Bab ini membahas tentang logam berat timbal dan mekanisme penyerapannya oleh tumbuhan Eceng gondok. Tumbuhan Eceng gondok mampu menyerap logam timbal melalui akar dan mengeluarkan fitokelatin yang mengkhelat logam timbal, mencegah keracunan sel. Penyerapan paling efektif terjadi pada minggu ketiga namun menurun pada minggu keempat karena efek keracunan timbal.

1. Bahan Ajar / Logam Pb dan tumbuhan Eceng gondok
Judul : logam berat timbal dan mekanisme absorbs
oleh tumbuhan Eceng gondok
PENDAHULUAN
Deskripsi Singkat
Pada bab ini membicarakan tentang logam berat
timbal, serta bagaimana penyerapan yang dilakukan oleh
tumbuhan eceng gondok terhadap logam tersebut.
Relevansi
Materi ini berhubungan erat dengan materi
pembelajaran fisiologi tumbuhan serta pendidikan
lingkungan dimana pada pembelajaran materi ini
membahas mekanisme penyerapan unsur hara serta
dampak terhadap kelangsungan hidup tumbuhan eceng
gondok, selain itu terkait pendidikan lingkungan, materi
ini membahas efek cemaran logam berat Pb terhadap
tumbuhan serta menjadikan rujukan untuk melakukan
tehnik fitoremediasi dengan memanfaatkan tumbuhan
eceng gondok.
1
1

2. Bahan Ajar / Logam Pb dan tumbuhan Eceng gondok
Kompetensi Dasar
Mahasiswa mampu menyimpulkan efek logam timbal
terhadap tumbuhan eceng gondok.
B. PENYAJIAN
A. Logam berat
Logam berat merupakan unsur yang terdapat
diseluruh lapisan alam, namun dalam jumlah konsentrasi
yang relatif bervariasi, ada yang rendah dan ada pula
yang tinggi. Pada kadar yang rendah, beberapa logam
berat umumnya masih bisa ditolerir organisme hidup,
sehingga tidak membawa dampak negatif bagi
lingkungan dan organisme hidup. Namun sebaliknya bila
dalam konsentrasi yang tinggi, logam berat justru dapat
membahayakan lingkungan dan berbagai organisme yang
menempati lingkungan tersebut, dalam artian logam
tersebut dapat bersifat racun. Secara alamiah logam berat
akan terus menerus berada di alam, hal ini dikarenakan
logam berat tidak mengalami perubahan atau
transformasi, sehingga tidak menutup kemungkinan
logam tersebut akan terus menyimpan potensi racun
selama berada di alam.
2
2

3. Bahan Ajar / Logam Pb dan tumbuhan Eceng gondok
B. Timbal (Pb)
Logam timbal atau bisa juga disebut dengan
Plumbum dalam keseharian lebih dikenal dengan
sebutan timah hitam,merupakan logam yang lunak dan
tahan terhadap korosi atau karat sehingga logam timbal
sering digunakan sebagai bahan coating atau bahan
pelapis. Timbal mempunyai berat atom 207,21; berat
jenis 11,34; bersifat lunak serta berwarna biru atau
silver abu - abu dengan kilau logam, nomor atom 82
mempunyai titik leleh 327,4ºC dan titik didih 1.620ºC.
Timbal termasuk logam berat ”trace metals” karena
mempunyai berat jenis lebih dari lima kali berat jenis
air. Timbal adalah sebuah unsur yang biasanya
ditemukan di dalam batu - batuan, tanah, tumbuhan dan
hewan. Timbal 95% bersifat anorganik dan pada
umumnya dalam bentuk garam anorganik yang
umumnya kurang larut dalam air, selebihnya berbentuk
timbal organik. Timbal organik ditemukan dalam
bentuk senyawa Tetra Ethyl Lead (TEL) dan Tetra
Methyl Lead (TML). Jenis senyawa ini hampir tidak
larut dalam air, namun dapat dengan mudah larut
dalam pelarut organik misalnya dalam lipid. Waktu
keberadaan timbal dipengaruhi oleh beberapa faktor
seperti arus angin dan curah hujan. Timbal tidak
mengalami penguapan namun dapat ditemukan di udara
sebagai partikel. Karena timbal merupakan sebuah
unsur maka tidak mengalami degradasi (penguraian)
3
3

4. Bahan Ajar / Logam Pb dan tumbuhan Eceng gondok
dan tidak dapat dihancurkan.
Logam jenis Timbal (Pb) bisa saja berada dalam
badan perairan secara alamiah dan atau bahkan
merupakan perwujudan dampak dari aktifitas manusia.
Secara alamiah Pb dapat masuk ke dalam badan perairan
melalui pengkristalan Pb di udara dengan bantuan air.
Yang dimaksud dalam hal ini ialah dimana Pb yang telah
mengalami pengkristalan akan ikut terbawa oleh air
hujan hingga ke badan perairan. Pb yang berhasil masuk
ke dalam badan perairan sebagai dampak aktifitas
manusia di antaranya dapat berupa air buangan limbah
dari industry yang berkaitan dengan pb, misalnya dari
pertambangan bijih timah hitam dan buangan sisa
industry baterai.
Berbagai bentuk dari senyawa Pb di temukan
dalam badan perairan senyawa-senyawa Pb tersebut
dapat ditemukan dalam bentuk ion-ion divalen atau ion-
ion tetravalen (Pb2+
,Pb4+
). Ion Pb tetravalen mempunyai
daya racun yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan
ion Pb divalen. Timbal bersifat toksik bagi semua
organism hidup bahkan sangat berbahaya bagi manusia.
Dalam badan perairan, konsentrasi Pb yang mencapai
188 mg/L dapat membunuh ikan. Keracunan timbal
bersifat akut dan kronis. Hal itu disebabkan senyawa-
senyawa Pb dapat memberikan racun terhadap banyak
fungsi organ dan system saraf yang terdapat dalam tubuh.
4
4

5. Bahan Ajar / Logam Pb dan tumbuhan Eceng gondok
C. Mekanisme Absorbsi
penyerapan logam oleh akar tumbuhan dapat
melalui mekanisme apoplas dan simplas. Secara umum,
mekanisme penyerapan dan akumulasi logam berat oleh
tanaman dapat dibagi menjadi tiga proses yang
sinambung sebagai berikut;
1. Penyerapan oleh akar. Agar tanaman dapat menyerap
logam, maka logam harus dibawa ke dalam larutan di
sekitar akar (rizosfer) dengan beberapa cara
bergantung pada spesies tanaman. Senyawa-senyawa
yang larut dalam air biasanya diambil oleh akar
bersama air, sedangkan senyawa-senyawa hidrofobik
diserap oleh permukaan akar.
2. Translokasi logam dari akar ke bagian tanaman lain.
Setelah logam menembus endodermis akar, logam
atau senyawa asing lain mengikuti aliran transpirasi
ke bagian atas tanaman melalui jaringan
pengangkut (xilem dan floem) ke bagian tanaman
lainnya.
3. Lokalisasi logam pada sel dan jaringan. Hal ini
bertujuan untuk menjaga agar logam tidak
menghambat metabolisme tanaman. Sebagai upaya
untuk mencegah peracunan logam terhadap sel,
tanaman mempunyai mekanisme detoksifikasi,
misalnya dengan menimbun logam di dalam organ
tertentu seperti akar.
5
5

6. Bahan Ajar / Logam Pb dan tumbuhan Eceng gondok
D. Mekanisme penyerapan Pb oleh Eceng gondok
Kemampuan penyerapan Eceng gondok juga
karena pada akarnya terdapat mikrobia rhizosfera yang
mengakumulasi logam berat. Mikrobia rhizosfera adalah
bentuk simbiosis antara bakteri dengan jamur, yang
mampu melakukan penguraian terhadap bahan organik
maupun anorganik yang terdapat dalam air serta
menggunakannya sebagai sumber nutrisi. Peristiwa
penyerapan Pb di air oleh Eceng gondok dari
lingkungannya terjadi melalui peristiwa difusi. Peristiwa
difusi ini bisa dipercepat dengan meningkatkan suhu,
tekanan dan konsentrasi zat terlarut.
Kandungan logam Pb pada akar Eceng gondok
akan menyebabkan keracunan yang disebut dengan stress
metal, maka logam tersebut dinetralkan sifat racunnya
dengan cara dikelat dengan fitokelatin, yakni sebuah
peptida kecil yang kaya akan asam amino sistein yang
mengandung belerang. Peptida ini biasanya mempunyai 2
sampai 8 asam amino sistein di pusat molekulnya, serta
sebuah asam glutamat dan sebuah glisin pada ujung-
ujungnya yang berlawanan. Eceng gondok mempunyai
mekanisme penanggulangan (ameliorasi) terhadap ion
toksik. Ameliorasi dilakukan dengan lokalisasi dan
inaktivasi ion tersebut di dalam akar, sehingga
konsentrasi ion toksik pada akar lebih tinggi
dibandingkan pada bagian lain. Eceng gondok termasuk
6
6

7. Bahan Ajar / Logam Pb dan tumbuhan Eceng gondok
tumbuhan yang memiliki toleransi tinggi terhadap logam
berat karena mempunyai kemampuan membentuk
fitokelatin dalam jumlah yang besar.
Dalam mekanisme pengkhelatan, unsur logam
diserap tanaman dalam bentuk kompleks logam-khelat
yang lebih mudah diserap akar dan ditranslokasi ke tajuk.
Fitokelatin sebelumnya disintesis oleh fitokelatin sintase.
Fitokelatin yang terbentuk berupa phytosiderophore,
melalui bulu-bulu akar, logam dikhelat hingga masuk
sistem penyerapan air dan unsur hara. Pengkhelatan
logam oleh zat khelat dengan membentuk senyawa
kompleks dan garam.
Logam berikatan dengan gugus S (sulfur) pada
asam amino fitokelatin karena zat tersebut adalah enzim.
Senyawa kompleks dan garam yang dibentuk selanjutnya
dapat diserap. Tumbuhan hipertoleran menyerap Logam
melalui akar kemudian ditranslokasikan ke tajuk tetapi
jumlah yang diakumulasi rendah, sebelumnya tumbuhan
hipertoleran mengeksresikan fitokelatin kemudian
mengkhelat logam tertentu, logam dikhelat dalam bentuk
senyawa kompleks agar dapat diserap.
Dalam menyerap logam berat, tumbuhan
membentuk suatu enzim reduktase dimembran akarnya
yang berfungsi mereduksi logam. Dari akar kemudian
logam harus diangkat melalui jaringan pengangkut, yaitu
xilem dan floem, ke bagian lain tumbuhan. Untuk
7
7

8. Bahan Ajar / Logam Pb dan tumbuhan Eceng gondok
meningkatkan efisiensi pengangkutan, logam diikat oleh
molekul khelat (molekul pengikat).
Untuk dapat masuk ke dalam jaringan tanpa
meracuni tanaman, logam berat harus diubah menjadi
bentuk yang kurang toksik melalui reaksi kimiawi
atau pembentukan kompleks dengan metabolit
sekunder yang dihasilkan oleh tanaman. Tanaman
umumnya mengeluarkan kelompok thiol sebagai
pengkelat (ligand), tetapi banyak juga metabolit yang
dikeluarkan sebagai ligand tergantung jenis logam yang
akan dikelat.
Penelitian yang dilakukan oleh Nofal mustamin
pada penelitian yang berjudul bioabsorbsi logam berat
timbal (Pb) oleh tumbuhan eceng gondok diperoleh hasil
bahwa tumbuhan eceng gondok terjadi mekanisme
adaptasi semenjak diberi kontak dengan logam hingga
minggu kedua mekanisme ini perlu dilakukan untuk
mencegah terjadinya efek keracunan terhadap tumbuhan
eceng gondok, penyerapan paling efektif terjadi pada
minggu ke tiga yakni sebesar 0,940 ppm, kemudian
terjadi penurunan penyerapan pada minggu keempat
sebesar 0,852 ppm, hal ini terjadi akibat telah terjadi efek
keracunan sehingga tumbuhan mengalami klorosis dan
nekrosis, hal ini disebabkan logam Pb telah menumpuk
pada jaringgan tumbuhan sehingga logam Pb
mengganggu kinerja enzim.
8
8

9. Bahan Ajar / Logam Pb dan tumbuhan Eceng gondok
Gambar 1.1 nekrosis dan klorosis pada tumbuhan eceng gondok
yang diakibatkan oleh logam Pb
Fenomena logam berat yang terkonsentrasi dalam
jaringan ditemukan terkait dengan peran protein pengikat
logam. Fungsi dari protein tersebut adalah mengikat
logam, protein yang dapat mengikat logam tersebut
adalah metalotionin (asam amino selain sistein, biasa
disingkat dengan MT). Metalotionin digambarkan
sebagai protein sitoplasma yang mempunyai massa
molekul rendah (sekitar 10.000 dalton), dengan struktur
yang tidak beraturan. Protein ini terdiri atas sistein dan
kadang-kadang mengandung sedikit histidin atau asam
amino aromatik lainnya. Hampir setiap metalotionin
mempunyai residu 24 sistein dan dalam setiap 3 residu
sistein mengikat 1 ion logam sehingga 1 metalotionin
mengikat 8 ion logam. Konsekuensi dengan adanya
sistein berarti pula metalotionin mempunyai sejumlah
9
9
klorosis
nekrosis

10. Bahan Ajar / Logam Pb dan tumbuhan Eceng gondok
besar gugus tiol ( sulfidril, -SH). Gugus ini merupakan
pengikat logam berat. Jika kecepatan masuknya logam
melebihi kecepatan sintesis metalotionin, maka akan
terjadi pelimpahan logam dari metalotionin ke dalam
penampung enzim sehingga kinerja enzim dapat
terganggu. Selain itu Pb juga termasuk inhibitor atau
penghambat kerja enzim, sebab logam Pb sangat mudah
berikatan dengan gugus SH pada enzim, khusus untuk Pb
ternyata dapat menghambat gugus fungsional SH pada
enzim karena Pb dapat mengikat pusat sisi aktif SH.
Sehingga jelas bahwa apabila sisi aktif enzim telah
berikatan dengan substrat dalam hal ini adalah logam
maka enzim tersebut tidak dapat lagi berikatan dengan
substrat lainya sehingga memungkinkan terjadi inaktivasi
enzim.
Dampak yang bisa saja ditimbulkan dari peristiwa
tersebut sangatlah berdampak pada metabolisme, dimana
enzim merupakan unit fungsional metabolisme sel yang
berperan dalam proses mengkatalis berbagai macam
reaksi yang terkait penguraian molekul nutrient, ekstraksi
energy, penyimpanan dan biosintesis makromolekul.
Sehinga jelas terganggunya kinerja enzim maka
kemampuan tumbuhan dalam melakukan
metabolismepun akan terganggu sehingga dapat
menurunkan kmampuan tumbuh dan kesuburan
tumbuhan.
10
10

11. Bahan Ajar / Logam Pb dan tumbuhan Eceng gondok
C. PENUTUP
a. Pertanyaan :
1. Jelaskan bagaimana logam bias berada dibadan
perairan !
2. Apa apa yang menyebabkan logam Pb dapat
mengakibatkan klorosis ?
3. Jelaskan efek yang ditimbulkan oleh logam Pb
terhadap tumbuhan eceng gondok !
4. bagaimanan mekanisme penyerapan logam Pb oleh
eceng gondok ?
5. bagaimana logam Pb dapat masuk melalui akar ?
6. apa yang menyebabkan logam Pb bias diserap tanpa
Efek keracunan pada eceng gondok masa kontak 3
minggu !
b. Umpan balik dan Tindak Lanjut
Anda dapat menguasai bagian ini bila melakukan
hal-hal berikut :
1. Membuat ringkasan materi dan berdiskusi dengan
aktif pada pembelajaran yang dilaksanakan di kelas.
11
11

12. Bahan Ajar / Logam Pb dan tumbuhan Eceng gondok
2. Selanjutnya kerjakan latihan di atas dan cocokkan hasil
jawaban anda dengan panduan kunci jawaban di
bawah. Bila jawaban saudara mencapai tingkat
penguasaan 80 % ke atas ; Bagus !. Anda dapat
meneruskan dengan kegiatan belajar selanjutnya.
3. Kalau tingkat penguasaan anda di bawah 80 % anda
harus mengulangi kegiatan belajar terutama pada
bagian yang tidak anda kuasai.
c. Kunci Jawaban
Dapat dilihat pada uraian sebelumnya.
12
12

13. Bahan Ajar / Logam Pb dan tumbuhan Eceng gondok
E. DAFTAR PUSTAKA
Apriliani Ade, 2010. Pemanfaatan arang ampas tebu sebagai
adsorben ion logam Cd,Cr,Cu,dan Pb dalam air limbah
[Skripsi]. Jakarta: universitas islam negeri syarif
hidayatullah.
Hardiani henggar. 2009. Potensi Tanaman Dalam Mengakumulasi
Logam Cu Pada Media Tanah Terkontaminasi Limbah
Padat Industri Kertas.Bandung : Balai Besar Pulp dan
Kertas.
Hidayati, Nuril. 2005. Fitoremediasi dan Potensi Tumbuhan
Hiperakumulator. Jurnal Hayati. Vol 12 (1):35-40
Palar, H. 1994. Pencemaran dan toksikologi logam berat. Jakarta :
Rineka Cipta
Salisbury B.F.,C.W,Ros.1995. Fisiologi Tumbuhan Jilid I.Bandung :
ITB
Sudarwin, 2008.Analisis Spasial Pencemaran logam berat (Pb dan
Cd) pada sedimen aliran sungai dari tempat pembuangan
akhir (TPA)sampah Jatibarang Semarang.
Sumarmi, 2011. Pengaruh Inhibitor Logam Pb, Rhodamin B,
Natrium Siklamat, Dan Kodein Terhadap Aktivitas Enzim
Papain. Jakarta: universitas Islam Negeri Syarif
Hidayatullah. [SKRIPSI]
13
13