TOLERANSI HOTONG (Setaria italica L. Beauv) PADA BERBAGAI CEKAMAN KEKERINGAN: PENDEKATAN ANATOMI DAN FISIOLOGI YATI TUASAMU

Transkripsi

1 0 TOLERANSI HOTONG (Setaria italica L. Beauv) PADA BERBAGAI CEKAMAN KEKERINGAN: PENDEKATAN ANATOMI DAN FISIOLOGI YATI TUASAMU SEKOLAH PASCA SARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009

2 1 PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Toleransi Hotong (Setaria italica L. Beauv) pada berbagai Cekaman Kekeringan: Pendekatan Anatomi dan Fisiologi adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini. Bogor, Agustus 2009 Yati Tuasamu NRP G

3 2 ABSTRACT YATI TUASAMU. (Tolerance Hotong (Setaria italica L. Beauv) to Drought Stress: Anatomy and Physiology responses). Under supervisor of HAMIM and TRIADIATI. Hotong (Setaria italica L. Beauv) is one of local excellent crop in Buru Island which becomes an important food alternative. However, because this plants are normally cultivated during dry season, drought stress is one of the major factor limiting plant growth and production. The objective of the study was to examine the adverse effects of drought stress on 3 accessions of hotong (Buru 1 accession (A1), Buru 2 accession (A2), and AGH accession (A3) based on anatomical and physiological responses. Plants were grown in 6 kg pot containing soil and sand (1:1, v/v) in the greenhouse. Drought was imposed at 14 days after the plants were 6 weeks old. The parameters were examined during the drought stress were media water content (MWC), relative water content (RWC), plant growth, photosynthetic parameters including maximum efficiency of photosynthetic (Fv/Fm), photochemical quenching (qp), non-photochemical quenching (qn), and quantum yield (qy), chlorophyll content, ascorbic acid (ASA), and proline concentration. Anatomy characteristics of leaf, stem, and root were observed using paradermal and transversal section. The results showed that drought stress caused decrease of MWC and RWC which generally influenced leaf area, plant height, root length, and dry weight. Seed production decreased due to the stress, and the biggest was happened on A2 compared to A1 and A3 accessions. The Fv/Fm of all plants was not change during the drought periode, but showed a slight decrease in the last periode of drought. The A1 and A2 presented the higher decrease in qp and qy in response to drought, as compared to A3. On the contrary, qn increased in all accessions during the drought periode, but the increment was higher in the A3. The chlorophyll content of the plants subjected to drought stress was relatively stable and equal to that of plant control. The ASA content of A1 and A2 increased until 8 days drought treatment and decreased after 12 days drought treatment and rewatering. Drought stress increased significant accumulation of proline in all accessions until 14 days and have positive correlation to improvement of root length especially of A3. Leaf antomical characteristics of the plants subjected to drought stress decreased significantly in primary vena, vein rib, leaf, and mesophyll thickness, but the lower reduction was showed by A3 compared to other accessions especially in leaf and mesophyll thickness. The A1 showed the higher decrease in xylem vessels diameter of leaf, as compared to A2 and A3. The xylem vessels diameter of stem and root of all plants were relatively stable and equal to the plant control. Stomata density decreased significant in A2, but in A1 and A3 it was stable. The results showed that A3 more tolerant than A1 and A2, indicated by stable of photosynthetic rate (Pn) and seed production during the drought. Keyword: drought stress, plant growth, physiological responses, anatomy characteristics, Setaria italica L. Beauv.

4 3 RINGKASAN YATI TUASAMU. Toleransi Hotong (Setaria italica L. Beauv) pada berbagai Cekaman Kekeringan: Pendekatan Anatomi dan Fisiologi. Dibimbing oleh HAMIM dan TRIADIATI. Hotong (Setaria italica L. Beauv) merupakan salah satu komoditi tanaman pangan unggul lokal yang dikonsumsi masyarakat di Pulau Buru sebagai pangan alternatif penghasil karbohidrat. Tanaman ini tumbuh pada lahan kering dan toleran terhadap suhu tinggi namun tidak toleran pada periode cekaman kekeringan yang panjang. Budidaya tanaman hotong terutama di prioritaskan pada lahan-lahan kering dengan pola penanaman tadah hujan, sehingga kondisi kekeringan merupakan salah satu faktor lingkungan utama yang dapat menghambat pertumbuhan dan produksinya. Ketersediaan air yang rendah pada fase awal pertumbuhan tanaman ini dapat mengakibatkan cekaman kekeringan (drought stress). Pada periode cekaman kekeringan yang panjang tanaman ini tidak mampu melakukan recovery, dan apabila terjadi kerusakan jaringan akan bersifat tidak dapat balik (permanen) sehingga mempengaruhi pertumbuhan dan menurunkan produksinya. Antisipasi yang dapat dilakukan untuk mengurangi tingkat penurunan produksi akibat cekaman kekeringan adalah dengan menanam varietas unggul hotong yang toleran kekeringan. Dalam upaya pengembangan varietas unggul tersebut diperlukan sejumlah informasi mengenai mekanisme toleransi tanaman ini terhadap cekaman kekeringan, sehingga proses seleksi bisa berjalan secara efisien dan efektif. Penelitian ini mengamati mekanisme toleransi terhadap cekaman kekeringan dengan pendekatan anatomi dan fisiologi pada tiga aksesi hotong (aksesi Buru 1 (A1), aksesi Buru 2 (A2), dan aksesi AGH (A3). Tanaman hotong ditumbuhkan dalam pot berukuran 6 kg menggunakan media tanam yang terdiri atas campuran tanah dan pasir dengan perbandingan (1:1, v/v) di dalam rumah kaca. Perlakuan cekaman kekeringan dilakukan selama 14 hari setelah tanaman berumur 6 minggu. Parameter-parameter yang diukur selama cekaman kekeringan meliputi: Kadar Air Media (KAM), Kandungan Air Relatif (KAR) daun, pertumbuhan dan produksi tanaman, parameter fotosintetis yang terdiri atas: efisiensi maksimum fotosintetis (Fv/Fm), pelepasan energi untuk reaksi fotokimia (qp), non fotokimia (qn), dan hasil kuatum fotosintesis (qy), kandungan asam askorbat (ASA), prolin, dan klorofil daun. Karakteristik anatomi daun, batang, dan akar diamati melalui pembuatan sayatan paradermal dan transversal menggunakan mikroskop cahaya. Perlakuan cekaman kekeringan selama 14 hari mengakibatkan penurunan KAM diikuti penurunan KAR daun secara tajam yang mulai terjadi pada 8 HSP, dan stabilitas struktur anatomi terutama daun pada 14 HSP cekaman. Penurunan ini menyebabkan perubahan laju fotosintesis melalui penurunan pelepasan energi untuk reaksi fotokimia (qp), dan hasil kuantum fotosintesis (qy) secara tajam yang mulai terjadi pada 4 sampai 14 HSP cekaman walaupun hal tersebut tidak menyebabkan penurunan yang berarti pada nilai efisiensi maksimum fotosintesis (Fv/Fm), kecuali pada akhir periode kekeringan. Penurunan laju fotosintesis ini mempengaruhi pertumbuhan dan produksi ketiga aksesi hotong yaitu menghambat perkembangan luas daun, penurunan tinggi tajuk dan produksi biji terutama pada aksesi 2. Sebaliknya, perlakuan cekaman kekeringan menyebabkan peningkatan disipasi energi melalui proses non fotokimia (qn), sehingga menginduksi

5 peningkatan akumulasi asam askorbat (ASA) yang puncaknya pada 8 HSP kekeringan dan signifikan pada aksesi 3. Selain itu perlakuan cekaman kekeringan mengakibatkan peningkatan akumulasi prolin yang tertinggi pada aksesi 1 dan 2 pada akhir periode cekaman. Peningkatan akumulasi prolin selama periode cekaman berkorelasi positif terhadap peningkatan panjang akar terutama pada aksesi 3 yang merupakan mekanisme toleransi terhadap cekaman kekeringan. Peningkatan akumulasi prolin pada akhir periode kekeringan pada ketiga aksesi menunjukkan bahwa tanaman dalam keadaan stres yang sangat berat. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa aksesi 3 lebih toleran terhadap perlakuan cekaman kekeringan selama 14 hari dibanding aksesi 1 dan 2. Hal ini dapat dilihat berdasarkan kestabilan proses fotosintesis selama cekaman kekeringan yang ditunjukkan oleh nilai reaksi-reaksi fotokimia (qp) dan hasil kuantum fotosintesis (qy), mekanisme regulasi fotosintesis melalui proses non fotokimia (qn), kestabilan struktur anatomi daun terutama kerapatan stomata, tebal daun, dan lapisan mesofil. Terjadi peningkatan panjang akar dan produksi biji yang relatif tidak mengalami penurunan dibandingkan dengan tanaman kontrolnya. Kata kunci: cekaman kekeringan, pertumbuhan dan produksi, respon fisiologi, karakteristik anatomi, Setaria italica L. Beauv. 4

6 5 Hak Cipta milik IPB, tahun 2009 Hak Cipta dilindungi Undang-Undang Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB

7 6 TOLERANSI HOTONG (Setaria italica L. Beauv) PADA BERBAGAI CEKAMAN KEKERINGAN: PENDEKATAN ANATOMI DAN FISIOLOGI YATI TUASAMU Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Mayor Biologi Tumbuhan SEKOLAH PASCA SARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009

8 Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Ir. Munif Ghulamahdi, M.S. 7

9 8 Judul Tesis Nama NRP : Toleransi Hotong (Setaria italica L. Beauv) pada berbagai Cekaman Kekeringan: Pendekatan Anatomi dan Fisiologi : Yati Tuasamu : G Disetujui Komisi Pembimbing Dr. Ir. Hamim, M.Si. Ketua Dr. Dra. Triadiati, M.Si. Anggota Diketahui Koordinator Mayor Biologi Tumbuhan Dekan Sekolah Pascasarjana Dr. Ir. Miftahudin, M.Si. Prof. Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, M.S. Tanggal Ujian: 06 Agustus 2009 Tanggal Lulus: 25 Agustus 2009

10 9 PRAKATA Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala karunia-nya sehingga karya ilmiah (tesis) ini berhasil diselesaikan. Penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Juni 2008 sampai April 2009 di rumah kaca Kebun Percobaan Cikabayan, Laboratorium Fisiologi, Laboratorium Anatomi dan Morfologi Tumbuhan, Departemen Biologi, FMIPA, Institut Pertanian Bogor ini tentang cekaman kekeringan, dengan judul Toleransi Hotong (Setaria italica L. Beauv) pada berbagai Cekaman Kekeringan: Pendekatan Anatomi dan Fisiologi. Terima kasih dan penghargaan yang tinggi penulis sampaikan kepada semua pihak yang telah membantu dalam pelaksanaan penelitian dan penyelesaian penulisan tesis ini yaitu; 1 Bapak Dr. Ir. Hamim, M.Si. dan Ibu Dr. Dra. Triadiati, M.Si. selaku komisi pembimbing atas waktu, kesabaran, ilmu, dan kemudahan yang diberikan selama bimbingan mulai dari tahap awal persiapan penelitian sampai akhir penyelesaian tesis ini. 2 Dr. Ir. Juliarni, M.Agr. atas waktu, kesabaran, ilmu, dan kemudahan yang diberikan selama bimbingan pada tahap awal persiapan penelitian ini. 3 Dr. Ir. Munif Ghulamahdi, M.S. selaku penguji luar komisi atas ilmu dan saran yang telah diberikan untuk kesempurnaan tesis ini. 4 Ketua Mayor, seluruh dosen, karyawan, dan pengelola Laboratorium pada lingkup Biologi Tumbuhan atas ilmu, bantuan, dan fasilitas yang diberikan selama penelitian dilakukan sampai penyelesaian tesis ini. 5 IPB yang telah memberikan kesempatan bagi penulis untuk memperoleh dana BPPS dalam rangka penyelesaian studi dan penelitian pada Program Magister Sains. 6 Yayasan Dana Beasiswa Maluku (YDBM) dan Yayasan Tahija di Jakarta yang telah memberikan bantuan dana dalam pelaksanaan penelitian ini. 7 Papa dan mama tercinta, Ed dan adik-adikku tersayang serta seluruh keluarga atas nasehat, kepercayaan, doa, dan semangat yang telah diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan tesis ini tepat waktu. 8 Rekan-rekan Pascasajana Biologi FMIPA IPB tahun 2007 atas kerjasama dan kebersamaannya selama menyelesaikan studi. Semoga Allah senantiasa membalas kebaikan semuanya dengan pahala yang berlipat ganda, amin. Penulis berharap semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi pihak yang terkait terutama dalam upaya pemuliaan dan pengembangan budidaya tanaman hotong khususnya di Pulau Buru maupun di Indonesia. Bogor, Agustus 2009 Yati Tuasamu