15 TINJAUAN PUSTAKA Botani, Morfologi dan Fisiologi Tanaman Kedelai Klasifikasi dari tanaman kedelai menurut Rukmana dan Yuyun (1996) adalah sebagai berikut : Kingdom/subkingdom : Plantae/ Cormobionta Divisio : Spermatophyta Sub divisio : Angiospermae Kelas/subkelas : Dicotyledoneae/ Archichlamydae Ordo/subordo : Fabales/ Leguminosinae Famili/subfamili : Fabaceae/Leguminosae/ Papilionaceae Tribe/subtribe : Phaseoleae/ Phaseolinae (Glycininae) Genus : Glycine Spesies : Glycine max (L.) Merrill Kedelai merupakan tanaman semusim, berupa semak rendah, tumbuh tegak, berdaun lebat, dengan beragam morfologi, serta memiliki tinggi berkisar antara 10-200 cm (Hidajat, 1985). Kedelai dapat memiliki jumlah cabang sedikit atau banyak tergantung pada kultivar dan lingkungan hidup. Pertumbuhan batang dapat dibedakan dalam tipe determinate, indeterminate, dan semi determinate. Bentuk biji kedelai berbeda tergantung kultivar. Biji kedelai dapat berbentuk bulat, agak gepeng, atau bulat telur, namun sebagian besar berbentuk bulat telur. Biji kedelai dikelompokkan menjadi tiga, yaitu ukuran besar (bobot > 13 gram per 100 biji), sedang (10-13 gram per 100 biji), dan kecil (7-9 gram per 100 biji). Sukarman dan Raharjo (2000) menyatakan bahwa varietas kedelai berbiji kecil dan kulit berwarna gelap lebih toleran terhadap deraan fisik (suhu 42 o C dan kelembaban 100%) dibandingkan varietas berbiji besar dan berkulit terang. Kulit biji dapat berwarna kuning, hijau, coklat, hitam, atau campuran dari warna-warna yang disebabkan oleh pigmen antosianin dalam sel, klorofil dalam plastida dan berbagai kombinasi hasil uraian pigmen-pigmen dalam lapisan
16 4 palisade dari epidermis (Hidajat, 1985). Biji kedelai digunakan untuk konsumsi dan secara fungsional benih untuk budidaya. Tipe perkecambahan kedelai adalah epigeal. Radikula muncul diikuti dengan memanjangnya hipokotil secara keseluruhan, kotiledon dan plumula terangkat ke permukaan tanah (Sutopo, 2002). Kotiledon berfungsi menyediakan makanan selama pertumbuhan kecambah. Kotiledon akan layu dan jatuh seiring dengan pertumbuhan plumula (Copeland dan McDonald, 2001) Gambar 1. Perkecambahan kedelai Sumber : Penuntun praktikum dasar teknologi benih Keterangan: A. Benih c. Hipokotil B. Bibit d. Plumula a. Kulit biji e. Kotiledon b. Hilum f. Akar primer Faktor yang mempengaruhi perkecambahan benih adalah faktor dalam dan faktor luar (Justice dan Bass, 2002; Sutopo, 2004). Faktor dalam berasal dari benih, sedangkan faktor luar berasal dari lingkungan. Faktor dalam yang berpengaruh antara lain:
17 5 1. Tingkat kemasakan benih Benih yang dipanen sebelum mencapai tingkat kemasakan fisiologis tidak akan memiliki viabilitas tinggi. Beberapa jenis tanaman bahkan tidak akan berkecambah. Hal tersebut disebabkan benih belum memiliki cadangan makanan yang cukup dan perkembangan embrio belum sempurna. 2. Ukuran benih Benih berukuran besar dan berat diduga memiliki cadangan makanan lebih banyak dengan embrio yang mungkin lebih besar. Cadangan makanan seperti karbohidrat, protein, lemak, dan mineral digunakan untuk bahan baku dan energi bagi embrio untuk perkecambahan. 3. Dormansi 4. Penghambat perkecambahan Zat-zat yang dapat menghambat seperti larutan osmotik tinggi, bahan yang mengganggu metabolisme, herbisida, dan bahan yang terandung dalam buah, seperti cairan yang melapisi biji tomat dan mentimun. Faktor luar yang berpengaruh terhadap perkecambahan antara lain; 1. Air Benih kacang-kacangan (Legumes) termasuk golongan dua, yaitu benih akan berkecambah pada kandungan air tanah sedang sampai di atas kapasitas lapang. 2. Suhu Suhu optimum kebanyakan tanaman adalah 26.5-35 o C. Suhu minimum 0-5 o C menyebabkan tanaman tidak berkecambah. Tanaman musim panas seperti kacang-kacangan (Legumes) memiliki suhu minimum 10-15 o C. 3. Cahaya Kacang-kacangan (Legumes) termasuk golongan benih yang dapat berkecambah sama baik di tempat gelap maupun ada cahaya. 4. Oksigen 5. Medium
18 6 Varietas Kedelai Pemuliaan kedelai dilakukan secara sistematik pada tahun 1915 oleh Koch dengan melakukan seleksi pada varietas-varietas lokal. Tahun 1918 dimasukkan varietas-varietas berdaya hasil tinggi dari Manchuria, Jepang, Taiwan, dan Amerika Utara. Dua varietas dari Taiwan yaitu Otan dan Botan, tercatat sebagai Nomor 16 dan Nomor 17, memiliki arti penting dalam pemuliaan karena menjadi pangkal tolak perakitan varietas selanjutnya (Somaatmadja, 1985). Indonesia telah melepas 72 varietas dan 14 di antaranya varietas kedelai berproduktivitas lebih dari 2 ton per ha dengan ukuran biji besar (di atas 14 g per 100 biji). Di antara biji kedelai yang berukuran besar, varietas Panderman, Gumitir dan Argopuro memiliki bentuk biji yang agak bulat. Varietas unggul Grobogan selain berbiji besar sekaligus berumur genjah. Varietas Mutiara 1 memiliki ukuran biji terbesar (sekitar 23 g per 100 biji) (Balitkapi, 2011). Menurut Sumarno (1985) usaha mendapatkan varietas unggul dapat ditempuh beberapa cara, yakni : 1. Introduksi atau mendatangkan varietas atau bahan seleksi dari luar negeri. 2. Mengadakan seleksi galur terhadap populasi yang telah ada seperti varietas lokal, atau varietas dalam koleksi. 3. Mengadakan program pemuliaan dengan persilangan, mutasi, atau teknik lain. Waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan varietas unggul dari persilangan sampai ke petani siap tanam membutuhkan waktu 5-7 tahun. Pengujian dan pelepasan varietas diatur dalam Bab IV, Pasal 18 25, Peraturan Pemerintah RI No 44 Tahun 1995 tentang perbenihan tanaman. Pedoman uji adaptasi dan observasi dalam rangka pelepasan varietas tanaman pangan mengikuti petunjuk yang disampaikan oleh Direktorat Jenderal Bina Produksi Tanaman Pangan (Suhartina, 2005). Mutasi merupakan program pemuliaan tanaman. Mutasi adalah perubahan genetik baik gen tunggal atau sejumlah gen atau susunan kromosom. Mutasi dapat terjadi pada setiap bagian dan pertumbuhan tanaman, namun lebih banyak pada bagian yang sedang aktif pembelahan sel, seperti tunas dan biji. Mutasi pada sel somatis hanya akan mengubah bagian itu dan dapat dilihat perkembangannya
19 7 pada sel atau jaringan tersebut. Mutasi pada sel generatif menyebabkan perubahan menyeluruh pada keturunannya. Perubahan genetik tersebut dapat menyebabkan perubahan biologis dan biokemis. Mutasi dapat terjadi secara alami maupun buatan. Mutasi buatan dapat disebabkan oleh mutagen dengan dosis dan waktu tertentu. Mutagen adalah substansi atau perlakuan yang dapat menyebabkan mutasi. Salah satu dari kelompok mutagen adalah radiasi. Sumber radiasi yang sering digunakan adalah sinar-x dari alat rontgen, sinar gamma dari Cobalt 60, sinar beta dari isotop dan sinar neutron dari reaktor atom. Radiasi dapat menyebabkan mutasi karena sel yang teradiasi dibebani tenaga kinetik yang tinggi. Hal tersebut akan mempengaruhi atau mengubah reaksi kimia dan akan mengubah susunan kromosom (Poespodarsono, 1988). Uji radiosensitivitas radiasi perlu dilakukan untuk menetapkan dosis LD 50. LD 50 adalah dosis yang menyebabkan 50% populasi yang diradiasi mengalami kematian (Van, 1998). Hasil penelitian Hanafiah (2012) menunjukkan bahwa semakin tinggi dosis iradiasi yang diberikan akan mempengaruhi kecambah benih Argomulyo. Pertumbuhan kecambah terhambat dan tidak berkembang. Mutu Benih di Penyimpanan Faktor yang mempengaruhi mutu benih antara lain faktor genetik, lingkungan dan status benih (kondisi fisik dan fisiologi benih). Genetik merupakan faktor bawaan yang berkaitan dengan komposisi genetika benih. Setiap varietas memiliki identitas genetika yang berbeda. Faktor lingkungan yang berpengaruh terhadap mutu benih berkaitan dengan kondisi dan perlakuan selama prapanen, pascapanen, maupun saat pemasaran benih. Faktor kondisi fisik dan fisiologi benih berkaitan dengan performa benih seperti tingkat kemasakan, tingkat kerusakan mekanis, tingkat keusangan (hubungan antara vigor awal dan lamanya disimpan), tingkat kesehatan, ukuran dan berat jenis, komposisi kimia, struktur, tingkat kadar air dan dormansi benih (Wirawan dan Wahyuni, 2002). Viabilitas benih merupakan salah satu unsur dalam mutu fisiologis benih (Sadjad, 1980). Viabilitas dapat dilihat dari daya berkecambah. Daya berkecambah menginformasikan kemungkinan benih tumbuh normal pada
20 8 kondisi lapang dan lingkungan yang optimum. Penurunan viabilitas merupakan salah satu indikator kemunduran benih. Kemunduran benih adalah mundurnya mutu fisiologis yang dapat menyebabkan menurunnya viabilitas benih (Sadjad, 1972). Viabilitas benih merupakan proses yang berlangsung bertingkat dan kumulatif karena perubahan yang diberikan kepada benih secara alami maupun buatan yang dapat merusak. Hilangnya daya berkecambah merupakan akhir dari kemunduran benih. Vigor benih adalah kemampuan benih tumbuh normal pada kondisi lapang dan lingkungan suboptimum (Justice dan Bass, 2002). Vigor benih tinggi memiliki kekuatan tumbuh yang tinggi serta daya simpan yang tinggi. Vigor benih terdiri atas vigor genetik dan vigor fisiologis. Vigor genetik merupakan vigor benih dari galur genetik yang berbeda, sedangkan vigor fisiologis adalah vigor yang dapat dibedakan dalam galur genetik yang sama (Sutopo, 2004). Kemunduran benih dapat dilihat dari vigor fisiologis. Cara yang dapat digunakan untuk mengetahui vigor diantaranya adalah konduktivitas dan kecepatan tumbuh. Penurunan integritas membran terjadi pada benih bervigor rendah karena deteriorasi selama penyimpanan dan kerusakan mekanik. Selama proses imbibisi, benih dengan membran yang rusak akan melepaskan cairan sitoplasma ke media imbibisi. Cairan ini membawa muatan listrik yang dapat dideteksi (Copeland dan McDonald, 2001). Daya Simpan Benih Daya simpan (DS) adalah kemampuan maksimum lamanya suatu lot benih disimpan dalam suatu kondisi simpan tertentu (Sadjad, 1989). Satuan daya simpan adalah waktu alamiah. Daya simpan dugaan (DSD) adalah daya simpan perkiraan atau dugaan periode waktu yang dapat dilalui oleh suatu lot benih untuk penyimpanan pada suatu kondisi simpan tertentu. Daya simpan ditentukan sebelum lot benih disimpan (Pramono, 2009). Faktor yang mempengaruhi daya simpan benih adalah vigor awal sebelum simpan dan faktor enforced. Vigor awal simpan terdiri dari faktor innate (faktor genetik) dan faktor induce (lingkungan di lapangan). Faktor enforced adalah
21 9 lingkungan simpan (biotik dan abiotik) (Mugnisjah dan Setiawan, 1990; Justice dan Bass, 2002). Antara benih dipanen di lapang, kemudian dikeringkan dan dibersihkan selama prossesing sampai benih ditabur atau ditanam umumnya melewati periode simpan. Pada masa penyimpanan benih akan mengalami penurunan viabilitas benih. Penurunan viabilitas benih tergantung dari sifat genetik masing-masing varietas atau galur, seperti ukuran benih, nisbah bobot kulit benih terhadap kulit benih total, warna dan tebal kulit benih (Afifah, 1990). Biji kedelai termasuk biji-bijian yang sangat mudah rusak sehingga penanganannya harus dilakukan secara cermat. Benih kedelai yang baru dipanen dan akan disimpan dalam jangka waktu agak lama hendaknya memiliki daya tumbuh di atas 85 % (Rumiati et al., 1993). Benih kedelai dapat cepat rusak akibat cara penyimpanan yang tidak baik (Direktorat Bina Perbenihan 1995). Penyimpanan benih kedelai berhubungan erat dengan perawatan benih (Soemardi dan Thahir, 1995). Agar benih kedelai dapat disimpan dalam waktu yang lama dengan mutu dan daya kecambah yang tetap tinggi, maka diperlukan penanganan panen dan pascapanen yang baik, perawatan benih kedelai yang baik, dan ruang penyimpanan yang suhu dan kelembabannya dapat diatur. Ruangan yang baik untuk menyimpan benih kedelai adalah yang bersuhu < 20 C dan Rh < 50% (Kartono, 2004). Pengusangan Cepat Salah satu cara mengetahui percepatan penurunan kualitas benih adalah melalui pengusangan dipercepat (accelerated ageing), misalnya simulasi pengusangan dengan uap etanol (kimiawi). Perlakuan uap etanol pada benih merupakan salah satu upaya devigorasi, yaitu benih ditempatkan pada kondisi yang tidak menguntungkan sehingga viabilitasnya cepat menurun. Kaidah yang digunakan untuk memperhitungkan daya simpan benih dengan sistem pengusangan cepat kimiawi adalah teori klasik (Steinbuer (1958) dalam Sadjad et al.,1982). Mundurnya benih berkorelasi dengan periode simpan. Sadjad (1972) menyatakan bahwa etanol dapat mempercepat kemunduran benih sehingga dapat dimanfaatkan untuk menduga daya simpan. Menurut Pian (1981), uap
10 22 etanol dapat diserap oleh benih dan pada konsentrasi tertentu akan berpengaruh buruk terhadap tampilan vigor benih. Uap etanol dapat menyebabkan perubahan sifat molekul makro yang berpengaruh terhadap aktivitas enzim, membran sel, mitokondria serta organel-organel sel lainnya yang berperan dalam metabolisme perkecambahan. Kadar etanol dalam benih merupakan indikasi kemunduran apabila konsentrasi meningkat (Darussamin, 1976). Berbagai kegiatan enzim menurun oleh deraan uap etanol, seperti enzim dehidrogense, dekarboksilase, asam glutamat, perosksidase, dan amilase. Musgrave (1980) menyatakan bahwa cairan etanol dapat merusak benih. Gejalanya merusak dinding sel sehingga kebocoran hasil metabolisme terjadi seperti kebocoran gula, nitrogen, phospat terjadi makin besar apabila benih makin lama didera di alkohol. Prinsip dan test pengusangan cepat ini ialah menempatkan benih sampel selama jangka waktu tertentu didalam kondisi lingkungan yang tidak ideal yaitu dalam suhu kelembaban relatif udara yang tinggi. Setelah jangka waktu benihbenih dengan vigor yang tinggi diduga masih memperlihatkan daya perkecambahan yang tinggi, sementara benih dengan vigor yang rendah diduga akan menunjukkan kemerosotan yang nyata dalam daya berkecambahnya (Kruse, 1999 dalam Siswanto 2010). Penderaan sistem kimiawi dengan menggunakan uap etanol memiliki segi positif, antara lain karena pelaksanaannya cepat dan cendawan tidak mampu berkembang.