Isolasi dan Identifikasi Bakteri Metanotrof Sebagai Agen Penurun Emisi Gas Metana di Lahan Sawah

Abstract

Lahan sawah merupakan salah satu sumber pelepasan emisi gas metana ke atmosfer. Metana (CH4) adalah gas rumah kaca terbesar kedua setelah karbon dioksida yang berkontribusi terhadap pemanasan global. Budidaya padi dengan kondisi lahan sawah yang tergenang, kondisi oksigen terbatas (anaerob), dan redoks potensial tanah yang rendah merupakan kondisi optimum pembentukan gas metana yang dihasilkan oleh archaea metanogen. Metana yang diproduksi di lahan sawah diemisikan ke atmosfer melalui difusi molekuler, ebullisi, atau transportasi yang diperantarai oleh tanaman. Salah satu upaya yang dapat dilakukan untuk menekan emisi CH4 di lahan sawah yaitu dengan pemanfaatan bakteri yang mampu mengoksidasi CH4 (methane oxidizing bacteria, MOB) atau disebut juga bakteri metanotrof. Keberadaan bakteri metanotrof mampu menurunkan emisi metana, dengan gen-gen penyandi enzim metana monooksigenase (MMO) yang mampu mengoksidasi metana pada kondisi aerob. Tujuan dari penelitian ini adalah (1) Mengisolasi dan mengidentifikasi bakteri metanotrof dari beberapa sumber/ekosistem (rawa, sungai dan limbah peternakan), dan (2) Menganalisis kemampuan bakteri metanotrof yang diisolasi dari rawa, sungai dan limbah peternakan dalam menurunkan emisi gas metana di lahan sawah. Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Bioteknologi Tanah, Laboratorium Kimia dan Kesuburan Tanah, dan Kebun Percobaan Cikabayan, Institut Pertanian Bogor. Isolasi bakteri metanotrof dilakukan menggunakan metode pengayaan pada media NMS, kemudian dilakukan analisis aktivitas enzim (sMMO dan pMMO), hemolisis, hipersensitivitas, uji aktivtas oksidasi metana, dan identifikasi molekuler. Percobaan penelitian menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL) dengan perlakuan berupa kombinasi jenis pupuk dan bakteri yang terdiri atas 11 sub perlakuan yaitu kontrol (tanpa pupuk dan bakteri), serta kombinasi antara dua jenis pupuk (O1 = pupuk kandang dan O2 = pupuk kimia) dengan bakteri (R0 = tanpa bakteri; R1 = isolat A1; R2 = isolat A2; R3 = isolat A3; dan R4 = isolat A1 + A2 + A3). Setiap perlakuan diulang sebanyak tiga kali sehingga diperoleh 33 unit percobaan. Percobaan pada rumah kaca dilakukan menggunakan media pot dengan diameter 25 cm dan tinggi 40 cm. Varietas padi yang digunakan yaitu bibit padi IF20. Bibit padi pada saat proses semai direndam menggunakan bakteri metanotrof dilakukan dengan kelimpahan sel bakteri 108 CFU ml-1 sebelum dilakukan pindah tanam. Dosis pupuk kandang (O1) adalah 5 ton ha-1, sedangkan dosis pupuk kimia (O2) adalah Urea 300 kg ha-1, + SP-36 150 kg ha-1 + KCl 100 kg ha-1. Parameter utama dalam penelitian adalah emisi CH4 dari tanaman padi. Pengukuran fluks harian CH4 dilakukan setiap dua minggu sekali dengan menggunakan sungkup tertutup, kemudian gas diukur menggunakan gas chromatography (GC). Sampel tanah diambil dari masing-masing pot percobaan untuk analisis sifat kimia tanah dan analisis dinamika populasi bakteri tanah. Media NMS digunakan untuk pertumbuhan bakteri metanotrof dan populasi bakteri total tanah menggunakan media NA. Parameter tanaman yaitu tinggi tanaman, jumlah anakan, jumlah malai dan hasil gabah. Sebanyak sembilan isolat berhasil diisolasi dari 3 sumber/ekosistem yang berbeda. Total isolat yang diperoleh dari tanah rawa sebanyak 5 isolat, sungai dan limbah peternakan masing-masing sebanyak 2 isolat. Hasil pengukuran aktivitas enzim pMMO menunjukkan bahwa konsentrasi rata-rata dari 9 isolat adalah 1,80 mM. Hasil enzim sMMO pada semua isolat bersifat negatif yang ditandai dengan tidak terbentuknya perubahan warna isolat menjadi merah/ungu. Semua isolat tidak bersifat patogen berdasarkan hasil uji hemolisis dan hipersensitifitas. Hasil uji aktivitas oksidasi metana menunjukkan bahwa semua isolat mampu menurunkan gas metama dengan nilai terendah pada isolat bakteri Rw3, Rw4, dan Sn1 yang berturut-turut menurunkan jumlah gas sebanyak 66,61%, 62,39% dan 62,55% yang diidentifikasi sebagai Achromobacter sp., Exiguobacterium sp., dan Burkholderia sp. Hasil percobaan rumah kaca menunjukkan bahwa isolat bakteri mengurangi emisi metana (CH4) saat diaplikasikan bersama pupuk organik sebesar 5,68% (R1), 47,64% (R2), 35,45% (R3), dan 29,60% (R4). Ketika bakteri diaplikasikan bersama pupuk kimia, emisi metana berkurang sebesar 26,44% (R1), 30,48% (R2), 25,60% (R3), dan 30,07% (R4) selama satu musim tanam padi. Aplikasi O2R2 dan O1R3 menghasilkan populasi bakteri total tertinggi yaitu 40,9 × 107 CFU/g dan 40,8 × 107 CFU/g. Sementara itu, populasi bakteri metanotrof tertinggi pada 116 HST yaitu pada perlakuan O1R4 sebesar 22,3 × 104 CFU/ml. Jumlah anakan tertinggi pada 70 HST yaitu pada perlakuan O2R2 dengan nilai 14,7. Nilai tertinggi pada tinggi tanaman di 116 HST yaitu O2R4 (136,7 cm). Jumlah malai tertinggi yaitu pada O2R2 dengan nilai 11,3 dan hasil gabah tertinggi yaitu pada O1R4 dengan nilai 49,32 g. Hasil penelitian menunjukkan bahwa aplikasi bakteri dapat menurunkan emisi CH4 di lahan sawah, sehingga dapat menjadi salah satu opsi mitigasi prospektif dalam mewujudkan sistem pertanian ramah lingkungan.