FITOAKUMULASI LOGAM BERAT

            Fitoremediasi merupakan proses bioremediasi yang menggunakan berbagai tumbuhan untuk menghilangkan, memindahkan, dan atau menghancurkan kontaminan dari lingkungan sehingga menjadi tidak berbahaya. Kontaminan yang dapat berbahaya bagi lingkungan adalah logam berat. Menurut United States Environmental Protection Agency (1997) logam berat seperti cadmium, copper, lead, kromium, zink dan nikel merupakan polutan penting lingkkungan, khususnya pada area dengan tekanan antropogenik tinggi. Fitoekstraksi atau fitoakmulasi merupakan salah satu prinsip dari fitoremediasi yang dapat digunakan untuk menghiilangkan kontaminan dari lingkungan dan konsentrasinya pada bagian tumbuhan yang dapat dipanen. Proses fitoekstraksi akan ekonomis apabila tumbuhan yang digunakan mampu mengakumulasi logam berat minimal 1-2%

            Metode yang digunakan pada fitoakumulasi adalah indentifikasi, kultivasi, pemanenan tumbuhan yang diketahui toleran terhadap kontaminan, Untuk proses agar dapat dilakukan secara ekonomis, tumbuhan yang dikultivasi harus hiperakumualtor terhadap kontaminan dan memproduksi biomassa yang besar, faktor lainnya seperti lahu pertumbuhan, selektivitas elemen, resisten terhadap penyakit, metode panen, dan disposal. Fitoakumulasi memiliki dua proses penyerapan, yaitu biosorpsi dan bioakumulasi (Keskinkan et al., 2003). Tumbuhan yang paling ideal adalah diantaranya spesies dari famili Brassicacea yaitu Brassica juncea, genus dari Alyssum dan Thlaspi serta jenis dari rumput-rumputan (Chaudhry et al., 1998). Beberapa tumbuhan air memiliki kemampuan mengakumulasi logam berat serta menunrukan konsentrasi logam berat dalam air seperti Eichhornia crassipes, Ceratophyllum demersum, Thypa sp. dan Scirpus sp.

            Azolla merupakan tumbuhan paku air yang mengapung yang dapat tumbuh pada periaran bersih maupun perairan limbah. Azolla memiliki produktivitas biomassa yang tinggi, tinggi dan kapasitas luar biasa dalam elemen konsentrat mencakup logam berat yang bersifat toksik. Menurut Arora et al., (2006) Azolla merupakan tumbuhan ideal untuk fitoremediasi air limbah dari kontaminan Cd yang merupakan logam berat sehingga dapat menyebabkan polutan pada air. Telah banyak penelitian fitoremediasi yang menggunakan tumbuhan dari genus Azolla. Azolla filiculoides dapat digunakan untuk menghilangkan Pb(II), Cd(II), Ni(II) and Zn(II), Azolla filiculoides tumbuh pada Cd(II) dengan konsentrasi tinggi sehingga dapat mengakumulasi Cd(II). Studi mekanistik menunjukkan adsorpsi apoplas dan simplas keduanya bertanggung jawab menyimpan akumulasi keseluruhan dari Pb(II) pada daun Azolla filiculoide (Benaroya et al., 2004).

            Penelitian terbaru (Tan, et al., 2011).menggunakan Azolla microphylla cv. MH3 and Azolla caroliniana Willd dalam mengakumulasi Cd(II). Ca(II) berperan sebagai channel dan Zn(II) sebagai transporter pada  Azolla microphylla cv. MH3.  Hasil menunjukkan (gambar1a) tidak ada perbedaan secara nyata pada biomassa kering kedua tumbuhan pada organ keseluruhan dan dau. Dibandingkan dengan A. caroliniana Willd, (gambar 1c) akar dari A. microphylla cv. MH3 hampir dua kali lipat biomassa. Pada (gambar 1b) konsentrasi tertinggi Cd(II) ditemukan pada akar daripada daun dan organ keseluruhan
            Ketika kontaminan Cd(II) pada Azolla selama 1 hari setelah  desorpsi dengan 5 mM ice-cold CaCl2 selama 40 menit terjadi penurunan kadar Cd pada Azolla disbanding dengan tanpa desorspsi. Hal ini berlaku utuk setiap bagian tumbuhan terutama pada bagian akar. Berdasarkan hasil pengamatan, Cd(II) dalam akar A. caroliniana Willd dan A. microphylla cv. MH3 adalah 1364 dan 1206 µg/g, sementara hanya 60 dan 72 µg/g yang dideteksi pada daun Hasil tersebut menunjukkan bahwa spesies tidak hiperakumulator Cd (II). Sebaliknya, Cd (II) dalam daun tetap tidak berubah setelah desorpsi, menunjukkan bahwa Cd (II) dalam daun itu translokasi dari akar, tetapi tidak  langsung diambil oleh dinding sel permukaan daun. Ca(II) sebagai saluran pembendung inhibitor Cd(II) dan juga Ca(II) sebagai channel Cd(II) masuk kedalam A. microphylla cv. MH3. Defisiensi Zn(II) secara signifikan meningkatkan  Cd(II).  Menurut Aravind and Prasad (2003) adanya Zn (II) dapat mengontrol konsentrsi Cd (II) yang masuk kedalam tumbuhan tidak hanya dalam tingkat intraseluler tetapi juga dengan menggantikan toxic Cd(II) (Tan, et al., 2011).

            Selain cadmium, logam berat zinc banyak digunakan dalam dunia industri yang dianggap sebagai polutan serius bagi lingkungan karena nondegradable ketika dilepaskan kedalam air. Zinc menyebabkan berbagai masalah bagi lingkungan termasuk hilangnya vegetasi, pencemaran air tanah, dan logam toksisitas dalam rantai makanan. Fitoakumulasi merupakan metode remediasi yang ekonomis, dapat diterapkan dalam jangka panjang, dan memilki aspek ekologis (Rai, 2008). Fitoakumulasi didasarkan pada kemampuan tumbuhan mengabsorpsi dan mengakumulasi kontaminan logam berat dalam jaringan dan mengeliminasi logam berat dalam jumlah tinggi dari air dan air tanah. Proses fitoakumulasi memerlukan absorpsi logam berat dengan akar dan mentranslokasinhya dalam tunas dan daun (Keskinkan et al., 2003).

            Remediasi Zn menggunakan tumbuhan Lemna gibba paling efisien ketika konsentrasi Zn rendah dalam air. Hasil memperlihatkan presentase efisiensi tinggi remediasi logam berat (~71%) ketika hasil penunjukkan awal medium nutrient sekitar 6 mg/l. Perubahan tidak terjadi secara signifikan ketika medium nutrient 10 mg/l, 14 mg/l, dan 18 mg/l yaitu 64,23 %, 62,82%, dan 61,35% The BCF (bioconcentration factor)  melingkupi nilai antara 671 and 1678, nilai  tertinggi dicapai pada 14.23mg/l selama 7 hari.  Hal ini penting sebagai catatan bahwa tumbuhan menunjukkan pengurangan biomassa ketika tumbuh dalam air yang terkontaminasi dengan Zn 6.0–18.0 mg tetapi tidak mati dari fitotoksisitas. Konsentrasi lebih tinggi dari 18.0 mg/l menyebabkan kerusakan yang dapat dilihat pada tumbuhan mengalami klorosis dan frond dislocation setelah 4 hari diberi perlakuan Zn pada Lemna gibba. Hasil ini menunjukkan bahwa Lemna gibba merupakan akumulator baik logam berat Zn dan berpotensi untuk remediasi air berpolutan Zn (Khellaf, 2009).

            Ion logam berat ions Cu^{2 +}, Zn^{2 +}, Mn2 ^{2 +}, Fe^{2 +}, Ni^{2 +}, dan Co^{2 +} merupakan mikronutrien esensial untuk tumbuhan (Kunze et al., 2001). Bagaimanpun, ketika berada dalam kondisi berlebih, ion logam teresebut bersifat toksik, termasuk logam berat  nonesensial Cd^{2 +}, Hg^{2 +}, and Pb^{2 +}. Setiap spesies tumbuhan memiliki tingkatan tolersansi terhadap kontaminan yang berbeda-beda. Tumbuhan memilii tiga pola dalam menyerap logam berat, yaitu adanya batasan masuknya logam kedalam tanaman, logam terakumulasi kedalam akar tetapi ada batasan untuk translokasi ke bagian organ tumbuhan, akumulasi logam berat dibagian organ tumbuhan tertentu (Kamal et al., 2004).

            Hasil penelitian Kamal et al., (2004) menunjukkan bahwa tumbuhan Myriophylhum aquaticum, Ludwigina palustris, dan Mentha aquatic mampu meremediasi Fe, Zn, Cu, dan Hg dari air yang terkontaminasi. Selektivitas logam berat untuk tiga spesies tanaman adalah sama (Hg> Fe> Cu> Zn) Rata-rata efisiensi remediasi untuk tiga spesies tumbuhan adalah masing-masing 99,8%, 76,7%, 41,62%, dan 33,9% dari Hg, Fe, Cu, dan Zn. Tingkat remediasi seng dan  tembaga adalah konstan (Zn 0,48 mg/l/ hari dan Cu 0,11 mg/l/ hari), sedangkan yang dari besi dan merkuri bergantung pada konsentrasi kontaminan dari dalam air yang berkisar Fe 7,00-0,41 mg/l/hari dan Hg 0,0787-0,0002 mg/l/hari. Myriophylhum aquaticum menunjukkan toleransi toksisitas lebih besar diikuti Mentha aquatic dan Ludwigina palustris. Pertumbuhan Ludwigina palustris secara signifikan dipengaruhi oleh toksisitas logam berat

            Myriophylhum aquaticum memiliki efisiensi remediasi terhadap Zn 34.42%, Cu 42,58%,  Fe 73,06% dan Hg 99,97,% Ludwigina palustris memiliki efisiensi remediasi terhadap Zn 32.63%, Cu 44,92%,  Fe 63,68% dan Hg 99,74%. Mentha aquatic memiliki efisiensi remediasi terhadap Zn 34.77%, Cu 30,89%,  Fe 92,92% dan Hg 99,9% (Kamal et al., 2004). Berdasarkan hasil tersebut dapat disimpulkan dari ketiga tumbuhan, tumbuhan Mentha aquatic memiliki kemampuan paling baik dalam meremediasi logam berat Zn sebesar 34.77% dari konsentrasi awal Zn 28,056. Ludwigina palustris memiliki kemampuan paling baik dalam meremediasi logam berat Cu sebesar 44,92% dari konsentrasi awal Cu 5,556. Mentha aquatic memiliki kemampuan paling baik dalam meremediasi logam berat Fe dan Hg sebesar 92,92% dan 99,99%  dari konsentrasi awal 103,55 dan 0.151.

            Fitoakumulasi tidak hanya menggunakan tanaman air, menurut penelitian Asai et al., (2002) tumbuhan Arabidopsis thaliana memliliki metabolisme yang mampu mendegradasi coplanar – polychlorinated biphenyls (Co-PCB_s) yang bersifat hodrofobik dan polutan lingkungan yang berbahaya, namun tingkat akumulasi bergantung pada kadar klorin dan posisi isomer klorin dalam Co-PCB. Brassica juncea jiga memiliki kemampuan akumulasi logam berat Pb yang bersifat extremely insoluble. Selain itu Ambrosia artemisiifilia diidentifikasi merupakan akumulator baik logam berat Pb (Raskin, 1997)