Kebutuhan Nitrogen Pada Tanaman

Nitrogen adalah unsur yang diperlukan untuk membentuk senyawa penting di dalam sel, termasuk protein, DNA dan RNA. Tanaman harus mengekstraksi kebutuhan nitrogennya dari dalam tanah. Sumber nitrogen yang terdapat dalam tanah, makin lama makin tidak mencukupi kebutuhan tanaman, sehingga perlu diberikan pupuk sintetik yang merupakan sumber nitrogen untuk mempertinggi produksi. Keinginan menaikkan produksi tanaman untuk mencukupi kebutuhan pangan, berakibat diperlukannya pupuk dalam jumlah yang banyak. Industri pupuk yang ada belum dapat memenuhi kebutuhan pupuk yang semakin meningkat. Untuk itu perlu dicari pupuk nitrogen alternatif dan rekayasa gen hijau kelihatannya dapat memberikan harapan untuk memenuhi kebutuhan pupuk di masa yang akan datang.

Foto oleh: mufidpwt

Udara yang menyelubungi bumi mengandung gas nitrogen sebanyak 80 %, sebahagian besar dalam bentuk N2 yang tidak dapat dimanfaatkan. Tanaman dan kebanyakan mikroba tidak mempunyai cara untuk mengikat nitrogen menjadi senyawa dalam selnya. Tanaman dan mikroba umumnya mendapatkan nitrogen dari senyawa seperti ammonium (NH4+) dan nitrat (NO3-). Untuk memanfaatkan nitrogen dalam bentuk gas, pakar bioteknologi memusatkan perhatiannya pada hubungan antara tanaman dengan jenis mikroba tertentu yang dapat menambat nitrogen dari udara dan menyusun atom nitrogen kedalam molekul ammonium, nitrat, atau senyawa lain yang dapat digunakan oleh tumbuhan (Prentis, 1984).

Tanaman kacang-kacangan seperti buncis, kedelai, akarnya mempunyai bintil-bintil berisi bakteri yang mampu menambat nitrogen udara, sehingga nitrogen tanah yang telah diserap tanaman dapat diganti. Simbiosis antara tanaman dan bakteri saling menguntungkan untuk kedua pihak. Bakteri mendapatkan zat hara yang kaya energi dari tanaman inang sedangkan tanaman inang mendapatkan senyawa nitrogen dari bakteri untuk melangsungkan kehidupannya.

Bakteri penambat nitrogen yang terdapat didalam akar kacang-kacangan adalah jenis bakteri Rhizobium. Bakteri ini masuk melalui rambut-rambut akar dan menetap dalam akar tersebut dan membentuk bintil pada akar yang bersifat khas pada kacang-kacangan. Belum diketahui sepenuhnya bagaimana rhizobium masuk melalui rambut-rambut akar, terus ke dalam badan akar dan selanjutnya membentuk bintil-bintil akar.

Untuk menambat nitrogen, bakteri ini menggunakan enzim nitrogenase, dimana enzim ini akan menambat gas nitrogen di udara dan merubahnya menjadi gas amoniak. Gen yang mengatur proses penambatan ini adalah gen nif (Singkatan nitrogen-fixation). Gen-gen nif ini berbentuk suatu rantai, tidak terpencar kedalam sejumlah DNA yang sangat besar yang menyusun kromosom bakteri, tetapi semuanya terkelompok dalam suatu daerah. Hal ini memudahkan untuk memotong bagian untaian DNA yang sesuai dari kromoson Rhizobium dan menyisipkanya ke dalam mikroorganisme lain (Prentis, 1984). Dengan rekayasa genetik telah berhasil ditransfer gen nif dari bakteri Rhizobium kedalam bakteri Escherechia coli, sehingga E. coli mampu untuk menambat nitrogen. Dalam percobaan ini tidak menggunakan gen Rhizobium, tetapi gen nif yang berasal dari Klebsiella pneumoniae, yang merupakan bakteri tanah yang hidup bebas pada tanaman inang. Bakteri ini mempunyai lebih kurang 17 gen nif dan gen nif ini dapat ditransfer ke bakteri lain. Fenomena ini memberi harapan di masa yang akan datang untuk mentransfer gen-gen tadi ke dalam gen bakteri yang terdapat diperakaran gandum dan padi-padian yang diketahui tidak dapat menambat nitrogen.

Suatu harapan yang menarik adalah usaha untuk menyisipkan gen nif secara langsung kedalam tanaman, tanpa melibatkan mikroba penambat nitrogen, seperti yang telah dilakukan pada gen insulin pada manusia kedalam bakteri E. Coli. Dalam masalah ini telah dicapai kemajuan yang cukup besar dengan memanfaatkan vektor eukariotik, yaitu potongan yang dapat menjadi jembatan masuknya DNA asing ke dalam sel eukariotik, dalam hal ini adalah bakteri Agrobacterium tumefasiens penyebab crown gall yang mempunyai plasmid Ti (Tumor inducing plasmid) yang dapat merangsang sel inang untuk tumbuh secara luas biasa.

Penelitian terhadap Rhizobium yang berasosiasi dengan kedelai mengungkapkan bahwa banyak diantara bakteri ini yang mengandung gen hup (gen penyerap nitrogen). Gen ini berfungsi untuk mendaur ulang gas nitrogen kembali ke sistim nitrogenase yang menambat nitrogen. Jadi memanfaatkan energi pada hidrogen yang apabila tidak dimanfaatkan oleh tumbuhan, energi ini akan hilang.

Penggunaan langsung hasil penelitian ini adalah dengan mengintroduksi gen hup kedalam strain Rhizobium yang tidak mempunyai gen ini. Gen hup pada strain Rhizobium yang lain terdapat pada plasmida, apabila plasmida pembawa hup ini terdapat pada Rhizobium, maka plasmid pembawa gen ini dapat ditransfer dari satu strain ke strain lain.

Gen lain yang menjadi perhatian pakar rekayasa genetik adalah gen osm, yang mempunyai kaitan dengan kemampuan tumbuhan untuk menahan tekanan-tekanan (stres) dari lingkungannya, seperti : tidak adanya air, temperatur yang panas atau dingin, dan kadar garam di dalam tanah yang tinggi. Semua faktor ini mengakibatkan air dalam sel tumbuhan dipaksa masuk atau keluar dengan proses osmosis. Banyak lahan di seluruh dunia tidak dapat dimanfaatkan untuk pertanian karena adanya faktor pembatas seperti : suhu yang rendah, tidak tersedianya air dan kandungan garam yang tinggi. Sasaran untuk masa yang akan datang adalah mengintroduksikan gen osm ke dalam tanaman budidaya dengan tujuan untuk membuka lahan tandus yang luas untuk pertanian (Prentis, 1984)

Tumbuhan yang nilai ekonominya yang rendah seperti gulma, sering memperlihatkan ketahanan terhadap faktor-faktor lingkungan yang tidak menguntungkan. Apabila gen yang berperan untuk daya tahan terhadap faktor-faktor yang tidak menguntungkan ini dengan rekayasa genetik dapat ditransfer kedalam tanaman budidaya, maka lahan yang semula tidak produktif akan dapat diubah menjadi lahan yang produktif. Penelitian-penelitian tentang fisiologi, biokimia, dan dasar genetika respon tanaman terhadap faktor lingkungan akan terus dikembangkan pada masa yang akan datang.