PENYERAPAN ARSEN TUMBUHAN

Presentasi berjudul: "PENYERAPAN ARSEN TUMBUHAN"— Transcript presentasi:

1 PENYERAPAN ARSEN TUMBUHAN
OLEH TUMBUHAN Disbatraksikan oleh Smno.jursntnhfpub.2014 1

2 Arsenik dapat terjadi sebagai unsur semi-logam (Aso), arsenat (AS5+), arsenit (As3+), atau arsine (As3-). Karakter kimiawi arsenik didominasi oleh fakta bahwa unsur ini bersifat labil, mudah berubah tingkat oksidasinya atau bentuk kimiawinya melalui reaksi kimia atau reaksi biologis yang terjadi dalam lingkungan bebas. Oleh karena itu , selain keseimbangan kelarutannya yang mengendalikan mobilitas arsenik, biasanya ia juga dikontrol oleh kondisi redoks, pH, aktivitas biologis, dan reaksi adsorpsi / desorpsi. Arsenik dalam air tanah (groundwater) biasanya dari sumber geogenik, meskipun pencemaran arsenik antropogenik juga terjadi. Arsenik Geogenik hampir secara eksklusif sebagai arsenit atau arsenat. Arsenik antropogenik mungkin memiliki berbagai macam bentuk termasuk spesies arsine organik. Air-tanah dalam batuan vulkanik masam hingga intermedier, atau dalam sedimen yang berasal dari batu-batuan tersebut, seringkali memiliki konsentrasi arsenik melebihi 50 mg / L (baku mutu air minum ). 2

3 Struktur molekul arsenat berbeda dengan struktur molekul arsenit. Ikatan ganda oksigen pada molekul arsenat mempengaruhi kemampuannya untuk mengalami ionisasi melalui hilangnya kation hidrogen, proses ini disebut disosiasi. Sebuah muatan negatif muncul pada molekul ketika terjadi disosiasi ini. Oksigen ikatan rangkap meningkatkan kapasitas molekul untuk delokalisasi muatan, memudahkan hilangnya kation hidrogen. Kecenderungan untuk ionisasi dinyatakan dengan nilai pKa , konstanta disosiasi (yang merupakan log negatif , semakin kecil nilai ini berarti tingkat disosiasinya lebih besar). 3

4 Robins, R.G The Aqueous Chemistry of Arsenic In Relation to Hydrometallurgical Processes, Impurtity Control and Disposal, In: Proceedingsof CIM Metallurgical Society, 15th Annual Hydrometallurgical Meeting, pp1-1 to 1-26. Welch, A.A., M.S.Lico dan J.L. Hughes Arsenic in Groundwater of the Western United States, Groundwater, Vol. 26, No.3,pp , May-June 1988. Nilai pH pada saat terjadi signifikan berbeda-beda di antara arsenate dan arsenit (Robins, 1985; dan Welch, 1988). Kontrol potensial redoks (Eh) terhadap transisi arsenat / arsenit sangat besar. Hubungan Eh / pH ini adalah kunci dalam memahami mobilitas arsenik dalam air tanah dan efektivitas sistem pengolahan arsenik dalam air limbah. 4

5 . Imobilisasi arsenik melalui proses adsorpsi ion dapat dikendalikan di dalam kondisi oksidasi normal Eh / pH. Ikatan Vander Waals sulit untuk diprediksi, kecuali untuk mobilitas arsenik pada kondisi Eh / pH ekstrim yang hanya dapat diperoleh dalam tatanan sistem industri, tetapi tidak dalam air-tanah. Komponen-komponen tanah yang berpartisipasi dalam reaksi-reaksi adsorptif adalah liat, bahan organik, oksida besi, oksida aluminium, dan oksida mangan. Pada tanah lapisan atas biasanya peranan bahan organik lebih dominan, sedangkan pada tanah lapisan bawah biasanya oxyhydroxides besi lebih dominan. 5

6 . Superimposes hubungan Eh / pH untuk sistem arsenik dan besi menggambarkan kondisi dimana arsenik mengalami imobilisasi dalam sistem akuatik. Hal yang penting adalah bagaimana arsenik dijerap oleh hidroksida ferri dalam sedimen dapat dilepaskan setelah terpapar sistem akuatik yang secara kimia bersifat reduksi. Dua efek akan bekerja, yaitu arsenat direduksi menjadi arsenit yang secara ionik tidak akan terikat pada substrat geologi, dan ferri direduksi menjadi ferro, yang larut dalam kondisi pH normal. Di luar zone imobilisasi, ternyata mobiliotas arsenik sangat beragamn. Ikatan Van der Waals bekerja pada molekul arsenit, tetapi tidak cukup untuk dapat menjamin imobilisasinya. 6

7 5]Smedley P. L. and Kinniburgh D. G
5]Smedley P. L. and Kinniburgh D. G. (2002) A review of the source, behaviour and distribution of arsenic in natural waters. Applied Geochemistry 17, . Reaksi kimia arsenik dan spesiasinya sangat penting dalam lingkungan akuatik. Arsenik adalah metalloid yang terdaftar dalam kelompok VA dalam tabel periodik. Unsur ini ada di alam dalam keadaan oksidasi +5(arsenate), +3 (arsenit), 0 (arsen) dan -3 (arsine). Dalam sistem akuatik, arsenik menunjukkan perilaku anionik. Dalam kasus air beroksigen, asam arsenik dominan hanya pada pH sangat rendah (< 2). Dalam rentang pH = , arsenik berbentuk H2AsO4- dan HAsO4=. Dalam kondisi agak reduksi dan nilai-nilai pH rendah, asam arsenious dikonversi menjadi H2AsO3- dengan meningkatnya pH. Kalau pH melebihi 12 , HAsO3= tidak muncul (Smedley dan Kinniburgh, 2002). 7

8 5]Smedley P. L. and Kinniburgh D. G
5]Smedley P. L. and Kinniburgh D. G. (2002) A review of the source, behaviour and distribution of arsenic in natural waters. Applied Geochemistry 17, [27]Scow, K., Byrne, M., Goyer, M., Nelken, L., Perwak, J., Wood, M. and Young, S., Final Draft Report to the US Environmental Protection Agency, EPA Contract , Monitoring and Data Support, Office of Water Regulations and Standards, Washington, DC, 1981. [28]Rai, D., Zachara, J., Schwabe, A., Schmidt, R., Girvin, D. and Rogers, J., Report, EA-3356 to EPRI by Pacific Northwest Laboratories, Battelle Institute, Richland, Wash, 1984. [29]Vance, D.B Arsenic - Chemical Behavior and Treatment”. October, Kehadiran sulfida dan dalam kondisi pH rendah, HAsS2 dapat terbentuk, turunan arsine dan logam arsenik juga dapat terjadi dpada kondisi reduksi yang ekstrim (Scow et al., 1981;. Rai et al., 1984.). Spesiasi arsenik terjadi pada kondisi pH dan redoks yang beragam (Smedley dan Kinniburgh, 2002). Dalam berbagai kondisi lingkungan arsenik mudah berubah bentuk dan valensinya. Kondisi-kondisi yang dapat mempengaruhi valensi arsen dan spesiasinya : pH (dalam kisaran pH 4 -10), spesies As(V) bermuatan negatif dalam air, dan dominan spesies As(III) netral muatannya; potensial redoks; kehadiran ion kompleks, seperti ion belerang, besi, dan kalsium; dan aktivitas mikroba (Vance, 2001). Reaksi adsorpsi-desorpsi juga dapat mempengaruhi mobilitas arsenik dalam lingkungan. Geomaterials seperti liat, bahan organik tanah, dan oksida –oksida besi, aluminium, dan mangan, merupakan komponen sedimen yang dapat berpartisipasi dalam reaksi adsorptif dengan arsenik (Vance, 2001). 8

9 [17] M. Kumaresan and P. Riyazuddin (2001)
. [17] M. Kumaresan and P. Riyazuddin (2001).Overview of speciation chemistry of arsenic. Current Science, Vol. 80, No. 7, 10, Arsenik tidak membentuk kompleks dengan anion sederhana seperti Cl- dan SO4= , karena ia membentuk anion dalam sistem larutan. Perilaku arsenik anionik menyerupai perilaku ligan dalam air. Anion ini selanjutnya dapat membentuk ikatan dengan nitrogen, karbon dan sulfur organik. As(III) ternyata dapat bereaksi dengan sulfur dan gugusan sulphydryl dalam molekul sistin, dithiols organik, protein, dan enzim. Anion ini belum diketahui apakah dapat bereaksi dengan gugus amina atau dengan gugusan organik yang mengandung nitrogen reduksi (Kumaresan dan Riyazuddin, 2001). 9

10 Callahan, M. et al Report, EPA-440/ a, EPA Contracts and , Office of Water Planning and Standards, US Environmental Protection Agency, Washington, DC, 1979. Ferguson, J. F. dan J.Davis A review of the arsenic cycles in natural waters. J., Water Res., 6, Bentuk As(V) ternyata dapat bereaksi dengan amina (gugusan nitrogen reduksi, tetapi tidak dapat bereaksi dengan gugusan sulphydryl. Organo-arsenicals trivalen dan pentavalent dapat dibentuk oleh karbon. Reaksi kompleksasi As(III) dan As(V) oleh bahan organik terlarut dalam lingkungan alami telah ditemukan dapat mencegah sorpsi dan ko-presipitasi dengan padatan organik dan anorganik. Dengan demikian meningkatkan mobilitas arsenik dalam sistem tanah dan sistem akuatik (Callahan, et al., 1979; Ferguson dan Davis, 1972). 10

11 Arsenic Eh–pH diagrams at 25°C and 1 bar
Environmental Earth Sciences, April 2011, Volume 62, Issue 8, pp Arsenic Eh–pH diagrams at 25°C and 1 bar Peng Lu dan Chen Zhu Dataset termodinamika untuk spesies arsenik dalam sistem As-O-H-S-Fe-Ba dapat dihimpun dan disusun dari literatur. Dengan menggunakan dataset ini, dapat disusun diagram Eh-pH untuk sistem As-O-H, As-O-H-S, As-O-H-S-Fe, As-O-H-Ba, dan As-O-H-S-Fe-Ba, pada suhu 25°C dan tekanan 1 bar. Inklusi spesies thioarsenite ke dalam sistem As-O-H-S dan As-O-H-S-Fe menghasilkan perbedaan besar diagram Eh-pH. Ada perbedaan yang cukup besar dalam sifat termodinamika untuk orpiment, realgar, scorodite, arsenopirit, barium arsenate, dan barium hidrogen arsenate, yang mengakibatkan bidang stabilitas sangat berbeda ketika diadopsi nilai yang berbeda. 11

12 P. R. Raven, A. Jain, R. H. Loeppert. 1998
. P.R. Raven, A. Jain, R.H. Loeppert Arsenite and arsenate adsorption on ferrihydrite: Kinetics, equilibrium, and adsorption envelopes Environ. Sci. Technol., 32 (1998), pp. 344–349 Spesiasi arsenik mengontrol mobilitas dan toksisitasnya dalam sistem perairan alami. Dalam kebanyakan sistrem perairan alami, spesiasi arsen didominasi oleh oksi-anion As(III) dan As(V) (Smedley dan Kinniburgh, 2002). Secara umum, adsorpsi As(V) oleh mineral oksida terjadi pada kondisi pH rendah, sedangkan adsorpsi maksimum As(III) terjadi pada pH sekitar netral dan menurun dengan peningkatan atau penurunan pH (Raven et al., 1998;. Arai et al. , 2001; Dixit dan Hering, 2003). Spesies As(III), dikenal lebih beracun daripada spesies As(V) bagi kesehatan manusia. Oleh karena itu, memahami spesiasi redoks arsen anorganik yang melibatkan spesies As(III) dan As(V) sangat penting. 12

13 . D.W. Oscarson, P.M. Huang, W.K. LiawRole of manganese in the oxidation of arsenite by freshwater lake sediments Clay Clay Miner., 29 (1981), pp. 219–225. V.Q. Chui, J.G. HeringArsenic adsorption and oxidation at manganite surface. 1. Method for simultaneous determination of adsorbed and dissolved arsenic species Environ. Sci. Technol., 34 (2000), pp. 2029–2034. Proses biotik dan abiotik dapat menyebabkan transformasi redoks spesies arsenik. Beberapa sistem enzimatik respirasi dan non-respirasi mikorbia ternyata terlibat dalam oksidasi As(III) (Oremland dan Stolz, 2003). Dalam sistem alami, jalur oksidasi abiotik yang paling penting untuk As(III) adalah dengan mineral yang mengandung Mn(III) dan Mn(IV) (Oscarson et al., 1981a; Oscarson et al., 1981b; Brannon dan Patrick, 1987 ). Penelitian eksperimental dengan menggunakan oksida mangan sintetis dan biogenik menunjukkan bahwa padatan ini secara efektif dapat mengoksidasi As(III), meskipun pada tingkat yang berbeda-beda (Chui dan Hering, 2000;. Tournassat et al., 2002;. Tani et al., 2004). Tournassat et al. (2002) menjelaskan perbedaan tingkat oksidasi As(III) ada kaitannya dengan tingkat kristalinitas dan struktur mineral mangan. 13

14 Caille, N. , F. J. Zhao dan S. P. McGrath. 2005
. Caille, N., F.J.Zhao dan S.P. McGrath Comparison of root absorption, translocation and tolerance of arsenic in the hyperaccumulator Pteris vittata and the nonhyperaccumulator Pteris tremula. New Phytol., 165(3): Beberapa spesies pakis dapat melakukan hiper-akumulasi arsenik, namun demikian mekanismenya belum sepenuhnya dapat dipahami. Caille, Zhao dan McGrath (2005) menyelidiki peranan penyerapan As oleh akar, translokasinya dalam tubuh tanaman dan toleransi di As, dengan jalan membandingkan tanaman hiperakumulator Pteris vittata dengan tanaman non-hoperaccumulator Pteris tremula. Kedua spesies ini ditanam dalam percobaan pot dengan penambahan mg / kg As sebagai arsenate, dan dalam percobaan serapan jangka pendek (8 jam) dengan 5 microM arsenat dalam kondisi yang cukup fosfor. Dalam percobaan pot ini , P. vittata mengakumulasikan hingga 2500 berat mg / kg As bobot kering kering dan tidak mengalami fitotoksisitas As. Tanaman P. tremula mengaakumulasikan < 100 mg / kg As bobot kering daunnya dan mengalami fitotoksisitas parah dengan penambahan > atau = 25 mg / kg As. Dalam percobaan serapan As jangka pendek, P. vittata memiliki tingkat penyerapan arsenat 2,2 kali lipat lebih tinggi daripada P. tremula, dan mendistribusikan As lebih banyak ke dalamnya (76%) dibandingkan dnegan P. tremula (hanya 9%). Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa peningkatan serapan As oleh akar, efisien translokasi As dari akar ke daun, dan tingginya toleransi As melalui detoksifikasi internal tanaman, semuanya berkontribusi terhadap hiperaccumulasi As oleh tanaman P. vittata (Caille, Zhao dan McGrath, 2005). 14

15 Sanal, F. , G. Seren dan U. Güner. 2014
. Sanal, F., G.Seren dan U.Güner Effects of arsenate and arsenite on germination and some physiological attributes of barley Hordeum vulgare L. Bull Environ Contam Toxicol., 92(4): Arsen (As) merupakan racun bagi tanaman dan hewan. Sanal, Seren dan Güner (2014) menguji efek arsenit dan arsenat (0-16 mg / L) terhadap perkecambahan biji, panjang akar dan panjang tunas (batang dan daun), aktivitas α-amilase, gula reduksi dan total protein terlarut, dan kandungan malondialdehide dalam bibit tanaman barley. Dalam penelitian ini juga juga diukur akumulasi As dalam batang dan akar tanaman barley. Aktivitas α-amilase, panjang akar dan tunas, dan perkecambahan biji menurun dengan meningkatnya konsentrasi arsenat dan arsenit. Kandungan gula reduksi dalam bibit barley meningkat setelah empat hari pertumbuhan pada media yang mengandung As. Secara umum, kandungan protein dalam akar dan bibit menurun dengan peningkatan dosis As. Arsenik dalam jaringan dihitung dengan metode spektrofotometri serapan atom generasi hidrida. Untuk mengkonfirmasi keakuratan metode ini, para peneliti juga menganalisis bahan referensi bersertifikat WEPAL-IPE-168. Batas deteksi adalah 1,2 μ.g / L dan standar deviasi relatifnya sebesar <2,0% (Sanal, Seren dan Güner , 2014) . 15

16 Yamaguchi, N., T.Ohkura , Y.Takahashi , Y.Maejima dan T.Arao Arsenic distribution and speciation near rice roots influenced by iron plaques and redox conditions of the soil matrix. Environ. Sci. Technol., 48(3): Peningkatan konsentrasi arsen (As) dalam tanaman padi dan larutan tanah sebagai akibat dari dari perubahan kondisi redoks tanah, ternyata dipengaruhi oleh praktek manajemen air selama budidaya padi. Perubahan kondisi redoks dari zone rizosfir hingga matriks tanah juga mempengaruhi spesiasi As dan deposisi plak-Fe. Dalam rangka untuk fokus pada lingkungan rhizosfer, Yamaguchi, et al. (2014) mengamati distribusi zone mikro dan spesiasi As di sekitar rizosfer padi dengan Metode pemetaan X-ray fluorescence dan spektroskopi serapan sinar-X. Ketika matriks tanah bersifat anaerobik selama pertumbuhan tanaman padi, plak-Fe tidak menutupi seluruh permukaan akar, dan As(III) menjadi spesies dominan arsenik dalam matriks tanah dan di zone rizosfer. Pengeringan tanah sawah sebelum panen menyebabkan kondisi tanah berubah menjadi aerobik. Oksidasi As (III) menjadi As (V) terjadi lebih cepat dalam plak-Fe dibandingkan dnegan di dalam matriks tanah. Arsenik “diikat” menjadi bercak-bercak besi yang berasal dari plak-Fe di sekitar akar. Rasio As(V) dengan As(III) menurun ke arah bagian luar-tepi bawah permukaan becak Fe dimana matriks tanah tidak sepenuhnya diaerasikan. Hasil penelitian ini memberikan bukti langsung bahwa spesiasi As di sekitar akar tanaman padi tergantung pada variasi redoks secara spasial dan temporal di dalam matriks tanah (Yamaguchi, et al., 2014) . 16

17 Hu, Y. , G. L. Duan, Y. Z. Huang , Y. X. Liu dan G. X. Sun. 2014
Hu, Y., G.L.Duan, Y.Z.Huang , Y.X.Liu dan G.X.Sun Interactive effects of different inorganic As and Se species on their uptake and translocation by rice (Oryza sativa L.) seedlings. Environ. Sci. Pollut. Res. Int., 21(5): Informasi saintifik tentang hubungan interaktif antara penyerapan dan transformasi arsen anorganik (As) dan dua spesies selenium anorganik (Se) dalam spesies padi pada kondisi hidroponik masih snagat terbatas. Efek Interaktif anorganik As (As (III)) dan (As (V)) dan Se (Se (IV) dan Se (VI)) spesies terhadap serapannya, akumulasinya, translokasinya dalam tanaman padi (Oryza sativa L.) diselidiki dalam sistem hidroponik (Hu et al., 2014). Hasil penelitian ini menunjukkan efek interaktif As anorganik dan Se terhadap serapannya oleh tanaman padi. Kehadiran Se mengurangi jumlah spesies As datam tbatang bibit padi, tidak tergantung pada spesies Se. Jika Se hadir sebagai Se (IV), maka itu disertai dengan peningkatan jumlah spesies As, tetapi jika Se hadir sebagai Se (VI), maka tidak ada perubahan jumlah spesies As dalam akar tanaman padi. Efek ini terjadi terjadi pada semua spesies As. Kalau tanaman padi yang terpapar Se (IV), kehadiran As meningkatkan jumlah spesies Se dalam akar, dan mengurangi jumlah spesies Se dalam batang padi. Efek ini menjadi lebih parah pada As (III) dibandingkan dengan As (V). Tidak ada efek terhadap Se selama paparan Se (VI). Co-eksistensi As juga meningkat SeMet dalam akar tanaman padi (Hu et al., 2014). . 17

18 Liu ,Y. L. , Y. Xu, D. Ke-Bing dan B. K. Tu. 2012
Liu ,Y.L., Y.Xu, D. Ke-Bing dan B.K.Tu Absorption and metabolism mechanisms of inorganic arsenic in plants: a review. Ying Yong Sheng Tai Xue Bao, 23(3): Pencemaran arsenik yang serius dapat mengancam kesehatan manusia dan keamanan lingkungan, hal ini menjadi isu lingkungan yang sangat menonjol untuk segera dipecahkan di seluruh dunia. Dalam lingkungan alam dan sistem tanah, arsen ada dalam bentuk yang rumit, tetapi keracunan arsenik tanaman terutama terjadi akibat paparan dari As (V) dan As (III) (Liu et al., 2012). As(V) dapat diserap oleh akar tanaman melalui saluran Pi, dan dengan cepat mereduksi As(V) menjadi As (III) oleh ensim reduktase arsenat. As (III) dapat diangkut ke dalam tanaman melalui saluran NIP, dan selanjutnya diubah menjadi arsenik-metilasi oleh sensim arsenik methyltransferase atau membentuk khelate dengan thiol GSH dan PC. Senyawa arsenik ini dapat disimpan dalam vakuola sel akar atau diangkut ke bagian tanaman di atas tanah. Sementara itu, sebagian dari arsenik yang diserap ini dapat dibuang ke media eksternal. Semua ini dapat membantu proses detoksifikasi arsenik dalam tubuh tanaman. Liu et al. (2012) juga menganalisis hasil-haisl penelitian terbaru ketahanan tanaman terhadfap As, terutama tanaman padi, dengan fokus pada mekanisme penyerapan As (V) dan As (III), serta ekskresi, As (V) reduksi, dan As (II) metilasi dan pembentukan khelat. 18

19 Michel, C.H., J.A.H.Viezcas, A. Servin , J.R.P.Videa , dan J.L.G.Torresdey Arsenic localization and speciation in the root-soil interface of the desert plant Prosopis juliflora-velutina. . Appl. Spectrosc., 66(6): Ketersediaan dan mobilitas arsen (As) dalam tanah tergantung pada beberapa faktor seperti pH, kandungan bahan organik, spesiasi As, konsentrasi oksida dan mineral liat. Tanaman memodifikasi ketersediaan As dalam zone rhizosfer; sehingga proses-proses biogeokimia As dalam tanah yang vegetasi dan tanah yang tidak bervegetasi sangat berbeda. Michel, et al. (2012) mempelajari spesiasi As dalam rizosfer tanaman mesquite (Prosopis juliflora-velutina) yang ditanam dalam media tanah lempung liat berpasir yang diperlakukan dnegan As (III) dan As (V) pada dosis 40 mg /kg. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa As (V) menjadi spesies dominan dalam tanah (rhizosfer dan non-vegetasi), sedangkan As (III) menjadi bentuk dominan dalam jaringan akar tanaman yang diperlakukan dengan dari kedua As (V) dan As (III) tanaman diobati. Hasil pengukuran dnegan metode irisan tipis μXAS dan μXRF dari tanah yang dicelup resin mengungkapkan bahwa interaksi As (III)-S ada dalam jaringan akar dan dominasi interaksi As-Fe dalam tanah. Kombinasi Metode XAS dan teknik μXAS ternyata menjadi teknik analisis yang sangat bagus untuk studi spesiasi As dalam sampel tanah dan tanaman (Michel, et al., 2012) . 19

20 Gonzaga, M. I. , L. Q. Ma, E. P. Pacheco dan W. M. dos Santos. 2012
Gonzaga, M.I., L.Q.Ma, E.P.Pacheco dan W.M.dos Santos Predicting arsenic bioavailability to hyperaccumulator Pteris vittata in arsenic-contaminated soils. Int. J. Phytoremediation, 14(10): Gonzaga et al. (2012) menggunakan ekstraksi kimia untuk mengevaluasi ketersediaan arsenik tanaman dalam tanah yang terkontaminasi As untuk memperkirakan kerangka waktu untuk pembersihan situs selama fitoremediasi. Dalam studi ini, empat metode konvensional ekstraksi kimia (air, amonium sulfat, amonium fosfat, dan Mehlich III) dan metode berbasis eksudat akar digunakan untuk mengevaluasi daya ekstraks As dan mengkorelasikannya dengan akumulasi As dalam tanaman P. vittata yang ditanam pada lima tanah yang terkontaminasi As dalam kondisi rumah kaca. Hubungan antara sifat-sifat tanah, dan ekstraks As dan akumulasi As dalam tanaman juga dianalisis. Esktraks Arsenik adalah 4,6%, 7,0%, 18%, 21%, dan 46% untuk metode ekstraksi air, amonium sulfat, asam organik, amonium fosfat, dan Mehlich III. Larutan eksudat Akar (asam organik) cocok untuk menilai ketersediaan As (81%) dalam tanah, sedangkan ekstraksi Mehlich III (31%) over-estimate jumlah As yang diserap oleh tanaman. Konsentrasi bahan organik tanah, P dan Mg berkorelasi positif dengan akumulasi As oleh tanaman , sedangkan konsentrasi Ca berkorelasi negatif (Gonzaga et al., 2012) . 20

21 Kopittke , P. M. , M. D. de Jonge, P. Wang , B. A. McKenna , E
. Kopittke , P.M., M.D.de Jonge, P.Wang , B.A.McKenna , E.Lombi , D.J.Paterson, D.L.Howard , S.A.James , K.M.Spiers , C.G.Ryan, A.A.Johnson dan N.W.Menzies Laterally resolved speciation of arsenic in roots of wheat and rice using fluorescence-XANES imaging. New Phytol., 201(4): Akumulasi arsen (As) dalam jaringan tanaman merupakan risiko kesehatan bagi manusia, tetapi masih ada banyak hal yang harus dipelajari mengenai spesiasi As dalam tanaman. Kopittke et al. (2014) mempelajari spesiasi As in-situ dalam akar tanaman gandum (Triticum aestivum) dan padi (Oryza sativa) yang terpapar dengan 2 μM As (V) atau As (III). Kalau tanaman terpapar dengan As (V), As dengan cepat direduksi menjadi As (III) dalam akar, dan As (V) yang dihitung hanya yang ada dalam rhizodermis. Namun demikian, tidak ada As (III) yang tidak membentuk kompleks dalam jaringan akar, karena tingginya efisiensi pembentukan kompleks As (III)-thiol , spesies As ini dihitung untuk menganalisis semua As dalam korteks dan stele. Pengamatan bahwa bentuk As (III) yang tidak kompleks berada di bawah batas deteksi di semua jaringan akar membuktikan bahwa pengangkutan As ke batang relatif rendah, karena bentuk As(III) bukan-kompleks merupakan spesies As yang diangkut dalam xilem dan floem. 21

22 Bergqvist, C. , R. Herbert, I. Persson dan M. Greger. 2014
Bergqvist, C., R.Herbert, I.Persson dan M.Greger Plants influence on arsenic availability and speciation in the rhizosphere, roots and shoots of three different vegetables. Environ. Pollut., 184(Oct.): Toksisitas arsen (As) di lingkungan dikendalikan oleh konsentrasi As, ketersediaannya dan spesiasi As. Bergqvist et al. (2014) melakukan penelitian untuk mengevaluasi akumulasi dan spesiasi As dalam tanaman wortel, selada dan bayam yang dibudidayakan dalam tanah dengan berbagai konsentrasi As; dan untuk memperkirakan risiko kesehatan yang terkait dengan konsumsi hasil sayuran. Konsentrasi arsenik dan spesiasi dalam jaringan tanaman dan tanah dianalisis dengan Metode HPLC, AAS dan spektroskopi XANES. Untuk memperkirakan pengaruh di rhizosfer tanaman, dilakukan analisis asam organik dalam eksudat akar dengan metode kromatografi ion. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa akumulasi As lebih tinggi pada tanaman yang ditanam pada tanah-tanah dengan ekstraks As yang tinggi. Arsenat merupakan spesies dominan dalam di tanah, rizosfer dan eksudat akar selada. Asam suksinat merupakan asam organik utama dalam eksudat akar selada. Memakan bahan sayuran ini dapat menyebabkan peningkatan asupan As anorganik. 22

23 Huang, L. X. , L. X. Yao , Z. H. He , C. M. Zhou , G. L. Li , B. M
Huang, L.X., L.X.Yao , Z.H.He , C.M.Zhou , G.L.Li , B.M.Yang dan Y.F.Li Uptake of arsenic species by turnip (Brassica rapa L.) and lettuce (Lactuca sativa L.) treated with roxarsone and its metabolites in chicken manure. Food Addit. Contam. Part A Chem. Anal. Control Expo Risk Assess., 30(9): Roxarsone adalah aditif pakan organoarsenic yang dapat dimetabolisme menjadi bentuk arsenik yang lebih beracun dalam kotoran hewan, seperti arsenate, arsenit, asam monomethylarsonic, asam dimethylarsinic, asam amino-3-4-hydroxyphenylarsonic dan spesies As yang tidak dikenal lainnya. Huang et al. (2013) mempelajari akumulasi, transportasi dan distribusi spesies As dalam tanaman lobak (Brassica rapa L.) dan selada (Lactuca sativa L.) yang diperlakukan dengan roxarsone dan metabolitnya dalam kotoran ayam. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa arsenit menjadi bentuk As yang dominan, diikuti oleh arsenat pada tanaman lobak dan selada, dan kandungan asam dimethylarsinic yang rendah terdeteksi hanya dalam akar tanaman selada. Kalau dibandingkan dengan tanaman kontrol yang diperlakukan dnegan kotoran ayam tanpa roxarsone dan metabolitnya, ternyata perlakuan yang mengandung roxarsone dan metabolitnya dapat meningkatkan kandungan arsenit sebesar 2,0-3,2% pada tunas lobak, sebesar 6,6-6,7% pada tunas selada, sebesar 11-44% pada umbi lobak dan sebesar 18-20% pada akar selada pada dua fase pertumbuhan tanaman. Peningkatan kandungan arsenat dalam tunas lobak, umbi lobak dan akar selada sebesar 4,3-14%, 20-35% dan 70%, sedangkan kandungan asam dimethylarsinic dalam akar tanaman selada meningkat 2,4 kali. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa asam dimethylarsinic dalam akar selada dapat dikonversi dari spesies As anorganik , dan penyerapan spesies As organik dan As anorganik oleh tanaman lobak dan selada ditingkatkan oleh adanya roxarsone dan metabolitnya dalam kotoran ayam (Huang et al., 2013) . 23

24 Drličková, G. , M. Vaculík , P. Matejkovič dan A. Lux. 2013
Drličková, G., M.Vaculík , P.Matejkovič dan A.Lux Bioavailability and toxicity of arsenic in maize (Zea mays L.) grown in contaminated soils. Bull. Environ. Contam. Toxicol., 91(2): Drličková et al. (2013) membandingkan pertumbuhan jagung (Zea mays L.), hybrida Valentina, dalam dua jenis substrat tanah yang terkontaminasi As (Ochre dan Heap) dengan konsentrasi berbeda , yang berasal dari daerah pertambangan tua di Slovakia. Meskipun konsentrasi total As dalam tanah dari Heap 2,6 kali lebih rendah daripada tanah dari Ochre (90 dan 237 mg / kg), tanaman yang ditanam pada tanah Heap mengakumulasikan lebih banyak As dalam jaringan tubuhnya (dalam tunas dan akarnya ternyata konsentrasi As menjadi 4 dan 5,5 kali lebih tinggi) ; dan tanaman jagung nyata lebih kecil dan menghasilkan biomassa lebih sedikit , berbunga lebih lambat dibandingkan dengan tanaman yang ditanam pada tanah dari Ochre. 24

25 Larios, R. , R. Fernández-Martínez, I. Lehecho dan I. Rucandio. 2012
Larios, R., R.Fernández-Martínez, I.Lehecho dan I.Rucandio A methodological approach to evaluate arsenic speciation and bioaccumulation in different plant species from two highly polluted mining areas. Sci .Total Environ., 414(Dec.): Larios et al. (2012) meneliti akumulasi arsenik dan spesiasi As dalam tanaman yang ditanam pada dua lokasi tercemar, selain itu juga dianalisis transfer arsenik dari tanah ke tanaman. Daerah yang diteliti adalah dua lokasi bekas tambang merkuri yang telah ditinggalkan di utara Spanyol, La Soterraña dan Los Rueldos. Tanaman mengakumulasikan sejumlah besar arsenik dalam jaringan tubuhnya. Tingkat akumulasi As ini tergantung pada tingkat pencemaran situs dan pada spesies tanaman. Konsentrasi arsenik bervariasi tergantung pada bagian tanaman, ternyata akar mengumpulkan paling banyak arsenik dalam semua tanaman yang diteliti (sampai 1400 mg /kg). Metode ekstraksi yang cocok untuk spesiasi arsenik dalam sampel yang diteliti adalah menggunakan 0.3M asam ortofosfat sebagai agen ekstraksi dalam sistem ekstraksi grafit blok pada 90 oC selama 1 jam. Efisiensi ekstraksi ternyata lebih dari 80% dan spesiasi tidak berubah, karena recovery spesies arsenik (As (III), As (V), DMA (asam dimethylarsonic) dan MMA (asam monomethylarsonic)) sebesar %. Studi spesiasi yang dilakukan pada bagian-bagian tanaman dengan metode HPLC-ICP-MS menunjukkan tidak ada perbedaan yang signifikan dalam hal spesiasi As di antara bagian-bagian tubuh tanaman. Spesies As (V) selalu dominan, meskipun ditemukan sejumlah As (III) yang cukup besar dalam semua sampel. Sejumlah kecil MMA dan DMA ditemukan pada sampel tertentu. Serapan Arsenik oleh tanaman tergantung pada fraksi arsenik tersedia dalam tanah, dalam penelitian ini adalah As ekstraks air dan As ekstrak fosfat. Tanah-tanah dari La Soterraña kurang tercemar, tetapi ketersediaannya As jauh lebih tinggi daripada tanah-tanah dari Los Rueldos. Faktor transfer As tanah-ke-tanaman, berdasarkan As-total dan As-tersedia dalam tanah, dievaluasi untuk tanaman uji. Jenis tanaman Dryopteris filix dan Calluna vulgaris (L.) Hull, dari La Soterraña dan Los Rueldos, adalah jenis-jenis tanaman yang berkemampuan tertinggi untuk mengekstrak arsenik dari tanah tempat tumbuhnya. 25

26 Hatayama, M. , T. Sato , K. Shinoda dan C. Inoue. 2011
Hatayama, M., T.Sato , K.Shinoda dan C.Inoue Effects of cultivation conditions on the uptake of arsenite and arsenic chemical species accumulated by Pteris vittata in hydroponics. J. Biosci. Bioeng., 111(3): Respon fisiologis tanaman hiperakumulator arsenik, Pteris vittata, seperti serapan arsenik dan transformasi kimiawinya dalam pakis ternyata sangat penting. Namun demikian, beberapa pertanyaan dalam maitannya dengan perlakuan arsenik dalam sistem hidroponik masih harus dikaji terus. Kondisi inkubasi seperti aerasi, konsentrasi arsenik, dan masa inkubasi dapat mempengaruhi respon-respon tanaman P. vittata dalam sistem hidroponik. Serapan arsenit relatif rendah dalam kondisi anaerob, aamun, dalam percobaan serapan arsenit, serapan fosfor (Pserapan tergantung tingkat “kelaparan” arsenat pada kondisi aerobik. Analisis temporer oksidasi arsenit menunjukkan bahwa arsenit secara bertahap teroksidasi menjadi arsenat selama inkubasi (Hatayama et al., 2011). Oksidasi arsenit tidak terjadi dalam salah satu kondisi kontrol, seperti perlakuan yang terpapar larutan hara saya atau media kultur saja, atau dengan menggunakan akar kering; oksidasi arsenit hanya terjadi kalau digunakan akar hidup. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa aerasi yang cukup memungkinkan sistem rizosfer untuk mengoksidasi arsenit dan memungkinkan tanaman pakis untuk secara sama efisiennya menyerap arsenit dan arsenat. Metode analisis serapan sinar-X (XANES) menunjukkan bahwa durasi paparan As yang panjang dengan menggunakan sistem hidroponik menyebabkan akumulasi arsenat sebagai spesies dominan di ujung akar, tetapi tidak pada kesleuruhan akar yang utuh, hal ini karena adanya regulasi serapan arsenat serapan akibat kekurangan P tanaman pakis. Hasil analisis ini menunjukkan bahwa proses penyerapan beralih dari sistem transportasi afinitas tinggi menjadi sistem afinitas rendah pada konsentrasi arsenate yang tinggi, hal ini menjelaskan adanya peningkatan kelimpahan arsenat di seluruh akar (Hatayama et al., 2011). 26

27 Huang, Y. , M. Hatayama dan C. Inoue. 2011
Huang, Y. , M.Hatayama dan C. Inoue Characterization of As efflux from the roots of As hyperaccumulator Pteris vittata L. Planta., 234(6): Pada beberapa spesies tanaman, berbagai spesies arsen (As) telah dilaporkan diekskresikan dari akar. Namun demikian, rincian dari ekskresi As oleh tanaman pakis hiperakumulator (Pteris vittata) belum diketahui. Huang, Hatayama dan Inoue (2011) menyelidiki ekskresi As oleh akar tanaman yang diperlakukan dnegan berbagai dosis fosfor (P) selama atau setelah penyerapan arsenat 24 jam pada kondisi pertumbuhan hidroponik. Selama percobaan serapan arsenate 8 jam, tanaman P. vittata yang diberi fosfat menunjukkan ekskresi arsenit jauh lebih besar daripada serapan arsenat nya, kalau dibandingkan dengan tanaman yang kekurangan P. Hal ini menunjukkan bahwa ekskresi arsenit tidak sebanding dengan serapan arsenat . Dalam percobaan ekskresi As setelah 24 jam serapan arsenate, ternyata ekskresi arsenat juga diamati dengan ekskresi arsenit dalam larutan eksternal. Semua hasil penelitian ini menunjukkan tingkat yang relatif rendah ekskresi arsenate, sekitar 5,4-16,1% dari As yang diserap sebelumnya. Hal ini menunjukkan bahwa tingkat rendah ekskresi arsenat ke dalam larutan eksternal juga merupakan karakteristik dari tanaman P. vittata. Seetelah 24 jam serapan arsenate, tanaman yang diberi P dan tanpa P ternyata mengekskresikan sejumlah arsenit yang hampir sama ke dalam daun dan ke larutan eksternal. Hal ini menunjukkan bahwa proses-proses yang serupa terjadi pada pengangkutan ke dalam xilem dan ekskresi arsenit, dengan urutan konsentrasi arsenit adalah larutan « akar « daun. 27

28 Wang ,J. , F. J. Zhao , A. A. Meharg, A. Raab , J. Feldmann dan S. P
Wang ,J., F.J.Zhao , A.A.Meharg, A.Raab , J.Feldmann dan S.P. McGrath Mechanisms of arsenic hyperaccumulation in Pteris vittata. Uptake kinetics, interactions with phosphate, and arsenic speciation. Plant Physiol., 130(3): Mekanisme hiper-akumulasi arsen (As) pada tanaman pakis Pteris vittata, yang pertama kali diidentifikasi sebagai tanaman hiperakumulator ternyata masih menyimpan banayak misteri. Wang et al. (2002) meneliti interaksi arsenat dan fosfat dalam kaitannya dnegan penyerapan dan distribusi As dan fosfor (P), dan spesiasi As pada tanaman pakis P. vittata. Dalam sebuah percobaan hidroponik selama 18 hari dengan berbagai konsentrasi arsenate dan fosfat, ternyata tanaman P. vittata mengakumulasi kan As dalam daunnya hingga mg As/kg berat keringnya, dan rasio konsentrasi As daun dengan akar sebesar 1,3 - 6,7 . Peningkatan suplai fosfat menurunkan serapan As secara tajam, dengan efek yang lebih besar pada konsentrasi As dalam akar dibandingkan dengan dalam daunnya. Peningkatan pasokan arsenat menurunkan konsentrasi P dalam akar, tetapi tidak berpengaruh pada konsnetrasi As dalam daun. Kehadiran fosfat dalam media larutan menurunkan penyerapan arsenate, sedangkan kekurangan P selama 8 hari meningkatkan serapam arsenate sebesar 2,5 kali lipat. Tingkat penyerapan arsenit adalah 10% dari arsenat dalam ketiadaan fosfat. Kondisi kekurangan P dan kehadiran P semuanya mempengaruhi serapan arsenit. Dalam periode 8 jam, 50% hingga 78% dari As didistribusikan ke dalam daun, dengan efisiensi yang lebih tinggi pada translokasi arsenit daripada arsenat. Pada daun, 49% - 94% dari As dapat diekstrak dengan buffer fosfat (pH 5,6). Analisis spesiasi menggunakan Metode kromatografi menunjukkan bahwa > 85% dari As yang diekstrak ternyata berbentuk arsenit, dan sisanya berupa arsenat. Arsenat yang diserap oleh tanaman P. vittata melalui transporter fosfat, direduksi menjadi arsenit, dan disimpan dalam daun terutama sebagai spesies As (III). 28

29 . 29