Siklus nitrogen merupakan proses penting dalam lingkungan yang melibatkan berbagai organisme. Nitrogen diambil dari udara oleh organisme melalui proses fiksasi nitrogen dan kemudian dimanfaatkan oleh tumbuhan. Nitrogen berpindah antara berbagai bentuk kimiawi selama siklus ini.

1. Siklus Nitrogen
Arief Abdillah N

2. Siklus nitrogen (nitrogen cycle)
• merupakan salah satu daur biogeokimia
nutrient yang sangat penting di muka bumi
ini. (Figure 1, 2, dan 3).
• Nitrogen digunakan untuk organisme hidup
menghasilkan sejumlah molelekul organik
kompleks seperti: asam amino, protein dan
asam nukeotida.
• Sumber nitrogen ditemukan di dalam
atmosphere, yang dijumpai dalam bentuk gas
(N2) 78% bagian atmosfer.

3. • Sumber lain yang juga besar terkandung di dalam tanah dan
lautan.
• Meskipun sumber nitrogen sedemikian melimpah di
atmosphere, nitrogen seringkali menjadi nutrien pembatas
dalam pertumbuhan tanaman.
• Problem ini dikarenakan kebanyakan tanaman hanya dapat
mengambil/memanfaatkan nitrogen dalam 2 (dua) bentuk:
– ion ammonium ion (NH4+ ) dan
– ion nitrate (NO3-).
• Tanaman paling banyak memenuhi keperluan nitrogennya
dalam bentuk nitrate inorganik dari massa tanah.
• Ammonium digunakan dalam jumlah sedikit karena dalam
jumlah besar dapat berakibat toxic.
• Hewan-hewan mendapatkan nitrogen dengan memakan bagian
dari materi organic organisme hidup ataupun yang mati untuk
metabolisme, tumbuh dan berkembang biak.

4. Figure 1: Siklus Nitrogen.

5. Figure 2: Siklus Nitrogen

6. Nitrogen Bebas
Denitrifikasi: Penambatan Nitrogen:
Reduksi Nitrat menjadi Nitrogen Nitrogen Bebas ditambat oleh
Gas oleh bakteri seperti: mikroorganisme seperti:
Pseudomonas Rhizobium, Clostridium,
Azotobacter
Nitrat berlaku sebagai
Pembentukan Nitrate makanan tumbuhan Pembentukan nitrit organik:
(Nitrifikasi): Nitrogen tertambat digunakan
Nitrit di oksidasi menjadi nitrate, oleh tumbuh-tumbuhan diubah
oleh: menjadi protein nabati − dst.
Nitrosobacter
Banyak species
heterotrofik mereduksi
nitrate menjadi amonia
Pembentukan Nitrit:
melalui nitrit
Amonia dioksidasi menjadi nitrit Nitrogen anorganik tanah:
oleh: Produk-produk ekskresi hewan,
Nitrosomonas bangkai, tumbuhan mati
terbuang ke tanah
Mikroorganisme
Pembentukan Amonia: menggunakan amonia
Peruraian nitrogen organik:
(Amonifikasi) sebagai sumber nitrogen
Protein, asam nukleat dan
Asam anmino mengalami dan mensintesis protein
sebagainya diuraikan oleh berbagai
deaminasi oleh banyak seluler
macam organisme,
mikroorganisme, amonia
sebagai produk akhir proses
tersebut
Figure 3

7. N2 fixed (1012 g per year, or 106
Type of fixation
metric tons per year)
Non-biological
Industrial about 50
Combustion About 20
Lightning about 10
Total About 80
Biological
Agricultural land about 90
Forest and non-agricultural land About 50
Sea About 35
Total about 175
Data from various sources, compiled by DF Bezdicek & AC Kennedy, in Microorganisms in Action (eds. JM Lynch & JE
Hobbie). Blackwell Scientific Publications 1998.

8. Terlepasnya Nitrogen
• Terlepasnya nitrogen dari tanah melalui 4 (empat)
jalur, terkait dengan kesuburan tanah:
– Denitrification
Bakteri mengubah nitrate di tanah menjadi nitrogen bebas
ke atmosphere
– Volatilization
Berubahnya pupuk urea dipermukaan tanah menjadi gas.
– Runoff
Terbawanya nitrogen dari pupuk ke sungai dan badan air –
terkait dengan kualitas air.
– Leaching
Terbawanya nitrat oleh air sedemikian dalamnya masuk
ke dalam tanah sehingga tumbuhan tidah dapat
memanfaatkannya.  dapat mempengaruhi kualitas air
minum (sumur) dan tentunya hilangnya kesuburan tanah.

9. Fiksasi Nitrogen
• Fiksasi atau penambatan nitrogen merupakan proses biokimiawi dalam tanah
yang mengubah nitrogen atmosfer (Nitrogen bebas menjadi nitrogen dalam
persenyawaan.
• Secara garis besar ada tiga kelompok mikroorganisme yang terlibat dalam
proses ini:
– Organisme non simbiotik, hidup bebas mandiri
• Aerobik: 3 genus dari Azotobacteraceae yaitu: Azotobacter, Azospirillum, Beijerinckia
• Cyanobacter: Anabaena dan Nostoc
• Clostridium pasteurianum
• Diperkirakan jumlah nitrogen yang ditambat melalui proses fiksasi nonsimbiotik
mencapai 56 kg/ha.per tahun bervariasi tergantung jenis/keadaan tanah
maupun iklim
– Organisme simbiotik membentuk bintil
• Pembentuk bintil akar: Rhizobium  legum, Actinomycetes  Frankia, Alnus, Ganggang biru
hijau pada permukaan akar species Gymnospermae.
• Pembentuk bintil daun (filosfer) oleh sejumlah bakteri pada daun tumbuhan berkayu di hutan
tropis
– Organisme simbiotik tidak membentuk bintil
• Ganggang biru hijau berasosiasi dengan paku ( Azolla), dan dengan fungi (lumut kerak)
• Azotobacter dengan rerumputan tropis maupun non tropis: Azospirillum brasilense, Spirillum
lipoferum dan Azobacter paspali.

10. Pembentukan Bintil akar
• Simbiosis terjadi diawali dengan pembentukan benang infeksi,
melalui benang infeksi tersebut bakteri masuk ke dalam sel-sel
akar inang. Selanjutnya sel terinfeksi akan mengalami
pembesaran dan peningkatan laju pembelahan sehingga
membentuk bintil akar (nodule).
• Dalam proses simbiosis bakteri menjadikan nitrogen bebas
menjadi tersedia bagi inang, sebaliknya bakteri memperoleh
nutrien dari jaringan inang.
• Di dalam nodule, tempat terjadinya fiksasi Nitrogen, jaringan
tumbuhan mengandung molekul pengikat oksigen (mirip
fungsinya dengan haemoglobin di dalam darah).
• Fungsi molekul ini adalah mereduksi kelebihan oksigen bebas
sehingga enzim fiksasi nitrogen nitrogenase terlindungi
karenan enzim ini akan menjadi tidak aktif karena kehadiran
oksigen.

11. Part of a clover root system bearing naturally
occurring nodules of Rhizobium. Each nodule is about
2-3 mm long.

12. This colour is caused by the presence of the pigment
leghaemoglobin

13. The nuclei (n) of two root cells are shown; cw
indicates the cell wall that separates two plant cells.

14. Assosiasi Alnus glutinosa dengan Frankia

15. Assosiasi Cycas dengan Cyanobacter

16. Nitrogen di dalam Tubuh Tumbuhan
• Apabila ion nitrat telah diserap akar
tumbuhan maka akan diubah menjadi amonia
dengan 2 tahapan:
– Proses di dalam sitoplasma mengubah Nitrat
menjadi Nitrit dengan bantuan nitrat reduktase.
Nitrit ini sangat beracun bagi tumbuhan maka
harus segera diubah.
– Perubahan Nitrit menjadi amonia dibantu dengan
enzim Nitrit reduktase. Proses ini terjadi di dalam
proplastida sel-sel akar atau di dalam kloroplas.

17. Tahap pembentukan Amonia dalam Tubuh Tumbuhan

18. Hubungan Fotosintesis dengan Reduksi Nitrat
FOTOSINTESIS KARBOHIDRAT
TENAGA PEREDUKSI RESPIRASI
NADH2 KERANGKA KARBON
NO3 NO2 NH3
ASAM AMINO
Feredoksin
PROTEIN

19. Mengukur Akrtifitas NR
• Enzim nitrat reduktase telah dianggap sebagai petunjuk untuk menafsirkan
nitrogen dalam tumbuhan dan mempunyai korelasi positif dengan hasil/produksi
tanaman.
• Mengukur aktifitas nitrat reduktase:
• Daun diambil tulang daunnya
• Irisan daun ukuran 1 mm seberat 200 mg dimasukkan dalam 5 ml buffer fosfat
0,1 M, pH 6,5 diinkubasikan selama 24 jam
• Buffer fosfat diganti baru ditambah 0,1ml NaNO3 5 M diinkubasikan 1 jam
(sebagai WI)
• Dipersiapkan larutan pewarna 0,2 ml Naphthylethylen diamine 0,02%, 0,2 ml
sulfanilamide 1% dalam HCl 3 N.
• Setelah 1 jam inkubasi 0,1 cairan inkubasi dimasukkan dalam larutan pewarna
ditunggu 10 menit
• Diukur absorbansinya dengan spektrofotometer panjang gelombang 540nm. 1
tabung tanpa filtrat dibuat sebagai blanko.
• ANR= Absorbansi sample x 50 x 1000 x 1 x 1
Absorbansi standar BB WI 1000
• Absorbansi standar =0,0142, ANR dalam mmol/gr/jam