DISTRIBUSI DAN AKUMULASI ALUMINIUM PADA AKAR PADI DALAM KONDISI CEKAMAN ALUMINIUM PADA LARUTAN HARA. Oleh: NURLAELA G

Transkripsi

1 DISTRIBUSI DAN AKUMULASI ALUMINIUM PADA AKAR PADI DALAM KONDISI CEKAMAN ALUMINIUM PADA LARUTAN HARA Oleh: NURLAELA G DEPARTEMEN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2007

2 ABSTRAK NURLAELA. Distribusi dan Akumulasi Aluminium pada Akar Padi dalam Kondisi Cekaman Aluminium pada Larutan Hara. Dibimbing oleh MIFTAHUDIN dan JULIARNI. Aluminium (Al) merupakan faktor utama penghambat pertumbuhan tanaman pada tanah masam. Target utama keracunan Al adalah ujung akar. Keberadaan Al di ujung akar menyebabkan pertumbuhan akar terhambat. Penelitian ini bertujuan mempelajari distribusi dan kandungan Al pada akar tanaman padi yang ditumbuhkan pada kondisi cekaman Al dengan mengamati pertumbuhan akar, kandungan dan distribusi Al pada jaringan akar. Benih padi yang digunakan adalah varietas IR 64 (sensitif Al) dan Krowal (toleran Al). Kecambah padi umur 1 hari dalam larutan hara digunakan untuk pengukuran pertambahan panjang akar dan analisis histokimia. Sedangkan untuk analisis kandungan Al kecambah ditumbuhkan selama 5 hari. Perlakuan Al diberikan pada konsentrasi 0, 15, 30, 45, dan 60 ppm selama 24 jam (Percobaan I). Pada Percobaan II, perlakuan Al dengan konsentrasi 60 ppm diberikan selama 0, 6, 12, 24, dan 48 jam. Perlakuan cekaman Al dengan konsentrasi 15 ppm sudah menghambat pertambahan panjang akar seminal dan menghalangi pembentukan akar adventif. Zona meristematik pada ujung akar yang mendapat perlakuan cekaman Al berwarna ungu muda setelah diberi pewarna hematoksilin. Akumulasi Al pada akar terdapat pada lapisan epidermis dan sub epidermis akar baik pada varietas IR 64 maupun Krowal. Akar varietas IR 64 cenderung lebih banyak mengandung Al daripada akar varietas Krowal. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa tidak terdapat perbedaan respon varietas IR 64 dan Krowal terhadap cekaman dan periode cekaman Al. Sedangkan perlakuan Al memberikan pengaruh yang nyata terhadap pertambahan panjang akar dan akumulasi Al. ABSTRACT NURLAELA. Aluminum Distribution and Accumulation in Rice Root under Al Stress Condition grown in Nutrient Solution. Supervised by MIFTAHUDIN and JULIARNI. Aluminum (Al) is the major limiting factor in plant growth on acid soils. The target of Al toxicity is the root tip. Al exposure in root tip causes inhibition of root growth. The aim of this research was to study Al distribution and accumulation in rice roots which were grown on Al stress condition through observation on root growth, Al content and Al distribution in root tissues. Rice cv. IR 64 (Al-sensitive) and Krowal (Al-tolerant) were used in this study. One-day rice seedlings in nutrient solution were used for root elongation measurement and histochemical analysis. Whereas five-day rice seedlings grown in nutrient solution were used for Al content measurement. This study consisted of two experiments. First, Al concentrations of 0, 15, 30, 45, and 60 ppm were applied for 24 h. Second, 60 ppm Al was applied for 0, 6, 12, 24, and 48 h. The result of this study showed that 15 ppm Al inhibited seminal root growth and caused stunted growth of adventive root. Meristematic zone of treated root tips showed purple color after staining with hematoxylin. Al accumulation was found in the epidermal and sub epidermal layers of root in both varieties. IR 64 tended to accumulate more Al in root tip than Krowal. This study also showed no significant difference in responses to concentration and periods of Al treatments in both varieties. However, Al treatment affected significantly root elongation and Al accumulation in both varieties.

3 DISTRIBUSI DAN AKUMULASI ALUMINIUM PADA AKAR PADI DALAM KONDISI CEKAMAN ALUMINIUM PADA LARUTAN HARA Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor Oleh: NURLAELA G DEPARTEMEN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2007

4 Judul : Distribusi dan Akumulasi Aluminium pada Akar Padi dalam Kondisi Cekaman Aluminium pada Larutan Hara Nama : Nurlaela NRP : G Menyetujui : Pembimbing I Pembimbing II Dr. Ir. Miftahudin, M.Si NIP Dr. Ir. Juliarni, M.Agr NIP Mengetahui : Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS NIP Tanggal Lulus :

5 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 11 Juli 1982 sebagai anak kedua dari empat bersaudara dari pasangan Nasihin Ash ari dan Masitoh. Penulis lulus dari SMU Negeri 10 Jakarta pada tahun 2001 dan pada tahun 2002 diterima di Departemen Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA), Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB). Selama kuliah di Departemen Biologi FMIPA IPB, penulis pernah menjadi asisten praktikum mata kuliah Genetika Dasar tahun ajaran 2004/2005 dan Fisiologi Tumbuhan Dasar tahun ajaran 2005/2006. Penulis juga aktif di Himpunan Mahasiswa Biologi (HIMABIO) sebagai Bendahara periode 2003/2004 dan 2004/2005. Penulis melaksanakan Praktik Lapangan di Kebun Raya Bogor dengan judul Manajemen Konservasi ex-situ Tanaman Anggrek di Pusat Konservasi Kebun Raya Bogor. Penulis juga pernah menjadi Finalis Lomba Karya Ilmiah Program Kreativitas Mahasiswa bidang Penelitian Tingkat IPB yang diselenggarakan oleh DIKTI.

6 PRAKATA Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan karunianya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan karya ilmiah yang berjudul Distribusi dan Kandungan Aluminium pada Akar Padi dalam Kondisi Cekaman Aluminium pada Larutan Hara. Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan Juni 2006 sampai dengan Juni 2007, bertempat di di Laboratorium Fisiologi Tumbuhan dan Laboratorium Anatomi Tumbuhan, Departemen Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir. Miftahudin, M.Si dan Ibu Dr. Ir. Juliarni, M.Agr selaku dosen pembimbing yang telah memberikan saran, dukungan dan bimbingannya selama pelaksanaan karya ilmiah ini. Tidak lupa terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir. Ence Darmo Jaya S., M.Si selaku dosen penguji yang telah memberikan saran dan masukannya dalam penulisan karya ilmiah ini. Ungkapan terima kasih penulis ucapkan kepada keluarga tercinta: bapak, mamah, kakak, kakak ipar, Eko, dan kedua adikku yang selalu memberikan doa, semangat, perhatian dan kasih sayangnya. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Ibu Anis, Ibu Gleni, Bapak Kus, Mba Retno, Bapak Sabur, dan Bapak Joni yang telah membantu kelancaran pelaksanaan karya ilmiah. Tidak lupa terima kasih untuk Ina, Nda, Ibu Dewi, Mba Vil, Irfan, Bapak Ahmad, Bapak Hari atas segala bantuan dan kerjasamanya. Terima kasih juga penulis sampaikan untuk teman-teman di Ghozali Kost, Tuti, Neng Nur, Eli, Awi, Venti, dan teman biologi 39 atas dukungan semangat dan bantuannya. Bogor, September 2007 Nurlaela

7 DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL...vii DAFTAR GAMBAR...vii PENDAHULUAN Latar Belakang... 1 Tujuan... 1 BAHAN DAN METODE Bahan Tanaman... 1 Kultur Larutan Hara... 1 Perlakuan Konsentrasi Al dan Periode Cekaman... 2 Pengukuran Pertambahan Panjang Akar... 2 Analisis Histokimia Akumulasi Aluminium... 2 Pembuatan Sediaan Mikroskopis Akar... 2 Analisis Akumulasi Aluminium... 2 Rancangan Percobaan... 2 HASIL Morfologi dan Pertambahan Panjang Akar... 3 Analisis Histokimia Akumulasi Aluminium... 4 Akumulasi Al pada Jaringan Akar... 4 Analisis Akumulasi Aluminium... 4 PEMBAHASAN... 6 SIMPULAN... 7 DAFTAR PUSTAKA... 7

8 DAFTAR TABEL Halaman 1 Pertambahan panjang akar padi varietas IR 64 dan Krowal untuk perlakuan konsentrasi Al Pertambahan panjang akar padi varietas IR 64 dan Krowal untuk perlakuan periode cekaman Al Akumulasi Al pada akar padi varietas IR 64 dan Krowal untuk perlakuan konsentrasi Al Akumulasi Al pada akar padi varietas IR 64 dan Krowal untuk perlakuan periode cekaman Al... 6 DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Morfologi akar padi varietas IR 64 (a) dan Krowal (b) setelah mendapat perlakuan cekaman Al. Angka menunjukkan konsentrasi Al (ppm). Skala terkecil dalam mm Analisis histokimia akumulasi Al dengan pewarnaan hematoksilin pada akar padi varietas IR 64 (a) dan Krowal (b). Angka menunjukkan konsentrasi Al (ppm) Sayatan melintang akar pada daerah 1 mm dari ujung akar padi varietas IR 64 dan Krowal (a) dan sketsa akar yang menunjukkan lokasi akumulasi Al (b) Akumulasi Al akar padi varietas IR 64 dan Krowal pada berbagai konsentrasi Al... 6

9 PENDAHULUAN Latar Belakang Tanah masam dengan kandungan aluminium (Al) tinggi banyak terdapat di Indonesia. Tanah masam dengan tingkat ph kurang dari 5 berhubungan dengan ketersediaan hara N, P, K, Ca, Mg, dan Mo yang sangat terbatas, serta adanya Al terlarut dalam jumlah yang cukup tinggi. Konsentrasi Al yang tinggi pada tanah masam merupakan faktor penghambat pertumbuhan tanaman. Kelarutan Al berhubungan dengan bentuk senyawa Al. Menurut Kochian (1995) terdapat tiga bentuk senyawa Al yaitu mononuklear (Al 3+ ), Al polinuklear, dan molekul Alkompleks. Endapan Al(OH) 3 terbentuk pada ph netral, sedangkan pada ph tinggi Al terdapat dalam bentuk Al(OH) - 4. Ketika ph rendah (kurang dari 4) akan terbentuk Al(H 2 O) 3+ 6 atau dikenal dengan Al 3+ yang merupakan bentuk Al paling toksik bagi tumbuhan (Matsumoto 2000). Pengaruh Al terhadap pertumbuhan tanaman antara lain menurunkan penyerapan kation bivalen oleh akar terutama penyerapan Ca 2+ dan Mg 2+, menghambat pembelahan selsel meristem akar, serta menurunkan penyerapan SO 2-4, PO 2-4, dan Cl -. Kerusakan akibat Al terhadap tanaman tampak jelas pada akar. Akar menjadi tebal, pendek, dan terhambat perpanjangannya (Delhaize et al. 1993). Keracunan Al terutama terlihat pada ujung akar. Keberadaan Al di ujung akar menyebabkan akar utama menjadi kerdil dan akar lateral terhambat pertumbuhannya (Samac DA dan Tesfaye M 2003). Meskipun Al pada kondisi masam dapat menghambat pertumbuhan, terdapat beberapa jenis atau kultivar tanaman yang toleran terhadap cekaman Al. Bahkan diantara spesies terdapat keragaman genetik terhadap cekaman Al. Adaptasi tanaman terhadap tanah masam sangat ditentukan oleh sifat toleransi terhadap cekaman Al. Padi (Oryza sativa) dan rye (Secale cereale L.) tergolong ke dalam spesies yang paling toleran diantara famili graminae. Menurut Kochian (1995) terdapat beberapa mekanisme yang dilakukan oleh tanaman untuk mengatasi keracunan Al yaitu eksklusi Al pada ujung akar; melepaskan ligan pengkelat Al seperti asam sitrat, oksalat, dan malat; dan meningkatkan ph rizosfer. Tanaman toleran dan sensitif Al akan mengakumulasi Al ketika ditanam pada tanah masam yang mengandung banyak Al (Samac DA dan Tesfaye M 2003). Salah satu kriteria tanaman yang toleran terhadap Al yaitu dapat mengurangi absorpsi dan translokasi Al ke bagian tajuk karena sebagian besar Al telah disimpan di vakuola sel akar (Matsumoto 2000). Spesies gandum (Triticum aestivum L.) yang sensitif akan menyerap dan mengakumulasikan Al lebih banyak dibandingkan dengan spesies gandum yang toleran (Delhaize et al. 1993). Akumulasi Al pada akar padi khususnya akar padi lokal belum banyak diketahui. Tujuan Mempelajari distribusi dan akumulasi Al akar padi yang ditumbuhkan pada kondisi cekaman Al pada larutan hara. BAHAN DAN METODE Bahan Tanaman Bahan tanaman yang digunakan adalah benih padi varietas IR 64 (sensitif Al) dan Krowal (toleran Al) (Jagau 2000). Kultur Larutan Hara Benih padi kedua varietas disterilisasi dengan NaOCl 0.5 % (v/v) selama 15 menit, kemudian dibilas dengan akuades sebanyak 3 kali. Benih direndam di dalam akuades selama 24 jam, setelah itu dikecambahkan di dalam cawan petri yang dilapisi kertas buram lembab. Selanjutnya benih dikecambahkan di dalam ruang gelap dengan kisaran suhu o C selama 48 jam. Kecambah kemudian ditanam di dalam larutan hara dengan cara diletakkan pada plastic screen yang diberi bingkai styrofoam agar mengambang dan ditempatkan di dalam bak plastik berisi larutan hara ph 4. Larutan hara yang digunakan adalah larutan hara menurut Yoshida et al. (1976) yang telah dimodifikasi. Larutan hara ini mengandung 40 ppm N (NH 4 NO 3 ), 10 ppm P (NaH 2 PO 4 ), 40 ppm K (K 2 SO 4 ), 40 ppm Ca (CaCl 2 ), 40 ppm Mg (MgSO 4. 7H 2 O), 0.5 ppm Mn (MnCl 2. H 2 O), 0.05 ppm Mo ((NH 4 ) 6. Mo 7 O 24. H 2 O), 0.2 ppm B (H 3 BO 3 ), 0.01 ppm Zn (ZnSO 4. 7H 2 O), 0.01 ppm Cu (CuSO 4. 5H 2 O), dan 2.0 ppm Fe (NaFeEDTA). Perlakuan Al diberikan dalam bentuk AlCl 3.6H 2 O. Keasaman larutan hara dipertahankan pada ph 4 setiap hari. Selanjutnya kultur larutan hara ini diberi aerasi dan diletakkan di dalam growth chamber dengan kisaran suhu o C dan lama penyinaran 12 jam terang dan 12 jam gelap.

10 2 Perlakuan Konsentrasi Al dan Periode Cekaman Kecambah padi kedua varietas yang menunjukkan pertumbuhan seragam dan mempunyai panjang akar sekitar 2 cm dipilih untuk perlakuan. Kecambah-kecambah tersebut ditanam di dalam larutan hara selama 1 hari. Selanjutnya akar kecambah-kecambah tersebut diukur pertambahan panjangnya dan dilakukan analisis histokimia untuk akumulasi Al. Sedangkan untuk analisis akumulasi Al, kecambah ditumbuhkan selama 5 hari. Kemudian larutan hara diganti dengan larutan 0.5 mm CaCl 2 dan diberi perlakuan Al (0, 15, 30, 45, dan 60 ppm) selama 24 jam (Percobaan I). Sedangkan untuk percobaan periode cekaman Al, perlakuan Al dengan konsentrasi 60 ppm diberikan selama 0, 6, 12, 24, dan 48 jam (Percobaan II). Pengukuran Pertambahan Panjang Akar Kecambah yang ditumbuhkan dalam larutan hara selama 24 jam diukur panjang akar seminalnya dari bagian pangkal sampai ujung sebagai panjang awal. Kemudian larutan hara diberi perlakuan Al (0, 15, 30, 45, dan 60 ppm). Setelah 24 jam diukur kembali akar seminalnya sebagai panjang akhir. Panjang akhir dikurangi panjang awal untuk mengetahui pertambahan panjang akar setelah mendapat cekaman. Untuk perlakuan Al 60 ppm, laju pertambahan panjang akar dihitung dengan cara panjang akar setelah 0, 6, 12, 24, dan 48 jam cekaman Al dikurangi panjang awal per jam. Pengukuran pertambahan panjang akar dilakukan sebanyak 3 kali untuk masing-masing perlakuan. Analisis Histokimia Akumulasi Aluminium Akar kecambah padi yang telah diberi perlakuan berbagai konsentrasi Al selama 24 jam dibilas dengan akuades selama 30 menit, kemudian direndam di dalam larutan hematoksilin 0.2% dalam NaIO % selama 60 menit. Selanjutnya akar tersebut dibilas kembali dengan akuades selama 30 menit (Polle et al. 1978). Kemudian akar direndam di dalam larutan FAA (formaldehid 37% : asam asetat glasial : alkohol 70% = 5:5:90) selama 24 jam. Lapisan warna ungu muda yang terdapat pada ujung akar menunjukkan akumulasi Al. Pengambilan foto akar yang telah diwarnai dengan hematoksilin dilakukan dengan menggunakan kamera Olympus FE-160. Pembuatan Sediaan Mikroskopis Akar Akumulasi Al pada jaringan akar diamati dengan membuat sediaan mikroskopis akar. Akar tanaman dari setiap perlakuan diwarnai dengan larutan hematoksilin seperti yang telah dilakukan pada analisis histokimia. Selanjutnya akar disayat melintang mulai dari ujung akar sampai daerah 1 mm. Akumulasi Al pada jaringan akar ditandai dengan lapisan berwarna ungu muda. Pengambilan foto akar dilakukan dengan menggunakan fotomikroskop Olympus CX-40. Analisis Akumulasi Al Seratus potong akar, masing-masing sepanjang 15 mm (dipotong dari ujung akar), diletakkan di dalam cawan porselen, dimasukkan ke dalam oven suhu 80 o C selama 24 jam, kemudian ditimbang berat keringnya. Selanjutnya sampel akar tersebut diabukan pada suhu 550 C selama 2 jam. Abu tersebut dilarutkan di dalam 4 ml larutan HNO 3 pekat yang ditambah dengan 10 tetes H 2 O, dipanaskan pada suhu C selama 2 jam, kemudian ditambahkan 6 N HCl sebanyak 10 ml. Setelah itu, campuran larutan tersebut diencerkan dengan akuades sampai volumenya menjadi 25 ml (Cunniff 1999). Hasil ekstraksi tersebut diukur kandungan Alnya dengan menggunakan atomic absorption spectroscopy (Varian, SpectrAA-30). Analisis akumulasi Al untuk masing-masing perlakuan diulang sebanyak 3 kali. Rancangan Percobaan Percobaan I. Percobaan disusun berdasarkan rancangan acak kelompok (RAK) dengan dua faktor. Faktor pertama yaitu konsentrasi Al (0, 15, 30, 45, dan 60 ppm) dan faktor kedua yaitu varietas padi (IR 64 dan Krowal). Percobaan II. Percobaan disusun berdasarkan rancangan acak kelompok (RAK) dengan dua faktor. Faktor pertama yaitu periode cekaman Al (0, 6, 12, 24, dan 48 jam) pada konsentrasi Al 60 ppm dan faktor kedua yaitu varietas padi (IR 64 dan Krowal). Model yang digunakan pada kedua percobaan ini adalah sebagai berikut: Y ijk = µ + α i + β j + (αβ) ij + ρ k + ε ijk Y ijk = nilai pengamatan pada konsentrasi Al atau periode cekaman Al ke-i, varietas ke-j, dan ulangan ke-k µ = rataan umum α i = pengaruh konsentrasi Al atau periode cekaman Al ke-i = pengaruh varietas ke-j β j

11 3 (αβ) ij = ρ k ε ijk pengaruh interaksi konsentrasi Al atau periode cekaman Al ke-i dan varietas ke-j = pengaruh ulangan ke-k = pengaruh acak konsentrasi Al atau periode cekaman Al ke-i, varietas ke-j, dan ulangan ke-k Analisis data dilakukan dengan menggunakan analisis sidik ragam Rancangan Acak Kelompok dengan uji DMRT (Duncan Multiple Range Test) sebagai uji lanjut. HASIL Morfologi dan Pertambahan Panjang Akar Cekaman Al menyebabkan akar seminal menjadi lebih pendek dibandingkan dengan tanaman kontrol. Akar adventif hanya terdapat pada tanaman kontrol (Gambar 1). perlakuan konsentrasi Al memberikan pengaruh yang nyata terhadap pertambahan panjang akar. Pertambahan panjang akar semakin menurun dengan semakin meningkatnya konsentrasi Al. Tabel 1 Pertambahan panjang akar padi varietas IR 64 dan Krowal untuk perlakuan konsentrasi Al Perlakuan Varietas IR 64 Krowal Pertambahan panjang akar (mm) 4.88 tn 4.75 tn Konsentrasi Al 0 ppm a 15 ppm 3.77 b 30 ppm 2.25 c 45 ppm 1.60 cd 60 ppm 1.00 d Angka yang diikuti oleh huruf yang sama pada kolom yang sama tidak berbeda nyata pada taraf uji 5% (DMRT). tn=tidak berbeda nyata. Akar adventif Akar seminal (a) Periode cekaman Al berpengaruh nyata terhadap laju pertambahan panjang akar. Tanaman padi yang ditumbuhkan pada larutan hara yang mengandung 60 ppm Al menunjukkan penurunan laju pertambahan panjang akar setelah 6 jam perlakuan cekaman Al. Semakin lama periode cekaman Al, semakin menurun laju pertambahan panjang akar tanaman yang diberi cekaman Al 60 ppm (Tabel 2). Tanaman kontrol (0 ppm Al) laju pertambahan panjang akarnya terus meningkat karena tidak adanya cekaman Al. Tabel 2 Pertambahan panjang akar padi varietas IR 64 dan Krowal untuk perlakuan periode cekaman Al (b) Gambar 1 Morfologi akar padi varietas IR 64 (a) dan Krowal (b) setelah mendapat perlakuan cekaman Al. Angka menunjukkan konsentrasi Al (ppm). Skala terkecil dalam mm. Tidak terdapat perbedaan yang nyata antara pertambahan panjang akar padi varietas IR 64 dan Krowal (Tabel 1). Sedangkan Perlakuan Laju pertambahan panjang akar (mm/jam) 0 ppm 60 ppm Varietas IR tn 0.04 tn Krowal 0.43 tn 0.04 tn Periode cekaman Al 0 jam 0.00 d 0.00 b 6 jam 0.27 c 0.08 a 12 jam 0.51 b 0.06 a 24 jam 0.64 ab 0.04 ab 48 jam 0.68 a 0.02 b Angka yang diikuti oleh huruf yang sama pada kolom yang sama tidak berbeda nyata pada taraf uji 5% (DMRT). tn=tidak berbeda nyata.

12 4 Analisis Histokimia Akumulasi Aluminium Akumulasi Al pada akar ditandai dengan adanya warna ungu muda. Zona meristematik akar yang mendapat perlakuan cekaman Al selama 24 jam berwarna ungu muda setelah diberi pewarna hematoksilin. Semakin tinggi konsentrasi Al, semakin pekat warna ungunya (Gambar 2). Akar padi varietas IR 64 menunjukkan warna ungu yang lebih pekat daripada akar varietas Krowal. Akumulasi Al pada Jaringan Akar Akumulasi Al mulai dari ujung akar sampai daerah 1 mm terdapat pada lapisan epidermis dan sub epidermis akar baik pada padi varietas IR 64 maupun Krowal. Akumulasi Al tersebut ditandai dengan terbentuknya warna ungu muda pada jaringan akar. Tidak terdapat perbedaan intensitas warna pada kedua varietas. Gambar 3 menunjukkan sayatan melintang akar pada daerah 1 mm dari ujung akar. Analisis Akumulasi Al Akumulasi Al pada akar padi varietas IR 64 dan Krowal tidak berbeda nyata (Tabel 3). Semua akar tanaman yang mendapat perlakuan cekaman Al menunjukkan konsentrasi akumulasi Al yang relatif sama tetapi tidak dijumpai akumulasi Al pada tanaman kontrol. 1 mm (a) (b) zona sel aktif membelah zona sel aktif membelah Gambar 2 Analisis histokimia akumulasi Al dengan pewarnaan hematoksilin pada akar padi varietas IR 64 (a) dan Krowal (b). Angka menunjukkan konsentrasi Al (ppm). Tabel 3 Akumulasi Al pada akar padi varietas IR 64 dan Krowal untuk perlakuan konsentrasi Al Perlakuan Akumulasi Al (mg Al/g akar) Varietas IR tn Krowal 0.10 tn Konsentrasi Al 0 ppm 0.00 a 15 ppm 0.12 b 30 ppm 0.12 b 45 ppm 0.11 b 60 ppm 0.13 b Angka yang diikuti oleh huruf yang sama pada kolom yang sama tidak berbeda nyata pada taraf uji 5% (DMRT). tn=tidak berbeda nyata.

13 5 0 ppm 15 ppm 30 ppm Akumulasi Al 45 ppm (b) 60 ppm 100 μm IR 64 (a) Krowal Gambar 3 Sayatan melintang akar pada daerah 1 mm dari ujung akar padi varietas IR 64 dan Krowal (a) dan sketsa akar yang menunjukkan lokasi akumulasi Al (b).

14 6 Akumulasi Al pada akar padi varietas IR 64 dan Krowal tidak berbeda nyata, namun varietas IR 64 cenderung lebih banyak menyerap Al daripada varietas Krowal pada perlakuan cekaman Al di atas 15 ppm (Gambar 4). Akumulasi Al (mg Al/g akar) Konsentrasi Al (ppm) IR64 Krowal Gambar 4 Akumulasi Al akar padi varietas IR 64 dan Krowal pada berbagai konsentrasi Al. Periode cekaman Al berpengaruh terhadap akumulasi Al pada akar. Semakin lama periode cekaman Al, semakin tinggi akumulasi Al. Periode cekaman Al selama 48 jam menunjukkan akumulasi Al paling tinggi. Berdasarkan analisis sidik ragam tidak terdapat perbedaan yang nyata antara akumulasi Al varietas IR 64 dan Krowal (Tabel 4). Periode cekaman Al memberikan perbedaan yang nyata pada akumulasi Al. Tabel 4 Akumulasi Al pada akar padi varietas IR 64 dan Krowal untuk perlakuan periode cekaman Al Perlakuan Akumulasi Al (mg Al/g akar) Varietas IR tn Krowal 0.08 tn Periode cekaman Al 0 jam 0.00 a 6 jam 0.04 b 12 jam 0.06 b 24 jam 0.10 c 48 jam 0.15 d Angka yang diikuti oleh huruf yang sama pada kolom yang sama tidak berbeda nyata pada taraf uji 5% (DMRT). tn=tidak berbeda nyata. PEMBAHASAN Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa Al menghambat perpanjangan akar primer dan menghalangi pembentukan akar adventif. Penghambatan perpanjangan akar mulai terlihat pada perlakuan Al 15 ppm baik pada varietas IR 64 maupun Krowal. Semakin tinggi konsentrasi cekaman Al semakin rendah pertambahan panjang akar. Kelarutan Al yang tinggi pada tanah masam dapat menyebabkan penghambatan pertumbuhan akar tanaman yang serius. Menurut Kochian (1995) penghambatan pertumbuhan akar terjadi setelah 24 jam tercekam Al. Ion Al menempel pada dinding, membran plasma, dan nukleus sel. Penempelan ion Al pada membran plasma dapat mengganggu proses transpor melalui membran plasma. Ion Al juga menghambat pembelahan sel yang berhubungan dengan sintesis DNA. Menurut Matsumoto (2000) aktivitas mitosis menurun dengan cepat pada daerah meristem akar akibat cekaman Al. Akumulasi Al pada jaringan akar dapat diamati dengan pewarnaan hematoksilin yang merupakan metode sederhana dan mudah. Metode ini telah digunakan oleh Polle et al. (1978) untuk mendeteksi akumulasi Al pada akar gandum. Perbedaan kemampuan penyerapan Al pada tanaman diamati berdasarkan kepekatan warna ungu muda pada akar. Warna ungu yang lebih gelap menunjukkan tingkat akumulasi Al yang lebih tinggi, sedangkan warna lebih terang menunjukkan tingkat akumulasi Al yang rendah. Akar kultivar gandum yang diamati menunjukkan warna yang semakin pekat dengan meningkatnya konsentrasi cekaman Al (Polle et al. 1978). Metode pewarnaan hematoksilin juga dapat membantu pengamatan akumulasi dan distribusi Al di dalam jaringan akar. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa akumulasi Al pada akar padi varietas IR 64 dan Krowal umumnya terdeteksi pada epidermis dan sub epidermis akar (lapisan korteks terluar). Berdasarkan pengamatan sediaan mikroskopis, kedua varietas tidak menunjukkan perbedaan dalam hal distribusi dan akumulasi Al.

15 7 Al diakumulasi di tudung akar, meristem apikal, dan daerah pemanjangan akar (Matsumoto 2000). Yamamoto et al. (2001) menemukan akumulasi Al dalam jumlah banyak pada daerah meristem apikal akar (0 sampai 5 mm) pada Pisum sativum. Menurut Piñeros et al. (2002) akumulasi Al pada akar jagung terdapat pada lapisan korteks terluar dan Al tidak terdeteksi pada endodermis dan silinder pusat (stele). Akumulasi Al pada umumnya dijumpai pada epidermis dan korteks akar (Matsumoto 2000). Menurut Matsumoto (2000) perbedaan akumulasi Al berhubungan dengan perbedaan tingkat sensitivitas tumbuhan. Perbedaan akumulasi Al pada varietas IR 64 yang merupakan varietas sensitif Al dengan Krowal yang sebelumnya diduga merupakan varietas toleran Al relatif sedikit. Namun, varietas IR 64 cenderung memiliki kandungan Al lebih tinggi dibandingkan dengan varietas Krowal. Kecenderungan yang sama juga terlihat pada perlakuan periode cekaman. Periode cekaman berpengaruh nyata terhadap akumulasi Al. Semakin lama waktu cekaman semakin tinggi akumulasi Al pada akar. Padi varietas IR 64 yang diberi perlakuan cekaman Al 60 ppm setelah 24 jam cenderung lebih sensitif terhadap Al yang ditandai dengan lebih banyak ion Al yang diserap. Sedangkan varietas Krowal lebih sedikit menyerap Al. Menurut Delhaize et al. (1993) tanaman yang sensitif akan mengakumulasi dan menyerap Al lebih cepat dan lebih banyak dibandingkan dengan tanaman yang toleran. Akumulasi Al dalam jumlah yang sedikit merupakan mekanisme pertahanan tanaman terhadap cekaman Al (Kochian 1995). Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa tidak terdapat perbedaan respon terhadap cekaman Al antara padi varietas IR 64 dengan Krowal. Hal ini tidak sejalan dengan hasil penelitian Jagau (2000) yang menunjukkan bahwa varietas IR64 merupakan varietas yang sensitif Al sedangkan varietas Krowal merupakan varietas yang toleran Al. SIMPULAN Cekaman Al 15 ppm telah menyebabkan penghambatan pertambahan panjang akar padi varietas IR 64 (sensitif Al) dan Krowal (toleran Al). Akumulasi Al pada kedua varietas tersebut dijumpai pada epidermis dan sub epidermis akar. Dalam penelitian ini tidak terdapat perbedaan yang nyata dalam akumulasi Al antara kedua varietas. DAFTAR PUSTAKA Cunniff P, editor Official Methods of Analysis of AOAC International. 16 th Edition. Volume ke-1. Gaithersburg. AOAC International. Delhaize et al Aluminum tolerance in wheat (Triticum aestivum L.): I. Uptake and distribution of aluminum in root apices. Plant Physiol. 103: Jagau Y Fisiologi dan pewarisan efisiensi nitrogen dalam keadaan cekaman aluminium pada padi gogo (Oryza sativa L.) [disertasi]. Bogor: Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor. Kochian LV Cellular mechanisms of aluminum toxicity and resistance in plants. Annu Rev Plant Mol Biol Plant Physiol 46: Matsumoto H Cell biology of aluminum toxicity and tolerance in higher plants. Int Rev of Cytol 200:1-46. Piñeros MA, Magalhaes JV, Alves VMC, Kochian LV The physiology and biophysics of an aluminum tolerance mechanism based on root citrate exudation in maize. Plant Physiol 129: Polle E, Konzak CF, Kittrick JA Visual detection of aluminum tolerance levels in wheat by hematoxylin staining of seedling roots. Crop Sci 18: Samac DA, Tesfaye M Plant improvement for tolerance to aluminum in acid soil_a review. Plant Cell Tissue Organ Cult 75: Yamamoto Y, Kobayashi Y, Matsumoto H Lipid peroxidation is an early symptom triggered by aluminum, but not the primary cause of elongations inhibition in pea roots. Plant Physiol 125: Yoshida S, Forno DA, Cock JH Laboratory Manual for Physiological Studies of Rice. Los Banos:IRRI. hlm