Airwater | Baltik | The Truth Is Out There

BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Pembangunan berkembang dengan pesat mengantarkan manusia mencapai
kemajuan di berbagai bidang baik bidang industri, ekonomi, pendidikan, budaya, sosial
dan lain sebagainya. Namun demikian sudah sangat umum diketahui bahwa
pembangunan selain memberikan manfaat, juga menimbulkan resiko yang amat besar
bagi manusia apabila pembangunan tersebut tidak disertai pertimbangan-pertimbangan
lingkungan, baik jangka pendek, menengah dan jangka panjang. Pembangunan yang
tidak berwawasan lingkungan akan menimbulkan resiko berupa rusaknya lingkungan,
terganggunya ekosistem, baik ekosistem darat, udara maupun perairan (Hadi 2005,
Soemarwoto 2001, Mitchell, Setiawan dan Rahmi 2007). Rusaknya lingkungan perairan
antara lain disebabkan oleh adanya pencemaran.
Pencemaran di perairan dapat terjadi karena limbah industri maupun limbah
domestik dibuang ke perairan tanpa diolah terlebih dahulu, atau diolah tetapi kadar
polutannya masih di atas Baku Mutu yang ditetapkan. Undang-Undang R.I. No.32
Tahun 2009 tentang Perlindungan dan Pengelolaan Lingkungan Hidup, pada pasal 1
ayat 14 disebutkan bahwa pencemaran lingkungan adalah masuk atau dimasukkannya
makhluk hidup, zat, energi dan/atau komponen lain ke dalam lingkungan hidup oleh
kegiatan manusia, sehingga melampaui Baku Mutu lingkungan hidup yang telah
ditetapkan.
Pencemaran lingkungan perairan dapat disebabkan oleh polutan organik maupun
anorganik. Polutan organik yang sering mencemari perairan antara lain DDT, PAH,
pestisida, insektisida, deterjen dan limbah rumah tangga lainnya. Sedangkan polutan
anorganik yang sering dijumpai di perairan misalnya logam berat Cd (Kadmium), Pb
(Timbal), Hg (Merkuri), As (Arsen), Zn (seng), Cu (Tembaga), Ni (Nikel), dan Cr
(Krom). Polutan logam berat tersebut sangat berbahaya apabila mencemari perairan,
karena bersifat toksik, karsinogenik, bioakmulatif dan biomagnifikasi (Kosnett 2007,
Plaa 2007, Wardhana 2004). Kadmium, Timbal, Merkuri merupakan logam berat yang
sangat toksik dibandingkan logam berat lainnya.
Pencemaran oleh logam berat Cd pernah terjadi di Toyama Jepang. Peristiwa ini
mengakibatkan penduduk menderita penyakit Itai-itai (Ouch-ouch), yakni tulang
mengalami pelunakan, kemudian menjadi rapuh dan otot mengalami kontraksi karena
kehilangan sejumlah kalsium, serta menderita kelainan ginjal (Withghot and Brennan
2007, Miller 2007, Argawala 2006, Soemirat 2005). Peristiwa tersebut terjadi karena air
irigasi yang digunakan untuk mengairi tanaman padi di sawah tercemar Cd. Hasil
penelitian menunjukkan bahwa air irigasi tersebut mengandung Cd yang berasal dari
penambangan Timah Hitam dan bijih Seng yang ada di daerah hulu sungai Jint.
Akibatnya padi yang dipanen mengakumulasikan Cd. Penduduk mengkonsumsi padi
tersebut selama bertahun-tahun, sehingga terjadi biomagnifikasi Cd pada tubuh
manusia. Padi mengakumulasikan Cd sebanyak 1,6 mg/kg, namun melalui rantai
makanan kandungan Cd pada tubuh manusia menjadi 11,472 mg/kg (Miller 2007,
Wardhana 2004, Klaassen 2001, Donatus 2001).
Pencemaran Cd di sawah juga dialami di kabupaten Karanganyar Jawa Tengah
pada tahun 2004. Kadar Cd di sawah mencapai 0,21 – 0,40 mg/kg, sementara ambang
batas Cd di tanah 0,50 mg/kg (Supriharyono 2009). Kasus ini diduga karena pabrikpabrik yang ada di sekitar sawah membuang limbah Cd ke saluran irigasi yang
digunakan untuk mengairi sawah. Paling tidak ada sekitar lima belas industri yang
dicurigai sebagai penyebab terjadinya pencemaran.
Logam berat Cd, Pb dan Hg membahayakan kesehatan melalui rantai makanan.
Hewan dengan mudah menyerap kadmium, timbal maupun merkuri dari makanan; dan
terakumulasi dalam jaringan seperti ginjal, hati dan alat-alat reproduksi (Withgott and
Brennan 2007, Plaa 2007, Kostnett 2007). Sedangkan menurut Wisnu dan Ati (2001)
dan Katzung (2007), logam berat Cd, Pb dan Hg diabsorpsi dalam bentuk ion-ion Cd,
Pb dan Hg terlarut. Pada lingkungan akuatik, suatu kontaminan masuk ke dalam
jaringan organisme autotrof dengan cara absorpsi langsung. Pada ikan, kontaminan
dapat masuk melintasi barier biologik yang memisahkan medium internal organisme
dari lingkungan sekitarnya dengan cara absorpsi langsung maupun tidak langsung.
Proses absorpsi langsung tergantung pada tempat persentuhannya. Di dalam tubuh ikan
persentuhan terutama melalui insang (branchia) yakni pada epithelium branchiale.
Sementara itu yang masuk secara tidak langsung melewati jalur tropic berlangsung
melalui mikrovili permukaan intestinum (Miller 2007, Kostnett 2007, Soemirat 2005).
Kadmium (Cd), Timbal (Pb) dan Merkuri (Hg)
serta logam berat lainnya
bersifat bioakumulatif, biomagnifikasi (Biological Magnification),
toksik
dan
karsinogenik; sehingga pajanan (exposure) logam berat di lingkungan dapat
terakumulasi pada jaringan tubuh makhluk hidup yang berada di lingkungan tersebut,
sehingga apabila mencapai konsentrasi toksik dapat meracuni semua komponen biotik
(hewan, tumbuhan, maupun manusia) dan melalui rantai makanan terjadi pelipatgandaan
kandungan bahan pencemar oleh organisme pada struktur tropik yang lebih tinggi.
Adapun sifat karsinogenik menyebabkan logam ini berpotensi menimbulkan kanker
pada berbagai organ makhluk hidup. Polutan Cd, Pb dan Hg
dapat mencemari
lingkungan perairan, udara maupun tanah, namun kontaminan tersebut pada akhirnya
berujung di air, maka lingkungan air menjadi perhatian tertinggi di dalam monitoring
lingkungan. Di perairan sungai Cd, Pb dan Hg dapat terakumulasi di sedimen, di air
maupun pada biota sungai (Withgott and Brennan 2007, Miller 207, Argawala 2006,
Soemirat 2005, Wardhana, 2004).
Kaligarang merupakan salah satu sungai yang termasuk prioritas sasaran
Program Kali Bersih di Propinsi Jawa Tengah. PROKASIH Kaligarang sejak 1989/1990
diikuti 10 industri, namun sejak
tahun 2005
sampai sekarang diikuti 8 industri
dikarenakan satu industri pindah lokasi dan satu industri lagi tidak produksi/ ditutup.
Adapun delapan industri yang terkait program kali bersih di DAS Kaligarang meliputi
PT. Raja Besi, PT. Alam Daya Sakti, PT. ISTW, PT. Kimia Farma,
PT. Semarang
Makmur, PT. Damaitex, PT. Sinar Panca Jaya dan PT. Phapros (BLH Jawa Tengah
2009). Kaligarang letaknya memanjang di sebelah barat kota Semarang, hulunya berada
di gunung Ungaran dan hilirnya menyatu dengan sungai banjir kanal barat kota
Semarang. Sungai tersebut di daerah Pegandan, tepatnya di Tugu Soeharto, bertemu
dengan aliran sungai Kreo dan sungai Kripik. Badan Lingkungan Hidup Jawa Tengah
(2010) dalam penelitiannya menemukan adanya kandungan logam berat Timbal dan
Kadmium pada sedimen aliran sungai Kreo dari TPA Jatibarang Semarang, sehingga
sangat dimungkinkan logam-logam berat tersebut sampai di aliran sungai Kaligarang
dan mencemari air sungai tersebut.
Rapat kerja Menteri Negara KLH bekerjasama dengan departemen Dalam
Negeri tanggal 14-15 Juni 1989 menetapkan Kaligarang sebagai salah satu sungai yang
termasuk prioritas sasaran Program Kali Bersih (PROKASIH) di Propinsi Jawa tengah,
disamping sungai Bengawan Solo. Dalam rangka penurunan beban pencemaran limbah
industri dan rumah tangga diperairan telah dirumuskan langkah tindak pencegahannya,
sehingga melalui SK Gubernur KDH Tk. I Jawa Tengah No. 660.I/37/1989 tanggal
10 Agustus 1989, telah dibentuk tim Pelaksanaan Program Kali Bersih (PROKASIH)
untuk Kaligarang, dan berdasarkan SK Gubernur No. 660.I/28/1990 Kaligarang
diperuntukan sebagai sungai golongan B (air baku air minum) yang merupakan salah
satu pendukung utama sumber air PDAM Semarang.
Sungai Kaligarang airnya digunakan sebagai sumber air baku untuk air minum
Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) kota Semarang, dan sebelum masuk di tempat
penjernihan air PDAM juga di gunakan untuk pertanian, rumah tangga dan industri.
Kaligarang memberikan suplai air dominan bagi kota Semarang. Penduduk di sekitar
sungai, terutama daerah hilir banyak yang memanfaatkan sebagai tempat untuk mencari
ikan untuk lauk pauk sehari-hari maupun untuk di perjual belikan. Sementara itu
sebagian penduduk saat ini tidak mau menggunakannya lagi untuk air minum, karena
mereka takut terkena dampak toksisitas logam berat; mereka memilih menggunakan air
kemasan untuk keperluan minum maupun memasak (BLHD Kota Semarang 2010).
Lingkungan sekitar Kaligarang, banyak digunakan untuk kegiatan industri
antara lain industri tekstil, bahan kimia, galvanisasi, dan pabrik baja, yang kesemuanya
berpotensi menghasilkan limbah Cd, Pb dan Hg. Industri-industri tersebut membuang
limbahnya ke sungai Kaligarang, sehingga terjadilah kenaikan konsentrasi substansia
logam berat Cd, Pb dan Hg dibadan perairan, dan memungkinkan dapat tercapainya
tingkat konsentrasi toksik bagi kehidupan akuatik; sehingga berpotensi sebagai polutan
berbahaya (Badan Lingkungan Hidup Jateng 2010, Choirudin dan Indrajid 2007).
Pencemaran Cd, Pb dan Hg di Kaligarang berdasarkan laporan penelitian yang sudah
dilakukan, selain berasal dari industri yang ada di sekitar sungai, juga berasal dari
limbah domestik dan dari TPA Jatibarang. Industri-industri tersebut membuang
limbahnya ke Kaligarang, sehingga air sungai mengandung Cd,Pb maupun Hg dan
biota sungai (ikan, kerang) mengakumulasikan ketiga logam berat tersebut. Sedangkan
menurut penelitian Badan Lingkungan Hidup Jawa Tengah (2010) dikatakan pula
bahwa air Kaligarang mengandung logam berat Cd, Pb dan Hg meskipun masih
memenuhi Baku Mutu. Berdasarkan Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor
82 Tahun 2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air,
Baku Mutu Cd, Pb dan Hg untuk air kelas I, yakni air peruntukannya sebagai air baku
air minum, berturut-turut sebesar 0,01 mg/L, 0,03 mg/L dan 0,001 mg/L.
Kartini dan Danusaputro (2005) mengemukakan bahwa air Kaligarang
mengandung logam berat. Berbagai jenis logam berat, seperti Besi (Fe), Kadmium
(Cd), Timbal (Pb), Nikel (Ni), Tembaga (Cu) dan Merkuri (Hg) ditemukan dalam
kuantitas yang bervariasi pada semua jenis sampel air yang diambil, meskipun tidak
semua keberadaan logam berat melebihi Baku Mutu. Namun demikian keberadaan
logam berat dikhawatirkan sewaktu-waktu dapat melebihi nilai Baku Mutu, karena
kontribusi limbah masyarakat dan industri yang dibuang setiap harinya relatif tinggi.
Kondisi tersebut diperparah dengan fakta bahwa intensitas kandungan logam berat
dapat meningkat akibat proses akumulasi dan sulit untuk didegradasi secara alami.
Terlebih dalam lima tahun terakhir tercatat
pencemaran air di kota Semarang
meningkat sebesar 10% setiap tahun sedangkan penanganan sampah hanya meningkat
rata-rata 1% setiap tahunnya (BLHD Kota Semarang 2010).
Pencemaran logam berat pada air sungai Kaligarang yang berpotensi tinggi
memerlukan penanganan yang serius dari semua pihak, seawal mungkin sebelum
pencemarannya melebihi nilai Baku Mutu. Sistem deteksi agen pencemar air dapat
menjadi penanda awal terjadinya pencemaran di aliran sungai. Berbagai sistem deteksi
pun telah menunjukkan keberadaan maupun kuantitas agen pencemaran air dalam
badan air. Namun penggunaan biomarker sebagai alat deteksi dini tingkat molekuler
untuk monitoring lingkungan perairan yang terkontaminasi/tercemar logam berat yang
konsentrasinya masih dibawah Baku Mutu; belum diterapkan dalam penanganan
pencemaran air oleh logam berat.
Penggunaan penanda biologis/biomarker, diperlukan untuk mendeteksi sekaligus
memantau keberadaan logam berat dalam badan air. Di samping itu, penggunaan
penanda biologis mampu memberikan data intensitas logam berat yang terserap oleh
sampel organisme serta toksisitas dan gangguan yang ditimbulkan pada sistem biologis
pada kadar tertentu. Dengan kajian biomarker, pencemaran di perairan dapat
dikendalikan sejak agen pencemar di perairan konsentrasinya masih rendah/masih
memenuhi Baku Mutu, sehingga pencemaran yang terjadi di tingkat ekosistem dapat
dicegah, karena pada tingkat sub seluler sudah ada sinyal peringatan dini terjadinya
gejala pencemaran. Dengan demikian pencemaran sudah bisa ditanggulangi sejak
tingkat sub seluler, sehingga tidak menimbulkan pencemaran pada tingkat ekosistem
seperti yang terjadi di berbagai perairan saat ini.
Biomarker didefinisikan sebagai respon biologis terhadap pencemaran
lingkungan, yang memberikan besarnya konsentrasi pajanan dan pengaruh toksik bahan
pencemar. Biomarker merupakan akhir dari uji ekotoksikologi yang menujukkan efek
subkronik pada organisme hidup. Salah satu fungsi dari biomarker adalah sebagai tanda
peringatan dini adanya pajanan senyawa toksik; dan sebagai respon dini pada tingkat
sub seluler (molekuler, biokimia dan fisiologi) reaksi awal sebelum respon terjadi pada
tingkatan organisasi makhluk hidup/spektrum biologi yang lebih tinggi Hanson (2008),
Viarenggo, Lowe, Bolognesi, Fabbri (2007), Withgott and Brennan (2007), Klassen
(2001), Tugiyono, Nurcahyani, Supriyanto and Hadi (2011). Penemuan biomarker
sebagai alat deteksi pencemaran dini untuk monitoring lingkungan perairan yang
terkontaminasi logam berat merupakan sumbangan bioteknologi bagi pemerintah dalam
menentukan kebijakan pengelolaan dan pengendalian pencemaran di perairan terbuka
(sungai, laut, tambak). Selain itu dapat pula dimanfaatkan untuk monitoring dan
evaluasi pengolahan limbah pada berbagai IPAL industri yang mengandung logam berat
Cd, Pb maupun Hg.
Penanda biologis atau Biomarker pada ikan dapat berfungsi sebagai alat yang
berguna untuk mengevaluasi beban pencemaran di lingkungan perairan dan
memberikan sinyal peringatan dini yang berhubungan dengan ancaman lingkungan
yang ditimbulkan. Penanda biologis didefinisikan sebagai pengukuran spesifik yang
merefleksikan adanya interaksi biologis dengan agen lingkungan misalnya Kadmium
(Cd), Timbal (Pb) maupun Merkuri (Hg). Penanda biologis, selain digunakan sebagai
peringatan dini, biasa pula digunakan untuk analisis resiko di bidang kesehatan
lingkungan. Penggunaan biomarker untuk monitoring lingkungan merupakan sebuah
metode yang memanfaatkan analisis kimia seperti halnya bioindikator. Biomarker
adalah respon-respon yang diukur pada tingkat individu, yang berkisar dari pengukuran
enzim dan metabolisme xenobiotic pada indek organ dan kondisi keseluruhan (Katzung
2007, Kostnett 2007, Plaa 2007). Monitoring lingkungan perairan dengan biomarker
dapat dilakukan dengan berbagai kelompok organisme, tetapi yang paling umum adalah
remis dan ikan (Viarenggo, Lowe, Bolognesi, Fabbri (2007), Hanson (2008), Tugiyono,
Nurcahyani, Supriyanto dan Kurniati (2009).
Ikan mas merupakan ikan standar internasional uji toksisitas, sedangkan ikan
nila dalam klasifikasi hewan termasuk satu kelas dengan ikan mas. Oleh karena itu
kedua jenis ikan tersebut diduga mempunyai respon yang hampir sama terhadap
senyawa toksik, sehingga protein pengikat logam berat (thionein) yang dimiliki oleh
kedua jenis ikan tersebut masing-masing dapat berikatan dengan logam berat
membentuk metallothionein yang dapat digunakan sebagai biomarker pencemaran
logam berat (Cd, Pb dan Hg) di perairan. Metallothionein (MT) merupakan polipeptida
yang memiliki banyak ikatan cystein (cys) yang disandikan oleh gen, mempunyai berat
molekul rendah, dan berfungsi sebagai peptida pengikat logam (metal binding
peptides). Sebagai konsekuensi dari banyaknya kandungan asam amino Cys maka
protein ini mengandung kelompok thiol (sulfidril, -SH) dalam jumlah yang besar;
kelompok thiol ini mengikat logam berat dengan sangat kuat dan efisien, termasuk zink,
Merkuri, Tembaga, dan Kadmium Zattta (2008), Filipic, Fathur dan Vuldrag (2006).
Kadmium (Cd), Timbal (Pb) dan Merkuri (Hg) yang diserap tubuh akan diikat
oleh protein dengan berat molekul rendah yang disebut thionein membentuk gugus
kompleks protein-logam dengan nama metallothionein yang disintesis dalam hati.
Metallothionein ini dipindahkan ke ginjal melalui peredaran darah. Pengikatan logam
berat membentuk metallothionein tersebut diyakini sebagai mekanisme untuk
pertahanan dan perlindungan yang mencegah logam tersebut mempengaruhi protein
protein penting dalam proses metabolisme tubuh (Katzung 2007, Kostnett 2007, Plaa
2007, Soemirat 2005, Donatus 2001, Klaassen 2001). Selanjutnya juga dikatakan bahwa
Cd, Pb dan Hg yang masuk ke dalam tubuh ikan akan ditransportasikan ke seluruh
tubuh melalui aliran darah. Seluruh organ tubuh menyerap Cd, Pb dan Hg, namun
konsentrasi tertinggi terdapat pada hati dan ginjal. Setelah pemaparan dalam kadar
rendah dengan waktu yang lama Cd diakumulasikan di otot/daging ikan tersebut.
Ratningsih (2008), mengemukakan bahwa Ikan mas (Cyprinus carpio L.),
dapat menunjukkan reaksi terhadap perubahan fisik air maupun terhadap adanya
senyawa pencemar yang terlarut dalam batas konsentrasi tertentu. Selain itu
ikan
tersebut berperan penting dalam rantai makanan dan peka terhadap berbagai jenis zat
pencemar pada perairan tawar. Dengan demikian dapat memberikan kemudahan untuk
mengetahui adanya pajanan logam berat pada air sungai maupun yang terakumulasi
pada tubuh ikan (Krizkova, Zitka, Adam dan Beklova 2007, Ekpo, Amayo dan Jegede
2008).
Ikan mas (Cyprinus carpio L.) dan nila (Oreochromis niloticus L.) merupakan
ikan budidaya air tawar. Kedua jenis ikan tersebut hidup bebas di Kaligarang maupun
dibudidayakan di Balai Benih Ikan (BBI) Ungaran. Sementara itu pengembangan
berbagai aktivitas industri yang menggunakan logam berat Cd, Pb dan Hg,
menyebabkan unsur ini secara langsung maupun tidak langsung mencemari lingkungan
perairan sungai tempat kehidupan ikan tersebut. Hal ini dikhawatirkan kadar logam
berat meningkat terus seiring waktu dan akan mencapai konsentrasi toksik sehingga
mengakibatkan ikan di sungai keracunan logam berat (Cd, Pb, Hg) serta akibat yang
lebih parah menimpa manusia yang mengkonsumsi ikan tersebut. Sehubungan dengan
hal tersebut, maka monitoring pencemaran limbah Cd, Pb dan Hg di lingkungan
perairan sungai perlu dilakukan, agar lingkungan tersebut terjaga kualitasnya, sehingga
dapat mendukung semua kehidupan organisme di dalamnya (Miller 2007, Wisnu 2001).
Air Kaligarang mulai dari segmen I sampai dengan segmen VI sesuai
peruntukkannya termasuk air kelas I, yaitu air yang diperuntukkan sebagai sumber air
baku air minum (Peraturan Gubernur Jawa Tengah Nomor 156 Tahun 2010 tentang
Peruntukan Air dan Pengelolaan Kualitas Air Sungai Garang di Provinsi Jawa Tengah,
Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 82 Tahun 2001 tentang Pengelolaan
Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air). Dengan demikian adanya logam berat
yang terpajan pada air sungai tersebut sangat membahayakan, meskipun dalam
konsentrasi yang sangat rendah. Sedangkan fakta di lapangan menunjukkan bahwa
Kaligarang terkontaminasi logam berat. Maka diperlukan alat deteksi dini logam berat
sebagai penanda dini pencemaran logam berat. Sementara itu di lapangan belum
ditemukan penanda biologis (biomarker) sebagai alat deteksi dini tersebut. Sistem
deteksi agen pencemar air dapat menjadi penanda awal terjadinya pencemaran di aliran
sungai. Berbagai sistem deteksi pun telah menunjukkan keberadaan maupun kuantitas
agen pencemaran air dalam badan air. Namun penggunaan biomarker sebagai alat
deteksi dini tingkat molekuler untuk monitoring perairan yang terkontaminasi logam
berat belum diterapkan dalam penanganan pencemaran air oleh logam berat.
Berdasarkan hal-hal tersebut maka penelitian disertasi ini akan mengkaji
biomarker pencemaran logam berat di perairan. Kajian biomarker pada disertasi ini
sangat diperlukan untuk menemukan biomarker yang sesuai sebagai alat deteksi dini
untuk monitoring pencemaran logam berat di perairan, sehingga air yang ada di
ekosistem perairan tersebut dapat ditetapkan peruntukkannya/kelasnya, sebagaimana
yang ditetapkan pada Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 82 Tahun 2001.
Selain itu dengan menggunakan biomarker sebagai alat deteksi dini memungkinkan
logam berat di perairan terdeteksi sejak konsentrasinya masih rendah sehingga
memudahkan pihak-pihak terkait dalam melakukan pengelolaan kualitas air, maupun
melakukan pencegahan pencemaran air. Biomarker pada ikan sebagai alat monitoring
pencemaran logam berat Cd, Pb dan Hg di perairan sudah saatnya untuk digunakan
dalam pengelolaan kualitas air di Indonesia. Sebagaimana pendapat Viarenggo, Lowe,
Bolognesi, Fabbri (2007), Hanson (2008), Larsson, Forlin, Grahn, Landner (2000) dan
Sandstrom, Larsson, Andersson, Appelberg (2005) bahwa penggunaan biomarker/
penanda biologis; sebagai respon biologis tingkat molekuler dari efek logam berat
terhadap kehidupan biota akuatik, khususnya ikan sebagai alat monitoring pencemaran
lingkungan perairan sudah saatnya digunakan sebagai upaya pencegahan pencemaran
air. Alat monitoring logam berat yang ditemukan dapat dijadikan sebagai salah satu
alternatif alat monitoring dalam pelaksanaan Program Kali Bersih untuk melakukan
pemantauan dan deteksi dini logam berat di perairan; sehinggga perairan dapat
ditentukan kelasnya sesuai dengan peruntukkannya. Pelaksanaan PROKASIH sudah
saatnya juga memantau keberadaan logam berat di perairan.
B. Perumusan Masalah
Pengembangan berbagai aktifitas industri di sekitar Kaligarang yang
menggunakan logam berat Cd, Pb dan Hg menyebabkan unsur ini mencemari air
sungai, meskipun kadar polutannya masih memenuhi Baku Mutu. Akibatnya ikan yang
ada di perairan tersebut mengakumulasikan Cd, Pb dan Hg, dan dalam jangka panjang
akibat yang lebih parah dapat dialami ikan-ikan tersebut, yaitu berupa keracunan
kronik. Kadmium, Timbal dan Merkuri bersifat toksik, karsinogenik, bioakumulatif
dan biomagnifikasi (Withgott and Brennan 2007, Miller 2007, Plaa 2007, Kosnett 2007,
Soemirat 2005).
Kaligarang segmen VI, tempat berlangsungnya penelitian sesuai peruntukkannya
termasuk air kelas I, yaitu air yang diperuntukkan sebagai sumber air baku air minum
(Peraturan Gubernur Jawa Tengah Nomor 156 Tahun 2010 tentang Peruntukan Air dan
Pengelolaan Kualitas Air sungai Garang di Provinsi Jawa Tengah). Dengan demikian
adanya logam berat yang mencemari air sungai tersebut sangat membahayakan;
meskipun dalam konsentrasi yang sangat rendah, karena bersama air minum logam berat
akan terakumulasi sedikit demi sedikit pada tubuh sehingga dapat mencapai tingkat
konsentrasi toksik. Fakta di lapangan menunjukkan bahwa lokasi penelitian di Kaligarang
terkontaminasi logam berat Cd, Pb dan Hg masing-masing sebesar 0,006 ± 0,001 mg/L,
0,01 ± 0,005 mg/L dan 0,0006 ± 0,0001 mg/L; sedangkan Baku Mutu Cd, Pb dan Hg
pada air kelas I masing-masing sebesar 0,01 mg/L, 0,3 mg/L dan 0,001 mg/L. Maka
diperlukan alat monitoring logam berat sebagai penanda biologis pencemaran logam
berat. Sementara itu di lapangan belum ditemukan penanda biologis (biomarker)
sebagai alat deteksi dini dalam kegiatan monitoring tersebut. Sistem deteksi agen
pencemar air dapat menjadi penanda awal terjadinya pencemaran di aliran sungai.
Berbagai sistem deteksi pun telah menunjukkan keberadaan maupun kuantitas agen
pencemaran air dalam badan air. Namun penggunaan biomarker sebagai alat deteksi
dini tingkat molekuler, belum diterapkan dalam monitoring penanganan pencemaran
air oleh logam berat.
Kajian biomarker pada disertasi ini bertujuan untuk menemukan biomarker yang
sesuai sebagai alat monitoring ; untuk deteksi dini pencemaran logam berat di perairan
sehingga perairan dapat dipantau ada tidaknya logam berat sekalipun konsentrasinya
masih sangat rendah, sehingga air sungai tersebut dapat ditetapkan peruntukkannya/
kelasnya, sebagaimana yang ditetapkan pada Peraturan Pemerintah Republik Indonesia
Nomor 82 Tahun 2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran
Air. Selain itu dengan terdeteksi saat konsentrasinya masih rendah akan memudahkan
pengelolaan lebih lanjut, sehingga pencemaran logam berat dapat dicegah. Maka dari
itu penelitian disertasi ini akan mengkaji tentang biomarker pada ikan sebagai alat
monitoring pencemaran logam berat Cd, Pb dan Hg di perairan Kaligarang Semarang.
Penggunaan penanda biologis/biomarker, diperlukan untuk mendeteksi sekaligus
memantau keberadaan logam berat dalam badan air.Di samping itu, penggunaan
penanda biologis mampu memberikan data intensitas logam berat yang terserap oleh
sampel organisme serta toksisitas dan gangguan yang ditimbulkan pada sistem biologis
pada kadar tertentu. Dengan kajian biomarker, pencemaran bisa dikendalikan secara
preventif, sehingga pencemaran yang terjadi di tingkat ekosistem dapat dicegah, karena
pada tingkat sub seluler sudah ada sinyal peringatan dini terjadinya gejala pencemaran.
Dengan demikian pencemaran sudah bisa diketahui sejak tingkat sub seluler, sehingga
tidak menimbulkan pencemaran pada tingkat ekosistem seperti yang terjadi di berbagai
tempat saat ini.
Biomarker merupakan respon dini tingkat molekuler, reaksi awal sebelum
respon terjadi pada tingkatan organisasi makhluk hidup/spektrum biologi yang lebih
tinggi. Penemuan biomarker sebagai alat deteksi pencemaran dini dalam monitoring
lingkungan, merupakan sumbangan bioteknologi bagi pemerintah dalam menentukan
kebijakan pengelolaan dan pengendalian pencemaran di perairan sungai. Selain itu bisa
pula dimanfaatkan untuk monitoring dan evaluasi pengolahan limbah pada berbagai
IPAL industri yang limbahnya mengandung logam berat Cd, Pb maupun Hg.
Biomarker pada ikan sebagai alat monitoring dapat diaplikasikan di lapangan untuk
monitoring logam berat di perairan dalam kegiatan Program Kali Bersih (PROKASIH);
sehingga perairan dapat ditentukan kelasnya sesuai dengan peruntukkannya.
Beberapa biomarker yang pernah digunakan sebagai penanda biologis adanya
pencemaran antara lain adalah : enzim glutathione reductase (GR), enzim glutathione
S-transferase (GST), enzim katalase, LSI, GSI, EROD, Hematokrit dan Hemoglobin.
Adapun biomarker pada ikan yang akan dikaji
dalam penelitian ini adalah : MT
(Metallothionein), EROD (Ethoxyresorufin-O-Deethylase), LSI (liver Somatic Index),
dan GSI (Gonade Somatic Index).
Berdasarkan identifikasi masalah tersebut maka dapat dirumuskan pertanyaan
penelitian sebagai berikut :
1. Bagaimanakah
kondisi eksisting perairan Kaligarang pada saat penelitian
dilakukan ?
2. Penanda Biologis (biomarker) apakah yang paling sesuai (sensitif, spesifik, early
warning, universal) sebagai alat monitoring pencemaran logam berat (Cd, Pb dan
Hg) di perairan sungai yang kosentrasi logam beratnya masih memenuhi Baku
Mutu air kelas I (Metallothionein, EROD, LSI, ataukah GSI) ?
3. Berapakah konsentrasi terendah Cd,Pb dan Hg dalam hati ikan mas dan nila yang
menginduksi sintesis/munculnya biomarker Metallothionein paling awal ?
4. Biomarker Metallothionein apakah yang disintesis/ muncul paling awal sebagai
biomarker pencemaran Cd, Pb dan Hg
di perairan yang konsentrasi logam
beratnya masih memenuhi nilai Baku Mutu air kelas I (Metallothionein-Cd,
Metallothionein–Pb ataukah Metallothionein-Hg) ?
5. Berapakah nilai BCF yang menyebabkan munculnya biomarker
MT-Cd, MT-Pb
dan MT-Hg paling awal ?
6. Metallothionein pada hati ikan mas atau nila yang lebih sensitif sebagai penanda
biologis pencemaran Cd, Pb dan Hg di perairan sungai yang konsentrasinya masih
memenuhi nilai Baku Mutu air kelas I ?
C. Orisinalitas
Penelitian tentang biomarker tingkat molekuler pada ikan sebagai alat
monitoring pencemaran Cd, Pb dan Hg pada lingkungan perairan sungai
dengan
metode eksperimen lapangan menggunakan Karamba Jaring Apung (KJA) belum
pernah dilakukan. Penelitian terdahulu dilakukan di IPAL industri pabrik gula;
menggunakan ikan nila. Biomarker yang digunakan adalah enzim Sarbitol
Dihidrogenase (SDH), indeks phisiologi seperti Liver Somatic Index (LSI), Gonade
Somatic Index (GSI) dan Condition Factor (CF) serta Indeks histopatologik pada ikan
nila (Tugiyono, Nurcahyani, Supriyanto and Hadi 2011).
Penelitian di luar negeri dilakukan di IPAL, sungai, maupun di lautan; ikan yang
digunakan merupakan ikan yang hidup bebas maupun ikan dari pembenihan, yakni ikan
Perca dan ikan Pelangi. Penelitian terdahulu menggunakan darah untuk melihat
akumulasi Cd, dan mengkaji LSI, GSI, EROD, untuk biomarker/penanda biologis;
sedang pada penelitian ini menggunakan hati ikan nila dan mas untuk mempelajari
biomarker MT, LSI, GSI maupun EROD sebagai alat monitoring. Ikan yang dijadikan
sampel diambil dari Balai Benih Ikan Air Tawar di Ungaran yang kemudian
dipelihara/dibesarkan dalam karamba jaring apung di sungai yang tercemar Cd, Pb dan
Hg, yakni Kaligarang maupun di perairan yang tidak tercemar sebagai kontrol; yakni di
kolam Balai Benih Ikan Ungaran. Penelitian tentang biomarker pada ikan di perairan
Kaligarang maupun perairan sungai di Indonesia belum pernah dilakukan. Demikian
pula penelitian tentang biomarker pada ikan mas, dan nila pada perairan sungai yang
konsentrasi Cd, Pb dan Hg masih memenuhi Baku Mutu air kelas I juga belum ada
laporan penelitiannya. Adapun penelitian terdahulu terkait dengan biomarker, dan
terdapat laporan penelitiannya tersaji pada lampiran 1.
Tugiyono, Nurcahyani, Supriyanto and Hadi (2011) dalam penelitiannya tentang:
Biomonitoring of effects Following Exposure of Fish to Sugar Refinery Effluent;
mengemukakan bahwa ikan nila dapat dijadikan positif kontrol biomarker efektivitas
sistem kerja IPAL PT Gunung Madu Plantation. Penelitian ini dilakukan di kolam aerasi
1,2 stabilisasi dan monitoring. Pada penelitian ini biomarker yang dikaji meliputi
indeks phisiologi, analisis enzim dan histopatologi hepar. Metode penelitian
menggunakan experimental design; dilakukan di IPAL PT. Gunung Madu (Kolam aerasi
1, 2 Stabilitas dan Monitoring). Penelitian ini hasilnya merupakan respon dini pada
tingkat molekuler terhadap kualitas lingkungan.
Respon dini pada tingkat molekuler terhadap kualitas lingkungan, sudah saatnya
dipakai untuk monitoring lingkungan, sehingga secara dini pencemaran lingkungan
dapat dipantau dan dicegah. Langkah preventif dalam upaya pencegahan pencemaran
jauh lebih baik dari pada secara kuratif. Sebagaimana pendapat Hanson (2008) bahwa
salah satu fungsi dari biomarker adalah sebagai tanda peringatan dini dari pengaruh
xenobiotic secara biologis. Respon dini tingkat molekuler terhadap kualitas lingkungan
memberikan peluang untuk melakukan langkah preventif sebagai upaya pencegahan
terjadinya pencemaran lingkungan. Lebih jauh dikatakan bahwa efektivitas pengolahan
limbah cair dapat dimonitor dengan menggunakan biomarker pada tingkat sub seluler
seperti aktivitas enzim Sarbitol Dihidrogenase (SDH), indeks phisiologi seperti Liver
Somatik Index (LSI), Gonade Somatic Index (GSI) dan Condition Factor (CF) serta
Indeks histopatologik (Tugiyono, Nurcahyani, Supriyanto and Hadi 2011).
Penelitian disertasi ini temanya hampir sama dengan penelitian Tugiyono,
Nurcahyani, Supriyanto dan Kurniati (2009) dan Tugiyono, Nurcahyani, Supriyanto
and Hadi (2011). Adapun letak perbedaannya dalam hal biomarker dan jenis ikan yang
dikaji. Pada penelitian disertasi ini dikaji ikan mas dan nila; keduanya merupakan ikan
air tawar, karena perlakuannya dilakukan di sungai Kaligarang, bukan di lautan atau di
air payau. Penelitian Tugiyono, Nurcahyani, Supriyanto dan
Kurniati (2009) dan
Tugiyono, Nurcahyani, Supriyanto and Hadi (2011) dilakukan di IPAL dan hanya
menggunakan ikan Nila. Ikan mas, satu kelas dengan ikan Nila, sehingga protein pada
hati kedua jenis ikan tersebut diduga dapat digunakan sebagai biomarker pencemaran
logam berat Cd, Pb dan Hg dengan sensitivitas yang berbeda. Biomarker yang
digunakan pada penelitian di IPAL Gunung Madu Plantation meliputi: LSI, GSI, CF dan
SDH, sedangkan pada penelitian ini, LSI, GSI, MT dan EROD sebagai biomarker.
Hanson (2008) mengadakan penelitian tentang biomarker di Laut Baltik, Swedia
dengan judul : “Evaluation of Long Term Biomarker Data From Perch (Perca
Fluviatilis) in The Baltic Sea Suggest Increasing Exposure To Environmental
Pollutants”. Metode yang digunakan Experimental Design, menggunakan ikan Perch
(Perch Fluviatilis) yang hidup bebas di laut Baltik Swedia. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa di daerah yang tercemar polutan organik, gonade ikan mengecil,
sehingga Gonade Somatic Index (GSI) menurun, sedangkan aktivitas EROD meningkat.
PAH terbukti merupakan polutan yang menyebabkan menurunnya GSI dan
meningkatnya aktivitas EROD. Terjadi korelasi yang signifikan antara meningkatnya
konsentrasi PAH dengan menurunnya GSI dan meningkatnya aktivitas EROD.
Sedangkan pada disertasi ini mengkaji aktivitas EROD sebagai biomarker pencemaran
logam berat Cd, Pb dan Hg di perairan sungai.
Hanson and Larsson (2008a) dalam penelitiannya tentang: “Experiences from a
Biomarkers Study on Farmed Rainbow Trout, Used for Environmental Monitoring in
Swedish
River”,
mengatakan
bahwa
meningkatnya
aktivitas
EROD
karena
meningkatnya PAH merupakan indikasi bahwa EROD merupakan biomarker yang
memberikan sinyal peringatan dini terhadap pencemaran organik. Sedangkan menurut
Hanson, Guttman dan Larsson (2006) dalam penelitiannya di sungai Gota Alv, Swedia
Barat, tentang:”The effect of different holding conditions for environmental monitoring
with caged Rainbow Trout (Oncorhyncus mykiss)”, ternyata hasil penelitian
menunjukkan bahwa LSI (Liver Somatic Index) membesar, BMI (Body Mass Indeks)
menurun, GST (Glutationin S-Transverase), GR (Glutationine Reduktase) terdapat
melimpah, dan terjadi peningkatan EROD. Experimen dilakukan di lapangan dengan
menggunakan ikan dari petani ikan dan dipelihara di sungai dengan karamba di sungai
yang tercemar DDT dan PCB.
Hanson, Persson and Larsson (2008) melakukan penelitian dengan judul:
“Analyses of Perch (Perca fluvaitilis) Bile Suggest Increasing Exposure to PAH and
Other Pollutants in a Rreference Area on The Swedish Baltic Coast”. Experimen
menggunakan ikan Perca di Laut Baltic Swedia, hasil penelitian menunjukkan bahwa
meningkatnya aktivitas EROD akibat pajanan polutan PAH, dapat digunakan sebagai
biomaker yang memberikan sinyal peringatan dini terhadap pencemaran PAH.
Whitehead, Kuivila, Orlando, Kotelevtsev (2004) melakukan penelitian tentang :
“Genotoxicity In Native Fish Associated With Agricultural Runoff Events”. Penelitian
ini tentang biomarker pada ikan Rainbow trout untuk monitoring limbah Pestisida di
Swedia Barat, experimen di IPAL industri pestisida. Hasil penelitian menunjukkan ikan
di kolam yang tercemar limbah pestisida, GSI mengecil, sedangkan aktivitas EROD
meningkat. Martin and Black (1998) dan Schmitt, Whyte, Roberts, Annis (2007) dalam
penelitiannya tentang Biomarker pada ikan Rainbow trout sebagai biomonitoring
polutan di Wilayah Pertambangan, di Swedia, mengemukakan bahwa di daerah
yang tercemar polutan dari penambangan mas, mengakibatkan aktivitas hepatic
Ethoxyresorufin-O-Deethylase
(EROD)
pada ikan terjadi peningkatan. Experimen
tersebut dilakukan di sungai dekat area
penambangan emas, menggunakan desain
eksperimen.
Penelitian-penelitian yang dilakukan di luar negeri maupun di Indonesia
tersebut, letak perbedaannya dengan penelitian disertasi ini adalah pada jenis ikan yang
digunakan, besarnya konsentrasi polutan, metoda analisis, tempat/lokasi penelitian,
tujuan penelitiannya serta biomarker yang ditemukan. Biomarker metallothionein pada
penelitian ini muncul pada konsentrasi polutan yang sangat rendah (masih memenuhi
nilai baku mutu); sedangkan pada penelitian sebelumnya metallothionein muncul pada
konsentrasi logam berat yang tinggi (melebihi baku mutu air kelas I). Maka temuan
disertasi ini berupa biomarker metallothionein sebagai alat monitoring pencemaran
Cd, Pb dan Hg di perairan, sejak perairan mengalami gejala pencemaran/terjadi
kontaminasi sampai mengalami pencemaran berat. Metallothionein yang ditemukan
bersifat sensitif, spesifik, early warning dan universal. Temuan berikutnya adalah jenis
ikan yang paling sensitif sebagai biomarker pencemaran dini (pencemaran yang kadar
polutannya masih memenuhi nilai Baku Mutu air kelas I) di perairan sungai yang
terpajan logam berat Kadmium, Merkuri dan Timbal secara bersamaan. Selain itu
temuan disertasi ini juga berupa konsentrasi maksimal Baku Mutu Cd, Pb dan Hg pada
perairan kelas I menurut kajian biomarker, yang seyogyanya dipakai sebagai nilai Baku
Mutu Kadmium, Pb dan Hg pada perairan kelas I, yakni perairan yang digunanakan
sebagai sumber air baku air minum.
Dari berbagai penelitian yang di laporkan tadi, dapat diketahui bahwa temuan
disertasi ini belum pernah ditemukan pada penelitian sebelumnya, sehingga
originalitasnya dapat dipertanggungjawabkan. Untuk mempertegas temuan disertasi,
disajikan matrik originalitas karakteristik temuan disertasi ini sebagai berikut.
Tabel 1-A
Matrik Originalitas Karakteristik Temuan Disertasi
Peneliti
Tugiyono, Nurcahyani,
Supriyanto and Hadi
(2011)
Judul
Biomonitoring of effects
Following Exposure of
Fish to Sugar Refinery
Effluent
Lokasi
Penelitian
IPAL pabrik gula
PT. Gunung Madu
Plantation Lampung,
Indonesia
Metode
Penelitian
Eksperimen di IPAL
pabrik gula PT Gunung
Madu (Kolam Aerasi 1,
2, Stabilisasi dan
Monitoring
Hanson,
Forlin, Larsson (2008)
Evaluation of Long Term
Biomarker Data From Perch
(Perca Fluviatilis) in The
Baltic Sea Suggest
Increasing Exposure To
Environmental Pollutants
Laut Baltik Swedia
Eksperimen, menggunakan
ikan Perch yang hidup
bebas di laut Baltik, Swedia,
yang tercemar polutan
organik.(PCB dan PAH)
Chandrasekera, Pathiratne and
Pathiratne (2008)
Nur Kusuma Dewi
(2012)
Effects of water borne Cadmium on
biomarker enzymes and
metallothioneins in Nile tilapia,
Oreochromis niloticus
Biomarker Pada Ikan Sebagai Alat Monitoring
Pencemaran Logam Berat Kadmium, Timbal dan
Merkuri di Perairan Kaligarang Semarang.
Laboratorium Department of Zoology,
Faculty of Science, University of
Kelaniya, Kelaniya Srilanka
1) Sungai Kaligarang bagian hilir (Segmen 6) ,
•
•
•
Eksperimen di laboratorium
Sampel : Ikan nila
Pemeliharaan ikan di dalam
akuarium, pada kelompok
perlakuan mengandung
kadmium (Cd2+) dengan
konsentrasi 0, 0.001, 0.005,
0.01, 0.1 dan 1 mg/L selama 28
hari. Konsentrasi kadmium
yang digunakan adalah
konsentrasi sub lethal.
kurang lebih 200 m dari sumber air baku PDAM
Jl Kelud Raya, Petompon, Gajahmungkur Kota
Semarang, Jawa Tengah, Indonesia, yang
terkontaminasi Cd, Pb dan Hg. (lokasi perlakuan)
2) BBI Ungaran yang tidak terkontaminasi Cd, Pb
dan Hg. (lokasi kontrol)
• Eksperimen di lapangan menggunakan ikan
dari BBI yang dipelihara di KJA dan
Penelitian lapangan menggunakan ikan
yang hidup bebas/asli dari sungai
• Sampel : Ikan nila dan Ikan mas
• Kelompok perlakuan : Sampel Ikan dari BBI
dipelihara di sungai kaligarang menggunakan
Karamba Jaring Apung (KJA). Konsentrasi
logam Cd, Pb dan Hg di sungai Kaligarang
masing-masing 0,006 mg/L, 0,01 mg/L dan
0,0006 mg/L.
•
Kelompok kontrol : Sampel Ikan dari
BBI yang dipelihara di Balai Benih Ikan
Ungaran tanpa logam berat Cd, Pb dan
Hg.
• Biomarker yang
digunakan: Enzim
Sarbitol Dehidogenase,
LSI, GSI, CF dan
indeks histopatologik
• Biomarker yang
digunakan: GSI, dan
EROD
Hasil
Penelitian
• Ikan Nila Efektif
sebagai positif kontrol
untuk Biomarker pada
sistem kerja IPAL
pabrik gula PT
Gunung Madu.
• Enzim Sarbitol
Dehidogenase (SDH)
dapat digunakan
sebagai penanda
biologis pencemaran
limbah pabrik gula
- Berkurangnya indeks
somatic (GSI).
- Gonade pada ikan Perch di
lingkungan yang tercemar
Nampak mengecil.
- Meningkatnya aktivitas
hepatic EthoxyresorufinO-Deethylase (EROD)
Konsentrasi Cd2+ ≤ 0,001 mg/L tidak
memberikan efek terhadap EROD, GST,
ChE dan MT. Sedangkan kadar ≥ 0.1
mg/L Cd2+ secara signifikan
menurunkan aktivitas EROD (41-55%);
dan meningkatkan kadar MT
(metallothionein)
Konsentrasi 1 mg/L Cd2+ menurunkan
aktivitas EROD 24-32% dan ChE 3335%. MT nila meningkat 2-26 kali lipat
sesuai konsentrasi dan lama pajanan.
Pada kelompok perlakuan MT-Cd, MT-Pb dan MTHg muncul, sedang pada kelompok kontrol tidak
muncul. MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg masing-masing
sebagai penanda pencemaran Cd, Pb dan Hg. MT-Cd,
MT-Pb dan MT-Hg masing-masing muncul pada
konsentrasi Cd, Pb dan Hg terendah di hati sebesar
0,00018 mg/kg, 0,00023 mg/kg dan 0,00090 mg/kg
dan konsentrasi Cd, Pb dan Hg di air sungai
masing-masing sebesar 0,006 mg/L , 0,01 mg/L dan
0,0006 mg/L
Karakteristik
Temuan
Enzim Sorbitol
Dehydrogenase (SDH),
indeks phisiologi seperti
Liver Somatic Index
(LSI), Gonade Somatic
Index (GSI) dan
Condition Factor (CF)
serta Indeks
histopatologik pada ikan
nila dapat dijadikan
sebagai biomarker
pencemaran limbah
pabrik gula.
EROD sensitif terhadap
paparan senyawa organik
• EROD dan ChE pada ikan nila
berfungsi sebagai biomarker enzim ;
untuk penanda biologis polutan
organik di perairan
• MT pada Nila tilapia merupakan
biomarker yang sensitif sebagai
penanda biologis adanya tingkat
cemaran kadmium yang tinggi yang
keberadaannya di air akuarium
sebagai polutan tunggal.
Biomarker Metallothionein (MT-Cd, MT-Pb dan MTHg) pada ikan mas dan ikan nila masing-masing
dapat digunakan sebagai penanda biologis
pencemaran Cd, Pb, Hg di perairan mulai
konsentrasi rendah (konsentrasi yang masih sesuai
dengan baku mutu air kelas I), sehingga MT-Cd, MTPb dan MT-Hg masing-masing dapat digunakan
sebagai alat monitoring pencemaran Cd, Pb dan Hg
di perairan, sejak masih berupa gejala pencemaran/
kontaminasi . Metallothionein (MT-Cd, MT-Pb dan
MT-Hg) yang ditemukan bersifat sensitif, spesifik,
early warning, dan universal sebagai alat monitoring
kontaminasi Cd, Pb, Hg yang berada di air sungai
secara bersamaan.
•
Biomarker yang diteliti :
EROD, GST dan ChE dan
MT
• Biomarker yang digunakan untuk mengetahui
adanya pencemaran logam berat : EROD, LSI,
GSI, dan Metallothionein.
Dengan demikian temuan (novelty) disertasi
bidang toksikologi yakni
Lowest
ini
berupa parameter baru di
Induction Concentration
(LIC). Parameter ini
nilainya jauh dibawah nilai ambang batas (NAB) Cd, Pb dan Hg pada ikan sebagai
bahan pangan. Parameter LIC dalam satuan µ/kg sedang NAB dalam satuan mg/kg.
Oleh karena itu sudah saatnya dilakukan revisi pada NAB yang digunakan sekarang
mengacu pada nilai LIC. Lowest induction Concentration (LIC) dapat direkomendasikan
sebagai parameter toksikologi baru sebagai acuan penentuan NAB Cd, Pb dan Hg pada
ikan yang berlaku sekarang. Biomarker Metallothionein (MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg)
sudah dapat disintesis/muncul pada LIC (Lowest Induction Consentration). Logam
berat Cd, Pb dan Hg dalam konsentrasi sangat rendah mampu menginduksi protein
(thionein) membentuk metallothioenein (MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg).
Temuan (novelty) berikutnya dari disertasi ini adalah biomarker Metallothionein
(MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg) pada ikan mas dan ikan nila masing-masing dapat
digunakan sebagai
penanda biologis
pencemaran
Cd, Pb, Hg di perairan mulai
konsentrasi rendah (konsentrasi yang masih sesuai dengan baku mutu air kelas I),
sehingga MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg masing-masing dapat digunakan sebagai alat
monitoring pencemaran Cd, Pb dan Hg
di perairan, sejak masih berupa gejala
pencemaran/kontaminasi. Metallothionein (MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg) yang ditemukan
bersifat sensitif, spesifik, early warning, dan universal sebagai alat monitoring
kontaminasi Cd, Pb, Hg yang berada di air sungai secara bersamaan.
D. Tujuan Penelitian
D.1. Tujuan Umum
Mempelajari biomarker : LSI, GSI, EROD, dan Metallothionein sebagai
penanda biologis tingkat molekuler pencemaran logam berat Cd, Pb dan Hg yang
konsentrasinya di perairan masih memenuhi Baku Mutu air kelas I; sebagai alat
monitoring.
D.2. Tujuan Khusus
1.
Mengevaluasi kondisi eksisting kualitas perairan kaligarang secara deskriptif
pada saat penelitian dilakukan
2.
Menemukan biomarker yang paling sesuai (sensitif, spesifik, early warning dan
universal) sebagai penanda biologis pencemaran logam berat (Cd, Pb dan Hg) di
perairan sungai yang kosentrasi logam beratnya masih memenuhi Baku Mutu air
kelas I (Metallothionein, EROD, LSI, ataukah GSI); sebagai alat monitoring.
3.
Menentukan konsentrasi terendah Cd, Pb dan Hg dalam hati ikan mas dan nila
yang menginduksi sintesis/munculnya biomarker Metallothionein (MT-Cd, MT-Pb
dan MT-Hg) paling awal.
4.
Menemukan biomarker Metallothionein yang disintesis/muncul paling awal
sebagai penanda biologis pencemaran Cd, Pb dan Hg di perairan yang konsentrasi
logam beratnya masih memenuhi Baku Mutu air kelas I (Metallothionein-Cd,
Metallothionein–Pb ataukah Metallothionein-Hg).
5.
Menentukan nilai BCF yang menyebabkan munculnya biomarker MT-Cd, MT-Pb
dan MT-Hg paling awal.
6.
Menentukan Metallothionein yang sensitif sebagai biomarker pencemaran Cd, Pb
dan Hg di perairan sungai dengan konsentrasi masih memenuhi Baku Mutu (MT
ikan mas atau MT ikan nila).
E. Manfaat Penelitian
Metallothionein (MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg) sebagai biomarker yang paling
sesuai untuk penanda biologis pencemaran logam berat (Cd, Pb dan Hg) di perairan
sungai yang konsentrasi polutannya masih memenuhi nilai Baku Mutu air kelas I,
temuan ini dapat dijadikan sebagai penanda biologis yang
sensitif, spesifik, early
warning dan universal yang dapat diaplikasikan di lapangan sebagai alat deteksi dini
dalam monitoring pencemaran Cd, Pb dan Hg di perairan maupun pada ikan, sehingga
dapat ditentukan langkah pengelolaan dan pencegahan pencemaran lingkungan perairan.
Metallothionein sebagai alat monitoring, penerapannya di lapangan dilakukan dengan
menggunakan ikan yang hidup bebas di perairan yang tercemar logam berat. Jenis ikan
yang digunakan tidak harus ikan mas atau nila, namun dapat menggunakan jenis ikan
apapun yang mudah di dapat di perairan tersebut; yang umurnya sudah dewasa/siap
panen; kemudian diambil hatinya dan dilakukan isolasi metallothionein serta analisis
HPLC untuk melihat munculnya MT.
Alat monitoring ini dapat digunakan pada
kegiatan monitoring logam berat di sungai yang dilakukan oleh instansi terkait yang
menangani Program Kali Bersih (PROKASIH) secara nasional
Besarnya konsentrasi Cd, Pb dan Hg di perairan yang menginduksi sintesis/
munculnya biomarker MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg paling awal; hasil penelitian ini
diharapkan dapat dijadikan sebagai masukkan bagi pemerintah/pihak-pihak terkait
sebagai bahan pertimbangan dalam menentukan kebijakan di lapangan, untuk
menetapkan baku mutu logam berat pada air
baku air minum maupun untuk
menetapkan kelas air sesuai peruntukannya sebagaimana yang tercantum dalam
Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 82 Tahun 2001. Perairan yang
mengandung logam berat agar dikategorikan sebagai air kelas II , yakni perairan yang
peruntukannya untuk rekreasi.
Metallothionein yang ditemukan ini juga bermanfaat untuk direkomendasikan
sebagai biomarker yang seyogyanya dipakai sebagai penanda biologis untuk
monitoring pengolahan limbah Cd, Pb dan Hg di IPAL yang mengolah limbah logam
berat Cd, Pb maupun Hg.
Manfaat yang lain adalah memberikan masukkan pada masyarakat bahwa ikan
yang hidup di sungai Kaligarang maupun di perairan lain yang mengandung logam
berat, tidak layak untuk dikonsumsi. Sedangkan air sungai tersebut tidak layak untuk air
minum karena logam berat yang terlarut di air maupun terakumulasi pada tubuh ikan
tadi melalui rantai makanan atau bersama air minum dapat terakumulasi pada tubuh
manusia sehingga mencapai konsentrasi toksik dan membahayakan kesehatan.
Manfaat bagi ilmu pengetahuan adalah memberikan informasi bahwa induksi
sinteisis metallothionein sudah terjadi mulai konsentrasi rendah pada setiap jenis logam
berat baik Cd, Pb maupun Hg yang ketiganya bercampur larut bersama dalam perairan;
sehingga dapat direkomendasikan suatu parameter toksikologi baru yang selama ini
belum pernah ada yakni Lowest Induction Concentration (LIC). Biomarker
metallothionein bersifat sensitif, spesifik, early warning dan universal.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Pencemaran Air
Air merupakan kebutuhan pokok bagi kehidupan manusia dan makhluk hidup
lainnya di bumi ini. Sesuai dengan kegunaannya, air dipakai sebagai air minum, air
untuk mandi dan mencuci, air untuk pengairan pertanian, air untuk kolam perikanan, air
untuk memelihara hewan ternak, air untuk sanitasi dan air untuk transportasi baik
disungai maupun dilaut. Selain itu air juga diperlukan untuk meningkatkan kualitas
hidup manusia, yaitu untuk menunjang kegiatan industri dan teknologi. Kegiatan
industri dan teknolongi tidak dapat terlepas dari kebutuhan akan air. Dalam kegiatan
industri dan teknologi, air digunakan antara lain sebagai air proses, air pendingin, air
ketel uap penggerak turbin, dan air sanitasi (Wardhana 2004, Argawala 2006, Miller
2007).
Pada kegiatan industri dan teknologi, air yang telah digunakan (air limbah
industri) tidak diperbolehkan langsung dibuang ke lingkungan karena dapat menyebabkan pencemaran. Air tersebut harus diolah terlebih dahulu agar kualitasnya sesuai
dengan Baku Mutu air yang telah ditetapkan. Dengan demikian air limbah industri harus
mengalami proses daur ulang sehingga dapat digunakan lagi atau dibuang kembali ke
lingkungan tanpa menyebabkan pecemaran. Proses daur ulang air limbah industri atau
Water Treatment Recycle Process adalah salah satu syarat yang harus dilakukan oleh
industri yang berwawasan lingkungan (Argawala 2006, Miller 2007, Withgott and
Brennan 2007, Wardhana 2004).
Dengan demikian apabila semua kegiatan industri dan teknologi memperhatikan
dan melaksanakan pengolahan air limbah industri sesuai ketentuan dan masyarakat
umum juga tidak membuang limbah secara sembarangan maka masalah pencemaran air
sebenarnya tidak perlu dikhawatirkan. Namun dalam kenyataannya masih banyak
industri atau suatu pusat kegiatan kerja yang membuang limbahnya ke lingkungan
melalui sungai, danau atau langsung ke laut. Pembuangan air limbah secara langsung ke
lingkungan perairan inilah yang menjadi penyebab utama terjadinya pencemaran air
(Argawala 2006, Withgott and Brennan 2007, Miller 2007, Wardhana 2004).
Undang-Undang Republik Indonesia Nomor 32 tahun 2009 tentang Perlindungan
dan Pengelolaan Lingkungan Hidup, pasal 1 ayat 14 menyebutkan bahwa pencemaran
adalah masuk atau dimasukannya makluk hidup, zat,energi, dan/atau komponen lain ke
dalam lingkungan hidup oleh kegiatan manusia sehingga melampaui Baku Mutu
lingkungan hidup yang telah ditetapkan.
Adapun untuk menentukan bahwa suatu perairan tidak sesuai lagi dengan
peruntukkannya, ditetapkan standar yang disebut Baku Mutu untuk air sungai. Baku
Mutu adalah ukuran batas atau kadar makluk hidup, zat, energi atau komponen yang
ada atau harus ada dan atau unsur pencemar yang ditengang keberdaanya dalam air.
Berdasarkan Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 82 Tahun 2001 tentang
Pengelolaan Kualitas Air Dan Pengendalian Pencemaran Air, klasifikasi mutu air
digolongkan ke dalam 4 kelas sesuai peruntukkannya yakni sebagai berikut :
a. Air kelas I, air yang peruntukkannya dapat digunakan untuk air baku air minum dan
atau peruntukkan lain yang mempersyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan
tersebut.
b. Air kelas II, air yang peruntukkannya dapat digunakan untuk prasarana/sarana
rekreasi air, pembudidayaan ikan air tawar, peternakan, air untuk mengairi
pertanaman, dan atau peruntukkan lain yang mempersyaratkan mutu air yang sama
dengan kegunaan tersebut.
c. Air Kelas III, air yang peruntukkannya dapat digunakan untuk pembudidayaan ikan
air tawar, peternakan, air untuk mengairi pertanaman, dan atau peruntukkan lain
yang mempersyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut.
d. Air kelas IV, air yang peruntukkannya dapat digunakan untuk mengairi pertanaman
dan atau peruntukkan lain yang mempersyaratkan mutu air yang sama dengan
kegunaan tersebut.
B. Biondikator Pencemaran Air
Indikator atau tanda bahwa air lingkungan telah tercemar adalah adanya perubahan
atau tanda yang dapat diamati melalui adanya perubahan suhu air, adanya perubahan
pH atau konsentrasi ion Hidrogen, adanya perubahan warna, bau dan rasa air,
timbulnya endapan, koloidal, bahan terlarut, adanya mikroorganisme dan meningkatnya
radioaktivitas air lingkungan. Adanya tanda atau perubahan tersebut menunjukkan
bahwa air telah tercemar. Klaassen (2001), Wardhana (2004) dan Miller (2007),
mengemukakan bahwa organisme yang keadaannya dapat memberikan respon
perubahan yang diakibatkan perubahan lingkungan disebut sebagai indikator biologi
(bioindikator).
Bioindikator yang ada pada jalur air dan mungkin akan sampai pada manusia
adalah: Phytoplankton, zooplankton, kerang, udang dan ikan. Menurut Conell (2001),
Withgott and Brennan (2007) pernyataan spesies indikator telah digunakan dalam cara
yang berbeda, yakni: pertama untuk memberikan spesies tertentu yang diadaptasikan
secara selektif terhadap suatu keadaan pencemaran tertentu, misalnya daerah tercemar
berat dan daerah bersih. Dengan demikian adanya spesies tertentu ini dapat digunakan
untuk mencirikan adanya keadaan pencemaran, sehingga disebut spesies indikator
ekologis. Kedua adalah organisme yang mengakumulasikan bahan kimia yang berada
dalam lingkungan. Analisis kimia spesies ini kemudian mencirikan adanya zat kimia
dalam lingkungan secara lebih efektif dari pada analisis suatu sampel lingkungan,
misalnya air, sehingga disebut spesies monitor kimiawi.
Plaa (2007) dan Argawala (2006) mengatakan bahwa dalam memonitor
pencemaran logam, analisis biota air sangat penting artinya daripada analisis air itu
sendiri, karena kandungan logam berat dalam biota air biasanya akan bertambah dari
waktu ke waktu karena sifat logam yang bioakumulasi dan biomagnifikasi sehingga
biota air sangat baik digunakan sebagai indikator biologi (bioindikator) adanya
pencemaran logam berat di perairan.
Hellawell (2000) dan Klaassen (2001) mengemukakan sifat-sifat yang harus
dimiliki oleh suatu organisme yang dapat digunakan sebagai bioindikator pencemaran
logam di perairan, adalah sebagai berikut :
1. Spesies-spesies harus mengakumulasikan polutan tanpa mengakibatkan kematian
pada konsentrasi yang terpajan dalam lingkungannya
2. Semua individu-individu dari spesies indikator harus menunjukkan korelasi
sederhana yang sama antara kandungan residu mereka dan konsentrasi polutan ratarata dalam air disekelilingnya, atau lapisan-lapaisan (endapan) dasar makanan atau
semua lokasi.
3. Organisme harus menetap untuk memastikan bahwa temuan dapat mencirikan
daerah yang dipelajari.
4. Spesies-spesies yang hidupnya lama lebih diinginkan karena mereka memungkinkan diambil sampel untuk beberapa tahun jika diperlukan.
5. Spesies harus terdapat banyak sekali sepanjang area studi dan lebih disukai
yang mempunyai distribusi tersebar luas untuk memudahkan perbandingan diantara
area-area.
6. Spesies-spesies harus mempunyai ukuran yang cukup sehingga memberikan
jaringan-jaringan yang memadai untuk dianalisis. Sifat ini menolong dalam hal
pembedahan bila dilakukan study akumulasi dalam organ-organ khusus.
7. Spesies-spesies harus mudah diperoleh dan kuat untuk sampai di laboratorium.
Ikan merupakan organisme yang memiliki sifat-sifat tersebut, oleh karena itu
ikan merupakan organisme perairan yang sangat representatif untuk menduga
pencemaran perairan. Ikan merupakan bioindikator yang baik untuk pencemaran logam
berat di perairan. Kekhawatiran utama terhadap beberapa logam berat adalah
pengaruhnya yang bersifat akumulatif. Pemajanan berulang-ulang pada kadar yang
rendah dapat terakumulasi pada jaringan ikan dengan kadar yang jauh lebih tinggi (Plaa,
2007). Disamping kemampuan untuk mengakumulasikan, peningkatan kadar zat toksik
dalam tubuh
organisme meningkat
pada tingkat
tropik yang
lebih
tinggi
(biomagnifikasi) (Kostnet, 2007, Klaassen 2001, Katzung 2007).
C. Biomarker/Penanda Biologis pada Ikan Sebagai Alat Monitoring
Kualitas lingkungan perairan dapat diketahui berdasarkan perubahan dalam
sistem atau parameter biologi yang terpilih, pendekatan ini dikenal dengan istilah
biomonitoring. Biomonitoring adalah cabang dari monitoring lingkungan yang mengacu
pada penggunaan organisme hidup, yang digunakan sebagai pendugaan residu bahan
pencemar dalam jaringan organisme sampai pendugaan akhir pengaruh biologi spesifik.
Bentuk atau tipe biomonitoring dapat dikembangkan berdasarkan perubahan
karakteristik secara biokimia, phisiologi, morphologi atau tingkah laku organisme,
disamping berdasarkan cara konvensional seperti struktur komunitas yang meliputi
kemelimpahan dan indeks keanekaragaman (Viarenggo, Lowe, Bolognesi, Fabbri 2007,
Wardhana 2004, Klaassen 2001).
Konsep yang terbaru dalam biomonitoring dikenal dengan istilah biomarker.
Biomarker di definisikan sebagai respon secara biologi terhadap pencemaran
lingkungan yang memberikan besarnya pajanan dan pengaruh toksik bahan pencemar.
Biomarker merupakan akhir dari uji ekotoksikologi yang menunjukkan efek pada
organisme hidup. Salah satu fungsi dari biomarker adalah sebagai tanda peringatan dini,
dari pengaruh secara biologi; dan biomarker dipercaya sebagai respon pada sub seluler
(molekuler, biokimia dan phisiologi) reaksi awal sebelum respon terjadi pada tingkatan
organisasi makhluk hidup/spektrum biologi yang lebih tinggi (Hanson, Forlin, Larsson
2008).
Penanda biologis atau biomarker di dalam ikan dapat berfungsi sebagai alat yang
berguna untuk mengevaluasi beban pencemaran di lingkungan perairan dan menerima
sinyal peringatan dini yang berhubungan dengan ancaman lingkungan yang baru.
Penanda biologis didefinisikan sebagai pengukuran spesifik yang merefleksikan
adanya interaksi biologis dengan agen lingkungan misalnya Cd, Pb maupun Hg;
Penanda biologis biasa digunakan untuk analisis resiko di bidang kesehatan lingkungan
(Henna Rya Sunoko, 2007).
Penggunaan biomarker untuk monitoring lingkungan
merupakan sebuah metode yang memanfaatkan analisis kimia seperti halnya
bioindikator. Biomarker adalah respon-respon yang diukur pada tingkat individu, yang
berkisar dari pengukuran enzim dan metabolisme xenobiotic pada indek organ dan
kondisi keseluruhan. Monitoring lingkungan perairan dengan biomarker dapat
dilakukan dengan berbagai kelompok organisme, tetapi yang paling umum adalah remis
dan ikan Viarenggo, Lowe, Bolognesi, Fabbri (2007), Plaa 2007).
Biomarker pada ikan telah digunakan untuk meneliti wilayah tercemar di luar
negeri sejak tahun 1970. Adapun contoh-contoh sumber polusi yang diteliti adalah
pabrik bubur kayu/pulp mils Larsson, Forlin, Lindesjoo, Sandstrom (2002), Larsson,
Forlin, Grahn, Landner (2000), penanganan limbah kotoran Jessica, Robert, Frederic,
Arnaud (2007), wilayah pertambangan Schmitt, Whyte, Roberts, Annis (2007), pestisida
yang mencemari tanah pertanian Whitehead, Kuivila, Orlando, Kotelevtsev (2004) dan
polusi dari wilayah perkotaan Hanson, Gutman, Larsson (2006), Linderoth, Hansson,
Liewenborg, Sundberg (2006), Webb, Gagnon, Rose (2005). Kebanyakan kontaminan
pada akhirnya berujung di air, maka lingkungan air menjadi perhatian tertinggi di dalam
monitoring lingkungan (Viarenggo, Lowe, Bolognesi, Fabbri 2007). Penelitian tentang
biomarker sebagaimana disebutkan tadi, menggunakan ikan Rainbow trout/ikan pelangi.
Adapun biomarker yang pernah digunakan dan interpretasinya disajikan dalam
Tabel 1-B halaman berikut ini; Larsson, Forlin, Grahn, Landner (2000) dan Sandstrom,
Larsson, Andersson, Appelberg (2005).
Tabel 1-B
Biomarker dan Interpretasinya
No
Biomarker
Interpretasi
1
Faktor kondisi (CF) dan indeks
massa tubuh (BMI)
Gangguan metabolisme dan status pemberian makanan
2
Liver Somatic Index (LSI)
Mencerminkan status metabolisme. Ukuran hati yang
semakin besar menunjukkan aktifitas metabolisme yang
tinggi. Ukuran hati yang kecil dapat disebabkan oleh
kekurangan makanan
3
Gonade Somatic Index (GSI)
GSI yang turun (kecil) menunjukkan kesuburan yang
rendah, mungkin disebabkan oleh berkurangnya alokasi
energi untuk reproduksi.
4
Ethoxyresorufin-O-deethylase
(EROD)
Mengukur aktifitas detoksifikasi. EROD yang
meningkat meunjukkan adanya pajanan polutan organik
5
Glutathione reductase (GR),
Glutathione S-transferase
(GST) dan catalase
Enzim antioksidan yang menunjukkan tekanan oksidatif
dan pajanan terhadap radikal oksigen.
6
Metabolit PAH di dalam
insang
Menunjukkan adanya pajanan PAH
7
Kelebihan relatif sel darah
putih (lympocytes,
thrombocytes)
Menunjukkan dampak pada sistem pertahanan
kekebalan.
8
Glukosa darah dan laktat di
dalam plasma darah
Menunjukkan gangguan metabolisme tetapi perubahan
juga bisa disebabkan oleh tekanan sampling.
9
Hematocrit (HT) dan
Hemoglobin (Hb)
Mencerminkan oksigen yang membawa daya muat
dalam darah. Nilai yang rendah dapat disebabkan karena
kerusakan insang atau osmoregulasi yang cacat, nilai
yang tinggi menunjukkan naiknya permintaan oksigen
atau tekanan yang akut.
10
Metallothionein (MT)
Protein yang mengikat logam. Munculnya MT
menunjukkan adanya pajanan logam tertentu.
11
Ion plasma darah (Cl, Ca2+,
Na+, K+)
Perubahan ion plasma dapat menunjukkan osmoregulasi
atau ion regulasi yang terganggu, kerusakan ginjal,
kerusakan insang atau kerusakan usus.
Sumber : (Larsson 2000 dan Sandstrom 2005)
Tugiyono, Nurcahyani, Supriyanto and Hadi (2011) dalam penelitiannya tentang
“Biomonitoring of Effect Following Exposure of Fish to Sugar Refinery Effluent”
ternyata ikan nila dapat dijadikan positif kontrol biomarker efektivitas sistem kerja
IPAL PT Gunung Madu Plantation. Penelitian ini dilakukan di kolam aerasi 1, 2
stabilisasi dan monitoring. Pada penelitian ini biomarker yang dikaji meliputi indeks
phisiologi, analisis enzim dan histopatologi hepar. Metode penelitian menggunakan
experimental design; dilakukan di IPAL PT. Gunung Madu (Kolam aerasi 1, 2 Stabilitas
dan Monitoring). Penelitian ini hasilnya merupakan respon dini pada tingkat molekuler
terhadap kualitas lingkungan.
Respon dini pada tingkat molekuler terhadap kualitas lingkungan, sudah saatnya
dipakai untuk monitoring lingkungan, sehingga secara dini pencemaran lingkungan
dapat dicegah/dimonitor. Langkah preventif dalam upaya pencegahan pencemaran jauh
lebih baik dari pada secara kuratif. Sebagaimana pendapat Hanson (2008) bahwa salah
satu fungsi dari biomarker adalah sebagai tanda peringatan dini dari pengaruh
xenobiotic secara biologis. Respon dini tingkat molekuler terhadap kualitas lingkungan
memberikan peluang untuk melakukan langkah preventif sebagai upaya pencegahan
akan terjadinya pencemaran lingkungan. Lebih jauh dikatakan bahwa efektivitas
pengolahan limbah cair pada pabrik gula dapat dimonitor dengan menggunakan
biomarker pada tingkat sub seluler seperti aktivitas enzim Sarbitol Dihidrogenase
(SDH), indeks phisiologi seperti Liver Somatik Index (LSI), Gonade Somatic Index
(GSI) dan Condition Factor (CF) serta Indeks histopatologik (Tugiyono, Nurcahyani,
Supriyanto. dan Kurniati 2009 dan Tugiyono, Nurcahyani, Supriyanto and Hadi 2011).
Hasil penelitian Hanson, Guttman dan Larsson (2006) di sungai Gota Alv,
Swedia Barat, menunjukkan bahwa LSI (Liver Somatic Index) membesar, BMI (Body
Mass Index) menurun, GST (Glutationin S-Transverase), GR (Glutationine Reduktase)
terdapat melimpah, dan terjadi peningkatan EROD. Penelitian ini dilakukan di lapangan
dengan menggunakan ikan dari petani ikan dan dipelihara di sungai dengan karamba, di
sungai yang tercemar DDT dan PCB. Hanson and Larsson (2007) melakukan penelitian
di Sungai Gota Alv dan Danau Delsjon. Penelitian ini termasuk tipe experimental
design, di lakukan di laboratorium, menggunakan ikan Rainbow trout. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa makanan berpengaruh terhadap respon biologis ikan, baik BMI,
LSI, EROD and kerja enzim katalase.
C.1. Ethoxyresorufin-O-diethylase (EROD)
Ethoxyresorufin-0-diethylase (EROD) adalah enzim yang digunakan sebagai
indikator yang sensitif terhadap adanya pajanan senyawa organik antropogenik seperti
Polisiklik Aromatik Hidrokarbon (PAH) dan senyawa lainnya dengan struktur
konfigurasi planar halogen. Menurut Van der Oost, Beyer dan Vermeulan (2003) EROD
telah diaplikasikan secara luas untuk mendeteksi adanya pencemaran senyawa organik
pada ikan, disamping glutathione S-transferase (GST), dan cholinesterases (ChE
fraksi). Cytochrome P-450 1A (CYP1A) dapat menginduksi monooxygenase yang dapat
diketahui dengan menggunakan biomarker EROD. Biomarker tersebut telah banyak
digunakan sebagai indikator yang sensitif terhadap pajanan kontaminan senyawa
organik
antropogenik,
seperti
Polisiklik
Aromatik
Hidrokarbon
(PAH)
dan
polychlorinated biphenyls (PCBs) dan dioxin (Van der Oost, Beyer dan Vermeulan
2003; Sandstrom, Larsson Andersson dan Appelberg 2005; Hanson, Guttman dan
Larsson 2006; Hanson dan Larsson, 2007; Hanson,
Persson
dan Larsson 2008;
Hanson, 2008).
Aktivitas enzim Ethoxyresorufin-O-diethylase (EROD) secara umum digunakan
sebagai biomarker terhadap adanya pencemaran senyawa organik organoklorin (seperti
PCB, PCBs, PAHS dan PAH). Aktivitas EROD dikategorikan sebagai biomarker of
exposure, yaitu biomarker yang langsung dapat terdeteksi karena adanya pajanan.
Menurut Van der Oost, Beyer dan Vermeulan (2003) biomarker of exposure
dikategorikan sebagai biomarker untuk pengukuran subtansi oksigen, substansi oksigen
metabolit dan interaksi antara substansi oksgen dengan molekul target. Hal tersebut
didukung oleh beberapa peneliti antara lain Larsson, Forlin, Grahn dan Landner, (2000)
dan Sandstrom, Larsson Andersson dan Appelberg (2005) dalam Hanson (2008) yang
memberikan interpretasi bahwa aktivitas EROD digunakan untuk pengukuran aktivitas
detoksifikasi adanya pajanan senyawa organik. Namun demikian, menurut hasil
penelitian Ueng, Liu, Lai dan Meng (1996) disampaikan bahwa suntikan ikan nila
dengan CdCl2 sebesar 2 mg/kg secara in vivo secara laboratorik tidak berpengaruh
pada aktivitas EROD atau sistem sitokrom P-450. Dalam studi ini, pajanan kadmium
sebesar 0,001-0,01 mg/L memiliki efek yang sangat tidak signifikan pada aktivitas
EROD hati.
Hanson and Larsson (2008a), hasil penelitiannya menunjukkan bahwa aktivitas
EROD karena meningkatnya PAH dapat dijadikan biomarker yang memberikan sinyal
peringatan dini terhadap pencemaran organik. Sedangkan Hanson, Persson dan Larsson
(2008) melakukan penelitian eksperimen menggunakan ikan Perca di Laut Baltic
Swedia, hasil penelitian menunjukkan bahwa meningkatnya aktivitas EROD akibat
pajanan polutan PAH, dapat digunakan sebagai biomaker yang memberikan sinyal
peringatan dini terhadap pencemaran PAH.
Hanson and Larsson (2008b), di Swedia Selatan melakukan penelitian dengan
judul:” Biomarker Analysis in Fish Suggest Exposure to Pollutants in Urban Area With
a Landfill”. Experimen menggunakan ikan Rainbow trout dan Brown trout; air diambil
dari area yang terkontaminasi air leachate dari landfill. Hasil penelitian menunjukkan
bahwa nilai aktivitas EROD pada ikan Rainbow trout dan ikan Brown trout masingmasing sebesar 13,1 pmol/min/mg protein dan 61,3 pmol/min/mg protein pada lokasi 1
dan 94,2 pmol/min/mg protein serta 296 pmol/min/mg protein pada lokasi 2.
Larsson, Forlin, Lindesjoo, Sandstrom (2002) melakukan penelitian di Swedia.
Eksperimen dilakukan di IPAL industri Pulp, dengan hasil bahwa EROD merupakan
biomarker yang memberikan sinyal peringatan dini terhadap pencemaran. Hasil
penelitian menunjukkan aktivitas EROD meningkat.
Whitehead, Kuivila, Orlando, Kotelevtsev (2004) melakukan penelitian pada
IPAL industri pestisida. Penelitian ini tentang biomarker pada ikan Rainbow trout untuk
monitoring limbah Pestisida di Swedia Barat. Hasil penelitian menunjukkan ikan di
kolam yang tercemar limbah pestisida
GSI mengecil, sedangkan aktivitas EROD
meningkat. Martin & Black (1998) dan Schmitt, Whyte, Roberts, Annis (2007) dalam
penelitiannya tentang Biomarker pada ikan Rainbow trout sebagai biomonitoring
polutan di wilayah pertambangan di Swedia, mengemukakan bahwa di daerah yang
tercemar
polutan
dari
penambangan
Ethoxyresorufin-O-Deethylase
(EROD)
mas,
mengakibatkan
aktivitas
pada
ikan
peningkatan
terjadi
hepatic
dari
26,7 pmol/min/mg protein menjadi 31,19 pmol/min/mg protein. Penelitian tersebut
dilakukan di sungai dekat area penambangan emas, menggunakan desain eksperimen.
Hasil penelitian Hansson (2008) tentang biomarker EROD pada ikan Brown
trout (Salmo trutta) yang terpajan oleh polutan pada sedimen di laut menunjukkan
adanya peningkatan aktivitas EROD yang signifikan; yakni dari 9,1 pmol/min/mg
protein pada pajanan PAH dosis rendah menjadi 15,3 pmol/min/mg protein pada
pajanan PAH dosis tinggi. Demikian pula pada larva Rainbow trout yang dipajan oleh
ekstrak dari sedimen laut yang disuntikan dalam telur yang baru dibuahi terdapat
peningkatan aktivitas EROD yang signifikan pula. Aktivitas EROD tersebut disebabkan
oleh Polisiklik Aromatik Hidrokarbon (PAH) yang terdapat dalam sedimen maupun
yang disuntikan pada ikan Rainbow trout .
Biotransformasi PAH pada ikan dapat diukur dengan bantuan biomarker
aktivitas EROD dan metabolit PAH. Sebuah hubungan yang jelas telah diamati antara
aktivitas EROD (CYP1A1) dan pajanan PAH pada ikan Oreocromis mossambicus
(Shailaja dan Rodrigues 2001, Ueng, Liu, Lai dan Meng 1996, Shailaja dan D'Silva
2003, Chen, Chou Liu, Liang Shih dan Ting Lee 2001). Dalam penelitian ini, induksi
EROD pada Oreocromis mossambicus tampak jelas pada pajanan konsentrasi sangat
rendah dari penyulingan limbah yang mengandung PAH. Ikan yang terpajan oleh
limbah penyulingan yang telah diencerkan 1:1000 menunjukkan aktivitas EROD tiga
kali lipat lebih tinggi (signifikansi > 95%) dibandingkan dengan kelompok kontrol ikan
di air bersih, sedangkan pada ikan yang terpajan limbah penyulingan dengan
pengenceran 1:100 aktivitas EROD sebesar 1,3 kali lipat dari ikan kontrol (Shailaja dan
Rodrigues, 2001).
C.2. Liver Somatic Index (LSI) dan Gonade Somatic Index (GSI)
Liver Somatic Index (LSI) telah digunakan secara luas untuk menentukan status
fisiologi pada ikan. Penelitian Everaarts (2006) menyatakan bahwa Liver Somatic
Index dapat digunakan sebagai parameter fisiologi. Telah dilakukan pengukuran LSI
ikan air tawar yang dikumpulkan dari sungai yang terkontaminasi dengan
polychlorinated biphenyls (PCB) dan Polisiklik Aromatik Hidrokarbon (PAH) di Timur
Tennessee dan dari muara serta perairan laut yang terkontaminasi dengan PAH dan
kadmium di perairan Mississippi. Hasil penelitian menunjukkan banwa Liver Somatic
Index (LSI) pada ikan dari sungai yang tercemar adalah lebih rendah dibandingkan ikan
yang bebas cemaran. Pengukuran respons biologis sangat berharga untuk menunjukkan
perbedaan kualitas lingkungan yang dinyatakan baik secara molekuler maupun
fisiologis.
Arnold, B.S., Jagoe, CH, Gross, T.S., Howerth, EW, Reinert, R.E. (2000) dan
Arnold, Pluta dan Braunbeck (1995) dalam penelitiannya menyatakan bahwa
kontaminasi merkuri merupakan perhatian utama di Amerika Serikat bagian Tenggara,
tetapi hanya sedikit yang diketahui tentang efek pajanan dengan konsentrasi rendah
pada kesehatan dan reproduksi ikan. Untuk menguji efek pajanan terhadap reproduksi,
maka menggunakan ikan nila yang diimplan kapsul secara intraperitoneal dengan dosis
yang mengandung 0,1 mg (dosis rendah) dan 1,0 mg (dosis tinggi) CH3HgCl2, serta
dirancang untuk dapat larut selama 180 hari. Setelah 6 bulan, darah dikumpulkan untuk
analisis hormon, dan jaringan lain untuk histopatologi dan analisis Hg. Hasilnya
menunjukkan tidak ada perbedaan antara nilai Liver somatic index (LSI) dan Gonadsomatic index (GSI) kelompok yang terpajan merkuri dengan dosis rendah dengan
kelompok yang terpajan merkuri dengan dosis tinggi. Namun, pemeriksaan histologi
menunjukkan bahwa ikan betina yang terpajan Hg terjadi peningkatan kerusakan
folikel, sehingga folikel pecah, atau mengalami peradangan. Ikan jantan yang terpajan
Hg cenderung mengalami penurunan spermatogenesis, atrofi tubulus seminiferus. Hasil
ini menunjukkan bahwa konsentrasi metil merkuri lingkungan
dapat mengganggu
fungsi endokrin dan berpotensi merusak reproduksi pada ikan.
Penelitian tentang efek fisiologis pajanan PAH terhadap LSI telah sering
digunakan sebagai biomarker untuk memeriksa ikan yang terpajan oleh kontaminan
lingkungan. Nilai LSI umumnya meningkat pada vertebrata yang mengalami induksi
mikrosomal hepatik P-450 untuk mendetoksifikasi senyawa organik. Nilai LSI ikan
Oreochromis mossambicus yang terpajan oleh limbah organik (PAH) menunjukkan
peningkatan 15,5% dibanding nilai LSI pada kontrol (Shailaja dan Rodrigues, 2001).
Selain itu, studi sebelumnya telah menunjukkan terjadinya kerusakan hepatoseluler
sublethal terkait dengan kematian sel pada ikan yang terpajan. Penelitian ini
menunjukkan bahwa pajanan PAH dapat menyebabkan kerusakan fisiologis. Setelah
pemulihan dengan menempatkan ikan di air bersih selama 7 hari pemulihan, tren
penurunan di LSI terus berlanjut.
Adapun variasi konsentrasi merkuri di hati tidak ditemukan pada studi
sebelumnya, literatur yang sudah diterbitkan hanya melaporkan tentang konsentrasi
merkuri dalam tubuh ikan. Hal ini barangkali mencerminkan keengganan untuk
mengeksplorasi pengaruh penggunaan merkuri terhadap jaringan hati. Penelitian
sebelumnya hanya digunakan jaringan otot/daging ikan untuk memantau adanya
pajanan merkuri; atau mungkin telah ada peneliti sebelumnya yang telah
mengeksplorasi namun tidak menemukan hasil yang memuaskan sesuai dengan tujuan
mereka; atau mengalami kegagalan sehingga tidak dipublikasikan. Meskipun demikian,
peran penting biomarker LSI, seperti yang telah diuraikan di atas, dalam dinamika dan
absorpsi logam pada jaringan ikan berpotensi untuk dipertimbangkan agar dapat
digunakan sebagai pemantauan pajanan merkuri (Shailaja dan D’Silva, 2003).
Konsentrasi
merkuri
pada
hati
ikan
akibat
perbedaan
musim
tidak
mencerminkan adanya perbedaan konsentrasi merkuri yang terakumulasi dalam hati
ikan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa berat hati pada ikan mengalami peningkatan
dalam ukuran yang relatif besar terhadap berat tubuh ikan antara musim semi dan
musim panas, tetapi konsentrasi total merkuri hati adalah sama. Hal ini menunjukkan
bahwa nilai LSI tergantung pada variasi musim. Hasil dari penelitian ini menyatakan
bahwa liver somatic index (LSI) secara signifikan lebih tinggi pada ikan yang hidup di
musim panas dibandingkan ikan lain yang hidup di perairan beriklim sedang dan musim
dingin. Kecenderungan nilai LSI mengikuti suhu air sesuai musim di lokasi perairan,
laut bebas maupun muara. Nilai LSI dari ikan yang hidup di perairan pesisir dari utaratimur Skotlandia pada bulan Pebruari sampai Maret dan suhu 34° C adalah sama
dengan
nilai LSI ikan yang hidup di Muara Forth pada bulan Agustus sampai
September pada suhu 12-15° C. Peningkatan nilai LSI yang terjadi barangkali karena
kombinasi dari peningkatan jumlah hepatosit, dan pengendapan lipid dan glikogen
dalam hati selama periode intensif konsumsi pakan setelah pemijahan. (Shailaja dan
Rodrigues, 2001).
Penelitian lain mengatakan bahwa selama periode musim dingin dan kondisi
pakan yang buruk maka lipid dan glikogen sebagai cadangan makanan digunakan/
dimobilasasi dan untuk perkembangan gonade, dan hal ini berpengaruh terhadap nilai
LSI. Dengan demikian, siklus musim dan kebiasaan makan dari ikan memiliki efek
penting terhadap ukuran hati. Secara umum, ikan bentik cenderung menyimpan lemak
di hati daripada dalam jaringan otot. Variasi musim yang berpengaruh terhadap kadar
lipid pada ikan pada umumnya bertepatan dengan perubahan suhu lingkungan, juga
berhubungan dengan perubahan dalam ketersediaan makanan.
Perubahan musim yang mempengaruhi ukuran hati juga terkait pada reproduksi
Zoarces viviparus. Dalam studi tentang metabolisme lipid pada Z. viviparous betina dari
Perairan Denmark, terjadi peningkatan lipid di hati selama musim panas dan nilai LSI
relative rendah pada musim panas. Liver Somatic Index (LSI)
mencapai ukuran
maximum sebelum inisiasi dari vitellogenesis, atau produksi kuning telur untuk
mengembangkan oosit dalam ovarium, hati dan berat badan tetap tinggi selama
pertumbuhan vitellogenic. Penurunan lipid pada hati ikan berhubungan dengan
penurunan yang besar di tingkat vitellogenin dan tingkat serum lipid. Penurunan kadar
lipid bertepatan dengan penurunan LSI selama musim gugur dan musim dingin(Shailaja dan Rodrigues, 2001).
Nilai maksimum LSI dicapai pada ikan di Denmark pada bulan Juni, dan tetap
cukup konstan pada sekitar 3% dari berat badan hingga Agustus. Selama sisa tahun,
nilai LSI adalah antara l dan 2%, Meskipun mekanisme penyerapan merkuri anorganik
dan organik masih diperdebatkan, namun perlu diketahui bahwa konsentrasi merkuri
dalam hati tergantung pada suatu jenis protein yang ada di dalam hati, yaitu
metallothionein. Dengan demikian, kemungkinan variasi musim hanya berpengaruh
terbatas pada konsentrasi total merkuri di hati organism. Hal tersebut menunjukkan
bahwa peningkatan musim yang berhubungan dengan kadar lipid tidak sesuai dengan
peningkatan merkuri dalam hati. Dengan demikian lipid tidak mungkin memainkan
peran dalam penyimpanan merkuri dalam hati. (Shailaja dan Rodrigues, 2001).
Oleh karena itu, nilai LSI bervariasi di beberapa musim, barangkali berhubungan
dengan konsumsi pakan selama musim di suatu negara dan masa reproduksi. Demikian
pula, rata-rata konsentrasi merkuri di dalam hati ikan 3x lebih tinggi di musim dingin
daripada di musim panas. Perbedaan tersebut terkait terutama pada nilai LSI, karena
perubahan konsentrasi merkuri dalam hati. LSI ikan Cod telah terbukti bervariasi antara
2 dan 4% dari berat badan dari musim dingin ke musim panas. Hal ini barangkali karena
konsentrasi merkuri dalam hati ikan Cod tergantung pada variasi musim, bahkan di
lingkungan relatif tidak terkontaminasi oleh merkuri.
Gonade Somatic Index (GSI) atau indeks kematangan gonade adalah
perbandingan antara berat gonade dengan berat tubuh ikan. Untuk mengetahui
perubahan yang terjadi dalam gonade tersebut secara kuantitatif. Dapat dinyatakan
dengan suatu indeks yang dinamakan Indeks Kematangan Gonade, atau IKG. Indeks ini
dinamakan juga Gonade Somatic Index (GSI) yaitu suatu nilai hasil perbandingan
berat gonade dengan berat tubuh ikan termasuk gonade dikalikan dengan 100 (seratus).
Perubahan yang terjadi pada gonade secara kuantitatif dapat diketahui dari GSI.
Sejalan dengan perkembangan kematangan, berat gonade semakin bertambah dan
menurun bila ada gangguan metabolisme. Tahap kematangan adalah perkembangan sel
telur menjadi semakin besar, berisi kuning telur dan akan diovulasikan pada ikan yang
telah dewasa. Proses pematangan gonade pada ikan yang telah dewasa dan induk
sebenarnya terjadi mulai dalam masa oosit muda. Perkembangan gonade pada ikan
betina umumnya disebut dengan istilah perkembangan ovarium, mempunyai tingkat
perkembangan sejak masa pertumbuhan hingga masa reproduksi yang dapat
dikategorikan kedalam beberapa tahap. Jumlah tahapan tersebut bervariasi bergantung
kepada spesies maupun peneliti yang mengamati perkembangan ovarium tersebut.
Pengamatan kematangan gonade dilakukan dengan dua cara, yang pertama cara
histologi dilakukan di laboratorium, kedua; cara pengamatan morfologi yang dapat
dilakukan di laboratorium dan dapat dilakukan di lapangan. Dari penelitian secara
histologi akan diketahui anatomi perkembangan gonade menjadi lebih jelas dan
mendetail. Sedangkan hasil pengamatan secara morfologi tidak akan sedetail cara
histologi, namun cara morfologi ini banyak dilakukan para peneliti (Effendi, 2002).
Morfologi gonade dan warnanya digunakan untuk membedakan tingkat kematangan.
Hal tersebut bermanfaat untuk menentukan masa memijah secara umum dan
menentukan langkah lanjut untuk pengelolaannya.
Gonade Somatic Index (GSI) yang mengalami penurunan atau rendah
menunjukkan tingkat kesuburan ikan juga rendah, hal ini kemungkinan karena
berkurangnya alokasi energi untuk reproduksi (Larsson 2000, Sandstrom 2005).
Hanson, Forlin, Larsson (2008) mengadakan penelitian tentang biomarker di Laut
Baltik, Swedia dengan judul : “Evaluation of Long Term Biomarker Data From Perch
(Perca Fluviatilis) in The Baltic Sea Suggest Increasing Exposure To Environmental
Pollutants”. Hasil penelitian menunjukkan bahwa di daerah yang tercemar polutan
organik, gonade ikan mengecil, sehingga Gonade Somatic Index (GSI) berkurang,
sedangkan aktivitas EROD meningkat. PAH terbukti merupakan polutan yang
menyebabkan berkurangnya GSI dan meningkatnya aktivitas EROD. Terjadi korelasi
yang signifikan antara meningkatnya konsentrasi PAH dengan menurunnya GSI dan
meningkatnya aktivitas EROD.
C.3. Metallothionein
Metallothionein adalah sejenis protein non-enzim yang mengandung ikatan
logam baik logam esnsial maupun non esensial. Metallothionein ditemukan pertama kali
pada tahun 1957 oleh Margoshes dan Valle. Keduanya melakukan identifikasi terhadap
unsur yang bertanggung jawab terhadap mekanisme akumulasi kadmium secara alami
pada jaringan korteks ginjal kuda. Unsur tersebut diketahui kemudian terdiri dari logam
kadmium dan protein (thionein) yang berikatan membentuk suatu struktur kompleks
metallothionein (Carpene, Andreani dan Isani 2007). Selain kadmium, metallothionein
juga dapat berikatan dengan logam lain seperti Seng, Nikel, Timbal dan Tembaga.
Metallothionein umumnya dapat berikatan dengan semua jenis logam. Meskipun
demikian, interaksi metallothionein dengan golongan logam berat umumnya mendapat
perhatian lebih terkait dengan toksisitas yang ditimbulkan.
Metallothionein (MT) merupakan materi yang termasuk dalam golongan
persenyawaan protein atau polipeptida. Vasak dan Meloni dalam Metallothionein in
Biochemistry and Pathology mendefinisikan metallothionein adalah “a superfamily of
low molecular-mass cysteine and metal-rich proteins or polypeptides conserved through
evolution and present in all eukaryotes and certain prokaryotes” (Zatta 2008). Interaksi
antara logam dan protein tersebut akan membentuk gugus-gugus spesifik yang disebut
metal-thiolate clusters. Sejauh ini, metallothionein merupakan satu-satunya senyawa
biologis
yang
berinteraksi
dengan
metallothionein
memegang
peranan
logam
penting
secara
dalam
alami.
Dengan
pengelolaan
demikian,
mekanisme
metabolisme dan transisi seluler materi logam didalam tubuh, terutama ion-ion logam
berat (Binz 2000).
Jenis logam dan asam amino pembentuk metallothionein yang bervariasi
menuntut adanya penggolongan secara ilmiah. Secara umum, metallothionein memiliki
struktur dasar berupa unsur logam dan asam amino penyusun badan proteinnya. Berat
molekul metallothionein pada mamalia adalah 6000-7000 Da, dengan struktur
metallothionein mengandung 60-68 residu asam amino tanpa asam amino aromatik.
Dua puluh asam amino diantaranya merupakan asam amino Sistein (Cys) yang mengikat
7 ion logam ekuivalen maupun bivalen pada setiap molekul metallothionein. Sejauh ini
metallothionein ikan teleostei diketahui memiliki 60-61 residu asam amino. Semua
asam amino Sistein berada dalam keadaan tereduksi dan terkoordinasi dengan ion logam
melalui ikatan mercaptida, sehingga menimbulkan sifat khusus spektroskopik gugus
metalthiolate. Berdasarkan rekomendasi The Committe of the Nomenclature of
Metallothionein, segala macam protein atau polipeptida dengan struktur interaksi dan
fungsi menyerupai metallothionein seperti yang terdapat pada mamalia dapat
diklasifikasikan sebagai metallothionein (Binz, 2000).
Metallothionein (MT) merupakan polipeptida yang memiliki banyak ikatan
cystein (cys) yang disandikan oleh gen, memiliki berat molekul yang rendah, dan
berfungsi sebagai peptida pengikat logam (metal binding peptides). Sebagai
konsekuensi dari banyaknya kandungan asam amino Cys maka protein ini mengandung
kelompok thiol (sulfidril, -SH) dalam jumlah yang besar. Kelompok thiol mengikat
logam-logam berat dengan sangat kuat dan efisien, termasuk zink, merkuri, tembaga,
dan kadmium. Residu Sulfidril dari Cys mampu mengikat logam dimana satu ion logam
diikat oleh tiga residu –SH atau satu ion logam dengan 2 residu –SH. Koordinasi
pengikatan dari setiap ion logam melalui residu –SH yang ada pada Cys, membentuk
struktur tetrahedral tetrathiolate (Zatta, 2008).
Kandungan asam amino Sistein tinggi berdampak pada besarnya jumlah molekul
sulfhidril (-SH atau “thiol) dalam metallothionein. Kelompok molekul tersebut dapat
mengikat logam berat dengan sangat kuat dan efisien. Ion logam yang terdapat dalam
metallothionein dapat berupa ion logam maupun logam berat, baik esensial maupun non
esensial. Keberdaaan ion logam dalam gugus-gugus metallothionein dapat mengalami
proses dimerisasi oksidatif. Ikatan metallothinein yang terbentuk memberikan
kestabilan termodinamika yang tinggi. Di sisi lain, struktur metallothionein memiliki
kestabilan kinetika yang sangta rendah. Dengan demikian, metallothionein dapat
mengikat ion logam dengan sangat kuat, tetapi peluang pertukaran ikatan-ikatan antara
ion logam dan protein pun cukup besar (Zangger, Gong, Gulin dan James 2001).
Keberadaan metallothionein memiliki setidaknya dua fungsi utama, yaitu
membersihkan materi radikal bebas yang terdapat di dalam tubuh dan didetoksifikasi
logam untuk mencapai keadaan homeostasis (Carpene, Andreani, dan Isani 2007).
Kemampuan tersebut secara signifikan terkait dengan proses detoksifikasi logam berat
dalam tubuh organisme yang mensekresi metallothionein (Hall 2002). Ekspresi
metallothionein menunjukkan adanya pajanan logam tertentu (Larsson, Grahn, Landner
dan Lindesjoo 2000, Sandstrom, Larsson, Andersson dan Appelberg 2005, Hanson
2008). Salah satu logam berat yang dapat berikatan dengan metallothionein adalah
kadmium (Cd). Metabolisme logam berat di dalam tubuh organisme merupakan faktor
utama yang menentukan toksisitas zat tersebut. Kadmium dan metallothionein (Cdthionein) akan bereaksi secara antagonis.
Metallothionein merupakan golongan protein yang selalu dikaitkan dengan
logam berat. Pada dasarnya, metallothionein dapat terbentuk dari thionein yang
berikatan dengan segala macam logam baik logam esensial maupun non esensial/logam
berat. Namun, kemampuan tersebut secara signifikan terkait dengan proses detoksifikasi
logam berat dalam tubuh organisme yang mensekresi metallothionein (Hall 2002).
Salah satu logam berat yang dapat berikatan dengan thionein membentuk
metallothionein adalah kadmium (Cd). Metabolisme logam berat di dalam tubuh
organisme merupakan faktor utama yang menentukan toksisitas zat tersebut. Kadmium
dan metallothionein (Cd-thionein) akan bereaksi secara antagonis. Palar (2008)
menjelaskan bahwa reaksi antagonis secara toksikologi adalah proses atau peristiwa
pengurangan atau bahkan penghapusan toksisitas suatu zat atau senyawa toksik. Dengan
demikian, kompleks senyawa Cd-thionein yang terbentuk akan dapat menurunkan
toksisitas logam kadmium (Binz 2000, Carpene, Andreani dan Isani 2007). Berbagai
jenis logam dan logam berat mampu berkompetisi pada ikatan logam dalam
metallothionein. Keadaan tersebut memberikan keuntungan dalam mekanisme distribusi
berbagai jenis logam bagi sistem biologis tubuh organisme. Dalam berbagai penelitian,
diketahui bahwa terjadi kompetisis antar logam berat untuk berikatan membentuk
metalllothionein. Aravind dan Prasad (2005) menegaskan bahwa induksi logam berat
esensial Seng pada sistem biologis berperan penting dalam melawan toksisitas logam
berat non-esensial Kadmium.
Pada hewan, logam akan terikat pada residu cys dalam formasi logam-cys
(thiolate) dengan cara pertukaran ion logam misalnya ion Zn tergantikan dengan ion Cu,
Cd, atau Hg (Duncan dan Stillman 2006). Menurut Zangger, Gong, Gulin dan James
(2001), MT mengikat logam dengan sangat kuat namun pertukaran ikatan logam dapat
berlangsung dengan mudah karena ikatan MT terhadap logam memiliki stabilitas
termodinamik yang tinggi dan stabilitas kinetik yang rendah. Dengan kata lain MT yang
mengikat logam Cd dapat dengan mudah mengalami pertukaran ikatan dengan logam
yang lain bila terjadi gangguan keseimbangan termodinamik dan keseimbangan kinetik.
Selain berfungsi untuk detoksifikasi logam berat, berbagai fungsi seluler MT adalah
untuk pengaturan homeostasis logam esensial, perlindungan terhadap radiasi dan
kerusakan oksidatif, dan kontrol seluler (Hall, 2002). Penerapan ekspresi metallothionein
pada ikan telah dapat memberikan informasi terkait sistem deteksi pencemaran logam
berat secara biologis (Bae, Nam, Park, Park.K. 2005, Brammel dan Wigginton 2010,
Montaser, Magdy, Samir dan Gamal 2010). Metallothionein merupakan protein yang
berfungsi untuk mendetoksifikasi logam dan untuk menjaga homeostasis logam di
dalam sel (Cobbett and Goldbrough 2002).
Metallothionein (MT) dapat berfungsi sebagai biomarker untuk monitoring
adanya pajanan dan toksisitas logam di perairan laut, juga memiliki peran penting dan
unik dalam homeostasis logam esensial (misalnya seng dan tembaga) dan detoksifikasi
logam beracun (misalnya kadmium dan merkuri). Ekspresi MT umumnya meningkat
dengan adanya pajanan logam Zn, Cu, Cd, Hg dan Ag (Viarenggo, Burlando, Ceratto,
dan Panfoli 2000). Toksisitas selular bisa terjadi jika kecepatan masuknya logam ke
dalam sel melebihi kecepatan sintesis metallothionein. Program pemantauan
(biomonitoring) perairan untuk mengetahui adanya pajanan logam sering menggunakan
organisme yang berasal dari lingkungan perairan asin, seperti laut, mura dan zona
pasang surut (Legras, Mouneyrac, Amiard, dan Rainbow 2000).
Hasil Penelitian Sonne, Aspholm, Dietz, dan Andersen (2009) yang berjudul :
“A study of metal concentrations and metallothionein binding capacity in liver, kidney
and brain tissues of three Arctic seal species” menyatakan bahwa konsentrasi merkuri,
tembaga, kadmium dan seng dalam hati, ginjal dan jaringan otak pada spesies di lautan
Greenland Barat dikaitkan dengan adanya protein intraselular yang mengikat logam
yaitu metallothionein (MT) sebagai tanda adanya pajanan logam berat yang bersifat
toksik. MT dengan kemampuannya mengikat logam berat dapat digunakan sebagai
penanda adanya pajanan logam berat yang berpotensi racun di lautan arktik.
Carpene, Andreani dan Isani (2007) dalam penelitiannya yang berjudul
“Metallothionein functions and structural characteristics” menyatakan bahwa MT
terutama berperan dalam detoksifikasi dan homeostasis logam di dalam tubuh
organisme. MT dianggap sebagai protein yang terlibat dalam detoksifikasi logam baik
esensial maupun non esensial. Berbagai jenis metallothionein telah ditemukan mulai
dari spesies jamur hingga mamalia.
Hasil Penelitian Montaser, Magdy, Samir dan Gamal (2010) menunjukkan
bahwa MT dapat digunakan sebagai biomarker pencemaran logam berat di pantai Laut
Merah Jeddah, dengan pengamatan histopatologik pada hati dan insang ikan. Penelitian
ini dilakukan mengingat masalah pencemaran logam dianggap sebagai salah satu
permasalahan yang paling serius bagi kesehatan manusia pada abad ke dua puluh
satu, utamanya pada manusia yang mengkonsumsi ikan dari laut Merah. Sehingga
memerlukan upaya khusus dan intens pada semua tingkat baik individu, kelompok,
nasional dan internasional. Tujuan penelitian ini untuk memeriksa tingkat pencemaran
logam berat di daerah-daerah tertentu di dekat pantai laut di Jeddah dengan melihat
histopatologi insang dan hati pada ikan Sleek unicorn yang terpajan oleh logam berat,
serta analisis molekuler ekspresi metallothionein sebagai biomarker.
Keberadaan metallothionein memiliki setidaknya dua fungsi utama, yaitu
membersihkan materi radikal bebas yang terdapat didalam tubuh dan detoksifikasi
logam untuk mencapai keadaan homeostasis (Carpene, Andreani dan Isani 2007).
Ekspresi metallothionein menunjukkan adanya pajanan logam tertentu (Larsson, Forlin,
Grahn dan Landner 2000 dan Sandstrom, Larsson, Andersson dan Appelberg 2005,
Hanson 2008). Adapun salah satu fungsi metallothionein adalah sebagai detoksifikasi
logam untuk mencapai keadaan homeostasis, sehingga adanya metallothionein
menyebabkan organisme menjadi resisten terhadap pajanan logam berat dan
menyebabkan toksisitas dari logam berat berkurang (Carpene, Andreani dan Isani 2007;
Cobbet & Goldbrough 2002; Hall, 2002),
Berbagai penelitian menyatakan bahwa MT berperan sebagai biomarker pada
pencemaran lingkungan oleh logam berat yang mempengaruhi fisiologi pada hewan
yang hidup bebas di alam (Knapen, Reynders, Bervoets dan Verheyen 2007). Secara
umum telah diterima bahwa MT memainkan peran penting dalam detoksifikasi ion
logam berat seperti kadmium karena MT akan mengikat 7 mol kadmium atau seng
dalam tubuh (Klassen, Liu dan Choudhuri 1999, Geffard, Amiard-Triquet, Amiard dan
Mouneyrac 2001). Metallothionein juga memiliki peran penting sebagai buffer dalam
sel yang dapat mengikat logam seperti Cu dan Zn (Marr, Lipton, Cacela dan Hansen
1996). Ada hubungan positif antara MT dan polutan logam berat. Kontaminan logam
berat dapat mengakibatkan kerusakan sistemik suatu organisme dan mengakibatkan
kelebihan produksi MT (Ringwood, Hoguet, Keppler dan Gielazyn 2004). Banyak
spesies mensintesis metallothionein dan dapat dilakukan uji toksisitas logam melalui
pengukuran metallothionein. Berdasarkan hasil pengukuran metallothionein, ikan dan
kerang menunjukkan tingkat akumulasi logam kadmium yang tinggi dibandingkan biota
air lainnya (Regoli, Pellegrini, Winston dan Gorbi 2002 and
Kavun, Shulkin dan
Khristoforova 2002). Ekspresi dan peran MT pada ikan sebagian besar telah banyak
dipelajari pada organ-organ yang memainkan peran sentral dalam penyerapan dan
akumulasi logam seperti hati, ginjal dan insang (Van Campenhout, Infante, Adams dan
Blust 2004).
Deteksi dan penilaian dampak polutan terhadap sumber daya hayati telah
meningkatkan penelitian tentang peringatan dini menggunakan penanda biologis seperti
metallothionein (MT) akibat pajanan logam. Chaabouni, (2011) melaporkan adanya
penggunaan metallothionein sebagai biomarker untuk penilaian kualitas lingkungan di
Teluk Gabes. Spesies ikan dan kerang digunakan sebagai biomarker pencemaran. Dalam
spesies ini, induksi MT oleh logam-logam penting seperti Cu dan Zn dan non-esensial
logam seperti Cd menunjukkan potensi penggunaan protein sebagai biomarker.
Peran metallothionein sebagai protein yang terlibat dalam metabolisme logam
sangat diperlukan untuk pertumbuhan, perkembangan dan fungsi organisme.
Metallothionein adalah reservoir dari logam seperti seng dan tembaga (Cu dan Zn).
Metallothionein menyediakan makro molekul yang membutuhkan seng dan tembaga
sebagai mikro elemen organisme. Metallothionein juga mengembalikan fungsi yang
tepat untuk ikatan protein-logam yang sebelumnya tidak aktif dan menjadi aktif setelah
berikatan dengan logam (fungsi logam sebagai kofaktor enzim). Sebagai contoh, protein
yang kehilangan kemampuannya untuk mengikat pajanan kadmium, kemampuan
mereka akan pulih kembali setelah terjadi ikatan seng-metallothionein (ZnMT). Dengan
demikian metallothionein terlibat dalam pertukaran seng-kadmium (Plaa 2007, Klaassen
2001).
Fungsi lain dari metallothionein adalah keterlibatannya sebagai antioksidan
tubuh. Molekul MT
yang memilki sejumlah besar kelompok thiolic dengan sifat
nukleofilik membuat MT mampu mengikat tidak hanya logam tetapi juga radikal
bebas. Hal ini merupakan cara metallothionein untuk melindungi sel dari senyawa
mematikan. Distribusi MT dalam sel memungkinkan mereka untuk melindungi semua
kelompok sel terhadap bahaya tersebut (Campagne, Thibodeux, Van Bruggen dan
Cairns 2000). Dengan demikian biomarker MT selain dapat digunakan sebagai penanda
biologis pencemaran logam, juga berperan sebagai detoksifikasi logam dalam tubuh
(Carajaville, Bebianno, Blasco, dan Porte 2000;. Downs, Dillon, Fauth dan Woodley
2001; Petrovic, Ozretic, Krajnovic-Ozretic dan Bobinac 2001; Blaise, Gagn´e, Pellerin
dan Hansen 2002 ; Gagn'e, Blaise, Aoyama dan Luo 2002;. Ch`evre, Gagn´e, Gagnon
dan Blaise 2003;. Domouthsidou, Dailianis, Kaloyianni dan Dimitriadis 2004).
Banyak penelitian telah menunjukkan induksi MT oleh logam pada vertebrata
dan invertebrata, sebagai akibat terjadinya pencemaran logam (English dan Storey,
2003; Mosleh, Paris, Arnoult dan Couderchet 2004). Hal ini merupakan awal
penggunaan MT sebagai biomarker pencemaran logam yang terjadi di alam. Diantara
faktor-faktor perancu yang secara tidak langsung mempengaruhi konsentrasi MT, adalah
suhu dan pH (Serafim, Company, Bebianno dan Langston 2002) dan serta salinitas
(Leung, Svavarsson, Crane dan Morritt 2002). Hal lainnya terkait dengan karakteristik
dari individu, terutama ukuran dan umur (Leung dan Furness, 2001; Leung, Morgan,
Svavarsson dan Furness 2001;. Serafim, Company, Bebianno dan Langston 2002;.
Bebianno, Cravo, Miguel dan Morais 2003). Selain itu, faktor perancu dapat berupa
efek oksigen terlarut/DO (Cotou, Vagias, Rapti dan Roussis 2001; Dragun, Raspor,
Ivankovic dan Pavicic 2004;. Raspor, Dragun, Ivankovic dan Pavicic 2004).
D. Toksisitas Logam Berat Kadmium, Timbal dan Merkuri Terhadap
Organisme
Toksisitas adalah kemampuan molekul suatu bahan kimia atau senyawa untuk
menimbulkan kerusakan pada saat mengenai bagian tubuh atau permukaan yang peka
terhadapnya (Katzung 2007, Klaassen 2001, Soemirat 2005). Lebih lanjut dikatakan
bahwa tolok ukur pengujian efek bahan pencemar yang dianggap paling tepat adalah
derajad toksisitas dengan metode bioassay. Suatu bahan pencemar yang berupa zat
kimia murni, toksin, atau mungkin berupa limbah, diperlakukan pada hewan uji tertentu.
Perlakuan ini dapat diberikan melalui oral, suntikan sub kutan atau sentuhan terhadap
seluruh tubuh hewan uji.
Efek suatu substansi toksik ditentukan oleh faktor lamanya waktu pendedahan
dan besarnya konsentrasi. Klaassen (2001), Kosnett (2007) dan Plaa (2007)
mengemukakan bahwa berdasarkan atas lamanya waktu pendedahan suatu toksikan,
pola toksisitas dibedakan atas :
1. Akut, yakni pendedahan dalam waktu yang singkat ;
2. Kronis, yakni pendedahan dalam waktu yang lama
Toksisitas logam dapat bersifat akut dan kronis selain tergantung pada lamanya
pajanan, juga dikarenakan oleh tinggi rendahnya dosis pajanan. Pada toksisitas akut,
dosis pajanan tinggi dan terpajan dalam waktu yang singkat, sedangkan toksisitas
kronis, dosis pajanan rendah dan waktu pajanan lama (Kosnett 2007, Soemirat 2005,
Klaassen 2001)
Menurut Rand (2000), Soemirat (2005) dan Klaassen (2001), efek toksik suatu
zat pada pengujian bioassay dibedakan menjadi :
1. Akut : bila tanggapan organisme terhadap suatu rangsang bersifat berat dan cepat,
biasanya dalam waktu 4 hari untuk ikan dan organisme akuatik lainnya;
2. Subakut : bila tanggapan organisme terhadap suatu rangsang bersifat kurang berat
dibandingkan dengan akut, timbul dalam waktu lebih lama dan dapat menjadi
kronis;
3. Kronis : bila tanggapan organisme terhadap rangsang bersifat ringan, berlangsung
dalam waktu yang panjang, sampai 1/10 atau lebih dari masa hidupnya;
4. Letal : bila tanggapan organisme terhadap rangsang bersifat langsung berupa
kematian;
5. Subletal : bila tanggapan organisme terhadap rangsang tidak langsung berupa
kematian.
Kajian mengenai efek sub kronik toksikan terhadap ikan, menurut Katzung
(2007), Wardhana (2004), dan Supriharyono (2009) dapat menggunakan beberapa tolok
ukur antara lain :
1. Mempelajari mengenai perubahan-perubahan sifat-sifat biologik yang terpenting,
misalnya : pola serta kecepatan pertumbuhan; kemampuan fertilisasi serta
perkembangan telur;
2. Mempelajari mengenai gangguan-gangguan fungsi (patofisiologik) misalnya studi
hematologik, pengukuran derajad metabolik, studi mengenai aktivitas imunologik
dan enzimatik,
3. Mempelajari perubahan-perubahan patomorfologik yang meliputi semua perubahan
yang menyangkut morfologi ikan dari bentuk-bentuk eksternal sampai ke
perubahan histologik dan sitologik.
Kadmium (Cd) mempunyai daya toksik yang luas. Kadmium yang termakan
dapat meyebabkan nausea, salivasi, muntah, diare dan sakit perut. Inhalasi kadmium
oksida dapat menyebabkan radang saluran pernapasan dan edema paru-paru (Soemirat
2005, Wardhana 2004, Dreisbach 2000, Bernard and Lauwerys 2001, Galt, Scheidig F,
Siestrup, C.G, 2006). Dikatakannya pula bahwa penyakit yang dijumpai akibat terserap
Cd dalam jumlah besar adalah : peradangan pada gastrointestinal, kerusakan ginjal dan
hati. Keracunan yang akut dan fatal akibat terserap debu-debu Cd dapat mengakibatkan
peradangan epitel dan edema pada paru-paru. Keracunan yang kronik dapat
mengakibatkan rusaknya syaraf penciuman, batuk-batuk, berat badan menurun dan
anemia.
Ion Cd2+ pada konsentrasi yang rendah tidak toksik, tetapi bila terakumulasi pada
tingkat tertentu dapat meracuni hewan atau manusia melewati rantai makanan (Miller
2007, Withgott and Brennan 2007). Dikatakannya pula bahwa pada konsentrasi yang
tinggi Cd toksik untuk tumbuhan, dan menyebabkan klorosis pada daun, dan disertai
dengan menurunnya laju fotosintesis, juga menghambat respirasi dan transport elektron
pada mitokandria.
Logam berat Cd mudah diabsorpsi dalam bentuk garam Cd terlarut. Di
lingkungan akuatik, suatu kontaminan masuk dalam jaringan organisme yang bersifat
autotrof dengan cara absorpsi langsung. Pada ikan kontaminan dapat langsung masuk
kedalam tubuh dengan melewati barier biologik yang memisahkan medium internal
organisme dari lingkungan sekitarnya dengan cara absorpsi baik secara langsung
maupun secara tidak langsung. Proses absorpsi langsung tergantung tempat
persentuhannya, dan pada ikan terutama melalui epithelium branchiale. Sedangkan
yang masuk secara tidak langsung (trophic) berlangsung melalui mikrovili permukaan
intestinum (Supriharyono 2009, Soemirat 2005, Boudou, Scauld and Desmazes. 2000,
Mailman 2002).
Withgott and Brennan (2007), Wardhana (2004) dan Connell (2002) mengatakan
bahwa proses perpindahan langsung suatu senyawa toksik dari air ke makhluk hidup
disebut sebagai biokonsentrasi. Dengan demikian perpindahan toksikan dari air ke biota
air tingkat tropik rendah, dari air ke biota air tingkat tropik lebih tinggi dan dari air
menuju ke pemakan-pemakan penyaring di dalam lingkungan perairan digambarkan
sebagai biokonsentrasi sedangkan perpindahan suatu senyawa toksik melalui rantai
makanan ke suatu makhluk hidup disebut biomagnifikasi. Dengan demikian
perpindahan senyawa toksik dari biota air tingkat tropik rendah ke biota air tingkat
tropik
lebih
tinggi
dalam
lingkungan
perairan
dapat
digambarkan
sebagai
biomagnifikasi. Plaa (2007) dan Soemirat (2005) mengatakan bahwa suatu zat yang
mempunyai waktu paruh biologik yang sangat panjang diberikan pada organisme dalam
jangka waktu lama (secara kronis), pada kadar subletalnya akan mengakibatkan
terjadinya akumulasi/biokonsentrasi pada organisme tesebut. Kadmium mempunyai
waktu paruh biologik yang sangat panjang pada manusia yakni 10 – 30 tahun.
Biokonsentrasi logam berat kadmium, dapat ditemukan pada makhluk hidup seperti
ganggang, krustacea, molusca dan vertebrata, dan dengan terjadinya biomagnifikasi
mengakibatkan biokonsentrasi Cd pada ikan paling besar. Apabila peningkatan
akumulasi pada setiap mata rantai makanan 15 kali, maka akumukasi yang terdapat
pada tubuh ikan merupakan proses penggandaan secara biolologik (Sunu 2001,
Wardhana 2004). Ikan menempati posisi puncak dalam piramida makanan. Pada
ekosistem perairan ikan bertindak sebagai herbivor dan karnivor pada tingkat tropik
yang berbeda dalam piramida makanan. Pada piramida makanan ini tingkat dasar
ditempati kelompok tumbuhan hijau antara lain algae, flagellata dan bakteri fotosintetis,
pada bagian tengah ditempat herbivor lain yaitu kelompok moluska, larva insekta dan
ikan. Akhirnya tingkat tropik bagian atas diduduki oleh karnivora terutama ikan (Miller
2007, Argawala 2006, Hellawell 2000).
Kadmium merupakan logam berat yang secara normal terdapat pada tanah dan
air dalam kadar rendah. Kadmium berasal dari beberapa sumber yaitu, sumber alami,
pertambangan dan industri. Pada lapisan litosfir, kadmium terdapat dalam bentuk
kadmium sulfid. Sedangkan di biosfir secara alami berasal dari aktivitas gunung berapi,
getah tanaman, hutan yang terbakar dan debu serta batu-batuan yang terbawa oleh
angin. Gunung berapi merupakan sumber kadmium terbesar secara alami. Dari
pertambangan, kadmium tidak ditambang secara tersendiri tetapi merupakan bahan
ikutan dari pengolahan tambang dan produksi timah hitam (Pb), Seng (Zn), Kuprum
(Cu), batu bara dan minyak (Klaassen 2001, Soemirat 2005, Supriharyono 2009, Miller
2007, Plaa 2007).
Di berbagai industri Cd dipakai sebagai komponen pelapis/pencampur logam,
patri alumunium, pembuatan klise, amalgama dalam kedok teran gigi, pemrosesan foto
berwarna, pewarna porselin, industri gelas, industri keramik, sebagai foto konduktor,
sebagai foto elektrik, sebagai bahan pencampur pigmen, sebagai campuran pupuk fosfst,
sabun, tekstil, kertas, karet, tinta cetak, kembang api, anthelminthes bagi babi dan ayam,
obat syphilis dan TBC (Wardhana 2004, Watts 2000, Kosnett 2007).
Kadmium merupakan salah satu logam berat yang bersifat toksik yang tersebar
luas di lingkungan perairan (Withgott and Brennan 2007, Ward 2001). Hewan dengan
mudah menyerap kadmium dari makanan dan terakumulasi dalam jaringan seperti
ginjal, hati dan alat-alat reproduksi ( Miller 2007, Supriharyono 2009, Kosnett 2007)
Kadmium terdapat dalam air limbah dalam berbagai bentuk yakni : terlarut, tidak terlarut,
anorganik, organik, tereduksi, teroksidasi, terpresipitasi, terabsorpsi. Dikemukakan pula
bahwa Kadmium yang dipancarkan dari kendaraan bermotor ke dalam atmosfir dapat
terakumulasi pada tumbuh-tumbuhan. Kelarutan garam kadmium sangat bervariasi,
dengan garam halogen, sulfat dan nitrat larut dalam air (Supriharyono 2009, Wardhana
2004, Watts 2000, Hammond and Beliles 2001, Ravera, 2001).
Klaassen (2001) dan Miller (2007) mengemukakan bahwa akumulasi Cd pada
hati dan ginjal ikan lebih besar dari pada yang terakumulasi pada ototnya. Hal ini
diduga disebabkan oleh adanya pengaruh sejenis metallotionein yang dijumpai lebih
besar terdapat pada hati dan ginjal dari pada ototnya. Menurut Plaa (2007) dan Soemirat
(2005) timbulnya efek toksik di dalam tubuh suatu jenis organisme oleh pengaruh suatu
zat tergantung pada jumlah adanya zat tersebut pada bagian yang rentan di dalam
tubuh. Miller (2007) dan Kosnett (2007) mengatakan bahwa logam berat dapat
terakumulasi dalam jaringan tubuh ikan terutama pada insang, hati dan ginjal, daging
atau otot serta tulang. Lebih lanjut dikatakan bahwa akibat penambahan logam berat
selain dapat berpengaruh terhadap kematian ikan juga menyebabkan kerusakan pada
jaringan tubuh.
Pencemaran lingkungan oleh logam berat Cd pernah terjadi di Toyama Jepang,
bertambahnya konsentrasi Cd dalam air irigasi dan makanan menyebabkan penyakit
yang tidak dapat disembuhkan, yang dikenal dengan nama penyakit Itai-itai (OuchOuch). Hasil penelitian menunjukkan bahwa air irigasi tersebut mengandung Cd yang
berasal dari penambangan timah hitam dan seng yang ada di daerah hulu sungai Jintsh.
Air irigasi digunakan untuk mengairi tanaman padi di sawah, sehingga padi yang
dipanen mengakumulasikan Cd. Penduduk bertahun tahun makan beras yang berasal
dari padi yang mengakumulasikan Cd tersebut, maka terjadi biomagnifikasi Cd pada
tubuh manusia. Akumulasi Cd pada padi 1,6 ppm, namun setelah dimakan manusia
kandungan Cd pada tubuh (lewat analisis tulang rusuk) menjadi 11,472 ppm, sehingga
menimbulkan penyakit Itai-itai; yakni otot-otot mengalami kontraksi karena kehilangan
sejumlah kalsium, tulang mengalami pelunakan, kemudian menjadi rapuh dan terjadi
kerusakan ginjal (Kosnett 2007, Wardhana 2004, Connell 2001, Soemirat 2005,
Klaassen 2001). Peristiwa pencemaran Cd di sawah juga dialami di kabupaten
Karanganyar Jawa Tengah pada tahun 2004. Kadar Cd di sawah mencapai 0,21 – 0,40
mg/kg, sementara ambang batas Cd di tanah 0,50 mg/kg (Supriharyono 2009).
Timbal (Pb) merupakan xenobiotic, yakni zat asing bagi tubuh yang dapat
menyebabkan gangguan kesehatan pada syaraf, ginjal, hati, sistem reproduksi dan
tulang. Toksisitas akan terjadi pada pemajanan Pb dosis rendah dan berlangsung lama,
yang bersal dari lingkungan air maupun udara (Plaa 2007, Kosnett 2007, Katzung 2007,
Klaassen 2001). Dikatakan pula bahwa Pb dapat masuk ke dalam tubuh melalui saluran
nafas, saluran cerna maupun melalui permukaan kulit, dan akan terikat pada eritrosit,
kemudian terdistribusi dan terakumulasi pada sumsum tulang, otak, hati, ginjal, otot,
gonade dan tulang. Pada lingkungan industri Timbal banyak digunakan dalam produksi
aki, aloi logam, solder, kaca dan keramik.
Timbal (Pb) dapat terakumulasi pada tubuh dalam waktu yang lama (sub
kronik). Logam berat Pb yang masuk ke dalam tubuh pada umumnya merupakan zat
yang lipofilik, yakni mempunyai cirri-ciri: persisten, non-degradable/ tidak terdegradasi,
atau seandainya terdegrdasi maka residunya dapat jauh lebih toksik disbanding zat
asalnya. Pb anorganik yang kurang toksik dengan adanya bakteri di alam akan diubah
menjadi Pb organik (Tetra Ethyl Lead atau Tetra Methyl Lead) yang jauh lebih toksik,
sehingga dalam pemaparan dosis rendah, dengan sifat lipofilik yang dimilikinya zat
tersebut dapat menembus membran sel, terakumulasi sedikit demi sedikit dalam tubuh
makhluk hidup dan berikatan dengan protein (thionein) membentuk metallothionein
untuk didetoksifikasi (Kosnett 2007, Klaassen 2001, Plaa 2007, Withgott and Brennan
2007).
Merkuri (Hg) di perairan masuk ke dalam tubuh makhluk hidup terutama
melalui air (minuman) dan bahan makanan; sisanya akan masuk secara difusi atau
perembesan lewat jaringan dan melalui pernafasan (insang). Merkuri anorganik di
perairan akan mengalami metilasi oleh bakteri anaerob sebagai methyl merkuri dan
membebaskannya ke perairan. Merkuri yang dapat diakumulasi oleh ikan
adalah
berbentuk methyl merkuri. Methyl merkuri yang terbentuk, bersifat tidak stabil sehingga
mudah dipindahkan ke dalam perairan yang kemudian masuk ke hewan maupun
tumbuhan air dan mengalami akumulasi. (Kosnett 2007, Plaa 2007, Soemirat 2005,
Klaassen 2001).
Miller (2007) dan Withgott and Brennan (2007) mengatakan bahwa sebagian
mikroorganisme tidak terpengaruh oleh merkuri dan hasil sampingannya; bakteri
nitrogen dalam tanah membutukan level 100 ppm untuk membuatnya terinfeksi.
Dikatakan pula bahwa hewan cenderung mengakumulasikan merkuri dari makanannya;
ikan dapat mengakumulasikan konsentrasi merkuri 300 kali lebih tinggi dari merkuri
yang terdapat dalam air tempat mereka hidup; efek toksik merkuri pada ikan dapat
mengakibatkan kerusakan pada insang, hati dan ginjal.
Banyak sedikitnya merkuri yang terakumulasi pada tubuh ikan tergantung dari
ukuran, umur dan kondisi ikan. Distribusi dan akumulasi logam tersebut sangat
berbeda-beda untuk organisme air. Hal ini tergantung pada spesies, kosentrasi logam
dalam air, fase pertumbuhan dan kemampuan untuk pindah tempat. Akumulasi merkuri
di dalam tubuh hewan air terjadi karena kecepatan pengambilan merkuri (uptake rate)
oleh organisme air lebih cepat di bandingkan dengan proses ekskresinya (Kosnett 2007,
Plaa 2007, Soemirat 2005).
Merkuri merupakan logam yang terlibat dalam proses enzimatik, terikat dengan
protein (ligan binding). Ikatan merkuri dengan protein jaringan membentuk senyawa
metallothionein. Metallothionein merupakan protein aditif yang berperan dalam proses
homeostatis organisme dalam mentolelir logam berat. Senyawa-senyawa kimia yang
telah berikatan dengan protein dan membentuk metallothionein tersebut akan dibawa
oleh darah (Klaassen 2001, Kosnett 2007, Soemirat 2005). Senyawa Merkuri yang
masuk bersama makanan, akan masuk ke dalam alur pencernaan, setelah mengalami
absorbsi di usus, senyawa merkuri akan dibawa ke hati oleh vena porta hepatik.
Selanjutnya di dalam hati senyawa merkuri mengalami metilasi lambat menjadi , dan
kemudian akan masuk ke dalam darah dan akan teroksidasi sempurna menjadi merkuri
bivalensi (). Bersama peredaran darah, yang masuk ke hati akan mengalami
metabolisme, terdegradasi dan melepaskan , sehingga dapat menghambat enzim
proteolitik dan menyebabkan kerusakan sel (Plaa 2007, Kosnett 2007, Klaassen 2001).
Merkuri yang masuk ke dalam hati akan terbagi dua; sebagian akan terakumulasi pada
hati, sedangkan sebagian lainnya akan dikirim ke empedu. Dalam kantong empedu,
akan dirombak menjadi senyawa merkuri anorganik yang kemudian akan dikirim lewat
darah ke ginjal, dimana sebagian akan terakumulasi pada ginjal dan sebagian lagi
dibuang bersama urin (Connel 2001).
Hati merupakan kelenjar tubuh yang paling besar dan memiliki multifungsi
kompleks. Pada sel hati terdapat banyak reikulum endoplasma kasar dan retikulum
endoplasma halus, hal ini menunjukkan bahwa hati mempunyai peran dalam
metabolisme. Retikulum endoplasma (RE) merupakan tempat sejumlah enzim dalam
sel. Enzim yang banyak terdapat dalam retikulum endoplasma adalah sitokrom P-450.
Logam merkuri dapat sampai ke saluran pencernaan selain melalui makanan, juga dapat
terjadi melalui air yang mengandung logam merkuri. Setelah melewati sistem
pencernaan, logam merkuri masuk ke peredaran darah dan menuju ke organ tubuh
(Miller 2007, Hanson 2008, Kosnett 2007).
Hati memiliki beberapa fungsi, antara lain detoksifikasi, yaitu hati bertanggung
jawab atas biotransformasi zat-zat berbahaya menjadi zat-zat yang tidak berbahaya yang
kemudian dieksresi oleh ginjal. Suatu toksikan dalam hati akan diinaktifkan oleh enzimenzim di dalam hati, tapi apabila toksikan berikatan secara terus-menerus, kemungkinan
enzim di dalam hati akan menjadi jenuh (enzim tidak mampu mendetoksifikasi toksikan
lagi), sehingga terjadi penurunan aktifitas metabolisme dalam hati. Hal ini akan
menyebabkan proses detoksifikasi tidak efektif lagi, maka senyawa metabolit akan
dapat bereaksi dengan unsur sel dan hal tersebut dapat menyebabkan kematian sel.
Fungsi yang lain adalah pembentukan dan ekskresi empedu, metabolisme garam
empedu, metabolisme karbohidrat, sintesis protein metabolisme dan penyimpanan
lemak (Klaassen 2001, Soemirat 2005).
Hati sangat rentan terhadap pengaruh berbagai zat kimia dan sering menjadi
organ sasaran utama dari efek racun zat kimia. Oleh karena itu, hati merupakan organ
tubuh yang paling sering mengalami kerusakan. Menurut Kosnett (2007), Miller (2007)
dan Withgott and Brennan (2007) hal ini disebabkan sebagian besar toksikan yang
masuk ke dalam tubuh setelah diserap oleh usus halus dibawa ke hati oleh Vena porta
hati. Oleh karena itu maka dapat dipahami bahwa hati merupakan organ yang mudah
terkena efek toksik senyawa asing. Hal tersebut dapat terjadi karena :
1) Senyawa kimia yang diberikan secara oral akan diabsorpsi dari saluran cerna ke
dalam hati melalui vena porta sehingga dapat meracuni hati;
2) Senyawa kimia yang dimetabolisme di dalam hati diekskresikan ke dalam empedu
dan kembali lagi ke duodenal:
3) Senyawa asing yang dimetabolisme di dalam hati sebagian dilokalisir di dalam hati.
Dengan demikian hati merupakan organ yang banyak berhubungan dengan senyawa
kimia sehingga mudah terkena efek toksik (Katzung 2007, Klaasen 2001, Kosnett
2007, Plaa 2007, Soemirat 2005).
E. Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Toksisitas Cd,Pb dan Hg Terhadap
Organisme Akuatik
Toksisitas suatu substansia terhadap organisme dipengaruhi oleh beberapa faktor
lingkungan yaitu : suhu, pH, salinitas, DO dan alkalinitas.
E.1. Suhu
Suhu adalah suatu faktor fisik lingkungan yang bekerja bukan mempengaruhi
reaksi senyawa logam berat di lingkungan perairan, melainkan mernpengaruhi aktivitas
mikro biota air terhadap logam berat tersebut (Argawala 2006, Babich and Stotzky
2001). Lebih lanjut dikatakan bahwa toleransi ikan terhadap temperatur berbeda-beda
tergantung pada jenis spesies, stadium pertumbuhan, aklimasi, DO, jenis dan tingkat
pencemaran, lamanya lingkungan terkena panas dan musim.
Suhu air sungai yang relatif tinggi biasanya ditandai dengan munculnya ikan dan
hewan air lainnya ke permukaan untuk mendapatkan oksigen. Ikan yang berada di
dalam air yang suhunya tinggi akan meningkat kecepatan respirasinya, sehingga
menurunkan jumlah oksigen yang terlarut di air, dan dapat mengakibatkan matinya ikan
maupun hewan air lainnya (Withgott 2007, Sunu 2001, Supriharyono 2009).
Berubahnya temperatur baik naik maupun turun yang berlangsung secara mendadak
sering kali bersifat letal bagi organisme perairan, terutama ikan, yang sering disebut
sebagai goncangan temperatur (“thermal shock”). Akibat lebih lanjut adalah terjadinya
perubahan-perubahan ekologi serta kekacauan ekosistem lingkungan perairan yang
bersangkutan (Miller 2007).
Menurut Wardhana (2004) efek-efek merugikan akibat kenaikan suhu adalah :
a. Goncangan temperatur;
b Meningkatnya kepekaan organisme akuatik terhadap parasit, penyakit serta toksintoksin kimia;
c. Menurunnya kadar oksigen perairan, sementara kenaikan suhu akan menaikkan
pula kebutuhan organisme akan oksigen;
d. Meningkatnya derajat eutrofikasi, sebab kenaikan suhu dan penurunan kandungan
oksigen akan memungkinkan berkembangnya ganggang hijau, biru yang tidak
diinginkan tumbuh dengan leluasa;
e. Menurunnya daya tahan hidup ikan-ikan muda yang mempunyai toleransi suhu
yang lebih rendah;
f. Terganggunya rantai makanan oleh hilangnya satu atau berbagai spesies kunci,
terutama plankton, pada tingkat trophik rendah pada rantai makanan;
g. Perubahan komposisi spesies ke arah spesies yang tidak diinginkan.
E.2. pH (Derajat Keasaman)
Pengaruh pH terhadap toksisitas bagi mikroorganisme menunjukkan bahwa
toksisitasnya meningkat sejalan dengan kenaikkan pH. Kenyataan ini diduga merupakan
akibat menurunnya kompetisi antara ion Cd, Pb maupun Hg dengan ion-ion hidrogen
dengan naiknya pH larutan (Babich and Stotzky 2001, Argawala 2006).
Ikan dapat menyesuaikan diri dengan perubahan-perubahan pH perairan yang
masih dalam batas normal toleransinya; tetapi ikan akan memilih suatu perairan yang
mempunyai pH paling sesuai bagi kehidupannya jika ada kesempatan untuk memilih
(Supriharyono 2009, Miller 2007, Leidy 2000). Batas toleransi organisme akuatik
adalah di antara pH 5-9, maka jika ada polutan yang mengganggu sistem buffer perairan
tersebut akan dapat menimbulkan gangguan yang serius bagi organisme akuatik.
E.3. DO (Oksigen Terlarut)
Oksigen terlarut (dissolved oxygen) merupakan parameter mutu air yang sangat
penting, karena nilai oksigen terlarut dapat menunjukkan tingkat pencemaran di
perairan atau tingkat pengolahan air limbah. Besarnya nilai oksigen terlarut dalam suatu
perairan akan menentukan kesesuaian kualias air sebagai sumber untuk kehidupan
(Sunu 2001). Banyaknya oksigen terlarut menunjukkan kemampuan badan perairan di
dalam mola kadar minimal oksigen (Leidy 2000). Oksigen terlarut dalam air dapat
berasal dari atmosfer, atau proses fotosintesis tumbuhan air. Jumlah oksigen terlarut
dalam air tergantung pada suhu, tekanan atmosfer dan kadar mineral dalam air
(Argawala 2006, Miller 2007).
Pada lingkungan perairan yang tidak tercemar, kadar minimum DO sebesar
5 ppm sudah cukup untuk mendukung beberapa aktivitas kehidupan yang normal seperti
pertumbuhan juvenil, fecunditas, bertelur dan kelangsungan hidup bagi beberapa spesies
ikan (Supriharyono 2009, Argawala 2006, Wardhana, 2004). Sedangkan banyak
sedikitnya oksigen yang dikonsumsi organisme tergantung dari jenis, stadium, dan
aktivitas dari organisme tersebut.
E.4. Alkalinitas
Alkalinitas menggambarkan kandungan basa. Pada perairan yang tercemar nilai
alkalinitas menggambarkan basa dan hidroksil. Sedangkan pada perairan yang alami
dan normal nilai alkalinitas terutama menggambarkan nilai kebasaan dari karbonat dan
bikarbonat. Nilai alkalinitas yang memenuhi syarat untuk budidaya ikan antara 20-300
mg/l
(Sunu 2001, Argawala 2006). Nilai alkalinitas lebih besar dari 500 mg/l
menunjukkan bahwa perairan memiliki produktivitas rendah, 200-500 mg/l perairan
produktif, 50-200 mg/l produktivitas sedang, 10-50 mg/l perairan kurang produktif dan
0-10 mg/l tidak dapat dimanfaatkan (Supriharyono, 2009).
BAB III
KERANGKA TEORI KERANGKA KONSEP DAN
HIPOTESIS
A. Kerangka Teori
Berdasarkan tinjauan pustaka pada disertasi ini dapat dibuat kerangka teori
seperti yang tersaji pada gambar 1. Pada kerangka teori tersebut dapat dilihat bahwa
logam berat (Cd, Pb dan Hg) yang berasal dari buangan limbah industri masuk ke
perairan sungai. Logam berat Cd, Pb dan Hg yang bersifat toksik terpajan pada air
sungai kemudian logam berat tersebut masuk ke dalam tubuh ikan dan terakumulasi
pada jaringan hati. Besarnya akumulasi tergantung kemampuan jaringan dalam
mengabsorpsi logam berat Cd, Pb dan Hg. Kemampuan jaringan dalam mengabsorpsi
atau menjerab logam berat yang terlarut dalam air sungai dikenal dengan istilah
Bioconcentration Factor (BCF). Konsentrasi Cd, Pb dan Hg di hati pada kadar tertentu
berikatan dengan thionein membentuk metallothionein; mempengaruhi aktivitas EROD,
LSI maupun GSI.
Logam berat Cd, Pb dan Hg bersifat toksik, karsinogenik, bioakumulatif dan
biomagnifikasi. Ketiga logam ini masuk ke tubuh ikan dengan cara absorpsi langsung
maupun tidak langsung. Proses absorpsi langsung tergantung pada tempat
persentuhannya. Di dalam tubuh ikan persentuhan melalui insang (branchia) yakni pada
epithelium branchiale. Sementara itu yang masuk secara tidak langsung melewati jalur
tropic berlangsung melalui mikrovili permukaan intestinum. Pada penelitian ini
konsentrasi Cd, Pb dan Hg di air sungai masing-masing sebesar 0,006 mg/L, 0,01 mg/L
dan 0,0006 mg/L. Dengan demikian masih memenuhi Baku Mutu air kelas I, yakni air
yang digunakan sebagai air baku air minum. (Peraturan Pemerintah Republik Indonesia
Nomor 82 Tahun 2001 Tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran
Air).
B. Kerangka Konsep
Kerangka konsep penelitian disertasi tersaji pada gambar 2. Pada kerangka
konsep terlihat variabel-variabel yang diamati dan diukur selama penelitian, yakni
meliputi : vaiabel bebas, variabel terikat dan variabel pra kondisi. Variabel bebas
meliputi konsentrasi Cd, Pb dan Hg pada air sungai dan kadar Cd, Pb dan Hg di hati
serta nilai BCF. Variabel tergantung meliputi konsentrasi Cd, Pb dan Hg di hati maupun
biomarker metallothionein, EROD, LSI dan GSI. Sedangkan variabel pra kondisi terdiri
dari suhu, pH dan DO, yakni variabel yang langsung berpengaruh pada kehidupan ikan
dan aktivitas metabolismenya.
Dari berbagai variabel yang dikaji akan ditemukan biomarker yang paling sesuai
(sensitif, spesifik, early warning dan universal) untuk penanda biologis pencemaran Cd,
Pb dan Hg. Diantara biomarker MT, EROD, LSI dan GSI akan ditentukan salah satu
diantara ke empat biomarker tersebut yang sesuai sebagai biomarker pencemaran Cd,
Pb dan Hg di perairan, untuk monitoring logam berat Cd, Pb dan Hg yang
keberadaannya di perairan terlarut di air secara bersamaan. Selain itu akan ditentukan
metallothionein pada tubuh ikan apakah yang sensitif sebagai biomarker pencemaran
Cd, Pb dan Hg yang konsentrasinya di perairan masih memenuhi Baku Mutu air kelas I
sesuai Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 82 Tahun 2001 Tentang
Tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air.
C. Hipotesis
Bertitik tolak dari tinjauan pustaka di atas dan dihubungkan dengan
permasalahan yang timbul, dapat disusun hipotesis sebagai berikut.
C.1. Hipotesis Mayor
Biomarker pada ikan (LSI, GSI, EROD, MT) dapat digunakan sebagai penanda
biologis untuk monitoring pencemaran Cd, Pb dan Hg di lingkungan perairan yang
konsentrasinya masih memenuhi Baku Mutu air kelas I.
C.2. Hipotesis Minor
1. Metallothionein merupakan biomarker yang paling sesuai (sensitif, spesifik, early
warning dan universal) sebagai penanda biologis pencemaran logam berat (Cd, Pb
dan Hg) di perairan sungai yang kosentrasi logam beratnya masih memenuhi nilai
Baku Mutu air kelas I, dibandingkan EROD, LSI dan GSI sebagai alat monitoring.
2. Besarnya konsentrasi Cd, Pb dan Hg terendah di dalam hati ikan mas dan nila yang
menginduksi sintesis/ munculnya biomarker (MT-Cd, MT-Pb dan
MT-Hg) paling
awal mempunyai nilai yang berbeda.
3. MT-Cd merupakan penanda biologis yang muncul paling awal sebagai biomarker
pencemaran Cd, diikuti MT-Pb sebagai biomarker pencemaran Pb dan MT-Hg
sebagai biomarker pencemaran Hg.
4. Besarnya nilai BCF yang menyebabkan munculnya biomarker MT-Cd, MT-Pb dan
MT-Hg paling awal pada ikan nila dan ikan mas mempunyai nilai yang berbeda.
5. Metallothionein pada hati ikan mas sensitif sebagai biomarker pencemaran logam
berat (Cd, Pb dan Hg) diperairan yang konsentrasinya masih memenuhi nilai Baku
Mutu air kelas I
BAB IV
METODE PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian
Tempat penelitian di sungai Kaligarang bagian Hilir, segmen 6 (Gambar 3). Lokasi
ini digunakan untuk penempatan Karamba Jaring Apung (KJA). Bagian hilir segmen 6
dipilih untuk perlakuan karena lokasinya paling memungkinkan untuk budidaya ikan
menggunakan karamba. Lokasi ini airnya relatif tenang, arus air tidak begitu besar, tempat
penduduk sekitar mencari ikan, dan merupakan tempat bertemunya limbah pabrik-pabrik
yang berdiri di sepanjang sungai, sehingga air sungai mengandung limbah dengan kadar Cd,
Pb dan Hg yang memungkinkan untuk penelitian. Rerata kadar Cd, Pb dan Hg di tempat ini,
pada saat penelitian dimulai dan selama penelitian berlangsung masing-masing sebesar
0,006 mg/L, 0,01 mg/L dan 0,0006 mg/L, sehingga masih memenuhi nilai Baku Mutu Cd,
Pb dan Hg untuk air sungai kelas I. Baku Mutu Cd, Pb dan Hg untuk air sungai kelas I
masing-masing adalah 0,01 mg/L, 0,03 mg/L dan 0,001 mg/L.
Adapun untuk kontrol, tempatnya di Kolam Balai Benih Ikan di Ungaran Kabupaten
Semarang (lampiran 16). Kadar Cd, Pb dan Hg di air pada kolam ini masing-masing sebesar
0 mg/L. Ikan yang digunakan untuk eksperimen ada 2 macam yakni ikan mas (Cyprinus
carpio L.), dan ikan nila (Oreochromis niloticus L.). Benih ikan untuk penelitian diambil
dari kolam Balai Benih Ikan (BBI) Ungaran. Kolam pembenihan dan kolam kontrol berada
pada petak kolam yang berbeda. Penelitian dilakukan pada musim peralihan, antara musim
kemarau dan penghujan. Laboratorium yang digunakan sebagai tempat analisis sampel
meliputi, Laboratorium Kimia UGM Yogyakarta, dan Laboratorium Kesehatan Lingkungan
Semarang, Laboratorium BPPT Serpong, Laboratorim Biologi UNNES dan Laboratorium
Fakultas Farmasi UNWAHAS.
Gambar 3 : Peta Segmen Kaligarang
SKALA 1 : 200.000
KETERANGAN :
1. Segmen 6 terletak di Kelurahan Petompon Kecamatan Gajahmungkur
2. Lokasi Karamba terletak ± 200 m dari sumber air yang diambil PDAM
3. Segmen 6 memanjang dari Bendan Duwur sampai Plered (Kelurahan Barusari)
B. Desain Penelitian
Penelitian ini termasuk penelitian Experimental Design, dengan rancangan Pre
Test and Post Test Control Group Design (Verschuren and Doorewaard 2005, Steel and
Torrie 2000, Sastroasmoro dan Ismael 2008). Dengan desain ini biomarker/penanda
biologis yang muncul pada ikan setelah eksperimen akan dibandingkan antara
kelompok kontrol (ikan yang dibesarkan dengan KJA di kolam BBI, dengan kelompok
perlakuan yakni ikan yang di dibesarkan dengan KJA di Kaligarang bagian Hilir
segmen 6. Konsentrasi Cd, Pb dan Hg di air sungai pada kelompok perlakuan masingmasing sebesar 0,006 mg/L, 0,01 mg/L dan 0,0006 mg/L, sedangkan pada kelompok
kontrol kadar Cd,Pb dan Hg di air kolam masing-masing 0 mg/L, pada masing-masing
karamba dipelihara 100 ekor ikan. Dua karamba di Kaligarang Hilir/segmen 6, masingmasing digunakan untuk memelihara ikan mas dan ikan nila (lampiran 16). Demikian
pula di lokasi kontrol/ BBI Ungaran, juga dipelihara ikan mas dan nila masing-masing
100 ekor dengan KJA yang berbeda (lampiran 16). Ikan yang digunakan berumur 2,5
bulan, usia ikan yang umumnya mulai ditebarkan dalam karamba dan posisi dasar
karamba berada 1m di atas dasar sungai (1m di atas sedimen).
Sebelum penelitian eksperimen dilakukan terlebih dahulu dilakukan penelitian
eksplorasi sebagai penelitian pendahuluan. Pada penelitian pendahuluan dilakukan uji
repeatibility/ulangan pengukuran dan reproducibility/ketepatan penggunaan metode,
yang tujuannya adalah; repeatibility untuk menguji ketelitian alat (accuracy), dan
reproducibilty untuk melihat ketepatan (precision) metode yang digunakan. Uji
pendahuluan ini dilakukan pada ikan yang diambil langsung dari sungai Kaligarang
bagian hilir maupun dari BBI, dengan menggunakan ikan yang usianya siap dipanen
(4 bulan). Dengan dilakukannya kedua uji tersebut, maka tidak diperlukan adanya
ulangan/replikasi dalam desain penelitiannya. Selain rancangan eksperimen, penelitian
ini juga menggunakan rancangan penelitian eksplorasi sebagai penelitian pendahuluan.
Dengan demikian penelitian eksperimen tersebut dilakukan setelah dilakukan penelitian
pendahuluan/penelitian eksplorasi. Pada penelitian pendahuluan sampel ikan langsung
diambil dari habitat masing-masing, yakni Kaligarang segmen 6 dan kolam BBI
Ungaran. Ikan dari Kaligarang sebagai sampel perairan yang terpajan logam berat, dan
sampel ikan dari BBI mewakili perairan bebas polutan logam berat. Ikan yang diambil
ikan yang berusia 4 bulan atau siap dipanen.
C. Populasi dan Sampel
Populasi penelitian ini terdiri dari 300 ekor ikan mas dan ikan 300 ekor ikan
nila hasil pembenihan di
Balai Benih Ikan
Ungaran.
Populasi ikan di kolam
pembenihan BBI Ungaran mempunyai umur, berat dan panjang tubuh yang relatif sama
(umur 2,5 bulan, berat dan panjang tubuh masing-masing 19 gr dan 8 cm). Untuk
sampel masing-masing jenis ikan diambil 100 ekor, dengan teknik Random Sampling.
Dipilih teknik Random Sampling karena karakteristik populasi penelitian relatif
homogen (populasi ikan merupakan hasil pembenihan sehingga umur, berat dan panjang
tubuh relatif sama). Dengan pengambilan sampel secara Random, setiap anggota
populasi diberi kesempatan yang sama untuk menjadi sampel, sehingga dapat diperoleh
sampel yang betul-betul mewakili/menggambarkan kondisi populasi yang sebenarnya,
sehingga hasil penelitian tidak bias.
Adapun cara pengambilan sampel, diawali dengan mengambil 200 ekor ikan
mas dari 300 ekor benih ikan mas secara acak/ Random.
Kemudian dibagi dua
kelompok secara random pula, masing-masing sebagai sampel kelompok kontrol dan
kelompok perlakuan, sehingga sampel untuk kelompok kontrol maupun kelompok
perlakuan masing-masing berjumlah 100 ekor ikan mas. Penentuan sampel untuk ikan
nila dilakukan dengan cara yang sama, dari 300 ekor populasi ikan nila yang ada di
kolam BBI yang berlainan.
Sebelum penentuan sampel terlebih dahulu dilakukan uji laboratorium, untuk
memastikan sampel ikan tidak mengakumulasikan Cd, Pb dan Hg. Sampel ikan yang
digunakan untuk penelitian dibesarkan di kolam BBI Ungaran sebagai kontrol maupun
di Kaligarang Hilir sebagai lokasi eksperimen, menggunakan KJA. Ikan yang
digunakan umurnya 2,5 bulan panjang tubuh 8 cm dan berat 19 gr, yakni ikan yang
biasa dipakai sebagai benih ikan yang ditebarkan dalam KJA. Ikan tersebut dibesarkan
di Karamba lokasi penelitian; dan dilakukan time series, setiap satu minggu sekali
dianalisis kandungan MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg di hati pada ikan mas dan nila
kelompok perlakuan yang dipelihara dengan KJA di Kaligarang maupun ikan mas dan
nila kelompok kontrol yang dipelihara dengan KJA di kolam BBI Ungaran, sampai
terjadi indusksi sintesis/munculnya metallothionein. Pada minggu terakhir dimana
metallothionein muncul, juga dilakukan pemeriksaan EROD, LSI dan GSI pada
kelompok kontrol dan kelompok perlakuan. Jumlah ikan yang diambil dalam setiap
minggu sebanyak 5 ekor untuk masing-masing jenis ikan baik ikan perlakuan maupun
kontrol. Menurut WHO (1993), sampel penelitian sebanyak 5 ekor. Maka pada
penelitian ini digunakan 5 ekor ikan mas dan 5 ekor ikan nila sebagai sampel, pada setiap
kali analisis menggunakan HPLC maupun analisis spektrofotometer serta penghitungan
LSI dan GSI sehingga untuk kelompok kontrol dan kelompok perlakuan digunakan 60
ekor ikan nila dan 60 ekor ikan mas sebagai sampel. Pada masing-masing karamba
dipelihara 100 ekor ikan sebagai cadangan kalau ada yang mati atau sakit.
D. Variabel Penelitian
D.1. Nama Variabel
D.1.1. Variabel Bebas/Independent
•
Kadar Cd, Pb dan Hg pada air sungai Kaligarang bagian Hilir lokasi penelitian
•
Kadar Cd,Pb dan Hg pada hati ikan nila dan mas kelompok perlakuan
•
Kadar Cd, Pb dan Hg pada hati ikan nila dan mas kelompok kontrol
•
Kadar Cd, Pb dan Hg pada air kolam BBI/ lokasi kontrol
D.1.2. Variabel Terikat/Dependent/Tergantung
• Biomarker MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg pada ikan mas dan nila kelompok Kontrol
• Biomarker MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg pada ikan mas dan nila kelompok perlakuan
• Kadar Cd, Pb dan Hg pada hati ikan nila dan mas kelompok kontrol
• Kadar Cd,Pb dan Hg pada hati ikan nila dan mas kelompok perlakuan
• Biomarker (LSI, GSI, EROD) pada ikan mas dan nila kelompok kontrol
• Biomarker (LSI, GSI, EROD) pada ikan mas dan nila kelompok perlakuan
• Nilai BCF pada ikan mas dan nila kelompok kontrol dan kelompok perlakuan.
D.1.3. Variabel Penyerta (Variabel Pra Kondisi)
• pH, Suhu, DO di Kaligarang bagian Hilir
D.2. Definisi Operasional Variabel
Definisi operasional variabel bebas, variabel tergantung dan variabel penyerta
dapat dilihat pada matrik yang tertera pada tabel 2 halaman berikut ini.
Tabel 2
Matrik Definisi Operasional Variabel
No
1
Variabel
Variabel Bebas :
Cd di air sungai
Pb di air sungai
Hg di air sungai
Cd di air BBI
Pb di air BBI
Hg di air BBI
2
Variabel Tergantung :
Munculnya Biomarker
MT-Cd
Munculnya Biomarker
MT-Pb
Munculnya Biomarker
MT-Hg
Kadar Cd di hati Ikan
Mas
Kadar Pb di hati Ikan Mas
Kadar Hg di hati Ikan
Mas
Kadar Cd di hati Ikan
Nila
Kadar Pb di hati Ikan Nila
Kadar Hg di hati Ikan
Nila
EROD
3
GSI
LSI
Variabel Pra Kondisi :
Kadar Cd pada ikan
Kadar Pb pada ikan
Kadar Hg pada ikan
pH
Suhu
DO
Cara Pengukuran/
Pengumpulan Data
Skala
Variabel
Satuan
Variabel
Diukur dengan AAS pada λ 326,1 nm
dengan lampu AAS untuk Cd
Diukur dengan AAS pada λ 405,8 nm
dengan lampu AAS untuk Pb
Diukur dengan AAS pada λ 253,7 nm
dengan lampu AAS untuk Hg
Diukur dengan AAS pada λ 326,1 nm
dengan lampu AAS untuk Cd
Diukur dengan AAS pada λ 405,8 nm
dengan lampu AAS untuk Pb
Diukur dengan AAS pada λ 253,7 nm
dengan lampu AAS untuk Hg
Rasio
mg/L
0,01 mg/L *
Rasio
mg/L
0,03 mg/L *
Rasio
mg/L
0,001 mg/L *
Rasio
mg/L
0,01 mg/L *
Rasio
mg/L
0,03 mg/L *
Rasio
mg/L
0,001 mg/L *
HPLC (Analisis sampel hati dan
larutan standar Cd)
HPLC (Analisis sampel hati dan
larutan standar Pb)
HPLC (Analisis sampel hati dan
larutan standar Hg)
HPLC (Analisis sampel hati dan
larutan standar Cd)
HPLC (Analisis sampel hati dan
larutan standar Cd)
HPLC (Analisis sampel hati dan
larutan standar Cd)
HPLC (Analisis sampel hati dan
larutan standar Cd)
HPLC (Analisis sampel hati dan
larutan standar Cd)
HPLC (Analisis sampel hati dan
larutan standar Cd)
Analisis enzim dengan
spectrofotometer pada λ 572 nm
Analisis Indeks Fisiologi
Analisis Indeks Fisiologi
Rasio
Menit
3,1 – 3,152**
Rasio
Menit
11,239 – 11,490**
Rasio
Menit
7,217– 7,693**
Rasio
mg/kg
-
Rasio
mg/kg
-
Rasio
mg/kg
-
Rasio
mg/kg
-
Rasio
mg/kg
-
Rasio
mg/kg
-
Rasio
p mol/mg
-
Rasio
Rasio
-
-
Diukur dengan AAS pada λ 326,1 nm
dengan lampu AAS untuk Cd
Diukur dengan AAS pada λ 405,8 nm
dengan lampu AAS untuk Pb
Diukur dengan AAS pada λ 253,7 nm
dengan lampu AAS untuk Hg
pH meter
Thermometer
DO-Kit
Rasio
mg/kg
-
Rasio
mg/kg
-
Rasio
mg/kg
-
Rasio
Rasio
Rasio
C
mg/L
0
Rentang Nilai
Variabel
6 – 9***
260 – 270 C***
3 – 6 mg/L ***
Keterangan :
*) dan ***) : Nilai Baku Mutu Cd, Pb dan Hg pada air kelas I dan Kelas III menurut
Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 82 Tahun 2001 tentang
Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air
**)
: Retention Time larutan Cd standar, Pb standar dan Hg standar hasil analisis
HPLC
Definisi operasional variabel selengkapnya disjikan pada lampiran 15.
D.3. Definisi Konseptual Variabel
Lingkungan perairan sungai Kaligarang yang dimaksud dalam penelitian ini
adalah segmen 6 (sesuai dengan Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 82
Tahun 2001 dan Peraturan Gubernur Jawa Tengah Nomor 23 Tahun 2010). Pajanan
logam yang diukur disungai Kaligarang diutamakan adalah logam berat, yaitu Cd, Pb
dan Hg. Dengan demikian adanya logam-logam yang lain di sungai Kaligarang tidak
disertakan dalam penelitian ini. Definisi konseptual dari masing-masing variabel adalah
sebagai berikut :
D.3.1. Variabel Bebas/Independen
Variabel bebas terdiri dari
konsentrasi Cd, Pb dan Hg
pada air
sungai
Kaligarang segmen 6 maupun dari air kolam BBI Ungaran. Konsentrasi Cd, Pb dan Hg
perairan : adalah kadar Cd, Pb dan Hg pada air sungai Kaligarang segmen 6 maupun
kadar Cd, Pb dan Hg di air kolam BBI Ungaran pada saat penelitian akan dilakukan,
sesuai hasil analisis Flame AAS.
D.3.2. Variabel Terikat/Dependen
1.
MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg: metallothionein yang diisolasi dari organ hati melalui
preparasi sampel dan muncul pada alat HPLC.
2. Konsentrasi Cd, Pb dan Hg di hati ikan : nilai yang diperoleh dari analisis HPLC
pada sampel yang dibandingkan dengan larutan standar, yang memunculkan
biomarker paling awal.
3. Liver Somatic Index (LSI) : nilai LSI ditentukan dari organ hati, merupakan
perbandingan antara berat hati ikan dengan berat tubuh ikan dikali 100.
4. Gonade Somatic Index (GSI) : nilai GSI ditentukan dari organ gonade, merupakan
perbandingan antara berat gonade ikan dengan berat tubuh ikan dikali 100.
5. Ethoxyresorufin-O-diethyilase (EROD) : adalah aktivitas enzim yang ditentukan
dari organ hati.
6. Bioconcentration Factor (BCF) : nilai BCF ditentukan dari organ hati, merupakan
perbandingan antara besarnya konsentrasi logam berat yang terakumulasi dalam
organ dengan besarnya konsentrasi logam berat di perairan.
D.3.3. Variabel Penyerta (Variabel Pra Kondisi)
Variabel penyerta terdiri dari variabel-variabel pra kondisi yang kemungkinan
akan mempengaruhi toksisitas dan munculnya MT, mengingat variabel tersebut
berpotensi mempengaruhi kehidupan dan metabolisme ikan. Variabel ini meliputi suhu
ph, DO, dan alkalinitas perairan. Dalam penelitian ini variabel tersebut masih dalam
kisaran yang layak bagi kehidupan ikan, sehingga demikian variabel ini tidak
berpengaruh terhadap variabel tergantung/dependent variabel. Dengan demikian
validitas data dapat dipertanggungjawabkan sehingga hasil penelitian tidak bias.
E. Materi Penelitian
Materi penelitian, meliputi :
• Sampel hati ikan mas dan nila digunakan untuk menentukan kadar Cd, Pb, Hg dan
MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg pada hati masing-masing ikan tersebut serta EROD, baik
ikan dari balai benih (Ikan kelompok kontrol) dan kelompok perlakuan, maupun ikan
yang langsung diambil dari Kaligarang. Namun demikian, ikan yang langsung
diambil dari Kaligarang tidak diperiksa LSI, GSI dan EROD nya, namun hanya
diperiksa munculnya MT-Cd saja sebagai uji pendahuluan.
• Sampel air digunakan untuk mengukur kadar Cd, Pb dan Hg di perairan Hulu,
Tengah, Hilir dan Kontrol serta lokasi penempatan karamba untuk perlakuan. Selain
itu juga untuk mengukur pH, Suhu, DO, kesadahan dan alkalinitas.
•
Sampel gonade untuk menentukan GSI, dan Sampel Hati untuk menentukan LSI,
ikan mas dan nila, baik kelompok kontrol maupun kelompok perlakuan.
F. Teknik Pengumpulan Data
Data Primer, diperoleh melalui penelitian eksperimen menggunakan KJA, di
daerah hilir segmen 6 dan lokasi kontrol. Data Primer meliputi : Kadar Cd di hati ikan
mas dan nila kelompok perlakuan dan kontrol, GSI ikan mas dan nila kontrol dan
perlakuan, LSI ikan mas dan nila kontrol dan perlakuan, berat hati dan berat tubuh
serta berat gonade ikan mas dan nila kontrol dan perlakuan, EROD dan MT (MT-Cd,
MT-Pb dan MT-Hg) ikan mas dan nila kontrol dan perlakuan, kadar Cd, Pb dan Hg di
air lokasi perlakuan dan kontrol. Selain itu data primer juga diperoleh melalui penelitian
pendahuluan, yakni meliputi MT-Cd ikan yang diambil langsung dari sungai Kaligarang
bagian Hilir dan BBI Ungaran serta kadar Cd di air sungai Kaligarang segmen 6
maupun BBI Ungaran. Sedangkan data sekunder diperoleh melalui studi pustaka dari
berbagai literatur yang relevan/mendukung, yakni jurnal, buku teks, laporan penelitian
dan Disertasi.
F.1. Langkah Pengumpulan Data Primer
Adapun langkah-langkah pengumpulan data primer dimulai dengan penelitian
pendahuluan menggunakan ikan umur 4 bulan yakni usia siap panen, dengan langkah
sebagai berikut. Langkah pertama ikan yang hidup bebas di Kaligarang diambil
sampelnya dengan teknik Random Sampling, kemudian dimbil hatinya, dan dilakukan
preparasi sampel hati dengan preparasi khusus untuk isolasi metallothionein, kemudian
diperiksa ada tidaknya metallothionein pengikat Cd, menggunakan alat HPLC (High
Performance Liquid Cromatography). Sebagai kontrol diambil sampel ikan dengan
teknik Random Sampling, dari perairan yang tidak tercemar yakni dari Balai Benih Ikan
Air Tawar di Ungaran. Sampel dianalisis sama seperti sampel ikan dari sungai
Kaligarang. Hasil analisis HPLC sampel hati ikan dari Kaligarang dibandingkan dengan
sampel ikan dari Balai Benih Ikan untuk menentukan ada tidaknya metallothionein
pengikat Cd. Pada tahap ini juga dilakukan analisis konsentrasi Cd, Pb dan Hg di air
Kaligarang segmen 6 maupun air kolam BBI ungaran.
Pada penelitian pendahuluan dilakukan uji repeatibility/ulangan pengukuran dan
reproducibility/ketepatan penggunaan metode, yang tujuannya adalah; repeatibility
untuk menguji ketelitian (accuracy) alat yang dipakai dan reproducibilty untuk melihat
ketepatan (precision) metode yang digunakan; sehingga data penelitian dapat dijamin
validitasnya dan hasil penelitian tidak bias. Kedua uji tersebut dilakukan melalui
aplikasi lapangan, sekaligus sebagai uji pendahuluan. Uji pendahuluan ini dilakukan
pada ikan yang diambil langsung dari sungai Kaligarang bagian hilir maupun dari BBI,
dengan menggunakan ikan yang usianya siap dipanen (4 bulan). Dengan dilakukannya
kedua uji tersebut, maka tidak diperlukan adanya ulangan/replikasi dalam desain
penelitiannya. Pada uji pendahuluan ini analisis HPLC untuk mengetahui Retention
Time yang menunjukkan induksi sintesis muncul tidaknya metallothionein (MT-Cd, MTPb dan MT-Hg) dilakukan di beberapa laboratorium, yakni Serpong, UGM dan
Unwahas. Hasil uji di tiga tempat tersebut menunjukkan kesamaan, yakni pada sampel
dari BBI Ungaran tidak muncul MT dan sampel dari Kaligarang muncul MT pada
kisaran Retention Time yang hampir sama. Maka dari itu diyakini bahwa metode
maupun alat yang digunakan sudah tepat, sehingga data penelitian dapat dijamin
validitasnya, sehingga hasil penelitian tidak bias.
Setelah dilakukan penelitian pendahuluan, selanjutnya dilakukan penelitian
eksperimen menggunakan KJA untuk perlakuan dan kontrol, dengan menggunakan ikan
umur 2,5 bulan. Penelitian dilakukan dengan time series pada kedua kelompok
penelitian baik kelompok kontrol dan kelompok perlakuan; setiap satu setengah
bulan sekali dilakukan analisis menggunakan HPLC (High Performence Liquit
Chromatografi) untuk mengetahui munculnya Metallothionein-Cd, Metallothionein-Pb
dan Metallothionein-Hg; di hati selama 7 bulan pada ikan mas dan nila kontrol maupun
perlakuan, untuk mengetahui munculnya biomarker yang paling awal dan untuk
mengetahui besarnya kadar logam berat di hati ikan yang memunculkan biomarker
paling awal tersebut. Analisis HPLC menunjukkan bahwa pada satu setengah bulan
pertama (umur ikan 4 bulan), ikan kelompok perlakuan sudah muncul Metallothionein
(Cd, Pb dan Hg), maka dilakukan eksperimen ulang, dengan time series dilakukan per
minggu selama enam minggu/satu setengah bulan menggunakan KJA. Hal ini dilakukan
dengan pertimbangan pada penelitian pendahuluan dengan menggunakan ikan umur 4
bulan, ternyata biomarker metallothionein sudah muncul. Eksperimen ulang tersebut
tujuannya untuk memastikan pada minggu ke berapa sesungguhnya metallothionein
muncul. Hal ini penting, untuk menjamin validitas data tentang kapan munculnya
biomarker metallothionein, sehingga hasil penelitian tidak bias. Dengan demikian
berdasarkan eksperimen ulang tersebut akan dapat dipastikan kapan sesungguhnya MT
muncul, apakah MT muncul sebelum minggu ke enam ataukah pada minggu ke enam
seperti halnya yang terjadi pada uji sebelumnya.
Sebelum analisis HPLC terlebih dahulu dilakukan preparasi khusus untuk isolasi
metallothionein yang terdapat pada hati ikan (Chassaigne dan Lobinski 1999
dimodifikasi). Isolasi metallothionein dilakukan dengan cara sampel hati ikan sebanyak
5 gram dithawing pada suhu 4°C selanjutnya dipotong-potong dan dihomogenisasi
dengan Tris HCl pH 8,1 dengan perbandingan 2 : 1 (10 ml Tris HC1 : 5 gram sampel)
meggunakan mortar. Kemudian disentrifuse (fungsinya untuk memisahkan debris dan
enzim metallothioneinnya) dengan kecepatan 10000 g selama 30 menit pada suhu 4°C.
Supernatan diambil kemudian disentrifuse dengan kecepatan 110000 g selama 60 menit
pada suhu 4°C, diperoleh hasil Isolasi yang mengandung metallothionein. Hasil isolasi
dari sampel hati ikan kemudian dianalisis dengan HPLC, untuk melihat ada tidaknya
metallothionein pengikat Cd, Pb dan Hg. Adapun caranya dengan melakukan analisis
larutan Cd standar menggunakan HPLC. Apabila pada analisis sampel menghasilkan
Retention Time yang nilainya sama dengan interval nilai Retention Time larutan Cd
standar yakni antara (3,1-3,152 ) menit berarti metallothionien-Cd terdapat pada sampel
tersebut. Kalau nilai Retention Time sampel di luar interval nilai Retention Time larutan
Cd standar berarti sampel tidak mengandung metallothionien-Cd (MT-Cd) tetapi
mengandung metallothionein lainnya (Giarrocco, Bruce, Matthew 1997). Demikian pula
untuk menentukan MT-Pb dan MT-Hg dilakukan dengan cara yang sama yakni dengan
analisis Pb standar dan Hg standar untuk melihat RT larutan standar Pb maupun Hg.
Setelah uji pendahuluan kemudian dilakukan uji eksperimen. Sampel hasil uji eksperimen
(kelompok kontrol dan kelompok eksperimen), dianalisis seperti hal nya sampel
penelitian pendahuluan menggunakan HPLC untuk menentukan ada tidaknya
Metallothionein-Cd, Metallothionein-Pb dan Metallothionein-Hg serta kadar Cd, Pb
maupun Hg di hati ikan nila dan mas.
F.2. Langkah Uji Eksperimen
Adapun langkah-langkah uji eksperimen untuk menemukan Biomarker
Metallothionein dapat dikemukakan sebagai berikut :
• Penentuan sampel ikan
Sebelum penentuan sampel penelitian, diambil 5 ekor ikan mas dan ikan nila dari
BBI Ungaran, dianalisis dengan HPLC dan Flame AAS
untuk memastikan bahwa
sampel tidak mengakumulasikan logam berat Cd, Pb dan Hg. Setelah sampel
dipastikan tidak mengandung Cd, Pb dan Hg selanjutnya diambil sampel ikan mas
(Cyprinus carpio L.) dan ikan nila (Oreochromis nilotucus L.), masing-masing
sebanyak 100 ekor. Keseluruhan benih sampel diambil dari kolam di Balai Benih
Ikan Ungaran Kabupaten Semarang. Umur benih sampel yang diambil di awal
penelitian adalah 2,5 bulan, panjang tubuh 8 cm dan berat tubuh 19 gram. Ikan mas
dan nila masing-masing diambil 200 ekor, selanjutnya dengan secara random dibagi
dalam 2 kelompok, yaitu kelompok kontrol dan kelompok perlakuan, masing-masing
100 ekor. Sampel ikan kelompok kontrol dipelihara dengan KJA di kolam Balai
Benih Ikan Ungaran Kabupaten Semarang. Sedangkan sampel ikan kelompok
perlakuan dipelihara di KJA di bagian hilir sungai Kaligarang (Kaligarang segmen
6). Uji kadar logam berat pada sampel air dilakukan untuk mengetahui keberadaan
polutan logam berat di air
pada
kelompok kontrol dan kelompok perlakuan,
terutama kadar Cd, Pb dan Hg.
• Pengambilan sampel ikan dari KJA
Sampel ikan mas dan nila kelompok kontrol diambil dari KJA pada kolam di Balai
Benih Ikan Ungaran, sedangkan sampel kelompok perlakuan adalah ikan mas dan
nila yang diambil dari KJA di bagian hilir sungai Kaligarang. Pengambilan sampel
kedua kelompok dilakukan setelah satu setengah bulan ikan berada dalam kondisi
perlakuan, sehingga umur ikan genap 4 bulan. Hal tersebut dimaksudkan agar jika
terdapat pajanan logam berat sudah dapat diserap oleh tubuh ikan untuk menginduksi
munculnya metallothionein. Pada uji pendahuluan ikan dengan usia 4 bulan yang
hidup pada perairan terpajan logam berat sudah muncul MT-Cd.
• Pembedahan ikan mas dan nila untuk dilakukan isolasi metallothionein
Pembedahan sampel ikan dilakukan untuk mengambil organ hati dan gonade dengan
langkah seperti yang terdapat pada lampiran 12. Selanjutnya dilakukan prosedur
isolasi metallothionein yang diadopsi dari penelitian (Chassaigne dan Lobinski.
1999).
Langkah pertama, 5 gram sampel hati ikan dilunakkan dengan teknik
thawing pada suhu 4oC. Setelah lunak, sampel hati dipotong-potong,dihaluskan
menggunakan mortal dan dihomogenisasi dengan larutan Tris-HCl pH 8,1 dengan
perbandingan 2:1 (10 ml Tris-HCl : 5 gram sampel hati). Sentrifugasi dilakukan pada
sampel hati dengan kecepatan 10.000 g selama 30 menit pada suhu 4 0C. Supernatan
diambil dan disentrifugasi kembali dengan kecepatan 110.000 g selama 60 menit
pada suhu 4oC. Hasil isolasi berupa sampel yang mengandung metallothionein.
• Analisis ekspresi metallothionein
Hasil isolasi metallothionein selanjutnya dianalisis menggunakan alat HighPerformance Liquid Cromatography (HPLC) untuk melihat adanya ekspresi
metallothionein pada hati ikan akibat efek toksik logam berat Cd, Pb dan Hg yang
mencemari air sungai. Proses analisis larutan sampel hati ikan kelompok kontrol dan
perlakuan serta analisis larutan standar Cd, Pb dan Hg dilakukan dengan
menggunakan EZ Chrom Elite Jasco HPLC System (UV2070-PU2080-LCnet
II/ADC), dengan panjang gelombang 254 nm; fase diam (kolom symetryshield
RP 18, biasa disebut C-18) diameter 3,5 mikrometer dengan panjang kolom 4,5 kali
150 mm; dan fase gerak asetonitril: tris buffer HCl pH 8,1 = 40: 60 (v/v). Langkah
analisis secara rinci ada pada lampiran 12.
• Analisis EROD, dan penentuan LSI, GSI serta BCF
- Prosedur Pemeriksaan Aktifitas EROD (Klotz, Stegeman and Walsh, 1984)
Prosedur pemeriksaan aktivitas EROD dilakukan dengan langkah sebagai
berikut. Ikan dibedah, kemudian liver ikan diambil, lalu ditimbang, selanjutnya
liver dimasukkan dalam microtube dan dihancurkan. Setelah liver benar-benar
hancur kemudian ditambahkan 1 ml larutan buffer EROD, dicampur dan
didiamkan sampai liver mengendap. Selanjutnya larutan dalam microtube tersebut
diambil dan dimasukkan dalam kuvet spektrofotometer. Larutan dibaca pada
panjang gelombang 572 nm, suhu 30oC untuk mengetahui aktivitas EROD pada
sampel, dengan cara membaca serapan yang tertera pada spektrofotometer (angka
yang muncul menunjukkan besarnya nilai aktivitas EROD dalam satuan
pmol/min/mg protein). Adapun larutan Buffer EROD terdiri dari 100 mM buffer
NaH2PO4 pH 7.6, 1.15%
KCl, 2 µM 7-ethoxyresorufin, dan 0.5 mM
Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate (NADPH). Adapun langkah
pemeriksaan EROD secara rinci terdapat dalam lampiran 12.
- Prosedur Pengukuran Liver Somatic Index (LSI)
Langkah yang dilakukan dalam pengukuran LSI adalah sebagai berikut .
Pertama kali sampel ikan ditimbang berat tubuhnya, maupun berat liver/ hati.
Kemudian dilakukan penghitungan LSI, dengan rumus sebagai berikut:
Berat hati ikan
LSI = -------------------------- x 100
Berat tubuh ikan
Adapun langkah penentuan LSI secara rinci teradapat pada lampiran 12.
- Prosedur Pengukuran Gonad Somatic Index (GSI)
Pengukuran GSI dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :
Langkah yang dilakukan dalam pengukuran GSI adalah sebagai berikut .
Pertama kali sampel ikan ditimbang berat tubuh, maupun berat gonade. Kemudian
dilakukan penghitungan nilai GSI, dengan rumus sebagai berikut :
Berat gonade ikan
GSI = ------------------------ x 100
Berat tubuh ikan
Adapun langkah penentuan GSI secara rinci terdapat pada lampiran 12.
- Prosedur Pengukuran Bioconcentration Factor (BCF)
(*)
Langkah-langkah yang dilakukan dalam pengukuran BCF adalah sebagai
berikut. Hati ikan mas dan ikan nila dianalisis menggunakan HPLC untuk
mengetahui kadar Cd, Pb dan Hg di hati yang menyebabkan munculnya MT-Cd,
MT-Pb dan MT-Hg. Selanjutnya dilakukan penghitungan nilai BCF yaitu
perbandingan antara konsentrasi/kadar Cd, Pb dan Hg pada organ hati dengan
konsentrasi Cd, Pb dan Hg pada perairan dengan rumus :
BCF =
Konsentrasi logam di hati
-------------------------------------Konsentrasi logam di perairan
Adapun langkah penentuan BCF secara rinci teradapat pada lampiran 12.
Keterangan
(*)
: BCF diukur hanya pada saat awal penelitian sehingga belum
mencapai jenuh (steady state).
Adapun langkah-langkah penelitian biomarker pada ikan sebagai alat
monitoring pencemaran logam berat di perairan tadi secara ringkas dapat dilihat
pada bagan alir halaman berikut ini.
G. Analisis Data
Data penelitian kemudian dianalisis secara deskriptif dan statistik. Adapun
analisis secara rinci sebagai berikut.
G.1. Analisis Statistik Deskriptif
Analisis deskriptif digunakan untuk menganalisis data penelitian eksplorasi
pada uji pendahuluan dan variabel prakondisi. Analisis tersebut digunakan untuk
membandingkan Retention Time (RT) larutan standar (Cd, Pb dan Hg) dengan RT sampel
hasil analisis menggunakan HPLC, sehingga dapat diketahui muncul tidaknya MT.
G.2. Analisis Uji Statistik
Analisis statistik digunakan untuk menganalisis data penelitian eksperimen
dengan menggunakan KJA. Data yang diperoleh
dianalisis menggunakan analisis
statistik SPSS versi 17 untuk menentukan biomarker yang paling sesuai/paling sensitif
sebagai penanda biologis pencemaran Cd, Pb dan Hg di Kaligarang yang kadar logam
beratnya di air sungai masih memenuhi Nilai Baku Mutu ( MT, EROD, LSI ataukah
GSI); maupun nilai BCF yang memunculkan MT. Selain itu digunakan pula untuk
menentukan biomarkernya MT pada hati ikan mas atau ikan nila yang paling sensitif
sebagai penanda biologis pencemaran Cd, Pb dan Hg di Kaligarang. Adapun langkah
analisis uji statistik dilakukan sebagai berikut.
G.2.1. Analisis Statistik Awal
Analisis awal dilakukan untuk mendukung dan menentukan langkah analisis
statistik lebih lanjut. Adapun langkah yang dilakukan pada analisis statistik awal adalah
sebagai berikut.
G.2.1.1. Penghitungan nilai rerata (mean) untuk penyajian data
Data hasil penelitian ini memiliki range yang berbeda antara kelompok satu
dengan yang lainnya. Penghitungan nilai rerata dilakukan untuk mengetahui besarnya
nilai rerata pada masing-masing kelompok, sehingga pengujian lebih lanjut dapat
dilakukan.
G.2.1.2. Uji Normalitas
Uji normalitas dilakukan sebelum analisis statistik
uji hipotesis. Uji ini
dilakukan untuk mengetahui normalitas sebaran data dari nilai-nilai variabelnya. Uji
normalitas sebaran data dilakukan dengan uji statistik Kolmogorov-Smirnov, dengan
kriteria nilai kemaknan (p) > 0,05.
G.2.2. Analisis Statistik Akhir
Setelah dilakukan analisis statistik awal kemudian dilakukan analisis statistik
akhir, dengan menggunakan uji beda dan analisis Probit. Uji beda yang digunakan
meliputi: Uji parametrik One Sample T-Test, Independent Sample T-Test dan Uji non
parametrik Kruskal-Wallis, dan uji non parametrik Mann-Whitney.
G.2.2.1 Uji parametrik One Sample T-Test
Uji parametrik One Sample T-Test, digunakan untuk analisis karena sebaran
data yang ada adalah normal. Uji ini digunakan untuk membedakan nilai konsentrasi
masing-masing logam berat dalam satu kelompok. Uji ini dilakukan untuk melihat
perbedaan kadar logam berat (Cd, Pb dan Hg) pada masing-masing ikan.
G.2.2.2. Uji parametrik Independent Sample T-Test
Uji parametrik Independent Sample T-Test, digunakan untuk analisis karena
sebaran data yang ada adalah normal. Uji beda ini dilakukan untuk mengetahui
perbedaan rerata kadar logam berat pada ikan kelompok perlakuan dengan ikan
kelompok kontrol maupun perbedaan rerata nilai
EROD, LSI dan GSI pada ikan
kelompok kontrol dan kelompok perlakuan
G.2.2.3. Uji non parametrik Kruskal-Wallis
Uji non parametrik Kruskal-Wallis, digunakan untuk analisis karena sebaran
data yang ada tidak normal dan membandingkan tiga variabel, yaitu konsentrasi Cd, Pb
dan Hg. Uji beda ini dilakukan untuk mengetahui perbedaan rerata kadar masingmasing logam (logam Cd, Pb dan Hg) pada ikan mas dan ikan nila.
G.2.2.4. Uji non parametrik Mann-Whitney
Uji non parametrik Mann-Whitney, digunakan untuk analisis karena sebaran
data yang ada tidak normal dan membandingkan dua variabel, yaitu
metallothionein ikan mas dan metallothionein ikan nila. Uji beda ini dilakukan untuk
mengetahui perbedaan rerata konsentrasi logam berat pada ikan mas dan ikan nila yang
memunculkan MT.
G.2.2.5. Analisis Probit
Analisis Probit merupakan analisis regresi dengan menggunakan transformasi
natural log untuk konsentrasi. Dengan analisis ini dapat diketahui konsentrasi variabel
bebas yang dapat menimbulkan efek. Analisis ini biasa dilakukan di bidang farmasi dan
kesehatan untuk mengetahui dosis efektif dari suatu zat kimia atau obat. Dalam
penelitian ini analisis probit dilakukan untuk mengetahui kadar terendah dari
logam berat Cd, Pb dan Hg pada hati ikan yang menyebabkan munculnya penanda
biologis (biomarker) paling awal. Dengan demikian dapat diketahui nilai kadar
NOEL (No Observed Effect Level) logam Cd, Pb dan Hg, serta nilai kadar Cd, Pb dan
Hg yang mulai menunjukkan efek (menyebabkan munculnya biomarker paling awal).
Melalui analisis Probit, variabel penanda biologis yang muncul terlebih dahulu pada
kadar Cd, Pb dan Hg yang terendah dapat diketahui (Diadopsi dari Henna Rya Sunoko
2007, Finney 2009).
BAB V
HASIL PENELITIAN DAN BAHASAN
A. Hasil Penelitian
A.1. Kondisi Lingkungan Daerah Penelitian
A.1.1. Kondisi Geografi
Sungai Kaligarang membentang dari daerah Ungaran, tepatnya desa Gebugan,
Kecamatan Bergas, Kabupaten Semarang, sampai dam Simongan Semarang, tepatnya di
kelurahan Barusari Kecamatan Semarang Selatan, Kota Semarang. Sungai tersebut
terletak pada 6o 59’ 32” Lintang Selatan sampai 07o 11’ 16” Lintang Selatan dan
110 o
22’ 38” Bujur Timur sampai 110o 24’ 10” Bujur Timur. Aliran sungai ini berhulu dari
Sungai Gung yang berasal dari daerah Ungaran. Akhir dari aliran Kaligarang adalah
sungai Banjirkanal barat yang terbentang dari dam Simongan dan bermuara ke laut
Jawa. Debit aliran rata-rata Kaligarang berkisar antara 3,25 m 3/det hingga 12,34 m3/det
(Pergub. Jateng. No. 156 Tahun 2001 tentang Peruntukan Air dan Pengelolaan Kualitas
Air Sungai Garang di Provinsi Jawa Tengah).
Kaligarang bagian hulu merupakan daerah perbukitan yang terdiri dari lahan
pertanian, perkebunan, permukiman dan industri. Sedangkan bagian hilir sungai
merupakan daerah padat hunian dan industri, serta tempat pemancingan ikan untuk
dikonsumsi. Selain itu air sungai bagian hilir digunakan sebagai sumber air baku untuk
air minum oleh PDAM kota Semarang. Letak Kaligarang yang dikelilingi oleh
pabrik/industri dan permukiman penduduk maka memungkinan sungai tersebut untuk
membuang limbah, baik limbah pabrik ataupun limbah rumah tangga, tak terkecuali
limbah logam berat (Cd,Pb , Hg dan lain-lain).
A.1.2. Kondisi Perairan
Hasil penelitian di lapangan tentang pengukuran kualitas fisiko kimia air sungai
Kaligarang dari hilir ke hulu berturut-turut tersaji pada tabel 3.
Tabel 3
Hasil Pengukuran Kualitas Fisikokimia Air Kaligarang
Hasil Pengukuran
1
2
3
4
5
6
7
8
Baku Mutu Air
Kelas I
(PP No. 82/2001
Suhu (oC)
27,7
27,8
27,7
28,0
28,0
28,0
27,8
28,0
Suhu Udara ± 3
Suhu Udara ± 3
pH
7,89
7,06
7,68
7,62
7,49
7,62
7,53
7,75
6–9
6–9
DO mg/L
7,48
5,02
7,12
5,66
5,15
5,29
7,02
4,91
6
3
Cd (mg/L)
0,03
0,014
0,005
0,003
0,004
0,006
0,015
0,018
0,01
0,01
Pb (mg/L)
0,019
0,012
0,018
0,023
0,015
0,010
0,012
0,024
0,03
0,03
Hg (mg/L)
0,0005 0,0006 0,0004 0,0006 0,0006 0,0006 0,0004 0,0005
0,001
0,002
Parameter
Baku Mutu Air
Kelas III
(PP No. 82/2001
Keterangan :
1. Air sungai menerima limbah dari daerah Semirang/daerah hulu
2. Air sungai menerima limbah industri baja “ Raja Besi” dan daerah hulu
3. Air sungai menerima limbah daerah Kaligarang atas/hulu-tengah
4. Air sungai menerima limbah Kreo dan Kaligarang atas/hulu-tengah
5. Air sungai tempat pembuangan limbah industri keramik/ubin dan Kimia Farma
6. Air sungai tempat pembuangan limbah ISTW (Industri Baja dan Seng)
7. Air Kaligarang yang digunakan sebagai sumber air baku air minum PDAM Tirto
Moedal jalan Kelud Raya
8. Air sungai tempat pembuangan limbah industri: kayu lapis “Semarang Makmur”;
tekstil “Damaitex” dan “Panca Jaya “ dan industri obat “Phapros”
Kualitas fisikokimia air Kaligarang, yakni suhu, oksigen terlarut, pH, masih
memenuhi syarat untuk budidaya ikan; berdasarkan Peraturan Pemerintah Republik
Indonesia Nomor 82 Tahun 2001 Tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian
Pencemaran Air. Namun demikian tidak layak untuk budidaya ikan maupun sebagai air
baku air minum, karena dapat mengakibatkan terjadinya akumulasi Cd, Pb dan Hg pada
ikan-ikan yang hidup di perairan tersebut maupun pada manusia yang memanfaatkan air
tadi sebagai air minum. Hal ini disebabkan dalam jangka waktu lama ikan dapat
mengakumulasi Cd, Pb dan Hg yang ada pada perairan tersebut. Demikian pula manusia
yang minum air Kaligarang dalam jangka lama akan mengakumulasikan Cd, Pb dan Hg
sehingga memungkinkan tercapainya tingkat konsentrasi toksik, dan menimbulkan
keracunan, bahkan mungkin kematian. Sifat karsinogenik Cd, Pb dan Hg yang masuk ke
tubuh manusia bersama air minum berpotensi menimbulkan kanker pada manusia.
Suhu perairan Kaligarang bervariasi antara 26,0 – 27,5 oC. Suhu sangat berperan
dalam proses metabolisme tubuh ikan. Secara umum peningkatan suhu dapat
menurunkan daya tahan tubuh ikan terhadap racun. Hal ini sesuai dengan pendapat dari
Miller (2007) dan Argawala (2006) bahwa akumulasi Cd pada tubuh ikan selain
dipengaruhi oleh faktor fisiologis ikan dan sifat fisika kimia logam berat tersebut, juga
dipengaruhi oleh faktor lingkungan seperti suhu perairan.
pH perairan Kaligarang antara 6 – 7 berarti air sungai tersebut derajat
keasamannya normal. Klaassen (2001), Argawala (2006) dan Plaa (2007) mengatakan
bahwa pada kondisi perairan yang bersifat asam, ion-ion logam berat dibebaskan ke
dalam perairan terutama ion Cd++, Pb++ dan Hg++ yang bersifat iritan dan toksik terhadap
biota
perairan termasuk ikan-ikan yang hidup di dalamnya. Sebaliknya jika pH
meningkat sampai pH 8,5-11, dalam keadaan demikian yang bersifat toksik adalah Cd,
Pb dan Hg yang terlarut diperairan. Dengan demikian pada penelitian ini pH perairan
Kaligarang tidak berpengaruh terhadap kehidupan ikan, namun sifat toksik Cd, Pb dan
Hg di perairan sangat berpengaruh terhadap kehidupan ikan.
Alkalinitas di lokasi penelitian sebesar 300 mg/l; sedangkan nilai alkalinitas
yang memenuhi syarat untuk budidaya ikan antara 250-300 mg/l (Sunu 2001, Argawala
2006). Nilai alkalinitas lebih besar dari 500 mg/l menunjukkan bahwa perairan memiliki
produktivitas rendah, 200-500 mg/l perairan produktif, 50-200 mg/l produktivitas
sedang, 10-50 mg/l perairan kurang produktif dan 0-10 mg/l tidak dapat dimanfaatkan
(Supriharyono, 2009). Dengan demikian nilai alkalinitas pada lokasi penelitian masih
memenuhi syarat untuk kehidupan ikan, sehingga munculnya biomarker semata-mata
karena sifat toksisik dari Cd, Pb dan Hg.
Rapat kerja Menteri Negara KLH bekerjasama dengan departemen Dalam Negeri
tanggal 14-15 Juni 1989 menetapkan Kaligarang sebagai salah satu sungai yang
termasuk prioritas sasaran Program Kali Bersih (PROKASIH) di Propinsi Jawa tengah,
disamping sungai Bengawan Solo. Dalam rangka pencegahan penurunan beban
pencemaran limbah industri dan rumah tangga diperairan telah dirumuskan langkah
tindak pencegahannya, sehingga melalui SK Gubernur KDH Tk. I Jawa Tengah
No. 660.I/37/1989 tanggal 10 Agustus 1989, telah dibentuk tim Pelaksanaan Program
Kali Bersih (PROKASIH) untuk Kaligarang, dan berdasarkan SK Gubernur No.
660.I/28/1990 Kaligarang diperuntukan sebagai sungai golongan B (air baku air minum)
yang merupakan salah satu pendukung utama sumber air PDAM Semarang.
PROKASIH Kaligarang sejak 1989/1990 diikuti 10 industri, namun pada tahun
1991/1992 diikuti 9 industri dikarenakan satu indutri pindah lokasi. Adapun kesembilan
industri yang terkait program kali bersih di DAS Kaligarang dapat dilihat pada tabel
berikut ini. Tabel 4 menyajikan sembilan industri yang terkait dalam Program
PROKASIH Kaligarang Semarang.
Tabel 4
Delapan Industri yang terkait dalam Program PROKASIH
Kaligarang Semarang
No
Nama Perusahaan
Jenis Produksi
2
PT. Raja Besi
Galvanis
3
PT. Alam Daya Sakti
Ubin
4
PT. ISTW
Galvanis
5
PT. Kimia Farma
Farmasi
6
PT. Semarang Makmur
Pelapisan
7
PT. Damaitex
Tekstil
8
PT. Sinar Panca Jaya
Tekstil
9
PT. Phapros
Farmasi
Sumber : Badan Lingkungan Hidup Jawa Tengah, 2009
Hasil penelitian di Kaligarang menunjukkan bagian hulu sungai mempunyai
kesadahan 153 mg/l, bagian hilir sungai 106 mg/l. Di lingkungan perairan yang sadah
logam berkurang toksisitasnya terhadap ikan, karena logam-logam bebas akan terikat
dengan anion kalsium pada suatu kondisi kesadahannya. Argawala (2006) mengatakan
bahwa komponen air sadah yang mengatur toksisitas Cd, Pb dan Hg adalah Calsium;
sedangkan nilai kesadahan yang memenuhi syarat untuk kehidupan ikan berkisar antara
150 – 300 mg/l. Miller (2007) serta Laws (2000) mengemukakan bahwa efek racun Cd,
Pb dan Hg berhubungan dengan tingkat kesadahan air. Peningkatan kesadahan dapat
mengurangi toksisitas Cd, Pb dan Hg terhadap ikan, yang terlihat dengan menurunnya
mortalitas pada peningkatan kesadahan. Hal ini diduga karena adanya peranan
kesadahan terhadap pengikatan dan pengendapan Cd.
Kecerahan air Kaligarang berkisar antara 12 - 25 cm. Kecerahan tertinggi
diperoleh pada hulu dan terendah pada hilir. Kecerahan bagian hulu relatif tinggi karena
pada bagian hulu belum terganggu, sehingga air masih bersih dengan dasar sungai
berupa pasir dan kerikil. Pengambilan sampel pada penelitian ini dilakukan pada waktu
bulan Mei dengan curah hujan relatif tinggi, sehingga tingginya kekeruhan pada bagian
hilir yang mempunyai substrat dasar berupa lumpur dan pasir disebabkan adanya erosi
dan masuknya partikel tanah dan bahan-bahan terlarut lainnya. Miller
(2007)
mengatakan bahwa kekeruhan di sungai tidak sama sepanjang tahun, air akan sangat
keruh pada musim penghujan karena aliran maksimum tertinggi terjadi pada saat aliran
air maksimal atau pada waktu musim penghujan. Selain berpengaruh terhadap
kekeruhan curah hujan yang tinggi juga berpengaruh terhadap pengenceran Cd yang ada
pada perairan sungai.
Dari hasil pengukuran kecepatan arus Kaligarang di dapat hasil kecepatan arus
antara 1,5 – 5 m/det. Kecepatan arus di daerah Petompon relatif lambat dibandingkan
dengan kecepatan arus daerah sebelumnya. Hal ini disebabkan karena perairan pada
bagian hilir tersebut relatif landai dibandingkan dengan stasiun-stasiun sebelumnya.
Oleh karena itu bagian hilir sangat memungkinkan untuk budidaya ikan menggunakan
karamba jaring apung. Daerah Ungaran mempunyai ketinggian tempat 335 m dpl
dengan kemiringan 14 – 41 % mempunyai perbedaan arus dengan daerah hilir yang
mempunyai ketinggian 9 dpl dengan kemiringan 0 – 3% (BLH 2010). Menurut Witghott
and Brennan (2007) kecepatan arus pada daerah dataran tinggi cenderung lebih tinggi
dibandingkan dengan dataran rendah.
Oksigen terlarut yang ada pada perairan Kaligarang berkisar antara 4,91 – 7,48
mg/L. kandungan O2 terlarut dalam suatu perairan mempengaruhi daya tahan organisme
akuatik terhadap pengaruh letal suatu kontaminan. Rendahnya Cd pada daerah hulu
dikarenakan tingginya kecepatan aliran dan turbulensi sehingga akan meningkatkan
oksigenase yang dapat menekan tingkat pencemaran yang terjadi. Oksigen terlarut
dibutuhkan untuk melakukan purifikasi dengan cara mengoksidasi bahan organik.
Kisaran nilai kualitas fisikokimia air Kaligarang yang diperoleh dalam
pengukuran selama penelitian, yang tersaji pada tabel 4, apabila dibandingkan dengan
nilai Baku Mutu parameter kualitas fisikokimia perairan untuk kehidupan ikan ternyata
kualitas fisikokimia air uji pada umumnya masih berada dalam kisaran yang layak bagi
kehidupan ikan menurut (Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 82 Tahun
2001 Tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air). Dengan
demikian dalam penelitian ini
kualitas air uji secara umum tidak mempengaruhi
toksisitas, sehingga munculnya biomarker pada ikan semata-mata akibat sifat toksik Cd,
Pb maupun Hg.
A.2. Hasil Penelitian Pendahuluan
Penelitian pendahuluan merupakan salah satu tahapan untuk memperoleh
capaian tujuan penelitian yang telah disebutkan terdahulu. Penelitian
tersebut
dilakukan untuk menguji ketepatan penggunaan alat, sensitifitas alat maupun ketepatan
metode yang digunakan dalam penelitian (uji repeatibilty/ulangan pengukuran dan
reproducibility/ketepatan penggunaan metode). Repeatibilty untuk menguji ketelitiannya
(accuracy) dan reproducibility untuk melihat ketepatan (precision). Hal ini penting
untuk menjaga validitas data penelitian sehingga hasil penelitian tidak bias.
Pelaksanaan uji pendahuluan dilakukan melalui aplikasi lapangan, yaitu
menggunakan ikan yang hidup bebas di Kaligarang hilir/segmen 6 dan dari kolam
BBI Ungaran. Ikan dari Kaligarang maupun dari BBI Ungaran akan dianalisis
menggunakan HPLC untuk melihat ketepatan penggunaan alat dan sensitifitasnya serta
ketepatan
penggunaan metode, apakah HPLC merupakan alat yang sensitif untuk
menemukan biomarker pencemaran logam berat di Kaligarang yang kadarnya masih
memenuhi Baku Mutu. Selain itu juga untuk melihat apakah metode yang digunakan
dalam analisis HPLC ini sudah tepat untuk menemukan biomarker tersebut.
Hasil analisis
HPLC (High Performance Liquid Chromatography) terhadap
sampel hati ikan nila yang
diambil
dari sungai Kaligarang ditemukan adanya
metallothionein; sebagaimana disajikan pada gambar 5 berikut ini.
Gambar 5 menunjukkan bahwa pada hati ikan nila yang sudah dipreparasi dengan
isolasi metallothionein; pada analisis HPLC menunjukkan adanya
metallothionein-Cd
(MT-Cd), MT-Pb dan MT-Hg. Hal tersebut didasarkan pada nilai Retention Time (RT)
larutan Cd standar, Pb standar maupun Hg standar dan RT larutan sampel hasil analisis
HPLC. Apabila RT larutan sampel nilainya berada pada interval RT larutan standar, maka
sampel tersebut mengandung metallothionein (MT). Hasil analisis HPLC menunjukkan
bahwa RT larutan Cd standar (3,1–3,152) menit sedang RT sampel sebesar 3,143 menit.
Nilai RT sampel 3,143 menit berada pada interval nilai RT Cd standar (3,1–3,152) menit,
dengan demikian hati ikan nila yang berasal dari Kaligarang mengandung MT-Cd.
Adapun sampel yang diambil BBI Ungaran RT
sampel tidak ada yang memenuhi
interval RT larutan Cd standar, Pb standard an Hg standar; dengan demikian hati ikan
nila dari BBI Ungaran tidak mengandung MT-Cd (Gambar 6).
Adapun Retention Time (RT) larutan Pb standar sebesar (11,233-11,490) menit
sedangkan larutan sampel sebesar 11,412 menit. Retention Time (RT) larutan Hg
standar
sebesar (7,217-7,693) menit dan RT larutan sampel sebesar 7,431 menit.
Dengan demikian berarti sampel hati ikan yang berasal dari Kaligarang muncul MT-Pb
dan MT-Hg (gambar 5). Hal ini berbeda dengan sampel ikan yang berasal dari BBI
Ungaran; nilai RT sampel tidak ada yang memenuhi interval nilai RT Pb standar dan Hg
standar, sehingga sampel hati ikan dari BBI tidak muncul MT-Pb maupun MT-Hg
(gambar 6). Dengan demikian munculnya metallothionein pada hati ikan dapat
digunakan sebagai penanda biologis (biomarker) pencemaran Cd, Pb maupun Hg di
perairan yang konsentrasi logam berat Cd, Pb dan Hg masih memenuhi Baku Mutu air
kelas I yakni air yang digunakan sebagai sumber air baku air minum, sesuai Peraturan
Pemerintah Republik Indonesia No. 82 Tahun 2001 tentang pengelolaan kualitas air dan
pengendalian pencemaran air. Biomarker metallothionein hanya muncul pada perairan
yang terpajan logam berat (Cd, Pb dan Hg).
Hasil analisis Flame AAS (Atomic Absorbtion Spectrophotometry), air sungai
Kaligarang hilir tempat lokasi penelitian mengandung Cd,Pb dan Hg masing-masing
sebesar 0,006 mg/L, 0,01 mg/L dan 0,0006 mg/L sedangkan air dari Balai Benih Ikan
kadar Cd, Pb dan Hg di air kolam masing-masing sebesar 0 mg/L.
A.3. Hasil Penelitian Biomarker Pencemaran Logam Berat
Menggunakan KJA
Penelitian biomarker pencemaran logam berat menggunakan KJA yang
dilakukan dalam penelitian disertasi ini adalah merupakan penelitian tahap lanjut setelah
dilakukan penelitian pendahuluan. Adapun hasil penelitiannya adalah sebagai berikut :
A.3.1. Akumulasi Logam berat di Hati dan Munculnya Biomarker
Metallothionein
Data yang diperoleh selama perlakuan menggunakan Karamba Jaring Apung
(KJA) di Kaligarang, berdasarkan analisis HPLC menunjukkan bahwa biomarker
Metallothioneine-Cd, Metallothionein-Pb dan Metallothionein-Hg muncul pada ikan
mas dan ikan nila pada minggu ke-6. Pada kelompok kontrol, baik ikan nila maupun
mas tidak muncul metallothionein Cd (MT-Cd), MT-Pb, maupun MT-Hg. Hasil
penelitian menunjukkan bahwa rerata nilai akumulasi Cd pada hati ikan nila yang
menginduksi munculnya metallothionein-Cd (MT-Cd) adalah sebesar (0,000407±
0,000028) mg/kg. Sedangkan pada ikan mas rerata nilai akumulasi Cd adalah sebesar
(0,000307±0,000038) mg/kg. Besarnya akumulasi logam Cd pada hati ikan mas dan
ikan nila di perairan yang terpajan logam berat disajikan pada tabel 5.
Tabel 5
Akumulasi Logam Berat Cd pada Hati Ikan Nila dan Ikan Mas
Jenis ikan
Ikan nila
Ikan mas
Ulangan
1
Kadar (mg/kg)
0,004010
2
0,002516
3
0,002649
4
0,002122
5
0,009051
1
0,000990
2
0,000157
3
0,000092
4
0,000162
5
0,000136
Mean (mg/kg)
0,000407
SD (mg/kg)
0,000028
0,000307
0,000038
Rerata nilai akumulasi logam Pb pada hati ikan nila yang menginduksi munculnya
metallothionein-Pb (MT-Pb) adalah sebesar (0,000812 ± 0,000092) mg/kg. Sedangkan
pada hati ikan mas rerata nilai akumulasi Pb adalah sebesar (0,000269 ± 0,000026)
mg/kg. Besarnya akumulasi logam Pb pada hati ikan mas dan ikan nila di perairan yang
terpajan logam berat disajikan pada tabel 6.
Tabel 6
Akumulasi Logam Berat Pb pada Hati Ikan Nila dan Ikan Mas
Jenis ikan
Ulangan
Nilai (mg/kg)
Mean (mg/kg)
SD (mg/kg)
Ikan nila
1
0,000016
0,000812
0,000092
2
0,002250
3
0,001060
4
0,000712
5
0,000024
1
0,000724
0,000269
0,000026
2
0,000282
3
0,000089
4
0,000102
5
0,000146
Ikan mas
Rerata nilai akumulasi logam Hg pada hati ikan nila yang menginduksi
munculnya metallothionein-Hg (MT-Hg) adalah sebesar (0,000575 ± 0,000021) mg/kg.
Sedangkan pada hati ikan mas rerata nilai akumulasi Hg adalah sebesar (0,000349 ±
0,000030) mg/kg. Besarnya akumulasi logam Hg pada hati ikan mas dan ikan nila di
perairan yang terpajan logam berat disajikan pada tabel 7.
Tabel 7
Akumulasi Logam Berat Hg pada Hati Ikan Nila dan Ikan Mas
Jenis ikan
Ulangan
Nilai (mg/kg)
Mean (mg/kg)
SD (mg/kg)
Ikan nila
1
0,000362
0,000575
0,000021
2
0,000432
3
0,000626
4
0,000920
5
0,000538
1
0,000894
0,000349
0,000030
2
0,000231
3
0,000252
4
0,000229
5
0,000139
Ikan mas
MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg muncul pada ikan mas dan ikan nila yang hidup di
perairan yang tercemar logam berat Cd, Pb dan Hg. Sedangkan ikan yang hidup di
perairan tidak tercemar logam berat Cd, Pb dan Hg tidak muncul MT-Cd, MT-Pb dan
MT-Hg. Hal ini diperkuat dengan analisis Flame AAS, bahwa pada lokasi kontrol kadar
Cd 0 mg/L, kadar Pb 0 mg/L dan kadar Hg 0 mg/L. Sedangkan pada lokasi perlakuan
kadar Cd (0,006 ± 0,001) mg/L, Pb (0,010 ± 0,005) mg/L, dan kadar Hg (0,0006 ±
0,0001) mg/L.
Berdasarkan hasil penelitian terhadap ikan mas dan ikan nila dengan perlakuan
Jaring Apung di sungai Kaligarang yang tercemar logam berat kadmium, timbal dan
merkuri setelah 6 minggu perlakuan, maka setelah dilakukan analisis menggunakan
HPLC pada akumulasi Cd, Pb dan Hg di hati ikan mas dan ikan nila muncul biomarker
metallothionein Cd, metallothionein Pb dan metallothionein Hg. Sedangkan pada ikan
mas dan ikan nila yang hidup di perairan tanpa pajanan logam berat (Balai Benih Ikan)
tidak ditemukan metallothionein. Hasil analisis uji Normalitas akumulasi pada ikan mas
dan ikan nila yang terpajan kadmium, timbal dan merkuri disajikan pada tabel 8.
Adapun hasil perhitungan statistik dapat dilihat pada lampiran 6.
Tabel 8
Hasil Uji Normalitas Data Akumulasi Logam Berat
pada Ikan Mas dan Ikan Nila
Kolmogorov-Smirnov
Variabel
Signifikansi/Kemaknaan (p)
Cd ikan mas
0,268
Pb ikan mas
0,828
Hg ikan mas
0,330
Cd ikan nila
0,729
Pb ikan nila
0,985
Hg ikan nila
0,982
Data konsentrasi Cd, Pb dan Hg ikan mas dan nila masing-masing berdistribusi
normal, p > 0,05
Hasil yang diperoleh dari data konsentrasi kadmium, timbal dan merkuri pada
hati ikan mas dan ikan nila menunjukkan bahwa semua variabel berdistribusi
normal
nilai kemaknaan/signifikansi (p > 0,05). Sehingga selanjutnya digunakan analisis
parametrik One Sample T-Test.
Uji statistik One Sample T-Test dilakukan untuk pengujian perbedaan data
akumulasi Cd, Pb dan Hg pada hati ikan mas dan ikan nila. Hasil pengujian data
penelitian menggunakan uji One sample T-Test disajikan pada tabel 9.
Tabel 9
Hasil Uji One Sample T-Test Data Variabel Penelitian
Variabel
Signifikansi/Kemaknaan (p)
Cd ikan mas
0,147
Pb ikan mas
0,087
Hg ikan mas
0,064
Cd ikan nila
0,034*
Pb ikan nila
0,120
Hg ikan nila
* Terdapat perbedaan yang signifikan, p < 0,05
0,004*
Uji One Sample T-Test nilai akumulasi Cd pada hati ikan mas menghasilkan nilai
signifikansi sebesar p = 0,147 (p > 0,05), sedangkan pada ikan nila nilai signifikansi
sebesar p = 0,034 (p < 0,05). Uji One sample T-Test nilai akumulasi Pb pada hati ikan
mas menghasilkan nilai signifikansi sebesar p = 0,087 (p > 0,05) yang ternyata lebih
besar dari 0,05. Demikian pula berdasarkan uji One sampel T-Test nilai akumulasi Pb
pada hati ikan nila menghasilkan nilai signifikansi sebesar p = 0,120
(p > 0,05).
Sedangkan uji One sample T-Test nilai akumulasi Hg pada hati ikan mas menghasilkan
nilai signifikansi sebesar p = 0,064 (p > 0,05). Adapun uji One sampel T-Test nilai
akumulasi Hg pada hati ikan nila menghasilkan nilai signifikansi sebesar p = 0,004 (p
< 0,05). Adapun hasil perhitungan statistik dapat dilihat pada lampiran 6.
Hasil uji normalitas untuk parameter logam berat menunjukkan bahwa nilai
signifikansinya adalah sebesar 0,009 (Lampiran 6). Jika dilihat dari nilai signifikansi
yang lebih kecil dari 0,05 maka dapat disimpulkan bahwa uji normalitas parameter
logam berat berdistribusi tidak normal (Sig 0,009). Dengan demikian maka uji beda
dilakukan dengan menggunakan statistik non parametrik yaitu Uji Kruskal Wallis. Hasil
uji Kruskal Wallis menunjukkan nilai signifikansi sebesar 0,213. Jika dilihat dari nilai
signifikasi yang lebih besar dari 0,05 maka dapat disimpulkan bahwa uji beda parameter
logam berat (Cd, Pb dan Hg) tidak berbeda nyata; masing-masing logam berat dapat
menyebabkan munculnya biomarker metallothionein.
Analisis Probit digunakan untuk mengetahui nilai terendah konsentrasi
kadmium, timbal dan merkuri yang telah memunculkan adanya metallothionein
(MT-
Cd, MT-Pb dan MT-Hg). Berdasarkan analisis Probit menunjukkan bahwa
pada
konsentrasi kadmium sebesar 0,00018 mg/kg pada ikan mas dan 0,00023 mg/kg pada
ikan nila telah muncul MT-Cd. Demikian pula analisis Probit untuk
menunjukkan
konsentrasi terendah timbal yang memunculkan adanya MT-Pb. Pada konsentrasi
terendah 0,00025 mg/kg pada ikan mas dan 0,00028 mg/kg pada ikan
nila telah
muncul MT-Pb. Munculnya MT-Hg pada konsentrasi Hg terendah sebesar 0,00090 mg/kg
pada ikan mas dan 0,00102 mg/kg pada ikan nila. (Lampiran 11).
A.3.2 Nilai Bioconcentration Factor (BCF)
Besarnya kemampuan untuk mengakumulasi logam berat di lingkungan perairan
yang terpajan oleh logam berat diekspresikan secara numerik menggunakan
bioconcentration factor (BCF), yang dapat diukur secara laboratoris, dan dianggap
sebagai parameter kuantitatif untuk mengindikasikan resiko potensial ekotoksikologi zat
tersebut (Van der Oost, Beyer dan Vermeulan 2003). Nilai BCF dihitung berdasarkan
perbandingan antara besarnya konsentrasi logam berat yang terakumulasi dalam
jaringan dengan besarnya konsentrasi logam berat di perairan. Rerata nilai BCF logam
berat Cd pada ikan nila adalah sebesar 0,678267 L/kg. Sedangkan pada ikan mas adalah
sebesar 0,051233 L/kg. Besarnya bioconcentration factor (BCF) logam berat Cd pada
ikan mas dan ikan nila disajikan pada tabel 10.
Tabel 10
Nilai Bioconcentration Factor (BCF) Logam Berat Cd
Jenis ikan
Ulangan
Nilai (L/kg)
Mean (L/kg)
SD (L/kg)
Ikan nila
1
0,668333
0,678267
0,047902
2
0,419333
3
0,441500
4
0,353667
5
1,508500
1
0,165000
0,051233
0,006376
2
0,026167
3
0,015333
4
0,027000
5
0,022667
Ikan mas
Besarnya bioconcentration factor (BCF) logam berat Pb pada ikan nila adalah sebesar
0,081211 L/kg dan ikan mas adalah sebesar 0,026880 L/kg. Nilai bioconcentration
factor (BCF) logam berat Pb pada ikan mas dan ikan nila disajikan pada tabel 11
halaman berikut ini.
Tabel 11
Nilai Bioconcentration Factor (BCF) Logam Berat Pb
Jenis ikan
Ulangan
Nilai (L/kg)
Mean (L/kg)
SD (L/kg)
Ikan nila
Ikan mas
1
0,001597
2
0,224965
3
0,105989
4
0,071152
5
0,002350
1
0,072444
2
0,028224
3
0,008923
4
0,010179
5
0,014631
0,081211
0,003211
0,026880
0,002659
Besarnya bioconcentration factor (BCF) logam berat Hg pada ikan nila adalah sebesar
0,959096 L/kg dan ikan mas sebesar 0,581857 L/kg. Nilai bioconcentration factor
(BCF) logam berat Hg pada ikan nila dan ikan mas disajikan pada tabel 12.
Tabel 12
Nilai Bioconcentration Factor (BCF) Logam Berat Hg
Jenis ikan
Ulangan
Nilai (L/kg)
Mean (L/kg)
SD (L/kg)
Ikan nila
1
0,602802
0,959096
0,036246
2
0,719383
3
1,043427
4
1,533598
5
0,896270
1
1,489995
0,581857
0,051281
2
0,385432
3
0,419942
4
0,382067
5
0,231852
Ikan mas
Analisis statistik BCF digunakan untuk mengetahui nilai kemampuan absorbsi
jaringan terhadap pajanan logam berat. Dalam hal ini, untuk mengetahui nilai
Bioconcentration Factor (BCF) akumulasi logam kadmium, timbal dan merkuri akibat
pajanan logam berat di hati terhadap munculnya metallothionein. Berdasarkan analisis
statistik BCF logam kadmium, menunjukkan bahwa munculnya MT-Cd pada
ikan
nila adalah sebesar 0,678267 L/kg, sedangkan pada ikan mas adalah sebesar 0,051233
L/kg. Demikian pula analisis statistik untuk menunjukkan kemampuan menjerap logam
timbal. Nilai BCF timbal yang memunculkan adanya MT-Pb pada ikan nila sebesar
0,081211 L/kg, sedangkan pada ikan mas sebesar 0,026880 L/kg. Adapun nilai BCF Hg
yang memunculkan MT-Hg pada ikan nila sebesar 0,959096 L/kg dan pada ikan mas
sebesar 0,581857 L/kg. Adapun hasil perhitungan statistik dapat dilihat pada lampiran 8
dan ringkasan hasil analisis statistik tersaji pada tabel 13.
Tabel 13
Nilai BCF Cd, Pb dan Hg pada Ikan Mas dan Nila
Variabel
Nilai BCF (L/kg)
SD
Cd Nila
0,678267
0,047902
Cd Mas
0,051233
0,006376
Pb Nila
0,081211
0,003211
Pb Mas
0,026880
0,002659
Hg Nila
0,959096
0,036246
Hg Mas
0,581857
0,051281
A.3.3 Biomarker Ethoxyresorufin-O-dietylase (EROD)
Rerata nilai aktivitas EROD pada ikan nila kelompok perlakuan (ikan yang
hidup di perairan Kaligarang, dengan pajanan logam berat Cd, Pb dan Hg) adalah
sebesar (0,494 ± 0,041) pmol/min/mg protein. Sedangkan rerata nilai aktivitas EROD
kelompok kontrol (Ikan yang dipelihara di Balai Benih Ikan/tidak terpajan logam berat)
adalah sebesar (2,075 ± 0,471) pmol/min/mg protein. Rerata nilai aktivitas EROD pada
ikan mas
kelompok perlakuan sebesar (0,497 ± 0,023) pmol/min/mg protein dan
kelompok kontrol sebesar (1,774 ± 0,226) pmol/min/mg protein. Besarnya aktivitas
EROD pada ikan nila dan ikan mas baik kelompok kontrol maupun kelompok perlakuan
disajikan pada tabel 14.
Tabel 14
Aktivitas EROD pada Ikan Nila dan Ikan Mas
Jenis Ikan
ikan ke-
Kontrol
(pmol/min/mg protein)
Ulangan
1
2
Nila
Mas
1
1,887
1,891
2
1,795
3
Rerata Standar
Deviasi
2,075
Ulangan
1
2
0,369
0,266
1,745
0,256
0,226
1,787
1,695
0,193
0,225
4
2,100
1,973
0,913
0,821
5
2,949
2,936
0,372
0,306
1
1,498
1,473
0,393
0,919
2
1,712
1,628
0,432
0,263
3
2,211
2,035
0,334
0,942
4
1,753
1,769
0,336
0,455
5
1,834
1,827
0,438
0,458
1,774
0,471
Perlakuan
(pmol/min/mg protein)
0,226
Rerata Standar
Deviasi
0,494
0,041
0,497
0,023
Ethoxyresorufin-0-diethylase (EROD) adalah enzim yang digunakan sebagai
indikator yang sensitif terhadap adanya pajanan senyawa organik antropogenik seperti
Polisiklik Aromatik Hidrokarbon (PAHs dan PAH) dan senyawa lainnya dengan struktur
konfigurasi planar halogen. Hasil uji normalitas aktivitas EROD ikan nila dan ikan mas
yang diperlakukan pada Jaring Apung di perairan Kaligarang yang tercemar logam berat
dan ikan yang berasal dari Balai benih Ikan (kontrol) disajikan pada
tabel 15. Adapun
hasil perhitungan statistik dapat dilihat pada lampiran 9.
Tabel 15
Hasil Uji Normalitas Data Variabel Penelitian Aktivitas EROD
Variabel
Kolmogorov-Smirnov
Kemaknaan (p)
Ikan mas
0,026
Ikan nila
0,105
Data Aktivitas EROD pada ikan mas berdistribusi tidak normal p < 0,05
Data Aktivitas EROD pada ikan nila berdistribusi normal p > 0,05
Hasil yang diperoleh dari data biomarker EROD pada hati ikan mas berdistribusi
tidak normal (p < 0,05). Sehingga untuk mengetahui perbedan rerata aktivitas EROD
pada ikan mas kelompok kontrol dan kelompok perlakuan digunakan analisis non
parametrik uji Mann Whitney. Sedangkan data aktivitas EROD pada ikan nila
berdistribusi normal (p > 0,05). Sehingga selanjutnya akan digunakan analisis
parametrik One sample T-Test.
Berdasarkan hasil uji normalitas data, maka data EROD ikan mas berdistribusi
tidak normal. Sehingga digunakan uji Mann Whitney untuk melihat perbedaan nilai
EROD antara kelompok kontrol dan perlakuan pada ikan mas. Sedangkan pada ikan
nila hasil uji normalitas menunjukkan bahwa data EROD ikan nila berdistribusi normal,
sehingga digunakan uji T-Test untuk menentukan perbedaan nilai EROD ikan nila antara
kontrol dan perlakuan. Perbedaan nilai EROD ikan mas antara kelompok kontrol dan
kelompok perlakuan disajikan pada tabel 16. Adapun hasil perhitungan statistik dapat
dilihat pada lampiran 9.
Tabel 16
Uji Mann Whitney Aktivitas EROD pada Ikan Mas
Variabel
Kontrol
(pmol/min/mg
protein)
Perlakuan
(pmol/min/mg
protein)
Ikan Mas
Mean rank
Sig
0,000*
30,50
Sum of Rank
610
* Terdapat perbedaan yang sangat signifikan p < 0,01
10,50
210
Berdasarkan uji Mann Whitney menunjukkan bahwa terdapat perbedaan nilai
aktivitas EROD antara kelompok kontrol dan perlakuan pada ikan mas. Mean rank
kelompok perlakuan lebih kecil daripada kelompok perlakuan, dengan demikian adanya
pajanan logam berat menyebabkan nilai EROD menurun. Adapun perbedaan nilai aktivitas
EROD ikan nila antara kelompok kontrol dan perlakuan disajikan pada tabel 17.
Tabel 17
Uji T-Tes Aktivitas EROD pada Ikan Nila
Variabel
Kontrol
Perlakuan
(pmol/min/mg
(pmol/min/mg
protein)
protein)
Ikan Nila
Rerata
Sig
0,000*
2,075
SD
0,471
* Terdapat perbedaan yang sangat signifikan p < 0,01
0,494
0,041
Berdasarakan uji T-Test menunjukkan bahwa terdapat perbedaan nilai aktivitas
EROD antara kelompok kontrol dengan kelompok perlakuan pada ikan nila. Dengan
demikian dapat dikatakan bahwa pajanan logam berat pada kelompok perlakuan
berpengaruh terhadap nilai aktivitas EROD pada ikan nila. Aktivitas EROD menurun
pada kelompok perlakuan. Selanjutnya untuk mengetahui perbedaan aktivitas EROD
antara ikan mas dan ikan nila digunakan uji Mann Whitney yang disajikan pada
tabel
18. Perhitungan statistik dapat dilihat pada lampiran 9.
Tabel 18
Uji Mann Whitney Aktivitas EROD antara Ikan Mas dan Ikan Nila
Variabel
EROD Ikan Mas
(pmol/min/mg
protein)
EROD Ikan Nila
(pmol/min/mg
protein)
Jenis Ikan
Mean rank
Sig
0,149
23,18
Sum of Rank
463,50
Tidak terdapat perbedaan yang signifikan p > 0,05
17,83
356,50
Berdasarkan uji Mann-Whitney menunjukkan bahwa nilai signifikansi sebesar
0,149 (p > 0,05) maka tidak terdapat perbedaan yang bermakna nilai aktivitas EROD
ikan mas dan ikan nila. Namun demikian mean rank ikan nila lebih kecil daripada ikan
mas. Dengan demikian ikan nila dan ikan mas mempunyai sensitifitas yang sama
terhadap nilai aktivitas EROD.
A.3.4 Biomarker Liver Somatic Index (LSI)
Liver Somatic Index (LSI) adalah perbandingan antara berat hati dengan berat
tubuh ikan dikalikan 100 (seratrus). Besarnya Liver Somatic Index (LSI) pada ikan
nila kelompok perlakuan sebesar (2,244 ± 0,348) dan kelompok kontrol sebesar (2,612
± 0,451).
Sedangkan besarnya LSI pada ikan mas kelompok perlakuan adalah sebesar
(1,930 ± 0,186) dan kelompok kontrol sebesar (2,756 ± 0,230). Data nilai LSI ikan mas
dan ikan nila disajikan pada tabel 19. Adapun hasil perhitungan statistik dapat dilihat
pada lampiran 11.
Tabel 19
Nilai Liver Somatic Index (LSI) pada Ikan Nila dan Ikan Mas
Jenis
Ulangan
Nilai
Mean
SD
Kontrol
Perlakuan
Kontrol
Perlakuan
Ikan Nila
1
2
3
4
5
2,00
2,26
2,90
2,90
3,00
1,75
2,00
2,47
2,50
2,50
2,612
2,244
0,451
Ikan Mas
1
2
3
4
5
2,58
2,61
2,92
2,59
3,08
1,74
1,74
2,17
2,00
2,00
2,756
1,930
0,230
Hasil uji normalitas data LSI disajikan pada tabel 20, sedangkan hasil
perhitungan statistik dapat dilihat pada lampiran 10.
Tabel 20
Hasil Uji Normalitas LSI
Variabel
Ikan mas
Ikan nila
Kolmogorov-Smirnov
Kemaknaan (p)
0,863
0,947
Data LSI pada ikan mas berdistribusi normal p > 0,05
Data LSI pada ikan nila berdistribusi normal p > 0,05
Jika di lihat dari nilai signifikansi yang lebih besar dari 0,05 maka dapat
disimpulkan bahwa data LSI ikan nila dan ikan mas berdistribusi normal. Hal ini
menandakan bahwa untuk uji beda nilai LSI dilakukan dengan menggunakan statistik
parametrik yaitu Independent T-Test.
Berdasarkan hasil uji normalitas data, maka data LSI ikan mas dan ikan nila
berdistribusi normal. Sehingga untuk melihat perbedaan nilai LSI antara ikan mas dan
ikan nila digunakan uji independent T-Test. Besarnya nilai LSI Kelompok kontrol dan
kelompok perlakuan pada ikan nila disajikan pada tabel 21. Adapun hasil perhitungan
statistik dapat dilihat pada lampiran 10.
Tabel 21
Uji Independent T-Test nilai LSI Ikan Nila
Kelompok
Mean
Kontrol
2,612
Perlakuan
2,244
Tidak terdapat perbedaan yang signifikan p > 0,05
SD
0,451
0,348
Sig
0,187
Hasil uji beda besarnya nilai LSI kelompok kontrol dan kelompok perlakuan
pada ikan nila menunjukkan bahwa nilai signifkansi adalah sebesar 0,187 (p > 0,05),
maka tidak terdapat perbedaan signifikan besarnya nilai LSI ikan nila kelompok
perlakuan dan kelompok kontrol. Meskipun nilai rerata LSI kelompok perlakuan lebih
rendah dari pada LSI kelompok kontrol.
Hasil uji independent T-Test LSI kelompok kontrol dan kelompok perlakuan
pada ikan mas disajikan pada tabel 22. Adapun hasil perhitungan statistik dapat dilihat
pada lampiran 11.
Tabel 22
Uji Independent T-Test nilai LSI Ikan Mas
Kelompok
Mean
SD
Sig
Kontrol
2,756
0,230
0,000*
Perlakuan
1,930
* Terdapat perbedaan yang sangat signifikan p < 0,01
0,186
Hasil uji beda besarnya nilai LSI kelompok kontrol dan kelompok perlakuan
pada ikan mas menunjukkan bahwa nilai signifkansi adalah sebesar 0,000 (p < 0,01),
maka terdapat perbedaan nyata besarnya nilai LSI ikan mas kelompok perlakuan dan
kelompok kontrol. Meskipun nilai rerata LSI kelompok perlakuan lebih rendah dari
pada LSI kelompok kontrol.
Hasil uji beda nilai LSI ikan nila dan ikan mas menunjukkan bahwa nilai
signifikansi adalah sebesar 0,001 (p < 0,01) maka terdapat perbedaan nyata besarnya
nilai LSI ikan mas dan ikan nila. Meskipun rerata nilai LSI ikan mas lebih rendah
daripada ikan nila. Hal ini mengandung arti bahwa penurunan nilai LSI pada Ikan mas
lebih tinggi dibandingkan dengan ikan nila. Uji Independent T-Test besarnya nilai LSI
pada ikan mas dan ikan nila disajikan pada tabel 23. Adapun hasil perhitungan statistik
dapat dilihat pada lampiran 10.
Tabel 23
Uji Independent T-Test nilai LSI ikan Mas dan Ikan Nila
Variabel
Mean
SD
Sig
Ikan Mas
0,370
0,111
0,001*
Ikan Nila
0,824
* Terdapat perbedaan yang sangat signifikan p < 0,01
0,180
A.3.5 Biomarker Gonade Somatic Index (GSI)
Gonade Somatic Index (GSI) adalah perbandingan antara berat gonade dengan
berat tubuh ikan dikalikan 100 (seratus). Besarnya Gonade Somatic Index (GSI) ikan
nila pada kelompok kontrol adalah (0,230 ± 0,028) dan kelompok perlakuan sebesar
(0,136 ± 0,026). Sedangkan besarnya GSI ikan mas pada kelompok kontrol adalah
sebesar (0,268 ± 0,051) dan pada kelompok perlakuan sebesar (0,160 ± 0,039). Data
nilai GSI ikan mas dan ikan nila disajikan pada tabel 24. Adapun hasil perhitungan
statistik dapat dilihat pada lampiran 10.
Tabel 24
Nilai Gonade Somatic Index (GSI) pada Ikan Nila dan Ikan Mas
Jenis
Ikan Nila
Ikan Mas
Ulangan
Nilai
Mean
SD
Kontrol
Perlakuan
Kontrol
1
0,23
0,15
2
0,23
0,13
3
0,23
0,13
4
0,19
0,10
5
0,27
0,17
1
0,33
0,22
2
0,26
0,13
3
0,29
0,17
4
0,19
0,12
Perlakuan
0,230
0,136
0,028
0,268
0,160
0,051
5
0,27
0,16
Hasil uji normalitas data GSI disajikan pada tabel 25. Adapun hasil perhitungan
statistik dapat dilihat pada lampiran 11.
Tabel 25
Hasil Uji Normalitas GSI
Variabel
Kolmogorov-Smirnov
Kemaknaan (p)
Ikan mas
0,989
Ikan nila
0,817
Data GSI pada ikan mas dan nila berdistribusi normal p > 0,05
Jika dilihat dari nilai signifikansi yang lebih besar dari 0,05 maka dapat
disimpulkan bahwa GSI ikan nila dan ikan mas berdistribusi normal. Oleh karena itu
maka uji beda nilai GSI dilakukan dengan menggunakan statistik parametrik yaitu
Independent T-Test.
Berdasarkan hasil uji normalitas data, maka data GSI ikan mas dan ikan nila
berdistribusi normal. Sehingga untuk melihat perbedaan nilai GSI antara ikan mas dan
ikan nila digunakan uji Independent T-Test. Hasil uji Independent T-Test GSI kelompok
kontrol dan kelompok perlakuan pada ikan nila disajikan pada tabel 26. Adapun hasil
perhitungan statistik dapat dilihat pada lampiran 10.
Tabel 26
Uji Independent T-Test nilai GSI Ikan Nila
Kelompok
Mean
SD
Sig
Kontrol
0,230
0,028
0,001*
Perlakuan
0,136
* Terdapat perbedaan yang sangat signifikan p < 0,01
0,026
Hasil uji beda nilai GSI ikan nila antara kelompok kontrol dan kelompok
perlakuan menunjukkan bahwa nilai signifikansi adalah sebesar 0,001 (p < 0,01) maka
nilai GSI ikan nila pada kelompok kontrol dan kelompok perlakuan berbeda signifikan.
Adapun rerata nilai GSI ikan nila pada kelompok perlakuan lebih rendah dari nilai GSI
kelompok kontrol.
Sedangkan hasil uji beda nilai GSI ikan mas antara kelompok kontrol dan
kelompok perlakuan menunjukkan nilai signifikansi sebesar 0,006 (p < 0,01) maka
terdapat perbedaan nyata besarnya nilai GSI ikan mas pada kelompok kontrol dan
kelompok perlakuan. Meskipun rerata nilai GSI ikan mas pada kelompok perlakuan
lebih rendah dari GSI kelompok kontrol. Hasil uji Independent T-Test besarnya nilai
GSI kelompok kontrol dan kelompok perlakuan pada ikan mas disajikan pada tabel 27.
Adapun hasil perhitungan statistik dapat dilihat pada lampiran 10.
Tabel 27
Uji Independent T-Test nilai GSI Ikan Mas
Kelompok
Mean
SD
Sig
Kontrol
0,268
0,051
0,006*
Perlakuan
0,160
* Terdapat perbedaan yang sangat signifikan p < 0,01
0,039
Berdasarkan hasil uji normalitas data, maka data GSI ikan mas dan ikan nila
berdisitribusi normal. Sehingga untuk melihat perbedaan besarnya nilai GSI antara ikan
mas dan ikan nila digunakan uji Independent T-Test. Hasil uji Independent T-Test nilai
GSI antara ikan mas dan ikan nila disajikan pada tabel 28 halaman berikut ini. Adapun
hasil perhitungan statistik dapat dilihat pada lampiran 10.
Tabel 28
Uji Independent T-Test nilai GSI Ikan Mas dan Ikan Nila
Variabel
Mean
SD
Sig
Ikan Mas
0,092
0,008
0,145
Ikan Nila
0,110
0,024
Tidak terdapat perbedaan yang sangat signifikan, p > 0,01
Hasil uji beda nilai GSI ikan nila dan ikan mas menunjukkan nilai signifikansi
sebesar 0,145 (p > 0,05) maka tidak ada perbedaan nyata antara GSI ikan mas dengan
ikan nila. Namun demikian nilai rerata GSI Ikan mas lebih rendah dari pada GSI Ikan
nila,
A.3.6 Akumulasi Cd, Pb dan Hg pada Hati Ikan dan Metallothionein
Ikan yang Sensitif sebagai Biomarker
Uji signifikansi perbedaan akumulasi logam berat pada hati ikan antara ikan mas
dan ikan nila menggunakan uji Mann-Whitney Test. Hasil pengujian data penelitian
perbedaan akumulasi logam berat pada hati ikan mas dan ikan nila disajikan pada tabel
29. Adapun hasil perhitungan statistik dapat dilihat pada lampiran 6.
Tabel 29
Uji signifikansi Mann-Whitney Test
Variabel
Rerata (mg/kg)
SD (mg/kg)
Sig
Ikan Mas
0,000308
0,000030
0,006*
Ikan Nila
0,001819
* Terdapat perbedaan yang sangat signifikan p < 0,01
0,000231
Berdasarkan uji signifikansi data penelitian diperoleh hasil bahwa terdapat
perbedaan yang signifikan antara akumulasi logam berat pada hati ikan mas dan ikan nila.
Rerata akumulasi logam berat pada ikan mas lebih kecil dari pada ikan nila. Analisis regresi
Probit digunakan untuk menentukan metallothionein ikan yang sensitif sebagai biomarker
pencemaran logam berat di air sungai Kaligarang yang kadarnya masih memenuhi nilai
Baku Mutu. Ikan mas dengan konsentrasi logam berat Cd, Pb dan Hg di hati masingmasing sebesar 0,00018 mg/kg, 0,00025 mg/kg dan 0,00090 mg/kg
sudah
memunculkan biomarker metallothionein (MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg). Sedangkan
ikan nila pada konsentrasi logam berat Cd, Pb dan Hg di hati masing-masing sebesar
0,00023 mg/kg, 0,00028 mg/kg dan 0,00102 mg/kg sudah memunculkan biomarker
metallothionein (MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg). Adapun hasil perhitungan statistik dapat
dilihat pada lampiran 11.
A.4. Pembuktian Hipotesis
Pembuktian hipotesis dari masing-masing variabel penelitian diuraikan sebagai
berikut :
A.4.1. Akumulasi Cd, Pb dan Hg pada Hati Ikan yang memunculkan
biomarker (MT, EROD, LSI dan GSI).
Pajanan logam berat Cd, Pb dan Hg di perairan berpengaruh terhadap konsentrasi
Cd, Pb dan Hg pada hati ikan mas dan ikan nila. Adanya akumulasi Cd, Pb dan Hg di hati
akan menginduksi sintesis metallothionein. Oleh karena itu setelah dilakukan analisis
menggunakan HPLC pada akumulasi Cd, Pb dan Hg di hati ikan mas dan ikan nila muncul
biomarker metallothionein-Cd, metallothionein-Pb dan metallothionein- Hg. Sedangkan
pada ikan mas dan ikan nila yang hidup di perairan yang tidak terpajan logam berat (BBI)
tidak ditemukan metallothionein.
Nilai aktivitas EROD menurun apabila ada pajanan logam berat. Nilai aktivitas
EROD kelompok perlakuan lebih rendah daripada kelompok kontrol, baik pada ikan
mas maupun ikan nila, dengan perbedaan yang sinifikan baik pada ikan mas maupun
nila (p = 0,000 ; p < 0,01). Dengan demikian aktivitas EROD dapat digunakan sebagai
biomarker pencemaran logam berat. Namun aktivitas EROD tidak dapat digunakan
sebagai biomarker pencemaran logam berat secara spesifik, aktivitas EROD hanya
dapat digunakan sebagai biomarker logam berat secara umum; tidak dapat sebagai
penanda pencemaran Cd, Pb, Hg secara sendiri-sendiri.
LSI dan GSI dapat digunakan sebagai biomarker pencemaran logam berat secara
umum; adanya pajanan logam berat mengakibatkan nilai LSI dan GSI pada kelompok
perlakuan lebih rendah dibandingkan kelompok kontrol dengan perbedaan yang
signifikan (LSI mas, p = 0,000; p < 0,01 dan GSI nila p = 0,001; p < 0,01 ; GSI mas p=
0,006; p< 0,01) kecuali pada LSI ikan nila tidak signifikan (p= 0,187 ; p> 0,05) Namun
LSI dan GSI sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor non polutan seperti penyakit, musim,
dan tingkat nutrisi maka LSI dan GSI
tidak dapat digunakan sebagai biomarker
pencemaran logam berat karena banyak variabel perancunya dan tidak dapat digunakan
sebagai biomarker logam berat secara spesifik. Dengan demikian metallothionein
merupakan penanda biologis yang paling sesuai sebagai alat monitoring pencemaran
logam berat di perairan, karena bersifat sensitif, spesifik, early warning dan universal;
maka hipotesis nomor 1 terbukti.
A.4.2. Akumulasi logam berat Cd, Pb dan Hg pada hati ikan terhadap
sintesis metallothionein (MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg)
Berdasarkan uji regresi Probit, nilai konsentrasi
terendah Cd
yang dapat
menginduksi munculnya MT-Cd pertama kali pada ikan mas dan nila masing-masing
sebesar 0,00018 mg/kg dan 0,00023 mg/kg; nilai konsentrasi terendah Pb yang
menginduksi munculnya MT-Pb pertama kali pada ikan mas dan nila masing-masing
sebesar 0,00025 mg/kg dan 0,00028 mg/kg; sedangkan nilai konsentrasi terendah Hg
yang menginduksi munculnya MT-Hg pertama kali adalah sebesar 0,00090 mg/kg pada
ikan mas dan 0,00102 mg/kg pada ikan nila. Berdasarkan nilai rerata terlihat bahwa MTCd muncul pada konsentrasi Cd yang lebih rendah dari konsentrasi Pb dan Hg. Dengan
kata lain Cd lebih cepat menginduksi terbentuknya MT-Cd daripada Pb dan Hg dalam
menginduksi sintesis MT-Pb dan MT-Hg. Oleh karena itu MT-Cd muncul lebih dahulu
meskipun pada konsentrasi Cd di hati yang paling rendah dibanding konsentrasi Pb dan
Hg, maka hipotesis nomor 2 dan 3 terbukti.
A.4.3. Akumulasi Cd, Pb dan Hg pada hati ikan dan nilai BCF yang
memunculkan MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg
Hasil uji statistik nilai BCF logam kadmium menunjukkan bahwa munculnya
MT-Cd pada ikan nila adalah sebesar 0,678267 L/kg, sedangkan pada ikan mas adalah
sebesar 0,051233 L/kg. Demikian pula analisis statistik untuk menunjukkan
kemampuan menjerap logam timbal. Nilai BCF timbal yang memunculkan adanya MTPb pada ikan nila sebesar 0,081211 L/kg, sedangkan pada ikan mas sebesar 0,026880
L/kg. Adapun nilai BCF Hg yang memunculkan MT-Hg pada ikan nila sebesar
0,959096 L/kg dan pada ikan mas sebesar 0,581857 L/kg. Nilai BCF Cd, Pb dan Hg
pada ikan mas masing-masing lebih kecil daripada ikan nila. Dengan demikian
besarnya rerata nilai BCF yang menyebabkan munculnya biomarker MT-Cd, MT-Pb
dan MT-Hg paling awal pada ikan nila dan ikan mas mempunyai nilai yang berbeda,
maka hipotesis no.4 terbukti.
A.4.4. Akumulasi logam berat pada hati ikan mas dan nila yang
menginduksi munculnya Metallothionein
Hasil uji statistik terhadap akumulasi logam berat pada ikan mas dan ikan nila
diperoleh signifikasi sebesar 0,006. Hal ini menunjukkan bahwa nilai signifikansi hasil
uji lebih kecil dari 0,01 sehingga dapat dikatakan bahwa uji beda terhadap ikan mas dan
ikan nila menunjukkan adanya perbedaan nyata akumulasi logam berat pada ikan mas
dan ikan nila yang menyebabkan munculnya biomarker metallothionein. Berdasarkan
nilai rerata terlihat bahwa ikan mas memiliki rerata konsentrasi logam berat yang lebih
rendah dari pada ikan nila, hal ini berarti metallothionein pada hati ikan mas lebih
sensitif dibandingkan dengan ikan nila. Menggunakan uji Mann-Whitney terhadap
konsentrasi logam berat pada hati ikan mas dan ikan nila didapatkan perbedaan yang
sangat signifikan (p = 0,006; p < 0,01). Hal ini diperkuat dengan analisis probit. Pada
uji regresi probit konsentrasi Cd, Pb dan Hg pada ikan nila masing-masing sebesar
0,00023 mg/kg, 0,00028 mg/kg dan 0,00102 mg/kg sudah menginduksi munculnya
biomarker metallothionein (MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg). Sedangkan pada ikan mas
dengan konsentrasi logam berat Cd, Pb dan Hg di hati masing-masing sebesar 0,00018
mg/kg, 0,00025 mg/kg dan 0,00090 mg/kg sudah menginduksi munculnya biomarker
metallothionein (MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg). Hal ini menunjukkan bahwa
metallothionein ikan mas muncul pada konsentrasi yang lebih rendah dibandingkan
ikan nila. Dengan kata lain pada ikan mas akumulasi logam berat di hati lebih rendah
sudah dapat menginduksi munculnya biomarker metallothionein dibandingkan dengan
ikan nila. Oleh karena itu metallothionein pada hati ikan mas lebih sensitif daripada
ikan nila; dengan demikian hipotesis nomor 5 terbukti.
B. Bahasan
B.1. Penelitian Pendahuluan
Berdasarkan hasil penelitian pendahuluan menunjukkan bahwa pada hati ikan nila
yang berasal dari sungai Kaligarang dengan kandungan Cd di air sebesar 0,006 mg/L
ditemukan adanya metallothionein-Cd. Munculnya metallothionein dapat terdeteksi
menggunakan alat High Performance Liquid Chromatography (HPLC) pada sampel
hati ikan yang berasal dari sungai Kaligarang. Sedangkan pada hati ikan nila yang
diperoleh dari Balai Benih Ikan tidak ditemukan adanya metallothionein. Sebagimana
kita ketahui metallothionein merupakan protein (thionein) pengikat logam (metalbinding protein) yang berperan dalam proses pengikatan ataupun penyekapan logam di
dalam jaringan setiap mahkluk hidup (Hanson, 2008).
Hasil tersebut sejalan dengan penelitian-penelitian sebelumnya tentang
penggunaan HPLC. Chassaigne dan Lobinski (1999) melakukan penelitian penggunaan
HPLC untuk deteksi metallothionein, berjudul “Rapid analysis for cadmium
metallothionein complexes by HPLC using microparticulate stationary phases”. Hasil
penelitiannya menyatakan bahwa untuk studi metallothionein disarankan untuk
menggunakan HPLC dengan fase diam dan fase bergerak. Keuntungannya adalah dapat
mendeteksi ukuran molekul yang paling kecil, dan efektif yaitu dapat mengurangi waktu
analisis pemisahan 20 kali lipat dibanding dengan tanpa menggunakan HPLC, karena
HPLC menggunakan detektor yang sangat sensitif.
Hasil Penelitian Chandrasekera dan Pathiratne (2008) dengan judul “Effects of
water borne cadmium on biomarker enzymes and metallothioneins in Nile tilapia,
Oreochromis niloticus” menyatakan bahwa dalam menentukan metallothionein pada
jaringan hati ikan nila yang tercemar oleh kadmium digunakan HPLC Brdicka.
Kovarova, Kizek, Adam, dan Danka (2009) dalam penelitiannya menyatakan
bahwa untuk deteksi metallothionein dapat dilakukan dengan berbagai metode antara
lain analisis spektrometri, HPLC, elektroforesis kapiler dan elektrokimia serta voltametri
Brdicka dengan perbedaan pulse. Dalam penelitiannya ingin melihat pengaruh kadmium
klorida dalam air terhadap jaringan otot, hati dan ginjal ikan mas (Cyprinus carpio L.).
Sedangkan Van Campenhout, Infante, Adams dan Blust (2004) dalam penelitiannya
mengemukakan bahwa untuk pemisahan dan deteksi metalloprotein digunakan analisis
HPLC dari Shimadzu (Kyoto, Jepang).
Dengan demikian hasil penelitian pendahuluan menunjukkan adanya kesesuaian
alat maupun metode yang digunakan untuk melihat munculnya metallothionein. HPLC
dapat mendeteksi metallothionein dalam sampel hati ikan yang hidup di sungai
Kaligarang dengan konsentrasi Cd, Pb dan Hg di perairan yang masih memenuhi
nilai
Baku Mutu Cd, Pb dan Hg pada air kelas I, dengan nilai Baku Mutu masing-masing
sebesar 0,01 mg/L, 0,03 mg/L dan 0,001 mg/L. Dengan kata lain, konsentrasi Cd, Pb
dan Hg
di perairan yang masih memenuhi nilai Baku Mutu dapat terdeteksi oleh
biomarker MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg pada hati ikan menggunakan alat HPLC. Hal ini
menunjukkan prosedur isolasi metallothionein, penggunaan HPLC untuk mendeteksi
metallothionein dan rancangan perlakuan serta metode yang digunakan dalam penelitian
pendahuluan, mamadai untuk mencapai tujuan penelitian. Hal ini menunjukkan bahwa
ketelitian penggunaan alat maupun ketepatan penggunaan metode penelitian sudah
terpenuhi, sehingga data penelitian yang diperleh dapat dipertanggungjawabkan
validitasnya; dan hasil penelitian tidak bias. Maka untuk uji perlakuan sebagai uji lanjut
akan digunakan metode dan alat yang sama dengan penelitian pendahuluan.
Ikan yang hidup di sungai Kaligarang, pada hatinya mengandung metallothioneinCd, karena air Kaligarang tercemar/mengandung Cd yang terakumulasi pada hati ikan,
sedangkan air pada Balai Benih Ikan tidak mengandung Cd, sehingga hati ikan tidak
mengakumulasikan Cd, oleh karena itu MT-Cd tidak muncul. Jadi metallothionein-Cd
hanya muncul pada ikan yang hidup di perairan yang tercemar kadmium (Cd). Dengan
demikian metallothionein-Cd merupakan biomarker/penanda biologis pencemaran
logam berat Cd. Demikian pula MT-Pb sebagai biomarker pencemaran logam berat Pb
dan MT Hg sebagai biomarker pencemaran logam
berat Hg.
Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg
masing-masing berfungsi sebagai biomarker pencemaran Cd, Pb dan Hg yang dapat
digunakan untuk monitoring lingkungan perairan yang tercemar Cd, Pb dan Hg.
Penemuan ini merupakan penanda biologis tingkat molekuler terhadap kualitas
lingkungan, sehingga dapat digunakan sebagai alat deteksi dini tingkat biomolekuler
terhadap pencemaran logam berat Cd, Pb dan Hg di perairan. Sebagaimana dikatakan
oleh Hanson (2008), Sandstrom, Larsson, Andersson dan Appelberg (2005), Zangger,
Gong, Gulin dan James (2001) dan Carpene, Andreani dan Isani (2007)
bahwa
metallothioein dapat digunakan sebagai biomarker pencemaran logam berat karena
kepekaan dan keakuratannya. Hal ini didasarkan pada suatu fenomena alam dimana
logam-logam dapat tersekap di dalam jaringan tubuh organisme yang dimungkinkan
karena adanya protein (thionein) yang membentuk metallothionein tersebut. Biomarker
merupakan akhir dari uji ekotoksikologi yang menunjukkan efek pada organisme hidup.
Salah satu fungsi dari biomarker adalah sebagai tanda peringatan dini, dari suatu
pengaruh senyawa toksik secara biologi; dan biomarker sebagai respon pada tingkat sub
seluler (molekuler, biokimia dan phisiologi); reaksi awal sebelum respon terjadi pada
tingkatan organisasi mahkluk hidup/spektrum biologi yang lebih tinggi.
Respon dini pada tingkat molekuler terhadap kualitas lingkungan, sudah saatnya
dipakai untuk monitoring lingkungan, sehingga secara dini pencemaran lingkungan
dapat dicegah ataupun dipantau serta dikendalikan. Langkah preventif dalam upaya
pencegahan pencemaran jauh lebih baik dari pada secara kuratif. Sebagaimana pendapat
Montaser, Magdy, Samir dan Gamal (2010), Hanson (2008) dan Tugiyono, Nurcahyani,
Supriyanto and Hadi (2011) bahwa salah satu fungsi dari biomarker adalah sebagai
tanda peringatan dini dari pengaruh xenobiotic secara biologis. Respon dini tingkat
molekuler terhadap kualitas lingkungan memberikan peluang untuk melakukan langkah
preventif sebagai upaya pencegahan akan terjadinya pencemaran lingkungan.
Kualitas lingkungan perairan dapat diketahui berdasarkan perubahan dalam
sistem atau parameter biologi yang terpilih, pendekatan ini dikenal dengan istilah
biomonitoring. Biomonitoring adalah cabang dari monitoring lingkungan yang mengacu
pada penggunaan organisme hidup, yang digunakan sebagai pendugaan residu bahan
pencemar dalam jaringan organisme sampai pendugaan akhir pengaruh biologi spesifik.
Bentuk atau tipe biomonitoring dapat dikembangkan berdasarkan perubahan
karakteristik secara biokimia, phisiologi, morphologi atau tingkah laku organisme,
disamping berdasarkan cara konvensional seperti struktur komunitas yang meliputi
kemelimpahan dan indeks keanekaragaman (Viarenggo, Lowe, Bolognesi, Fabbri 2007,
Wardhana 2004).
B.2. Biomarker Pencemaran Logam Berat (Cd, Pb dan Hg) di
Perairan
Penelitian disertasi ini mengkaji biomarker EROD, LSI, GSI dan MT, sebagai
penanda biologis dalam melakukan monitoring pencemaran Cd, Pb dan Hg di perairan
Kaligarang. Biomarker tersebut masing-masing dikaji satu persatu, sehingga dapat
ditemukan biomarker yang paling sesuai untuk penanda biologis pencemaran Cd, Pb
dan Hg yang konsentrasinya di perairan Kaligarang masih memenuhi nilai Baku Mutu.
Dalam pembahasan ini, biomarker yang dikaji sebagai alat monitoring
pencemaran logam berat (Cd, Pb dan Hg) di lingkungan perairan Kaligarang adalah
EROD, LSI, GSI, dan metallothionein. Masing-masing biomarker dikaji sesuai tidaknya
sebagai biomarker pencemaran Cd, Pb dan Hg diperairan, sehingga dapat ditemukan
biomarker apakah yang paling sesuai (EROD, LSI, GSI ataukah metallothionein).
B.2.1. Biomarker EROD
Hasil penelitian menunjukkan bahwa rerata nilai aktivitas EROD pada ikan nila
kelompok perlakuan (kelompok ikan yang terpajan logam berat Cd, Pb dan Hg) sebesar
(0,494 ± 0,041) pmol/min/mg protein berbeda signifikan (p = 0,000; P< 0,05) dengan
nilai aktivitas EROD ikan nila kelompok kontrol (kelompok ikan nila
yang hidup
di Balai Benih Ikan Air Tawar dan tidak terpajan oleh Cd, Pb dan Hg) dengan nilai
aktivitas EROD sebesar (2,075 ± 0,471) pmol/min/mg protein. Nilai rerata EROD ikan
nila pada kelompok perlakuan lebih rendah daripada nilai rerata aktivitas EROD pada
ikan nila kelompok kontrol. Sedangkan nilai aktivitas EROD pada ikan mas kelompok
perlakuan sebesar (0,497 ± 0,023) pmol/min/mg protein berbeda signifikan (p = 0,000;
p < 0,05) dengan ikan mas kelompok kontrol dengan nilai aktivitas EROD sebesar
(1,774±0,226) pmol/min/mg protein. Hal ini menunjukkan bahwa adanya pajanan
logam berat mengakibatkan rendahnya aktivitas EROD, baik pada ikan nila maupun
ikan mas. Nilai rerata aktivitas EROD pada kelompok perlakuan lebih rendah daripada
kelompok kontrol, dikarenakan adanya pajanan logam berat. Rendahnya aktivitas
EROD pada ikan mas dan nila kelompok yang terpajan logam berat dibanding
kelompok yang tidak terpajan logam berat tersebut kemungkinan terjadi karena adanya
pajanan logam berat Cd, Pb dan Hg dengan afinitas yang tinggi terhadap unsur S
menyebabkan logam berat tersebut memutuskan ikatan belerang pada enzim, sehingga
enzim menjadi tidak aktif, dan mengakibatkan nilai aktivitas EROD rendah.
Van der Oost, Beyer dan Vermeulan (2003) menyatakan bahwa EROD telah
diaplikasikan secara luas untuk mendeteksi adanya pencemaran senyawa organik pada
ikan, disamping glutathione S-transferase (GST), dan cholinesterases (ChE fraksi).
Cytochrome P-450 1A (CYP1A) dapat menginduksi monooxygenase yang dapat
diketahui dengan menggunakan biomarker EROD. Biomarker tersebut telah banyak
digunakan sebagai indikator yang sensitif terhadap pajanan kontaminan senyawa
organik
antropogenik,
seperti
Polisiklik
Aromatik
Hidrokarbon
(PAH)
dan
polychlorinated biphenyls (PCBs) dan dioxin (Van der Oost, Beyer dan Vermeulan
2003; Sandstrom, Larsson, Andersson dan Appelberg 2005; Hanson, Guttman dan
Larsson 2006; Hanson dan Larsson, 2007; Hanson, Persson dan Larsson 2008; Hanson,
2008).
Berbagai hasil penelitian yang menggunakan EROD sebagai biomarker terhadap
pajanan logam berat di perairan, menunjukkan bahwa aktivitas enzim EthoxyresorufinO-diethylase (EROD) secara umum sering digunakan sebagai biomarker terhadap
adanya pencemaran senyawa organik organoklorin (seperti PCB, PCBs, PAH, dan
PAHs). Aktivitas EROD dikategorikan sebagai biomarker of exposure, yaitu biomarker
yang langsung dapat terdeteksi karena adanya pajanan. Menurut Van der Oost, Beyer
dan Vermeulan (2003) biomarker of exposure dikategorikan sebagai biomarker untuk
pengukuran subtansi oksigen, substansi oksigen metabolit dan interaksi antara substansi
oksigen dengan molekul target. Hal tersebut didukung oleh beberapa peneliti antara lain
Larsson, Forlin, Grahn dan Landner (2000) dan Sandstrom, Larsson, Andersson dan
Appelberg (2005) dalam Hanson (2008) yang memberikan interpretasi bahwa aktivitas
EROD digunakan untuk pengukuran aktivitas detoksifikasi adanya pajanan senyawa
organik. Namun demikian, menurut hasil penelitian Ueng, Liu, Lai, dan Meng (1996)
disampaikan bahwa suntikan ikan nila dengan CdCl2 sebesar 2 mg/kg secara in vivo
tidak berpengaruh pada aktivitas EROD atau sistem sitokrom P-450. Dalam studi ini,
pajanan kadmium sebesar 0,001-0,01 mg/L memiliki efek yang sangat tidak signifikan
pada aktivitas EROD hati.
Berdasarkan hasil penelitian dan kajian berbagai penelitian sebelumnya, EROD
dapat digunakan sebagai biomarker pencemaran senyawa organik dan logam berat.
Namun secara statistik dinyatakan bahwa pengaruh logam berat terhadap EROD sangat
tidak signifikan. Sedangkan hasil penelitian disertasi ini EROD dapat dapat digunakan
sebagai biomarker logam berat secara umum, namun tidak spesifik untuk jenis logam
beratnya. Namun demikian hasil penelitian ini rancu karena di sungai Kaligarang
tentunya juga ada polutan bahan organik dari berbagai limbah domestik. Dengan
demikian aktivitas EROD tersebut terjadi karena adanya senyawa organik ataukah
karena logam berat hal ini tidak
dapat dipastikan. Namun dengan mengacu hasil
penelitian di laboratorium yang diakukan Ueng, Liu, Lai, dan Meng (1996) yang
menyatakan bahwa pajanan Cd menimbulkan efek yang sangat tidak signifikan terhadap
aktivits EROD maka hasil penelitian ini lebih condong menyatakan bahwa EROD
lebih sesuai untuk biomarker pencemaran senyawa organik dibanding sebagai
biomarker pencemaran logam berat. Meskipun dalam lingkungan Pb dan Hg berbentuk
Pb dan Hg organik yaitu pada methyl-Hg dan methyl-Pb sebagai hidrolisis dari
metabolisme bakteri di lingkungan, namun EROD tidak dapat digunakan sebagai
biomarker logam berat organik, EROD hanya dapat digunakan sebagai biomarker
senyawa organik antropogenik seperti PAH dan PCB.
Hal tersebut diperkuat oleh hasil penelitian Chandrashekera dan Pathiratne
(2008) bahwa konsentrasi MT hati ikan yang terkena pajanan Cd2+ meningkat 2-26 kali
lipat tergantung pada konsentrasi dan durasi pajanan. Oleh karena itu MT hati ikan nila
adalah biomarker sensitif untuk menunjukkan adanya pajanan logam berat. Pajanan
Cd2+ yang terus menerus pada ikan di bawah ≤ 0,01 mg/L tidak mempunyai efek yang
sangat signifikan pada EROD hati, GST hati dan otak serta aktivitas fraksi ChE otot,
sedangkan pajanan Cd2+ ≥ 0,1 mg/L menimbulkan depresi yang sangat signifikan pad
aktivitas EROD hati (41-55%).
Biotransformasi PAH pada ikan dapat diukur dengan bantuan biomarker
aktivitas EROD dan metabolit PAH. Sebuah hubungan yang jelas telah diamati antara
aktivitas EROD (CYP1A1) dan pajanan PAH pada ikan Oreocromis mossambicus
(Shailaja dan Rodrigues 2001, Ueng, Liu, Lai dan Meng 1996, Shailaja dan D'Silva
2003, Chen, Chou Liu, Liang Shih dan Ting Lee 2001). Dalam penelitian ini, induksi
EROD pada Oreocromis mossambicus tampak jelas pada pajanan konsentrasi sangat
rendah dari penyulingan limbah yang mengandung PAH. Ikan yang terpajan oleh
limbah penyulingan yang telah diencerkan 1:1000 menunjukkan aktivitas EROD tiga
kali lipat lebih tinggi (signifikansi > 95%) dibandingkan dengan kelompok kontrol ikan
di air bersih, sedangkan pada ikan yang terpajan limbah penyulingan dengan
pengenceran 1:100 aktivitas EROD sebesar 1,3 kali lipat dari ikan kontrol (Shailaja dan
Rodrigues, 2001).
Biomarker tersebut telah banyak digunakan sebagai indikator yang sensitif
terhadap pajanan kontaminan senyawa organik antropogenik, seperti Polisiklik
Aromatik Hidrokarbon (PAH) dan polychlorinated biphenyls (PCBs) dan dioxin (Van
der Oost, Beyer dan Vermeulan 2003; Sandstrom, Larsson Andersson dan Appelberg
2005; Hanson, Guttman dan Larsson 2006; Hanson dan Larsson 2007; Hanson, Persson
dan Larsson 2008; Hanson, 2008).
Kenyataan yang terjadi di lingkungan, suatu perairan dapat mengalami
pencemaran oleh berbagai macam jenis logam berat, baik secara bersamaan maupun
pencemaran tunggal/hanya satu jenis logam berat. Dengan demikian memerlukan
biomarker yang dapat sebagai penanda biologis pencemaran logam berat secara
spesifik, yakni biomarker pencemaran Cd, biomarker pencemaran Pb maupun
pencemaran logam berat yang lain. Biomarker EROD yang hanya dapat sebagai
penanda biologis logam berat secara umum tidak dapat digunakan di lingkungan yang
tercemar oleh berbagai jenis logam berat, sedangkan dalam monitoring lingkungan
perlu mengetahui logam berat jenis apakah sesungguhnya yang menjadi polutannya. Hal
ini penting untuk menentukan kebijakan pengelolaan perairan yang tercemari oleh
logam berat tertentu sehingga perairan tersebut bisa terjaga kualitasnya. Oleh karena itu
perlu mengkaji biomarker lain yang sesuai untuk digunakan sebagai alat monitoring
lingkungan yang tercemar oleh berbagai macam logam berat. Maka dari itu, dalam
disertasi ini mengkaji lebih lanjut tentang kemungkinan penggunaan LSI, GSI dan
Metallothionein sebagai biomarker pencemaran lingkungan oleh logam berat untuk
menemukan biomarker yang paling sesuai sebagai alat deteksi dini dalam melakukan
monitoring lingkungan.
B.2.2. Biomarker Liver Somatic Index (LSI)
Berdasarkan hasil penelitian disertasi ini menunjukkan bahwa rerata nilai LSI
pada ikan nila kelompok perlakuan adalah sebesar (2,244 ± 0,348) dan pada ikan nila
kelompok kontrol sebesar (2,612 ± 0,451). Sedangkan besarnya rerata nilai LSI pada
ikan mas kelompok perlakuan adalah sebesar (1,930 ± 0,186) dan pada ikan mas
kelompok kontrol sebesar (2,756 ± 0,230).
Berdasarkan uji statistik tidak terdapat perbedaan yang signifikan besarnya
rerata nilai LSI ikan nila kelompok perlakuan dengan ikan nila pada kelompok kontrol
(p = 0,187; p > 0,05), sedangkan rerata nilai LSI pada ikan mas kelompok perlakuan
berbeda signifikan dengan ikan mas kelompok kontrol (p = 0,000; p < 0,01). Hal ini
dikarenakan ikan mas lebih sensitif terhadap senyawa toksik. Sebagaimana pendapat
Ossana, Bettina, Alfredo (2009) bahwa Cyprinus carpio L. (ikan mas) adalah spesies
yang digunakan sebagai organisme uji dalam bioassay toksisitas karena memiliki respon
fisiologis terhadap keberadaan kontaminan lebih sensitif dibanding spesies ikan yang
lainnya. De Conto Cinier, Petit, Faure dan Garin (1999) menyatakan hal yang sama
bahwa ikan mas segera memberikan respon fisiologis terhadap pajanan logam berat.
Oleh karena itu, mengingat spesies ini sensitif terhadap pajanan logam berat maka
mudah disesuaikan dengan kondisi laboratorium untuk penelitian eksperimental.
Berdasarkan catatan nilai morfometrik menunjukkan bahwa waktu pemaparan logam
segera mempengaruhi terjadinya stres pada ikan mas, sehingga
adanya dampak
toksisitas pada ikan mas segara diketahui. Dengan demikian pajanan logam berat pada
Cyprinus carpio menyebabkan akut subletal, meskipun waktu pemaparan relatif singkat
(lima hari) (Ossana, Bettina, Alfredo 2009).
Besarnya LSI baik pada ikan nila dan ikan mas kelompok perlakuan lebih
rendah dibanding pada ikan nila dan ikan mas kelompok kontrol. Hal ini menunjukkan
bahwa pajanan logam berat mengakibatkan rerata nilai Liver Somatic Index (LSI)
rendah. Rendahnya nilai LSI kemungkinan terjadi ketika perairan tercemar oleh logam
berat, selanjutnya logam-logam berat tersebut diserap melalui membran epitel, terutama
insang, dan melalui darah dibawa ke hati sehingga mengakibatkan akumulasi logam
berat di hati; disamping itu akumulasi logam berat di hati akan mengakibatkan
gangguan fungsi enzim karena adanya ikatan logam berat dengan gugus sulfhidril
(-SH) pada enzim, sehingga mengganggu metabolisme tubuh dan mengakibatkan berat
hati ikan menjadi rendah sehingga nilai LSI menurun/rendah (Soemirat, 2005; Katzung,
2004). Mengingat logam berat bersifat toksik dan karsionogenik, maka akumulasi
logam berat pada hati akan merusak jaringan hati, sehingga hati ikan pada awalnya
akan mengalami pembengkakan (hepatomegali), namun lama kelamaan apabila tingkat
kerusakan semakin parah karena akumulasi logam berat dihati semakin besar maka hati
akan mengalami nekrosis maupun sirosis (Marina dan Martinez 2007; Pantung,
Helander dan Cheevaporna 2008). Hati yang mengalami sirosis
ukurannya makin
mengecil/mengalami penyusutan. Ukuran hati yang kecil akan mengakibatkan berat hati
menjadi rendah sehingga nilai LSI rendah/menurun.
Pembengkakan sel hati bersifat reversibel sehingga apabila pajanan senyawa
toksik tidak berlanjut maka sel dapat kembali normal. Namun apabila pajanan logam
berat berlangsung lama maka sel tidak dapat mentolelir kerusakan yang diakibatkan
oleh pajanan logam berat tersebut. Azis dan Ghazaly 2006; Marina dan Martinez 2007,
mengemukakan bahwa dengan terpajannya logam berat maka menyebabkan terjadinya
pembengkakan hepatosit sebagai akibat langsung dari zat toksik yang berpengaruh
langsung pada mekanisme transport ion. Kematian sel yang terus berlanjut akan
menyebabkan terjadinya nekrosis. Adanya nekrosis menyebabkan respon peradangan
pada jaringan yang masih hidup disekitar daerah nekrosis. Respon peradangan ini
bertujuan untuk pemulihan jaringan serta menekan agen penyebab nekrosis. Apabila zat
toksik terpajan terus-menerus maka akan menyebabkan sel kehilangan kemampuan
dalam regenarsi sehingga akan memicu terjadinya fibrosis. Jika fibrosis meluas ke
semua bagian hati maka akan terjadi sirosis (pemadatan/pengecilan organ hati) yang
menyebabkan kegagalan fungsi hati. Hal ini dikarenakan terjadinya hipertensi vena
porta hepatica yang dapat mengganggu aliran darah sehingga akan menghambat suplai
nutrien dan pertukaran oksigen.
Larsson, Forlin, Grahn dan Landner (2000) dan Sandstrom, Larsson, Andersson
dan Appelberg (2005) menyatakan bahwa Liver Somatic Index (LSI) merupakan
biomarker yang menandakan status pakan dan metabolisme. Besarnya ukuran hati
mengindikasikan tingginya aktivitas metabolisme sedangkan kecilnya ukuran hati dapat
disebabkan oleh kekurangan makanan. Menurut Van der Oost, Beyer dan Vermeulan
(2003) Liver Somatic Index (LSI) menurun secara signifkan apabila terkena pajanan
polutan organik, seperti OCPs, Polychlorine Biphenyls (PCBs) dan Polisiklik Aromatik
Hidrokarbon (PAH). Penurunan ini kemungkinan disebabkan pengaruh keterbatasan
makanan atau jika konsumsi makanan berkurang dan faktor stres.
Berdasarkan kajian tersebut maka penurunan LSI pada hasil penelitian disertasi
ini kemungkinan disebabkan oleh kekurangan makanan atau kemungkinan akibat
pajanan logam berat di perairan. Pendapat lain dikemukakan oleh Hanson and Larson
(2008b), Larson, Forlin, Grahn dan Landner (2000), Sandstrom, Larsson, Andersson dan
Appelberg (2005) yang menyatakan bahwa LSI sangat tidak sensitif digunakan sebagai
biomarker logam berat, karena terjadinya perubahan nilai LSI sangat dipengaruhi oleh
faktor-faktor non polutan seperti musim, penyakit dan tingkat nutrisi. Dengan demikian
LSI sangat rancu bila digunakan sebagai biomarker pencemaran logam berat, sehingga
validitasnya tidak bisa dihandalkan. Maka dalam kajian disertasi ini LSI tidak sesuai
digunakan untuk biomarker pencemaran logam berat di perairan. Oleh karena itu, perlu
dilakukan kajian tentang biomarker pencemaran logam berat di perairan yang lebih
sesuai. Dalam disertasi ini selanjutnya akan dikaji mengenai Gonade Somatic Index
(GSI).
B.2.3. Biomarker Gonade Somatic Index (GSI)
Gonade Somatic Index (GSI) ikan nila pada kelompok kontrol memiliki rerata
nilai
sebesar (0,230 ± 0,028) dan kelompok perlakuan sebesar (0,136 ± 0,026).
Sedangkan rerata nilai GSI ikan mas pada kelompok kontrol adalah sebesar
(0,268
± 0,051) dan pada kelompok perlakuan sebesar (0,160 ± 0,039). Hasil uji beda nilai GSI
ikan nila kelompok kontrol dan kelompok perlakuan menunjukkan perbedaan yang
signifikan (p = 0,001; p < 0,01). Sedangkan hasil uji beda nilai GSI ikan mas kelompok
kontrol dan kelompok perlakuan juga menunjukkan perbedaan signifikan (p =0,006; p <
0,01).
Nilai GSI pada ikan mas dan ikan nila kelompok perlakuan lebih rendah
dibanding kelompok kontrol. Hal ini menunjukkan bahwa pajanan logam berat
berpengaruh terhadap nilai GSI. Pajanan logam berat mengakibatkan nilai GSI lebih
kecil dibanding dengan kelompok ikan yang tidak terpajan logam berat. Rendahnya
nilai GSI akibat pajanan logam berat kemungkinan terjadi
ketika logam berat
mencemari perairan, selanjutnya logam berat tersebut akan diserap melalui membran
epitel, terutama insang, dan melalui darah dibawa ke organ-organ seperti hati, gonade,
ginjal, otot, dan kulit. Hal ini akan mengakibatkan akumulasi logam berat di organorgan tersebut. Akumulasi logam berat pada gonade akan mengakibatkan kerusakan
jaringan gonade karena logam berat bersifat toksik, karsinogonik dan iritatif. Akibatnya
gonade mengalami degenerasi, ukuran kecil dan nilai GSI rendah serta mempengaruhi
kemampuan reproduksi, sehingga kesuburannya rendah (Larsson, Forlin, Grahn 2000;
Sandstrom, Larsson, Andersson 2005). Menurut Van der Oost, Beyer dan Vermeulan
(2003) nilai GSI termasuk dalam kelompok biomarkers of effect, yaitu biomarker yang
berhubungan dengan pengukuran pengaruh polutan pencemaran terhadap kesehatan.
Hal ini berbeda dengan EROD yang termasuk dalam biomarker of exposure.
Namun pendapat Siah, Pellerin, Amiard dan Pelletier (2003) menyatakan bahwa
adanya polutan organik seperti tributynil (TBT) di perairan, dapat menghambat
kematangan seksual, menyebabkan gonade yang berukuran kecil sehingga nilai GSI
rendah. Demikian juga dengan pendapat Hanson, Persson dan Larsson (2008)
menyatakan bahwa polutan organik seperti PCBs dan PAH di perairan mengakibatkan
mengecilnya ukuran gonade ikan perch (Perca fluviatilis) yang mengakibatkan nilai
GSI menurun. Oleh karena itu, GSI tidak sesuai sebagi biomarker pencemaran logam
berat di perairan, karena adanya kerancuan jenis polutan apakah sesungguhnya yang
menyebabkan rendahnya nilai GSI, logam berat ataukah senyawa organik. Sehingga
validitas GSI sebagai biomarker pencemaran logam berat tidak dapat dihandalkan.
Selain itu GSI hanya dapat menunjukkan efek pajanan logam berat secara umum yang
terdapat di Kaligarang, tidak dapat menunjukkan efek setiap jenis logam berat yang
keberadaannya di Kaligarang terpajan secara bersamaan.
Biomarker EROD, GSI, LSI tidak spesifik, tidak dapat sebagai penanda setiap
jenis logam, hanya dapat sebagai penanda pencemaran logam berat secara umum. Untuk
monitoring lingkungan harus diketahui secara spesifik jenis logam beratnya (Cd, Pb
ataukah Hg) sehingga dapat dirunut asal polutan dari mana, dari industri atau dari
rumah tangga, jika dari industri, industri apa, mengapa mencemari lingkungan, apakah
industri tersebut tidak mempunyai IPAL, ataukah IPAL nya tidak efektif, apakah karena
tidak adanya kesadaran lingkungan. Dengan cara demikian akan menentukan langkah
pengelolaan lingkungan lebih lanjut.
Maka dalam kajian disertasi ini, GSI tidak sesuai digunakan untuk biomarker
pencemaran logam berat di perairan yang terpajan oleh berbagai jenis logam berat
maupun berbagai polutan organik maupun anorganik yang terpajan di perairan secara
bersamaan. Oleh karena itu, perlu dilakukan kajian tentang biomarker yang paling
sesuai sebagai penanda biologis pencemaran logam berat di perairan. Oleh karena itu,
selanjutnya akan dikaji mengenai biomarker metallothionein (MT).
B.2.4 Biomarker Metallothionein
Berdasarkan beberapa kajian sebelumnya, dimana EROD, LSI dan GSI tidak
sesuai digunakan untuk biomarker pencemaran logam berat, maka selanjutnya dikaji
penggunaan metallothionein sebagai biomarker pencemaran logam berat di perairan.
Kajian ini meliputi ; (1) Metallothionein sebagai biomarker yang paling sesuai untuk
penanda biologis pencemaran logam berat Cd, Pb dan Hg di perairan; (2) Munculnya
Metallothionein paling awal; (3) Konsentrasi logam berat yang dapat menginduksi
munculnya biomarker metallothionein. Beberapa hal yang akan dibahas meliputi:
biomarker metallothionein apakah dapat digunakan sebagai penanda biologis
pencemaran Cd, Pb dan Hg di perairan,
konsentrasi terendah
logam berat yang
menyebabkan munculnya MT-Cd, MT-Hg, MT-Pb, dan metallothionein yang pertama
kali muncul (MT-Cd, MT-Hg ataukah MT-Pb) serta biomarker metallothionein sesuai
tidaknya sebagai biomarker pencemaran Cd, Pb dan Hg di perairan.
Hasil penelitian disertasi ini menunjukkan bahwa pada hati ikan nila dan ikan
mas dengan perlakuan Karamba Jaring Apung di sungai Kaligarang yang tercemar
logam berat (Cd, Pb dan Hg), setelah dilakukan preparasi dengan isolasi
metallothionein
kemudian
dianalisis
menggunakan
HPLC
muncul
biomarker
metallothionein. Sedangkan pada ikan mas dan ikan nila yang tidak terpajan Cd, Pb dan
Hg (Balai Benih Ikan) hasil analisis menggunakan HPLC tidak muncul
adanya
metallothionein. Hal ini menunjukkan bahwa metallothionein dapat digunakan sebagai
penanda biologis adanya pajanan logam berat.
Munculnya metallothionein tersebut terjadi karena adanya logam berat yang
berikatan dengan
protein berat molekul rendah yaitu thionein membentuk gugus
kompleks protein-logam yang disebut metallothionein. Hasil penelitian disertasi ini
sesuai dengan hasil penelitian eksplorasi pada uji pendahuluan yang dilakukan
sebelumnya, yaitu bahwa ikan yang dimbil langsung dari perairan bebas (tanpa karamba
jaring apung) di Kaligarang yang terpajan Cd setelah hati ikan dipreparasi dengan
isolasi metallothionein, kemudian dilakukan analisis menggunakan HPLC muncul
metallothionein (MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg). Sedangkan pada ikan yang diambil
langsung dari kolam Balai Benih Ikan yang tidak terpajan oleh logam berat tidak
muncul metallothionein.
Hasil penelitian menunjukkan adanya Metallothionien-Cd, metallothionein-Pb
dan metalothionein Hg ditemukan pada hati ikan mas dan ikan nila yang hidup di
Kaligarang, sedangkan pada ikan mas dan ikan nila yang berasal dari Balai Benih Ikan
Air Tawar tidak ditemukan metallothionein-Cd, metallothionein-Pb dan metalothioneinHg. Hal ini disebabkan oleh adanya akumulasi Cd, Pb dan Hg pada hati ikan mas dan
ikan nila yang berasal dari Kaligarang, dan tidak adanya
akumulasi Cd, Pb maupun
Hg pada hati ikan mas dan ikan nila dari Balai Benih Ikan Air Tawar. Hasil penelitian
ini diperkuat oleh hasil Flame AAS (Atomic Absorption Spectrophotometry); bahwa
pada air sungai Kaligarang mengandung Cd, Pb dan Hg dan air pada Balai Benih ikan
Air Tawar tidak mengandung Cd, Pb dan
Hg.
Kadar Cd,Pb dan Hg di sungai
Kaligarang masing-masing berturut-turut sebesar (0,006 ± 0,001) mg/L, (0,01 ± 0,005)
mg/L dan (0,0006 ± 0,0001) mg/L, sedangkan kadar Cd,Pb dan Hg di Balai Benih Ikan
Air Tawar masing-masing 0 mg/L.
Adanya metallothionein-Cd, metallothionein-Pb dan metalothionein-Hg tersebut
terjadi karena metallothionein terbentuk dari thionein yang merupakan protein pengikat
logam (metal binding protein) yang berperan dalam proses pengikatan atau penyekapan
logam berat Cd, Pb dan Hg di dalam jaringan hati ikan mas dan ikan nila. Setelah
logam Cd, Pb dan Hg terikat oleh protein (thionein), maka logam tersebut akan
menginduksi
sinteisis/terbentuknya
metallothionein-Cd,
metallothionein-Pb
dan
metallothionein-Hg. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa metallothionein-Cd
merupakan hasil ikatan antara protein (thionein) dengan logam Cd, metallothionein-Pb
merupakan hasil ikatan antara protein (thionein) dengan logam Pb dan metallothioneinHg adalah hasil ikatan antara thionein dengan logam Hg. Dengan demikian
metallothionei-Cd, berbeda dengan metallothionein-Hg, dan berbeda pula dengan
metallothionein Pb, karena thionein penyusunnya berikatan dengan masing-masing
jenis logam secara spesifik, membentuk metallothionein yang spesifik pula sesuai jenis
logamnya.
Hasil penelitian disertasi ini menunjukkan bahwa rerata konsentrasi Cd yang
terakumulasi pada hati ikan nila yang menginduksi sintesis/munculnya metallothioneinCd adalah sebesar (0,004070 ± 0,000287) mg/kg. Adapun rerata konsentrasi Pb yang
terakumulasi pada hati ikan nila yang menginduksi sintesis/munculnya metallothioneinPb sebesar (0,000812 ± 0,000092) mg/kg. Sedangkan rerata konsentrasi Hg yang
terakumulasi pada hati ikan nila yang menginduksi síntesis/munculnya metallothioneinHg adalah sebesar (0,000575 ± 0,000021) mg/kg. Sedangkan pada ikan mas rerata
konsentrasi Cd, Pb dan Hg yang terakumulasi pada hati dan menginduksi
sintesis/munculnya MT-Cd, MT-Pb dan
MT-Hg masing-masing berturut-turut sebesar
(0,000307 ± 0,000038) mg/kg, (0,000569 ± 0,000026) mg/kg, dan (0,000449 ±
0,000030) mg/kg.
Berdasarkan uji statistik diketahui bahwa rerata konsentrasi Cd yang
terakumulasi pada hati masing-masing ikan mas yang dijadikan sampel tidak
siginikan p = 0,147 (p > 0,05).
berbeda
Rerata konsentrasi Cd pada hati ikan mas yang
menginduksi sintesis/ munculnya MT-Cd adalah sebesar (0,000092 - 0,000990) mg/kg.
Adapun rerata konsentrasi Pb pada hati masing-masing ikan mas yang dijadikan sampel
juga tidak berbeda signifikan p = 0,087 (p > 0,05). Rerata konsentrasi Pb
pada hati
ikan mas yang menginduksi sintesis/munculnya MT-Pb adalah sebesar (0,000089 0,000724) mg/kg. Konsentrasi Hg pada hati masing-masing hati ikan mas yang
dijadikan sampel tidak berbeda signifikan p= 0,064 (p > 0,05). Rerata konsentrasi Hg
pada hati ikan mas yang menginduksi sintesis/ munculnya MT-Hg ikan mas adalah
sebesar 0,000139-0,000894 mg/kg.
Dari data tersebut dapat dikatakan bahwa rerata konsentrasi Cd, Pb dan Hg pada
hati ikan mas yang menyebabkan munculnya metallothionein berkisar pada rerata nilai
konsentrasi yag relatif sama. Artinya rerata konsentrasi Cd, Pb dan Hg pada hati ikan
mas memiliki kemampuan menginduksi yang relatif sama untuk menyebabkan
munculnya biomarker metallothionein.
Adapun konsentrasi Cd pada masing-masing sampel hati ikan nila berbeda
signifikan p = 0,03 (p < 0,05). Rerata konsentrasi Cd pada hati ikan nila yang
menginduksi sintesis/ munculnya MT-Cd ikan nila adalah sebesar 0,002122 mg/kg.
Sedangkan konsentrasi Pb pada masing-masing sampel hati ikan nila tidak berbeda
signifikan p = 0,120 (p > 0,05). Rerata konsentrasi Pb hati ikan nila yang menginduksi
munculnya MT-Pb adalah sebesar (0,000016-0,002250) mg/kg. Adapun konsentrasi Hg
pada masing-masing sampel hati ikan nila terdapat perbedaan yang sangat signifikan p
= 0,004 (p < 0,01). Rerata konsentrasi Hg pada hati ikan nila yang menginduksi
sintesis/munculnya MT-Hg ikan nila adalah sebesar 0,000362 mg/kg.
Dari data tersebut dapat dikatakan bahwa rerata konsentrasi logam Cd dan Hg
pada masing-masing sampel hati ikan nila yang menginduksi sintesis/munculnya
metallothionein mempunyai rerata nilai konsentrasi yang berbeda. Artinya rerata
konsentrasi Cd dan Hg pada ikan nila memiliki kemampuan menginduksi sintesis/
munculnya biomarker metallothionein yang tidak sama. Sedangkan rerata konsentrasi
logam Pb pada hati ikan nila yang menginduksi sintesis/munculnya metallothionein
berkisar pada rerata nilai konsentrasi yang relatif sama.
Untuk mendukung pernyataan bahwa semua logam berat (Cd, Pb dan Hg) dapat
berikatan
dengan
suatu
protein
(thionein)
dan
menginduksi
terbentuknya
metallothionein dilakukan uji beda terhadap rerata konsentrasi logam berat Cd, Pb dan
Hg pada ikan mas dan ikan nila. Ternyata dihasilkan nilai signifikansi sebesar 0,213 (p
> 0,005), berarti rerata konsentrasi logam berat Cd, Pb dan Hg tidak berbeda
signifikan.Artinya konsentrasi logam berat memberi pengaruh yang sama terhadap
induksi sintesis/ munculnya metallothionein. Dengan demikian berarti semua logam
baik Cd, Pb maupun Hg dapat menginduksi terbentuknya metallothionein.
Analisis Probit digunakan untuk mengetahui nilai terendah konsentrasi
kadmium, timbal dan merkuri yang telah menginduksi sinteis/memunculnya
metallothionein
(MT-Cd,
MT-Pb
dan
MT-Hg).
Berdasarkan
analisis
Probit
menunjukkan bahwa pada konsentrasi terendah kadmium sebesar 0,00018 mg/kg pada
ikan mas dan 0,00023 mg/kg pada ikan nila telah menginduksi sintesis/munculnya MTCd. Analisis Probit untuk menunjukkan konsentrasi terendah timbal yang menginduksi
sintesis/munculnya adanya MT-Pb, pada konsentrasi terendah 0,00025 mg/kg pada ikan
mas dan 0,00028 pada ikan nila telah menginduksi sintesis/ munculnya MT-Pb.
Sedangkan induksi sintesis/munculnya MT-Hg terjadi pada konsentrasi Hg terendah
sebesar 0,00090 mg/kg pada ikan mas dan 0,00102 pada ikan nila.
Berdasarkan analisis Probit tersebut berarti konsentrasi terendah induksi
sintesis/munculnya metallothionein untuk masing-masing logam berat adalah sebagai
berikut : konsentrasi Cd terendah yang telah menginduksi sintesis/munculnya MT-Cd
sebesar 0,00018 mg/kg, konsentrasi Pb terendah yang mulai menginduksi sintesis
munculnya MT-Pb sebesar 0,00025 mg/kg, dan konsentrasi Hg terendah yang mulai
menginduksi sintesis/munculnya MT Hg sebesar 0,00090 mg/kg. Dengan demikian
dapat dikatakan bahwa metallothionien yang muncul pertama kali adalah MT-Cd diikuti
MT-Hg dan MT-Pb.
Soemirat (2005) dan Katzung (2004) menyatakan bahwa pengikatan logam berat
membentuk metallotionein tersebut diyakini sebagai mekanisme untuk pertahanan dan
perlindungan yang mencegah logam tersebut mempengaruhi protein protein lain yang
penting dalam proses metabolisme tubuh. Dengan kata lain logam-logam berat tersebut
dapat menginduksi sintesis metallothionein. Metallothionein mampu mengikat logam
berat dan dapat digunakan sebagai penanda adanya pajanan logam berat yang berpotensi
racun (Sonne, Aspholm, Dietz, Andersen, 2009; Montaser, Magdy, Samir dan Gamal
2010).
Sedangkan Ueng, Liu, Lai dan Meng (1996) melaporkan bahwa pemberian
intraperitoneal tunggal CdCl2 pada 3, 4, dan 10 mg/kg menghasilkan peningkatan
12-
13 kali lipat MT hati ikan. Induksi maksimum MT nila dengan konsentrasi 2 mg/kg
CdCl2 dan MT tidak meningkat secara proporsional dengan dosis lebih besar dari
2
mg/kg. Pemberian dosis tinggi kadmium menyebabkan kadmium seluler berlebihan
yang pada gilirannya akan menurunkan induksi MT. Metallothionein (MT) ini ternyata
melindungi enzim monooxygenases mikrosoma dari dampak buruk pajanan logam.
Penelitian Nur Kusuma Dewi, Purwanto dan Henna Rya Sunoko (2010) yang
dibiayai oleh Hibah Doktor DP2M Dirjen Dikti dengan judul “Biomarker Pada Ikan
Sebagai Biomonitoring Pencemaran Logam Berat Kadmium di Perairan Kaligarang
Semarang” menghasilkan temuan bahwa biomarker Metallothionein-Cd pada hati ikan
yang terpajan kadmium di perairan Kaligarang, dapat digunakan sebagai penanda
biologis adanya pencemaran kadmium di perairan Kaligarang Semarang. Temuan
tersebut merupakan respon dini tingkat molekuler yang dapat dijadikan sebagai
peringatan dini terjadinya pencemaran Cd di perairan. Respon dini pada tingkat
molekuler terhadap kualitas lingkungan, sudah saatnya digunakan untuk monitoring
lingkungan, sehingga secara dini pencemaran lingkungan dapat dicegah dan dipantau.
Metallothionein (MT) merupakan polipeptida yang memiliki banyak ikatan
cystein (cys) yang disandikan oleh gen, memiliki berat molekul yang rendah, dan
berfungsi sebagai peptida pengikat logam (metal binding peptides).Sebagai konsekuensi
dari banyaknya kandungan asam amino Cys maka protein ini mengandung kelompok
thiol (sulfidril, -SH) dalam jumlah yang besar. Kelompok thiol mengikat logam-logam
berat dengan sangat kuat dan efisien, termasuk zink, merkuri, tembaga dan kadmium.
Residu Sulfidril dari Cys mampu mengikat logam dimana satu ion logam diikat oleh tiga
residu –SH atau satu ion logam dengan 2 residu –SH. Koordinasi pengikatan dari setiap
ion logam melalui residu –SH yang ada pada Cys, membentuk struktur tetrahedral
tetrathiolate (Zatta, 2008).
Metallothionein (MT) merupakan materi yang termasuk dalam golongan
persenyawaan protein atau polipeptida. Interaksi antara logam dan protein tersebut akan
membentuk gugus-gugus spesifik yang disebut metal-thiolat clusters. Sejauh ini
metallothionein merupakan satu-satunya senyawa biologis yang berinteraksi dengan
logam secara alami. Dengan demikian, metallothionein memegang peranan penting
dalam pengelolaan mekanisme metabolisme dan transisi seluler materi logam di dalam
tubuh (Binz, K¨agi, 2000). Ion logam yang berikatan dengan metallothionein dapat
berupa ion logam maupun logam berat, baik esensial maupun non esensial (Geffard,
Amiard-Triquet, Amiard dan Mouneyrac 2001). Metallothionein mengikat ion logam
dengan sangat kuat, tetapi peluang pertukaran ikatan antara ion logam dan protein pun
cukup besar. Dengan kata lain MT yang mengikat logam berat Cd dapat dengan mudah
mengalami pertukaran ikatan dengan logam Zn, Cu, Hg maupun Pb (Zangger, Gong,
Gulin dan James 2001).
Menurut penelitian terdahulu, ekspresi metallothionein menunjukkan adanya
pajanan logam tertentu (Larsson, Forlin, Grahn dan Landner 2000 dan Sandstrom,
Larsson, Andersson dan Appelberg 2005, Hanson 2008). Pada hewan, logam akan
terikat pada residu cys dalam formasi logam-cys (thiolate) dengan cara pertukaran ion
logam misalnya ion Zn tergantikan dengan ion Cu, Cd, atau Hg (Duncan, Stillman
2006). Hasil penelitian ini didukung oleh hasil penelitian Chandrashekera, Pathiratne
dan Pathiratne (2008) yang mengatakan bahwa sintesis metallothionein karena
terinduksi oleh adanya pajanan logam kadmium sebesar ≥ 0,005 mg/L pada ikan nila,
Oreochromis niloticus. Setelah perairan terpajan kadmium secara signifikan di jaringan
hati konsentrasi MT-Cd
menjadi lebih tinggi. Penelitian Linderoth, Hansson,
Liewenborg dan Sundberg (2006) menunjukkan bahwa Cd menginduksi sintesis
metallothionein dan bertindak dalam jaringan sebagai perlindungan seluler terhadap
toksisitas logam.
Metallothionein-Cd, metallothionein-Pb dan metallothionein-Hg ditemukan
pada hati ikan dari sungai Kaligarang yang terpajan oleh logam berat Cd, Pb dan Hg
pada konsentrasi logam di perairan yang masih memenuhi nilai Baku Mutu. Dengan
kata lain meskipun konsentrasi pajanan logam berat masih memenuhi nilai Baku Mutu,
namun metallothionein di dalam hati ikan sebagai protein pengikat logam berat telah
ditemukan. Biomarker MT-Cd, MT-Pb, dan MT-Hg, merupakan penanda biologis
tingkat molekuler, sebagai alat deteksi dini dalam melakukan biomonitoring logam
berat Cd, Pb dan Hg di lingkungan perairan.
Berdasarkan berbagai kajian terhadap penelitian tentang peran metallothionein
sebagai biomarker pencemaran logam berat, maka metallothionein dapat digunakan
sebagai biomonitoring pencemaran logam berat pada perairan bebas seperti sungai,
teluk dan laut (Chaabaouni, Marchkreki, Hamza 2011; Montaser, Magdy, Samir 2010;
Arkhipchuk dan Garanko 2005); yang terjadi di dalam tubuh organisme vetebrata
maupun invertebrata (Chaabouni, Marchkreki, Hamza 2011; Isani, Andreani, Kindt
2000; Barka, Pavillon, Amiard 2001; Berthet, Mouneyrac, Perez 2005; Miles,
Hawksworth, Beattie dan Rodilla 2000; Cosson, 2000; Syring, Hoexum, Brouwer 2000;
Brouwer, Syring 2002; Butler dan Roesijadi, 2001; Tanguy dan Moraga, 2001, Ceratto,
Dondero, Loo dan Burlando, 2002, Park, Chung, Kim 2002; Simes, Bebianno, Moura
2003; Lieb, 2003).
Berdasarkan berbagai kajian terhadap hasil penelitian disertasi ini dan penelitian
lain yang terkait biomarker metallothionein, maka metallothionein yang ditemukan pada
ikan mas dan ikan nila yang terpajan logam berat Cd, Pb dan Hg dari perairan
Kaligarang Semarang, dapat digunakan sebagai biomarker pencemaran logam berat.
Metallothionein yang ditemukan sebagai biomarker mempunyai sifat spesifik, sensitif,
universal dan early warning.
Metallothionein sebagai biomarker bersifat spesifik artinya metallothionein
dapat untuk penanda adanya pajanan setiap jenis logam berat. Logam berat tertentu
akan diikat oleh protein dan membentuk metallothionein tertentu. Metallothionein-Cd
merupakan ikatan antara
protein (thionein) dengan logam berat Cd,
sedangkan
metallothionein-Pb merupakan ikatan antara protein (thionein) dengan logam berat Pb,
begitu juga metallothionein-Hg merupakan ikatan antara thionein dengan logam berat
Hg. Metallothionein
dapat mengikat logam dengan sangat kuat namun pertukaran
ikatan logam dapat berlangsung dengan mudah. Dengan kata lain metallothionein yang
mengikat logam Cd dapat dengan mudah mengalami pertukaran ikatan dengan logam
Zn, Cu, Hg maupun Pb ataupun yang lain.
Metallothionein selain bersifat spesifik, juga bersifat sensitif sebagai biomarker.
Adanya pajanan logam berat Cd, Pb dan Hg yang kadarnya masih memenuhi nilai Baku
Mutu sudah dapat menginduksi sintesis metallothionein dalam jaringan hati sehingga
muncul metallothionein. Metallothionein yang terbentuk berfungsi sebagai detoksifikasi
terhadap logam berat. Dengan kata lain apabila terjadi pajanan logam berat yang
memiliki afinitas tinggi terhadap thioenin maka logam tersebut memiliki kemampuan
yang tinggi dalam menginduksi metallothioenin, sehingga akan segera membentuk
metalothionein dan logam tersebut akan segera terdetoksifikasi. Akibatnya tidak terjadi
akumulasi logam pada tubuh yang berpotensi melebihi Baku Mutu.
Metallothionein merupakan biomarker yang bersifat universal. Metallothionein
tidak hanya dapat digunakan sebagai biomarker pada penelitian skala laboratorium,
tetapi juga dapat digunakan di perairan bebas seperti laut baltik, laut antartika, laut
merah Jeddah, dan sungai Kaligarang Semarang. Disamping itu dapat digunakan untuk
deteksi logam berat yang terakumulasi pada organ tubuh ikan maupun yang terpajan
diperairan. Dengan demikian biomarker metallothionein yang ditemukan pada
penelitian di Kaligarang (air tawar) berpeluang untuk diterapkan di perairan lainnya
(lautan, air payau maupun IPAL yang limbahnya mengandung logam berat).
Metallothionein juga merupakan biomarker (penanda biologis) untuk peringatan
dini (early warning) terhadap pajanan logam berat (Cd, Pb dan Hg) sejak tingkat sub
seluler, reaksi awal sebelum respon terjadi pada tingkatan organisasi (spektrum) biologi
yang lebih tinggi. Dengan demikian terjadinya pencemaran di tingkat sub seluler sudah
dapat diketahui, sehingga pencemaran di tingkat ekosistem dapat dicegah atau tidak
akan terjadi. Oleh karena itu biomarker metallothionein (MT-Cd, MT-Pb, dan MT-Hg)
yang ditemukan merupakan respon dini tingkat molekuler yang berguna sebagai tanda
peringatan dini tingkat sub seluler, sebagai penanda biologis
dalam melakukan
monitoring logam berat Cd, Pb dan Hg di lingkungan perairan maupun di tingkat sub
seluler pada organisme. Sebagaimana pendapat Hanson (2008) bahwa salah satu fungsi
dari biomarker adalah sebagai tanda peringatan dini dari pengaruh xenobiotic secara
biologis. Respon dini tingkat molekuler terhadap kualitas lingkungan memberikan
peluang untuk melakukan langkah preventif sebagai upaya pencegahan akan terjadinya
pencemaran lingkungan yang lebih besar.
Berdasarkan pembahasan peran biomarker sebagai biomonitoring pencemaran
logam berat Cd, Pb dan Hg di perairan Kaligarang. Maka dapat dikatakan bahwa nilai
aktivitas EROD tidak dapat digunakan sebagai biomarker pencemaran logam berat,
karena biomarker EROD hanya dapat digunakan sebagai penanda biologis senyawa
logam berat secara umum, tidak spesifik untuk jenis logam tertentu. EROD spesifik
sebagai biomarker pencemaran polutan senyawa organik seperti PAH, PAHs, PCB, dan
PCBs. Adapun, LSI dan GSI dapat digunakan sebagai biomarker logam berat secara
umum, tidak spesifik untuk jenis logam tertentu dan dipengaruhi faktor-faktor non
polutan seperti penyakit, musim dan tingkat nutrisi. Oleh karena itu validitas LSI dan
GSI sebagai biomarker logam berat tidak bisa dihandalkan sebagai biomarker
pencemaran logam berat.
Metallothionein berikatan secara spesifik dengan logam tertentu, baik esensial
(Zn dan Cu) maupun non-esensial (Cd,Pb dan Hg) sehingga terbentuk metallothioneinCd, metallothioenin-Pb dan metallothionein-Hg. Metallothionein-Cd merupakan hasil
ikatan antara thionein dengan logam Cd, metallothionein-Pb merupakan hasil ikatan
antara thionein dengan logam Pb, metallothionein-Hg merupakan hasil ikatan antara
thionein dengan logam Hg. Dengan demikian Metallothionein merupakan penanda
biologis yang paling sesuai sebagai biomarker tingkat molekuler dalam monitoring
pencemaran logam berat di perairan sekalipun perairan tersebut konsentrasi pencemaran
logam beratnya masih memenuhi nilai Baku Mutu, dan keberadaan logam berat (Cd, Pb
dan Hg) larut di air sungai bercampur jadi satu
seperti yang terjadi di perairan
Kaligarang. Oleh karena itu kajian penelitian disertasi ini menyatakan bahwa
metallothionein merupakan biomarker pencemaran logam berat. Dengan demikian dari
ke empat biomarker yang dikaji, hanya metallothionein saja yang merupakan biomarker
yang paling sesuai sebagai alat monitoring pencemaran logam berat di perairan sejak
terjadi kontaminasi/konsentrasi rendah (masih memenuhi Baku Mutu air kelas I) yang
keberadaan logam beratnya (Cd, Pb dan Hg) larut di air sungai secara bersamaan/
bercampur jadi satu sebagai multi polutan.
B.2.5. Nilai BCF Cd, Pb dan Hg Dan Munculnya Biomarker
Metallothionein
Pada penelitian ini nilai rerata BCF masih sangat rendah. Nilai BCF dikatakan
rendah bila lebih kecil dari 100 L/kg; sedangkan nilai BCF dikategorikan sedang bila
nilainya antara 100-250 L/kg dan BCF tinggi bila lebih besar dari 300 L/kg (Van der
Oost, Beyer, Vermeulan 2003). Oleh karena itu pada penelitian ini kemampuan jaringan
menyerap logam berat memang masih sangat rendah/belum mencapai nilai BCF yang
sesungguhnya/belum mencapai steady state. Hal ini diduga karena lama penelitian yang
relatif pendek, sehingga absorpsi Cd, Pb dan Hg belum mencapai jenuh. Pada nilai BCF
yang masih sangat rendah biomarker MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg sudah muncul; hal ini
menunjukkan bahwa metallothionein bersifat sensitif; dengan demikian mendukung
hasil penelitian tentang konsentrasi terendah Cd, Pb dan Hg yang menyebabkan
munculnya metallothionein.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa rerata kemampuan ikan mas untuk
mengakumulasikan logam berat Cd di hati adalah sebesar 0,051233 L/kg, Pb sebesar
0,026880 L/kg dan Hg sebesar 0,581857 L/kg. Sedangkan rerata kemampuan ikan nila
untuk mengakumulasikan logam berat Cd di hati adalah sebesar 0,678267 L/kg,
Pb
sebesar 0,081211 L/kg dan Hg sebesar 0,959096 L/kg. Hal ini menunjukkan bahwa ikan
mas dan nila masing-masing dapat menjerap logam Cd, Pb dan Hg yang terpajan di
Kaligarang dan mengakumulasikannya di dalam jaringan tubuh. Oleh karena itu
berdasarkan nilai BCF pada ikan mas dan ikan nila mengindikasikan bahwa pajanan
logam berat Cd, Pb dan Hg berpotensi menimbulkan resiko adanya toksisitas logam
berat yang berasal dari perairan Kaligarang.
Berdasarkan analisis statistik tersebut, nilai BCF yang memunculkan MT-Cd,
MT-Pb dan MT-Hg pada ikan mas dan ikan nila masing-masing mempunyai nilai yang
berbeda. Hal ini menunjukkan adanya kesamaan hasil dengan analisis statistik tentang
konsentrasi terendah yang menyebabkan munculnya MT-Cd. Kemampuan menjerap/
mengakumulasikan
pada
logam
Cd
rendah
tetapi
kemampuan
menginduksi
terbentuknya metallothioenin-Cd tinggi dibanding logam Hg yang menginduksi
terbentuknya MT-Hg Pada logam Hg memiliki kemampuan menginduksi terbentuknya
metallothionein kecil, sehingga meskipun kemampuan menjerapnya besar dan banyak
logam Hg yang dijerap serta diakumulasikan, namun MT-Hg tidak segera muncul,
karena logam Hg tidak segera menginduksi protein thionein untuk membentuk
metallothionein (MT-Hg). Berbeda dengan logam Cd yang memiliki kemampuan
menjerap kecil, tetapi kemampuan menginduksi terbentuknya metallothionein besar,
maka MT-Cd segera muncul/muncul paling awal (meskipun akumulasi baru sedikit, Cd
segera menginduksi thionein sehingga terbentuk MT-Cd).
Sebagaimana hasil penelitian berikut yang menyatakan bahwa semua logam
dapat menginduksi pembentukan metallothionein, tetapi Zn memiliki pengaruh yang
lebih potensial dibanding Ni dan Ag. Induksi Cd dan Hg terhadap pembentukan
metallothionen lebih tinggi tergantung pada kondisi pajanan (Amiard, Barka, Pellerin
dan Rainbow 2006). Hal ini berkaitan dengan kemampuan afinitas elektron dari masingmasing logam untuk berikatan dengan thionein dan membentuk metallothionein (Legras,
Mouneyrac, Amiard 2000; Brown, Galloway, Lowe 2004), juga tergantung pada lama
pajanan dan konsentrasi polutan (Mouneyrac, Amiard, Cottier 2002; Barka, Pavillon,
Amiard 2001; Del Ramo, Torreblanca, Martinez 1995; Bebiano, Nott, Langston 2000;
Hamza-Chaffai, Amiard, Pellerin dan Joux 2000; Geffard 2001; G’eret 2000; Brown,
Galloway, Lowe, 2004). Logam berat Cd memiliki afinitas yang tinggi dibanding Hg
dan Pb dalam membentuk suatu ikatan baru. Dengan demikian kemampuan
menginduksi terbentuknya metallothionein pada logam Cd
juga tinggi. Kemampuan
menginduksi yang tinggi menyebabkan munculnya metallothionein lebih awal. Semakin
besar nilai BCF, maka semakin besar pula konsentrasi polutan yang terakumulasi pada
organisme (Ossana, Bettina, Alfredo 2009). Namun akumulasi tinggi tidak selalu
menyebabkan
munculnya
metallothionein
lebih
awal.
Karena
terbentuknya
metallothionein tergantung kemampuan menginduksi yang dimiliki oleh setiap logam.
Adanya akumulasi dan kemampuan menginduksi yang tinggi akan menyebabkan
munculnya metallothionein lebih awal. Meskipun ada akumulasi apabila logam yang
terakumulasi
tidak
memiliki
kemampuan
menginduksi
yang
tinggi
maka
metallothionein tidak segera muncul.
Adanya akumulasi logam berat Cd, Pb dan Hg pada hati ikan pada penelitian ini
menentukan nilai Bioconcentration Factor (BCF) yaitu besarnya kemampuan untuk
mengakumulasi logam berat di hati oleh organisme dari lingkungan perairan yang
terpajan oleh logam berat. Bioconcentration Factor dapat ditentukan secara laboratorik,
dan dianggap sebagai parameter kuantitatif untuk mengindikasikan resiko potensial
ekotoksikologi zat tersebut (Van der Oost, Beyer, Vermeulan 2003). Withgott and
Brennan (2007) dan Wardhana (2004) mengatakan bahwa proses perpindahan langsung
suatu senyawa toksik dari air ke makhluk hidup disebut sebagai biokonsentrasi.
Biokonsentrasi logam berat kadmium, dapat ditemukan pada makhluk hidup seperti
ganggang, krustacea, molusca dan vertebrata, dan dengan terjadinya biomagnifikasi
mengakibatkan biokonsentrasi Cd pada ikan paling besar. Apabila peningkatan
akumulasi pada setiap mata rantai makanan 15 kali, maka akumulasi yang terdapat pada
tubuh ikan merupakan proses penggandaan secara biologik (Sunu 2001, Wardhana
2004, Plaa 2007, Klaassen 2001).
Oleh karena itu dengan ditemukannya metallothionein sebagai respon dini
tingkat molekuler pada ikan mas dan ikan nila di perairan Kaligarang, perlu peninjauan
kembali terhadap nilai Baku Mutu logam berat Cd, Pb dan Hg di perairan Kelas I yang
ditetapkan pada Peraturan Pemerintah R.I. Nomor 82 Tahun 2001 Tentang Pengelolaan
Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air. Adapun Baku Mutu Cd, Pb dan Hg di
perairan Kelas I, sesuai ketetapan tersebut masing masing sebesar 0,01 mg/L; 0,03
mg/L dan 0,001 mg/L. Hasil penelitian disertasi ini menunjukkan bahwa dalam
konsentrasi Cd (0,006 mg/L), Pb (0,01 mg/L) dan Hg (0,0006 mg/L) di perairan sudah
mengakibatkan induksi sintesis/ munculnya metallothionein baik MT-Cd,
MT-Pb
maupun MT-Hg di hati. Dengan demikian nilai maksimal Baku Mutu air kelas I yang
ditetapkan pada Peraturan Pemerintah R.I. Nomor 82 Tahun 2001 Tentang Pengelolaan
Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air, yang menjadi acuan sekarang ini
seyogyanya direvisi masing-masing menjadi lebih kecil dari 0,006 mg/L untuk Cd, dan
0,01 mg/L untuk Pb serta 0,0006 mg/L untuk Hg. Pencemaran Cd, Pb dan Hg di
perairan hendaknya sudah harus diwaspadai mulai konsentrasi Cd, Pb dan Hg masingmasing sebesar
0,006 mg/L, 0,01 mg/L dan 0,0006 mg/L. Demikian pula akumulasi
Cd, Pb dan Hg pada hati ikan sudah harus diwaspadai sejak konsentrasi 0,00018 mg/kg
untuk Cd; 0,00025 mg/kg untuk Pb dan 0,00090 mg/kg untuk Hg.
Selain itu nilai Baku Mutu yang selama ini digunakan di Indonesia, hendaknya
ditambah dengan tipe ekosistem perairannya; misalnya air tenang atau air dengan arus
deras, air dengan arus sedang. Sehingga setiap ekosistem perairan tadi, meskipun kelas
airnya sama, namun Baku Mutu masing-masing ekosistem berbeda, sesuai dengan
kondisi perairannya (perairan arus deras, arus sedang ataukah perairan tenang). Dengan
demikian nilai Baku Mutu logam berat Cd pada perairan yang airnya mengalir deras
akan berbeda dengan Baku Mutu Cd pada perairan yang airnya tenang dan arus sedang;
masing-masing mempunyai nilai sendiri-sendiri, mengingat kecepatan arus akan
mempengaruhi besarnya akumulasi logam berat pada perairan, yang akhirnya diduga
akan mempengaruhi besarnya logam berat yang terakumulasi di tubuh ikan.
Biomarker metallothionein pada ikan telah dapat memberikan informasi terkait
sistem deteksi pencemaran logam berat secara biologis (Bae, Nam, Park dan Park K.
2005; Brammel dan Wigginton 2010; Montaser, Magdy, Samir dan Gamal 2010).
Metallothionein merupakan protein yang berfungsi untuk mendetoksifikasi logam dan
untuk menjaga homeostasis logam di dalam sel. Fungsi homesotasis adalah mengurangi
pengaruh beracun dari pajanan logam berat yang masuk ke dalam tubuh organisme
melalui pembentukan metalloenzyme, yaitu metallothionein yang berikatan dengan
enzim
(Cobbett and Goldbrough 2002). Selain itu peran metallothionein dalam
organisme sangat bermacam-macam, antara lain metallothionein berperan dalam
metabolisme logam dan sangat diperlukan untuk pertumbuhan, perkembangan dan
fungsi fisiologis suatu organisme. Metalpplothioein dapat diibaratkan sebagai tempat
penyimpanan ion seng dan tembaga (Cu dan Zn) terkait ketersediaan mikromineral Zn
dan Cu yang dibutuhkan oleh organisme hidup (Viarenggo, Nott 1993; Roesijadi 2002,
Philcox, Tilley, Coyle 1994).
Metallothionein berfungsi untuk mengembalikan ikatan enzim dengan logam
dan menjadikan enzim yang semula tidak aktif menjadi aktif. Sebagai contoh, protein
enzim yang pada awalnya kehilangan kemampuan fisiologi sebagai akibat dari pajanan
logam kadmium,
kemampuannya
muncul kembali setelah berikatan
dengan
metallothionein seng (MT-Zn). Dengan kata lain metallothionein terlibat dalam
pertukaran logam seng-kadmium. Oleh karena itu metallothionein tidak hanya mengikat
logam yang berlebihan di dalam sel organisme, tetapi juga mengembalikan kemampuan
fungsi protein enzim tidak aktif menjadi aktif. Metallothionein juga memiliki peran
lain
termasuk
perlindungan
terhadap
radiasi
pengion
dan
sebagai
pertahanan/antioksidan (Viarenggo, Burlando, Ceratto 2000;. Cavaletto, Ghezzi,
Burlando 2002;. Correia, Livingstone, Costa 2002;. Rodriguez-Ortega, Alhama, Funes,
2002; Cai, Satoh, Tohyama, 1999).
B.2.6. Metallothionein Pada Ikan Mas dan Ikan Nila sebagai
Biomarker Pencemaran Cd, Pb dan Hg
Pada bahasan berikut ini akan dikaji mengenai ikan yang mempunyai
metallothionein sensitif sebagai biomarker pencemaran logam berat, Cd, Pb dan Hg di
perairan yang konsentrasinya masih memenuhi Baku Mutu.
Berdasarkan hasil penelitian disertasi ini menunjukkan bahwa rerata nilai
akumulasi logam berat pada hati ikan nila yang memunculkan metallothionein sebesar
(0,001819 ± 0,000231) mg/kg dan pada ikan mas sebesar (0,000308 ± 0,000030) mg/kg.
Sedangkan hasil uji statistik Mann-Whitney terhadap akumulasi logam berat pada ikan
mas dan ikan nila diperoleh signifikasi sebesar p = 0,006 (p < 0,01). Dengan demikian
berarti signifikansi hasil uji lebih kecil dari 0,01 sehingga dapat dikatakan bahwa uji
beda terhadap ikan mas dan ikan nila menunjukkan adanya perbedaan yang sangat
signifikan akumulasi logam berat pada ikan mas dan ikan nila. Berdasarkan nilai rerata
terlihat bahwa ikan mas memiliki rerata konsentrasi logam berat yang memunculkan
MT lebih rendah dari ikan nila. Dengan demikian berarti metallothionein ikan mas lebih
sensitif dibandingkan dengan ikan nila. Hal ini diperkuat dengan analisis Probit; pada
uji regresi probit konsentrasi Cd, Pb dan Hg pada ikan nila masing-masing sebesar
0,00023 mg/kg, 0,00028 mg/kg dan 0,00102 mg/kg sudah memunculkan biomarker
metallothionein (MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg). Sedangkan pada ikan mas dengan
konsentrasi logam berat Cd, Pb dan Hg di hati masing-masing sebesar 0,00018 mg/kg,
0,00025 mg/kg dan 0,00090 mg/kg sudah memunculkan biomarker metallothionein
(MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg). Hal ini menunjukkan bahwa metallothionein ikan mas
muncul pada konsentrasi yang lebih rendah dibandingkan ikan nila. Dengan kata lain
pada ikan mas konsentrasi logam berat di hati lebih rendah sudah dapat menginduksi
munculnya biomarker metallothionein dibandingkan dengan ikan nila. Oleh karena itu
metallothionein pada hati ikan mas lebih sensitif daripada ikan nila. Hal tersebut
didukung pula oleh hasil analisis statistik untuk nilai BCF. Pada ikan mas nilai BCF
yang memunculkan MT lebih rendah daripada nilai BCF pada ikan nila, dengan
demikian metallothionein ikan mas lebih sensitif daripada ikan nila.
Berdasarkan kajian penelitian ditemukan bahwa munculnya MT-Cd, MT-Pb dan
MT-Hg pada ikan mas terjadi pada konsentrasi Cd, Pb dan Hg yang lebih rendah
daripada ikan nila. Hal ini kemungkinan terjadi karena tubuh ikan mas lebih sensitif
terhadap pajanan logam berat, sehingga bila ada pajanan logam berat sedikit saja akan
segera terjadi reaksi induksi sintesis metallothionein dibanding dengan tubuh ikan nila.
Ikan sebagai organisme yang berada di lingkungan perairan pasti terkontaminasi oleh
polutan yang mencemari lingkungan perairan. Populasi ikan yang berada di lingkungan
perairan tersebut dapat terkontaminasi baik oleh kontaminan campuran kompleks
antropogenik termasuk polutan organik maupun an organik (seperti logam berat). Ikan
nila (Oreochromis niloticus L.) dan Cyprinus carpio L. (ikan mas) sesuai kultur budaya
biasa dikonsumsi manusia sebagai bahan pangan dan merupakan suatu spesies yang
cocok untuk pengujian polutan yang memberikan dampak khususnya di perairan
mengingat ikan nila dan mas banyak terdapat di alam, jumlahnya melimpah dan
terdistribusi luas di daerah tropis.
Ossana, Bettina, Alfredo (2009) menyatakan bahwa Cyprinus carpio L. (ikan
mas) adalah spesies yang digunakan sebagai organisme uji dalam bioassay toksisitas
karena memiliki respon fisiologis terhadap keberadaan kontaminan lebih sensitif
dibanding spesies ikan yang lainnya. De Conto Cinier, Petit, Faure dan Garin (1999)
menyatakan hal yang sama bahwa ikan mas segera memberikan respon fisiologis
terhadap pajanan logam berat. Oleh karena itu, mengingat spesies ini sensitif terhadap
pajanan logam berat maka mudah disesuaikan dengan kondisi laboratorium untuk
penelitian eksperimental. Berdasarkan catatan nilai morfometrik menunjukkan bahwa
waktu pemaparan logam segera mempengaruhi terjadinya stres pada ikan mas, sehingga
adanya dampak toksisitas pada ikan mas segara diketahui. Dengan demikian pajanan
logam berat pada Cyprinus carpio menyebabkan akut subletal, meskipun waktu
pemaparan relatif singkat (lima hari) (Ossana, Bettina, Alfredo 2009).
Metallothionein ditemukan pada konsentrasi logam berat di perairan Kaligarang
yang masih memenuhi Baku Mutu dan pada akumulasi logam berat yang rendah pada
hati ikan mas dan nila. Sehingga dapat dikatakan bahwa metallothionein lebih dahulu
muncul pada ikan mas dengan konsentrasi logam berat yang lebih rendah daripada ikan
nila. Oleh karena itu dapat dikatakan bahwa metallothionein ikan mas (Cyprinus carpio
L.) lebih sensitif
terhadap pajanan logam berat dibanding ikan nila. Penemuan
metallothionein ini merupakan respon dini tingkat molekuler terhadap kualitas
lingkungan, sehingga dapat digunakan sebagai alat deteksi dini tingkat biomolekuler
terhadap pencemaran logam berat Cd, Pb dan Hg di perairan. Penelitian ini
menunjukkan bahwa metallothionein pada hati ikan mas merupakan biomarker sensitif
yang mengindikasikan adanya pajanan kadmium, timbal dan merkuri di perairan.
Dengan demikian biomarker metallothionein yang ditemukan pada hati ikan mas dapat
digunakan sebagai biomonitoring lingkungan perairan yang pada prinsipnya dapat
digunakan sebagai pencegahan preventif pencemaran lingkungan perairan oleh logam
berat.
Perbedaan penelitian disertasi ini dengan penelitian-penelitian lain adalah
bahwa peneliti ingin menemukan biomarker paling sesuai (sensitif, spesifik, early
warning dan universal) sebagai penanda biologis pencemaran logam berat Cd, Pb dan
Hg yang konsentrasinya diperairan masih memenuhi Baku Mutu air kelas I.
Berdasarkan hasil penelitian dan analisis regresi Probit menunjukkan bahwa biomarker
metallothionein merupakan penanda biologis yang paling sesuai sebagai penanda
biologis adanya pencemaran logam berat Cd, Pb dan Hg dibandingkan biomarker
EROD, LSI, GSI sebagai penanda biologis pada perairan sungai yang terpajan Cd, Pb
dan Hg dengan konsentrasi masih memenuhi Baku Mutu (Cd = 0,006 mg/L,
Pb = 0,01 mg/L dan Hg = 0,0006 mg/L). Hal tersebut didukung oleh berbagai hasil
penelitian yang dilakukan oleh peneliti lain baik nasional maupun internasional. Dengan
demikian penggunaan biomarker untuk penanda biologis dari suatu polutan hendaknya
disesuaikan dengan jenis polutannya, EROD untuk polutan organik, MT untuk polutan
logam berat (an organik). Ethoxyresorufin-O-dietylase (EROD) dan metallothionein
masing-masing memberikan indikasi yang sensitif terhadap pajanan polutan yang
berbeda. Ethoxyresorufin-O-dietylase (EROD) sensitif terhadap pajanan senyawa
organik, sedangkan metallothionein sensitif untuk pajanan logam berat.
Berdasarkan hal tersebut maka aktivitas EROD tidak dapat digunakan sebagai
biomarker pencemaran logam berat. LSI dan GSI dapat digunakan sebagai biomarker
fisiologi, tetapi tidak dapat digunakan sebagai biomarker pencemaran logam berat,
mengingat nilai LSI dan GSI sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor non polutan seperti
penyakit, musim, dan tingkat nutrisi. Metallothionein merupakan penanda biologis
yang paling sesuai sebagai biomarker tingkat molekuler dalam monitoring pencemaran
logam berat di perairan. Dengan demikian metallothionein merupakan biomarker yang
paling sesuai untuk deteksi dini logam berat di perairan. Hasil penelitian ini didukung
oleh hasil penelitian Hanson (2008), Linderoth, Hansson, Liewenborg (2006),
Sandstrom, Larsson, Andersson (2005) dan Larson, Forlin, Grahn (2000) bahwa salah
satu fungsi dari biomarker adalah sebagai tanda peringatan dini (early warning) dari
pengaruh xenobiotic secara biologis, yang bersifat spesifik, dan universal. Respon dini
tingkat molekuler terhadap kualitas lingkungan memberikan peluang untuk melakukan
langkah preventif sebagai upaya pencegahan akan terjadinya pencemaran lingkungan
baik pencemaran ringan, sedang ataupun berat.
Pada akhirnya
justifikasi dari penelitian disertasi ini adalah bahwa
metallothionein (MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg) merupakan biomarker yang paling sesuai
untuk penanda biologis pencemaran logam berat (Cd, Pb dan Hg) di perairan sungai
yang konsentrasi polutannya masih memenuhi nilai Baku Mutu air kelas I,
dibandingkan biomarker EROD, LSI maupun GSI. Metallothionein yang ditemukan ini
dapat dijadikan sebagai penanda biologis yang paling sensitif, sehingga biomarker ini
dapat diaplikasikan di lapangan sebagai alat deteksi dini dalam monitoring pencemaran
Cd, Pb dan Hg di perairan maupun pada ikan, sehingga dapat ditentukan langkah
pengelolaan
dan
pencegahan
pencemaran
lingkungan
perairan.
Biomarker
metallothionein ini dapat digunakan pula sebagai alat deteksi dini dalam monitoring
dan evaluasi pengolahan limbah logam berat di IPAL industri yang limbahnya
mengandung logam berat Cd, Pb dan Hg. Metallothionein yang ditemukan pada hati
ikan mas dan nila tersebut bersifat sensitif, spesifik, early warning dan universal.
Penggunaan penanda biologis/biomarker, metallothionein diperlukan untuk
mendeteksi sekaligus memantau keberadaan logam berat dalam badan air. Di samping
itu, penggunaan penanda biologis mampu memberikan data intensitas logam berat yang
terserap oleh sampel organisme serta toksisitas dan gangguan yang ditimbulkan pada
sistem biologis pada kadar tertentu. Dengan kajian biomarker, pencemaran di perairan
bisa dikendalikan, sejak agen pencemar di perairan konsentrasinya masih rendah/masih
memenuhi Baku Mutu, sehingga pencemaran yang terjadi di tingkat ekosistem dapat
dicegah, karena pada tingkat sub seluler sudah ada sinyal peringatan dini terjadinya
gejala pencemaran. Dengan demikian pencemaran sudah bisa ditanggulangi sejak
tingkat sub seluler, sehingga tidak menimbulkan pencemaran pada tingkat ekosistem
seperti yang terjadi di berbagai perairan saat ini.
Biomarker metallothionein yang ditemukan pada disertasi ini sangat diperlukan
sebagai alat deteksi dini dalam monitoring pencemaran logam berat di perairan,
sehingga air yang ada di ekosistem perairan tersebut dapat ditetapkan peruntukkannya/
kelasnya, sebagaimana yang ditetapkan pada Peraturan Pemerintah Republik Indonesia
Nomor 82 Tahun 2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran
Air. Biomarker metallothionein pada ikan sebagai alat monitoring pencemaran logam
berat Cd, Pb dan Hg di perairan sudah saatnya untuk digunakan dalam pengelolaan
kualitas air di Indonesia. Sebagaimana pendapat Viarenggo, Lowe, Bolognesi, Fabbri
2007), Hanson (2008), Larsson, Forlin, Grahn, Landner (2000) dan Sandstrom, Larsson,
Andersson, Appelberg (2005) bahwa penggunaan biomarker/ penanda biologis; sebagai
respon biologis tingkat molekuler dari efek logam berat terhadap kehidupan biota
akuatik, khususnya ikan sebagai alat
monitoring pencemaran lingkungan perairan
sudah saatnya digunakan sebagai upaya pencegahan pencemaran di perairan.
Penelitian biomarker menggunakan ikan mas dan nila hanyalah sebuah contoh
yang penerapannya di lapangan sebagai alat monitoring dapat menggunakan ikan jenis
apapun yang hidup di perairan yang akan dipantau pencemaran logam beratnya. Ikan
yang dijadikan sampel dipilih yang umurnya sudah dewasa/siap panen, sehingga sudah
cukup lama ( kurang lebih 6 minggu) terpajan/terpapar logam berat di perairan tempat
hidupnya. Sampel ikan diambil hatinya kemudian dipreparasi untuk isolasi
metallothionein,
dan dianalisis menggunakan HPLC untuk menentukan ada tidaknya
induksi sintesis metallothioein pada hati. Selain hati dapat pula menggunakan ginjal,
apabila ginjalnya tidak terlalu kecil sebagaimana ginjal ikan mas dan nila dalam
penelitian ini. Ginjal yang terlalu kecil tidak mencukupi berat minimal sampel yang
dipreparasi untuk isolasi metallothionein sebelum analisis HPLC.
B.3. Keterbatasan Penelitian
Penelitian ini merupakan penelitian lapangan di perairan Kaligarang, sehingga
sulit untuk membuat variasi konsentrasi seperti halnya bila penelitian dilakukan pada
skala laboratorium. Oleh karena itu kadar logam berat (Cd, Pb dan Hg) yang
terakumulasi pada hati ikan tergantung pada konsentrasi logam berat yang secara alami
mencemari perairan tersebut.
Penelitian ini hanya mengukur logam berat di air sungai, tanpa memperhitungkan
kandungan logam berat pada sedimen di dasar perairan. Namun demikian validitas
penelitian tetap terjaga; karena dengan memakai Karamba Jaring Apung ikan hanya
berenang-renang di air dalam karamba, dan tidak dapat berenang sampai menyentuh
sedimen, mengingat posisi dasar karamba berada pada ketinggian 1m diatas dasar
sungai (1m di atas sedimen). Dengan demikian logam berat yang masuk ke tubuh ikan
hanya berasal dari logam berat yang terlarut di air sungai dan sedimen halus yang ada di
air saja, sedangkan logam berat yang ada di sedimen dasar sungai tidak ikut terabsopsi.
Adapun kandungan Cd, Pb dan Hg pada sedimen masing-masing sebesar 0,01 mg/kg;
0,15 mg/kg dan 0,009 mg/kg. (BLHD Kota Semarang, 2010).
Penelitian ini terbatas hanya menggunakan dua jenis ikan, sementara di lapangan
begitu banyak species-species ikan yang lain. Namun karena di Balai Benih Ikan tidak
ada ikan-ikan air tawar yang lain sebagaimana dijumpai di sungai-sungai maka untuk
keperluan penelitian eksperimen hanya dapat menggunakan ikan mas dan ikan nila.
Sedangkan ikan mas dan ikan nila merupakan ikan yang mempunyai nilai ekonomis dan
merupakan ikan konsumsi sehari-hari bagi masyarakat.
BAB VI
KESIMPULAN DAN REKOMENDASI
A. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan maka dapat disimpulkan bahwa :
1.
Kualitas perairan Kaligarang lokasi penelitian masih memenuhi baku mutu air kelas
I. Air sungai terkontaminasi logam berat Cd, Pb dan Hg masing-masing sebesar
(0,006 ± 0,001) mg/l, (0,01 ± 0,005) mg/l dan (0,0006 ± 0,0001) mg/l.
2.
Metallothionein merupakan biomarker yang paling sesuai sebagai penanda biologis
kontaminasi/pencemaran logam berat
Cd, Pb dan Hg di perairan dengan
konsentrasi logam berat masih memenuhi nilai Baku Mutu, sedangkan EROD,
LSI dan GSI tidak sesuai untuk biomarker logam berat Cd, Pb dan Hg. Biomarker
metallothionein bersifat sensitif, spesifik, early warning dan universal; sebagai alat
monitoring pencemaran Cd, Pb dan Hg di perairan yang larut di air secara
bersamaan dan bercampur jadi satu.
3.
Besarnya konsentrasi terendah logam berat Cd, Pb dan Hg dalam hati ikan yang
dapat menginduksi sintesis
metallothionein sehingga menyebabkan munculnya
biomarker metallothionein paling awal berdasarkan uji regresi linear Probit
berturut-turut masing-masing sebesar 0,18 µg/kg; 0,25 µg/kg ; dan 0,90 µg/kg,
untuk ikan mas dan 0,23 µg/kg; 0,28 µg/kg ; dan 1,02 µg/kg untuk ikan nila.
Dengan demikian dapat ditemukan suatu parameter toksikologi baru yaitu Lowest
Induction Concentration (LIC).
4.
Metallothionein-Cd merupakan biomarker (penanda biologis) yang muncul paling
awal sebagai biomarker pencemaran Cd, dan diikuti berturut-turut oleh munculnya
MT-Pb sebagai biomarker pencemaran Pb, serta MT-Hg sebagai biomarker
pencemaran Hg di perairan.
5.
Besarnya nilai BCF pada logam berat Cd yang menyebabkan munculnya biomarker
metallothionein-Cd paling awal, berdasarkan analisis statistik masing-masing
sebesar 0,0678267 L/kg pada ikan nila dan 0,051233 L/kg pada ikan mas;
sedangkan MT-Pb muncul pada nilai BCF sebesar 0,081211 L/kg pada ikan nila
dan 0,026880 L/Kg pada ikan mas. Adapun MT-Hg muncul pertama kali pada nilai
BCF sebesar 0,959096 L/kg pada ikan nila dan 0,581857 L/kg pada ikan mas. Nilai
BCF yang diperoleh menggambarkan BCF yang belum mencapai jenuh (steady
state).
6.
Metallothionein pada hati ikan mas lebih sensitif dibanding ikan nila sebagai
biomarker pencemaran Cd, Pb dan Hg di perairan sungai yang konsentrasinya
masih memenuhi nilai Baku Mutu air kelas I.
B. Rekomendasi
B.1. Rekomendasi Bagi Pemerintah
1. Biomarker/penanda biologis yang ditemukan (MT-Cd, MT-Pb dan MT-Hg) pada
hati ikan mas hendaknya dijadikan alat deteksi pencemaran dini yang dapat
diaplikasikan dilapangan untuk mendeteksi secara dini adanya pencemaran Cd, Pb
dan Hg di perairan sungai maupun pada IPAL industri yang menghasilkan limbah
Cd, Pb dan Hg sebagai upaya pencegahan pencemaran di perairan. Teknologi ini
diharapkan menjadi masukkan bagi pemerintah terkait sebagai salah satu alternatif
model monitoring lingkungan perairan. Dalam aplikasinya di lapangan dapat
menggunakan ikan jenis apapun yang langsung diambil pada perairan yang akan
dipantau logam beratnya, usia dewasa siap panen.
2. Pencemaran logam berat Cd, Pb dan Hg di perairan hendaknya sudah harus
diwaspadai mulai konsentrasi 0,006 mg/L untuk Cd; 0,01 mg/L untuk Pb dan 0,0006
mg/L untuk Hg. Demikian pula akumulasi Cd, Pb dan Hg di hati ikan sudah harus
diwaspadai pula mulai konsentrasi Cd, Pb dan Hg masing-masing 0,18 µg/kg, 0,25
µg/kg dan 0,90 µg/kg. Dengan demikian sudah saatnya dilakukan revisi pada nilai
baku mutu logam berat secara nasional mengacu pada hasil penelitian ini.
Sedangkan revisi NAB logam berat Cd, Pb dan Hg pada ikan juga sudah saatnya
dilakukan dengan mengacu pada nilai LIC.
3. Penelitian dengan menggunakan media sungai Kaligarang hanyalah sebuah contoh;
yang hasilnya berpeluang untuk dapat diterapkan pada perairan yang lain.
Biomarker MT pada ikan sebagai penanda biologis pencemaran dini seyogyanya di
jadikan sebagai early warning untuk menentukan nilai Baku Mutu logam berat
secara
nasional sehingga perlu ada revisi pada Peraturan Pemerintah yang
menetapkan Baku Mutu yang berlaku sekarang dengan peraturan yang baru yang
mengacu pada temuan disertasi ini, yakni Baku Mutu Cd, Pb dan Hg diturunkan dari
masing-masing sebesar 0,01 mg/L, 0,03 mg/L dan 0,001 mg/L menjadi lebih kecil
dari 0,006 mg/L, 0,01 mg/L dan 0,0006 mg/L.
4. Air Kaligarang sebagai sumber air baku air minum PDAM hendaknya dalam proses
pengolahan air minum dilakukan pengikatan logam berat sampai benar-benar bersih
sebelum didistribusikan ke masyarakat, sehingga air minum yang dikonsumsi tidak
membahayakan kesehatan masyarakat. Andaikan pengikatan logam berat tidak
dapat membersihkan logam berat sampai benar-benar bersih maka hendaknya air
tersebut hanya dapat digunakan untuk mencuci dan mandi.
5. Dengan
penemuan
LIC
dan
biomarker
metallothionein
maka
dapat
direkomendasikan : 1) Internasional ; LIC sebagai acuan untuk menetapkan kembali
NAB Cd, Pb dan Hg pada ikan standar WHO yang berlaku sekarang (World Health
Organization Rapid Assessment of sources of Air, Water and Land pollution, 1982),
2). Nasional ; sebagai acuan revisi Nilai Baku Mutu Cd, Pb, Hg di perairan dalam
PP 82 Tahun 2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air,
serta sebagai acuan peninjauan kembali Peraturan Menteri Kesehatan
Menkes/Per/IV/2010, Tentang Persyaratan Kualitas Air Minum dan
No. 492
3). Regional;
sebagai acuan untuk menetapkan kelas air sesuai peruntukkannya (kelas 1, 2, 3 atau 4)
dalam Peraturan Gubernur Jawa tengah No 156 Tahun 2010 tentang Peruntukkan Air
dan Pengelolaan Kualitas Air Sungai Garang, dan sekaligus menunjang pelaksanaan
PROKASIH Jawa Tengah.
B.2. Rekomendasi Bagi Masyarakat
1. Masyarakat yang biasa mengambil ikan-ikan Kaligarang untuk dikonsumsi maupun
diperjual belikan hendaknya menghentikan kegiatannya karena ikan-ikan tersebut
mengakumulasikan logam berat. Perairan-perairan lainnya yang mengandung logam
berat (sungai, teluk, danau) hendaknya jangan digunakan sebagai sumber air minum
tanpa proses pengikatan logam berat; dan ikan yang hidup di dalamnya jangan
dikonsumsi sebagai lauk pauk sehari-hari; mengingat logam berat bersifat
bioakumulasi, biomagnifikasi, toksik dan karsinogenik sehingga dapat berdampak
buruk bagi kesehatan masyarakat. Logam berat yang terlarut di air maupun
terakumulasi pada tubuh ikan melalui rantai makanan atau bersama air minum dapat
terakumulasi pada tubuh manusia sehingga mencapai konsentrasi toksik dan
membahayakan kesehatan. Ikan-ikan yang dikonsumsi hendaknya diberi label untuk
menunjukkan apakah ikan tersebut berasal dari perairang yang mengandung logam
berat, sehingga konsumen mengetahui aman atau tidak apabila dikonsumsi.
2.
Ikan yang diharapkan akan lebih banyak dikonsumsi oleh masyarakat Indonesia karena
kandungan proteinnya yang tinggi sehingga akan meningkatkan kecerdasan, jangan
sampai menjadi malapetaka bagi konsumen di kemudian hari; oleh karena itu masyarakat
harus selektif dalam mengkonsumi ikan-ikan di perairan bebas karena perairan bebas
rawan terkontaminasi logam berat dari buangan industri maupun limbah rumah tangga.
Untuk konsumsi sehari-hari lebih baik menggunakan ikan yang dibudidayakan di kolam
yang airnya bersih dari kontaminasi logam berat. Konsumsi ikan seyogyanya diambil
dagingnya saja, sedangkan insang, hati dan ginjal serta organ dalamnya jangan ikut
dimakan.
B.3. Rekomendasi Bagi Peneliti
1.
Penelitian biomarker pada hati ikan sebagai alat monitoring dapat dilanjutkan dengan
melakukan penelitian dengan time series yang lebih lama/diperpanjang sampai absorpsi
logam berat mencapai jenuh (steady state) sehingga dapat diketahui nilai BCF yang telah
mencapai steady state. Dengan demikian apabila di perairan terdapat polutan sebesar
X mg/l akan dapat diprediksi besarnya konsentrasi polutan yang terakumulasi pada tubuh
ikan tanpa melakukan pembedahan.
2.
Penelitian tentang metallothionein pada ikan sebagai alat monitoring dapat dilanjutkan
dengan penelitian biomarker metallothionein pada tanaman air, misalnya Eceng Gondok
(Eichhornia crassipes (Mart.) Solms), Kangkung air, Kiyambang maupun tanaman air
lainnya yang hidup di perairan tercemar logam berat sebagai alat monitoring.
3. Penelitian sejenis dapat dilakukan di dasar perairan (pada sedimen) dengan mengkaji
biomarker metallothionein pada kerang sebagai alat monitoring sedimen sungai.
4. Penelitian sejenis dapat dilanjutkan dengan menggunakan analisis HPLC pada sampel dan
dilanjutkan dengan larutan metallothionein standar apabila di perairan hanya terdapat
polutan tunggal dan akan mengetahui konsentrasi metallothionein sebagai biomarker
logam berat secara umum, tanpa ingin tahu jenis logam beratnya.
DAFTAR PUSTAKA
Amiard J.C., Amiard T.C, Barka S., Pellerin J, Rainbow P.S. 2006. Metallothioneins in
aquatic invertebrates: Their role in metal detoxification and their use as
biomarkers. Aquatic Toxicology 76:160–202
Aravind P. and Prasad M.N.V. 2005. Zinc mediated protection to the conformation of
carbonic anhydrase in cadmium exposed Ceratophyllum demersum L. Plant
Science, 169: 245-254
Argawala, S.P. 2006. Environmental Studies. Narosa Publishing House PVT. LTD. New
Delhi Chennai Mumbai Kolkata.
Arkhipchuk, V.V. and Garanko, N.N. 2005. Using the nucleolar biomarker and the
micronucleus test on in vivo fish fin cells’, Ecotoxicology and Environmental
Safety, Vol. 62, pp.42–52.
Arnold H, Pluta HJ, Braunbeck T. 1995. Simultaneous exposure of fish to endosulfan
and disulfoton in-vivo-ultrastructural, stereological and biochemical reactions in
hepatocytes of male rainbow-trout (Oncorhynchus mykiss). Aquat Toxicol
33:17–43
Arnold, B.S., Jagoe, CH, Gross, T.S., Howerth, EW, Reinert, R.E. 2000. Effect of Low
Levels of Methyl Mercury on The Development of Gonads in The Nile Tilapia.
Presented at the 20th annual meeting of the Society of Environmental
Toxicology and Chemestry, Philadelpia.
Aziz, S. H. A, dan Ghazaly N.E.L, 2006. Effect Of Pollutants in Coastal Water
Of Jeddah on 2-The Histological Structure Of Liver Of The Fish Saiganus
rivulatus. Saudi Arabia. Egyptian Journal Of Aquatic Research 1687-4285
Vol. 32 No.1, 2006:316-333.
Babich, H., and G. Stotzky. 2001. Influence of chemichal speciation on the toxicity of
heavy metals to the mikrobiota. Dalam J.O. Nriagu (eds.). Aquatic Toxicology. A
Wiley Interscience Publication, New York. P. 1-46.
Badan Lingkungan Hidup Propinsi Jawa Tengah, 2010. Laporan Pemantauan Kualitas
Air Kaligarang. BLH Jateng. Semarang.
Badan Lingkungan Hidup Propinsi Jawa Tengah Kota Semarang. 2010. Laporan Status
Lingkungan Hidup Kota Semarang Tahun 2010. BLH Kota Semarang.
Bae H, Nam SS, Park HS, Park K. 2005. Metallothionein mRNA sequencing and
induction by cadmium in gills of the Crucian Carp, Carassius auratus. J Health
Sci 51(3): 284-290.
Badan Lingkungan Hidup Jawa Tengah., 2009, Laporan Program Kali Bersih XXI.
BLH Jateng Semarang.
Barka, S., Pavillon, J.F., Amiard, J.C., 2001. Influence of different essential and nonessential metals onMTLPlevels in the copepod Tigriopus brevicornis. Comp.
Biochem. Physiol., Part C 128, 479–493.
Bebianno, M.J., Nott, J.A., Langston, W.J., 2000. Cadmium metabolism in the clam
Ruditapes decussata: the role of metallothioneins. Aquat. Toxicol. 27, 315–334.
Bebianno, M.J., Cravo, A., Miguel, C., Morais, S., 2003. Metallothionein concentrations
in a population of Patella aspersa: variation with size. Sci. Total Environ. 301,
151–161.
Bernard, A. and Lauwerys. 2001. Cadmium in Human Population. Experientia 40,
Birkhauser Verlag CH-4010 Bazel/Switzerland. p. 143-151.
Berthet, B., Mouneyrac, Perez, T., Amiard-Triquet, C., 2005. Metallothionein
concentration in sponges (Spongia officinalis) as a biomarker of metal
contamination. Comp. Biochem. Physiol. C 141 (3), 306–313.
Binz, P.A., K¨agi, J.H.R., 2000. Metallothione: molecular evolution classification. In:
Klaassen, C. (Ed.), Metallothionein IV. Birkh¨auser Verlag, Basel, pp. 7–13.
Blaise, C., Gagn´e, F., Pellerin, J., Hansen, P.-D., Trottier, S., 2002. Molluscan shellfish
biomarker study of the Qu´ebec, Canada, Saguenau Fjord with the soft-shell
clam Mya arenaria. Environ. Toxicol. 17, 170–186.
Boudou A., D.G. Scauld., and J.P. Desmazes. 2000. Ecotoxicological role of the
membran barrier in transport and bioaccumulation of mercury compound.
Dalam. J.O. Nriagu (eds.). Aquatic Toxicology. John Wiley and Sons, New p.
117-152.
Brammell, ben F. & Andrew J. Wigginton. 2010. Differential Gene Espression in
Zebrafish (Danio rerio) Following Exposure to Gaseous Diffusion Plant Effluent
and Effluent Receiving Stream Water. American Journal of Environmental
Sciences 6 (3): 286-294.
Brown, R.J., Galloway, T.S., Lowe, D., Browne, M.A., Dissanayake, A., Jones, M.B.,
Depledge, M.H., 2004. Differential sensitivity of three marine invertebrates to
copper assessed using multiple biomarkers. Aquat. Toxicol. 66, 267–278.
Brouwer, M., Syring, R., 2002. Role of a copperspecific metallothionein of the blue
crab, Callinectes sapidus, in copper metabolism associated with degradation and
synthesis of hemocyanin. J. Inorg. Biochem. 88, 228–239.
Butler, R.A., Roesijadi, G., 2001. Quantitative reverse transcription polymerase chain
reaction of a molluscan metallothionein mRNA. Aquat. Toxicol. 54, 59–67.
Cai, L., Satoh, M., Tohyama, C., Cherian, M.G., 1999. Metallothionein in radiation
exposure: its induction and protective role. Toxicology 132, 85–98.
Campagne MV, Thibodeaux H, Van Bruggen N, Cairns B, Lowe DG. 2000. Increased
binding activity at an antioxidant-responsive element in the metallothionein-1
promoter and rapid induction of metallothionein-1 and -2 in response to cerebral
ischemia and reperfusion. J Neurosci, 15, 5200-5207.
Carajaville, M.P., Bebianno, M.J., Blasco, J., Porte, C., Sarasquete,VC.,Viarenggo, A.,
2000. The use of biomarkers to assess the impactvof pollution in coastal
environment of the Iberian Peninsula: practical approach. Sci. Total Environ.
247, 295–311.
Carpene E, G. Andreani & G. Isani. 2007. Metallothionein Function and Structural
Characteristics. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 21:35-39.
Cavaletto, M., Ghezzi, A., Burlando, B., Evangelisti, V., Cerratto, N., Viarenggo, A.,
2002. Effect of hydrogen peroxide on antioxidant enzymes and metallothionein
level in the digestive gland of Mytilus galloprovincialis. Comp. Biochem.
Physiol. C 131, 447–455.
Ceratto, N., Dondero, F., Loo, J.-W., Burlando, B., Viarenggo, A., 2002. Cloning and
sequencing of a novel metallothionein gene in Mytilus galloprovincialis Lam.
Comp. Biochem. Physiol. C 131, 217–222.
Chaabouni, LR., Machreki, AM., Hamza-Chaffai, A. 2011. Use of metallothioneins as
biomarkers for environmental quality assessment in the Gulf of Gabès (Tunisia).
Environ Monit Assess. 25 May.
Chassaigne, Hubert & Ryszard Lobinski (1999) Rapid analysis for Cadmium
Metallothionein complexes by HPLC Using Microparticulate Stationary
Phases”. Fresenius J. Anal. Chem. 363 (1999): 522-525.
Chandrasekera L.W.H.U. Pathiratne A. and Pathiratne K. A. S. 2008. Effects of water
borne cadmium on biomarker enzymes and metallothioneins in Nile tilapia,
Oreochromis niloticus. J.Natn.Sci.Foundation Sri Lanka ; 36 (4):315-322
Chen, C., Chou Liu, M., Liang Shih, M., Yu, S., Yeh, C., Ting Lee, S., Yang, T., Hung,
S., 2001. Microsomal monooxygenase activity in Tilapia (Oreochromis
mossambicus) exposed to a bleached kraft mill effluent using different exposure
systems. Chemosphere 45, 581-588.
Ch`evre, N., Gagn´e, F., Gagnon, P., Blaise, C., 2003. Application of rough sites
analysis to identify polluted aquatic sites based on a battery of biomarkers: a
comparison with classical methods. Chemosphere 51, 13–23.
Cobbett C, Goldsbrough P (2002) Phytochelatins and metallothioneins: roles in heavy
metal detoxification and homeostasis. Annu Rev Plant Biol 53: 159–182.
Choirudin dan Indrajid (2007). Eceng Gondok Penyerap Logam Berat Cd di Sungai
Kaligarang Semarang. Makalah Olimpiade Science Tingkat Internasional di
Turki, SMA Semesta Semarang.
Connell, Des W. 2002. Bioakumulasi Senyawaan Xenobiotic. UI Press, Jakarta.
5-75, 146-211.
Hal
Connell, D.W and G.J. Miller. 2001. Chemistry and Ecotoxicology of Pollution.
A Wiley Interscience Publication. London
Correia, A.D., Livingstone, D.R., Costa, M.H., 2002. Effects of water-borne copper on
metallothionein and lipid peroxidation in the marine amphipod Gammarus
locusta. Mar. Environ. Res. 54, 357–360.
Cosson, R.P., 2000. Bivalve metallothionein as a biomarker of aquatic ecosystem
pollution by trace metals: limits and perspectives. Cell. Mol. Biol. 46 (2), 295–
309.
Cotou, E., Vagias, C., Rapti, T., Roussis, V., 2001. Metallothionein levels in the bivalves
Callista chione and Venus verrucosa from two Mediterranean sites. Z.
Naturforsch. 56, 848–852.
De Conto Cinier, C., Petit-Ramel, M., Faure, R., Garin, D. and Bouvet, Y. 1999.
Kinetics of cadmium accumulation and elimination in carp Cyprinus carpio
tissues. Comparative Biochemical Physiology, Vol. C122, pp.345–352.
Del Ramo, J., Torreblanca, A., Martinez, M., Pastor, A., Diaz-Mayans, J., 1995.
Quantification of cadmium-induced Metallothionein in Crustaceans by the
silver-Saturation Method. Mar. Environ. Res. 39, 121–125.
Dewi.N.K., Purwanto, Henna Rya Sunoko 2010. Biomarker Pada Ikan Sebagai
Biomonitoring Pencemaran Logam Berat Kadmium di Perairan Kaligarang
Semarang. Laporan Penelitian Hibah Doktor. Direktorat Jendral Pendidikan
Tinggi, Kementerian Pendidikan Nasional. Jakarta.
Domouthsidou, G.P., Dailianis, S., Kaloyianni, M., Dimitriadis,V.K.,2004. Lysosomal
membrane stability and metallothionein content in Mytilus galloprovincialis (L.)
as biomarkers. Combination with trace metals concentrations. Mar. Pollut. Bull.
48, 572–586.
Donatus, I.A. 2001, Toksikologi Dasar. Laboratorium Farmalogi dan Toksikologi,
Fakultas Farmasi, UGM, Yogyakarta.
Downs, C.A., Dillon, R.T., Fauth, J.E., Woodley, C.M., 2001. A molecular biomarker
system for assessing the health of gastropods (Ilyanassa obsoleta) exposed to
natural and anthropogenic stressors. J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 259, 189–214.
Dragun, Z., Erk, M., Raspor, B., Ivankovic, D., Pavicic, J., 2004. Metal and
metallothionein level in the heat-treated cytosol of gills of transplanted mussels
Mytilus galloprovincialis Lmk. Environ. Intern. 30, 1019–1025.
Dreisbach, R.H. 2000. Hand Book of Poisoning. eleven edition. Lange Medical
Publication, California. p. 274.
Duncan Rigby, K.E, Stillman MJ. 2006. Metal-dependent protein folding: metallation of
metallothionein. J Inorg Biochem;100:2101–7.
Effendie, M.I. 2002. Biologi Perikanan.Yayasan Pustaka Nusantara.Yogyakarta.
Ekpo, K.E., I.O Asia, K.O. Amayo & D.A. Jegede. 2008. Determination of Lead,
Cadmium and Mercury in Surrounding Water and Organs of Some Species of
Fish From Ikpoba River in Benin City, Nigeria. International Journal of
Phisical Science 3 (11):289-292.
English,T.E., Storey, K.B., 2003. Freezing and anoxia stresses induce expression of
metallothionein in the foot muscle and hepatopancreas of the marine gastropod
Littorina littorea. J. Exp. Biol. 206,2517–2524
Everaats, J.M., 2006. Uptake and release of cadmium in various organs of the common
mussel, Mytilus edulis (L.) Bull.Environ. Contam.Toxicol.45, 560-567
Filipic M, Fathur T, Vuldrag M. 2006. Molecular Mechanisms of Cadmium Induced
Mutagenecity. Journal. Human & Experimental Toxucology. Vol. 25. No. 2. 6777. Slovenia.
Finney, D.J. 2009. Probit Analisis; A Statistical Treatment Of The Sigmoid Response
Curve, Cambridge at the University Press.
Gagn´e, F., Blaise, C., Aoyama, I., Luo, R., Gagnon, C., Couillard, Y., Campbell, P.G.C.,
Salazar, M., 2002. Biomarker study of a municipal effluent dispersion plume in
two species of freshwater mussels. Environ. Toxicol. 17, 149–159.
Galt, J. Scheidig, F, Siestrup, C.G. 2006. The Toxicity Of Cadmium And Resulting
Hazards For Human Health. Journal of Ocupational Medicine and Toxicology.
Geffard, A., Amiard-Triquet, C., Amiard, J.-C., Mouneyrac, C., 2001. Temporal
variations of metallothionein and metal concentrations in the digestive gland of
oysters Crassostrea gigas from a clean and a metal-rich sites. Biomarkers 6 (2),
91–107.
G´eret, F., Rainglet, F., Cosson, R.P., 2000. Comparison between isolation protocols
commonly used for the purification of molluscs metallothioneins. Mar. Environ.
Res. 46, 545–555.
Giarrocco, V., Bruce, Q., Matthew, K., 1997. Retention Time Locking : Concepts and
Applications. Agilent Technologies Inc. 2850 Centerville Road Wilmington, DE
19808-1610 USA.
Hadi, Sudharto P.2005. Dimensi Lingkungan Perencanaan Pembangunan. Gadjah Mada
University Press. Yogyakarta.
Hall JL. 2002. Cellular mechanisms for heavy metal detoxification and tolerance. J.
Exp. Bot 53: 1–11.
Hammond, P.B. and R.P. Beliles. 2001. Metals In Toxicology The Basic Science
of
Poisons. (Casarett). 2nd ed. Mc Millan Publishing Co. Inc., New York. P.428435.
Hamza-Chaffai, A., Amiard, J.C., Pellerin, J., Joux, L., Berthet, B., 2000. The potential
use of metallothionein in the clam Ruditapes decussatus as a biomarker of in
situ metal exposure. Comp. Biochem. Physiol. C 127, 185–197.
Hanson N, Guttman E, Larsson A. 2006. The effect of different holding conditions for
environmental monitoring with caged rainbow trout (Oncorhynchus mykiss)
Journal of Environmental Monitoring 8 (10):994-999.
Hanson N, Larsson A. 2007. Influence of feeding procedure on biomarkers in caged
rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) used in Environmental Monitoring.
Journal of Environmental Monitoring 9 (2):168-173.
Hanson. N.2008. Does Fish Health Matter ? The Utility of Biomarkers in Fish for
Environmental Assessment. Ph.D. Thesis Department of Plant and
Environmental Sciences University of Gothenburg.
Hanson N, Larsson A. 2008a. Experiences from a biomarker study on farmed rainbow
trout used for Environmental Monitoring in a Swedish river. Submited
Manuscript.
Hanson N, Larsson A. 2008b. Biomarker analyses in fish suggest exposure to pollutants
in an urban area with a landfill. Submited Manuscript.
Hanson N, Persson S, Larsson A. 2008. Analyses of perch (Perca fluviatilis) bile
suggest increasing exposure to PAH and other pollutans in a reference area on
the Swedish Baltic coast. Journal of Environmental Monitoring. In Press
DOI:10.1039/ b817703a.
Hanson N, Forlin L, Larsson A 2008. Evaluation of Long Term Biomarker Data From
Perch (Perca Fluviatilis) in The Baltic Sea Suggest Increasing Exposure To
Environmental Pollutants. Environmental Toxicology and Chemistry. In press
DOI:10.1897/08-259.1.
Hellawell, J.M. 2000. Biological Indicators of Freshwater Pollution And Environmental
Management. Elsevier Applied Science. London and New York. Hal. 58-76.
Henna Rya Sunoko 2007. Kajian Pemajanan Kronik Pb Lingkungan Terhadap
Biosintesis Heme dengan Penanda Biologis δ Ala, Zn Protoporfirin,
Protoporfirin dan Porfirin pada Anak. Disertasi. Pasca Sarjana UNDIP.
Semarang.
Isani, G., Andreani, G., Kindt, M., Carpen`e, E., 2000. Metallothioneins (MTs) in
marine molluscs. Cell. Mol. Biol. 46 (2), 311–330.
Jessica D, Robert M, Frederic S, Arnaud B, Delphine L, Jean-Pierre, Patrick K.2007. Do
sewage treatment plant discharges substantially impair fish reproduction in
polluted rivers ? Science of the Total Environment. 372(2-3):497-514.
Kartini & Danusaputro.H. 2005. Estimasi Penyebaran Polutan dengan Metode Self
Potential (Studi Kasus TPA Jati barang, Kecamatan Mijen, Semarang) Berkala
Fisika 8 (1):27-32.
Katzung B.G. 2007. Basic & Clinical Pharmacology, 10th Ed (Internasional Ed), Boston,
Ner York: Mc Graww Hill. P. 1-10.
Kavun, V.Y., V.M. Shulkin and N.K. Khristoforova, 2002. Metal accumulation in
mussels of the Kuril Islands, northwest Pacific Ocean, Marine Environmental
Res., 53: 219-226.
Klaassen, C.D., J. Liu and S. Choudhuri, 1999. Metallothionein: An intracellular protein
to protect against cadmium toxicity, Annu. Rev. Pharmacol.Toxico., 39: 267-294.
Klaassen C.D. 2001. Csarett and Doull’s Toxicology: The Basic Science of Poisons, 6th
Ed. Mc. Graw Hill, New Yorks.
Klotz A.V., Stegeman J.J. & Walsh C. (1984). An alternative 7-ethoxyresorufin)deethylase activity assay; a countinuous visible spectrometric method for
measurement of cytochrome P-450 monooxygenase activity. Analytical
Biochemistry 140(1):138-145.
Kosnett M.J. 2007. Heavy metal intoxication & chelators. In Katzung B.G. (ed): Basic
& Clinical Pharmacology, 10th Ed (International Ed), Boston, New York: Mc
Graw Hill. P. 970-981.
Kovarova, R, Rene Kizek, Vojtech Adam, Danka Harustiakova, Olga Celechovska, and
Zdenka Svobodova. 2009. Effect of Cadmium Chloride on Metallothionein
Levels in Carp. Sensors ; 9: 4789-4803
Knapen D, Reynders H, Bervoets L,Verheyen E, Blust R. 2007. Metallothionein gene
and protein expression as a biomarker for metal pollution in natural gudge on
populations. Aquat Toxicol;82:163–72.
Krizkova, S., Zitka O., Adam V., Beklova M., Horna A., Svobodova Z., Sures B.,
Trnkova L., Zeman L. Dan Kizek R. 2007. Possibilities of Electrochemical
Techniques in Metallothionein and Lead Detection in Fish Tissues. Czeh
Journal of Animinal Science 52 (5):143-148.
Larsson A, Forlin L, Grahn O, Landner L, Lindesjoo E, Sandstrom O. 2000. Guidelines
for interpretation and biological evaluation of biochemical, physiological and
pathological alterations in fish exposed to pulp mill effluents. In: Ruoppa M,
Paasivirta J, Lehtinen K-J, Ruoanala S, editors. Proceedings, 4th International
Conference on Environmental Impact of the Pulp and Paper Industry, 12-15
June 2000. Helsinki, Finland: Finnish Environment Institute. P. 185-189.
Larsson A, Forlin, Lindesjoo E, Sandstrom O. 2002. Monitoring of individual organism
responses in fish populations exposed to pulp mill effluents. In : Struthridge T,
Van den Heuvel M, Marvin N, Slade A, Gifford J, editors. Environmental
Impacts of pulp and Paper Waste Streams. Pensacola, FL (USA):SETAC
Press.216-226.
Laws, E.A. 2000. Aquatic Pollution, An Introductory Text. John Wiley and Sons. New
York.
Legras, S., Mouneyrac, C., Amiard, J.C., Amiard-Triquet, C., Rainbow, P.S., 2000.
Changes in metallothionein concentrations in response to variation in natural
factors (salinity, sex, weight) and metal contamination in crabs from a metal-rich
estuary. J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 246, 259–279.
Leidy, R.B. 2000. Aquatic Organism in.F.E. Guthrie and J.J. Perry (ed.). Introduction to
Environmental Toxicology. Elsevier. New York. p. 120-132.
Leung, K.M.Y., Furness, R.W., 2001. Survival, growth, metallothionein and glycogen
levels of Nucella lapillus (L.) exposed to sub-chronic cadmium stress: the
influence of nutritional stateand prey type. Mar. Environ. Res. 52, 173–194.
Leung, K.M.Y., Morgan, I.J., Wu, R.S.S., Lau, T.C., Svavarsson, J., Furness, R.W.,
2001. Growth rate as a factor confounding the use of the dogwhellk Nucella
lapillus as biomonitor of heavy metal contamination. Mar. Ecol. Progr. Ser. 221,
145–159.
Leung, K.M.Y., Svavarsson, J., Crane, M., Morritt, D., 2002. Influence of static and
fluctuating salinity on cadmium uptake and metallothionein expression by the
dogwhelk Nucella lapillus (L.). J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 274, 175–189.
Lieb, B., 2003. A new metallothionein gene from the giant keyhole limpet Megathura
crenulata. Comp. Biochem. Physiol. C 134, 131–137.
Linderoth M, Hansson T, Liewenborg B, Sundberg H, Noaksson E, Hanson M, Sebuhr
Y, Balk L., 2006. Basic physiological biomarkers in adult female perch (perca
fluviatilis) in achronically polluted gradient in the Stockholm receptient
(Sweden). Marine Pollution Bulletin 53(8-9):437-450.
Mailman, R.B. 2002. Heavy metals. In. F.E. Guthrie and J.J. Perry (ed). Introdction to
Environmetal Toxcoloy. Elsevier North Holland, Inc. New York. p. 34-42.
Marina M. P. Camargo and Cláudia B. R. Martinez. 2007. Histopathology of gills,
kidney and liver of a Neotropical fish caged in an urban stream. Laboratory
of Animal Ecophysiology, Department of Physiological Sciences State
University of Londrina (UEL). Neotropical Ichthyology, 5(3):327-336
Martin J, Larry K., Black MC. 1998. Biomarker assessment of the effects of coal stripmine contaminationon Channel Catfish. Ecotoxicology and Environmental
Safety 41(3):307-320.
Marr, J.C.A., J. Lipton, D. Cacela, J.A. Hansen, J.A. Bergman, J.S. Meyer and C.
Hogstrand, 1996. Relationship between copper exposure duration, tissue copper
concentration and rainbow trout growth, Aquatic Toxicol., 36: 17-30.
Miller, T.G, Jr. 2007. Living in The Environment : Principle, Connection and Solutions.
Singapore: Thompson Brooks/Cole.
Miles, A.T., Hawksworth, G.M., Beattie, J.H., Rodilla, V., 2000. Induction, regulation,
degradation, and biological significance of mammallian metallothioneins. Crit.
Rev. Biochem. Mol. Biol. 35, 35–70.
Mitchell B., Setiawan B., Rahmi D.H. 2000. Pengelolaan Sumberdaya dan Lingkungan.
Universitas Gadjahmada, Yogyakarta.
Montaser Metwally, Magdy E. Mahfouz, Samir A.M. El-Shazly, Gamal H. AbdelRahman and Sayed Bakry. 2010. Toxicity of Heavy Metals on Fish at Jeddah
Coast KSA: Metallothionein Expression as a Biomarker and Histopathological
Study on Liver and Gills. World Journal of Fish and Marine Sciences 2 (3): 174185
Mosleh, Y.Y., Paris P.S., Arnoult, F., Couderchet, M., Biagianti-Risbourg, S., Vernet, G.,
2004. Metallothionein induction in aquatic oligochaete Tubifex tubifex exposed
to herbicide isoproturon. Environ. Toxicol. 19, 88–93.
Mouneyrac, C., Amiard, J.C., Amiard-Triquet, C., Cottier, A., Rainbow, P.S., Smith,
B.D., 2002. Partitioning of accumulated trace metals in the talitrid amphipod
crustacean Orchestia gammarellus: a cautionary tale on the use of
metallothionein-like proteins as biomarkers. Aquat. Toxicol. 57 (4), 225–242.
Ossana, N.A., Bettina L Eisasa, and Alfredo Salibián. 2009. Short communication:
Cadmium bioconcentration and genotoxicity in the common carp (Cyprinus
carpio). Int. J. Environment and Health, 3:3 : 303-311.
Palar, Heryanto.2008. Pencemaran dan Toksikologi Logam Berat. Rineka Cipta.
Jakarta.
Pantung N., Kerstin G. Helander, Herbert F. Helander, and Voravit Cheevaporna.
2008. Histopathological Alterations of Hybrid Walking Catfish (Clarias
macrocephalus x Clarias gariepinus) in Acute and Subacute Cadmium
Exposure. Faculty of Science, Burapha University, Chonburi 20131, Thailand.
EnvironmentAsia 1 (2008) 22-27.
Park, J.-S., Chung, S., Park, I.-S., Kim, Y., Koh, C.-H., Lee, I.-S., 2002. Purification and
characterization of metallothionein-like cadmium binding protein
from
Asian periwinkle Littorina brevicula. Comp. Biochem. Physiol. C 131, 425–431.
Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 82 Tahun 2001. Tentang Pengelolaan
Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air.
Peraturan Gubernur Jawa Tengah Nomor 156 Tahun 2010 Tentang Peruntukan Air dan
Pengelolaan Kualitas Air Sungai Garang di Provinsi Jawa Tengah.
Plaa G.L. 2007. Introduction to toxicology:Occupational & Environmental. In Katzung
B.G. (ed): Basic & Clinical Pharmacology, 10th Ed (International Ed), Boston,
New York: Mc Graw Hill p. 958-970.
Petrovic, S., B. Ozretic, M. Krajnovic-Ozretic & D. Bobinac. 2001. Lysosomal
membrane stability and metallothioneins in digestive gland of mussels (Mytilus
galloprovincialis Lam.) as biomarkers in a field study. Marine Pollution Bulletin
42: 1373-1378.
Philcox JC, Tilley MH, Coyle P. 1994. Metallothionein and zinc homeostasis during
tumor progression. Biol. Trace. Elem. Res, 40, 295-308.
Rand, G.M. 2000. Detection Bioassay, in F.E. Guthrie and J.J. Perry (ed). Introduction
to Environmental Toxicology. Elsevier, New York.p.245-247.
Raspor, B., Dragun, Z., Erk, M., Ivankovic, D., Pavicic, J., 2004. Is the digestive gland
of Mytilus galloprovincialis a tissue of choice for estimating cadmium exposure
by means of metallothioneins? Sci. Total Environ. 333, 99–108.
Ratningsih, Nining. 2008. Uji Toksisitas Molase pada Respirasi Ikan Mas (Cyprinus
carpio L.) Jurnal Biotika 6 (1):22-33.
Ravera, O. 2001. Cadmium in Fresh Water Ecosystems. Experientia 40, Birkhauser
Verlag, CH-4010, Basel/Switzerland. P. 2-12.
Regoli, F., D. Pellegrini, G.W. Winston, S. Gorbi, S. Giuliani, C. Virno-Lamberti
and S. Bompadre, 2002. Application of biomarkers for assessing the biological
impact of dredged materials in the Mediterranean: the relationship between
antioxidant responses and susceptibility to oxidative stress in the red mullet,
(Mullus barbatus). Marine Pollution Bulletin, 44: 912-922.,
Ringwood, H., J. Hoguet, C. Keppler and M. Gielazyn, 2004. Linkages between cellular
biomarker responses and reproductive success in oysters - Crassostrea virginica.
Marine Environmental Res., 58: 151-155.
Rodriguez-Ortega, M.J., Alhama, J., Funes, V., Romero-Ruiz, A., Rodriguez-Ariza, A.,
Lopez-Barea, J., 2002. Biochemical biomarkers of pollution in the clam
Chamaclea gallina from south-Spanish littoral. Environ. Toxicol. Chem. 21,
542–549.
Roesijadi, G., 2002. Metallothionein and its role in toxic metal regulation. Comp.
Biochem. Physiol. C 113 (2), 117–123.
Sandstrom O, Larsson A, Andersson J, Appelberg M, Bignert A, Ek H, Forlin L, Olsson
M. 2005. Three decades Swedish experience stresses the need of integrated
long-term monitoring in marine coastal areas. Water Quality Research Journal
of Canada. 40 (3):233-250.
Sastroasmoro, S. Ismael, S. 2008. Dasar-dasar Metodologi Penelitian Klinis. Bagian
Ilmu Kesehatan Anak Fakultas Kedokteran Universitas Indonesia. Jakarta.
Schmitt CJ, Whyte JJ, Roberts AP, Annis ML, May TW, Tillitt DE. 2007. Biomarkers of
metals exposure in fish from lead-zinc mining areas of south-eastern Missouri,
USA. Ecotoxicology and Environmental Safety. 67 (1):31-47.
Serafim, A., Company, R.M., Bebianno, M.J., Langston,W.J., 2002. Effect of
temperature and size on metallothionein synthesis in the gill of Mytilus
galloprovincialis exposed to cadmium. Mar. Environ. Res. 54, 361–365.
Shailaja, M.S., Rodrigues, A., 2001. Nitrite-induced enhancement of toxicity of
phenanthrene in fish and its implications for coastal waters. Estuarine, Coastal &
Shelf. Science 56, 1107-1110
Shailaja, M.S., D’Silva, C., 2003. Evaluation of impact of PAH on a tropical
fish,
Oreochromis mossambicus using multiple biomarkers. Chemosphere 53, 835841.
Siah A, Pellerin J, Amiard JC, Pelletier E, Viglino L. 2003. Delayed Gametogenesis and
Progesterone levels in soft-shell Clams (Myrenaria) in relation to in
contamination to organotins and heavy metals in the St Lawrence River
(Canada). Comp. Biochem. Physiol. Toxicol Pharmacol. 135(2):145-56.
Simes, D.C., Bebianno, M.J., Moura, J.J.G., 2003. Isolation and characterisation
of
metallothionein from the clam Ruditapes decussatus. Aquat. Toxicol. 63, 307–
318.
Soemarwoto, Otto. 2001. Atur-Diri-Sendiri, Paradigma Baru Pengelolaan Lingkungan
Hidup. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta.
Soemirat, J. 2005. Toksikologi Lingkungan. Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.
Sonne, Ch, Ole Aspholm, Rune Dietz, Steen Andersen, Marc H.G.Berntssen, Ketil
Hylland. 2009. A Study of metal concentrations and metallothionein binding
capacity in liver, kidney and brain tissues of three Arctic seal species. Science
of the Total Environment 407: 6166–6172.
Steel, R.G.O. and james H. Torrie. 2000. Principles and Procedure of Statistics. A
Biometrical Approach. Second edition. Mc. Graw-Hill, Kogakusha Ltd., Tokyo.
p.633.
Sunu, P. 2001. Melindungi Lingkungan dengan Menerapkan ISO 14001. P.T. Gramedia
Widia Sarana Indonesia. Jakarta
Supriharyono. 2009. Konservasi Ekosistem Sumberdaya Hayati. Pustaka Pelajar.
Yogyakarta.
Syring, R.A., Hoexum Brouwer, T., Brouwer, M., 2000. Cloning and sequencing of
cDNAs encoding for a novel copper-specific metallothionein and two cadmiuminducible metallothioneins from the blue crab Callinectes sapidus. Comp.
Biochem. Physiol. C 125, 325–332.
Tanguy, A., Moraga, D., 2001. Cloning and characterization of a gene coding for a
novel metallothionein in the Pacific oyster Crassostrea gigas (CgMT2): a case
of adaptive response to metalinduced stress? Gene 273, 123–130.
Tugiyono, Nurcahyani,N., Supriyanto, R. dan Kurniati, M. 2009. Biomonitoring
Pengolahan Air Limbah Pabrik Gula PT Gunung Madu Plantation Lampung
Dengan Analisis Biomarker: Indeks Fisiologi Dan Perubahan Histologi Hati Ikan
Nila (Oreochromis niloticus Linn) J.Sains MIPA, 15: 42-50.
Tugiyono, Nurcahyani, N. Supriyanto, R and Hadi, S. 2011. Biomonitoring of effects
Following Exposure of Fish to Sugar Refinery Effluent. J. Modern Applied
Science, 5: 39-44.
Ueng Y.F., Liu C., Lai C.F., Meng L.M, Hung Y.Y. & Ueng T.H. (1996). Effects of
cadmium and environmental pollution on metallothionein and cytochrome P450
in tilapia. Bulletin of Environmental Contamination & Toxicology 57(1):125131.
Undang-Undang Republik Indonesia No.32 Tahun 2009 Tentang Perlindungan dan
Pengelolaan Lingkungan Hidup.
Verschuren, P., Doorewaard, H. 2005., Designing a Research Project. LEMMA
Publisher, Ultrecht, Nederlands.
Van Campenhout, K., H.G. Infante, F. Adams and R. Blust, 2004. Induction and
binding of Cd, Cu and Zn to metallothionein in using HPLC-ICP-TOFMS.
Toxicol. Sci., 80: 276-287.
Van der Oost R., Beyer J., & Vermeulan N.P.E. 2003. Fish bioaccumulation and
biomarkers in environmental risk assessment: a review. Environmental
Toxicology & Pharmacology 13(2): 57-149.
Viarenggo A, Lowe D, Bolognesi C, Fabbri E, Koehler A.2007. The use of biomarkers
in biomonitoring : A 2-tier approach assessing the level of pollutant-induced
stress syndrome in sentinel organisms. Comparative Biochemistry and
Physiology Part C: Toxicology and Pharmacology 146(3):281-300.
Viarenggo, A., Burlando, B., Ceratto, N., Panfoli, I., 2000. Antioxidant role of
metallothioneins: a comparative overview. Cell Mol. Biol. 46 (2), 407–417.
Viarenggo, A., Nott, J.A., 1993. Mechanisms of heavy metal cation homeostasis in
marine invertebrates. Comp. Biochem. Physiol. C 104 (3), 355–372.
Wardhana, W.A. 2004. Dampak Pencemaran Lingkungan. Penerbit Andi, Yogyakarta.
Ward, F.J. 2001. Laboratory Study of The Accumulation and Distribution of Cd in the
Sidney Rock Ovster SaccostreaCommercialis. Aust. J. Mar. Fresh. Wat. Res. 33 :
33-34.
Watts, R.J. 2000. Hazardous Wastest: Surces, Pathways, Receptors. John Wiley and
Sons.Inc. New York.
Webb D, Gagnon MM, Rose TH.2005. Interannual variability in fish biomarkers in a
contamined temperature urban estuary. Exocology and Environmental Safety
62(1):53-65.
Whitehead A, Kuivila KM, Orlando JL, Kotelevtsev S, Anderson SL. 2004.
Genotoxicity in native fish associated with agricultural runoff events.
Environmental Toxicology and Chemistry. 23(12):2868-2877.
WHO, 1993. Research Guidelines For Evaluating The Safety And Effcacy of Herbal
Medicines. Regional Office for the Western Pacific. Manila.
Wisnu D.A., dan H. Ati, 2001. Penyerapan Logam Berat Merkuri dan Kadmium pada
ikan Mas (Cyprinus carpio). Jurnal Purifikasi Vol.1 No.2. ITS. Surabaya.
Withgott Jay and Brennan Scott. 2007. Environment : The Science Behind the Stories.
San Fransisco; Pearson Benjamin Cummings.
Zangger K, Gong SHEN,Gulin OZ, James D.OTVOS, and Ian M.ARMITAGE. 2001.
Oxidative dimerization in metallothionein is a result of intermolecular
disulphide bonds between cysteins in the α-domain. J. Biochem 359: 353-360.
Zatta, P. 2008. Metallothionein in Biochemistry and Pathology. World Scientific
Publishing Company.
Download PDF