VIABILITAS DAN KEMAMPUAN BAKTERI PENGHASIL BIOSURFAKTAN TERIMOBILISASIDALAM MENDEGRADASI PESTISIDA BERBAHAN AKTIFKARBOFURAN
SKRIPSI
OLEH AGUNG PRASTYO 120805066
DEPARTEMEN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2017
Universitas Sumatera Utara
VIABILITAS DAN KEMAPUAN BAKTERI PENGHASIL BIOSURFAKTAN TERIMOBILISASI DALAM MENDEGRADASI PESTISIDA BERBAHAN AKTIF KARBOFURAN
SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
AGUNG PRASTYO 120805066
Disetujui Oleh:
DEPARTEMEN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2017
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
Kategori Nama Nomor Induk Mahasiswa Program Studi Departemen Fakultas
: Viabilitas dan Kemapuan Bakteri Penghasil Biosurfaktan Terimobilisasi Dalam Mendegradasi Pestisida Berbahan Aktif Karbofuran. : Skripsi : Agung Prastyo : 120805066 : Sarjana (S1) Biologi : Biologi : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Disetujui di Medan, Maret 2017
Komisi Pembimbing: Pembimbing 2,
Pembimbing 1,
Dra. Nunuk Priyani, M.Sc
Prof. Dr. Erman Munir, M.Sc.
Disetujui Oleh Departemen Biologi FMIPA USU Ketua
Dr. Saleha Hannum, M.Si NIP 197108312000122001 i
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
VIABILITAS DAN KEMAMPUAN BAKTERI PENGHASIL BIOSURFAKTAN TERIMOBILISASI DALAM MENDEGRADASI PESTISIDA BERBAHAN AKTIF KARBOFURAN
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Maret 2017
AGUNG PRASTYO 120805066
ii
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Puji Syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini. Skripsi yang berjudul “Viabilitas dan Kemampuan Bakteri Penghasil Biosurfaktan Terimobilisasi Dalam Mendegradasi Pestisida Berbahan Aktif Karbofuran” dibuat sebagai salah satu syarat untuk meraih gelar Sarjana Sains FMIPA, Universitas Sumatera Utara, Medan. Ucapan terima kasih yang tak ternilai penulis ucapkan kepada Orang Tua, Ibunda Fernaliza Sinaga dan Ayahanda Alm. Suko Harjono atas segala pengorbanan, doa dan dorongan kepada penulis. Kepada Kakek Alm. Zulkarnaen dan Nenek Alm. Hamidah yang sangat ingin cucunya memperoleh pendidikan setinggi-tingginya. Kepada Adik tersayang Wahyu Aderian dan Annisa Dewi atas segala dorongan dan semangat, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Ucapan terimakasih penulis sampaikan kepada Bapak Prof. Dr. Erman Munir, M.Sc selaku Dosen Pembimbing I dan Ibu Dra. Nunuk Priyani, M.Sc. selaku Dosen Pembimbing II atas segala bimbingan, arahan, pengertian, bantuan dan kesabarannya dalam pembuatan skripsi ini. Kepada Ibu Dr. Yurnaliza, M.Si dan Ibu Dra. Emita Sabri, M.Si sebagai tim penguji penulis mengucapkan banyak terimakasih atas arahan dan masukan demi kesempurnaan penulisan skripsi ini. Ucapan terimakasih juga penulis sampaikan kepada Ibu Mayang Sari Yeanny, S.Si., M.Si. selaku dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan dorongan dari awal hingga akhir semester, serta kepada Ibu Dr. Nursahara Pasaribu, M.Sc. selaku Ketua Departemen Biologi dan Ibu Dr. Saleha Hannum, M.Si selaku Sekretaris Departeman Biologi, Ibu Roslina, Abangda Ewin, seluruh dosen dan staf pengajar di Departemen Biologi FMIPA USU yang telah membimbing dan membekali penulis dengan berbagai disiplin ilmu. Dalam kesempatan ini penulis juga menyampaikan ucapan terima kasih kepada Abangda Hendika Sinaga, S.Si (Biologi 2010) dan Aditiya Bungsu (Biologi 2012) yang telah memberikan Isolat Pseudomonas aeruginosa Strain M 111 dan Pseudomonas aeruginosa kepada penulis. Terimakasih kepada Bapak Ahadi di BTKL-PP Kelas 1 Medan yang telah memberikan izin penggunaan Mikroskop Stereo, Ibu Evi, Ibu Nurhasanah, Bapak Sekuriti dan Bapak Fahri di BBPPTP Medan yang telah memberikan banyak masukan dalam pengujian HPLC, kepada Mbak Reni dan Bu Endang di Zoologi, Pusat Penelitian Biologi LIPI, Cibinong yang telah mengenalkan penggunaan Mikroskop Elektron kepada penulis, serta kepada Ibu Nurhasni Muluk selaku Laboran Beberapa Laboratorium di Biologi yang banyak membantu dalam penyediaan alat, bahan dan fasilitas selama penulis melakukan penelitian. Ucapan terimakasih juga penulis sampaikan kepada sahabat dan orang spesial dalam hidup penulis Pean, Riri dan Ramadhani yang telah berbagi suka duka di Universitas Sumatera Utara. Kepada teman-teman peneliti di Laboratorium Mikrobiologi Dian Pratiwi, Ester K. Lase, Boby P. Hutabarat, Aditiya Bungsu, Khairissa, Zulfatun, Rita, Ella dan Novita Wijaya dan adik-adik asisten 2013 Vina, Johannes dan Ira. Terima kasih untuk Bang Aan, Kak Nurul Fadhila dan Bang Hendika atas masukannya. Tidak terlupakan teman-teman satu ii Universitas Sumatera Utara
angkatan 2012 “Agent of Change” yang tidak dapat satu per satu disebutkan namanya. Terima kasih penulis sampaikan kepada rekan-rekan Tentor di SSC yang mendukung satu sama lain dalam dunia perkuliahan dan pekerjaan. Kepada rekan-rekan Delegasi PIMNAS 29 di IPB, Ayu, Mita, Nita, Aries, Andi, Samsudin, Putri Nurmala, Nuraini, Venna V Panggabean dan Mei. Akhirnya dengan penuh ketulusan dan kerendahan hati, penulis menyadari bahwa hasil penelitian ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari semua pihak demi kesempurnaan hasil penelitian ini. Semoga Allah SWT membalas seluruh kebaikan kita dengan balasan yang setimpal. Amin Ya Rabbal Alamin.
Medan, Maret 2017
Penulis
iv Universitas Sumatera Utara
VIABILITAS DAN KEMAPUAN BAKTERI PENGHASIL BIOSURFAKTAN TERIMOBILISASI DALAM MENDEGRADASI PESTISIDA BERBAHAN AKTIF KARBOFURAN
ABSTRAK Penggunaan pestisida di negara berkembang khusunya pada sektor pertanian sudah menjadi suatu hal yang lazim. Pestisida yang umum digunakan merupakan pestisida sintetis yang memiliki dampak negatif terhadap lingkungan, seperti pencemaran dan akumulasi dari residu pestisida yang pada akhirnya masuk ke dalam rantai makanan. Penelitian untuk mengetahui viabilitas bakteri penghasil biosurfaktan terimobilisasi dan kemampuannya dalam mendegradasi pestisida telah dilakukan. Pada penelitian ini digunakan bakteri Pseudomonas aeruginosa dan Pseudomonas aeruginosa Strain M 111 koleksi Laboratorium Mikrobiologi, FMIPA Universitas Sumatera. Bakteri diimobilisasi di dua jenis bahan penyalut yaitu alginat dan polyurethane foam (PUF). Efektifitas bahan penyalut dalam memerangkap bakteri terbilang tinggi tinggi masing-masing yaitu 97,97% untuk alginat dan 93,24% untuk PUF. Analisis viabilitas bakteri menunjukkan bahwa bakteri yang diimobilisasi dengan alginat lebih baik dibandingkan dengan polyurethane selama 15 hari masa inkubasi pada suhu ambient. Namun untuk pengaplikasian pada media uji, bakteri yang diimobilisasi menggunakan PUF memilki viabilitas yang lebih baik dibandingkan dengan alginat. Pengamatan makroskopik menunjukkan bahwa kapsul alginat cenderung mengalami peleburan selama 15 hari masa inkubasi. Analisis kemampuan degradasi pestisida oleh bakteri pada media Busnel Hass Broth yang mengandung karbofuran menggunakan Hight Performance Liquid Chromatography . Hasil menunjukkan bahwa kedua isolat yang diimobilisasi dengan alginat mampu mendegradasi 100% karbofuran (konsentrasi awal 41,36 ppm) selama 5 hari masa inkubasi dan bakteri yang diimobilisasi pada PUF mampu mendegradasi 100% karbofuran dalam 15 hari. Kata kunci: Alginat, imobilisasi, karbofuran, pestisida, polyurethane foam
v Universitas Sumatera Utara
VIABILITY AND CAPABILITY OF IMMOBILIZED BACTERIA PRODUCE BIOSURFACTANT TO DEGRADE PESTICIDE WITH CARBOFURAN AS ACTIVE COMPUND
ABSTRACT Application of pesticides especially in developing countries, on the agricultural sector has become a common thing. Pesticides widely used is a synthetic pesticide that has a negative impact on the environment, such as causing pollution and the accumulation of pesticide residues, which finally goes into the food chain. Research to determine the viability of the immobilized biosurfactant producing bacteria and its ability to degrade pesticides has been carried out. This study used Pseudomonas aeruginosa and Pseudomonas aeruginosa Strain M 111, collections of the Laboratory of Microbiology, Faculty Mathematics and Natural Sciences, University of Sumatera Utara. Those bacteria were immobilized on two different types of immobilizing materials, alginate and polyurethane foam (PUF). The result showed that both immobilizing materials have higt effectiveness (97.97% in alginate and 93.24% in PUF). Bacterial viability analysis showed that the bacteria immobilized with alginate was better than that of the polyurethane during 15 days of incubation at ambient temperature. However, for application on the Busnel Hass Broth (BHB) containing carbofuran as the sole carbon source, the bacteria immobilized using PUF have better viability than that in alginate. Macroscopic observation showed that alginate capsules tended to disolve during 15-day incubation period. Analysis of carbofuran residue using Hight Performance Liquid Chromatography (HPLC) indicated that both isolates immobilized with alginate have able to degrade carbofuran completely (initial concentration of 41,36 ppm) during 5 days of incubation and bacteria immobilized with PUF were able to degrade carbofuran completely during 15 days of incubation. Keywords: Alginates, carbofuran, immobilization, pesticide, polyurethane foam
iv Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Gambar Daftar Tabel Daftar Lampiran
i ii iii v vi vii ix x xi
BAB 1. Pendahuluan 1.1. Latar Belakang 1.2.Permasalahan 1.3. Tujuan Penelitian 1.4. Hipotesis 1.5. Manfaat Penelitian
1 2 2 2 3 3
BAB 2. Tinjaun Pustaka 2.1. Pestisida 2.2. Pestisida Sebagai Pencemar Lingkungan 2.3. Insektisida Karbofuran 2.4. Bioremediasi 2.5. Biodegradasi Karbofuran 2.6. Immobilisasi Bakteri 2.7. Matriks Pembawa
4 4 6 7 8 12 14
BAB 3. Metode Penelitian 3.1. Waktu dan Tempat 3.2. Alat dan Bahan 3.3. Prosedur Penelitian 3.3.1. Persiapan Kultur Bakteri dan Pemeriksaan Kemurnian Kultur 3.3.2. Pembuatan suspensi 3.3.3. Imobilisasi Bakteri 3.3.4. Efektifitas Imobilisasi 3.3.5. Uji Viabilitas Bakteri Setelah Imobilisasi Dan Pengaplikasian pada Media Uji 3.3.6. Uji Aktifitas Biosurfaktan 3.3.7. Uji Kemampuan Bakteri Terimobilisasi Dalam Mendegradasi Pestisida Secara In-vitro 3.3.8. Pengamatan Distribusi dan Penempelan Bakteri Pada Bahan Penyalut
15 15 15 15 15 16 16 16 17 18 18 19
vii Universitas Sumatera Utara
BAB 4. Hasil dan Pembahasan 4.1. Imobilisasi Bakteri Menggunakan Alginat danPolyurethane Foam 4.2. Viabilitas Bakteri Terimobilisasi 4.3. Aktifitas Biosurfaktan 4.4. Pertumbuhan Bakteri Pada Media Uji BHB + 4% Pestisida Berbahan Aktif Karbofuran 4.5. Potensi Bakteri Dalam Mendegradasi Pestisida Berbahan Aktif Karbofuran
20 20
BAB 5. Kesimpulan dan Saran 5.1. Kesimpulan 5.2. Saran
37 37 37
Daftar Pustaka Lampiran
38 47
26 29 31 33
viii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Gambar 2. Gambar 3. Gambar 4.
Gambar 5.
Gambar 6. Gambar 7. Gambar 8.
Gambar 9. Gambar 10.
Gambar 11.
Struktur karbofuran Skema jalur degradasi karbofuran Struktur satuan pengulangan asam alginat Mikrograf bahan penyalut menggunakan mikroskopstereo pencahayaan atas. a) Kapsul alginat untuk isolat Pseudomonas aeruginosa, b) Kapsul alginat untuk isolat Pseudomonas aeruginosa Strain M 111 c) Polyurethane Foam untuk isolat Pseudomonas aeruginosa dan d) Polyurethane Foam untuk isolat Pseudomonas aeruginosa Strain M 111 Mikrograf SEM pada tampak permukaan dan bagian dalam bahan penyalut. a) permukaan luar kapsul alginat bakteri P. aeruginosa, b) permukaan dalam kapsul alginat bateri P. aeruginosa, c) permukaan luar PUF bakteri P. aeruginosa, permukaan dalam PUF P. aeruginosa, d) permukaan luar kapsul alginat bakteri P. aeruginosa Strain M111, e) permukaan dalam kapsul alginat bateri bakteri P. aeruginosa Strain M111, g) permukaan luar PUF bakteri bakteri P. aeruginosa Strain M111 dan f) permukaan dalam PUF bakteri bakteri P. aeruginosa Strain M111 Efektifitas imobilisasi bakteri menggunakan bahan penyalut alginat dan polyurethane foam Viabilitas bakteri terimobilisasi pada (a) kapsul alginat dan (b) Polyurethane Foam (PUF) Viabilitas bakteri terimobilisasi pada (a) kapsul alginat dan (b) Polyurethane Foam (PUF) pada media uji BHB + 4% pestisida berbahan aktif karbofuran selama 15 hari masa inkubasi Aktifitas Biosurfaktan selama 15 hari masa inkubasi Profil pertumbuhan bakteri Pseudomonas aeruginosa dan Pseudomonas aeruginosa Strain M111 a). sel bebas bakteri (Kontrol +) pada media uji BHB + 4% pestisida berbahan aktif karbofuran masa inkubasi 15 hari b). sel bakteri yang release dari polyurethane foam pada media uji BHB + 4% pestisida berbahan aktif karbofuran masa inkubasi 15 hari dan c). bakteri yang release dari alginat pada media uji BHB + 4% pestisida berbahan aktif karbofuran masa inkubasi 15 hari Residu karbofuran selama 15 hari masa inkubasi
Halaman 6 11 14 21
22
25 26 28
30 32
33
ix Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1. Karakteristik morfologi kapsul alginat danPolturethane Foam
20
x Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Lampiran 2. Lampiran 3. Lampiran 4. Lampiran 5. Lampiran 6. Lampiran 7. Lampiran 8. Lampiran 9. Lampiran 10. Lampiran 11.
Halaman Diagram Alir Penelitian 47 Persiapan Kultur Bakteri dan Pemeriksaan Kemurnian 48 Kultur Pembuatan Suspensi Sel Bakteri 49 Imobilisasi dengan Menggunakan Polyurethane Foam 49 (PUF) Imobilisasi dengan Menggunakan Alginat 50 Uji Viabilitas Bakteri Setelah Imobilisasi 50 Uji Aktifitas Biosurfaktan Metode Drop Collapsing Test 51 (Jain et al. 1991) yang Dimodifikasi Uji Kemampuan Bakteri Terimobilisasi Dalam 52 Mendegradasi Pestisida Secara In-Vitro Pengamatan Penempelan Bakteri Pada Bahan Penyalut 53 Konsentrasi Residu Karbofuran Selama 15 Hari Masa 54 Inkubasi Lembaran Hasil Uji Residu Pestisida 55
xi Universitas Sumatera Utara
