Sediaan Mikroskopis untuk Pengamatan dengan Mikroskop Elektron Transmisi (TEM). Pengukuran Parameter Fotosintesis . Pengamatan Anatomi Daun HASIL

Transkripsi

1 dan dihitung status air medianya (Lampiran 1). Pengukuran kadar air relatif dilakukan dengan mengambil 1 potongan melingkar dari daun yang telah berkembang penuh (daun ke-3 dari atas) dengan diameter 1 cm. Potongan-potongan daun tersebut, ditimbang bobot segarnya kemudian direndam di dalam air pada suhu ruang selama 24 jam. Setelah 24 jam, potongan daun tersebut ditimbang bobot jenuhnya dan dipanaskan di dalam oven pada suhu 8 o C selama 3x24 jam. Selanjutnya ditimbang bobot keringnya dan dihitung kadar air relatifnya (Lampiran 2) (Prochazkova 21). Pengukuran Parameter Fotosintesis Parameter fotosintesis diukur menggunakan Photosynthesis Chlorophyll Fluorescens Analyser (Qubit systems). Pengukuran dilakukan untuk menghitung maksimum efisiensi fotosintesis (Fv/Fm) dan laju reaksi fotokimia ( Photochemical Quenching qp ) (Genty et al. 1989). Laju fotosintesis diukur secara langsung pada hari ke-3 dan ke-6 HSP (hari setelah perlakuan) serta 3 hari setelah recovery. Pengamatan Anatomi Daun Pengamatan antomi daun dilakukan dengan dua cara yaitu pengamatan menggunakan mikroskop elektron transmisi (TEM) dan pengamatan menggunakan metode parafin. Pengamatan menggunakan mikroskop elektron transmisi bertujuan mengamati jumlah kloroplas, jumlah pati, dan bentuk kloroplas. Sedangkan pengamatan anatomi daun menggunakan metode parafin (Johansen 194) bertujuan mengamati tebal daun pada daerah tulang daun utama, tebal daun pada daerah sel buliform, tebal daun pada daerah anak tulang daun, diameter xilem pada daerah tulang utama, diameter xilem pada daerah anak tulang daun, jumlah dan tinggi sel buliform. Preparasi Sediaan Mikroskopis Untuk Pengamatan dengan Mikroskop Cahaya. Daun ketiga tanaman (, alangalang, dan padi) berumur 7 minggu dipotong dengan ukuran 1 x.5 cm, kemudian difiksasi dalam larutan FAA (Lampiran 3) selama 24 jam. Proses dehidrasi dan penjernihan dilakukan dengan merendam sampel di dalam larutan seri Johansen I-VII (Lampiran 4), dilanjutkan dengan proses infiltrasi parafin. Blok parafin direndam dalam larutan Gifford (Lampiran 5) selama ± 8 minggu. Selanjutnya sampel dipotong menggunakan mikrotom putar dengan ketebalan 1 µm. Kemudian, dilakukan pewarnaan rangkap yaitu safranin 2% dan fastgreen.5%. Preparat yang telah diwarnai diamati di bawah mikroskop. Sediaan Mikroskopis untuk Pengamatan dengan Mikroskop Elektron Transmisi (TEM). Sampel daun dan padi berumur 7 minggu, dipotong dengan ukuran 1x1 mm, dicuci menggunakan larutan bufer sodium cacodilat.1 M ph 7.4 sebanyak tiga kali. Selanjutnya sampel direndam di dalam larutan glutaraldehida 2.5% dalam bufer, suhu 4 o C selama 24 jam. Fiksasi dilakukan menggunakan larutan osmium tetroksida 2% dan K 3 Fe (CN) 6 dalam bufer, suhu 4 o C, selama 2 jam. Sampel didehidrasi di dalam seri alkohol bertingkat dan diinfiltrasi dengan propilen oksida dan ditanam dalam Spurr resin. Sampel disayat dengan ultra mikrotom setebal 7 nm dan diwarnai dengan uranil asetat 2% di dalam etanol 5% (Bozzola & Russell 1998). Kemudian, sampel diamati menggunakan mikroskop elektron tipe JEM 11 pada 8 kv. HASIL Kadar Air Media/ Status Air Media Perlakuan cekaman kekeringan berpengaruh nyata terhadap nilai KAM ketiga tanaman (, alang-alang, dan padi) (Gambar 1). Pada tanaman dan padi, nilai KAM mulai turun pada hari ke-6 perlakuan cekaman kekeringan. Sedangkan pada tanaman alang-alang, nilai KAM turun mulai hari ke-3 sampai hari ke-6 perlakuan cekaman kekeringan. Nilai KAM ketiga tanaman naik kembali pada hari ke-9 setelah dilakukan rewatering. Nilai rata-rata KAM ketiga tanaman pada hari ke-6 perlakuan cekaman kekeringan, yaitu 14.36%. Nilai KAM tertinggi setelah 6 hari perlakuan cekaman kekeringan, yaitu terdapat pada tanaman yaitu 15.55% dan KAM terendah terdapat pada tanaman padi sebesar 13.4%.

2 Nilai KAM (%) Gambar 1 Nilai KAM tanaman, alang-alang, dan padi yang mendapat perlakuan cekaman kekeringan dan kontrol (recovery dilakukan pada hari ke-9). Laju Pertumbuhan Secara umum pertumbuhan ketiga tanaman (, alang-alang, dan padi) baik tinggi tanaman, jumlah daun maupun anakan bertambah dari minggu ke minggu hingga diberi perlakuan cekaman kekeringan. Akan tetapi, pertumbuhan vegetatif ketiga tanaman berhenti dan tidak mengalami pertambahan setelah diberi perlakuan cekaman kekeringan. Perlakuan cekaman kekeringan yang diberikan selama 6 hari memberikan pengaruh yang berbeda-beda terhadap laju pertumbuhan ketiga tanaman. Perlakuan cekaman kekeringan tidak berpengaruh terhadap tinggi, jumlah daun, dan anakan tanaman (Tabel 1) namun berpengaruh nyata terhadap tinggi dan jumlah daun tanaman alang-alang dan padi (Tabel 1). Semua spesies tidak menunjukkan penurunan jumlah anakan akibat stres (Tabel 1). Keadaan tanaman yang mendapatkan cekaman kekeringan berbeda dengan tanaman kontrol, yaitu tanaman menjadi layu, warna daun menjadi agak kekuningan, mengkerut dan kering, serta warna batang menjadi kecoklatan dan mengering. Cekaman kekeringan selama 6 hari menyebabkan tidak bertambahnya tinggi tanaman, jumlah daun, dan anakan. Selain itu, pertambahan jumlah daun dan anakan juga terhambat akibat cekaman kekeringan. Tabel 1 Tinggi tanaman, jumlah daun, dan anakan tanaman, alang-alang, dan padi yang mendapat perlakuan cekaman kekeringan dan kontrol Tinggi tanaman Jumlah daun Jumlah anakan (cm) %P %P %P 113.7a 111.a a 1.3a a 2.6a a 6.25b a 6.b a 1.6a a 75.b a 1.b a 4.4a % %P:%Penurunan Kadar Air Relatif Perlakuan cekaman kekeringan yang diberikan selama 6 hari menyebabkan penurunan KAR daun secara nyata. dan alang-alang masih memiliki KAR yang tinggi pada 3 hari cekaman kekeringan. Namun KAR menurun secara nyata pada 6 hari setelah perlakuan cekaman kekeringan (Gambar 2). KAR kembali meningkat setelah tanaman disiram kembali. Berbeda dengan tanaman dan alang-alang, tanaman padi mengalami penurunan nilai KAR sejak hari ke-3 perlakuan cekaman kekeringan dan naik kembali 3 hari setelah dilakukan rewatering. Nilai KAR tertinggi setelah 6 hari perlakuan cekaman kekeringan terdapat pada tanaman alang-alang yaitu 76.24%, sedangkan KAR terendah terdapat pada tanaman padi yaitu 54.73%.

3 Nilai KAR (%) Gambar 2 Nilai KAR tanaman, alang-alang, dan padi yang mendapat perlakuan cekaman kekeringan dan kontrol (recovery dilakukan pada hari ke-9). Parameter Fotosintesis Pengukuran parameter fotosintesis dilakukan terhadap maksimum efisiensi fotosintesis (Fv/Fm) dan laju reaksi fotokimia (photochemical quenching qp ). Perlakuan cekaman kekeringan secara umum menurunkan nilai Fv/Fm tanaman, alang-alang, dan padi (Gambar 3). Ktiga tanaman tersebut, mengalami penurunan nilai Fv/Fm pada hari ke-6 perlakuan cekaman kekeringan. Setelah diberi air kembali Fv/Fm meningkat kembali hampir sama dengan tanaman kontrol, kecuali pada tanaman padi. Penurunan tertinggi terdapat pada tanaman padi, yaitu sebesar 48.4% dan terendah pada tanaman alang-alang, yaitu sebesar 21.81%. Perlakuan cekaman kekeringan memberikan pengaruh yang berbeda-beda terhadap nilai qp ketiga tanaman tersebut (Gambar 4). Pada tanaman dan padi, perlakuan cekaman kekeringan secara nyata menurunkan nilai qp. Sedangkan pada tanaman alang-alang, nilai qp dari tanaman yang mendapat perlakuan cekaman kekeringan tidak berbeda nyata dengan tanaman kontrol. Penurunan nilai qp yang nyata pada tanaman dan padi terjadi akibat cekaman kekeringan dan mengalami peningkatan kembali pada hari ke- 9 setelah dilakukan rewatering Nilai Fv/Fm Gambar 3 Nilai maksimum efisiensi fotosintesis (Fv/Fm) tanaman, alang-alang, dan padi yang mendapat perlakuan cekaman kekeringan dan kontrol (recovery dilakukan Nilai qp pada hari ke-9).

4 Gambar 4 Nilai laju reaksi fotokimia (qp) tanaman, alang-alang, dan padi yang mendapat perlakuan cekaman kekeringan dan kontrol (recovery dilakukan pada hari ke-9). Anatomi Daun Pengamatan Sediaan Mikroskopis dengan Mikroskop Cahaya. Pengamatan terhadap stabilitas karakter anatomi dilakukan terhadap sampel daun 6 hari setelah perlakuan cekaman kekeringan. Hal ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh perlakuan cekaman kekeringan terhadap struktur jaringan daun. Pengukuran tebal daun dilakukan terhadap tiga daerah pada daun, yaitu tebal daun di daerah tulang utama, daerah sel buliform, dan anak tulang daun. Secara umum perlakuan cekaman kekeringan tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap tebal daun ketiga tanaman baik tebal daun di daerah tulang utama, daerah sel buliform maupun anak tulang daun (Tabel 2). Selain ketebalan daun, pengamatan anatomi dilakukan juga terhadap diameter xilem di daerah tulang utama dan daerah anak tulang daun. Hasil analisis statistik, perlakuan cekaman kekeringan tidak berpengaruh terhadap diameter xilem di daerah tulang utama ketiga tanaman (Tabel 3). Berbeda dengan diameter xilem di daerah tulang utama, diameter xilem di daerah anak tulang daun yang diberi perlakuan cekaman kekeringan, secara umum cenderung menurun meskipun tidak berbeda nyata dengan tanaman kontrol pada ketiga tanaman (Tabel 3). Perlakuan cekaman kekeringan tidak nyata menurunkan atau meningkatkan jumlah dan tinggi sel buliform ketiga tanaman (Tabel 4), sama halnya dengan tebal daun dan diameter xilem (Tabel 3). Pengamatan Sediaan Mikroskopis dengan Mikroskop Elektron Transmisi (TEM). Pengamatan sediaan menggunakan mikroskop elektron hanya dilakukan pada tanaman dan padi. Hal ini dilakukan untuk membandingkan kedua kelompok tanaman, yaitu padi sebagai tanaman C3 dan sebagai tanaman C4 dalam keadaan cekaman kekeringan. Perlakuan cekaman kekeringan cenderung meningkatkan jumlah kloroplas sel mesofil tanaman dan padi meskipun tidak berbeda secara statistik (Tabel 5). Namun, perlakuan cekaman kekeringan secara nyata meningkatkan jumlah kloroplas sel seludang pembuluh tanaman (Tabel 5 dan Gambar 5). Selain itu, perlakuan cekaman kekeringan juga berpengaruh terhadap jumlah pati dalam kloroplas sel mesofil tanaman dan padi serta jumlah pati dalam kloroplas sel seludang pembuluh tanaman. yang diberi perlakuan cekaman kekeringan memiliki jumlah pati yang lebih banyak dibanding tanaman kontrol (Tabel 6, Gambar 5, dan 6). Jumlah pati dalam kloroplas sel mesofil tanaman yang diberi perlakuan cekaman kekeringan meningkat lima kali dari tanaman kontrol, sedangkan jumlah pati dalam kloroplas sel seludang pembluh meningkat tiga kali dari tanaman kontrol. Jumlah pati dalam kloroplas sel mesofil tanaman padi yang mendapat perlakuan cekaman kekeringan meningkat sembilan kali dari tanaman kontrol (Tabel 6). Bentuk koloroplas sel mesofil tanaman yang diberi perlakuan cekaman kekeringan cenderung hampir sama dengan tanaman kontrol (Gambar 5a dan 5b). Begitu pula pada kloroplas sel seludang pembuluh, tidak ada perbedaan bentuk antara tanaman yang diberi perlakuan cekaman kekeringan dengan kontrol (Gambar 5c dan 5d). Akan tetapi, terdapat perbedaan sebaran kloroplas sel seludang pembuluh tanaman antara yang diberi perlakuan cekaman kekeringan dan kontrol. Kloroplas tanaman yang mengalami stres karena jumlanya lebih banyak, sebaran kloroplasnya lebih padat daripada tanaman kontrol (Gambar 5c dan 5d).

5 Pada tanaman padi memiliki perbedaan bentuk kloroplas sel mesofil antara tanaman yang diberi perlakuan cekaman kekeringan dan kontrol (Gambar 6a dan 6b). Bentuk kloroplas tanaman kontrol (Gambar 6a) agak lonjong dan tersebar agak jarang, sedangkan pada tanaman yang diberi perlakuan cekaman kekeringan (Gambar 6b) kloroplas cenderung berbentuk bulat tidak beraturan dan terletak lebih berdekatan antara satu kloroplas dengan lainnya. Sel seludang pembuluh tanaman padi tidak memiliki kloroplas (Tabel 5 dan Gambar 6c). 7 Tabel 2 Tebal daun daerah tulang utama, daerah sel buliform, dan daerah berkas pembuluh tanaman, alang-alang, dan padi yang mendapat perlakuan cekaman kekeringan dan kontrol Sel Buliform Anak Tulang Daun Tulang Utama (µm) %P (µm) %P (µm) %P % %P=%penurunan Tabel 3 Diameter xylem tulang daun utama dan anak tulang daun tanaman, alangalang, dan padi yang mendapat perlakuan cekaman kekeringan dan kontrol Tulang Daun Utama (µm) %P Anak Tulang Daun (µm) %P %%. %P=% penurunan Tabel 4 Jumlah dan tinggi sel buliform tanaman, alang-alang, dan padi yang mendapat perlakuan cekaman kekeringan dan kontrol Jumlah Sel Buliform %P Tinggi Sel Buliform (µm) %P %. %P=% penurunan Tabel 5 Jumlah kloroplas sel mesofil tanaman dan padi serta jumlah kloroplas sel seludang pembuluh tanaman dan padi yang mendapat perlakuan cekaman kekeringan (1) dan kontrol ().

6 Σ Kloroplas Sel Mesofil %P Σ Kloroplas Sel Seludang Pembuluh %P a 7.8b %. %P= % penurunan 8 Tabel 6 Jumlah pati sel mesofil tanaman dan padi serta jumlah pati sel seludang pembuluh tanaman dan padi yang mendapat perlakuan cekaman kekeringan (1) dan kontrol () Σ Pati Kloroplas Sel Mesofil %P Σ Pati Kloroplas Sel Seludang Pembuluh %P 1.2a 5.8b a 16.2b -8..6a 5.4b %. %P= % penurunan a c d b Gambar 5 Struktur kloroplas tanaman hasil mikroskop transmisi elektron dengan perbesaran 3x. Kloroplas sel mesofil tanaman kontrol (a), kloroplas sel mesofil tanaman yang mengalami cekaman kekeringan (b), kloroplas sel seludang pembuluh tanaman kontrol (c), dan kloroplas sel seludang pembuluh tanaman yang mengalami cekaman kekeringan (d). Kloroplas (K), mitokondria (Mt), pati (P), sel seludang pembuluh (Ss), dan dinding sel (ds). a b c

7 Gambar 6 Struktur kloroplas tanaman padi hasil mikroskop transmisi elektron dengan perbesaran 3x. Kloroplas sel mesofil tanaman kontrol (a), kloroplas sel mesofil tanaman yang mengalami cekaman kekeringan (b), dan kloroplas sel seludang pembuluh tanaman kontrol (c). Kloroplas (K), mitokondria (Mt), pati (P), sel epidermis (Se), dan dinding sel (ds). PEMBAHASAN Respon Pertumbuhan dan Fisiologi C3 dan C4 terhadap Perlakuan Cekaman Kekeringan Cekaman merupakan segala bentuk perubahan kondisi lingkungan yang mengakibatkan tanggapan tumbuhan menjadi lebih rendah daripada tanggapan optimum (Salisbury & Ross 1992). Salah satu jenis cekaman tersebut adalah cekaman kekeringan yang berkaitan dengan ketersediaan air yang merupakan salah satu faktor pembatas bagi fungsi normal tanaman (Passarakli 22). Pada kondisi lingkungan tertentu, tanaman dapat mengalami defisit air. Defisit air berarti terjadi penurunan gradien potensial air antara tanah, akar, daun, dan atmosfer sehingga laju transpor air dan hara menurun (Taiz & Zeiger 22). Air memegang peranan penting bagi tanaman. Kandungan air pada tanaman akan dipengaruhi oleh faktor lingkungan, dan salah satunya ialah kandungan air tanah itu sendiri (Taiz & Zeiger 22). Secara umum, perlakuan cekaman kekeringan nyata menurunkan nilai KAM ketiga tanaman (Gambar 1). Besarnya tingkat penurunan nilai KAM berbeda antara ketiga tanaman. Hal tersebut mungkin terjadi karena secara ekologi habitat ketiga tanaman tersebut berbeda. padi yang secara ekologi memang beradaptasi baik pada lingkungan yang basah. Menurut Hamim (23), tanaman merupakan gulma padi sawah yang secara ekologi lingkungan tumbuhnya sama dengan padi. Walaupun demikian tanaman memiliki kemampuan untuk bertahan hidup dalam lingkungan yang kering. alang-alang justru memiliki habitat yang berbeda dengan tanaman dan padi. alang-alang hidup di daerah yang biasa terpapar sinar matahari dan lahannya kering (Kostermans et al. 1987), sehingga tanaman alang-alang lebih dapat beradaptasi dan tahan terhadap cekaman kekeringan. Hamim (25) mengatakan bahwa cekaman kekeringan menyebabkan kelayuan pada semua tanaman dan penurunan KAM pada gandum, kale, dan Amaranthus caudatus hingga mencapai 2 hingga 25%, sedangkan KAM pada masih 4%. Terdapat perbedaan respon pertumbuhan antara ketiga tanaman terhadap perlakuan cekaman kekeringan. Perbedaan respon tersebut tampak pada perbedaan besaranya persentase penurunan laju pertumbuhan. Hasil analisis pada tabel 1, menunjukkan bahwa perlakuan cekaman kekeringan menyebabkan penurunan dan terhentinya laju pertumbuhan ketiga tanaman. Penurunan laju pertumbuhan tersebut lebih jelas terlihat pada tanaman alang-alang, dimana tanaman tersebut memiliki persen penurunan paling tinggi diantara ketiga tanaman baik tinggi tanaman, jumlah daun maupun anakan. Menurut Taiz dan Zeiger (22), cekaman kekeringan dapat menghambat pertumbuhan tanaman. Pada kondisi lingkungan defisit air, terjadi penurunan gradien potensial air antara tanah, akar, daun, dan atmosfer sehingga laju transpor air dan hara menurun. Penurunan ini akan mengakibatkan gangguan pada pertumbuhan tanaman, terutama pada jaringan yang sedang tumbuh (Kramer & Boyer 1995). Penghambatan pertumbuhan ini di antaranya, yaitu tidak bertambahnya tinggi tanaman, jumlah daun, dan anakan dari ketiga tanaman tersebut. Cekaman kekeringan dapat menyebabkan terjadinya penurunan laju pertumbuhan tanaman karena adanya penurunan laju fotosintesis, rendahnya potensial air, dan menurunnya tekanan turgor (Niyogi 1999). Perlakuan cekaman kekeringan yang terjadi pada fase vegetatif juga berpengaruh negatif terhadap indeks luas daun, perkembangan tunas baru, dan nisbah tajuk-akar (Kramer