II. TINJAUAN PUSTAKA A. Tanaman Padi (Varietas Ciherang) Padi merupakan kebutuhan vital bagi manusia Indonesia sehari-hari, disebabkan setiap hari orang mengkonsumsi nasi sebagai makanan pokok. Untuk menjaga ketersediaan pangan, maka harus digiatkan penanaman padi varietas unggul. Salah satu varietas unggul yakni padi Ciherang. Guna untuk meningkatkan produksi dan produktivitas padi unggul varietas Ciherang maka penerapan teknologi pemeliharaan harus dilaksanakan terutama pemupukan yang tepat, karena tanaman padi khususnya varietas unggul Ciherang yang produktivitasnya tinggi banyak menyerap unsur hara tanah (Jaelani et al 2014). Pertumbuhan tanaman padi di bagi kedalam tiga fase yaitu pertama, fase vegetatif (awal pertumbuhan sampai bakal malai atau primodia); kedua, fase reproduktif (primodia sampai pembungaan); ketiga, fase pematangan (pembungaan sampai gabah matang). Fase vegetatif merupakan fase pertumbuhan organ-organ vegetatif seperti pertumbuhan jumlah anakan, tinggi tanaman, jumlah, bobot dan luas daun. Fase reproduktif ditandai dengan memanjangnya beberapa ruas teratas batang tanaman, berkurangnya jumlah anakan (matinya anakan tidak produktif), munculnya daun bendera, bunting dan pembungaan. Inisiasi primodia malai biasanya dimulai 30 hari sebelum heading dan waktunya hampir bersamaan dengan pemanjangan ruas-ruas batang yang terus berlanjut sampai berbunga (IRRI 2007). Padi juga memiliki karakteristik bentuk dan warna yang beragam, baik tanaman maupun berasnya, tergantung dari varietasnya. Padi Ciherang memiliki karakteristik umur tanamannya cukup singkat yaitu 116 hingga 125 hari, bentuk tanaman tegak, tingginya mencapai 107 hingga 115 cm, menghasilkan anakan produktif 14 hingga 17 batang, warna kaki hijau, warna batang hijau, warna daun hijau, posisi daun tegak, bentuk gabah panjang ramping, warna gabah kuning bersih, kerontokan sedang, kerebahan sedang, bobot 1000 butir 27 hingga 28 gram, rata-rata produksi 5 hingga 8.5 ton/ha (Suprihatno et al 2010). Padi varietas Ciherang memiliki keistimewaan antara lain kandungan glikemik rendah yaitu 54. Beras dengan indeks glikemik rendah umumnya 6
7 beramilosa tinggi, tetapi untuk varietas Ciherang beramilosa sedang yaitu 23% sehingga nasinya pulen dan cocok dikonsumsi oleh penderita diabetes dan banyak diminati oleh konsumen, selain itu padi Ciherang ini tahan terhadap bakteri hawar daun (HDB) strain III dan IV, tahan terhadap wereng coklat biotipe 2 dan 3 (Suprihatno et al 2010). Penyebab pelandaian produksi padi sawah antara lain: ketidak terpaduan pengelolaan lahan dan kurangnya kesadaran terhadap upaya pelestarian lahan dan lingkungan, dan eksploitasi lahan sawah secara intensif dan terus menerus telah berlangsung selama bertahun-tahun sehingga berdampak terhadap penurunan tingkat kesuburan dan sifat fisik tanah. Pelandaian produksi padi terjadi karena kurangnya ketersediaan teknologi spesifik lokasi dan tingkat adopsi teknologi anjuran yang masih relatif rendah. Penerapan teknologi di tingkat petani umumnya dari tahun ke tahun tidak berbeda, sehingga banyak komponen teknologi budidaya padi sawah perlu diperbaiki (Suwono et al 2007). B. Cekaman Kekeringan Air merupakan pembatas utama untuk produksi tanaman di lahan kering. Cekaman kekeringan sangat tidak diinginkan dalam budidaya tanaman karena dapat menghambat pertumbuhan dan produksi tanaman (Kadir 2011). Tanaman dalam proses hidupnya memerlukan sejumlah air dalam jumlah yang memadai untuk digunakan sebagai komponen penyusun jaringan, menjamin kelangsungan proses fisiologis dan metabolisme, serta berpengaruh terhadap pertumbuhan dan hasil tanaman, sehingga tingkat ketersediaan air di dalam tanah merupakan faktor esensial bagi pertumbuhan tanaman. Cekaman kekeringan (drought stress) merupakan salah satu faktor pembatas pertumbuhan dan produktivitas tanaman padi, karena pada umumnya budidaya tanaman padi dilakukan pada lahan basah, sehingga memerlukan pasokan air yang banyak (Kusumastuti 2013). Menurut Sinaga (2008) pada tahap pertumbuhan vegetatif, air digunakan oleh tanaman untuk melangsungkan proses pembelahan sel yang terlihat dari pertambahan tinggi tanaman, diameter, perbanyakan daun dan pertumbuhan akar. Kekurangan air pada tanaman dapat mengakibatkan penurunan pertumbuhan secara keseluruhan, dikarenakan fungsi pembuluh xylem dan floem menjadi melemah,
8 sehingga fotosintesis menjadi terganggu dan menyebabkan hasil fotosintesis menurun (Surtinah 2004). Jumlah air yang terlalu banyak (menimbulkan genangan) sering menimbulkan cekaman aerasi dan jumlahnya terlalu sedikit, sering menimbulkan cekaman kekeringan. Batas atas air tersedia bagi tanaman diukur berdasarkan kandungan lengas tanah jenuh dibiarkan bebas terdrainasi selama 2-3 hari (Supriyanto 2013). Cekaman kekeringan selain mempengaruhi morfologi tanaman, juga mempengaruhi hasil tanaman. Cekaman kekeringan yang sedikit saja sudah cukup menyebabkan lambat atau berhentinya pembelahan dan pembesaran sel (antara lain perluasan daun). Jika suatu tanaman mengalami cekaman air yang semakin besar, diferensiasi organ-organ baru dan perluasan maupun pembesaran organ yang telah ada merupakan bagian yang pertama kali menunjukkan respon. Stres yang lebih lanjut akan menyebabkan berkurangnya laju fotosintesis (Khaerana et al 2008). Interval penyiraman nyata meningkatkan laju penurunan kadar lengas tanah, sehingga jumlah air tanah yang dapat diserap tanaman menurun. Sementara transpirasi terus berlangsung, hal ini mengakibatkan nilai kandungan air nisbi (KAN) daun menurun. Penurunan kadar lengas tanah nyata mempengaruhi nilai potensial air daun, Sementara transpirasi terus berlangsung, pasokan air dari air ke daun berkurang seiring penurunan kadar lengas tanah (Setiawan et al 2012). Cekaman kekeringan akan mengakibatkan menurunnya laju penyerapan air oleh akar tanaman. Penurunan ini akan mengakibatkan gangguan pada pertumbuhan tanaman, terutama pada jaringan yang sedang tumbuh Pertumbuhan meliputi penambahan dalam massa kering, volume, panjang atau luas sel yang dihasilkan dari interaksi proses-proses dalam tanaman melalui fotosintesis, respirasi, transpor, hubungan air dan keseimbangan nutrien. Respon morfologi dan fisiologi tanaman terhadap cekaman dan pola adaptasi tanaman pada lingkungan berbeda sangat penting artinya terutama untuk kepentingan kultivasi dan prediksi sifat-sifat responsif tanaman tersebut (Prihastanti 2010). Menurut Maulida (2015), ada interaksi yang sangat nyata (Pvalue < 0.01) antara cekaman kekeringan dengan dosis radiasi sinar gamma terhadap jumlah
9 gabah isi. Terjadi interaksi antara dosis radiasi sinar gamma 100 Gray dengan cekaman kekeringan 75% kapasitas lapang yang mampu meningkatkan jumlah gabah isi sebesar 38 per malai dan berat 100 biji sebesar 1.283 gram, sehingga berdampak pada peningkatan berat gabah/rumpun sebesar 2.444 gram dan umur panen yang lebih cepat yaitu 123 hari dibandingkan kontrol 124 hari. Sedangkan pada kondisi kadar lengas 50% kapasitas lapang, perlakuan dosis radiasi sinar gamma 100 Gray sampai 400 Gray tidak menunjukkan perbedaan yang nyata. Selain dikarenakan sifat radiasi sinar gamma yang acak, merusak dan tidak dapat di prediksi, pengaruh cekaman kekeringan yang serius juga menyebabkan penurunan jumlah gabah isi. C. Radiasi Sinar Gamma Mutasi adalah terjadinya perubahan mendadak material genetik suatu makhluk hidup yang diwariskan pada generasi berikutnya, tetapi perubahan genetik itu bukan disebabkan oleh peristiwa rekombinasi. Pada pemuliaan tanaman, mutasi induksi merupakan cara yang efektif untuk memperkaya plasma nutfah yang sudah ada, dan untuk memperbaiki varietas. Untuk mendapatkan varietas yang benarbenar berbeda dengan varietas aslinya, pemuliaan tanaman secara persilangan akan lebih efektif, sedangkan mutasi bisa digunakan untuk mendapatkan varietas unggul dengan perbaikan beberapa sifat saja tanpa merubah sebagian besar sifat aslinya (Sobrizal 2008). Menurut Maulana et al (2013) tujuan mutasi adalah untuk memperbesar variasi suatu tanaman yang dimutasi. Hal itu ditunjukkan misalnya oleh variasi kandungan gizi atau morfologi dan penampilan tanaman. Semakin besar variasi, seorang pemulia atau orang yang bekerja untuk merakit kultivar unggul, semakin besar peluang untuk memilih tanaman yang dikehendaki. Melalui teknik penyinaran (radiasi) dapat menghasilkan mutan atau tanaman yang mengalami mutasi dengan sifat-sifat yang diharapkan setelah melalui serangkaian pengujian, seleksi dan sertifikasi. Efek radiasi sinar gamma dapat menyebabkan perubahan genetik di dalam sel somatik (mutasi somatik) dapat diturunkan dan dapat menyebabkan terjadinya perubahan fenotip. Perubahan tersebut dapat terjadi secara lokal pada tingkat sel atau kelompok sel sehingga individu dapat menjadi kimera.
10 Iradiasi dapat menginduksi perubahan struktur kromosom yaitu terjadi pematahan kromosom. Pengembangan teknologi nuklir dalam bidang pangan (iradiasi pangan) sudah terbukti dapat membantu memecahkan berbagai masalah sanitasi pada bahan pangan (Akrom et al 2014). Irradiasi adalah suatu teknik yang digunakan untuk pemakaian energi radiasi secara sengaja dan terarah. Ada juga yang mengatakan bahwa, irradiasi adalah teknik penggunaan energi untuk penyinaran bahan dengan menggunakan sumber irradiasi buatan (Safitri dan Fitri 2010). Salah satu cara untuk mendapatkan varietas baru adalah melalui mutasi induksi. Mutasi induksi dapat dilakukan dengan menggunakan mutagen kimia dan mutagen fisik. Mutagen fisik yang umum digunakan adalah energi sinar X, neutron dan sinar gamma. Sinar gamma dapat menimbulkan perubahan sifat pada tanaman yaitu sifat genetik, fisiologi dan morfologi (Soedarti et al 2011). Induksi mutasi dapat terjadi secara alamiah atau melalui teknik kimia atau fisik. Induksi mutasi secara kimia atau fisik juga dapat memperluas keragaman genetik tanaman melalui perubahan susunan gen yang berasal dari tanaman itu sendiri. Mutasi spontan (alamiah) tidak mampu memberikan keragaman genetik secara cepat dan akurat. Untuk meningkatkan efektifitas iradiasi terhadap kultur embrio somatik perlu ditentukan dosis optimum. Dosis yang terlalu rendah menyebabkan berkurangnya mutan yang terbentuk sedangkan dosis yang terlalu tinggi akan mematikan bahan yang dimutasi atau mengakibatkan sterilitas (Hemon 2009). Induksi mutasi pada padi untuk mendapatkan varietas unggul sudah banyak dilakukan, diantaranya untuk mendapatkan mutan yang mempunyai sifat tahan terhadap penyakit, umur genjah dan produktivitas lebih baik dari plasma nutfah asal (Rahayu 2009). Mutasi adalah perubahan genetik baik sejumlah gen atau susunan kromosom maupun gen tunggal. Secara molekuler, mutasi terjadi karena adanya perubahan urutan (sequence) nukleotida DNA kromosom yang menyebabkan terjadinya perubahan pada protein yang dihasilkan. Mutasi dapat terjadi pada setiap bagian dan pertumbuhan tanaman, namun lebih sering terjadi pada bagian sel yang aktif membelah, misalnya biji dan tanaman yang sedang tumbuh atau tunas (Suseno
11 1966; Devy dan Sastra 2006). Salah satu mutagen yang sering digunakan dalam pemuliaan tanaman yaitu mutagen fisik dan mutagen fisik yang banyak dimanfaatkan untuk meningkatkan keragaman genetik tanaman adalah sinar gamma (BPTH 2006). Menurut Maulida (2015) perlakuan dosis radiasi sinar gamma berpengaruh nyata terhadap panjang akar. Dosis radiasi sinar gamma 100 sampai 400 Gray mampu meningkatkan panjang akar tanaman padi Ciherang pada kondisi di bawah kapasitas lapang sehingga air dan zat hara dari dalam tanah dapat diserap oleh akar tanaman untuk proses metabolisme. Sedangkan cekaman kekeringan pada pengaturan kadar lengas secara mandiri tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap panjang akar. Interaksi antara keduanya juga memberikan pengaruh tidak nyata terhadap panjang akar. Menurut Soeranto (2003) menyatakan bahwa radiasi sinar gamma dapat menginduksi terjadinya mutasi pada setiap bagian dan pertumbuhan tanaman terutama yang aktif membelah seperti akar rizoma. Dalam rangka untuk mendapatkan tanaman yang memiliki produktivitas tinggi baik kuantitas maupun kualitas perlu adanya program perbaikan tanaman. Upaya-upaya untuk perbaikan tanaman dapat dilakukan melalui peningkatan keragaman genetik, salah satunya dengan mutasi buatan. Mutasi buatan dengan energi tinggi telah umum dilakukan untuk meningkatkan keragaman genetik. Salah satu tipe radiasi yang bayak digunakan dalam pemuliaan tanaman adalah radiasi sinar gamma yang dipancarkan dari isotop radioaktif atau reaktor nuklir. Sinar gamma merupakan sinar elektromagnetik berenergi tinggi, apabila diperlakukan pada jaringan tanaman dapat merusak sel, sehingga terjadi perubahan susunan gen di dalam jaringan tersebut. Perubahan genetik tanaman dapat terlihat dari penampilan sifat tanaman yang berbeda (mutan) (Astutik 2009). Sinar gamma sering diaplikasikan karena memiliki kemampuan penetrasi yang jauh ke dalam jaringan tanaman. Induksi mutasi diarahkan untuk mengubah satu atau beberapa karakter penting yang menguntungkan tanaman. Teknik mutasi buatan umumnya ditujukan untuk mengubah karakter tertentu dengan tetap mempertahankan sebagian besar karakter aslinya. Untuk memaksimalkan identifikasi mutan, sistem karakterisasi harus diprogram dengan baik (Yulianti et al 2010).