terjadi, namun tidak sentensif
pada fase sebelumnya sehingga laju pertumbuhannya pun menjadi menurun dibandingkan fase sebelumnya.
(4)
Fase Stasioner Fase ini ditandai oleh laju reproduksi dan laju kematian relatif sama
sehingga peningkatan jumlah sel tidak lagi terjadi atau tetap sama dengan sebelumnya (stasioner). Kurva kelimpahan yang dihasilkan dari fase ini adalah membentuk suatu garis datar, garis ini menandai laju produksi dan laju kematian sebanding.
(5)
Fase Kematian (Mortalitas) Fase ini ditandai dengan angka kematian yang lebih besar dari pada angka
pertumbuhannya sehngga terjadilah penurunan jumlah kelimpahan sel dalam wadah kultivasi. Fase ini ditandai dengan perubahan kondisi media seperti warna, pH dan temperatur dalam medium. Gambar 2 adalah kurva pertumbuhan mikroalga menurut Becker (1994).
Gambar 2. Kurva pertumbuhan mikroalga.
11
2.3. Pupuk Nitrogen merupakan unsur penting bagi pertumbuhan tanaman terutama pada fase vegetatif. Pada saat ini terjadi tiga proses penting yaitu pembelahan sel, pemanjangan sel dan tahap diferensiasi sel (Hladka, 1971). Organisme berklorofil yang kekurangan nitrogen akan berubah warna selnya menjadi kekuning-kuningan karena adanya hambatan sintesis klorofil. Kekurangan N juga akan membatasi pertumbuhan karena tidak ada pembentukan protoplasma baru. Pemupukan nitrogen yang berlebihan juga akan mengakibatkan pertumbuhan vegetatif yang berlebihan. Salah satu cara untuk memenuhi kebutuhan N tanaman (mengatur nisbah C/N) adalah dengan cara penambahan pupuk N ke tanah. Pupuk yang digunakan dalam penelitian ini antara lain adalah pupuk urea, ZA, dan TSP yang dimasukan kedalam medium kontrol.
2.3.1. Urea Urea merupakan senyawa organik yang dikenal dengan rumus kimia CO(NH2)2 atau dengan nama lain Carbamide. Senyawa ini pertama kali ditemukan oleh Hilaire Rouelle (1773). Pada tahun 1828, Frierich Woehler berhasil menemukan urea secara sintetis melalui persamaan reaksi 1.
AgNCO + NH4Cl (NH2)2CO + AgCl……………………(1)
Pada Tahun 1922, Bosh dan Meiser berhasil menemukan cara untuk memproduksi urea menggunakan bahan dasar amonia dan karbondioksida. Proses ini dinilai lebih efisien dibandingkan dengan proses yang ditemukan oleh Woehler (Overdahl dan Meredith, 1991). Reaksi Bosh dan Meiser adalah persamaan reaksi 2.
12
2NH3 + CO2 H2N-COONH4………………………(2) H2N-COONH4 (NH2)2CO + H2O……………….……(3)
Tampilan fisik pupuk urea yang tersedia di pasaran pada umumnya berbentuk kristal dengan berbagai ukuran tergantung pada produsen yang membuatnya (Overdahl dan Meredith, 1991). Salah satu urea yang umum ditemukan di pasaran dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Pupuk Urea (di foto pada 17 Juli 2010) Urea memiliki sifat yang mudah menyerap uap air yang ada di udara dan memiliki kelarutan yang tinggi di dalam air. Urea akan terurai kembali menjadi komponen dasar pembentuknya melalui persamaan reaksi 4.
CO(NH2)2 + H2O 2NH3 + CO2 …………….…………(4)
2.3.2. ZA (Zwavelzure Amoniak) Pupuk ZA adalah pupuk kimia buatan yang dirancang untuk memberi tambahan hara nitrogen dan belerang bagi tanaman. Nama ZA adalah singkatan dari istilah bahasa Belanda, Zwavelzure Amoniak, yang berarti amonium sulfat (NH4)2SO4. Senyawa garam anorganik ini memiliki kandungan nitrogen sekitar
13
20% dan sulfur sekitar 24% sehingga tujuan dari produksi pupuk ini adalah sebagai pupuk pertanian (George dan Sussot, 1971). Pembuatan pupuk ZA pada umumnya melalui reaksi kimia amonia dengan asam sulfat dengan persamaan reaksi 5.
2NH3 + H2SO4 (NH4)2SO4……………………….……(5)
Adapun reaksi lain yang dapat digunakan pula untuk membuat pupuk ZA adalah dengan mereaksikan garam gypsum dengan amonium karbonat melalui persamaan reaksi 6.
(NH4)CO3 + CaSO4 (NH4)2SO4 +CaCO3…………….……(6)
Bentuk pupuk ZA yang sering dijumpai di pasaran adalah seperti bubuk yang mudah larut dalam air (Potnaik, 2002). Penggunaan pupuk ZA dalam bidang pertanian yang berlebihan dapat menyebabkan turunnya pH tanah. Tampilan fisik pupuk ZA dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Pupuk ZA (di foto pada 17 Juli 2010)
14
2.3.3. TSP (Triple Sugar Phosphate) Fosfor (P) merupakan salah satu unsur makro primer yang dibutuhkan oleh tanaman (Tisdale dan Nelson, 1975 in Dana, 2007). Kekurangan unsur P dapat dilihat dari adanya gejala tertundanya pematangan sel. Menurut Bold dan Wynne (1985), gejala kekurangan P juga biasanya tampak pada fase awal pertumbuhan. Pada tumbuhan tingkat tinggi, tanaman yang kekurangan P akan terlihat pada daun tua, warna daun akan menjadi keunguan, perakaran menjadi dangkal dan sempit penyebaranya, dan batang menjadi lemah. Salah satu pupuk fosfor yang digunakan dalam penelitian ini adalah pupuk TSP (Triple Sugar Phosphate). Pupuk TSP merupakan senyawa yang terbentuk melalui reaksi kompleks berikut:
3Ca3(PO4)2.CaF2 + 4H3PO4 + 9H2O 9Ca (H2PO4)2 + CaF2…………(7)
Reaksi tersebut akan menghasilkan pupuk TSP dengan kadar fosfor (P) sebesar 45% dalam bentuk P2O5, sehingga pupuk TSP juga dkategorikan sebagai pupuk fosfor (Havlin et al., 2005). Bentuk umum yang sering dijumpai berupa butiran kecil kasar dengan warna kecoklatan, abu-abu, atau kekuningan dan bahan penyusunnya seperti tanah yang mengering (Havlin et al., 2005). Bentuk TSP seperti pada Gambar 5.
Gambar 5. Pupuk TSP (di foto pada 17 Juli 2010)
