Faktor Lingkungan Bagi Pertumbuhan Mikroba
Aktivitas mikroba dipengaruhi oleh faktor-faktor
lingkungannya. Perubahan lingkungan dapat mengakibatkan perubahan sifat
morfologi dan fisiologi mikroba. Beberapa kelompok mikroba sangat resisten
terhadap perubahan faktor lingkungan. Mikroba tersebut dapat dengan cepat
menyesuaikan diri dengan kondisi baru tersebut. Faktor lingkungan meliputi
faktor-faktor abiotik (fisika dan kimia), dan faktor biotik.
A.
FAKTOR ABIOTIK
Suhu
a. Suhu
pertumbuhan mikroba
Pertumbuhan mikroba memerlukan kisaran suhu tertentu.
Kisaran suhu pertumbuhan dibagi menjadi suhu minimum, suhu optimum, dan suhu
maksimum. Suhu minimum adalah suhu terendah tetapi mikroba masih dapat hidup.
Suhu optimum adalah suhu paling baik untuk pertumbuhan mikroba. Suhu maksimum
adalah suhu tertinggi untuk kehidupan mikroba.
Berdasarkan kisaran suhu pertumbuhannya, mikroba dapat
dikelompokkan menjadi mikroba psikrofil (kriofil), mesofil, dan termofil.
Psikrofil adalah kelompok mikroba yang dapat tumbuh pada suhu 0-300C
dengan suhu optimum sekitar 15 0C. Mesofil adalah kelompok mikroba
pada umumnya, mempunyai suhu minimum 15 0C suhu optimum 25-370C
dan suhu maksimum 45-550C.
Mikroba yang tahan hidup pada suhu tinggi dikelompokkan
dalam mikroba termofil. Mikroba ini mempunyai membran sel yang mengandung
lipida jenuh, sehingga titik didihnya tinggi. Selain itu dapat memproduksi
protein termasuk enzim yang tidak terdenaturasi pada suhu tinggi. Di dalam
DNA-nya mengandung guanin dan sitosin dalam jumlah yang relatif besar, sehingga
molekul DNA tetap stabil pada suhu tinggi. Kelompok ini mempunyai suhu minimum
400C, optimum pada suhu 55-600C dan suhu maksimum untuk
pertumbuhannya 750C. Untuk mikroba yang tidak tumbuh dibawah suhu 300C
dan mempunyai suhu pertumbuhan optimum pada 600C, dikelompokkan
kedalam mikroba termofil obligat. Untuk mikroba termofil yang dapat tumbuh
dibawah suhu 300C, dimasukkan kelompok mikroba termofil
fakultatif.
Bakteri yang hidup di dalam tanah dan air, umumnya
bersifat mesofil, tetapi ada juga yang dapat hidup diatas 500C
(termotoleran). Contoh bakteri termotoleran adalah Methylococcus capsulatus.
Contoh bakteri termofil adalah Bacillus, Clostridium, Sulfolobus, dan
bakteri pereduksi sulfat/sulfur. Bakteri yang hidup di laut (fototrof) dan
bakteri besi (Gallionella) termasuk bakteri psikrofil.
b. Suhu
tinggi
Apabila mikroba dihadapkan pada suhu tinggi diatas suhu
maksimum, akan memberikan beberapa macam reaksi.
(1) Titik kematian thermal, adalah
suhu yang dapat memetikan spesies mikroba dalam waktu 10 menit pada kondisi
tertentu.
(2) Waktu kematian thermal, adalah
waktu yang diperlukan untuk membunuh suatu spesies mikroba pada suatu suhu yang
tetap. Faktor-faktor yang mempengaruhi titik kematian thermal ialah waktu,
suhu, kelembaban, spora, umur mikroba, pH dan komposisi medium.
Contoh
waktu kematian thermal (TDT/ thermal death time) untuk beberapa jenis bakteri
adalah sebagai berikut :
Nama mikroba
|
Waktu (menit)
|
Suhu ( oC)
|
Escherichia
coli
|
20-30
|
57
|
Staphylococcus
aureus
|
19
|
60
|
Spora
Bacilus subtilis
|
20-50
|
100
|
Spora
Clostridium botulinum
|
100-330
|
100
|
c. Suhu
rendah
Apabila mikroba dihadapkan pada suhu rendah dapat
menyebabkan gangguan Metabolisme. Akibat-akibatnya adalah
(1) Cold shock , adalah
penurunan suhu yang tiba-tiba menyebabkan kematian bakteri, terutama pada
bakteri muda atau pada fase logaritmik,
(2) Pembekuan (freezing),
adalah rusaknya sel dengan adanya kristal es di dalam air intraseluler,
(3) Lyofilisasi , adalah proses
pendinginan dibawah titik beku dalam keadaan vakum secara bertingkat.
Proses
ini dapat digunakan untukmengawetkan mikroba karena air protoplasma langsung
diuapkan tanpa melalui fase cair (sublimasi).
Kandungan
air (pengeringan)
Setiap mikroba memerlukan kandungan air bebas tertentu
untuk hidupnya, biasanya diukur dengan parameter aw (water
activity) atau kelembaban relatif. Mikroba umumnya dapat tumbuh pada a w
0,998-0,6. Bakteri umumnya memerlukan aw 0,90-0,999. Mikroba yang
osmotoleran dapat hidup pada aw terendah (0,6) misalnya khamir Saccharomyces
rouxii. Aspergillus glaucus dan jamur benang lain dapat tumbuh pada aw
0,8. Bakteri umumnya memerlukan aw atau kelembaban tinggi lebih dari
0,98, tetapi bakteri halofil hanya memerlukan aw 0,75. Mikroba yang
tahan kekeringan adalah yang dapat membentuk spora, konidia atau dapat
membentuk kista.
Tabel berikut ini memuat daftar aw yang
diperlukan oleh beberapa jenis bakteri dan jamur :
Nilai aw
|
Bakteri
|
Jamur
|
1,00
|
Caulobacter
Spirillum
|
|
0,90
|
Lactobacilus
Bacillus
|
Fusarium
Mucor
|
0,85
|
Staphylococcus
|
Debaromyces
|
0,80
|
|
Penicillium
|
0,75
|
Halobacterium
|
Aspergillus
|
0,60
|
|
Xeromyces
|
Tekanan
osmosis
Tekanan osmosis sebenarnya sangat erat hubungannya dengan
kandungan air. Apabila mikroba diletakkan pada larutan hipertonis, maka selnya
akan mengalami plasmolisis, yaitu terkelupasnya membran sitoplasma dari dinding
sel akibat mengkerutnya sitoplasma.
Apabila diletakkan pada larutan hipotonis, maka sel mikroba akan
mengalami plasmoptisa, yaitu pecahnya sel karena cairan masuk ke dalam sel, sel
membengkak dan akhirnya pecah.
Berdasarkan
tekanan osmose yang diperlukan dapat dikelompokkan menjadi
(1)
mikroba osmofil, adalah mikroba yang dapat tumbuh pada kadar gula tinggi,
(2) mikroba halofil, adalah mikroba
yang dapat tumbuh pada kadar garam halogen yang tinggi,
(3) mikroba halodurik, adalah kelompok
mikroba yang dapat tahan (tidak mati) tetapi tidak dapat tumbuh pada kadar
garam tinggi, kadar garamnya dapat mencapai 30%.
Contoh mikroba osmofil adalah beberapa jenis khamir.
Khamir osmofil mampu tumbuh pada larutan gula dengan konsentrasi lebih dari 65
% wt/wt (aw = 0,94). Contoh mikroba halofil adalah bakteri yang
termasuk Archaebacterium, misalnya Halobacterium. Bakteri yang tahan
pada kadar garam tinggi, umumnya mempunyai kandungan KCl yang tinggi dalam
selnya. Selain itu bakteri ini memerlukan konsentrasi Kalium yang tinggi untuk
stabilitas ribosomnya. Bakteri halofil ada yang mempunyai membran purple
bilayer, dinding selnya terdiri dari murein, sehingga tahan terhadap ion
Natrium.
Ion-ion
dan listrik
a. Kadar
ion hidrogen (pH)
Mikroba umumnya menyukai pH netral (pH 7). Beberapa
bakteri dapat hidup pada pH tinggi (medium alkalin). Contohnya adalah bakteri
nitrat, rhizobia, actinomycetes, dan bakteri pengguna urea. Hanya beberapa
bakteri yang bersifat toleran terhadap kemasaman, misalnya Lactobacilli,
Acetobacter, dan Sarcina ventriculi. Bakteri yang bersifat asidofil
misalnya Thiobacillus. Jamur umumnya dapat hidup pada kisaran pH rendah.
Apabila mikroba ditanam pada media dengan pH 5 maka pertumbuhan didominasi oleh
jamur, tetapi apabila pH media 8 maka pertumbuhan didominasi oleh bakteri.
Berdasarkan pH-nya mikroba dapat dikelompokkan menjadi 3 yaitu
(a) mikroba
asidofil, adalah kelompok mikroba yang dapat hidup pada pH 2,0-5,0,
(b) mikroba mesofil (neutrofil),
adalah kelompok mikroba yang dapat hidup pada pH 5,5-8,0, dan
(c)
mikroba alkalifil, adalah kelompok mikroba yang dapat hidup pada pH 8,4-9,5.
Contoh pH minimum, optimum, dan maksimum untuk beberapa
jenis bakteri adalah sebagai berikut :
Nama mikroba
|
pH
|
||
minimum
|
optimum
|
maksimum
|
|
Escherichia
coli
Proteus
vulgaris
Enterobacter
aerogenes
Pseudomonas
aeruginosa
Clostridium
sporogenes
Nitrosomonas
spp
Nitrobacter
spp
Thiobacillus
Thiooxidans
Lactobacillus
acidophilus
|
4,4
4,4
4,4
5,6
5,0-5,8
7,0-7,6
6,6
1,0
4,0-4,6
|
6,0-7,0
6,0-7,0
6,0-7,0
6,6-7,0
6,0-7,6
8,0-8,8
7,6-8,6
2,0-2,8
5,8-6,6
|
9,0
8,4
9,0
8,0
8,5-9,0
9,4
10,0
4,0-6,0
6,8
|
b.
Buffer
Untuk menumbuhkan mikroba pada media memerlukan pH yang
konstan, terutama pada mikroba yang dapat menghasilkan asam. Misalnya
Enterobacteriaceae dan beberapa Pseudomonadaceae. Oleh karenanya ke dalam
medium diberi tambahan buffer untuk menjaga agar pH nya konstan. Buffer
merupakan campuran garam mono dan dibasik, maupun senyawa-senyawa organik
amfoter. Sebagai contoh adalah buffer fosfat anorganik dapat mempertahankan pH
diatas 7,2. Cara kerja buffer adalah garam dibasik akan mengadsorbsi ion H+
dan garam monobasik akan bereaksi dengan ion OH-.
c.
Ion-ion lain
Logam berat seperti Hg, Ag, Cu, Au, dan Pb pada kadar
rendah dapat bersifat meracun (toksis). Logam berat mempunyai daya
oligodinamik, yaitu daya bunuh logam berat pada kadar rendah. Selain logam
berat, ada ion-ion lain yang dapat mempengaruhi kegiatan fisiologi mikroba,
yaitu ion sulfat, tartrat, klorida, nitrat, dan benzoat. Ion-ion tersebut dapat
mengurangi pertumbuhan mikroba tertentu. Oleh karena itu sering digunakan untuk
mengawetkan suatu bahan, misalnya digunakan dalam pengawetan makanan. Ada
senyawa lain yang juga mempengaruhi fisiologi mikroba, misalnya asam benzoat,
asam asetat, dan asam sorbat.
d.
Listrik
Listrik dapat mengakibatkan terjadinya elektrolisis bahan
penyusun medium pertumbuhan. Selain itu arus listrik dapat menghasilkan panas
yang dapat mempengaruhi pertumbuhan mikroba. Sel mikroba dalam suspensi akan
mengalami elektroforesis apabila dilalui arus listrik. Arus listrik tegangan
tinggi yang melalui suatu cairan akan menyebabkan terjadinya shock karena
tekanan hidrolik listrik. Kematian mikroba akibat shock terutama disebabkan
oleh oksidasi. Adanya radikal ion dari ionisasi radiasi dan terbentuknya ion
logam dari elektroda juga menyebabkan kematian mikroba.
e.
Radiasi
Radiasi menyebabkan ionisasi molekul-molekul di dalam
protoplasma. Cahaya umumnya dapat merusak mikroba yang tidak mempunyai pigmen
fotosintesis. Cahaya mempunyai pengaruh germisida, terutama cahaya bergelombang
pendek dan bergelombang panjang. Pengaruh germisida dari sinar bergelombang
panjang disebabkan oleh panas yang ditimbulkannya, misalnya sinar inframerah.
Sinar x (0,005-1,0 Ao ), sinar ultra violet (4000-2950 Ao
), dan sinar radiasi lain dapat membunuh mikroba. Apabila tingkat iradiasi yang
diterima sel mikroba rendah, maka dapat menyebabkan terjadinya mutasi pada
mikroba.
f.
Tegangan muka
Tegangan muka mempengaruhi cairan sehingga permukaan
cairan tersebut menyerupai membran yang elastis. Seperti telah diketahui
protoplasma mikroba terdapat di dalam sel yang dilindungi dinding sel, maka
apabila ada perubahan tegangan muka dinding sel akan mempengaruhi pula
permukaan protoplasma. Akibat selanjutnya dapat mempengaruhi pertumbuhan
mikroba dan bentuk morfologinya. Zat-zat seperti sabun, deterjen, dan zat-zat
pembasah (surfaktan) seperti Tween80 dan Triton A20 dapat
mengurangi tegangan muka cairan/larutan. Umumnya mikroba cocok pada tegangan
muka yang relatif tinggi.
g.
Tekanan hidrostatik
Tekanan hidrostatik mempengaruhi metabolisme dan
pertumbuhan mikroba. Umumnya tekanan 1-400 atm tidak mempengaruhi atau hanya
sedikit mempengaruhi metabolisme dan pertumbuhan mikroba. Tekanan hidrostatik
yang lebih tinggi lagi dapat menghambat atau menghentikan pertumbuhan, oleh
karena tekanan hidrostatik tinggi dapat menghambat sintesis RNA, DNA, dan
protein, serta mengganggu fungsi transport membran sel maupun mengurangi
aktivitas berbagai macam enzim.Tekanan diatas 100.000 pound/inchi2
menyebabkan denaturasi protein. Akan tetapi ada mikroba yang tahan hidup pada
tekanan tinggi (mikroba barotoleran), dan ada mikroba yang tumbuh optimal pada
tekanan tinggi sampai 16.000 pound/ inchi2 (barofil). Mikroba yang
hidup di laut dalam umumnya adalah barofilik atau barotoleran. Sebagai contoh
adalah bakteri Spirillum.
h.
Getaran
Getaran mekanik dapat merusakkan dinding sel dan membran
sel mikroba. Oleh karena itu getaran mekanik banyak dipakai untuk memperoleh
ekstrak sel mikroba. Isi sel dapat
diperoleh dengan cara menggerus sel-sel dengan menggunakan abrasive atau
dengan cara pembekuan kemudian dicairkan berulang kali. Getaran suara
100-10.000 x/detik juga dapat digunakan untuk memecah sel.
B.
FAKTOR BIOTIK
Di alam jarang sekali ditemukan mikroba yang hidup
sebagai biakan murni, tetapi selalu berada dalam asosiasi dengan jasad-jasad
lain. Antar jasad dalam satu populasi atau antar populasi jasad yang satu
dengan yang lain saling berinteraksi.
1.
Interaksi dalam satu populasi mikroba
Interaksi antar jasad dalam satu populasi yang sama ada
dua macam, yaitu interaksi positif maupun negatif. Interaksi positif
menyebabkan meningkatnya kecepatan pertumbuhan sebagai efek sampingnya.
Meningkatnya kepadatan populasi, secara teoritis meningkatkan kecepatan pertumbuhan.
Interaksi positif disebut juga kooperasi. Sebagai contoh adalah pertumbuhan
satu sel mikroba menjadi koloni atau pertumbuhan pada fase lag (fase adaptasi).
Interaksi negatif menyebabkan turunnya kecepatan
pertumbuhan dengan meningkatnya kepadatan populasi. Misalnya populasi mikroba
yang ditumbuhkan dalam substrat terbatas, atau adanya produk metabolik yang
meracun. Interaksi negatif disebut juga kompetisi. Sebagai contoh jamur
Fusarium dan Verticillium pada tanah sawah, dapat menghasilkan asam lemak dan H2S
yang bersifat meracun.
2.
Interaksi antar berbagai macam populasi mikroba
Apabila dua populasi yang berbeda berasosiasi, maka akan
timbul berbagai macam interaksi. Interaksi tersebut menimbulkan pengaruh
positif, negatif, ataupun tidak ada pengaruh antar populasi mikroba yang satu
dengan yang lain.
Nama masing-masing interaksi adalah sebagai berikut:
Nama Interaksi
|
Pengaruh interaksi
|
|
Populasi A
|
Populasi B
|
|
Netralisme
Komensalisme
Sinergisme
(protokooperasi)
Mutualisme
(simbiosis)
Kompetisi
Amensalisme
(antagonisme)
Predasi
Parasitisme
|
0
0
+
+
-
+
+
+
|
0
+
+
+
-
-
-
-
|
Keterangan:
0: tidak berpengaruh, +: pengaruh positif, -: pengaruh negatif
a.
Netralisme
Netralisme adalah hubungan antara dua populasi yang tidak
saling mempengaruhi. Hal ini dapat terjadi pada kepadatan populasi yang sangat
rendah atau secara fisik dipisahkan dalam mikrohabitat, serta populasi yang
keluar dari habitat alamiahnya. Sebagai contoh interaksi antara mikroba allocthonous
(nonindigenous) dengan mikroba autochthonous (indigenous),
dan antar mikroba nonindigenous di atmosfer yang kepadatan populasinya
sangat rendah. Netralisme juga terjadi pada keadaan mikroba tidak aktif, misal
dalam keadaan kering beku, atau fase istirahat (spora, kista).
b.
Komensalisme
Hubungan komensalisme antara dua populasi terjadi apabila
satu populasi diuntungkan tetapi populasi lain tidak terpengaruh. Contohnya
adalah:
- Bakteri Flavobacterium brevis dapat
menghasilkan ekskresi sistein. Sistein dapat digunakan oleh Legionella
pneumophila.
- Desulfovibrio mensuplai asetat dan
H2 untuk - respirasi anaerobic Methanobacterium.
c.
Sinergisme
Suatu bentuk asosiasi yang menyebabkan terjadinya suatu
kemampuan untuk dapat melakukan perubahan kimia tertentu di dalam substrat.
Apabila asosiasi melibatkan 2 populasi atau lebih dalam keperluan nutrisi
bersama, maka disebut sintropisme. Sintropisme sangat penting dalam peruraian
bahan organik tanah, atau proses pembersihan air secara alami.
Contoh sinergisme: Streptococcus faecalis dan Escherichia
coli
E. coli
Arginine Agmatine
S.
faecalis E.
coli
Ornithine
Putrescine
Contoh
sintropisme: Senyawa A
Populasi
mikroba 1
Senyawa
B
Populasi
mikroba 2
Senyawa
C
Populasi
mikroba 3
Energi
dan hasil akhir
d.
Mutualisme (Simbiosis)
Mutualisme adalah asosiasi antara dua populasi mikroba
yang keduanya saling tergantung dan sama-sama mendapat keuntungan. Mutualisme
sering disebut juga simbiosis. Simbiosis bersifat sangat spesifik (khusus) dan
salah satu populasi anggota simbiosis tidak dapat digantikan tempatnya oleh
spesies lain yang mirip. Contohnya adalah Bakteri Rhizobium sp. yang
hidup pada bintil akar tanaman kacang-kacangan. Contoh lain adalah Lichenes (Lichens),
yang merupakan simbiosis antara algae sianobakteria dengan fungi. Algae (phycobiont)
sebagai produser yang dapat menggunakan energi cahaya untuk menghasilkan
senyawa organik. Senyawa organic dapat digunakan oleh fungi (mycobiont),
dan fungi memberikan bentuk perlindungan (selubung) dan transport nutrien /
mineral serta membentuk faktor tumbuh untuk algae.
No comments