metabolisme mikroorganisme, global warming, biota tanah, biologi tanah, pengaruh lingkungan terhadap biologi tanah, bioteknologi tanah

PERTUMBUHAN DAN METABOLISME MIKROORGANISME PADA ERA GLOBAL WARMING

A.  Pengertian Tumbuh dan Berkembang

Tumbuh dalam pengertian umum diartikan sebagai bertambahnya ukuran, sedangkan berkembang  diartikan sebagai bertambahnya kuantitas. Oleh karena itu pertumbuhan dapat  ditunjukkan dengan adanya pertambahan  panjang, luas, volume, berat maupun kandungan  tertentu, sedangkan berkembang ditunjukan  dengan bertambahnya jumlah individu  dan  terbentuknya alat reproduksi. Dengan demikian dari segi ukuran, maka tumbuh merupakan proses  dari pendek menjadi panjang, dari sempit menjadi luas, dari kosong menjadi berisi, dari  ringan menjadi berat, sedangkan berkembang adalah dari sedikit menjadi banyak. Kuantitas atau ukuran pertumbuhan mikroorganisme dapat diukur dari segi pertambahan dimensi satu, misalnya : panjang, diameter, jari-jari, dan jumlah sel ; segi pertambahan dimensi dua, misalnya : luas, dan segi pertambahan dimensi tiga, misalnya : volume, berat segar, berat kering. Selain tiga segi tersebut, pertumbuhan  juga dapat diukur dari segi  komponen seluler, misalnya : RNA, DNA, dan protein dan segi  kegiatan metabolisme secara langsung, misalnya : kebutuhan oksigen, karbon dioksida, hasilan gas-gas tertentu dan lain-lain.

Pertumbuhan mikroorganisme dapat ditinjau dari dua sudut, yaitu : pertumbuhan individu dan pertumbuhan koloni atau pertumbuhan populasi.  Pertumbuhan individu diartikan sebagai bertambahnya  ukuran tubuh, sedangkan pertumbuhan populasi diartikan sebagai bertambahnya kuantitas  individu  dalam suatu populasi atau bertambahnya ukuran koloni. Namun demikian pertumbuhan mikroorganisme unisel (bersel tunggal) sulit diukur dari segi pertambahan panjang,

luas, volume, maupun berat, karena pertambahannya sangat sedikit dan berlangsung sangat cepat

(lebih cepat dari satuan waktu mengukurnya),  sehingga untuk mikroorganisme yang demikian satuan pertumbuhan sama dengan satuan perkembangan. Pertumbuhan fungi multisel (jamur benang) dan mikroorganisme multisel lainnya dapat ditunjukan dengan cara mengukur panjang garis tengah (diameter) biakan,  luas  biakan,  dan berat kering biakan. Pertumbuhan bakteri dan mikroorganisme  unisel lainnya dapat ditunjukan dengan cara menghitung jumlah sel setiap koloninya maupun mengukur kandungan senyawa tertentu yang dihasilkan.

Waktu yang dibutuhkan dari mulai tumbuh sampai berkembang dan menghasilkan  individu baru disebut waktu generasi. Contoh : waktu generasi bakteri E. Coli sekitar 17 menit, artinya dalam 17 menit satu  E. Coli menjadi dua  atau  lebih  E. Coli. Untuk mikroorganisme yang membelah, misalnya bakteri, maka waktu generasi diartikan sebagai    selang  waktu  yang dibutuhkan untuk membelah diri menjadi dua kali  lipat. Beberapa faktor yang mempengaruhi waktu generasi yaitu : 

Tahapan pertumbuhan mikroorganisme, misalnya seperti tersebut di atas yang menyatakan bahwa satu sel bakteri menjadi 2 sel bakteri memerlukan rentang waktu yang berbeda ketika 128 sel bakteri menjadi 256 sel ; 

Takson mikroorganisme (jenis, spesies, dll), misalnya bakteri Escherichia coli dalam saluran

pencernakan manusia maupun binatang umumnya mempunyai waktu generasi 15 - 20 menit sedangkan bakteri lain (misalnya Salmonella typhi) mempunyai waktu generasi berjam-jam. B. Kurve Pertumbuhan Mikroorganisme

Tahapan pertumbuhan mikroorganisme dapat digambarkan dalam bentuk kurve pertumbuhan. Kurve pertumbuhan mikroorganisme merupakan  gambaran pertumbuhan secara  bertahap  yang

diukur dari kuantitas (N) sel dalam waktu  (t)  tertentu.

 2 Pertumbuhan mikroorganisme dimulai dari awal pertumbuhan sampai dengan berakhirnya aktivitas merupakan proses bertahap yang dapat digambarkan sebagai kurve pertumbuhan. Kurve

pertumbuhan umumnya  terdiri atas 7  fase pertumbuhan, tetapi yang utama hanya 4 fase yaitu :

lag, eksponensial, stasioner,  dan  kematian. Kurve pertumbuhan yang lengkap merupakan gambaran pertumbuhan secara bertahap (fase)  sejak awal pertumbuhan sampai dengan terhenti

mengadakan kegiatan. Kurve pertumbuhan biasanya terbagi dalam 5 fase pertumbuhan, tetapi

lebih terinci dalam 7 fase yakni sebagai berikut :

1.  Fase lag disebut juga fase persiapan, fase permulaan,  fase  adaptasi atau fase penyesuaian yang merupakan fase pengaturan suatu aktivitas dalam lingkungan baru. Oleh karena itu selama fase ini pertambahan  massa  atau  pertambahan jumlah sel belum begitu terjadi, sehingga kurve fase ini umumnya  mendatar.  Selang waktu fase lag tergantung kepada kesesuaian pengaturan aktivitas dan lingkungannya. Semakin sesuai maka selang waktu yang dibutuhkan semakin cepat.  

2.  Fase akselerasi merupakan fase setelah adaptasi, sehingga sudah mulai aktivitas perubahan bentuk maupun pertambahan jumlah dengan kecepatan yang masih rendah

3.  Fase eksponensial atau logaritmik merupakan fase  peningkatan aktivitas perubahan bentuk maupun  pertambahan  jumlah mencapai kecepatan maksimum sehingga kurvenya dalam

bentuk eksponensial. Peningkatan aktivitas ini  harus diimbangi oleh banyak faktor, antara lain : faktor biologis, misalnya : bentuk dan sifat mikroorganisme terhadap lingkungan yang ada, asosiasi kehidupan diantara organisme  yang  bersangkutan  dan  faktor non-biologis, misalnya  :  kandungan hara di dalam medium kultur, suhu, kadar oksigen, cahaya, bahan kimia dan lain-lain. Jika faktor-faktor di atas optimal, maka peningkatan kurve akan tampak tajam atau semakin membentuk sudut tumpul terhadap garis horizontal (waktu)

 3 4.  Fase retardasi atau pengurangan merupakan fase dimana penambahan aktivitas sudah mulai

berkurang atau menurun yang diakibatkan karena beberapa faktor, misalnya : berkurangnya sumber hara, terbentuknya senyawa penghambat, dan lain sebagainya.

5.  Fase stasioner merupakan fase terjadinya keseimbangan  penambahan  aktivitas  dan enurunan  aktivitas  atau dalam pertumbuhan koloni terjadi keseimbangan antara yang mati dengan penambahan individu. Oleh karena itu fase ini membentuk kurve datar. Fase ini juga diakibatkan karena sumber hara yang semakin berkurang, terbentuknya senyawa penghambat, dan faktor lingkungan yang mulai tidak menguntungkan.

6.  Fase kematian merupakan  fase mulai terhentinya aktivitas atau dalam pertumbuhan koloni terjadi kematian yang mulai melebihi bertambahnya individu.

7.  Fase kematian  logaritmik merupakan fase peningkatan kematian yang semakin meningkat sehingga kurve menunjukan garis menurun Pada kenyataannya bahwa gambaran kurve pertumbuhan mikroorganisme tidak linear seperti yang dijelaskan di atas jika faktor-faktor lingkungan yang menyertainya tidak  memenuhi persyaratan. Beberapa penyimpangan yang  sering terjadi, misalnya : fase lag yang terlalu lama karena  faktor lingkungan kurang mendukung, tanpa fase lag karena pemindahan ke lingkungan yang identik, fase eksponensial berulang-ulang  karena medium kultur kontinyu,  dan  lain sebagainya.

Pertumbuhan mikroorganisme dipengaruhi oleh  banyak  faktor, baik faktor biotik maupun faktor abiotik. Faktor biotik ada yang dari dalam dan ada faktor biotik dari lingkungan. Faktor biotik dari dalam menyangkut : bentuk mikroorganisme, sifat mikroorganisme terutama di dalam kehidupannya apakah mempunyai respon yang  tinggi  atau rendah terhadap perubahan lingkungan, kemampuan menyesuaikan diri (adaptasi). Faktor lingkungan biotik berhubungan dengan keberadaan organisme lain didalam lingkungan hidup mikroorganisme  yang bersangkutan. Faktor abiotik meliputi susunan  dan jumlah senyawa yang dibutuhkan di dalam medium kultur, lingkungan fisik (suhu, kelembaban, cahaya), keberadaan senyawa-senyawa lain

yang dapat bersifat toksik, penghambat, atau pemacu, baik yang berasal dari lingkungaan maupun yang dihasilkan sendiri. 

C.  Pengukuran Pertumbuhan

            Telah dikemukakan sebelumnya bahwa pertumbuhan dapat diukur menggunakan   segi  dan dengan sendirinya akan tersedia banyak  metode laboratorium untuk mengukurnya. Untuk membuat kurve pertumbuhan mikroorganisme  maupun untuk kepentingan lain  diperlukan perhitungan jumlah sel. Cara perhitungan yang paling umum menggunakan cara pengenceran. Cara pengenceran pada  prinsipnya  menyiapkan beberapa buah tabung yang berisi seri

pengenceran,  kemudian masing-masing tabung dihitung jumlah selnya.Ada beberapa cara yang dapat dilakukan, misalnya : 

D. Nutrisi

Semua mikroorganisme memerlukan ‘bahan makanan’ untuk kehidupannya. Bahan makanan tersebut dapat berupa bahan organik maupun bahan anorganik yang diambil dari lingkungannya. Bahan-bahan ini kita sebut nutrien, dan proses pengambilan atau penyerapan (absorbsi) nutrien kita sebut nutrisi.

Nutrien yang telah diserap ke dalam sel mikroorganisme digunakan oleh sel melalui proses yang  disebut  metabolisme.  Ada  dua macam proses metabolisme, yaitu katabolisme atau dissimilasi atau bioenergi, dan anabolisme atau assimilasi atau biosintesis.  Nutrien  yang diperlukan oleh mikroorganisme secara keseluruhan mengandung : sumber karbon (karbohidrat), sumber nitrogen (protein, amoniak), ion-ion anorganik tertentu (Fe, K), metabolit penting (vitamin, asam amino), dan air.

Pada proses katabolisme, nutrien berfungsi sebagai  sumber energi atau penerima elektron. Sumber energi pada mikroorganisme misalnya  bahan organik yang diuraikan menjadi  bahan-bahan yang lebih sederhana. Energi yang dihasilkan berupa energi kimia yang diperlukan untuk aktivitas sel, misalnya untuk pergerakan, pembentukan spora, biosintesis, dan  lain-lain. Nutrien selain sebagai sumber energi juga berfungsi sebagai penerima elektron, misalnya oksigen  dan KNO3. Pada biosintesis, nutrien berfungsi sebagai bahan baku sintesis macam-macam komponen maupun senyawa sel.

Metabolisme merupakan istilah yang mencakup semua proses kimia yang terjadi di dalam sel organisme untuk menghasilkan maupun menggunakan energi untuk sintesis komponen sel, analisis komponen sel dan kegiatan seluler lainnya. Disimilasi atau  katabolisme merupakan kegiatan metabolisme sel yang membebaskan energi melalui perobakan nutrien. Asimilasi  atau anabolisme merupakan kegiatan metabolisme sel  yang menggunakan  energi untuk sintesis dan fungsi sel lainnya. Eksoensim yang diekresikan mikroorganisme untuk merombak nutrien di luar sel, merupakan produk metabolisme. Jika nutrien  telah berubah menjadi nutrien sederhana yang diperlukan dan masuk ke dalam sel maka endoensim mengubahnya kembali menjadi ramuan kompleks protoplasma yang mengandung energi. Metabolisme  terdiri  dari  dua proses yang berlawanan, yaitu katabolisme dan anabolisme, tetapi  keduanya  berlangsung serempak. Anabolisme merupakan proses sintesis dan penggunaan energi sedangkan katabolisme proses oksidasi substrat yang diikuti perolehan energi.

Bila  sel merombak ikatan-ikatan kimia tertentu selama katabolisme, energi yang dilepaskan menjadi tersedia untuk melangsungkan kerja biologis yang membutuhkan energi. Selama masa hidup mikroorganisme, kerja biologis ini bersifat  ekstensif dan beragam. Mikroorganisme heterotrofik nonfotosintetik (kemosintetik)  memperoleh energi dari oksidasi senyawa-senyawa anorganik. Mikroorganisme fotosintetik memperoleh energi dari cahaya.  Ensim 

Semua proses biologis, misalnya : nutrisi, bioenergi dan biosintesis  selalu  memerlukan biokatalisator yang disebut ensim. Banyak percobaan yang dilakukan oleh mikrobiolog dan kini kita mengetahui bahwa perubahan air buah anggur (gula) menjadi alkohol bukan hanya sekedar pemecahan  molekul  gula menjadi alkohol tetapi  merupakan serangkaian reaksi terpisah yang berurutan yang masing-masing diarahkan oleh molekul khusus di dalam sel. Reaksi yang terjadi di dalam sel hanya mungkin berlangsung dengan pertolongan ensim yang dihasilkan oleh sel. Seperti halnya katalisator-anorganik, ensim dapat mempercepat reaksi kimia dan ensim sendiri tidak mengalami perubahan atau jumlah ensim sebelum dan sesudah reaksi akan tetap. Ensim seperti halnya kunci pintu yang dapat membuka daun pintu dari kusennya dan sebaliknya dapat merapatkan daun pintu dengan kusennya. Di dalam mikroorganisme, ensim melakukan pengendalian genetis, sintesis senyawa, analisis senyawa dan lain-lain yang berperan dalam pertumbuhan, diferensiasi, maupun perkembangan mikroorganisme. Jumlah  ensim  di dalam sel sangat sedikit tetapi mempunyai daya yang sangat besar untuk melakukan perubahan biokimia. Di dalam reaksi ensimatik (reaksi yang membutuhkan  ensim) akan terjadi ikatan sementara antara ensim dengan substratnya, kemudian ikatan ini akan pecah kembali menjadi hasil reaksi dan ensim. Ensim yang terlepas kemudian bergabung lagi dengan substrat lain sehingga terjadi reaksi  yang  berulang-ulang sampai semua molekul substrat yang tersedia habis menjadi produk, sehingga ensim mempunyai mekanisme kerja  efisiensi  katalitik yang tinggi. Ilustrasi reaksi dapat digambarkan sebagai berikut :

E + S          ↔   ES       ↔    E + P  

  

Keterangan : E = ensim ; S = substrat ; ES = ikatan ensim-substrat ; P = hasil reaksi Selain mempunyai efisiensi katalitik yang tinggi, ensim juga mempunyai spesifikasi substrat yang tinggi. Artinya, sel hanya menghasilkan satu ensim  untuk  setiap  senyawa  dalam  proses metabolisme, tetapi perubahan suatu senyawa menjadi senyawa yang lain biasanya tidak dilakukan oleh satu ensim tunggal tetapi oleh sekelompok ensim yang disebut sistem ensim yang

bekerja secara berurutan, masing-masing menyebabkan terjadinya suatu reaksi kimia  yang menghasilkan perubahan spesifik pada produk  yang dibentuk oleh reaksi ensimatis yang mendahuluinya. Reaksi terakhir dalam sistem ini menghasilkan produk akhir. Untuk menamakan ensim tunggal digunakan akhiran  –ase, misalnya : suksinat dehidrogenase, ensim ini bekerja pada substrat suksinat dalam proses reaksi  dehidrogenasi (mengambilan hidrogen), ensim hidrolase bekerja untuk menambah molekul air (hidrolisis) untuk memecahkan ikatan kimia substrat. Untuk penamaan suatu kompleks  ensim  yang  terdiri  dari banyak ensim berdasarkan  reaksi-reaksi yang dikatalisis digunakan kata sistem, misalnya sistem

suksinat oksidase, yang mengkatalisis oksidasi asam suksinat oleh oksigen  dalam  beberapa

langkah reaksi oleh beberapa ensim tunggal. Klasifikasi ensim hanya diperuntukan ensim tunggal dan bukan untuk sistem ensim. Ensim diklasifikasi dalam berbagai kategori  sesuai  dengan reaksi yang dikatalisisnya. Menurut komisi ensim persatuan biokimia internasional (Commission of Enzymes  of  the International Union of Biochemistry), ensim  dibedakan menjadi enam kelompok, yaitu : oksidoreduktase, transferase, hidrolase, liase, isomerase, dan ligase1 

1.  Oksidoreduktase : mengkatalisis reaksi pemindahan elektron atau atom  hidrogen  (transfer elektron). Ensim oksidoreduktase melaksanakan reaksi dan menghasilkan energi. Ada ± 200 jenis oksidoreduktase, penghasilan energi sering dilakukan oleh ensim dehidrogense dengan membuang hidrogen juga membuang  elektron  sehingga dilepaskan energi yang kemudian dapat ditangkap sel dan disimpan dalam bentuk energi kimia. 

2.  Transferase  : mengkatalisis reaksi pemindahan gugusan kimia fungsional (fosfat, amino, metil,) dari suatu substrat ke substrat lain. Reaksi pemindahan ini tidak menghasilkan energi, tetapi mengubah substrat menjadi senyawa yang dapat dioksidasi atau menjadi senyawa yang dapat digunakan untuk sintesis material sel. Nama  kinase digunakan khusus untuk pemindahan fosfat dari ATP.

3.  Hidrolase  : mengkatalisis reaksi hidrolisis atau penambahan molekul air untuk memecahkan

ikatan kimia substrat. Disebut hidrolase karena ensim ini menghidrolisis molekul-molekul besar menjadi komponen-komponen kecil yang dapat digunakan. Misalnya : amilum, selulose menjadi glukose, protein menjadi asam amino, lemak menjadi gliserol. Pada mikroorganisme ensim-ensim  ini diekskresikan ke luar tubuh (lingkungan) sehingga senyawa-senyawa besar di luar tubuh dipecah dulu oleh ensim menjadi molekul yang lebih kecil atau larut dan dapat memasuki  sel  sebagai  nutrien.  Oleh karena itu ensim hidrolase disebut  eksoensim. Yang termasuk hidrolase yaitu : selulase (menghidrolisis selulose  menjadi  glukose),  amilase (menghidrolisis amilum menjadi maltosa), protease (menghidrolisis protein  menjadi  asam amino), lipase (menghidrolisis lemak menjadi gliserol dan  asam  lemak),  dan  nuklease (menghidrolisis RNA dan DNA menjadi molekul yang lebih kecil). Dengan demikian eksoensim ini bertanggung jawab terhadap kemampuan mikroorganisme untuk mengabsorbsi nutrien dari bahan yang ukurannya molekulnya besar. Beberapa eksoensim merupakan racun dan menyebabkan mikroorganisme bersifat penyebab penyakit dengan mengkatalisis reaksi-reaksi yang merusak komponen sel organisme lain.

4.  Liase : mengkatalisis reaksi penambahan gugusan ikatan ganda pada molekul dan membuang

gugusan non-hidrolitik dengan meninggalkan ikatan ganda. Hal ini umumnya menyangkut

pembuangan air (malat → fumarat + H2O), amoniak (serin → piruvat + NH3 + H2O), dan

gugus karboksil (lisin → verin + CO2.

5.  Isomerase  :  mengkatalisis  reaksi isomerasi atau pengubahan suatu senyawa menjadi isomernya (senyawa yang memiliki atom-atom yang sama  tetapi  berbeda  struktur molekulnya, misal : manosa → fruktosa ; L_glutamat →D_glutamat).

6.  Ligase  :  mengkatalisis reaksi penggabungan dua  molekul menjadi satu molekul atau pembentukan ikatan disertai pemecahan atau penambahan ATP (adenin triphosphat) Sejumlah ensim, terutama yang membuang sebagian molekul substrat seperti dehidrogenase, liase, dan transferase, memerlukan molekul kedua untuk menampung molekul yang dibuang dan membawanya  ke penerima lainnya. Molekul pembawa molekul buangan ini disebut  koensim.

Ensim biasanya berupa molekul protein tetapi koensim bukan protein meskipun sebagian besar

berupa senyawa organik molekul kecil.  Aktivitas ensim dipengaruhi oleh banyak faktor, antara lain : konsentrasi ensim, kandungan substrat,  keasaman  (pH), dan suhu. Hubungan aktivitas ensim dengan konsentrasinya menunjukkan hubungan linier bahwa semakin tinggi konsentrasi ensim maka aktivitas ensim juga semakin cepat. Hubungannya dengan kandungan  subtrat  menunjukan bahwa mula-mula aktivitasnya naik dengan cepat, kemudian tidak berpengaruh terhadap pertambahan substrat. Hal ini disebabkan karena konsentrasi ensim yang terbatas  akan menyebabkan jumlah subtrat yang dikatalisis juga terbatas sehingga pada batas ini, penambahan substrat tidak berpengaruh terhadap aktivitasnya.  

Hubungannya  dengan keasaman menunjukan bahwa  semakin jauh dari kondisi kisaran pH normal aktivitasnya semakin menurun, hal ini disebabkan karena ensim akan aktif dalam keadaan ionisasi yang tepat. Kondisi ionisasi yang tepat  untuk ensim yang berbeda juga berbeda tetapi pada umumnya berkisar pada daerah netral (6 –  8). Hubungannya dengan suhu menunjukkan bahwa naiknya suhu akan meningkatkan aktivitas  tetapi pada kenaikan suhu  tertentu  akan menurunkan aktivitas yang akhirnya menghentikan aktivitas. Ada  tiga  pengaruh  suhu  terhadap aktivitas ensim, yairu suhu minimum, suhu optimum, dan suhu  maksimum.  Suhu  minimum menunjukkan suhu dimana ensim mulai melakukan  aktivitas dengan kecepatan minimum pada suhu  rendah. Suhu optimum menunjukkan suhu dimana ensim melakukan aktivitas maksimum. Suhu maksimum menunjukkan suhu dimana ensim melakukan  aktivitas  minimum  sebelum mengakhiri aktivitas karena terjadi kerusakan. Suhu di atas suhu maksimum akan mengakibatkan kerusakan permanen ensim karena terjadi koogulasi asam amino. Suhu maksimum untuk aktivitas ensim juga bervariasi tergantung jenis protein dalam ensim, tetapi pada umumnya di atas 400dan di bawah 700

OKSIDASI-REDUKSI

Sel mikroorganisme memperoleh energi dari nutrien melalui  serangkaian  reaksi  kimia. Oksidasi diartikan sebagai kehilangan elektron, sedangkan reduksi berarti memperoleh satu atau lebih elektron. Setiap oksidasi selalu ada  reduksi  yang menyertai, karena elektron tidak dapat berdiri sendiri., oleh karena itu setiap pemindahan elektron dari satu molekul ke molekul lainnya maka ada molekul yang dioksidasi dan ada molekul yang direduksi. Kebanyakan oksidasi mikrobiologi dikatalis oleh ensim  dehidrogenase. Dehidrogenase mengalihkan elektron yang terlepas  ke  penerima elektron koensim berikutnya, misalnya NAD

(nikotinamida adenin dinukleotida) atau NADP sehingga terbentuk NADH atau  NADPH. Bagaimana sel dapat mengubah energi dalam elektron-elektron tersebut dijelaskan menggunakan model kemiosmotik pada membran sel.

Untuk membunuh mikroorganisme menggunakan pemanasan umumnya lebih mudah pada kondisi asam atau alkalis dibanding kondisi netral (pH = 7). Adanya partikel atau benda padat dan senyawa tertentu dalam medium biasanya  akan menaikan katehanan mikroorganisme terhadap pemanasan. Hal ini disebabkan karena  terjadi mekanisme terhalangnya suhu mencapai sasaran  lebih cepat. Suhu rendah juga dapat mengakibatkan kematian mikroorganisme jika suhu

turun dengan tiba-tiba sampai pada di bawah  titik beku. Hal ini disebabkan karena protoplasma

menjadi tidak reversibel akibat rusaknya membran organel yang sobek oleh memuainya substansi atau terjadi kristal es pada waktu  membeku  (hukum anomali air). Bila suspensi bakteri didinginkan dengan cepat dari 45o C ke titik beku maka jumlah bakteri yang mati dapat mencapai 95%, tetapi pendinginan secara bertingkat akan  mengakibatkan jumlah kematian berkurang. Proses pendinginan bertingkat di bawah titik beku dalam keadaan hampa udara banyak digunakan untuk mengawetkan biakan dan proses ini disebut lyofilisasi.

Lyofilisasi menggunakan tepung yang terdiri atas sel-sel lyofilik sehingga sangat mudah menarik air kemudian diubahnya menjadi uap air dan tidak mengakibatkan denaturasi protein. H2. Kelembaban dan kadar air Kelembaban dan kadar air biasanya berpengaruh terhadap pertumbuhan dan pembentuk alat tahan mikroorganisme. Pertumbuhan bakteri dan jamur satu sel memerlukan kelembaban di atas 85%, sedangkan untuk aktinomiset dan jamur benang  memerlukan kelembaban lebih rendah sampai di bawah 80%. Kadar air dalam larutan (aw) merupakan nilai perbandingan antara tekanan uap air larutan  dengan  tekanan  uap air murni atau setara dengan 1/100 kelembaban relatif (Rh/100). Nilai aw untuk bakteri terletak antara 0,75 sampai 0,999. 

Banyak mikroorganisme yang bertahan hidup dalam keadaan kering untuk waktu yang lama, seperti dalam bentuk spora, konidia, artrospora, klamidospora, dan kista. Bentuk-bentuk tahan ini biasanya akan terpacu tumbuh jika kelembaban dan kadar air kembali ke kondisi yang diperlukan. Proses pengeringan yang berlanjut akan  menyebabkan rusaknya sel akibat pengaruh tekanan osmose dan naiknya kadar zat terlarut. Pengeringan bahan digunakan untuk pengendalian bahan agar tak terserang mikroorganisme. Bahan yang kering berarti aw-nya rendah  sehingga mikroorganisme tidak melakukan aktivitas pertumbuhan.

H3. Tekanan Osmose

Larutan hipertonis (pekat) menghambat pertumbuhan karena dapat menyebabkan plasmolisis atau terjadi kerusakan membran plasma. Tekanan osmose tinggi banyak digunakan dalam praktek pengendalian bahan makanan supaya tidak terserang mikroorganisme karena pertumbuhannya. Contoh pengendalian dengan menggunakan  tekanan osmose tinggi, misalnya : ikan yang diasinkan, asinan sayuran, dan buah-buahan yang dibuat manisan. Ada beberapa mikroorganisme yang tahan terhadap tekanan osmose tinggi, misalnya khamir osmofil dapat tumbuh pada kadar garam tinggi, dan bakteri halodurik dapat tahan dalam substrat berkadar garam 30%.

H4. Derajat Keasaman

Derajat keasaman atau pH mempunyai nilai 1 sampai dengan 14, semakin rendah nilai pH dikatakan semakin asam dan sebaliknya semakin  tinggi nilai pH-nya dikatakan semakin  basa. Nilai pH 7 merupakan nilai  netral,  artinya  tidak asam dan tidak basa. Setiap mikroorganisme mempunyai kisaran hidup pada pH tertentu yang terdiri atas Ph minimum,  optimum  dan maksimum. Bakteri mempunyai kisaran nilai pH untuk pertumbuhan sekitar daerah netral antara 6,5 sampai dengan 7,5, sedangkan khamir di daerah asam antara 4,0 sampai 4,5. Jamur benang dan aktinomiset tertentu mempunyai kisaran daerah pH yang lebih luas dibanding bakteri maupun khamir. Oleh karena itu mikroorganisme juga dikelompokan menjadi 3 kelompok berdasarkan kisaran pH kehidupannya. Mikroorganisme yang hidup dalam kisaran pH asam termasuk dalam kelompok  asidofilik,  sedangkan yang hidup dalam kisaran basa termasuk dalam alkalifilik dan yang hidup di daerah pH netral disebut mesofilik atau neutrofilik. Lingkungan abiotik lain yang mempengaruhi  pertumbuhan  mikroorganisme masih sangat banyak, misalnya senyawa-senyawa beracun (toksik),  arus listrik, radiasi, tegangan permukaan, dan tekanan mekanik. Lingkungan-lingkungan  tersebut akan dibicarakan pada mikrobiologi terapan.

Lingkungan Biotik dan Senyawa Antibiotik

Secara alami jarang ditemukan kehadiran mikroorganisme dalam keadaan murni, tetapi selalu dalam bentuk asosiasi dengan organisme-organisme lainnya. Terdapat bermacam-macam bentuk asosiasi  diantara mikroorganisme dengan organisme lain, mulai dari asosiasi yang sangat erat sampai asosiasi yang renggang. Setiap asosiasi yang mengakibatkan pelaku asosiasi mendapatkan keuntungan darinya kita sebut  simbiose.  Berdasarkan  kepada bentuk dan sifat simbiosisnya, mikroorganisme dibedakan ke dalam 6 golongan, yaitu :

1.  Komersialisme, yaitu bentuk asosiasi yang renggang dan hanya satu pihak saja yang mendapatkan keuntungan asosiasi.

2.  Mutualisme, yaitu bentuk asosiasi erat yang masing-masing jenis di kedua belah pihak mendapatkan keuntungan. Kata simbiose sering digunakan untuk menyatakan bentuk asosiasi yang saling menguntungkan,  tetapi sekarang lebih digunakan istilah mutualisme,  sedangkan simbiose digunakan untuk menyatakan asosiasi yang mendapatkan keuntungan tanpa dilihat pihak mana yang untung. Contoh mutualisme misalnya : asosiasi Rhizobium dengan tanaman Legum, dan asosiasi mikoriza dengan inangnya.

3.  Parasitisme,  yaitu bentuk asosiasi erat yang salah  satu  pihaknya  hanya mengambil keuntungan dari pihak lainnya. Mikroorganisme yang mengambil keuntungan disebut parasit dan pihak lainnya disebut inang. Jika  asosiasi parasitisme ini mengakibatkan penderitaan inangnya, maka parasitnya kita sebut patogen.

4.  Antibiosis,  yaitu bentuk asosiasi kehidupan yang  mengakibatkan  salah  satu  pihak terbunuh atau terhambat pertumbuhannya  karena ada pihak yang menghasilkan senyawa beracun atau senyawa penghambat. Peristiwa antibiosis ini merupakan salah satu usaha mikroorganisme untuk melindungi diri sendiri. Mekanisme  perlindungan semacam ini terjadi akibat terbentuknya hasil metabolisme yang berupa hasil sisa maupun hasil sintesis. Senyawa hasil tersebut dapat bersifat racun (toksin), antibiotik, atau berupa senyawa yang merubah faktor lingkungan.

5.  Sinergisme, merupakan bentuk asosiasi  kehidupan yang menyebabkan terjadinya kemampuan yang lebih dibanding jika dilakukan sendiri-sendiri.

6.  Sintropisma, merupakan bentuk asosiasi beberapa  jenis organisme terhadap sumber nutrien yang diantara organisme pelaku saling menyediakan nutrien tersedia untuk organisme lainnya. Sintropisma penting  dalam penguraian bahan  organik tanah dan dalam  proses pengolahan limbah. Sebagai ilustrasi, sintropisma antara mikroorganisme A, B, dan C dalam menguraikan zat X. Zat X hanya dapat diurai oleh mikroorganisme  A  dan mikroorganisme  B baru dapat mengurai zat X menjadi zat yang dapat diurai C jika sudah diurai oleh mikroorganisme A. Dengan demikian kita tahu bahwa pertumbuhan atau kehidupan mikroorganisme sangat tergantung kepada lingkungan abiotiknya  maupun bentuk asosiasinya dengan  lingkungan biotiknya.