RESPON ANATOMI DAUN DAN PARAMETER FOTOSINTESIS TUMBUHAN PADI GOGO, CAISIM, Echinochloa crussgalli. L., DAN BAYAM PADA BERBAGAI CEKAMAN KEKERINGAN

Transkripsi

1 RESPON ANATOMI DAUN DAN PARAMETER FOTOSINTESIS TUMBUHAN PADI GOGO, CAISIM, Echinochloa crussgalli. L., DAN BAYAM PADA BERBAGAI CEKAMAN KEKERINGAN MUHAMMAD ARIFAI SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009

2 PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini menyatakan bahwa tesis yang berjudul Respon Anatomi Daun dan Parameter Fotosintesis Tumbuhan Padi Gogo, Caisim, Echinochloa crussgalli. L., dan Bayam pada Berbagai Cekaman Kekeringan merupakan gagasan karya saya beserta 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 di bagan akhir tesis ini. Bogor, Agustus 2009 Muhammad Arifai G

3 ABSTRACT MUHAMMAD ARIFAI. Response of Leaf Anatomy and Photosynthesis Parameter of Upland Rice, Green Mustard, Echinochloa crussgalli L., and Spinach to Drought Application. Under the direction of HAMIM and TRIADIATI. Response of leaf anatomy and photosynthetic parameters of crops to drought was observerd on C3 (upland rice and mustard green) and C4 plants (Echinochloa crussgalli.l and spinach). Plants were grown in 6 kg pot containing soil and sand (1:1, v/v) under green house condition. Drought stress was provided by withholding water for 12 days for cultivated upland rice, mustard green and spinach, and 14 days for E.crussgalli.L. Observation was carried out during drought period by measuring soil water content (SWC), relative water content (RWC), plant growth, dry weight, leaf anatomy, and photosynthetic chlorophyll fluorescence parameters including the maximum efficiency of photosynthesis (Fv/Fm), photochemical quenching (qp), non-photochemical quenching (qn), quantum Yield (qy), and ascorbic acid concentration (ASA). The results showed that drought stress caused decrease of SWC by average of 17.42% and RWC of 60%. Even though the SWC of C4 plants was lower than that of C3 plants, the value of RWC of those two types of plants was not significantly different. Drought stress decreased plant dry weight by 48.85% and seed production by average of 43.80%. The longer drought decreased significantly Fv/Fm, qp, and qy, while it increased of qn. The Fv/Fm of C4 plant (E.crussgalli.L and spinach) were higher than that of C3 plant (upland rice and mustard green) on 12 days after drought stressed. The drought stress also caused decrease of leaf thicknnes, phloem diameter, bulliform and pallisade cells height, mesophyll cells and spongy parenchyma thicknnes, while it increased xylem diameter of C3 and C4 crops. Generally, ASA content increased after 4 days and reached maximum at the last period of drought, even though it reduced after rewatering except in spinach which did not accumulate ASA significantly in response to drought stress. Keywords : drought stress, leaf anatomy, photosynthesis parameters, C3 and C4 plants.

4 RINGKASAN MUHAMMAD ARIFAI. Respon Anatomi Daun dan Parameter Fotosintesis Padi gogo, Caisim, Echinochloa crussgalli L., dan Bayam pada Berbagai Cekaman Kekeringan. Dibimbing oleh HAMIM dan TRIADIATI. Peningkatan suhu udara atmosfir diduga akan sangat mempengaruhi iklim global dunia, seperti kemungkinan meningkatnya frekwensi dan tingkat kekeringan di beberapa belahan bumi khususnya Asia dan Afrika. Keadaan ini mempengaruhi pertumbuhan tanaman dan bahkan dapat menurunkan produksi pertanian tadah hujan seperti menurunnya produksi beras, sehingga dapat menimbulkan kerawanan pangan. Secara fisiologi ada perbedaan yang menyolok antara tumbuhan C3 dan C4 dalam menghadapi kekeringan. Pada tumbuhan C3 apabila stomata menutup akibat kekeringan, maka laju fotorespirasi meningkat, namun laju fotosintesis menurun. Berbeda dengan tumbuhan C4 yang memiliki metabolisme reduksi CO 2 di ruang mesofil daun oleh PEP karboksilase. PEP karboksilase mengubah fosfoenol piruvat (PEP) menjadi senyawa berkarbon empat, sehingga PEP karboksilase tidak dapat mengikat O 2 di ruang mesofil. Sementara aktivitas Rubisco di sel seludang pembuluh relatif tinggi konsentrasi CO 2 -nya. Tingginya konsentrasi CO 2 di sel seludang pembuluh menyebabkan fotorespirasi pada tumbuhan C4 sangat rendah. Hal tersebut memungkinkan tumbuhan C4 yang relatif lebih tahan terhadap kekeringan dibanding tumbuhan C3. Informasi tentang mekanisme fotosintesis kedua jenis tumbuhan C3 dan C4 dilihat dari aspek fisiologi dan anatomi masih kurang. Penelitian ini bertujuan mengamati respon anatomi daun dan parameter fotosintesis tumbuhan C3 dan C4 yang diberikan perlakuan cekaman kekeringan. Diharapkan diperoleh data dan informasi tentang respon anatomi daun dan fisiologi tumbuhan C3 dan C4 yang dibutuhkan dalam pengembangan tumbuhan yang toleran terhadap cekaman kekeringan. Dua spesies tumbuhan C3 yaitu padi gogo dan caisim dan C4 yaitu E.crussgalli.L dan bayam ditanam dalam pot yang berukuran 6 kg di rumah kaca dengan media campuran tanah dan pasir (1:1 v/v). Perlakuan kekeringan diberikan dengan menunda penyiraman selama 12 hari pada padi gogo, caisim dan bayam, dan 14 hari pada Echinochloa (E.crussgalli.L). Pengamatan dilakukan pada Kadar Air Media (KAM), Kadar Air Relatif (KAR), tinggi tajuk, panjang akar, luas daun bobot akar, bobot tajuk, respon anatomi daun, dan parameter laju fotosintesis (Pn) yang meliputi: photochemical quenching (qp), non-photochemical quenching (qn), quantum Yield (qy), efisiensi maksimum fotosintesis (Fv/Fm), dan asam askorbat (ASA). Percobaan disusun secara faktorial dalam lingkungan Rancangan Acak Lengkap (RAL). Faktor pertama jenis tumbuhan dengan 4 taraf yaitu padi gogo (J1), caisim (J2), Echinochloa (J3), dan bayam (J4). Faktor kedua perlakuan 2 taraf yaitu penyiraman sebagai kontrol (K0), tanpa penyiraman sebagai kekeringan (K1). Data dianalis dengan ANOVA dilanjutkan dengan Tukey pada taraf α=5% menggunakan SPSS versi 15. Perlakuan cekaman kekeringan mengakibatkan penurunan KAM rata-rata 53,58% dan KAR di bawah 60% pada tanaman uji. Selain itu kekeringan menghambat laju pertumbuhan, menurunkan bobot kering tumbuhan yang diamati

5 rata-rata sebesar 48,85% dan produksi biji rata-rata yaitu 43,8%. Semakin lama kekeringan mengakibatkan penurunan pada photochemical quenching (qp), quantum Yield (qy), efisiensi fotosintesis maksimum (Fv/Fm), namun sebaliknya non photochemical quenching (qn) semakin meningkat. Efisiensi fotosintesis tumbuhan C4 (echinochloa dan bayam) relatif lebih tinggi dari tumbuhan C3 (padi gogo dan caisim) pada 12 hari setelah kekeringan (HSK). Perlakuan cekaman kekeringan juga menurunkan tebal daun dan diameter floem, sebaliknya meningkatkan diameter xilem semua tanaman. Tidak ada perbedaan yang menyolok antara tumbuhan C3 dan C4 dalam hal anatomi daun sebagai respon terhadap cekaman kekeringan. ASA diakumulasi pada tumbuhan secara umum mulai hari 8 hingga 12 HSK, kecuali Echinochloa yang mengakumulasi ASA pada HSK. Bayam hampir tidak mengakumulasi ASA selama cekaman kekeringan, yang menandakan bahwa mungkin secara genetik tumbuhan ini tidak mengakumulasi ASA. Kata kunci: kekeringan, anatomi daun, fotosintesis, tumbuhan C3 dan C4.

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 tersebut tidak merugikan yang wajar IPB. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh Karya tulis dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB.

7 RESPON ANATOMI DAUN DAN PARAMETER FOTOSINTESIS TUMBUHAN PADI GOGO, CAISIM, Echinochloa crussgalli. L., DAN BAYAM PADA BERBAGAI CEKAMAN KEKERINGAN MUHAMMAD ARIFAI Tesis Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Mayor Biologi Tumbuhan SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009

8 Judul Penelitian : Respon Anatomi Daun dan Parameter Fotosintesis Tumbuhan Padi gogo, Caisim, Echinochloa crussgalli.l., dan Bayam pada Berbagai Cekaman Kekeringan Nama : Muhammad Arifai NIM : G Disetujui Komisi Pembimbing Dr. Ir. Hamim, M.Si Ketua Dr. Dra. Triadiati, M.Si Anggota Diketahui Koordinator Mayor Biologi Tumbuhan Dekan Sekolah Pascasarjana IPB Dr. Ir. Miftahudin, M.Si Tanggal Ujian: 07 Agustus 2009 Prof. Dr. Ir. Khairil A.Notodiputro, M.S Tanggal Lulus:

9 Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Dr. Ir. Aris Tjahjoleksono, DEA

10 PRAKATA Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang selalu melimpahkan rahmat dan hidayah-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini dengan judul Respon Anatomi Daun dan Parameter Fotosintesis Tumbuhan Padi gogo, Caisim, Echinochloa crussgalli. L., dan Bayam pada berbagai Cekaman Kekeringan. Penelitian ini dibiayai oleh Departeman Agama R.I dan Pemerintah daerah Kabupaten Wajo Sulawesi Selatan. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada: 1. Dr. Ir. Hamim, M.Si ketua komisi pembimbing yang selalu mengarahkan dan memberi semangat bagi penulis. 2. Dr. Dra. Triadiati, M.Si sebagai komisi pembimbing atas saran dan masukan yang berguna dalam penelitian ini. 3. Dr. Ir. Juliarni, M.Agr. atas saran dan bimbingannya dalam penyempurnaan tesis ini. 4. Dekan Sekolah Pascasarjana dan Koordinator Mayor Biologi tumbuhan atas kesempatan yang diberikan untuk mengikuti pendidikan di SPs IPB. 5. Departemen Agama yang telah memberi beasiswa 6. Pemerintah Kabupaten Wajo atas bantuan dana penelitian 7. Yayasan Puangrimaggalatung dan STKIP Prima Sengkang atas bantuannya. 8. Mertua, serta saudara-saudara ipar dan keluarga semua, atas segala doa dan kasih sayangnya. 9. Seluruh sahabat yang telah membantu dalam penyelesaian tesis ini Secara khusus, penulis sampaikan rasa terima kasih yang tulus kepada Istri tercinta Nurjannah, S.Ag, M.PdI, atas segala pengorbanan baik moril maupun materil, dorongan, kesabaran dan doanya. Kepada almarhum kedua orang tua penulis, dengan iringan doa, semoga amal ibadahnya diterima di sisi Allah SWT. Begitu pula ananda tercinta Arian Nurrifki dan Afifah Salsabilah atas kesabaran dan pengorbanannya. Semoga Allah SWT melimpahkan rahmat dan hidayah-nya. Amien. Semoga tesis ini bermanfaat. Bogor, Agustus 2009 Muhammad Arifai