EFEK LOGAM KADMIUM PADA DENSITAS Chlorella zofingiensis

LAPORAN PRAKTIKUM

EFEK LOGAM KADMIUM PADA DENSITAS Chlorella zofingiensis

NAMA            : CANDRA PUSPITA R.

NIM                : 12/339127/BI/8994

LABORATORIUM EKOLOGI DAN KONSERVASI

FAKULTAS BIOLOGI

UNIVERSITAS GADJAH MADA

2015

Pendahuluan

Latar Belakang Ilmiah

            Ekosistem aquatik merupakan ekosistem yang paling mudah mengakumulasi kontaminan (Qian et al., 2009). Komponen metal terdapat secara alami di dalam bedrock, akan tetapi akibat proses industri,agrikultural dan domestik mengakibatkan peningkatan substansi logam di lingkungan serta berkurangnya diversitas seiring meningkatnya  bioakumulasi dan besarnya toksikan di rantai makanan (Qian et al., 2009; Afkar et al., 2010). Selanjutnya komponen metal akan tertransfer kedalam rantai makanan dan berakibat toxic pada organisme (Qian et al., 2009). Komponen metal tak dapat terdegradasi oleh mikroorganisme dan hanya dapat terakumulasi pada rantai makanan yang akan berakibat pada kesehatan manusia (Qian et al., 2009). Komponen metal merupakan polutan yang paling persistent di lingkungan aquatik (Qian et al., 2009).

            Algae merupakan produsen primer yang menyediakan oksigen dan substansi organik untuk organisme lain  (Qian et al., 2009).  Algae bersifat sensitif pada kontaminan metal pada konsentrasi relevant di lingkungan serta dapat mengakumulasinya (Qian et al., 2009; ; Afkar et al., 2010). Ketika lingkungan tercemar algaelah yang pertama terkena polusi logam metal (Carfagna et al., 2013). Chlorella merupakan salah satu fitoplankton yang dapat hidup di media yang mengandung Cd²⁺  (Kusuma dan Zulaika, 2014)

Kadmium merupakan metal yang menyebabkan polusi lingkungan aquatik, bersifat toksis pada organisme air tawar dan sangat stabil di lingkungan aquatik (Qian et al., 2009; Ouyang et al., 2012). Paparan Cd mengganggu penyerapan tumbuhan, water uptake, respirasi,  pengangkutan dan perbedaan penggunaan nutrien makro dan mikro (Qian et al., 2009). Efek merugikan lainnya berupa klorosis, mereduksinya biomassa dan kematian. Efek letal dapat bersifat langsung atau tak langsung pada produksi jenis oksigen reaktif, perubahan pada protein, DNA, lipid sel dan menyebabkan kematian sel (Qian et al., 2009). Berdasarkan PERATURAN PEMERINTAH REPUBLIK INDONESIA NOMOR 82 TAHUN 2001 TENTANG PENGELOLAAN KUALITAS AIR DAN PENGENDALIAN PENCEMARAN AIR PRESIDEN REPUBLIK INDONESIA batas baku mutu kadmium pada peraian berupa 0,01 mg/l.

Inhibitory concentration (IC) merupakan konsentrasi dari suatu substansi yang akan menyebabkan penghambatan suatu sistem. IC50 merupakan konsentrasi median yang menyebabkan 50% penghambatan (Duffus and Worth, 2006).

Pada praktikum ini hanya dilakukan sampai efek sublethal. Efek sublethal ini ditandai dengan berkurangnya densitas sel. Sehingga hanya akan menghambat pertumbuhan. Yang selanjutnya akan memperlambat kurva pertumbuhan.

Permasalahan dan Pertanyaan Penelitian

            Chlorella sp. merupakan salah satu contoh dari produsen primer. Algae ini merupakan salah satu penghasil oksigen diperairan tawar dan berfungsi sebagai prey bagi zooplankton. Dengan adanya pencemaran logam berat di daerah perairan organisme di perairan akan terkena dampak. Saat pencemaran kadmium di perairan terjadi Chlorella sp. sebagai produsen akan terkena dampak pertama kali dan selanjutnya zooplankton serta organisme lainnya yang memakan Chorella  serta zooplankton yang memakannya. Dengan demikian akan terjadi akumulasi logam kadmium di organisme peraian.

            Ketika logam kadmium terlepas dan mencemari lingkungan freshwater, Chlorella  sebagai mikroalgae akankah mengalami penurunan densitas? Dan berapakah IC50 kadmium pada Chlorella? Dan pada berapa ppm konsentrasi logam kadmium yang akan menghambat densitas sebesar 50%? Berapa toleransi Chlorella  pada konsentrasi logam kadmium yang dapat ditolerir?  

Tujuan Penelitian

            Penelitian ini bertujuan mengetahui IC50 Chlorella  pada logam kadmium.

 Hipotesis

            Chlorella zofingiensis ketika dikenai paparan logam kadmium akan mengalami penurunan densitas ketika konsentrasi logamnya ditambah. Pada konsentrasi tertentu Chlorella zofingiensis masih dapat mentoleransi adanya kadmium.

Metode

Alat dan Bahan

            Alat yang digunakan dalam penelitian ini berupa lampu untuk menerangi Chlorella zofingiensis, erlenmeyer sebagai tempat kultur, mikroskop cahaya untuk mengamati densitas Chlorella zofingiensis, autoclave untuk mensterilkan alat yang akan digunakan, pipet tetes untuk meneteskan larutan, mikropipet untuk mengambil larutan dalam volume mikro,dan hand counter untuk menghitung jumlah densitas.

            Bahan yang diperlukan dalam penelitian ini adalah kultur Chlorella zofingiensis  sebagai bahann uji, freshwater sebagai medium hidup, medium BBM untuk nutrien, larutan stok pencemar untuk mencemari mikroalgae, alkohol 70% untuk mengfiksasi, dan logam Cd dengan konsentrasi 1, 3, 6 dan 9 dengan menentukan hasil uji pendahuluan. Logam Cd ini didapat dengan pemecahan dar CdCl₂

Cara kerja

            Kultur Chlorella zofingiensis dilakukan dengan menumbuhakannya di medium BBM dan diaerasi. Penumbuhan Chlorella  dilakukan sampai mencapai fase log. Pertumbuhan mikroalgae dihitung densitasnya setiap 24 jam selama 7 hari dan dibuat kurva pertumbuhannya. Larutan toksikan dibuat dengan CdCl₂  0,1 gram dicampur dengan aquadest sampai tanda 100 mL sehingga terbentuk stok Cd konsentrasi 1000ppm. Untuk memperoleh konsentrasi di bawah 1000 ppm, larutan tersebut diencerkan.

            Kadar kadmium yang akan digunakan dalam uji sebenarnya dicari dengan melakukan uji pendahuluan. Uji pendahuluan ini dilakukan dengan konsentrasi kadium sebesar 0; 0,1; 1 dan 10 ppm. Uji pendahuluan ini bertujuan untuk menentukan kisaran toleransi kadmium yang akan digunakan pada uji sebenarnya. Pengujian dilakukan setiap 24 jam selama 4 hari.

            Uji sebenarnya dilaksanakan untuk mengetahui besarnya konsentrasi yang menghambat pertumbuhan Chlorella sp. sebesar 50%.  Chlorella sp. diinokulasikan pada botol kultur berisi medium BBM. Melalui uji pendahuluan, mikro algae telah mengalami 10 ppm sudah menghambat sehingga konsentrasi  Cd yang diberikan 1, 3, 6, dan 9 ppm.

            Efek kadmium pada pertumbuhan Chlorella diamati dengan perhitungan densitas Chlorella dari 0-96 jam setiap 24 jam setelah pemaparan logam. Kultur Chlorella yang akan diamati difiksasi dengan larutan formalin 5%. Selanjutnya densitasnya dapat dihitung dengan alat hemositometer. Kultur yang telah difiksasi diletakkan pada hemositometer dan ditutup dengan kaca penutu dan dihitung densitasnya dengan mikroskop dan hand counter.

Analisis data

            Densitas mikroalgae dari 0, 24, 48, 72 dan 98 jam dihitung dan dilihat berapa persen penghambatannya. Selanjutnya dibuat grafik dengan sumbu x sebagai konsentrasi logam kadmium dan sumbu y sebagi densitas mikroalgae untuk melihat tren naik-turunnya densitas mikroalgae. Selanjunya dibuat analisis regresi dengan x sebagai konsentrasi kadmium dalam ppm dan y sebagai %inhibisi untuk mendapatkan grafik % inhibisi. Rumus yang digunakan berupa:

Perhitungan Regresi

dan selanjutnya dilakukan interpolasi dengan menarik garis yang sumbu y dan menemukan perpotongan sumbu x sehingga didapat konsentrasi IC50.

Hasil dan Pembahasan

Hasil

            Hasil yang didapat dalam penelitian ini didapat grafik densitas pada berbagai konsentrasi kadmium tiap 0, 24, 48, 72 dan 96 jam seperti dibawah ini:

Gambar 1. Densitas Chlorella  setiap 0, 24, 48, 72 dan 96 jam pada berbagai konsentrasi logam kadmium

            Dari gambar 1. Didapat densitas Chlorella  setiap perlakukan logam mengalami penurunan. Berbeda dengan kontrol yang selalu naik.

            Sedangkan persen penghambatan yang dilakukan oleh kadmium pada berbagai konsentrasi kadmium terdapat grafik bawah ini:

Gambar 2. Hasil persen inhibisi logam kadmium terhadap  Chlorella pada berbagai konsentrasi.

            Dari grafik diatas didapat IC50 terjadi pada konsentrasi antara 3,1- 3,2 ppm.

Pembahasan

          Melalui gambar 1 terlihat pada berbagai konsentrasi kadmium densitas mikroalgae mengalami penurunan setiap 24 jam. Hanya pada kontrol saja yang densitasnya selalu naik setiap jam. Turunnya densitas dapat terjadi akibat ketidak mampuan sel algae melakukan fotosintesis akibat mengalami klorolisis, terhambatnya kerja enzim dan penghambatan transpor nutrien. Dengan hal tersebut algae mengalami kesulitan untuk perkembang sehingga mengalami kematian.

          Pada grafik gambar 1 dapat dilihat bahwa pada perlakuan Cd di 96 jam dengan konsentrasi 6 dan 9 ppm hampir sama posisi turunnya. Padahal seharusnya posisi konsentrasi 6 ppm memiliki densitas yang lebih tinggi dari 9 ppm. Hal ini dapat disebabkan pada mulanya (jam ke-0) densitas pada 6 dan 9 ppm lebih banyak 9 ppm sehingga pada akhir pengamatan jumlahnya hampir sama yang seharusnya pada 9 ppm densitasnya paling rendah.

          Penggunaan organisme Chlorella zofingiensis dalam penelitian ini dikarenakan fitoplankton ini memiliki fungsi yang sangat penting di perairan. Organisme ini merupakan produsen di perairan yang akan menentukan kualitas organisme pada tingkat trofik diatasnya. Dengan adanya kadmium pada Chlorella zofingiensis, organisme karnivornya berupa zooplankton akan mengalami akumulasi kadmium serta mengalami kerusakkan organ apabila telah melebihi batas toleransinya. Selain hal tersebut Chlorella zofingiensis  dapat mengakumulasi senyawa toksis sehingga berpotensi sebagai bioakumulator.

          Melalui penelitian ini nilai IC50 terdapat pada konsentrasi 3,1-3,2 ppm pada hasil interpolasi. Pada IC50 sudah terlihat banyak algae yang merespon adanya toxican sehingga densitas Chlorella sp. berkurang. Pada IC melebihi 50% masih terdapat individu Chlorella sp. yang masih bertahan. Indivu-individu tersebut merupakan bagian dari populasi yang lebih toleran terhadap logam kadmium. Sedangkan menurut Dobbins et al. 2010 IC50 Chlorella sp. Berupa 140 mikrogram perliter

          Berkurangnya densitas Chlorella  dapat dikarenakan terganggunya reaksi redoks di sel. Dengan demikian radikal bebas pada sel ROS tak tereduksi dan berakibat ion logam Cd²⁺ terikat pada enzim antioksidan. Logam Cd dengan muatan positif berikatan dengan protein atau enzim yang bermuatan negatif, contohnya terjadi ketika oleh tergantinya asam amino cysteine gugus sulfuhidril dengan ion logam Cd²⁺ pada suatu enzim. dan akibatnya enzim tersebut tak berfungsi baik akibat kehilangan aktivitasnya.

          Ketika logam Cd berada di dalam sel secara berlebihan, Chlorella menggunakan antioksidan, enzimatik dan non-enzimatik untuk mengontrol konsentrasi radikal bebas. Cystein akan mendonorkan dan berperan sebgai aseptor elektron untuk mengikat radikal bebas dan ion logam Cd²⁺ bersama-sama sehingga terjadi gangguan homeostatis. Selanjuntnya sel mengalami lisis dan warnanya pudar akibat hilangnya klorofil.

          Selain hal-hal seperti di atas, kadmium akan menghambat proses PS II. Hal seperti ini terjadi akibat membran tilakoid rusak sehingga tak berfunsi sebagaimana mestinya. Dengan terhambatnya proses PS II pembentukan energi terhambat dan sehingga Chlorella sp. tidak mendapatkan energi untuk melakukan metabolisme dan selanjutnya mengalami kematian.

          Dalam penelitian ini, hipotesis yang dikemukan sesuai dengan hasil penelitian. Semakin bertambah konsentrasi logam berat yang ada di berikan semakin berkurang densitas Chlorella zofingiensis. Dan semakin lama densitasnya akan menurun seiiring dengan lamanya perlakuan pemberian logam berat.

Kesimpulan

          Dari hasil didapat kesimpulan bahwa pada pemaparan kadmium akan mengakibatkan densitas Chlorella  berkurang. Semakin bertambahnya konsentrasi logam kadmium semakin turun juga densitas Chlorella serta semakin lama terpapar semakin berturun juga densitasnya. IC50 Chlorella sp. pada pemaparan kadmium dengan konsentrasi  antara 3,1-3,2.

Daftar Pustaka

Afkar, E., H. Ababna and A. A. Fathi. 2010. Toxicological Response of the Green Alga Chlorella vulgaris, to Some Heavy Metals. American Journal of Environmental Sciences.  6 (3): 230-237.

Anonim. PERATURAN PEMERINTAH REPUBLIK INDONESIA NOMOR 82 TAHUN 2001 TENTANG PENGELOLAAN KUALITAS AIR DAN PENGENDALIAN PENCEMARAN AIR PRESIDEN REPUBLIK INDONESIA http://baristandsamarinda.kemenperin.go.id/download/PP82%282001%29-Pengelolaan_Kualitas_Air&Pengendalian_Pencemaran_Air.pdf. Diakses pada 22 Mei 2015 pukul 07.00

Carfagna, S., N. Lanza, G. Salbitani, A. Basile, S. Sorbo, and V. Vona. 2013. Physiological and morphological responses of Lead or Cadmium exposed Chlorella sorokiniana 211-8K (Chlorophyceae). SpringerPlus. 2(1): 147.

Laura Dobbins, L., M. Lewis, S. Sankula, and G. Thursby. 2010. Exploration of Methods for Characterizing Effects of Chemical Stressors to Aquatic Plants. http://water.epa.gov/scitech/swguidance/standards/criteria/aqlife/upload/whitepaper_plant.pdf. Diakses pada 22 Mei 2015 pukul 8. 13

Duffus, J. H. and H. G. J. Worth. 2006. Fundamental Toxicology. The Royal Society of Chemistry.  Cambridge. p. 408

Kusuma, R. W. A. dan E. Zulaika. 2014. Potensi Chlorella sp. sebagai Bioakumulator Logam Berat Kadmium. J. Sains dan Seni Pomits. 3(2): 71-74.

Ouyang, H L, K. XiangZhen, H. Wei, Q. Ning, H. QiShuang, W. Yan, W. Rong and X. FuLiu. 2012. Effects of five heavy metals at sub-lethal concentrations on the growth and photosynthesis of Chlorella vulgaris. Chin Sci Bull. 57(25): 3363-3370.

Qian, H., J. Li, L. Sun, W. Chen, G. D. Sheng, W. Liu, and Z. Fu. 2009. Combined effect of copper and cadmium on Chlorella vulgaris growth and photosynthesis-related gene transcription. Aquatic Toxicology. 94: 56-61

Lampiran

Tabel 1.  Densitas mikroalgae  Chlorella sp. pada berbagai konsentrasi dan berbagai jam

konsentrasi	0 jam	24 jam	48 jam	72 jam	96 jam
kontrol	3390	3690	3953	4268	4873
1 ppm	655	550	485	395	345
3ppm	990	875	570	440	280
6ppm	545	480	330	225	130
9ppm	710	620	465	315	145

Tabel 2. Persen inhibisi dengan berbagai konsentrasi

konsentrasi (x)	densitas awal	densitas akhir	% inhibisi
kontrol	3390	4873	0,000
1 ppm	655	345	47,328
3ppm	990	280	71,717
6ppm	545	130	76,147
9ppm	710	145	79,577

Tabel 3. Tabel analisis regresi

no	ppm (x)	% inhibisi	XY	X2	Y2
	0	0,000	0	0	0
1	1	47,328	47,328	1,000	2239,963
2	3	71,717	215,152	9,000	5143,353
3	6	76,147	456,881	36,000	5798,333
4	9	79,577	716,197	81,000	6332,573
jumlah	19	274,770	1435,558	127,000	75498,371
rerata	4,75	68,692	358,889	31,750	4718,648

b = 0,008537809

= 68,651