RESPONS PERTUMBUHAN, EKSPRESI GEN KETAHANAN DAN EVALUASI MODEL KINETIKA BIOSORPSI PADA Echinodorus palifolius (Ness & Mart.) J.F.Macbr. DAN Euglena sp. TERHADAP MERKURI DALAM SISTEM FWS-CW

Dwi Umi Siswanti, Dr. Eko Agus Suyono, M.App. Sc.

2025 | Disertasi | S3 Biologi

Limbah merkuri dari Pertambangan Emas Skala Kecil (PESK) memberikan andil pencemaran merkuri tertinggi di dunia (35%). Berbagai upaya mengurangi pencemaran merkuri di lingkungan akibat PESK telah dilakukan, mulai dari metode capping, dredging sampai pembakaran/thermal. Namun metode tersebut membutuhkan biaya tinggi, penambang emas kecil tidak akan mampu menutup pembiayaanya. Pengurangan merkuri dengan menggunakan tumbuhan, mikrobia maupun alga dilakukan untuk mengatasi permasalahan tingginya biaya remediasi. Metode ini berhasil mengurangi limbah merkuri namun belum sebaik metode thermal karena biomassa yang rendah pada tumbuhan serta pertumbuhan yang tidak pesat. Di sisi lain reaktor Free Water Surface-Constructed Wetlands (FWS-CW)  terbukti menjadi reaktor yang mampu menurunkan kadar logam berat pada media air. Penelitian ini menggabungan hiperakumulator tumbuhan tingkat tinggi  (Echinodorus palifolius) dengan alga yaitu Euglena sp. dalam meremediasi merkuri pada reaktor FWS-CW. Tujuan penelitian ini adalah untuk mempelajari pertumbuhan E. palifolius dan Euglena sp. pada system FWS-CW yang mengandung merkuri, mempelajari karakter anatomis daun, tangkai daun dan akar E. palifolius,  menentukan model kinetika biosorpsi (Pseudo 1 dan Pseudo 2) dalam penyerapan merkuri serta menguji gen ketahanan (glutation) pada E. palifolius. Penelitian menggunakan  HgCl2 dalam setiap liter air. Organisme ditumbuhkan selama 18 hari menggunakan rancangan acak lengkap (RAL). Sampel efluen diambil pada hari ke 3, 7 dan 14. Pengukuran parameter pertumbuhan tanaman dilakukan pada hari ke-18 sedangkan pertumbuhan Euglena sp. diukur pada hari ke-9. Pembuatan preparat anatomis daun, akar dan tangkai daun tanaman E.palifolius dilakukan setelah 14 hari perlakuan, begitupun uji merkuri pada organ tanaman E. palifolius. Deteksi gen ketahanan dilakukan setelah 14 hari perlakuan dengan variasi konsentrasi 25 ppm, 50 ppm dan 75 ppm Hg. Remediasi dilakukan oleh Euglena  sp., asosiasi antara  E. palifolius dan  Euglena sp. serta oleh E. palifolius  saja. Data pertumbuhan dianalisis menggunakan ANOVA (taraf kepercayaan 95%) dilanjutkan dengan DMRT pada parameter kuantitatif (pertumbuhan, kadar klorofil, diameter metaxylem, diameter stele dan ketebalan korteks). Deteksi gen ketahanan menggunakan metode qRT PCR untuk melihat ekspresi gennya. Parameter lingkungan berupa pH, suhu dan intensitas cahaya. Kandungan merkuri pada media air dimasukkan dalam pemodelan kinetika (Pseudo 1 dan Pseudo 2).  Hasil penelitian menunjukkan pertumbuhan asosiasi  Euglena sp. dan   E. palifolius  masih optimal pada cekaman 50 ppm merkuri, tanaman  E. palifolius maupun  Euglena  sp. meremediasi merkuri dengan cara absorbsi dan dapat dijelaskan dengan model kinetik Pseudo-Second Order, merkuri terakumulasi pada jaringan parenkim di organ akar yaitu  di bagian korteks akar, dan terdapat gen GSH pada E. palifolius sebagai gen ketahanan terhadap merkuri.

Mercury waste from Small Scale Gold Mining (PESK) provides the highest mercury pollution in the world (35%). Various efforts to reduce pollution in the environment due to ASGM have been carried out, ranging from capping and dredging to burning/thermal methods. However, this method requires high costs, small gold miners will not be able to cover the expenses. Reducing mercury using plants, microbes, and algae is carried out to overcome the problem of high remediation costs. This method successfully reduces liquid waste but is not the best thermal method because of the low biomass of plants and slow growth. On the other hand, the free water surface-constructed wetlands (FWS-CW) reactor has proven to be a reactor capable of reducing heavy metal levels in air media. This research combines the hyperaccumulator of higher plants (Echinodorus palifolius) with algae, Euglena sp, in remediating mercury in the FWS-CW reactor. The research aims to study the growth of E. palifolius and Euglena sp. in the FWS-CW system containing mercury, study the anatomy characters of leaves, petioles, and roots of E. paifolius, determine kinetic biosorption models (pseudo 1 and pseudo 2) by E. paifolius and Euglena sp. and testing gene resistance (glutation) in E. palifolius. The study used HgCl2 in every liter of air. The organisms were grown for 18 days using a completely randomized design. Effluent samples were taken on days 3, 7 and 14. Plant growth parameters were measured on day 18 while the growth of Euglena sp. was carried out on the 9th day. Making anatomical preparations of leaves, roots, and petioles of E.palifolius plants was carried out after 14 days of treatment, as well as testing for mercury on the organs of E.palifolius plants. Resistance gene detection was carried out after 14 days of treatment with varying concentrations of 25 ppm, 50 ppm, and 75 ppm Hg. Remediation was carried out by Euglena sp., an association between E. palifolius and Euglena sp. as well as by E. palifolius alone. Growth data were analyzed using ANOVA (95% confidence level) followed by DMRT on quantitative parameters (growth, chlorophyll content, metaxylem diameter, stele diameter, and cortex thickness). Detection of gene resistance uses the qRT PCR method to see gene expression. Environmental parameters include pH, temperature, and light intensity. The mercury content in the water medium is included in kinetic modeling (pseudo 1 and pseudo 2). The results showed an association between the growth of Euglena sp. and E. palifolius is still optimal at 50 ppm mercury, E. palifolius and Euglena sp. remediate mercury by absorption and can be explained by a Pseudo-Second Order kinetic model,  mercury accumulates in the parenchymal tissue in the root organs, in the root cortex, and there the GSH gene in E. palifolius as a gene for resistance to mercury.

Kata Kunci : Euglena sp., Echinodorus palifolius, mercury, resistance gene, FWS-CW.