SELEKSI KETAHANAN 10 GENOTIPE GANDUM (Triticum aestivum L.) DENGAN PROLINE SEBAGAI PENANDA TERHADAP CEKAMAN SUHU TINGGI DAN KEKERINGAN *

Transkripsi

1 SELEKSI KETAHANAN 10 GENOTIPE GANDUM (Triticum aestivum L.) DENGAN PROLINE SEBAGAI PENANDA TERHADAP CEKAMAN SUHU TINGGI DAN KEKERINGAN * Theresa Dwi Kurnia 1), Djoko Murdono 2), Nugraheni Widyawati 3), Sony Heru Priyanto 4) 1) Magister Agroekoteknologi, Universitas Kristen Satya Wacana Jl. Diponegoro 52-60, Salatiga, 50711, Indonesia Telp: , theza_2805@yahoo.com / dwi.kurnia@staff.uksw.edu 2) Agroteknologi, Universitas Kristen Satya Wacana Jl. Diponegoro 52-60, Salatiga, 50711, Indonesia 3) Agroteknologi, Universitas Kristen Satya Wacana Jl. Diponegoro 52-60, Salatiga, 50711, Indonesia 4) Agribisnis, Universitas Kristen Satya Wacana Jl. Diponegoro 52-60, Salatiga, 50711, Indonesia ABSTRAK Kebutuhan makanan pokok di Indonesia yang telah beralih dari padi menjadi gandum kini memaksa kita untuk melakukan usaha pengembangan varietas gandum yang mampu tumbuh pada kondisi umum di Indonesia, dimana lahan yang tersedia sebagian besar merupakan lahan marginal. Kegiatan seleksi 10 genotipe gandum ini dilakukan di Desa Telogoweru, Kecamatan Guntur, Demak yang wilayahnya ekstrim dengan suhu tinggi dan cekaman kekeringan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pertumbuhan dan hasil tanaman gandum sekaligus mengetahui genotipe tanaman gandum yang mampu beradaptasi serta melakukan seleksi 10 genotipe gandum untuk menghasilkan varietas gandum tropis dataran rendah. Seleksi dilakukan terhadap tanaman yang menunjukkan kemampuan bertahan hidup yang baik, seperti laju peningkatan tinggi tanaman yang tertinggi, jumlah daun terbanyak, persentase kemampuan tanaman bertahan hidup serta kemampuan tanaman menghasilkan biji. Untuk memastikan hasil seleksi berdasarkan fenotipe di lapangan, pengamatan juga dilakukan berdasarkan senyawa proline yang dihasilkan tanaman. Banyaknya proline yang dihasilkan dianggap dapat menunjukkan kemampuan bertahan oleh tanaman terhadap cekaman suhu tinggi maupun kekeringan. Dari pengamatan fenotipe di lapangan, daya adaptasi 5 genotipe terbaik ditunjukkan oleh genotipe LAJ3302, OASIS, MENEMEN dan ALTAR, serta dibuktikan dengan hasil analisis proline yaitu genotipe BASRIBEY, ALTAR, MENEMEN, LAJ3302 menunjukkan jumlah proline tertinggi dibandingkan genotipe yang lain. Dapat diambil kesimpulan bahwa genotipe yang berpotensi mampu dikembangkan di wilayah dataran rendah adalah ALTAR, BASRIBEY, MENEMEN dan LAJ3302. Kata kunci: Cekaman kekeringan, Cekaman suhu tinggi, Gandum dataran rendah. PENDAHULUAN Budaya sarapan roti dan konsumsi mie instan yang sudah sangat akrab dalam keseharian masyarakat, menjadikan gandum sebagai makanan pokok kedua setelah padi, untuk itu produksi gandum dalam negeri harus makin dikembangkan yaitu gandum tropika yang dapat diproduksi di Indonesia, sehingga tidak sepenuhnya bergantung pada impor. Pusat Studi Gandum UKSW, yang dibentuk tahun 2003, telah menjadi salah satu pelopor pengembangan gandum tropika dan satu-satunya produsen benih gandum tropika bersertifikat di Indonesia. Permasalahan yang dihadapi, jenis gandum yang dikembangkan masih terbatas pada satu varietas untuk dataran * Diseminarkan pada Seminar Nasional Bioteknologi 2014 Fakultas Teknobiologi Universitas Surabaya tanggal Februari 2014

2 tinggi, produksinya belum optimal dan daya serap masyarakat masih rendah, selain itu di dataran tinggi masih banyak komoditas budidaya yang nilai kompetitifnya lebih tinggi daripada gandum, sehingga sasaran pengembangan varietas adalah untuk gandum dataran rendah. Kendala utama dalam pengembangan gandum di dataran rendah adalah lingkungan yang kurang menguntungkan untuk pertumbuhan tanaman gandum, khususnya cekaman suhu tinggi (Samosir, 2011). Setiap tanaman mempunyai kemampuan tersendiri untuk tumbuh dan bertahan hidup di lingkungan yang kurang menguntungkan, karena adanya faktor genotipe (Tjitrosomo, 1984). Salah satu upaya untuk mendapatkan varietas gandum dataran rendah tropis dilakukan pengujian beberapa genotipe gandum, dimana faktor genetik suatu genotipe gandum yang ditanam berbeda dengan faktor genetik yang dimiliki genotipe gandum yang lain. Genotipe-genotipe gandum yang akan ditanam merupakan keturunan dari genotipe gandum yang sebelumya pernah ditanam di dataran rendah, maka diharapkan ada kemungkinan terdapat genotipe gandum yang memiliki faktor genetik mampu beradaptasi di dataran rendah, sehingga akan mendapatkan genotipe gandum yang berpotensi untuk dijadikan varietas gandum dataran rendah, maka penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pertumbuhan dan hasil tanaman gandum sekaligus mengetahui genotipe tanaman gandum yang mampu beradaptasi serta melakukan seleksi 10 genotipe gandum untuk menghasilkan varietas gandum tropis dataran rendah. Hasil seleksi akan dibuktikan dengan kandungan senyawa proline pada tanaman gandum. Daya adaptasi tanaman terhadap cekaman kekeringan dan suhu tinggi dapat ditunjukkan dengan jumlah senyawa proline yang disintesis saat mengalami cekaman. Proline adalah salah satu asam amino yang dihasilkan oleh tanaman saat mengalami stress abiotik (Barnet dan Naylor, 1966). Stress abiotik yang dimaksudkan adalah saat tanaman mengalami cekaman kekeringan, salinitas tinggi, chilling, freezing dan temperatur yang tinggi. METODE PENELITIAN Bahan Dalam kegiatan penelitian ini bahan utama yang diperlukan adalah 10 genotipe gandum yang sudah ada dan merupakan koleksi dari Pusat Studi Gandum, Fakultas Pertanian dan Bisnis, UKSW yaitu: OASIS, HP1744, LAJ3302/2*MO88, RABE/2*MO88, H-21, G-21, ALTAR 84, MENEMEN, BASRIBEY, SELAYAR. Bahan lain yang digunakan adalah pupuk urea dan pupuk kandang serta air yang diberikan saat proses penanaman. Alat Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah alat bercocok tanam seperti cangkul untuk mengolah tanah dan pompa air untuk mempermudah pengairan saat proses penanaman berlangsung Prosedur Penelitian dilaksanakan mulai bulan Juni 2013 diawali dengan persiapan lahan dan berakhir pada bulan Oktober Tempat penelitian adalah di Desa Telogoweru, Kecamatan Guntur, Kabupaten Demak. Kegiatan seleksi 10 genotipe gandum didasarkan pada kemampuan bertahan

3 Tinggi Tanaman (cm) hidup yang baik, seperti laju peningkatan tinggi tanaman yang tertinggi, jumlah daun terbanyak, persentase kemampuan tanaman bertahan hidup serta kemampuan tanaman menghasilkan biji. Tahap selanjutnya adalah pengujian kandungan proline yang akan dianalisis dengan menggunakan metode Bates (1973). Bagian tanaman yang dianalisis adalah seluruh bagian shoot (1 inchi dari permukaan tanah) saat tahap pertumbuhan vegetatif tanaman berumur 2 minggu. HASIL DAN PEMBAHASAN Laju Peningkatan Tinggi Tanaman Pengamatan laju peningkatan tinggi tanaman dilakukan untuk melihat kemampuan bertumbuh secara vegetatif. Pada umumnya tanaman yang kondisi lingkungannya mendukung untuk pertumbuhan akan memacu tanaman melakukan pertumbuhan vegetative lebih baik seperti laju peningkatan tinggi tanaman yang cukup baik. Lain halnya dengan tanaman yang mengalami cekaman lingkungan seperti kekeringan atau suhu tinggi maka laju peningkatan tinggi tanaman akan terhambat. Dari pengamatan laju peningkatan tinggi tanaman, genotipe yang tumbuh paling tinggi pada awal pengamatan adalah LAJ3302, Selayar dan Basribey, tetapi pada akhir pengamatan, tanaman tertinggi ditunjukkan oleh genotipe Menemen, Altar dan LAJ3302. Pada penelitian yang telah dilakukan ini, kondisi lingkungan tempat tumbuh 10 genotipe sama-sama mengalami cekaman kekeringan dan suhu tinggi tetapi beberapa tanaman mampu menunjukkan respon yang lebih baik dibandingkan tanaman lain. Hal ini dapat menunjukkan bahwa masing-masing tanaman memiliki ketahanan yang berbeda-beda terhadap kondisi cekaman lingkungan. Peningkatan Tinggi Tanaman HST 20 HST 30 HST 40 HST ALTAR 84/AE.SQUARROSA (129)//3*ESDA BASRIBEY G-21 H-21 HP1744 LAJ3302/2*MO88 MENEMEN OASIS/SKAUZ//4*BCN RABE/2*MO88 SELAYAR Gambar 1. Grafik laju peningkatan tinggi tanaman Jumlah Daun Pengamatan jumlah daun juga dilakukan untuk melihat kemampuan tanaman tumbuh pada tahap vegetatif. Diharapkan tanaman dengan jumlah daun yang banyak mampu berfotosintesis dengan baik sehingga menghasilkan fotosintat yang dapat dimanfaatkan tanaman untuk membentuk anakan dan malai. Berdasarkan jumlah daun, kemampuan tanaman membentuk daun terbanyak adalah dari genotipe OASIS, LAJ3302 dan Selayar. Hampir sama pada pengamatan laju peningkatan tinggi tanaman, genotipe LAJ3302 dan Selayar memberikan hasil yang tertinggi, sedangkan genotipe yang lain menunjukkan jumlah daun yang rendah. Menurut Jones dan Corlett, 1992., tanaman yang

4 mengalami cekaman dapat menunjukkan gejala siklus pertumbuhan yang pendek, hal ini berhubungan dengan terhambatnya pembentukan daun atau masa fase vegetative tanaman berkurang. Selain jumlah daun yang rendah, luas permukaan daun pun akan mengalami penurunan, seperti yang dijelaskan Kramer (1983) menjelaskan lebih lanjut bahwa pengaruh cekaman kekeringan pada pertumbuhan vegetatif terutama pada perluasan area daun dan pertumbuhan tunas baru dan nisbah akar-tajuk. Jumlah daun yang rendah akan sangat berpengaruh terhadap besarnya kegiatan fotosintesis yang dilakukan, semakin rendah jumlah daun, besarnya fotosintat yang dihasilkan tanaman juga akan rendah dan secara tidak langsung berpengaruh terhadap penurunan kemampuan tanaman bertahan hidup. Jumlah Daun HST 30 HST 40 HST Gambar 2. Jumlah daun Kemampuan Bertahan Hidup Berdasarkan pengamatan kemampuan bertahan hidup dari tanaman, dapat dilihat kemungkinan dari beberapa genotipe gandum yang dicobakan mampu menghasilkan keturunan berikutnya yang sudah beradaptasi pada kondisi lingkungan dengan suhu tinggi dan cekaman kekeringan. Toleransi tanaman terhadap cekaman kekeringan dapat terjadi jika tanaman dapat bertahan terhadap cekaman yang terjadi dan adanya toleransi atau mekanisme yang memungkinkan menghindari dampak buruk dari situasi cekaman tersebut. Persentase tanaman yang bertahan hidup tertinggi adalah pada genotipe Altar, diikuti OASIS dan LAJ3302, sehingga ketiga genotipe tersebut diduga memiliki kemampuan toleransi yang tinggi terhadap cekaman kekeringan dan suhu tinggi dibandingkan genotipe yang lain sehingga dengan kondisi dalam cekaman pun, ketiga genotipe tetap dapat bertahan hidup bahkan menghasilkan benih. Mekanisme toleransi terhadap cekaman kekeringan dan suhu tinggi dapat terjadi karena tanaman mampu mempertahankan tekanan turgor yang tinggi juga pada potensial air yang agak rendah dengan cara meningkatkan potensial osmotik melalui akumulasi zat terlarut yang meningkat di dalam sel. Proses ini disebut penyesuaian osmotik atau regulasi osmotik. Adanya penyesuaian osmotik, berarti menjaga turgor sel sehingga berarti pula menjaga integritas dan proses fisiologi sitoplasma. Penyesuaian osmotik berpotensi menjaga proses fotosintesis dan pertumbuhan tanaman (Riduan, dkk. 2007).

5 Tabel 1. Persentase tanaman bertahan hidup % tanaman Genotipe bertahan ALTAR 84 23,10 OASIS 15,73 LAJ3302/2*MO88 15,32 MENEMEN 14,32 RABE/2*MO88 14,30 G-21 14,26 BASRIBEY 11,92 SELAYAR 10,72 H-21 9,67 HP1744 5,08 Data Hasil Panen Tabel dibawah menunjukkan data hasil panen dari 10 genotipe yang diuji pada daerah dengan cekaman suhu tinggi dan kekeringan. Data hasil panen dapat menunjukkan kemampuan produksi tanaman pada kondisi lingkungan yang kurang mendukung. Pada fase perkembangan reproduktif, tanaman akan sangat peka terhadap cekaman kekeringan. Kondisi cekaman kekeringan dapat menyebabkan gugurnya bunga atau sterilitas serbuk sari. Hal ini berhubungan dengan penurunan kecepatan fotosintesis akibat keterbatasan ketersediaan air. Genotipe yang mampu menghasilkan persentase malai tertinggi adalah ALTAR, G-21 dan RABE/2*MO88, nilai yang lebih dari 100% menunjukkan bahwa tanaman mampi menghasilkan anakan yang juga produktif, dibandingkan genotipe lain yang tetap mampu bertahan hidup tetapi tidak mampu membentuk malai. Untuk memperoleh produksi maksimal tidak hanya cukup pada malai yang dihasilkan tetapi juga jumlah biji tiap malai. Seperti yang sudah disampaikan sebelumnya bahwa kondisi kekeringan dan suhu tinggi menyebabkan sterilitas pada serbuk sari hal ini dapat menghambat pembentukan biji, sehingga banyak juga diperoleh malai yang hampa. Tabel 2. Menunjukkan bahwa rata-rata jumlah biji per malai tertinggi hanya 2,24 pada genotipe BASRIBEY dan 2,17 dari genotipe LAJ3302. Meskipun nilai tersebut sangat rendah, kedua genotipe tersebut dapat dianggap sebagai genotipe yang mampu beradaptasi dengan kondisi lingkungan cekaman suhu tinggi dan kekeringan dibandingkan dengan genotipe lainnya. Selain menyebabkan sterilitas pada serbuk sari, cekaman suhu tinggi dan kekeringan juga menghambat translokasi dari daun dalam proses pengisian biji sehingga biji yang terbentuk pun tidak akan mentes atau terisi maksimal. Hal ini akan berpengaruh pada berat 1000 butir biji dimana nantinya akan mempengaruhi hasil panen. Genotipe HP 1744 menunjukkan berat 1000 butir tertinggi diikuti ALTAR, RABE/2*MO88, OASIS dan LAJ3302. Hasil penelitian Nur, dkk, (2010) menunjukkan bahwa perubahan lingkungan tumbuh dari dataran tinggi ke dataran rendah pada lingkungan tropika basah menyebabkan terjadinya penurunan daya berkecambah benih, penurunan tinggi tanaman dan penurunan jumlah anakan produktif dari setiap genotipe, sehingga tidak heran jika hasil pertumbuhan dan hasil panen dari beberapa genotipe yang dicobakan kurang memuaskan. Data pertumbuhan dan kemampuan bertahan hidup

6 menunjukkan bahwa genotipe LAJ3302, OASIS dan ALTAR merupakan 3 genotipe yang lebih baik dibandingkan genotipe lainnya, termasuk yang mampu menghasilkan malai, jumlah biji per malai dan berat 1000 butir tertinggi. Beberapa genotipe yang mampu memberi hasil terbaik diduga memiliki kemampuan ketahanan terhadap cekaman suhu tinggi dan kekeringan. Seperti pada penelitian Marcia dan Muslimah, 2011 dimana sejumlah 15 genotipe gandum yang pernah dicoba untuk dikembangkan di dataran rendah (<15 m dpl) di daerah Merauke, Papua memberi hasil 1,3-2,4 ton/ha, dengan asil tertinggi yaitu 2,4 ton/ha diperoleh pada genotipe OASIS/SKAUZ//4*BCN, dimana nilai tersebut lebih tinggi dibandingkan varietas unggul Nasional (Selayar, Nias dan Dewata) dengan hasil masing-masing 1,9; 1,6; 1,3 ton/ha. Genotipe Tabel 2. Data hasil panen % Tanaman Jlh Membentuk Biji/Malai Malai Berat 1000 butir (gram) ALTAR BASRIBEY G H HP LAJ3302/2*MO MENEMEN OASIS RABE/2*MO SELAYAR Data Analisis Proline Analisis kandungan proline yang merupakan salah satu asam amino yang dihasilkan oleh tanaman saat mengalami stress abiotik dapat digunakan sebagai penanda ketahanan tanaman terhadap cekaman suhu tinggi dan kekeringan pada tanaman gandum. Tanaman yang tahan terhadap cekaman kekeringan, mampu memanfaatkan air yang sedikit untuk menghasilkan berat kering tanaman maksimal. Changhai, dkk juga melakukan pengamatan terhadap berat kering tanaman gandum dilihat dari efisiensi transpirasinya. Hasil menunjukkan pada varietas dengan efisiensi transpirasi tinggi, berat kering tanaman yang mengalami cekaman hanya turun 10,2 % sedangkan tanaman yang efisiensi rendah, berat kering turun hingga 26,6%. Disini peran dari proline sebagai osmoprotektan terlihat sebagai penjaga sel stomata dalam mencegah transpirasi terlalu tinggi. Pada penelitian Maralian dkk, (2010), membuktikan bahwa keberadaan proline pada tanaman gandum dapat mengikat air dalam sel sehingga sulit di transpirasikan, proline juga tetap menjaga turgor stomata sehingga CO2 tetap dapat diserap oleh tanaman untuk melakukan fotosintesis sehingga akumulasi fotosintat tetap dapat dilakukan tanaman. Kesepuluh genotipe gandum yang dianalisis kandungan proline menunjukkan hasil yang berbeda-beda (Tabel 3.). Nilai proline tinggi dihasilkan oleh genotipe BASRIBEY diikuti ALTAR, MENEMEN dan LAJ3302 dimana hasil pengamatan pertumbuhan tanaman dari keempat genotipe

7 tersebut juga tertinggi dibandingkan genotipe yang lain. Hal ini menunjukkan bahwa keberadaan proline mampu membantu tanaman untuk bertumbuh pada fase vegetatif dengan lebih baik. Genotipe BASRIBEY dan LAJ3302 juga membentuk biji per malai lebih banyak dibandingkan genotipe yang lain sehingga peran proline selain membantu tanaman untuk tumbuh maksimal pada fase vegetatif juga berperan pada saat fase generatif terutama saat proses pembungaan dalam rangka menghasilkan biji. Tabel 3. Analisis Proline Proline µg/g Nama Genotipe Berat segar OASIS 32,11 HP ,54 LAJ3302/2*MO88 39,30 RABE/2*MO88 28,25 H-21 37,19 G-21 35,79 ALTAR 84 76,84 MENEMEN 42,28 BASRIBEY 111,93 SELAYAR 34,21 KESIMPULAN Kesimpulan dari kegiatan seleksi 10 genotipe gandum adalah pertumbuhan tanaman gandum pada dataran rendah tropis menunjukkan hasil yang kurang baik dibandingkan dengan penanaman gandum di wilayah dataran tinggi dengan kecukupan air, seleksi yang dilakukan menunjukkan dari pengamatan fenotipe di lapangan, daya adaptasi 5 genotipeterbaik ditunjukkan oleh genotipe LAJ3302, OASIS, MENEMEN dan ALTAR, serta dibuktikan dengan hasil analisis proline yaitu genotipe BASRIBEY, ALTAR, MENEMEN, LAJ3302 menunjukkan jumlah proline tertinggi dibandingkan genotipe yang lain. Dapat diambil kesimpulan bahwa genotipe yang berpotensi mampu dikembangkan di wilayah dataran rendah adalah ALTAR, BASRIBEY, MENEMEN dan LAJ3302. UCAPAN TERIMAKASIH Ucapan terimakasih peneliti sampaikan pada setiap pihak yang sudah membantu terutama kepada Dikti yang memberikan dana penelitian, juga kepada dosen pembimbing, Ibu Dr. Nugraheni Widyawati dan Bpk Ir. Djoko Murdono, MS. yang telah memberi masukkan dan pengarahan selama penelitian dilaksanakan. Peneliti juga menyampaikan terimakasih kepada Dr. Endang Pudjihartati selaku ketua Program Studi Magister Agroekoteknologi yang selama ini juga sudah menjadi wali studi dan memberi bimbingan dalam perkuliahan, terimakasih kepada Prof. Sony H. Priyanto sebagai dekan yang tidak pernah berhenti mendorong dan menyemangati dalam banyak hal. Juga kepada seluruh dosen dan teman-teman yang selalu mendukung dan memberi masukkan. Tak lupa peneliti

8 sampaikan terimakasih kepada panitia SNB 2014 yang telah bekerja sama dan mau menerima hasil penelitian ini untuk diseminarkan. DAFTAR PUSTAKA Barnet N.M. dan Naylor A. W Amino Acid and Protein Metabolism in Bermuda Grass During Water stress. Plant Physiol. 41: Bates, L.S Rapid Determination Of Free Proline For Water-Stress Studies. Plant and soil. 39: Changhai S., Baodi1 D., Yunzhou Q., Yuxin L., Lei S., Mengyu L., Haipei Physiological regulation of high transpiration efficiency in winter wheat under drought conditions. Plant Soil Environ. Vol. 56, 2010 (7): Jones HG, Corlett JE Current Topics In Drought Physiology. Journal of Agric Science. 49: Kramer PJ Water Relations Of Plants. Academic Press, Inc. Maralian H., Ebadi A., Didar T. R dan Eghrari B Influence of water deficit stress on wheat grain yield and proline accumulation rate. African Journal of Agricultural Research, Vol. 5 (4) pp , 18 February, Marcia M. Aqil dan Muslimah H Inovasi Gandum Adaptif Dataran Rendah. Badan Litbang Pertanian. Edisi 26 Januari 1 Februari 2011 No Tahun XLI. Nur Amin, Trikoesoemaningtyas, Khumaida Nurul dan Sujiprihati Sriani Phenologi Pertumbuhan dan Produksi Gandum pada Lingkungan Tropika Basah. Prosiding Pekan Serealia Nasional. ISSN: hal Riduan A, Santoso J, Utomo SD, Sudarsono Hubungan Antara Ekspresi Gen P5CS Dengan Pertumbuhan Dan Hasil Biomasa Tembakau Transgenik Dalam Kondisi Non-Stres. Agrotropika 12: 1-9 Samosir, Aditya Permana Adaptabilitas Varietas Gandum Introduksi di Bogor. Institut Pertanian Bogor. Bogor. Tjitrosomo, Siti Sutarmi., Tayum Adiwakarta dan Mohamad Djaelani Botani Umum. Angsara. Bandung