Proses Fiksasi Nitrogen yang Dilakukan oleh Bakteri Rhizobium yang bersimbiosis dengan Tanaman Kacang Kedelai.

Jelaskan proses fiksasi nitrogen yang dilakukan oleh bakteri rhizobium yang bersimbiosis dengan tanaman kacang kedelai.

Tanaman kedelai dapat mengikat nitrogen bebas  (N₂) di atmosfer melalui aktivitas  bakteri  Rhizobium  japonicum. Rhizobium  japonicum  bersimbiosis  di  dalam  akar  kacang  dengan  membentuk nodula/bintil akar. Adanya bintil (nodul)  ini akan memberikan keuntungan  dalam  memfiksasi  nitrogen  dalam  tanah  serta  meningkatkan kesuburan tanah. Di dalam bintil itu, Rhizobium berbentuk bakteroid, yang terkandung di dalam kantung yang dibentuk oleh sel akar.

Pembentukan bintil akar terjadi antara 7 – 14 hari setelah  perkecambahan  dengan  membentuk  akar  rambut  pada  akar  primer  dan  sekunder. Akar mengeluarkan  senyawa  triptofan  yang  menyebabkan bakteri berkembang pada ujung rambut akar.  Triptofan diubah  oleh  rhizobium  menjadi  IAA  (Indole  Acetic Acid)  yang  menyebabkan  akar  membengkok  karena adanya  interaksi  antara  akar  dengan  Rhizobium. Kemudian bakteri merombak dinding sel akar tanaman sehingga  terjadi  kontak  antara  keduanya.  Benang infeksi  terbentuk,  yang merupakan perkembangan dari membran  plasma  yang memanjang  dari  sel  terinfeksi. Setelah  itu  rhizobium  berkembang  di  dalam  benang infeksi yang menjalar menembus sel-sel korteks sampai parenkim.  Di  dalam  sel  kortek,  rhizobium  dilepas  di dalam  sitoplasma  untuk  membentuk  bakteroid  dan menghasilkan  stimulan  yang  merangsang  sel  korteks untuk  membelah.  Pembelahan  tersebut  menyebabkan proliferasi  jaringan,  membentuk  struktur  bintil  akar yang  menonjol  sampai  keluar  akar  tanaman,  yang mengandung bakteri rhizobium.

Fiksasi  nitrogen  oleh  bakteri  pemfiksasi  nitrogen merupakan  suatu  proses  yang rumit dan bertahap. Secara ringkas reaksi pengikatan nitrogen sebagai berikut:

N₂ + 8e^- + 8 H⁺ + 16 ATP → 2 NH₃ + H₂ + 16 ADP + 16 Pi

Proses  fiksasi N oleh  leguminosa  tidak  mempengaruhi kualitas  air  tanah.  Hal  ini  karena  ammonium  (NH4⁺) yang  dihasilkan  oleh  hasil  fiksasi,  secara  langsung digunakan untuk pertumbuhan tanaman. Pada  proses  penambatan  N, tanaman  leguminosa  menyediakan  lingkungan  dan karbohidrat  untuk  metabolisme  bakteri,  sedangkan bakteri  mengubah  N₂  udara  menjadi  N  tersedia  bagi tanaman.  Flavonoids  dan/atau isoflavonoid dilepaskan dari akar  tanaman  leguminosa membuat  transkrip dari gene  rhizobia bintil akar yang sesuai,  kemudian  membentuk  molekul lipochitooligosaccharide,  yang  memberi  tanda  pada tanaman  leguminosa  untuk  mulai  membentuk  bintil akar. Walaupun  N₂ masuk ke dalam sel tumbuhan bersama-sama CO₂ lewat stomata, enzim yang ada hanya dapat mereduksi CO₂  sehingga N₂ keluar lagi secepat ia masuk. Sebagian besar ammonium yang dihasilkan melalui fiksasi nitrogen simbiotik digunakan oleh bintil untuk membuat asam amino, yang kemudian diangkut ke tunas dan daun melalui xylem.

Bakteri Rhizobium dan akar tanaman kedelai  memberikan respon terhadap sinyal kimia dari yang lainnya dengan cara mengekspresikan gen tertentu yang produknya memberi sumbangan pada pembentukan bintil. Tumbuhan memulai komunikasi itu ketika akarnya mensekresikan molekul yang disebut flavenoid, yang memasuki sel Rhizobium yang hidup disekitar akar tersebut. Kekhasan sinyal ini muncul dari variasi dalam struktur flavenoid. Sinyal tumbuhan itu akan memproduksi suatu molekul jawaban oleh bakteri. Secara spesifik, molekul sinyal tumbuhan itu akan mengaktifkan suatu protein yang mengatur gen, yang menghidupkan dan mengaktifkan suatu kelompok gen bakteri yang disebut nod, kependekan dari gen nodulasi. Produk gen ini adalah enzim yang mengkatalisis suatu molekul yang spesifik terhadapa spesies tertentu yang disebut faktor nod. Faktor nod yang disekresikan oleh bakteri membalas sapaan halo dan memberikan sinyal kepada akar untuk membentuk benang infeksi yang akan dimasuki oleh Rhizobium dan mulai membentuk suatu organ baru yaitu bintil akar. Respon tumbuhan memerlukan aktivasi gen yang disebut gen nodulen awal, barangkali melalui jalur transduksi sinyal yang mengatur gen.

Keberhasilan interaksi  ini memerlukan koordinasi dari kedua proses tersebut. Secara  umum,  proses  infeksi  dimulai dengan pengeritingan  rambut  akar,  yang  diduga  disebabkan oleh  reorientasi  gradual  dan  konstan  ke  arah pertumbuhan  bulu  akar . Bakteria  tertangkap  dalam  gulungan  bulu  akar,  kemudian  dinding sel tanaman di tempat tertentu terdegradasi, sel membran membentuk liang dan material baru disimpan  oleh tanaman dan bakteri. Enzim  dari  bakteri merombak  bagian  dinding  sel sehingga  bakteri  dapat masuk ke  dalam  sel  bulu akar. Kemudian,  bulu  akar  membentuk  struktur  lir-benang yang disebut benang infeksi, yang terdiri dari membran plasma  lurus  dan memanjang  dari  sel  yang  terserang, bersamaan  dengan  pembentukan  selulosa  baru  di sebelah  dalam  membran  ini.  Tiap  bakteri  yang membesar dan tak bergerak disebut bakteroid. Sel bintil akar  lazimnya  mengandung  beberapa  ribu  bakteroid. Bakteroid  menyebabkan  sel  korteks  dalam  dan  sel perisiklus membelah. Pembelahan dan pertumbuhan sel korteks  dan  perisiklus  menjadi  bintil  akar  dewasa. Bakteroid  biasanya  berada  di  sitoplasma  dalam kelompok,  masing-masing  dikelilingi  oleh  membran yang disebut membran peribakteroid. Antara membran peribakteroid  dan  kelompok  bakteroid  terdapat  daerah yang  disebut  ruang  peribakteroid.  Di  luar  ruang peribakteroid, di sitoplasma tumbuhan, terdapat protein yang  dinamakan  leghemoglobin.  Leghemoglobyn adalah suatu protein yang mengandung besi, seperti hemoglobin sel darah manusia, berkaitan secara reversibel dengan oksigen. Warna kemerahan bintil kacang kedelai disebabkan oleh leghemoglobyn. Leghemoglobyn bintil akar bertindak sebagai suatu buffer oksigen, yang mengatur persediaan oksigen untuk meningkatkan respirasi yang diperlukan oleh bakteri untuk menghasilkan ATP untuk fiksasi nitrogen.

#inggrit #amedia #inggritAmedia #fiksasi #nitrogen #rhizobium #simbiosis #kedelai