Transcript STELA PENYERAPAN ARSEN OLEH TANAMAN0

PENYERAPAN ARSEN
OLEH
TUMBUHAN
Disbatraksikan oleh
Smno.jursntnhfpub.2014
http://2the4.net/arsenicart.htm.
Arsenik dapat terjadi sebagai unsur semi-logam (Aso), arsenat
(AS5+), arsenit (As3+), atau arsine (As3-). Karakter kimiawi arsenik
didominasi oleh fakta bahwa unsur ini bersifat labil, mudah berubah
tingkat oksidasinya atau bentuk kimiawinya melalui reaksi kimia atau
reaksi biologis yang terjadi dalam lingkungan bebas. Oleh karena itu
, selain keseimbangan kelarutannya yang mengendalikan mobilitas
arsenik, biasanya ia juga dikontrol oleh kondisi redoks, pH, aktivitas
biologis, dan reaksi adsorpsi / desorpsi. Arsenik dalam air tanah
(groundwater) biasanya dari sumber geogenik, meskipun
pencemaran arsenik antropogenik juga terjadi. Arsenik Geogenik
hampir secara eksklusif sebagai arsenit atau arsenat. Arsenik
antropogenik mungkin memiliki berbagai macam bentuk termasuk
spesies arsine organik. Air-tanah dalam batuan vulkanik masam
hingga intermedier, atau dalam sedimen yang berasal dari batubatuan tersebut, seringkali memiliki konsentrasi arsenik melebihi 50
mg / L (baku mutu air minum ).
http://2the4.net/arsenicart.htm.
Struktur molekul arsenat berbeda dengan struktur molekul arsenit.
Ikatan ganda oksigen pada molekul arsenat mempengaruhi
kemampuannya untuk mengalami ionisasi melalui hilangnya kation
hidrogen, proses ini disebut disosiasi. Sebuah muatan negatif
muncul pada molekul ketika terjadi disosiasi ini. Oksigen ikatan
rangkap meningkatkan kapasitas molekul untuk delokalisasi muatan,
memudahkan hilangnya kation hidrogen. Kecenderungan untuk
ionisasi dinyatakan dengan nilai pKa , konstanta disosiasi (yang
merupakan log negatif , semakin kecil nilai ini berarti tingkat
disosiasinya lebih besar).
1. Robins, R.G. 1985. The Aqueous Chemistry of Arsenic In Relation to Hydrometallurgical Processes, Impurtity
Control and Disposal, In: Proceedingsof CIM Metallurgical Society, 15th Annual Hydrometallurgical Meeting,
pp1-1 to 1-26.
2. Welch, A.A., M.S.Lico dan J.L. Hughes. 1988. Arsenic in Groundwater of the Western United States,
Groundwater, Vol. 26, No.3,pp. 333-347, May-June 1988.
Nilai pH pada saat terjadi signifikan berbeda-beda di antara
arsenate dan arsenit (Robins, 1985; dan Welch, 1988).
Kontrol potensial redoks (Eh) terhadap transisi arsenat /
arsenit sangat besar. Hubungan Eh / pH ini adalah kunci
dalam memahami mobilitas arsenik dalam air tanah dan
efektivitas sistem pengolahan arsenik dalam air limbah.
.
Imobilisasi arsenik melalui proses adsorpsi ion dapat
dikendalikan di dalam kondisi oksidasi normal Eh / pH. Ikatan
Vander Waals sulit untuk diprediksi, kecuali untuk mobilitas
arsenik pada kondisi Eh / pH ekstrim yang hanya dapat
diperoleh dalam tatanan sistem industri, tetapi tidak dalam airtanah.
Komponen-komponen tanah yang berpartisipasi dalam
reaksi-reaksi adsorptif adalah liat, bahan organik, oksida
besi, oksida aluminium, dan oksida mangan. Pada tanah
lapisan atas biasanya peranan bahan organik lebih dominan,
sedangkan pada tanah lapisan bawah biasanya
oxyhydroxides besi lebih dominan.
.
Superimposes hubungan Eh / pH untuk sistem arsenik dan besi
menggambarkan kondisi dimana arsenik mengalami imobilisasi
dalam sistem akuatik. Hal yang penting adalah bagaimana arsenik
dijerap oleh hidroksida ferri dalam sedimen dapat dilepaskan setelah
terpapar sistem akuatik yang secara kimia bersifat reduksi. Dua efek
akan bekerja, yaitu arsenat direduksi menjadi arsenit yang secara
ionik tidak akan terikat pada substrat geologi, dan ferri direduksi
menjadi ferro, yang larut dalam kondisi pH normal. Di luar zone
imobilisasi, ternyata mobiliotas arsenik sangat beragamn. Ikatan Van
der Waals bekerja pada molekul arsenit, tetapi tidak cukup untuk
dapat menjamin imobilisasinya.
5]Smedley P. L. and Kinniburgh D. G. (2002) A review of the source, behaviour and distribution of
arsenic in natural waters. Applied Geochemistry 17, 517-568.
.
Reaksi kimia arsenik dan spesiasinya sangat penting dalam lingkungan
akuatik. Arsenik adalah metalloid yang terdaftar dalam kelompok VA dalam
tabel periodik. Unsur ini ada di alam dalam keadaan oksidasi +5(arsenate),
+3 (arsenit), 0 (arsen) dan -3 (arsine). Dalam sistem akuatik, arsenik
menunjukkan perilaku anionik. Dalam kasus air beroksigen, asam arsenik
dominan hanya pada pH sangat rendah (< 2). Dalam rentang pH = 2 - 11,
arsenik berbentuk H2AsO4- dan HAsO4=. Dalam kondisi agak reduksi dan
nilai-nilai pH rendah, asam arsenious dikonversi menjadi H2AsO3- dengan
meningkatnya pH. Kalau pH melebihi 12 , HAsO3= tidak muncul (Smedley
dan Kinniburgh, 2002).
1. 5]Smedley P. L. and Kinniburgh D. G. (2002) A review of the source, behaviour and distribution of arsenic in
natural waters. Applied Geochemistry 17, 517-568.
2. [27]Scow, K., Byrne, M., Goyer, M., Nelken, L., Perwak, J., Wood, M. and Young, S., Final Draft Report to the
US Environmental Protection Agency, EPA Contract 68-01-6160, Monitoring and Data Support, Office of
Water Regulations and Standards, Washington, DC, 1981.
3. [28]Rai, D., Zachara, J., Schwabe, A., Schmidt, R., Girvin, D. and Rogers, J., Report, EA-3356
4. to EPRI by Pacific Northwest Laboratories, Battelle Institute, Richland, Wash, 1984.
5. [29]Vance, D.B. 2001. Arsenic - Chemical Behavior and Treatment”. October, 2001.
http://2the4.net/arsenicart.htm.
Kehadiran sulfida dan dalam kondisi pH rendah, HAsS2 dapat terbentuk,
turunan arsine dan logam arsenik juga dapat terjadi dpada kondisi reduksi
yang ekstrim (Scow et al., 1981;. Rai et al., 1984.). Spesiasi arsenik terjadi
pada kondisi pH dan redoks yang beragam (Smedley dan Kinniburgh, 2002).
Dalam berbagai kondisi lingkungan arsenik mudah berubah bentuk dan
valensinya. Kondisi-kondisi yang dapat mempengaruhi valensi arsen dan
spesiasinya : pH (dalam kisaran pH 4 -10), spesies As(V) bermuatan negatif
dalam air, dan dominan spesies As(III) netral muatannya; potensial redoks;
kehadiran ion kompleks, seperti ion belerang, besi, dan kalsium; dan aktivitas
mikroba (Vance, 2001).
Reaksi adsorpsi-desorpsi juga dapat mempengaruhi mobilitas arsenik dalam
lingkungan. Geomaterials seperti liat, bahan organik tanah, dan oksida –
oksida besi, aluminium, dan mangan, merupakan komponen sedimen yang
dapat berpartisipasi dalam reaksi adsorptif dengan arsenik (Vance, 2001).
. [17] M. Kumaresan and P. Riyazuddin (2001).Overview of speciation chemistry of arsenic. Current
Science, Vol. 80, No. 7, 10, 837-846.
Arsenik tidak membentuk kompleks dengan anion sederhana seperti
Cl- dan SO4= , karena ia membentuk anion dalam sistem larutan.
Perilaku arsenik anionik menyerupai perilaku ligan dalam air. Anion
ini selanjutnya dapat membentuk ikatan dengan nitrogen, karbon
dan sulfur organik. As(III) ternyata dapat bereaksi dengan sulfur dan
gugusan sulphydryl dalam molekul sistin, dithiols organik, protein,
dan enzim. Anion ini belum diketahui apakah dapat bereaksi dengan
gugus amina atau dengan gugusan organik yang mengandung
nitrogen reduksi (Kumaresan dan Riyazuddin, 2001).
Callahan, M. et al. 1972. Report, EPA-440/4-79-029a, EPA Contracts 68-01-3852 and 68-01-3867,
Office of Water Planning and Standards, US Environmental Protection Agency, Washington, DC, 1979.
Ferguson, J. F. dan J.Davis. 1972. A review of the arsenic cycles in natural waters. J., Water Res., 6,
1259-1274.
Bentuk As(V) ternyata dapat bereaksi dengan amina (gugusan
nitrogen reduksi, tetapi tidak dapat bereaksi dengan gugusan
sulphydryl. Organo-arsenicals trivalen dan pentavalent dapat
dibentuk oleh karbon. Reaksi kompleksasi As(III) dan As(V) oleh
bahan organik terlarut dalam lingkungan alami telah ditemukan
dapat mencegah sorpsi dan ko-presipitasi dengan padatan organik
dan anorganik. Dengan demikian meningkatkan mobilitas arsenik
dalam sistem tanah dan sistem akuatik (Callahan, et al., 1979;
Ferguson dan Davis, 1972).
Environmental Earth Sciences, April 2011, Volume 62, Issue 8, pp 1673-1683
Arsenic Eh–pH diagrams at 25°C and 1 bar
Peng Lu dan Chen Zhu. 2011..
Dataset termodinamika untuk spesies arsenik dalam sistem As-O-H-S-Fe-Ba
dapat dihimpun dan disusun dari literatur. Dengan menggunakan dataset ini,
dapat disusun diagram Eh-pH untuk sistem As-O-H, As-O-H-S, As-O-H-S-Fe,
As-O-H-Ba, dan As-O-H-S-Fe-Ba, pada suhu 25°C dan tekanan 1 bar. Inklusi
spesies thioarsenite ke dalam sistem As-O-H-S dan As-O-H-S-Fe
menghasilkan perbedaan besar diagram Eh-pH. Ada perbedaan yang cukup
besar dalam sifat termodinamika untuk orpiment, realgar, scorodite,
arsenopirit, barium arsenate, dan barium hidrogen arsenate, yang
mengakibatkan bidang stabilitas sangat berbeda ketika diadopsi nilai yang
berbeda.
. P.R. Raven, A. Jain, R.H. Loeppert. 1998. Arsenite and arsenate adsorption on ferrihydrite: Kinetics,
equilibrium, and adsorption envelopes Environ. Sci. Technol., 32 (1998), pp. 344–349
Spesiasi arsenik mengontrol mobilitas dan toksisitasnya dalam sistem
perairan alami. Dalam kebanyakan sistrem perairan alami, spesiasi arsen
didominasi oleh oksi-anion As(III) dan As(V) (Smedley dan Kinniburgh, 2002).
Secara umum, adsorpsi As(V) oleh mineral oksida terjadi pada kondisi pH
rendah, sedangkan adsorpsi maksimum As(III) terjadi pada pH sekitar netral
dan menurun dengan peningkatan atau penurunan pH (Raven et al., 1998;.
Arai et al. , 2001; Dixit dan Hering, 2003). Spesies As(III), dikenal lebih
beracun daripada spesies As(V) bagi kesehatan manusia. Oleh karena itu,
memahami spesiasi redoks arsen anorganik yang melibatkan spesies As(III)
dan As(V) sangat penting.
. D.W. Oscarson, P.M. Huang, W.K. LiawRole of manganese in the oxidation of arsenite by freshwater
lake sediments Clay Clay Miner., 29 (1981), pp. 219–225.
V.Q. Chui, J.G. HeringArsenic adsorption and oxidation at manganite surface. 1. Method for
simultaneous determination of adsorbed and dissolved arsenic species
Environ. Sci. Technol., 34 (2000), pp. 2029–2034.
Proses biotik dan abiotik dapat menyebabkan transformasi redoks spesies
arsenik. Beberapa sistem enzimatik respirasi dan non-respirasi mikorbia
ternyata terlibat dalam oksidasi As(III) (Oremland dan Stolz, 2003). Dalam
sistem alami, jalur oksidasi abiotik yang paling penting untuk As(III) adalah
dengan mineral yang mengandung Mn(III) dan Mn(IV) (Oscarson et al.,
1981a; Oscarson et al., 1981b; Brannon dan Patrick, 1987 ). Penelitian
eksperimental dengan menggunakan oksida mangan sintetis dan biogenik
menunjukkan bahwa padatan ini secara efektif dapat mengoksidasi As(III),
meskipun pada tingkat yang berbeda-beda (Chui dan Hering, 2000;.
Tournassat et al., 2002;. Tani et al., 2004). Tournassat et al. (2002)
menjelaskan perbedaan tingkat oksidasi As(III) ada kaitannya dengan tingkat
kristalinitas dan struktur mineral mangan.
. Caille, N., F.J.Zhao dan S.P. McGrath. 2005. Comparison of root absorption, translocation and
tolerance of arsenic in the hyperaccumulator Pteris vittata and the nonhyperaccumulator Pteris
tremula. New Phytol., 165(3): 755-61.
Beberapa spesies pakis dapat melakukan hiper-akumulasi arsenik, namun
demikian mekanismenya belum sepenuhnya dapat dipahami. Caille, Zhao
dan McGrath (2005) menyelidiki peranan penyerapan As oleh akar,
translokasinya dalam tubuh tanaman dan toleransi di As, dengan jalan
membandingkan tanaman hiperakumulator Pteris vittata dengan tanaman
non-hoperaccumulator Pteris tremula. Kedua spesies ini ditanam dalam
percobaan pot dengan penambahan 0-500 mg / kg As sebagai arsenate, dan
dalam percobaan serapan jangka pendek (8 jam) dengan 5 microM arsenat
dalam kondisi yang cukup fosfor. Dalam percobaan pot ini , P. vittata
mengakumulasikan hingga 2500 berat mg / kg As bobot kering kering dan
tidak mengalami fitotoksisitas As.
Tanaman P. tremula mengaakumulasikan < 100 mg / kg As bobot kering
daunnya dan mengalami fitotoksisitas parah dengan penambahan > atau =
25 mg / kg As. Dalam percobaan serapan As jangka pendek, P. vittata
memiliki tingkat penyerapan arsenat 2,2 kali lipat lebih tinggi daripada P.
tremula, dan mendistribusikan As lebih banyak ke dalamnya (76%)
dibandingkan dnegan P. tremula (hanya 9%). Hasil penelitian ini
menunjukkan bahwa peningkatan serapan As oleh akar, efisien translokasi
. Sanal, F., G.Seren dan U.Güner . 2014. Effects of arsenate and arsenite on germination and some
physiological attributes of barley Hordeum vulgare L. Bull Environ Contam Toxicol., 92(4): 483-489.
Arsen (As) merupakan racun bagi tanaman dan hewan. Sanal, Seren dan
Güner (2014) menguji efek arsenit dan arsenat (0-16 mg / L) terhadap
perkecambahan biji, panjang akar dan panjang tunas (batang dan daun),
aktivitas α-amilase, gula reduksi dan total protein terlarut, dan kandungan
malondialdehide dalam bibit tanaman barley. Dalam penelitian ini juga juga
diukur akumulasi As dalam batang dan akar tanaman barley. Aktivitas αamilase, panjang akar dan tunas, dan perkecambahan biji menurun dengan
meningkatnya konsentrasi arsenat dan arsenit. Kandungan gula reduksi
dalam bibit barley meningkat setelah empat hari pertumbuhan pada media
yang mengandung As. Secara umum, kandungan protein dalam akar dan
bibit menurun dengan peningkatan dosis As. Arsenik dalam jaringan dihitung
dengan metode spektrofotometri serapan atom generasi hidrida. Untuk
mengkonfirmasi keakuratan metode ini, para peneliti juga menganalisis
bahan referensi bersertifikat WEPAL-IPE-168. Batas deteksi adalah 1,2 μ.g /
L dan standar deviasi relatifnya sebesar <2,0% (Sanal, Seren dan Güner ,
2014) .
Yamaguchi, N., T.Ohkura , Y.Takahashi , Y.Maejima dan T.Arao. 2014. Arsenic distribution and
speciation near rice roots influenced by iron plaques and redox conditions of the soil matrix. Environ.
Sci. Technol., 48(3): 1549-1556.
Peningkatan konsentrasi arsen (As) dalam tanaman padi dan larutan tanah sebagai
akibat dari dari perubahan kondisi redoks tanah, ternyata dipengaruhi oleh praktek
manajemen air selama budidaya padi. Perubahan kondisi redoks dari zone rizosfir
hingga matriks tanah juga mempengaruhi spesiasi As dan deposisi plak-Fe. Dalam
rangka untuk fokus pada lingkungan rhizosfer, Yamaguchi, et al. (2014) mengamati
distribusi zone mikro dan spesiasi As di sekitar rizosfer padi dengan Metode pemetaan
X-ray fluorescence dan spektroskopi serapan sinar-X. Ketika matriks tanah bersifat
anaerobik selama pertumbuhan tanaman padi, plak-Fe tidak menutupi seluruh
permukaan akar, dan As(III) menjadi spesies dominan arsenik dalam matriks tanah dan
di zone rizosfer. Pengeringan tanah sawah sebelum panen menyebabkan kondisi tanah
berubah menjadi aerobik. Oksidasi As (III) menjadi As (V) terjadi lebih cepat dalam plakFe dibandingkan dnegan di dalam matriks tanah. Arsenik “diikat” menjadi bercak-bercak
besi yang berasal dari plak-Fe di sekitar akar. Rasio As(V) dengan As(III) menurun ke
arah bagian luar-tepi bawah permukaan becak Fe dimana matriks tanah tidak
sepenuhnya diaerasikan. Hasil penelitian ini memberikan bukti langsung bahwa spesiasi
As di sekitar akar tanaman padi tergantung pada variasi redoks secara spasial dan
temporal di dalam matriks tanah (Yamaguchi, et al., 2014) .
Hu, Y., G.L.Duan, Y.Z.Huang , Y.X.Liu dan G.X.Sun . 2014. Interactive effects of different inorganic As
and Se species on their uptake and translocation by rice (Oryza sativa L.) seedlings. Environ. Sci.
Pollut. Res. Int., 21(5): 3955-3962..
Informasi saintifik tentang hubungan interaktif antara penyerapan dan
transformasi arsen anorganik (As) dan dua spesies selenium anorganik (Se)
dalam spesies padi pada kondisi hidroponik masih snagat terbatas. Efek
Interaktif anorganik As (As (III)) dan (As (V)) dan Se (Se (IV) dan Se (VI))
spesies terhadap serapannya, akumulasinya, translokasinya dalam tanaman
padi (Oryza sativa L.) diselidiki dalam sistem hidroponik (Hu et al., 2014).
Hasil penelitian ini menunjukkan efek interaktif As anorganik dan Se
terhadap serapannya oleh tanaman padi. Kehadiran Se mengurangi jumlah
spesies As datam tbatang bibit padi, tidak tergantung pada spesies Se. Jika
Se hadir sebagai Se (IV), maka itu disertai dengan peningkatan jumlah
spesies As, tetapi jika Se hadir sebagai Se (VI), maka tidak ada perubahan
jumlah spesies As dalam akar tanaman padi. Efek ini terjadi terjadi pada
semua spesies As. Kalau tanaman padi yang terpapar Se (IV), kehadiran As
meningkatkan jumlah spesies Se dalam akar, dan mengurangi jumlah
spesies Se dalam batang padi. Efek ini menjadi lebih parah pada As (III)
dibandingkan dengan As (V). Tidak ada efek terhadap Se selama paparan Se
(VI). Co-eksistensi As juga meningkat SeMet dalam akar tanaman padi (Hu et
al., 2014). .
Liu ,Y.L., Y.Xu, D. Ke-Bing dan B.K.Tu . 2012. Absorption and metabolism mechanisms
of inorganic arsenic in plants: a review. Ying Yong Sheng Tai Xue Bao, 23(3): 842-848..
Pencemaran arsenik yang serius dapat mengancam kesehatan manusia dan
keamanan lingkungan, hal ini menjadi isu lingkungan yang sangat menonjol
untuk segera dipecahkan di seluruh dunia. Dalam lingkungan alam dan
sistem tanah, arsen ada dalam bentuk yang rumit, tetapi keracunan arsenik
tanaman terutama terjadi akibat paparan dari As (V) dan As (III) (Liu et al.,
2012). As(V) dapat diserap oleh akar tanaman melalui saluran Pi, dan
dengan cepat mereduksi As(V) menjadi As (III) oleh ensim reduktase
arsenat. As (III) dapat diangkut ke dalam tanaman melalui saluran NIP, dan
selanjutnya diubah menjadi arsenik-metilasi oleh sensim arsenik
methyltransferase atau membentuk khelate dengan thiol GSH dan PC.
Senyawa arsenik ini dapat disimpan dalam vakuola sel akar atau diangkut ke
bagian tanaman di atas tanah. Sementara itu, sebagian dari arsenik yang
diserap ini dapat dibuang ke media eksternal. Semua ini dapat membantu
proses detoksifikasi arsenik dalam tubuh tanaman. Liu et al. (2012) juga
menganalisis hasil-haisl penelitian terbaru ketahanan tanaman terhadfap As,
terutama tanaman padi, dengan fokus pada mekanisme penyerapan As (V)
dan As (III), serta ekskresi, As (V) reduksi, dan As (II) metilasi dan
pembentukan khelat.
Michel, C.H., J.A.H.Viezcas, A. Servin , J.R.P.Videa , dan J.L.G.Torresdey. 2012. Arsenic localization
and speciation in the root-soil interface of the desert plant Prosopis juliflora-velutina. . Appl. Spectrosc.,
66(6): 719-727.
Ketersediaan dan mobilitas arsen (As) dalam tanah tergantung pada
beberapa faktor seperti pH, kandungan bahan organik, spesiasi As,
konsentrasi oksida dan mineral liat. Tanaman memodifikasi ketersediaan As
dalam zone rhizosfer; sehingga proses-proses biogeokimia As dalam tanah
yang vegetasi dan tanah yang tidak bervegetasi sangat berbeda. Michel, et
al. (2012) mempelajari spesiasi As dalam rizosfer tanaman mesquite
(Prosopis juliflora-velutina) yang ditanam dalam media tanah lempung liat
berpasir yang diperlakukan dnegan As (III) dan As (V) pada dosis 40 mg /kg.
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa As (V) menjadi spesies dominan
dalam tanah (rhizosfer dan non-vegetasi), sedangkan As (III) menjadi bentuk
dominan dalam jaringan akar tanaman yang diperlakukan dengan dari kedua
As (V) dan As (III) tanaman diobati. Hasil pengukuran dnegan metode irisan
tipis μXAS dan μXRF dari tanah yang dicelup resin mengungkapkan bahwa
interaksi As (III)-S ada dalam jaringan akar dan dominasi interaksi As-Fe
dalam tanah. Kombinasi Metode XAS dan teknik μXAS ternyata menjadi
teknik analisis yang sangat bagus untuk studi spesiasi As dalam sampel
tanah dan tanaman (Michel, et al., 2012) .
Gonzaga, M.I., L.Q.Ma, E.P.Pacheco dan W.M.dos Santos. 2012. Predicting arsenic bioavailability to
hyperaccumulator Pteris vittata in arsenic-contaminated soils. Int. J. Phytoremediation, 14(10): 939949..
Gonzaga et al. (2012) menggunakan ekstraksi kimia untuk mengevaluasi
ketersediaan arsenik tanaman dalam tanah yang terkontaminasi As untuk
memperkirakan kerangka waktu untuk pembersihan situs selama
fitoremediasi. Dalam studi ini, empat metode konvensional ekstraksi kimia
(air, amonium sulfat, amonium fosfat, dan Mehlich III) dan metode berbasis
eksudat akar digunakan untuk mengevaluasi daya ekstraks As dan
mengkorelasikannya dengan akumulasi As dalam tanaman P. vittata yang
ditanam pada lima tanah yang terkontaminasi As dalam kondisi rumah kaca.
Hubungan antara sifat-sifat tanah, dan ekstraks As dan akumulasi As dalam
tanaman juga dianalisis. Esktraks Arsenik adalah 4,6%, 7,0%, 18%, 21%,
dan 46% untuk metode ekstraksi air, amonium sulfat, asam organik,
amonium fosfat, dan Mehlich III. Larutan eksudat Akar (asam organik) cocok
untuk menilai ketersediaan As (81%) dalam tanah, sedangkan ekstraksi
Mehlich III (31%) over-estimate jumlah As yang diserap oleh tanaman.
Konsentrasi bahan organik tanah, P dan Mg berkorelasi positif dengan
akumulasi As oleh tanaman , sedangkan konsentrasi Ca berkorelasi negatif
(Gonzaga et al., 2012) .
. Kopittke , P.M., M.D.de Jonge, P.Wang , B.A.McKenna , E.Lombi , D.J.Paterson, D.L.Howard ,
S.A.James , K.M.Spiers , C.G.Ryan, A.A.Johnson dan N.W.Menzies . 2014. Laterally resolved
speciation of arsenic in roots of wheat and rice using fluorescence-XANES imaging. New Phytol.,
201(4): 1251-1262.
Akumulasi arsen (As) dalam jaringan tanaman merupakan risiko kesehatan
bagi manusia, tetapi masih ada banyak hal yang harus dipelajari mengenai
spesiasi As dalam tanaman. Kopittke et al. (2014) mempelajari spesiasi As
in-situ dalam akar tanaman gandum (Triticum aestivum) dan padi (Oryza
sativa) yang terpapar dengan 2 μM As (V) atau As (III). Kalau tanaman
terpapar dengan As (V), As dengan cepat direduksi menjadi As (III) dalam
akar, dan As (V) yang dihitung hanya yang ada dalam rhizodermis. Namun
demikian, tidak ada As (III) yang tidak membentuk kompleks dalam jaringan
akar, karena tingginya efisiensi pembentukan kompleks As (III)-thiol , spesies
As ini dihitung untuk menganalisis semua As dalam korteks dan stele.
Pengamatan bahwa bentuk As (III) yang tidak kompleks berada di bawah
batas deteksi di semua jaringan akar membuktikan bahwa pengangkutan As
ke batang relatif rendah, karena bentuk As(III) bukan-kompleks merupakan
spesies As yang diangkut dalam xilem dan floem.
Bergqvist, C., R.Herbert, I.Persson dan M.Greger. 2014. Plants influence on arsenic availability and
speciation in the rhizosphere, roots and shoots of three different vegetables. Environ. Pollut., 184(Oct.):
540-546..
Toksisitas arsen (As) di lingkungan dikendalikan oleh konsentrasi As,
ketersediaannya dan spesiasi As. Bergqvist et al. (2014) melakukan
penelitian untuk mengevaluasi akumulasi dan spesiasi As dalam tanaman
wortel, selada dan bayam yang dibudidayakan dalam tanah dengan berbagai
konsentrasi As; dan untuk memperkirakan risiko kesehatan yang terkait
dengan konsumsi hasil sayuran. Konsentrasi arsenik dan spesiasi dalam
jaringan tanaman dan tanah dianalisis dengan Metode HPLC, AAS dan
spektroskopi XANES. Untuk memperkirakan pengaruh di rhizosfer tanaman,
dilakukan analisis asam organik dalam eksudat akar dengan metode
kromatografi ion. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa akumulasi As lebih
tinggi pada tanaman yang ditanam pada tanah-tanah dengan ekstraks As
yang tinggi. Arsenat merupakan spesies dominan dalam di tanah, rizosfer
dan eksudat akar selada. Asam suksinat merupakan asam organik utama
dalam eksudat akar selada. Memakan bahan sayuran ini dapat
menyebabkan peningkatan asupan As anorganik.
Huang, L.X., L.X.Yao , Z.H.He , C.M.Zhou , G.L.Li , B.M.Yang dan Y.F.Li . 2013. Uptake of arsenic
species by turnip (Brassica rapa L.) and lettuce (Lactuca sativa L.) treated with roxarsone and its
metabolites in chicken manure. Food Addit. Contam. Part A Chem. Anal. Control Expo Risk Assess.,
30(9): 1546-1555..
Roxarsone adalah aditif pakan organoarsenic yang dapat dimetabolisme menjadi bentuk
arsenik yang lebih beracun dalam kotoran hewan, seperti arsenate, arsenit, asam
monomethylarsonic, asam dimethylarsinic, asam amino-3-4-hydroxyphenylarsonic dan
spesies As yang tidak dikenal lainnya. Huang et al. (2013) mempelajari akumulasi,
transportasi dan distribusi spesies As dalam tanaman lobak (Brassica rapa L.) dan
selada (Lactuca sativa L.) yang diperlakukan dengan roxarsone dan metabolitnya dalam
kotoran ayam.
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa arsenit menjadi bentuk As yang dominan,
diikuti oleh arsenat pada tanaman lobak dan selada, dan kandungan asam
dimethylarsinic yang rendah terdeteksi hanya dalam akar tanaman selada. Kalau
dibandingkan dengan tanaman kontrol yang diperlakukan dnegan kotoran ayam tanpa
roxarsone dan metabolitnya, ternyata perlakuan yang mengandung roxarsone dan
metabolitnya dapat meningkatkan kandungan arsenit sebesar 2,0-3,2% pada tunas
lobak, sebesar 6,6-6,7% pada tunas selada, sebesar 11-44% pada umbi lobak dan
sebesar 18-20% pada akar selada pada dua fase pertumbuhan tanaman.
Peningkatan kandungan arsenat dalam tunas lobak, umbi lobak dan akar selada
sebesar 4,3-14%, 20-35% dan 70%, sedangkan kandungan asam dimethylarsinic dalam
akar tanaman selada meningkat 2,4 kali. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa asam
dimethylarsinic dalam akar selada dapat dikonversi dari spesies As anorganik , dan
penyerapan spesies As organik dan As anorganik oleh tanaman lobak dan selada
Drličková, G., M.Vaculík , P.Matejkovič dan A.Lux. 2013. Bioavailability and toxicity of arsenic in
maize (Zea mays L.) grown in contaminated soils. Bull. Environ. Contam. Toxicol., 91(2): 235239..
Drličková et al. (2013) membandingkan pertumbuhan jagung (Zea mays L.), hybrida
Valentina, dalam dua jenis substrat tanah yang terkontaminasi As (Ochre dan Heap)
dengan konsentrasi berbeda , yang berasal dari daerah pertambangan tua di Slovakia.
Meskipun konsentrasi total As dalam tanah dari Heap 2,6 kali lebih rendah daripada
tanah dari Ochre (90 dan 237 mg / kg), tanaman yang ditanam pada tanah Heap
mengakumulasikan lebih banyak As dalam jaringan tubuhnya (dalam tunas dan akarnya
ternyata konsentrasi As menjadi 4 dan 5,5 kali lebih tinggi) ; dan tanaman jagung nyata
lebih kecil dan menghasilkan biomassa lebih sedikit , berbunga lebih lambat
dibandingkan dengan tanaman yang ditanam pada tanah dari Ochre.
Larios, R., R.Fernández-Martínez, I.Lehecho dan I.Rucandio. 2012. A methodological approach to
evaluate arsenic speciation and bioaccumulation in different plant species from two highly polluted
mining areas. Sci .Total Environ., 414(Dec.):600-607..
Larios et al. (2012) meneliti akumulasi arsenik dan spesiasi As dalam tanaman yang
ditanam pada dua lokasi tercemar, selain itu juga dianalisis transfer arsenik dari tanah
ke tanaman. Daerah yang diteliti adalah dua lokasi bekas tambang merkuri yang telah
ditinggalkan di utara Spanyol, La Soterraña dan Los Rueldos. Tanaman
mengakumulasikan sejumlah besar arsenik dalam jaringan tubuhnya. Tingkat akumulasi
As ini tergantung pada tingkat pencemaran situs dan pada spesies tanaman.
Konsentrasi arsenik bervariasi tergantung pada bagian tanaman, ternyata akar
mengumpulkan paling banyak arsenik dalam semua tanaman yang diteliti (sampai 1400
mg /kg). Metode ekstraksi yang cocok untuk spesiasi arsenik dalam sampel yang diteliti
adalah menggunakan 0.3M asam ortofosfat sebagai agen ekstraksi dalam sistem
ekstraksi grafit blok pada 90 oC selama 1 jam. Efisiensi ekstraksi ternyata lebih dari
80% dan spesiasi tidak berubah, karena recovery spesies arsenik (As (III), As (V), DMA
(asam dimethylarsonic) dan MMA (asam monomethylarsonic)) sebesar 94 -102%. Studi
spesiasi yang dilakukan pada bagian-bagian tanaman dengan metode HPLC-ICP-MS
menunjukkan tidak ada perbedaan yang signifikan dalam hal spesiasi As di antara
bagian-bagian tubuh tanaman. Spesies As (V) selalu dominan, meskipun ditemukan
sejumlah As (III) yang cukup besar dalam semua sampel. Sejumlah kecil MMA dan DMA
ditemukan pada sampel tertentu. Serapan Arsenik oleh tanaman tergantung pada fraksi
arsenik tersedia dalam tanah, dalam penelitian ini adalah As ekstraks air dan As
ekstrak fosfat. Tanah-tanah dari La Soterraña kurang tercemar, tetapi ketersediaannya
As jauh lebih tinggi daripada tanah-tanah dari Los Rueldos. Faktor transfer As tanah-ke-
Hatayama, M., T.Sato , K.Shinoda dan C.Inoue. 2011. Effects of cultivation conditions on the uptake of
arsenite and arsenic chemical species accumulated by Pteris vittata in hydroponics. J. Biosci. Bioeng.,
111(3): 326-332..
Respon fisiologis tanaman hiperakumulator arsenik, Pteris vittata, seperti
serapan arsenik dan transformasi kimiawinya dalam pakis ternyata sangat
penting. Namun demikian, beberapa pertanyaan dalam maitannya dengan
perlakuan arsenik dalam sistem hidroponik masih harus dikaji terus. Kondisi
inkubasi seperti aerasi, konsentrasi arsenik, dan masa inkubasi dapat
mempengaruhi respon-respon tanaman P. vittata dalam sistem hidroponik.
Serapan arsenit relatif rendah dalam kondisi anaerob, aamun, dalam
percobaan serapan arsenit, serapan fosfor (Pserapan tergantung tingkat
“kelaparan” arsenat pada kondisi aerobik. Analisis temporer oksidasi arsenit
menunjukkan bahwa arsenit secara bertahap teroksidasi menjadi arsenat
selama inkubasi (Hatayama et al., 2011). Oksidasi arsenit tidak terjadi dalam
salah satu kondisi kontrol, seperti perlakuan yang terpapar larutan hara saya
atau media kultur saja, atau dengan menggunakan akar kering; oksidasi
arsenit hanya terjadi kalau digunakan akar hidup. Hasil penelitian ini
menunjukkan bahwa aerasi yang cukup memungkinkan sistem rizosfer untuk
mengoksidasi arsenit dan memungkinkan tanaman pakis untuk secara sama
efisiennya menyerap arsenit dan arsenat. Metode analisis serapan sinar-X
(XANES) menunjukkan bahwa durasi paparan As yang panjang dengan
Huang, Y. , M.Hatayama dan C. Inoue . 2011. Characterization of As efflux from the
roots of As hyperaccumulator Pteris vittata L. Planta., 234(6): 1275-1284.
Pada beberapa spesies tanaman, berbagai spesies arsen (As) telah dilaporkan
diekskresikan dari akar. Namun demikian, rincian dari ekskresi As oleh tanaman pakis
hiperakumulator (Pteris vittata) belum diketahui.
Huang, Hatayama dan Inoue (2011) menyelidiki ekskresi As oleh akar tanaman yang
diperlakukan dnegan berbagai dosis fosfor (P) selama atau setelah penyerapan arsenat
24 jam pada kondisi pertumbuhan hidroponik. Selama percobaan serapan arsenate 8
jam, tanaman P. vittata yang diberi fosfat menunjukkan ekskresi arsenit jauh lebih
besar daripada serapan arsenat nya, kalau dibandingkan dengan tanaman yang
kekurangan P. Hal ini menunjukkan bahwa ekskresi arsenit tidak sebanding dengan
serapan arsenat . Dalam percobaan ekskresi As setelah 24 jam serapan arsenate,
ternyata ekskresi arsenat juga diamati dengan ekskresi arsenit dalam larutan eksternal.
Semua hasil penelitian ini menunjukkan tingkat yang relatif rendah ekskresi arsenate,
sekitar 5,4-16,1% dari As yang diserap sebelumnya. Hal ini menunjukkan bahwa tingkat
rendah ekskresi arsenat ke dalam larutan eksternal juga merupakan karakteristik dari
tanaman P. vittata. Seetelah 24 jam serapan arsenate, tanaman yang diberi P dan tanpa
P ternyata mengekskresikan sejumlah arsenit yang hampir sama ke dalam daun dan ke
larutan eksternal. Hal ini menunjukkan bahwa proses-proses yang serupa terjadi pada
pengangkutan ke dalam xilem dan ekskresi arsenit, dengan urutan konsentrasi arsenit
adalah larutan « akar « daun.
Wang ,J., F.J.Zhao , A.A.Meharg, A.Raab , J.Feldmann dan S.P. McGrath. 2002. Mechanisms of
arsenic hyperaccumulation in Pteris vittata. Uptake kinetics, interactions with phosphate, and arsenic
speciation. Plant Physiol., 130(3): 1552-1561..
Mekanisme hiper-akumulasi arsen (As) pada tanaman pakis Pteris vittata, yang pertama
kali diidentifikasi sebagai tanaman hiperakumulator ternyata masih menyimpan banayak
misteri. Wang et al. (2002) meneliti interaksi arsenat dan fosfat dalam kaitannya dnegan
penyerapan dan distribusi As dan fosfor (P), dan spesiasi As pada tanaman pakis P.
vittata. Dalam sebuah percobaan hidroponik selama 18 hari dengan berbagai
konsentrasi arsenate dan fosfat, ternyata tanaman P. vittata mengakumulasi kan As
dalam daunnya hingga 27.000 mg As/kg berat keringnya, dan rasio konsentrasi As daun
dengan akar sebesar 1,3 - 6,7 . Peningkatan suplai fosfat menurunkan serapan As
secara tajam, dengan efek yang lebih besar pada konsentrasi As dalam akar
dibandingkan dengan dalam daunnya. Peningkatan pasokan arsenat menurunkan
konsentrasi P dalam akar, tetapi tidak berpengaruh pada konsnetrasi As dalam daun.
Kehadiran fosfat dalam media larutan menurunkan penyerapan arsenate, sedangkan
kekurangan P selama 8 hari meningkatkan serapam arsenate sebesar 2,5 kali lipat.
Tingkat penyerapan arsenit adalah 10% dari arsenat dalam ketiadaan fosfat. Kondisi
kekurangan P dan kehadiran P semuanya mempengaruhi serapan arsenit. Dalam
periode 8 jam, 50% hingga 78% dari As didistribusikan ke dalam daun, dengan efisiensi
yang lebih tinggi pada translokasi arsenit daripada arsenat. Pada daun, 49% - 94% dari
As dapat diekstrak dengan buffer fosfat (pH 5,6). Analisis spesiasi menggunakan Metode
kromatografi menunjukkan bahwa > 85% dari As yang diekstrak ternyata berbentuk
arsenit, dan sisanya berupa arsenat. Arsenat yang diserap oleh tanaman P. vittata
.