RESPON FISIOLOGI BEBERAPA VARIETAS PADI TERHADAP CEKAMAN BESI A M N A L

Transkripsi

1 RESPON FISIOLOGI BEBERAPA VARIETAS PADI TERHADAP CEKAMAN BESI A M N A L SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009

2 PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul Respon Fisiologi beberapa Varietas Padi terhadap Cekaman Besi merupakan gagasan dan karya saya bersama pembimbing yang belum pernah dipublikasikan dalam bentuk apapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan oleh penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka dibagian akhir tesis ini. Bogor, Agustus 2009 A m n a l NRP G

3 ABSTRACT AMNAL : Physiological Responses of several Rice Varieties to Iron Stress. Under Supervission of MIFTAHUDIN and HAMIM Iron toxicity is one of the major limiting factors of the rice production in lowland rice cultivation. The objectives of this research were to study the physiological responses of several rice varieties to iron stress. Three rice Fetolerant varieties (Danau Gaung, Indragiri and Punggur), one Fe-sensitive variety (IR64) and four unknown Fe-tolerance varieties (Grogol, Hawarabunar, Krowal Panjang and Krowal Oval) of rice were used in this study. The four-week old seedlings were grown on nutrient solution (Yoshida et al. 1976) with FeSO 4.7H 2 O as an Fe source at 0, 250, 500, 750, 1000, 1250 and 1500 ppm. Leaf bronzing score, root and shoot iron content, root and shoot length and dry weight were analyzed. Accumulation of Fe in plant tissue was determined by O-Phenanthroline colorimetric method. Green house experiment using soil media was conducted for the same varieties and iron concentration to verify the result of nutrient culture experiment. Leaf bronzing score, rice growth dan production components were observed as physiological responses to iron stress. Nutrient culture experiment results showed that iron stress caused bronzing symptoms on leaves and stunted root and shoot growth as well as lower mass dry weigth. High accumulation of iron was found in epidermis, cortex, and endodermis of roots and even in some rice varieties (IR64, Indragiri and Punggur) iron was also found in the xyleem. Pot experiment verified the nutrient culture experiment based on bronzing score, plant height and production component data that rice var. IR64 was an Fesensitive, Grogol and Hawarabunar were Fe-tolerant and Krowal Panjang, Krowal Oval, Indragiri, Punggur and Danau Gaung were Fe-moderate varieties. Experiment using nutrient culture with the concentration of 1500 ppm Fe could be used as a method to select rice germplasm based on tolerance characters to iron stress with relatively shorter time compared to the pot experiment. Keywords: Iron toxicity, Rice, Pyshiological responses, Iron accumulation

4 RINGKASAN AMNAL : Respon Fisiologi beberapa Varietas Padi terhadap Cekaman Besi Dibimbing oleh MIFTAHUDIN dan HAMIM. Penggunaan varietas padi toleran besi (Fe) merupakan salah satu cara yang dapat dilakukan untuk mengatasi rendahnya produksi padi pada lahan yang mengalami keracunan besi. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari respon fisiologi berbagai varitas padi terhadap cekaman besi, dan mengembangkan metode alternatif yang dapat digunakan untuk seleksi plasma nutfah padi berdasarkan karakter toleransi tanaman padi terhadap cekaman besi. Percobaan terdiri dari percobaan kultur hara dan percobaan pot (media tanah) yang dilakukan di rumah kaca Departemen Biologi FMIPA IPB Dramaga, mulai bulan Mei sampai Desember Pada kedua percobaan tersebut digunakan Rancangan Acak Kelompok (RAK) dengan 2 Faktor dan 3 ulangan. Faktor pertama adalah 8 varietas padi yang terdiri dari 3 varietas toleran besi (Danau Gaung, Indragiri, dan Punggur), 1 varietas sensitif besi (IR64), dan 4 varietas yang belum diketahui sifat toleransinya terhadap cekaman besi (Grogol, Hawarabunar, Krowal Panjang, dan Krowal Oval). Faktor kedua adalah 7 perlakuan tingkat cekaman besi yaitu 0, 250, 500, 750, 1000, 1250, dan 1500 ppm. Perlakuan cekaman besi dilakukan dengan memberikan FeSO 4.7H 2 O pada larutan hara (Yoshida, 1976) setelah tanaman berumur 4 minggu atau pada media tanam pada saat persiapan tanah untuk percobaan pot. Pada percobaan kultur hara dilakukan pengamatan terhadap tingkat keracunan besi pada daun (nilai skor bronzing), pertumbuhan tinggi tanaman, pertumbuhan panjang akar, bobot kering akar dan tajuk, kandungan besi total akar dan tajuk, serta akumulasi Fe dalam jaringan akar pada 7 hari setelah perlakuan cekaman besi, sedangkan pada Percobaan Pot pengamatan dilakukan terhadap nilai skor bronzing pada umur 2 sampai 10 minggu setelah tanam, tinggi tanaman mulai 2 minggu setelah tanam, jumlah anakan produktif, umur tanaman, persentase biji isi, bobot 1000 butir, dan bobot total biji per rumpun. Pengelompokkan varietas padi berdasarkan tingkat toleransinya terhadap cekaman besi dilakukan berdasarkan Analisis Komponen Utama.

5 Hasil penelitian menunjukkan bahwa keracunan besi pada tanaman padi terlihat dari gejala bronzing pada daun, tanaman menjadi kerdil, pertumbuhan akar terhambat, biomasa tanaman rendah, umur panen terlambat, dan produksi tanaman menurun. Kelebihan besi terakumulasi di bagian epidermis, korteks, dan endodermis akar, bahkan pada beberapa varietas padi (IR64, Indragiri, dan Punggur) besi juga dijumpai di bagian xilem. Percobaan kultur hara dengan larutan Yoshida (1976) sampai dengan konsentrasi cekaman besi 1500 ppm merupakan metode yang dapat dikembangkan untuk melakukan seleksi sifat toleransi tanaman padi terhadap cekaman besi dalam waktu yang relatif singkat dibandingkan dengan percobaan pot (media tanah). Batas kritis cekaman besi yang masih dapat ditenggang oleh tanaman padi berkisar antara ppm. Pengelompokan varietas padi berdasarkan analisis komponen utama diperoleh tiga kelompok varietas padi. Varietas IR64 termasuk ke dalam varietas sensitif terhadap cekaman besi, varietas Grogol dan Hawarabunar termasuk ke dalam kelompok varietas toleran terhadap cekaman besi, sedangkan varietas Krowal Panjang, Krowal Oval, Indragiri, Punggur, dan Danau Gaung bersifat moderat terhadap cekaman besi. Kata Kunci: Keracunan besi, Padi, Respon fisiologis, Akumulasi besi

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

7 RESPON FISIOLOGI BEBERAPA VARIETAS PADI TERHADAP CEKAMAN BESI A m n a l Tesis Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Mayor Biologi Tumbuhan SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009

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

9 Judul Tesis Nama N I M Departemen : Respon Fisiologi beberapa Varietas Padi terhadap Cekaman Besi : Amnal : G : Biologi Disetujui Komisi Pembimbing Dr. Ir. Miftahudin, M. Si. Ketua Dr. Ir. H a m i m, M. Si. Anggota Diketahui Koordinator Mayor Biologi Tumbuhan Dekan Sekolah Pascasarjana Dr. Ir. Miftahudin, M. Si. Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M. S. Tanggal Ujian: Tanggal Lulus:

10 PRAKATA Ucapan syukur alhamdullillah penulis hantarkan ke hadirat Allah subhanahu wata ala sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Mei 2008 hingga Desember 2008 ini ialah cekaman besi, dengan judul Respon Fisiologi beberapa Varietas Padi terhadap Cekaman Besi Sebagai ungkapan terima kasih penulis sampaikan kepada Departemen Agama RI yang memberi kesempatan kepada penulis untuk melanjutkan studi Pascasarjana pada FMIPA Institut Pertanian Bogor, Dr. Ir. Miftahudin. M. Si dan Dr. Ir. Hamim. M. Si sebagai pembimbing yang telah memberikan bantuan bahan-bahan kimia dan perlatan yang dibutuhkan selama penelitian dilaksanakan, serta bimbingan dalam penyusunan tesis ini. Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada ibu, istri dan anak-anak, serta semua pihak yang telah mendukung terselenggaranya penelitian ini. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat dan berguna. Amin. Bogor, Agustus 2009 Penulis A M N A L NRP. G

11 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Langsa, Aceh Timur pada tanggal 25 Desember 1965, sebagai anak kelima dari delapan bersaudara pasangan Bapak Alm Muhammad Ralief dan Ibu Umi Salmah. Penulis menikah dengan Yusriati, S. Pd dan dikaruniai dua putra dan satu putri, Muxtasyim Achyar, Mohd. Hafidz Furqoni, dan Puan Taqiyya Fat-Hani. Penulis menyelesaikan pendidikan sarjana di Universitas Samudera Langsa, Fakultas Kependidikan dan Ilmu Keguruan Jurusan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Program Studi Pendidikan Biologi tahun Pada tahun 2007 penulis mendapat kesempatan untuk melanjutkan studi S2 pada program studi Biologi, di Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor dengan Beasiswa dari Departemen Agama RI. Saat ini penulis bekerja sebagai guru Biologi pada Madrasah Aliyah Negeri Binjai Sumatera Utara.

12 DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL... viii DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR LAMPIRAN...x PENDAHULUAN...1 Latar Belakang...1 Tujuan Penelitian...2 TINJAUAN PUSTAKA...3 Keracunan Besi Pada Tanaman Padi...3 Mekanisme Toleransi Keracunan Besi pada Tanaman Padi...5 Varietas Padi Toleran Besi...7 Metode Analisis Respon Fisiologis Tanaman Padi terhadap Keracunan Besi...9 BAHAN DAN METODE...11 Ruang Lingkup Penelitian...11 Bahan Tanaman...12 Percobaan Kultur Hara...12 Percobaan Pot...16 Rancangan Percobaan...16 Analisis data...17 HASIL DAN PEMBAHASAN...18 Percobaan Kultur Hara...18 Percobaan Pot...31 Toleransi Tanaman Padi terhadap Cekaman Besi...41 Validasi Metode Seleksi Karakter Toleransi Tanaman Padi terhadap Cekaman Besi...44 KESIMPULAN DAN SARAN...48 Kesimpulan...48 Saran...48 DAFTAR PUSTAKA...49 LAMPIRAN...52

13 DAFTAR TABEL Halaman 1 Varietas tanaman padi yang digunakan dalam penelitian ini dan digolongkan menurut kepekaan terhadap cekaman besi Standar sistem evaluasi blas pada daun dan nilai skor bronzing daun Nilai skor bronzing daun beberapa varietas padi pada berbagai tingkat cekaman besi pada umur 7 hari setelah perlakuan cekaman besi Matrik korelasi antara nilai skor bronzing dengan peubah lain dari 8 varietas padi pada perlakuan cekaman besi Nilai komponen utama dari skor bronzing (SB), Bobot Biji/Rumpun (BBR), Pertambahan Panjang Akar (PPA), Bobot 1000 Biji (BB), dan Persentase Biji Isi/Malai (BIM)...42

14 DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Diagam alur penelitian respon fisiologi beberapa varietas padi terhadap cekaman besi Percobaan kultur hara untuk mempelajari keracunan besi pada padi Nilai indeks dan tingkat keparahan cekaman Gejala bronzing pada daun yang berfungsi sebagai tempat fotosintesis pada padi varietas IR Grafik selisih tinggi tanaman dari 8 varietas pada berbagai konsentrasi cekaman Fe pada umur 7 hari setelah perlakuan cekaman Fe Grafik selisih panjang akar dari 8 varietas pada berbagai konsentrasi cekaman Fe pada awal cekaman terhadap umur 7 hari setelah perlakuan cekaman Fe Grafik bobot kering tajuk dari 8 varietas pada berbagai konsentrasi cekaman Fe pada umur 7 hari setelah perlakuan cekaman Fe Grafik kandungan besi total akar dari 8 varietas pada berbagai konsentrasi cekaman Fe pada umur 7 hari setelah perlakuan cekaman Fe Grafik kandungan besi total tajuk dari 8 varietas pada berbagai konsentrasi cekaman Fe pada umur 7 hari setelah perlakuan cekaman Fe Perbandingan morfologi akar dari 8 varietas padi a) perlakuan kontrol b) perlakuan cekaman besi 1500 ppm umur 7 hari setelah perlakuan cekaman besi Perbandingan sayatan melintang akar 8 varietas padi antara kontrol dan perlakuan cekaman 1500 ppm Fe Nilai skor bronzing daun 8 varietas padi pada perlakuan berbagai konsentrasi cekaman Fe Grafik tinggi tanaman interaksi antara faktor varietas dan konsentrasi cekaman Fe Grafik jumlah anakan interaksi antara faktor varietas dan konsentrasi cekaman besi pada umur 10 minggu setelah tanam Grafik umur panen interaksi antara faktor varietas dan konsentrasi cekaman besi Grafik persentase biji isi interaksi antara faktor varietas dan konsentrasi cekaman besi umur 7 hari setelah perlakuan cekaman besi Grafik bobot 1000 biji interaksi antara faktor varietas dan konsentrasi cekaman besi Grafik bobot biji/rumpun interaksi antara faktor varietas dan konsentrasi cekaman besi Analisis PCA dari semua peubah yang diamati untuk menentukan komponen utama dari karakter toleransi tanaman padi terhadap cekaman besi Analisis komponen utama berdasarkan skor bronzing daun dan kandungan besi total akar...43

15 22 Analisis Komponen Utama berdasarkan skor bronzing dan kandungan besi total tajuk Diagam pengelompokan 8 varietas padi berdasarkan sifat toleransinya terhadap cekaman besi...44

16 DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Komposisi larutan Yoshida pada percobaan kultur hara Seri larutan dehidrasi n-butanol Skema tahapan dehidrasi seri larutan n-butanol Analisa sidik ragam nilai skor daun umur 7 hari setelah perlakuan cekaman besi percobaan kultur hara Perbandingan gejala keracunan bronzing 8 varietas padi pada konsentrasi 1500 ppm Analisa sidik ragam tinggi tanaman 8 varietas padi pada umur 7 hari setelah perlakuan cekaman besi pada kultur hara Pertumbuhan tinggi tanaman 8 varietas padi antara umur 0 dan 7 hari setelah perlakuan cekaman besi Tinggi tanaman 8 varietas padi pada perlakuan cekaman besi umur 7 hari setelah perlakuan cekaman Fe pada kultur hara Analisis sidik ragam selisih panjang akar 8 Varietas padi antara umur 0 dan 7 hari setelah perlakuan cekaman besi pertumbuhan panjang akar 8 Varietas padi antara umur 0 dan 7 hari setelah perlakuan cekaman besi Perbandingan panjang akar 8 Varietas padi pada perlakuan cekaman besi umur 7 hari setelah perlakuan Analisis sidik ragam bobot kering akar 8 Varietas padi pada umur 7 hari setelah perlakuan cekaman besi Bobot kering akar 8 varietas padi pada perlakuan cekaman besi pada umur 7 hari setelah perlakuan cekaman besi Analisis sidik ragam bobot kering tajuk 8 varietas padi pada umur 7 hari setelah perlakuan cekaman besi Bobot kering tajuk 8 Varietas padi pada perlakuan cekaman besi umur 7 hari setelah perlakuan cekaman (g) Analisis sidik ragam besi total akar 8 Varietas padi pada umur 7 hari setelah perlakuan cekaman besi Kandungan besi total akar 8 Varietas padi pada perlakuan Konsentrasi cekaman besi pada umur 7 hari setelah perlakuan cekaman besi (mg/100 g) Analisis sidik ragam besi total tajuk 8 Varietas padi pada umur 7 hari setelah perlakuan cekaman besi Kandungan besi total tajuk 8 Varietas tanaman padi pada perlakuan Konsentrasi cekaman besi pada umur 7 hari setelah perlakuan cekaman besi (mg/100 g) Analisis sidik ragam nilai skor bronzing 8 varietas padi pada perlakuan Konsentrasi cekaman besi umur 9 MST Analisis sidik ragam tinggi tanaman percobaan pot pada perlakuan Konsentrasi cekaman besi umur 2 5 MST Analisis sidik ragam tinggi tanaman percobaan pot pada perlakuan Konsentrasi cekaman besi umur 6-10 MST...64

17 23 Analisis sidik ragam tinggi tanaman perlakuan konsentrasi cekaman besi umur 10 MST Analisis sidik ragam jumlah anakan perlakuan konsentrasi cekaman besi umur 10 MST Jumlah anakan 8 Varietas padi pada Konsentrasi cekaman besi umur 9 minggu setelah tanam Analisis sidik ragam umur tanaman pada perlakuan konsentrasi cekaman besi umur 10 MST Umur tanaman dari 8 varietas padi pada perlakuan konsentrasi cekaman besi (hari), Analisis sidik ragam persentase biji isi pada perlakuan Konsentrasi cekaman besi Persentase biji isi dari 8 varietas padi pada perlakuan konsentrasi cekaman Fe (%), Analisis sidik ragam bobot 1000 biji pada perlakuan Konsentrasi cekaman besi F Angka pada kolom dan r yang sama diikuti huruf yang sama tidak berbeda nyata pada taraf α 0, Bobot 1000 biji isi 8 varietas padi pada perlakuan konsentrasi cekaman Fe (g), Analisis sidik ragam bobot isi/malai pada perlakuan konsentrasi cekaman besi umur 10 MST Bobot isi/malai 8 varietas padi pada perlakuan Konsentrasi cekaman Fe (g)