ISOLASI BAKTERI SELULOLITIK DARI LAHAN PERTANIAN DI DESA CANDIKUNING BEDUGUL
SKRIPSI
OLEH : PUTU SETIA BUDI NIM. 1011205012
JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015
ISOLASI BAKTERI SELULOLITIK DARI LAHAN PERTANIAN DI DESA CANDIKUNING BEDUGUL
SKRIPSI
Skripsi ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana
OLEH : PUTU SETIA BUDI NIM. 1011205012
JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015
ii
Putu Setia Budi. NIM. 1011205012. 2015. Isolasi Bakteri Selulolitik dari Lahan Pertanian di Desa Candikuning Bedugul. Di bawah bimbingan Ir. Ida Bagus Wayan Gunam, MP., Ph. D dan Anak Agung Made Dewi Anggreni, S. TP., M. Si. ABSTRAK Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengisolasi bakteri potensial mendegradasi selulosa dari lahan pertanian di Desa Candi Kuning, Bedugul. Untuk mengetahui kemampuan isolat dalam mendegradasi selulosa dan isolat tertentu mempunyai kemampuan mendegredasi selulosa tertinggi. Studi ini juga dilakukan untuk mengetahui kemampuan bakteri dalam mendegradasi selulosa berdasarkan uji Gram Iodine dan uji degradasi kertas filter. Isolat bakteri potensial pendegradasi selulosa diperoleh 22 isolat dari 9 titik sampling. Seluruh isolat mampu memanfaatkan selulosa sebagai sumber karbon yang ditunjukkan dengan pertumbuhan yang positif pada medium selulolitik, tetapi hanya 11 isolat yang menghasilkan zona bening pada uji dengan Gram’s Iodine dengan diameter berkisar 12,07 mm sampai 45,59 mm. Sebelas isolat tersebut adalah bakteri selulolitik yang mampu tumbuh dengan baik dan memanfaatkan selulosa sebagai sumber karbon pada medium selulolitik dengan penambahan CMC 1%. Isolat bakteri CK 18 memiliki kemampuan tertinggi untuk mendegradasi selulosa pada kertas Whatman no.1 sebanyak 88,12%. Kata kunci : isolasi, skrining, bakteri pendegradasi selulosa, uji dengan Gram’s Iodine, uji kertas filter.
iii
Putu Setia Budi. NIM. 1011205012. 2015. Isolation cellulolytic bacteria of Agricultural Land in the village of Candikuning Bedugul. Under guidance of Ir. Ida Bagus Wayan Gunam, MP., Ph. D and Anak Agung Made Dewi Anggreni, S. TP., M. Si. ABSTRACT The aim of this study was to isolate bacteria potential degrade cellulose from land agricultural in the village of Candi Kuning, Bedugul. To determine ability of the isolates in degrade cellulose and certain isolates have the ability mendegredasi highest cellulose. The study was also conducted to determine the ability of bacteria in degrading cellulose based on Gram Iodine and test of degradation filter paper. Isolates bacterial potential degrade cellulose obtained 22 isolates of 9 point of sampling. Whole these isolates capable to utilizing cellulose as carbon source that shown in with positive growth on cellulolitic media, but only 11 isolates that produce clear zone on of test with Gram's Iodine with diameter ranging 12.07 mm up to 45,59 mm. Eleven isolates such is cellulolytic bacteria that capable to grow well and harness cellulose as a carbon source on medium cellulolitic with the addition of CMC 1%. Isolates bacterial CK 18 it has the highest ability to degrade cellulose on Whatman paper no.1 as much as 88.12%. Keywords: cellulose degrading bacteria, isolation, screening, Gram's Iodine test, Filter paper test.
iv
RINGKASAN
Indonesia merupakan negara agraris yang sebagian besar penduduknya bekerja disektor pertanian termasuk masyarakat di Provinsi Bali. Desa Candikuning Bedugul merupakan salah satu daerah produksi holtikultura terbesar di Bali. Aktivitas produksi hortikultura selain menghasilkan buah, sayur dan bungabungaan juga menghasilkan limbah pertanian dalam bentuk tangkai kayu, ranting, daun, akar, jerami, rumput, limbah sortasi dan sebagainya. Apabila limbah pertanian tidak ditangani dengan baik, maka dapat menimbulkan pecemaran lingkungan. Limbah pertanian mengandung lignoselulosa. Lignoselulosa merupakan komponen organik, yang terdiri dari tiga polimer yaitu selulosa, hemiselulosa dan lignin (Dashtban et al., 2009). Komponen limbah pertanian pada umumnya adalah selulosa (35-50%), hemiselulosa (20-35%) dan lignin (10-25%) (Du et al. 1998, Hadar et al. 1993). Selulosa merupakan komponen terbesar dan komponen utama penyusun dinding sel tanaman. Kandungan selulosa pada dinding sel tanaman sekitar 35-50% dari berat kering tanaman (Lynd et al., 2002). Bakteri selulolitik merupakan bakteri pendegradasi bahan organik selulosa yang memiliki peranan mendaur ulang selulosa di dalam biosfir (Leschine, 1995; Saraswati, et al., 2006). Bakteri selulolitik, seperti Azospirilum, Lactobacillus, Acetobacter, berperan dalam proses penyubur tanah (Abdulla, 2007). Bakteri selulolitik memiliki kemampuan dalam menghidrolisis bahan-bahan dari alam yang mengandung selulosa menjadi produk yang lebih sederhana.
v
Keberadaan bakteri selulolitik di dalam tanah sangat dipengaruhi oleh keadaan lingkungan yang mendukung kehidupannya. Salah satu faktor yang mempengaruhi populasi bakteri selulolitik adalah aplikasi pestisida. Penggunaan pestisida pada produksi holtikultura dapat menjadi penyebab terhambatnya degradasi selulosa untuk menyuburkan tanah, akan tetapi bakteri selulolitik akan beradaptasi dengan residu pestisida yang ada pada lahan pertanian. Bakteri selulolitik yang dapat hidup di lahan yang telah tercemar oleh pestisida akan mempunyai kelebihan dibandingkan dengan bakteri selulolitik yang tidak tahan dengan adanya pestisida, terutama kalau akan di sederhanakan sebagai agen bioksi dalam menyuburkan tanah yang tercemar pestisida (sebagai bioaktivator). Agen biopsi adalah pengambilan sampel jaringan untuk pemeriksaan di bawah mikroskop oleh ahli patologi. Uraian hal di atas dapat disimpulkan bahwa diperlukan penelitian untuk mengisolasi beberapa bakteri yang berpotensi mendegredasi selulosa dengan pengambilan sampel tanah yang telah tercemar pestisida maupun limbah pertanian di Desa Candi kuning Bedugul. Disamping itu, percobaan dilakukan untuk mengisolasi bakteri yang berpotensi mendegradasi selulosa dari lahan pertanian di desa candikuning bedugul. Untuk mengetahui kemampuan isolat dalam mendegradasi selulosa dan untuk memperoleh isolat yang mempunyai kemampuan mendegredasi selulosa tertinggi. Tahapan isolasi bakteri dilakukan dengan menggunakan medium selulolitik (dengan penambahan CMC sebanyak 1%). Selanjutnya, mikroba yang tumbuh dimurnikan dengan metode gores kuadran (quadrant streak) pada medium
vi
selulolitik dan koloni dikarakterisasi meliputi warna, bentuk, elevasi, tepian, ukuran. Isolat-isolat selanjutnya diseleksi untuk mendapatkan isolat potensial dengan tingkat degredasi selulosa tertinggi. Sebelum tahap seleksi, isolat diperbanyak secara bertingkat, dicuci dengan larutan NaCl dan di adjust pada spektrofotometer dengan panjang gelombang 660 nm sampai absorbansi 5. Selanjutnya, sel isolat diinokulasikan pada medium selulolitik dan diinkubasi di atas sheker dengan kecepatan 100 rpm pada suhu ruang (30°C). Setelah inkubasi, tingkat degredasi selulosa diuji dengan Gram’s Iodine dan isolat potensial ditentukan dengan memilih isolat yang mampu menghasilkan zona bening pada medium selulolitik. Isolat potensial yang mempunyai tingkat degredasi selulosa tinggi yang ditunjukkan oleh zona bening yang luas selanjutnya di lakukan uji kertas filter. Untuk mengetahui tingkat degradasi selulosa tinggi pada kertas filter. Isolat bakteri potensial pendegradasi selulosa yang diisolasi dari 9 titik sampel diperoleh 22 isolat. Bakteri-bakteri ini mampu memanfaatkan selulosa sebagai sumber karbon yang ditunjukkan dengan pertumbuhan yang positif pada medium selulolitik, tetapi hanya 11 isolat yang menghasilkan zone bening dengan diameter 12,07 mm sampai 45,59 mm pada uji Gram-Iodine. Sebelas isolat bakteri selulolitik ditumbuhkan kembali pada medium selulolitik dan hanya 8 isolat yang tetap menghasilkan zona bening yaitu berkisar antara 15.67 mm sampai 51.08 mm. Pada uji kertas filter ke delapan isolat dapat mendegredasi selulosa berkisar antara 44.10 % sampai 88.12 %. Isolat bakteri CK 18 memiliki kemampuan tertinggi untuk mendegradasi selulosa pada kertas Whatman no.1 adalah 88, 12%, isolat ini yang dipilih sebagai bakteri yang paling berpotensi untuk degradasi selulosa.
vii
viii
RIWAYAT HIDUP
Putu Setia Budi dilahirkan di Desa Kekeran, Kecamatan Busungbiu, Kabupaten Buleleng, Provinsi Bali pada 11 Juli 1990. Penulis merupakan putra tunggal dari pasangan Ketut Sujana dan Cening Ariani. Penulis mulai menempuh pendidikan di SDN 3 Kekeran tahun 1998 dan lulus pada tahun 2004. Penulis melanjutkan pendidikan di SLTP N 1 Busungbiu tahun 2004 dan lulus tahun 2007. Tahun 2007 penulis melanjutkan pendidikan ke SMA N 1 Busungbiu dan lulus pada tahun 2010. Tahun 2010 Penulis diterima di perguruan tinggi melalui jalur PMDK dan tercatat sebagai mahasiswa Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Udayana. Selama tercatat sebagai mahasiswa di FTP UNUD, penulis aktif dalam kepanitiaan di beberapa kegiatan kemahasiswaan di FTP UNUD antara lain: PPS (Pengenalan Program Studi), LKMM, Kunjungan Ilmiah Mahasiswa, Bhakti Ilmiah Sosial Mahasiswa, Hut BK FTP dan lain sebagainya.
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, Ida Sang Hyang Widhi Wasa, atas berkat dan anugrah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Isolasi Bakteri Selulolitik dari Lahan Pertanian di Desa Candikuning Bedugul” dengan baik. Skripsi ini disusun berdasarkan hasil penelitian dan diajukan sebagai salah satu syarat untuk meraih gelar Sarjana Teknologi Pertanian di Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana. Skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik oleh penulis atas dukungan, bantuan, dan bimbingan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada : 1. Ir. Ida Bagus Wayan Gunam, MP., Ph.D sebagai pembimbing I, dan Anak Agung Made Dewi Anggreni, S.TP, M.Si sebagai pembimbing II yang telah banyak membantu, membimbing, dan mengarahkan selama pelaksanaan penelitian dan penyusunan skripsi. 2. Bapak Dr. Ir. Dewa Gede Mayun Permana, MS. selaku Dekan Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana. 3. Ibu Ir. Amna Hartiati, MP selaku Ketua Jurusan Teknologi Industri Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana. 4. Penyandang dana penelitian yang diketuai oleh Bapak Dr. Ir. Yohanes Setiyo, MP dalam penelitian Strategis Nasional. 5. Segenap staf dosen dan pegawai Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana.
x
6. Segenap teknisi Laboratorium Mikrobiologi Pangan dan Laboratorium Bioindustri atas bimbingan, kemudahan dan petunjuknya selama penelitian hingga penyusunan skripsi ini selesai. 7. Ayah, Ibu, dan seluruh keluarga tercinta yang telah memberikan motivasi, dukungan dan doa kepada penulis selama penelitian dan penyusunan skripsi. 8. Teman-teman seluruh angkatan 2010 dan 2011 terima kasih atas segala bantuannya dalam perkuliahan, membuat tugas, praktikum dan penelitian hingga akhir skripsi ini. Tentunya apa yang penulis kemukakan dalam skripsi ini sangat terbatas dan belumlah sempurna. Maka dari itu, penulis mohon saran maupun kritik yang bertujuan memperbaiki dan bersifat membangun dari pembaca sekalian yang nantinya dapat berguna bagi penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata semoga skripsi ini bermanfaat bagi pembaca sekalian.
Bukit Jimbaran, 17 Desember 2015
Penulis
xi
DAFTAR ISI
Halaman JUDUL ...........................................................................................................
ii
ABSTRAK .....................................................................................................
iii
ABSTRACT ...................................................................................................
iv
RINGKASAN ................................................................................................
v
HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................
viii
RIWAYAT HIDUP .......................................................................................
ix
KATA PENGANTAR ...................................................................................
x
DAFTAR ISI ..................................................................................................
xii
DAFTAR TABEL .........................................................................................
xv
DAFTAR GAMBAR .....................................................................................
xvi
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. xvii I. PENDAHULUAN ........................................................................................
1
1.1 Latar Belakang .......................................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah ..................................................................................
2
1.3 Hipotesis .................................................................................................
3
1.4 Tujuan Penelitian ...................................................................................
3
1.5 Manfaat Penelitian .................................................................................
3
II. TINJAUAN PUSTAKA ..............................................................................
4
2.1. Limbah lignoselulosa ..............................................................................
4
2.2. Selulosa
...............................................................................................
5
2.3. Degradasi selulosa ..................................................................................
7
xii
2.4. Media isolasi ...........................................................................................
8
2.5. Uji degradasi selulosa .............................................................................
9
2.5. Pertumbuhan populasi bakteri ................................................................ 11 2.6. Faktor-faktor yang mempengaruhi pertumbuhan mikroba .................... 13 III. METODE PENELITIAN ......................................................................... 15 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ................................................................ 15 3.2. Bahan dan Alat ....................................................................................... 15 3.3. Prosedur Percobaan ................................................................................ 15 3.3.1. Pembuatan media selektif ............................................................ 15 3.3.2. Pengambilan sampel tanah ........................................................... 16 3.3.3. Isolasi bakteri .............................................................................. 16 3.3.4. Pemurnian isolat ............................................................................ 17 3.3.5. Seleksi isolat berdasarkan uji degradasi selulosa .......................... 18 3.3.5.1. Uji dengan Gram’s Iodine ......................................................... 18 3.3.5.2. Uji Kertas Filter ......................................................................... 18 3.3.5.3. Analisis data .............................................................................. 20 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................. 21 4.1. Isolasi bakteri ......................................................................................... 21 4.2. Pemurnian isolat ..................................................................................... 23 4.3. Seleksi isolat berdasarkan nilai OD ........................................................ 25 4.4. Uji dengan Gram’s Iodine ...................................................................... 26 4.5. Uji kertas filter ......................................................................................... 29 V. KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................... 32 5.1. Kesimpulan ............................................................................................. 32
xiii
5.2. Saran ....................................................................................................... 32 DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 33 LAMPIRAN ...................................................................................................... 37
xiv
DAFTAR TABEL
No.
Judul
Halaman
1. Karakteristik koloni bakteri pendegradasi selulosa ....................................... 24 2. Data hasil seleksi isolat pada medium selulolitik ........................................... 26 3. Bakteri selulolitik yang memiliki zona bening dan dapat tumbuh pada medium selulolitik ..................................................................... 28 4. Bakteri selulolitik murni yang mampu terjadinya tingkat petumbuhan bakteri tertinggi pada medium selulolitik .................................. 29
xv
DAFTAR GAMBAR
No.
Judul
Halaman
1.
Konfigurasi dinding sel tanaman…………………...…........................
6
2.
Struktur kimia selulosa ………………………………………….........
7
3.
Grafik pertumbuhan mikroba dalam biakan sistem tertutup (batch culture) …………………………………………...….
12
4.
Diagram alir penelitian ......................................................................
20
5.
Koloni yang tumbuh pada medium selulolitik ................ ....................
22
6.
Isolat setelah digores kuadran (quadrant streak) pada medium selulolitik. .............................................................................................. 24
7.
Isolat bakteri selulolitik yang dapat tumbuh pada medium selulolitik dan mampu menghasilkan zona bening dengan ukuran yang berbeda.
27
Bakteri selulolitik yang memiliki zona bening dan mampu tumbuh pada medium selulolitik .......................................................................
29
Kertas Whatmen no. 1 sesudah diinkubasi pada suhu 37°C selama 10 hari di shaker dengan kecepatan 100 rpm .......................................
30
10. Analisis tingkat degredasi selulosa pada medium selulolitik dan dengan penambahan kertas Whatmen no.1 ................................ ……..
30
8.
9.
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
No.
Judul
Halaman
1. Data hasil isolat berdasarkan nilai OD ............................................... 38 2. Data hasil uji dengan Garam’s Iodine ................................................ 39 3. Data hasil uji Garam’s Iodine dengan menggunakan bakteri selulolitik murni ................................................................................. 41 4. Data hasil uji kertas filter ................................................................... 43 5. Foto – foto tahap penggambilan sampel tanah dari lahan pertanian di Desa Candikuning Bedugul ........................................................... 44 6. Foto – foto tahap isolasi bakteri ........................................................ 45 7. Foto – foto tahap pemurnian isolat .................................................... 46 8. Foto – foto tahap seleksi isolat berdasarkan nilai OD ....................... 47 9. Foto – foto tahap uji dengan Gram’s Iodine ...................................... 49 10. Foto – foto tahap uji kertas filter ....................................................... 54
xvii
