DI tengah polusi dan pencemaran, kita perlu fitoremediasi. Fitoremediasi adalah pemanfaatan tumbuhan untuk membersihkan air, tanah atau udara yang terkontaminasi bahan kimia berbahaya. Tumbuhan dapat dimanfaatkan dengan berbagai cara yang berbeda dalam fitoremediasi.

Beberapa contoh kontaminan yang ditargetkan dalam fitoremediasi di antaranya meliputi logam, pestisida, pelarut, bahan peledak, minyak mentah dan turunannya. Salah satu teknik yang dalam fitoremediasi untuk membersihkan senyawa beracun yang membahayakan lingkungan itu adalah fitoekstraksi. 

Dalam fitoekstraksi, tumbuhan menghilangkan kontaminan dari tanah atau sedimen dengan mengangkat dan menyimpan kontaminan di atas tanah dalam bentuk jaringan tumbuhan. Metode fitoekstraksi telah banyak diterapkan di seluruh dunia dalam beberapa dekade terakhir. Fitoekstraksi lebih sering digunakan untuk menghilangkan logam-logam berat yang mengontaminasi air dan tanah.  Tumbuh-tumbuhan yang biasa digunakan dalam fitoekstraksi dinamakan hiperakumulator.

Tumbuhan hiperakumulator ini dapat mengumpulkan sejumlah besar kontaminan tanpa membahayakan tanaman tersebut. Hiperakumulator menyerap kontaminan dari tanah melalui akar-akarnya dan menyimpannya dalam biomassa (akar, batang dan atau daun). Tumbuhan hiperakumulator dapat menyerap kontaminan dari tanah secara alami tanpa menambahkan sesuatu pada tanah yang terkontaminasi.

Satu marga tumbuhan paku yang dikenal sebagai hiperakumulator logam-logam berat berbahaya adalah Pteris dari suku Pteridaceae. Pteris sangat khas, karena banyak anggota jenisnya mempunyai kemampuan luar biasa dalam mentoleransi dan menyerap arsenik serta memindahkan sejumlah besar arsenik ke daun.  Satu jenis hiperakumulator arsenik terkuat dari Pteris adalah Pteris vittata L atau yang kita kenal sebagai paku rem Cina.

Arsenik adalah sebuah unsur kimia yang memiliki simbol As dengan nomor atom 33 di dalam tabel periodik kimia. Arsenik memiliki efek berbahaya pada tubuh manusia dan dapat menyebabkan keracunan jika terpapar dalam dosis tinggi. Sumber kontaminasi arsenik dapat terjadi secara alami (dari bahan induk tanah) atau antropogenik (biasanya dari pestisida, bahan pengawet kayu, atau pertambangan).

Paparan arsenik dalam jangka panjang dapat menyebabkan lesi kulit, mengganggu perkembangan, neurotoksisitas, diabetes, penyakit kardiovaskular, kanker kulit, paru-paru, kandung kemih, dan ginjal.

Pteris vittata L. termasuk dalam suku Pteridaceae. Tumbuhan paku ini dikenal dengan bahasa Inggris sebagai “Chinese brake fern” (paku rem Cina) atau ‘Chinese ladder brake fern’ (paku rem tangga Cina), atau ladder brake (rem tangga), atau Chinese brake (rem Cina) atau “rusty brake fern” (paku rem berkarat), atau “ladder fern” (paku tangga).  Masyarakat Melayu mengenali sebagai ‘paku uban bukit’.  Di Amerika Serikat (USA), jenis ini dikenal dengan “ladder brake”.

Morfologi paku rem Cina

Pertelaan. Rimpang pendek, tegak sampai setengah tegak; sisik coklat pucat, menggaris trianggular,  3 x 0,5 milimeter. Tangkai daun ± 20 sentimeter, pangkal bersisik.  Daun menyirip sederhana, hijau pucat, panjang 80 cm atau lebih; pinnae (anak daun) menyamping berhadapan atau semi berhadapan, 20 pasang atau lebih, menggaris, yang terbesar 16 x 0,8 sentimeter, bagian basal tereduksi secara berangsur-angsur, basal berbentuk daun telinga, pinggir menggergaji, ujung melancip; anak daun ujung mirip dengan anak daun menyamping. Urat daun bebas, menggarpu satu atau dua kali. Sori (kumpulan kotak spora) di pinggir lembaran anak daun, menerus, berindusium. Indusium tipis, kuat, berkanjang (persisten), pinggir mengutuh.

Penyebaran. Pteris vittata merupakan tumbuhan asli dan tersebar luas di daerah paleotropik; ditemukan dari timur, tropis ke selatan, dan Afrika bagian selatan, Asia beriklim sedang dan tropis dan Australia. Jenis ini merupakan tanaman pendatang (introduced species) di California, Texas, dan Amerika Serikat bagian Tenggara.

Ekologi. Pteris vittata adalah paku herba. Di hutan alam, jenis ini tumbuh terestrial atau epilitik, dapat ditemukan dari dataran rendah sampai dataran tinggi hingga kira-kira 2.000 meter, di tempat terbuka, dengan paparan sinar matahari sangat cerah hingga agak teduh. Paku ini biasa ditemukan di tanah terjal, dan tebing batu, tepi kanal, sepanjang aliran sungai, tepian sungai, pinggiran jalan, pinggiran hutan, celah-celah batu yang teduh, dasar batu kapur, dan area terbuka di hutan pinus. Di pemukiman, paku ini sering tumbuh pada rekahan tembok-tembok tua, celah-celah pagar batu, pingggir jalan beraspal, dan selokan.

Pemanfaatan: Hiperakumulator untuk Arsenik (As). Paku rem tangga Cina menunjukkan sifat hiperakumulasi arsenik yang sangat baik di tanah yang terkontaminasi. Tumbuhan paku ini mengonsentrasikan arsenik pada biomassa di atas permukaan tanah, yang merupakan persyaratan utama untuk fitoremediasi yang efisien.

Paku rem Cina mengakumulasi arsenik dengan kemampuan luar biasa, sampai  2,3% arsenik dalam biomassanya. Jenis paku ini bisa menumpuk 6.805 ppm arsenik hanya dalam waktu enam minggu pada tanah yang terkontaminasi arsenik, dan 93% arsenik yang diekstraksi dari tanah terkonsentrasi pada daun. Konsentrasi arsenik dalam pucuk tumbuhan ini dapat mencapai tingkatan ± 100 kali lebih besar dari konsentrasi tanah.  Jenis paku ini dapat mentoleransiarsenik 100 hingga 1.000 kali lebih banyak dibandingkan tumbuhan lain.

Hasil penelitian juga menunjukkan bahwa kandungan arsenik pada butiran beras  menurun sebesar 52% dan panen padi meningkat di sawah yang telah dibioremediasi dengan P. vittata. Kemampuan jenis paku ini dalam fitoremediasi ini belum dapat ditemukan di dalam kelompok tumbuhan berbunga.  Gen yang bertanggungjawab untuk mengatur kemampuan jenis paku ini dalam fitoremediasi telah berhasil diisolasi. Gen ini menyimpan kode untuk protein pengangkut arsenik. 

Protein pengangkut ini menggerakkan arsenik ke organel penyimpanan sel, vakuola (setara dengan tempat sampah sel). Di sini arsenik diisolasi oleh membran vakuola sitoplasma sel di mana banyak reaksi-raksi metabolik arsenik yang sensitif dari sel terjadi di tempat.

Percobaan fitoremediasi pada tanah yang tercemar arsenik telah dilakukan pada uji coba sekala lapang di Florida, Cina dan Australia. Semua uji coba lapangan ini membuahkan hasil positif yang menandakan kelayakan untuk proyek pembersihan lingkungan skala besar pada tanah yang terkontaminasi arsenik.

Pertumbuhan dan Perkembangan. Spora P. vittata berkecambah pada rentang waktu 5-7 hari setelah semai spora (SSP) pada media tanah lempung liat dari pertambangan (pH=6,8) dan pasir sungai ( pH=6,7) yang telah diayak dan disucihamakan pada suhu 70°C (selama 1 jam).  Gametofit (prothalus berbentuk hati, tahap pertama dalam siklus hidup paku, biasanya lebarnya 2-5 mm) terbentuk pada hari ke-53 SSP. Sporofit muda muncul pertama pada hari ke-57 SSP. Sporofit berukuran 2 cm muncul pada hari ke-115 SSP.  P. vittata menyelesaikan siklus hidupnya dalam waktu 9 bulan SSP.

Budidaya. Perbanyakan P. vittata dapat dilakukan dengan spora (generatif).  Perbanyakan dengan spora dilakukan dengan menebarkan spora pada medium pasir atau tanah lempung liat yang disucihamakan dan disimpan pada tempat yang relatif lembab. Sporofit dipindah-tanamkan dalam kelompok ketika tingginya mencapau dua cm atau lebih dan dipindah-tanamkan kembali secara terpisah-pisah ketika telah mencapai tinggi lebih dari 3 sentimeter.

Prospek. Pteris vittata merupakan pilihan yang menjanjikan untuk fitoremediasi. Dari berbagai penelitian membutikan bahwa P. vittata memiliki potensi untuk meremediasi tanah yang  terkontaminasi arsenik (As). Pteris vittata adalah kandidat yang tepat untuk digunakan dalam fitoremediasi dengan cara fitoekstraksi (serapan langsung dari polutan dan translokasi ke biomassa di atas permukaan tanah), karena beberapa alasan, yaitu:

1. Memiliki biomassa yang tinggi;
2. Merupakan tumbuhan tahunan yang kuat dan mudah tumbuh;
3. Tahan terhadap penyakit dan hama; dan
4. Menunjukkan tingkat akumulasi arsenik yang tinggi.

Pteris vittata mempunyai variasi morfologi yang cukup besar  dan distribusi geografi yang luas di seluruh dunia. Keragaman genetik jenis ini juga tinggi, diperlihatkan dengan adanya  keragaman tingkat ploidi dan cara reproduksinya, yaitu mencakup diploid seksual, triploid apogami, tetraploid seksual, pentaploid apogami, dan heksaploid, dengan jumlah kromosom dasar x = 29.

Di Indonesia, jenis ini mempunyai dua tingkat ploidi, yaitu tetraploid dan pentaploid. Penelitian terkait hubungan antara kemampuan akumulasi arsenik dengan tingkat ploidi Pteris vittata merupakan topik riset yang sangat menarik. Penelitian terkait produksi P. vittata skala massal untuk keperluan fitoremidiasi lahan terkontaminasi arsenik di Indonesia juga penting untuk segera dilakukan.

Titien Ngatinem Praptosuwiryo

Peneliti di Pusat Riset Biosistematika dan Evolusi Badan Riset dan Inovasi Nasional (BRIN)

Topik :