Hopanoid, Indikator Kimia Bagi Kesuburan Tanah

Oleh Sinly Evan Putra dan Eza Movina

attachment156Siapa yang tak kenal dengan negara yang bernama Indonesia, apalagi oleh orang-orang yang tertarik menanamkan modalnya dalam bidang pertanian dan perkebunan? Indonesia mungkin menjadi negara incaran, karena memiliki 5 pulau besar yakni Sumatera, Kalimantan, Jawa, Sulawesi dan Papua, yang kelima-limanya merupakan lahan yang potensial untuk pengembangan berbagai industri pertanian dan perkebunan.

Salah satu faktor penting untuk menunjang pengembangan kedua bidang tersebut selain tersedianya modal dan lahan yang luas adalah terkontrolnya tingkat kesuburan tanah. Dengan terkontrolnya tingkat kesuburan tanah diharapkan agar lahan yang nantinya digarap akan terus produktif memberikan nutrisi bagi tanaman. Maka dari itu berbagai kajian penelitian tentang indikator tingkat kesuburan tanah telah marak digalakkan oleh para peneliti. Salah satunya adalah pendekatan tentang kaitan antara keberadaan senyawa hopanoid yang dihasilkan oleh suatu bakteri dengan tingkat kesuburan dari tanah. Di sini yang dimaksud dengan tanah subur adalah tanah yang mengandung banyak nutrisi berupa senyawa-senyawa nitrogen. Nutrisi ini dihasilkan oleh aktivitas bakteri penyubur tanah yang mampu menangkap N2 dari atmosfer dan melakukan fiksasi untuk menghasilkan senyawa-senyawa dalam nitrogen (Giller, 2001).

Senyawa Hopanoid

Senyawa hopanoid sendiri didefinisikan sebagai senyawa hasil metabolisme sekunder yang termasuk dalam golongan triterpen pentasiklik, yang lazim digunakan dalam biomarka pada sedimen tua dan minyak, dan potensial memberikan informasi yang berharga tentang lingkungan-purba suatu sedimen baru dan sedimen tua. Senyawa ini dari prekursor biologinya, disintesis oleh berbagai bakteri sebagai komponen penstabil membran dan banyak ditemukan dalam tanah dan sedimen. Pernah pula dinyatakan bahwa senyawa bahan alam yang paling melimpah di alam adalah senyawa hopanoid karena senyawa ini telah menjadi konstituen utama penyusun membran bakteri tanah (Ounsson, Albrect dan Kolimer, 1984).

hopan bacter

Gambar. Senyawa Hopanoid dalam tubuh Membran Bakteri Tanah

Tiga golongan besar bakteri penyubur tanah yang memiliki kontribusi besar terhadap kesuburan tanah antara lain Rhizobia, Cyannobacter, dan Frankia. Bakteri-bakteri penyubur tanah di atas banyak mengandung senyawa hopanoid sebagai konstituen terbesar penyusun dari membran selnya. Misalnya, bakteri Frankia sp. adalah bakteri penyubur tanah yang konstituen penyubur tanahnya terdiri atas 80% hopanoid.  Apabila bakteri ini nanti mati, kerangka hopanoid akan tertinggal dalam tanah, sehingga kandungan hopanoid dalam tanah dimungkinkan untuk dijadikan sebagai indikator kesuburan tanah.

bakteri

Berdasarkan keberadaannya, hopanoid dapat digolongkan menjadi dua jenis yakni biohopanoid dan geohopanoid.

1. Biohopanoid

Biohopanoid adalah senyawa hopanoid yang dihasilkan langsung oleh bakteri dan merupakan senyawa prekursor dari geohopanoid. Keberadaan dan komposisi biohopanoid pada bakteri yang dibiakkan sudah banyak diketahui, sedangkan keberadaan hopanoid secara utuh dalam geosfer dan prekursor hopanoid dalam lingkungan modern belum pernah diterangkan secara tuntas. Adanya jurang pemisah pengertian tentang keberadaan hopanoid bakteri, menyebabkan hopanoid tidak bisa sepenuhnya digunakan sebagai fosil kimia yang berasal dari bakteri.

2. Geohopanoid

Geohopanoid adalah hopanoid yang tidak dihasilkan langsung oleh bakteri melainkan hasil degradasi dari senyawa prekursornya yakni biohopanoid. Geohopanoid mempunyai 3 bentuk isomer di alam. Isomer tersebut adalah hopanoid ββ, hopanoid βα, dan hopanoid αβ.

Hopanoid ββ merupakan senyawa yang kurang stabil di alam dan banyak ditemukan dalam sedimen muda, sedangkan hopanoid βα dan hopanoid αβ merupakan senyawa yang lebih stabil dan banyak ditemukan dalam sedimen tua. Geohopanoid sebagai indikator kematangan sedimen, biasa digunakan para peneliti untuk mengetahui dan mengeksplorasi minyak bumi.

Sebagai salah satu bahan organik, senyawa hopanoid banyak ditemukan dalam bakteri aerobik dan belum pernah ditemukan dalam bakteri anaerobik sehingga sampel tanah yang dianalisis dalam suatu penelitian haruslah dari lapisan tanah permukaan yang kandungan oksigennya tinggi. Selama ini memang sangat sedikit laporan tentang ditemukannya hopanoid dalam tanah permukaan, seperti dalam lumpur, pada sisa kotoran sianobakteri, sedimen ponds kecil, dan juga pada sedimen danau kecil.

Bahan Kimia dan Metode Isolasi Senyawa Hopanoid

Sistematika studi kandungan senyawa hopanoid dalam tanah subur dan tidak subur biasa menggunakan metode yang dilakukan oleh Innes, dkk. (1997 dan 1998) yang meliputi pencarian sampel tanah yang dilanjutkan dengan ekstraksi dan oksidasi ekstrak total dengan H5IC6 dan NaBH4. Dan terakhir analisis sampel dengan menggunakan alat identifikasi.

Untuk ekstraksi, berdasarkan prosedur Innes, dkk. sampel disoklet selama 10 jam dengan menggunakan pelarut klorofoam/metanol. Yang kemudian diuapkan pelarutnya dengan evaporator dan dikeringkan dengan gas N2 lalu dilanjutkan dengan prosedur oksidasi total dengan H5IC6 dan NaBH4. Secara teoritik, sistematika ini dapat dijelaskan sebagai berikut; setelah tanah diekstrak dengan pelarut, hopanoid mengalami tahapan degradasi kimiawi meliputi pemutusan ikatan ester dan eter serta pemutusan ikatan karbonalifatik-aromatik antara hopanoid dengan matriks makromolekul organik.

Untuk alat identifikasi senyawa hopanoid dalam sampel, alat yang biasa digunakan adalah metode kromatografi gas yang tergabung dengan detektor spektrometer massa (KG-MS). Berikut beberapa contoh untuk mendeteksi hopanoid dan mengkarakterisasinya berdasarkan fragmentogram hasil KG-MS :

winkler

Struktur hopanoid yang didapatkan dari fragmentogram KG-MS mampu mengungkapkan jenis bakteri yang mensintesis karena pada umumnya bakteri mempunyai kerangka hopanoid yang spesifik akibat perbedaan tempat tinggal dan pengaruh lingkungan. Farrimond, Head dan Innes (2002) melaporkan penemuannya tentang hopanoid dengan suatu metil di C-2 atau C-3 pada cincin A. Metilasi pada C-2 dalam kerangka hopanoid pada umumnya menggambarkan senyawa hopanoid itu dihasilkan oleh cyanobacteria dan senyawa ini dapat digunakan untuk menentukan kontribusi cyanobacteria dalam suatu sedimen. Ketiadaan kerangka hopanoid termetilasi pada C-2 memberikan informasi bahwa kesuburan tanah diakibatkan oleh kontribusi bakteri selain cyanobacteria seperti khizobia (jika bersimbiosis dengan kacang-kacangan) atau frankia.

Sedangkan di Indonesia, penelitian untuk mengetahui kandungan senyawa hopanoid yang terdapat dalam tanah subur dan tidak subur telah dilakukan oleh banyak peneliti, dari berbagai penelitian diketahui bahwa senyawa hopanoid hanya dapat ditemukan pada tanah subur dan tidak terkandung dalam tanah tidak subur. Seperti pada penelitian yang dilakukan oleh Melissa Christian (2005), berdasarkan dua sampel yang dimiliki yakni tanah subur dan tidak subur dan setelah dianalisis menggunakan detektor spektrometer massa (KG-MS) menunjukkan bahwa hopanoid terdapat dalam tanah subur berupa Hop-17(21)en-35-OAc dan hopanoid tidak terdapat dalam tanah tidak subur. Hal yang sama juga ditunjukkan oleh Anonim 1 berdasarkan dua sampel (tanah subur dan tidak subur) dan setelah dianalisis dengan KG-MS diketahui bahwa hasil penelitiannya sama dengan hasil penelitian di atas yakni dalam tanah subur terdapat senyawa hopanoid berupa Hop-17(21)en-35-OAc. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa dalam tanah yang tidak subur yang tidak mengandung hopanoid, tidak ada bakteri tanah yang dapat menangkap N2 bebas sehingga menyebabkan tanah tersebut menjadi tidak subur. Sehingga dari hal ini dapat disimpulkan bahwa senyawa hopanoid dalam tanah memungkinkan dijadikan sebagai indikator kimia bagi kesuburan tanah.

Daftar Pustaka

  • Anonim 1. Kajian Hopanoid dalam Tanah sebagai Indikator Kesuburan.
  • Augris, N., Balesdent, J., Mariottp, A, Derene, S., Largeau, C., Structure and Origin of Insoluble and Non Hydrolyzable, Aliphatic Organic Matter In a Forest Soil. Organic Geochemistry 28, 119-124, 1998.
  • Christian, Melissa. 2005. Penjajakan Hubungan antara Hopanoid dalam Tanah dengan Kesuburan. 11 November 2005 Pkl. 09.30 WIB (http://www.its.ac.id/)
  • Innes, H.E., Bishop, A.N., Head, I.M., dan Farrimond, P., Prenvetion and Diagenesis of Haponaoid in Recent Lacustrine sediments of Prist Pot, England, Organic 26, 565-576, 1997.
  • Kurniasari, Nonny. 2005. Skrining Hopanoid Utama Strepmyces aureofaciens. 11 November 2005 Pkl. 09.30 WIB (http://www.its.ac.id/)
  • Lichtfouse, E., Budzinki, H., Garrigues, P., Eglinton, H.I.,Ancient Polycrylic Aromatic Hdrocarbons in Modern Soil 13C, 14C and Biomarker Evidence. Organic Geochemistry 26, 353-359, 1997.
  • Winkler, A., Haumarer, L., dan Zech, W., Variations in Hopanoid Composition and Abudance in Forest Soil During Litter Decomposition and Humanification, Organic Geochemistry 32, 1375-1385, 2001.

 

kategori kimia alam

kembali ke menu daftar blog

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s