Pengantar Konsep dan Aplikasi Bioremediasi dalam Aquaculture

Pengantar Konsep dan Aplikasi Bioremediasi dalam Aquaculture 

 Produksi aquaculttur terus meningkat dalam beberapa tahun terakhir dan merupakan sektor produksi pangan paling cepat berkembang dan telah menjadi komponen yang berharga dari pembangunan nasional dan program pengentasan kemiskinan di banyak daerah di dunia. Pada saat perikanan tangkap leveling off, produksi perikanan budidaya terus meningkat. Peningkatan produksi terbesar di negara-negara berkembang di mana sekitar 93 persen dari produksi perikanan budidaya berasal. Hal ini pernah dianggap sebagai praktik yang ramah lingkungan karena polikultur dan sistem terpadu pertanian berdasarkan pemanfaatan optimal sumber daya pertanian, termasuk limbah pertanian. Peningkatan produksi ikan sedang dicapai oleh perluasan lahan dan air di bawah budaya dan penggunaan teknologi pertanian yang lebih intensif dan modern yang melibatkan penggunaan yang lebih tinggi dari input seperti air, pupuk pakan, dan bahan kimia. Akibatnya, budidaya sekarang dianggap sebagai pencemar potensi lingkungan air dan penyebab degradasi lahan basah.

Apa Bioremediasi?

Bioremediasi terdiri dari menggunakan organisme hidup (bakteri, jamur, actinomycetes, cyanobacteria, dan pada tingkat lebih rendah, tanaman) untuk mengurangi atau menghilangkan zat  beracun. Organisme ini dapat terjadi secara alami atau dikembangkan di  laboratorium. Kondisi fisik, kimia dan biologi dari lingkungan budidaya memiliki berpengaruh pada udang karena lingkungan ini bisa mengeluarkan racun seperti hidrogen sulfida, amonia dan karbon dioksida yang bisa menyebabkan stres dan akhirnya penyakit. Limbah yang diproduksi di budidaya ikan berbeda dalam kualitas dan kuantitas tergantung pada jenis ikan dan praktek teknologi yang diadopsi. Limbah dalam budidaya ikan  dapat dikategorikan sebagai sisa makanan dan kotoran, sisa produk metabolisme, limbah pupuk yang berasal dan limbah yang dihasilkan selama moulting dan ganggang yang mati. Pendekatan saat ini untuk meningkatkan kualitas air dalam budidaya ikan adalah aplikasi mikroba / enzim ke kolam yang dikenal sebagai 'bioremediasi'. Ketika organisme makro dan mikro dan / atau produk mereka digunakan sebagai aditif untuk meningkatkan kualitas air, mereka disebut sebagai bioremediators atau agen bioremediating. Upaya terbaru yang dilakukan untuk memperbaiki kualitas air dalam akuakultur adalah aplikasi probiotik dan enzim ke kolam dikenal sebagai bioremediasi, yang melibatkan manipulasi mikroorganisme di tambak untuk meningkatkan mineralisasi bahan organik dan menyingkirkan senyawa limbah yang tidak diinginkan.

Organic Detritus & Bioremediasi

Bahan organik terlarut dan tersuspensi terutama rantai karbon tersedia berlimpah bagi mikroba dan ganggang. Sebuah bioremediasi yang baik harus mengandung mikroba yang mampu secara efektif membersihkan limbah karbon (bahan organik) dari air. Selanjutnya akan sangat mendukung, ketika mikroba berkembang biak dengan cepat dan memiliki kemampuan enzimatik yang baik. Anggota dari genus Bacillus seperti Bacillus subtilis , B . licheniformes , B . cereus , B . coagulans dan spesies Phenibacillus polymyxa adalah contoh yang baik dari bakteri yang cocok untuk bioremediasi detritus organik. Namun, mereka tidak biasanya hadir dalam jumlah yang diperlukan dalam kolom air, dimana habitat alami mereka ada di sedimen. Ketika strainBacillus tertentu ditambahkan ke air dalam jumlah yang cukup, mereka dapat membuat dampak bagi air kolam. Mereka dapat merombak bahan organik berbahaya yang ada, seperti sisa pakan yang tidak termakan dan kotoran udang. Sebagai bagian dari bio-augmentasi, penggunaan Bacillus dapat diproduksi, dicampur dengan pasir atau tanah liat dan disiramkan di dasar tambak. Lactobacillus juga digunakan bersama dengan Bacillus untuk memecah detritus organik. Bakteri ini menghasilkan berbagai enzim yang memecah protein dan pati dengan molekul kecil, yang kemudian diambil sebagai sumber energi oleh organisme lain. Hilangnya senyawa organik yang besar bisa mengurangi kekeruhan air kolam.

Senyawa nitrogen & Bioremediasi

 Penggunaan nitrogen yang melebihi kapasitas kemampuan kolam dapat menyebabkan penurunan kualitas air melalui akumulasi senyawa nitrogen (ammonia dan nitrit) yang dapat menyebabkan keracunan  untuk ikan dan udang. Nitrifikasi Bakteriologis adalah metode yang paling praktis untuk menghilangkan amonia dari sistem budidaya ikan tertutup. Mikrobia  oksidasi amonia yang dikenal ada lima genus Nitrosomonas, Nitrosovibrio, Nitrosococcus, Nitrolobus dan Nitrospira . Nitrifikasi tidak hanya menghasilkan nitrat tetapi juga mengubah pH terhadap berbagai asam,sehingga menjadi zat yang tidak beracun. Sebagian besar tambak menumpuk nitrat, karena tidak mengandung filter denitrifikasi. Filter denitrifikasi membantu untuk mengubah nitrat menjadi nitrogen. Ini menciptakan sebuah wilayah di mana anaerobik bakteri anaerob dapat tumbuh dan mengurangi nitrat menjadi gas nitrogen.

Fosfor & Bioremediasi

P hosphor  biasanya memiliki keterbatasan dalam lingkungan air tawar. Setiap penyimpangan dari rasio NO ₃ / PO ₄ yang normal diyakini tergantung pada yang mempengaruhi tingkat nitrifikasi atau regenerasi bakteri fosfor,yang tersedia dalam organisme terutama sebagai fosfolipid dan neucleoprotiens. Fosfor yang dihasilkan dari senyawa organik sebagai PO ₄ oleh bakteri tertentu yang menghasilkan enzim seperti phosphotases dan phytases. Kelarutan phosphotases anorganik terutama berhubungan dengan fungsi dari pH. Bakteri mampu membebaskan PO ₄ dari senyawa ini melalui produksi asam organik dan mineral.

Hidrogen Sulfida (H ₂ S) & Bioremediasi

S ulphur merupakan zat berbahaya bagi budidaya ikan dan bila tidak terkontrol akan menyebabkan kematian pada ikan. Dalam kondisi aerobik, sulfur organik terurai menjadi sulfida, yang pada gilirannya akan teroksidasi menjadi sulfat. Sulfat sangat larut dalam air dan secara bertahap menyebar dari sedimen. Sulfida oksidasi dimediasi oleh mikroorganisme di sedimen, meskipun dapat terjadi dengan proses kimia murni. Beban organik dapat merangsang  produksi H ₂ S dan pengurangan keanekaragaman fauna bentik. Hidrogen sulfida dapat larut dalam air dan menjadi penyebab kerusakan insang dan penyakit lainnya pada ikan. Tidak terionisasinya H ₂ S sangat beracun untuk ikan yang mungkin terjadi di perairan alami maupun budidaya .

 Bakteri fotosintetik bentik yang menguraikan H ₂ S di dasar tambak telah banyak digunakan dalam budidaya ikan untuk menjaga lingkungan yang menguntungkan. Bakteri ini mengandung bacterio-klorofil yang menyerap cahaya dan melakukan fotosintesis dalam kondisi anaerobik. Mereka adalah bakteri sulfur ungu dan hijau yang tumbuh di bagian anaerobik sedimen-air. Fotosintetik ungu non-belerang bakteri dapat menguraikan bahan organik, H ₂ S, NO ₂ dan limbah berbahaya dari kolam. Bakteri sulfur hijau dan ungu membagi H ₂ S untuk memanfaatkan panjang gelombang cahaya tidak diserap oleh fitoplankton atasnya. Bakteri sulfur ungu dan hijau memperoleh mengurangi elektron dari H ₂ S dengan biaya energi yang lebih rendah dari H ₂ O membelah photoautotrophs sehingga membutuhkan intensitas cahaya rendah untuk melakukan fotosintesis.

 Contoh-contoh umum dari bakteri fotosintetik penting dalam akuakultur adalah Rhodospirillum, Rhodopseudomonas, Chromatium, Thiocystis, Thiospirillum, Thiocapsa, Lamprocystis, Thiodictyon, Thiopedia, Amoebobacter , Chlorobium, Prosthecochloris, Pelodictyon dan Clathrochloris.

Penapisan Mikroba untuk Pemanfaatan sebagai Bioremediators

M icroorganisms baik gram positif dan gram negatif telah diuji untuk keberhasilan mereka sebagai bioremediators dalam akuakultur . Bacillus adalah organisme yang paling umum digunakan diikuti oleh Aeromonas dan Pseudomonas. Bioremediators tersedia secara komersial di pasar terutama mencakup Nitrifiers, bakteri Sulphur, Bacillus sp . dan Pseudomonas sp.

Keuntungan Bioremediasi

·         bekerja pada berbagai senyawa organik dan anorganik

·         Dapat dilakukan di tempat, mudah untuk diterapkan dan dipelihara

·         Rendah biaya dibandingkan dengan metode pengobatan lain

·         Ramah lingkungan

·         Mengurangi jumlah limbah

Kekurangan dari Bioremediasi

·         Ini mungkin membutuhkan beberapa tahun untuk memulihkan dan tergantung pada kondisi iklim

·         Terbatas untuk situs dengan kontaminasi dekat akar

·         Tanaman dipanen dapat diklasifikasikan sebagai limbah berbahaya

·         Konsumsi tanaman terkontaminasi dapat membahayakan

·         Mungkin ada efek yang merugikan pada rantai makanan

Bermanfaat efek Probiotik

        i.            Netralisasi toksin dan penekanan jumlah yang layak

      ii.            Produksi senyawa antibakteri dan kompetisi untuk situs adhesi

    iii.            Alternatif metabolisme mikroba, stimulasi kekebalan di host

    iv.            Mempercepat dekomposisi sedimen dengan memproduksi asam organik

      v.            Produksi hidrogen peroksida dan enzim

Penerapan Probiotik dalam Akuakultur

1.      Untuk mengatur mikroflora budidaya mikroorganisme air dan patogen.

2.      Untuk meningkatkan dekomposisi bahan organik yang tidak diinginkan dalam akuakultur air dan memperbaiki lingkungan ekologi budidaya dengan meminimalkan gas beracun seperti amonia, nitrit, dll hidrogen sulfida, metana

3.      Untuk meningkatkan populasi organisme makanan meningkatkan nilai  gizi budidaya ikan dan meningkatkan kekebalan ikan yang dibudidayakanterhadap mikroorganisme patogen.

4.      Wabah penyakit dapat dicegah.

Kesimpulan

 Upaya sedang dilakukan secara terus menerus untuk mengatasi dampak negatif sistem produksi pangan termasuk budidaya terhadap lingkungan. Peran bakteri menguntungkan untuk mengendalikan patogen akan menjadi penting dalam akuakultur, terutama dalam terang meningkatnya jumlah strain resisten antibiotik bakteri. Pengelolaan ekologi mikroba tambak adalah area di mana penelitian terapan dapat menyebabkan temuan penting untuk meningkatkan produktivitas dan ramah lingkungan dari industri tambak udang di seluruh dunia. Penggunaan bioremediators secara bertahap akan meningkat dan keberhasilan budidaya di masa depan mungkin identik dengan keberhasilan bioremediators yang, jika divalidasi melalui penyelidikan ilmiah yang ketat dan digunakan secara bijak, mungkin terbukti menjadi keuntungan bagi industri akuakultur

Saduran dari karya Ph. Lakshmi Chanu & Sagar C. Mandal* berjudul Concepts of Bioremediation and its Application in Aquaculture