Advertisement

PENAMBATAN (FIKSASI) NITROGEN SECARA BIOLOGI, Walaupun tumbuhan berbunga harus memperoleh nitrogen dalam bentuk kombinasi, beberapa organisme (terutama bakteri tertentu, banyak ganggang hijau-biru, dan beberapa jamur) mampu menambat nitrogen bebas, yaitu dengan menggunakan nitrogen molekuler dari atmosfer sebagai titik awal sintesis protein dan senyawa organik nitrogen lain. Hasil akhir proses penambatan ini yang jelas adalah amonia, yang harus melibatkan diri dalam kombinasi organik melalui jalur metabolisme yang pada tumbuhan berbunga telah diuraikan. Beberapa organisme yang mampu menambat nitrogen adalah organisme yang hidup bebas, beberapa mempunyai hubungan simbiosis dengan organisme lain. (Simbiosis adalah suatu hubungan antara dua organisme yang secara fisiologi saling bergantung, dan pada hubungan ini masing-masing tidak saling bersikap defensif.) Organisme yang hidup bebas meliputi bakteri marga Beijerinckia (yang tersebar luas di sebagian besar tanah daerah tropik) dan ganggang hijau-biru dari marga Nostoc dan Anabaena (yang merupakan penambat nitrogen penting dalam tanah daerah tropik tertentu, terutama di sawah-sawah). Contoh hubungan simbiosis yang paling umum ialah antara bakteri dan tumbuhan berbunga yang termasuk suku Leguminosae (suku polong-polongan). Kemampuan tumbuhan polong-polongan untuk memulihkan kesiiburan tanah setelah dikuras oleh pertumbuhan tanaman serealia telah diketahui sejak hampir 2000 tahun dan telah menjadi dasar bagi pergiliran tanaman selama beberapa abad. Pengetahuan ini diperoleh secara empiris belaka, sampai Boussingault pada tahun 1838 memperoleh bukti untuk memperlihatkan bahwa .nilai tumbuhan polong-polongan terletak pada kemampuanny.a yang nyata untuk menambat nitrogen bebas. Bukti yang diperolehnya berdasarkan pada peragaan bahwa kandungan nitrogen tanaman semanggi jika ditumbuhkan pada pasir akan meningkat, sedangkan gandum dalam keadaan yang sama tidak demikian. Kemudian Hellriegel dan Wilfarth pada tahun 1888 menghubungkan antara kemampuan tumbuhan polong-polongan mengikat nitrogen dengan adanya suatu pembengkakan tertentu pada akar, yang disebut bintil (nodule) yang disebabkan oleh serangan bakteri (  18.2).

J ika polong-polongan itu ditanam pada tanah yang steril, tumbuhan ini tidak akan membentuk bintil akar, dan pertumbuhannya hanya akan dapat dipertahankan dengan penambahan pupuk nitrogen dari luar. Namun, jika tanaman ditumbuhkan pada tanah yang tidak steril dan kemudian terbentuk bintil akar, tanaman akan tumbuh normal tanpa harus diberi pupuk nitrogen dari luar. Hasil-hasil tersebut menunjukkan bahwa hubungan antara polong-polongan dengan sejenis bakteri diperlukan dalam penambatan nitrogen. Kini diketahui bahwa bakteri dalam tanah dari marga Rhizobium menginfeksi rambut akar dan menembus ke dalam korteks akar, dan setelah itu memperbanyak diri dengan cepat. Sel-sel korteks bereaksi terhadap kehadiran bakteri ini dengan cara membelah diri dan membentuk suatu massa jaringan yang mencuat dari permukaan akar sebagai bintil berwarna merah muda. Pusat tiap bintil diisi oleh sel-sel yang membesar yang sitoplasmanya dihuni oleh berbagai bakteri. Akhirnya bintil ini menjadi lunak dan berwarna cokelat, bagian dalamnya tercerna, dan lama kelamaan terkelupas, lalu bakterinya kembali ke dalam tanah. Marga Rhizobium terbagi ke dalam berbagai kelompok atau ‘jenis’ menurut polong-polongan yang dapat diinfeksinya. Walaupun begitu pembagian ini tidak tegas, sebab banyak polong-polongan dapat diinfeksi oleh lebih dari satu jenis bakteri. Lagipula dalam jenis Rhizobium sendiri ada galur-galur yang berbeda satu sama lain dalam kemampuannya menambat nitrogen. Beberapa galur mungkin menambat nitrogen terbatas pada satu jenis polong-polongan tetapi tidak pada jenis kerabat dekatnya dari marga yang sama. Galur-galur lain, walaupun dapat langsung menghasilkan bintil, mungkin hanya dapat menambat sedikit nitrogen.

Advertisement

Banyaknya nitrogen yang dapat ditambat oleh sebuah bintil berkorelasi dengan luas dan kegigihan jaringan-jaringan bakteri pada pusat bintil. Pada galur Rhizobium yang tidak efektzt; yang membentuk bintil tetapi sedikit atau tidak menambat nitrogen, jaringan bakteri ini kecil dan berumur pendek. Pada galur yang efektif, yang jaringan bakterinya luas dan barangkali dapat bertahan untuk beberapa bulan, terjalin suatu hubungan simbiosis. Dalam hubungan ini polongpolongan memberi karbohidrat kepada bakteri, dan bakteri menyediakan nitrogen yang ditambatnya bagi polongpolongan. Namun, hubungan ini rapuh keseimbangannya, sebab Rhizobium, walaupun mudah tumbuh pada biakan murni yang dibubuhi garam amonium, tidak akan menambat nitrogen kecuali pada keadaan sangat khusus. Pada kenyataannya untuk selama kurang-lebih 80 tahun bakteri ini dianggap tidak mampu menambat nitrogen • kecuali jika berasosiasi dengan akar polong-polongan. Akan tetapi pada tahun 1975 ditemukan bahwa kombinasi antara konsentrasi oksigen yang sangat rendah dengan sumber asam dikarboksilat memungkinkan berbagai Rhizobium spp. menambat nitrogen pada sembarang polong-polongan. Lebih jauh diketahui bahwa penggunaan pupuk nitrogen pada polong-polongan ternyata menekan perkembangan bintil, jadi mengurangi penambatan nitrogen. Hal ini telah dibuktikan dengan jalan memberikan larutan amonium sulfat berlabel isotop 15N ke dalam akar polong-polongan, lalu ditaksir berapa dari kandungan nitrogen tumbuhan diperoleh dari penyerapan nitrogen berlabel dari tanah dan berapa dari nitrogen tak berlabel yang ditambat oleh bakteri dalam bintil. Hasil berbagai percobaan membuktikan bahwa ukuran dan jumlah bintil yang terbentuk pada akar terutama ditentukan oleh perimbangan karbohidrat—nitrogen pada tumbuhan itu.

Mekanisme penambatan nitrogen masih kurang dimengerti, akan tetapi enzim-enzim yang terlibat di dalamnya sekarang telah dapat diisolasi dalam sistem di luar sel dan hal ini sangat membantu penelitian mengenai mekanisme tersebut. Mekanisme ini dikenal berasosiasi dengan pigmen merah jambu yang menyebabkan warna merah muda pada bintil yang dihasilkan oleh galur Rhizobium yang efektif. Pigmen ini termasuk ke dalam kelompok hemoglobin pigmen respirasi, yang juga berada dalam sel darah merah vertebrata dan beberapa hewan lain. Tampaknya baik sel-sel akar maupun bakteri pembentuk bintil tidak mampu membentuk hemoglobin sendiri, hanya setelah sel-sel akar diserang bakteri barulah hemoglobin itu terbentuk. Warna merah jambu bintil merupakan indikasi yang terpercaya akan .adanya kegiatan penambatan nitrogen yang aktif, dan penduaan spektrofotometri kandungan hemoglobin bintil telah digunakan sebagai peranti penentuan efisiensi galur Rhizobium.

Efek pertumbuhan polong-polongan yang menguntungkan kesuburan tanah tidak seluruhnya disebabkan oleh peningkat-an kandungan nitrogen akar dan bagian yang berada di atas tanah dari tanaman polong-polongan itu, yang karena dibiarkan membusuk atau karena dibajak dan dibenamkan ke dalam tanah, meningkatkan nitrogen gabungan yang tersim-pan dalam tanah. Tanaman polong-polongan, ketika masih tumbuh, kadang-kadang mengeluarkan sebagian (sering 10-20 persen) nitrogen yang tertambat dalam bintilnya ke tanah sekitarnya. Hal ‘ini terjadi jika kecepatan fotosintesis sedemikian rupa sehingga tanaman tak dapat menggunakan semua nitrogen yang tertambat dan kelebihannya dikeluarkannya. Telah dipraktekkan sejak berabad-abad dan di berbagai negara untuk menanam secara tumpang sari tumbuhan polong-polongan dan bukan polong-polongan (terutama rumput-rumputan serealia). Keberhasilan tumpang sari ini sekarang diketahui karena tumbuhan bukan polong-polongan menyerap nitrogen yang dikeluarkan oleh tumbuhan polongpolongan.

Tampaknya tidak semua polong-polongan mampu mem-bentuk bintil akar. J enis-jenis Leguminosae ada kurang-lebih 13 000, dan dari contoh sebanyak 1200 jenis yang diamati, hanya 88 persen terbukti memiliki bintil. Juga ada sejumlah tumbuhan bukan polong-polongan (misalnya pakis haji, jamuju, dan Casuarina spp.) yang memiliki bintil akar dan berisi jasad renik penambat nitrogen yang bersimbiosis. Mungkin tumbuhan demikian, seperti halnya polongpolongan, memegang peranan penting dalam mempertahankan kesuburan tanah di alam.

Di daerah tropik, simbiosis dengan bakteri juga dijumpai pada daun tumbuhan tertentu dari suku Rubiaceae (misalnya Pavetta, Psychotria, dan Ixora) dan Myrsinaceae (misalnya Ardisia). Pada tumbuhan yang berbintil daun itu, bakteri berada pada titik tumbuh, dan setiap daun baru akan terinfeksi ketika membuka. Bakal buah dan biji juga terinfeksi, jadi memungkinkan bakteri terbawa ke generasi berikutnya. Tipe asosiasi lain antara bakteri dan tumbuhan bukan polongpolongan baru-baru ini telah ditemukan di Amerika Selatan. Misalnya, bakteri penambat nitrogen Azospirillum lipoferum tumbuh di permukaan akar rumput-rumputan tropik dari marga Digitaria dan berasosiasi dengan perakaran tanaman ‘agung. Penemuan ini segera menimbulkan anggapan bahwa iika Azospirillum diinokulasi ke dalam tanah tempat jagung ditanam, maka jumlah pupuk nitrogen yang diperlukan agar hasilnya ekonomis dapat dikurangi. Sayang peningkatan penambatan nitrogen pada tanah yang diinokulasi dengan Azospirillum ternyata sangat kecil, sehingga tak ada manfaat praktisnya. Dan para ahli sekarang sedang mencoba untuk menemukan alasan terjadinya hasil yang tak diharapkan tersebut.

Advertisement