4 TINJAUAN PUSTAKA Botani Tanaman Kedelai (Glycine max (L.) Merril.) Menurut Then (2001), klasifikasi kedelai adalah sebagai berikut : Kingdom : Plantae, Divisi : Spermatophyta, Sub Divisi : Angiospermae, Ordo : Polypetales, Famili : Leguminoseae, Genus : Glycine, Spesies : Glycine max (L.) Merrill. Akar kedelai mulai muncul disekitar mesofil. Kemudian akar muncul kedalam tanah, sedangkan kotiledon akan terangkat ke permukaan tanah akibat pertumbuhan dari hipokotil. Akar tanaman kedelai terdiri dari akar tunggang dan akar sekunder yang tumbuh dari akar tunggang. Untuk memperluas permukaan kontaknya dalam menyerap unsur hara, akar juga membentuk bulu-bulu akar. Bulu akar merupakan penonjolan dari sel-sel epidermis akar. Pada akar terdapat bintil-bintil akar yang berkoloni dari bakteri Rhizhobium japonicum yang terbentuk di akar yang dapat mengikat N, bersimbiosa dengan tanaman (Irwan, 2006). Bintil akar dapat terbentuk pada tanaman kedelai muda setelah ada akar rambut pada akar utama atau akar cabang. Bintil akar dibentuk oleh Rhizobium japonicum. Akar mengeluarkan triptofan dan substansi lain yang menyebabkan perkembangan pesat dari populasi bakteri yang menyebabkan akar rambut melengkung sebelum bakteri menginfeksi ke dalamnya. Gejala ini tidak tampak apabila infeksi terjadi pada akhir pertumbuhan akar rambut (Hardiatmi, 2009). Batang kedelai yang masih muda setelah perkecambahan dibedakan menjadi dua bagian yaitu hipokotil dan epikotil. Hipokotil adalah bagian batang dibawah keping biji yang belum lepas sampai ke pangkal batang, sedangkan
5 epikotil adalah bagian batang yang berada di atas keping biji. Sistem pertumbuhan batang kedelai dibedakan menjadi dua tipe yaitu tipe determinate adalah tipe pertumbuhan pucuk batang yang jika tanaman telah berbunga pertumbuhan batangnya terhenti dan tipe indeterminate adalah pertumbuhan pucuk batang dapat terus berlangsung walaupun tanaman telah mengeluarkan bunga (Prihatman, 2000). Kedelai dapat berbunga ketika memasuki stadia reproduktif yaitu 5-7 minggu bergantung pada varietas. Bunga kedelai umumnya muncul pada ketiak tangkai daun. Jumlah bunga yang ada pada setiap tangkai daun beragam, antara 2-25 bunga. Penyerbukan bunga berlangsung secara sendiri dengan tepung sari sendiri karena pembuahan terjadi sebelum bunga kedelai mekar (Hardiatmi, 2009). Polong pertama kali muncul sekitar 7-10 hari setelah munculnya bunga pertama. Polong berwarna hijau, panjangnya polong muda sekitar 1 cm. Jumlah polong terbentuk pada setiap ketiak daun sangat beragam, antara 1-10 polong dalam setiap kelompok. Dalam satu polong berisi 1-4 biji. Bentuk biji kedelai pada umumnya bulat lonjong, ada yang bundar bulat agak pipih. Polong pertama kali muncul sekitar 7-10 hari setelah munculnya bunga pertama. Panjang bulu bisa mencapai 1 mm dan lebar 0,0025 mm (Prihatman, 2000). Daun kedelai berwarna hijau, mempunyai dua bentuk daun, yaitu stadia kotiledon yang tumbuh saat masih kecambah dengan dua helai daun tunggal dan daun bertangkai tiga yang tumbuh setelah masa perkecambahan. Daun berbentuk bulat oval, yang mempunyai bulu. Panjang bulu bisa mencapai 1 mm dan lebar
6 0,0025 mm. Kepadatan bulu berkisar 3-20 buah/mm. Pada varietas Anjasmoro kepadatan bulu jarang (Hardiatmi, 2009). Syarat Tumbuh Iklim Kedelai dapat tumbuh dengan curah hujan yang merata sehingga kebutuhan air pada tanaman kedelai dapat terpenuhi. Pada fase perkecambahan air merupakan hal terpenting. Kebutuhan air akan bertambah sesuai dengan umur tanaman. Kebutuhan air tertinggi pada saat berbunga dan pengisian polong. Pada umumnya kebutuhan air tanaman kedelai berkisar 350-450 mm selama masa pertumbuhan kedelai, dan curah hujan dalam hitungan pertahunnya adalah sekitar 1.500-2.500 mm/tahun (Prihatman, 2000). Tanaman menghendaki suhu tanah yang optimal sekitar 30 o C untuk mendukung proses perkecambahannya. Disamping suhu tanah kedelai menghendaki suhu lingkungan yang optimal untuk proses pembentukan bunga yaitu 25-28 C. Kedelai dapat tumbuh dan berproduksi dengan baik pada ketinggian tempat berkisar 20-300 m dpl. Umur berbunga tanaman kedelai yang ditanam pada dataran tinggi mundur 2-3 hari dibandingkan tanaman kedelai yang ditanam di dataran rendah (Hardiatmi, 2009). Kedelai termasuk tanaman berhari pendek, artinya kedelai tidak mampu berbunga jika panjang hari melebihi batas kritis yaitu 15 jam per hari. Oleh sebab itu pada daerah topik yang panjang hari 12 jam kedelai akan mengalami penurunan produksi karena masa berbunganya menjadi pendek (Irwan, 2006).
7 Tanah Tanaman kedelai dapat tumbuh baik jika drainase dan aerase tanah baik, untuk dapat tumbuh subur kedelai menghendaki tanah yang subur, gembur, serta kaya akan bahan organik. Bahan organik yang cukup akan memperbaiki dan menjadi bahan makanan bagi organisme dalam tanah (Irwan, 2006). Keasaman berpengaruh terhadap pertumbuhan tanaman sebab keasaman tanah mempengaruhi pada jumlah unsur hara yang bisa diserap oleh tanaman, kondisi keasaman yang baik adalah 6-7 pada kondisi ini semua unsur hara paling banyak tersedia sehingga penyerapan unsur hara menjadi efektif. Jika ph 5,5 atau pada tanah masam pertumbuhan bintil akar akan terhambat sehingga proses pembentukan nitrifikasi akan berjalan kurang baik serta kedelai dapat keracunan alumunium (Kusfebriani, 2010). Tanah yang dapat ditanami kedelai memiliki air dan hara tanaman untuk pertumbuhannya cukup. Tanah yang mengandung liat tinggi sebaiknya diadakan perbaikan drainase dan aerase sehingga tanaman tidak kekurangan oksigen. Tanaman kedelai dapat tumbuh pada jenis tanah Alluvial, Regosol, Gumusol, Latosol dan Andosol (Kartasapoetra, 1998). Elisitor Elisitor merupakan senyawa biologis maupun non biologis yang diinduksi dan menyebabkan fitoaleksin diproduksi. Metode elisitasi dapat dilakukan dengan menambahkan elisitor abiotik maupun biotik pada sel tumbuhan dengan tujuan untuk menginduksi secara simultan fitoaleksin dan metabolit sekunder konstitutif atau metabolit sekunder lain yang secara normal tidak terakumulasi. Elisitasi juga merupakan suatu respons dari suatu sel untuk menghasilkan metabolit sekunder.
8 Dalam hal ini, adanya interaksi patogen dengan inang akan menginduksi pembentukan fitoaleksin pada tumbuhan. Fitoaleksin itu sendiri merupakan senyawa antibiotik yang mempunyai berat molekul rendah, dan dibentuk sebagai respons terhadap infeksi mikroba patogen. Senyawa yang merupakan bagian dari mekanisme tersebut dapat dianalogikan dengan antibodi yang terbentuk sebagai respons imun (Al-Tawaha et al., 2005). Elisitor terdiri atas dua kelompok yaitu elisitor abiotik dan biotik (Al-Tawaha, 2011). Elisitor biotik dikelompokkan dalam elisitor endogen dan eksogen. Elisitor endogen umumnya berasal dari tumbuhan itu sendiri, seperti bagian dari dinding sel (oligogalakturonat) yang rusak oleh suatu serangan patogen melalui aktivitas enzim hidrolisis atau membran plasma yang mengalami kerusakan karena luka. Sedangkan elisitor eksogen berasal adalah elisitor yang berasal dari luar tumbuhan atau luar sel, misalnya elisitor yang berasal dari dinding sel jamur. Elisitor abiotik yang sering digunakan yaitu metil jasmonat dan asam salisilat, sedangkan elisitor biotik misalnya kitosan (Namdeo, 2007). Asam salisilat Salah satu upaya untuk meningkatkan ketahanan tanaman terhadap penyakit adalah melalui induksi ketahanan sistemik yang dipicu oleh pengaplikasian elisitor dengan melibatkan akumulasi senyawa tertentu seperti asam salisilat. Aplikasi asam salisitat sebagai elisitor potensial untuk meningkatkan ketahanan tanaman (Hoerussalam et al., 2013). Peran asam salisilat pada tanaman adalah dalam termogenesis dan sebagai pertahanan terhadap patogen (Yuliani, 2015).
9 Asam salisilat merupakan signal penting dalam ketahanan tanaman, digunakan sebagai senyawa pengimbas ketahanan tanaman terhadap penyakit layu Fusarium. Asam salisilat juga dikenal dapat mempengaruhi berbagai fisiologi dan biokimia tanaman dan mempunyai peran penting dalam mengatur pertumbuhan serta produktifitasnya. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa penambahan asam salisilat pada media sebagai komponen seleksi berkorelasi dengan tingkat ketahanan tanaman (Sulastri, 2014). Asam salisilat memegang peranan penting dalam ketahanan sistemik terinduksi. Mekanisme ketahanan tanaman terhadap penyakit dapat berupa ketahanan secara fisik maupun kimia. Salah satu bentuk ketahanan secara kimia adalah asam salisilat. Asam salisilat lebih dominan untuk mengatasi serangan patogen biotrof (patogen yang aktif pada jaringan hidup) dan virus. Mekanisme ketahanan melalui jalur asam salisilat berhubungan dengan protein-protein yang terkait dengan patogenesis (Sulastri, 2014). Asam salisilat memiliki rumus molekul C 6 H 4 COOHOH berbentuk kristal berwarna merah muda terang hingga kecokelatan yang memiliki berat molekul sebesar 138,123 g/mol dengan titik leleh sebesar 156 0 C dan densitas pada 25 0 C sebesar 1,443 g/ml. Asam salisilat memiliki struktur bangun seperti pada gambar berikut ini: (Yuliani, 2015).
10 Methyl Jasmonat Methyl jasmonat adalah senyawa alami yang disintesis oleh tumbuhan sebagai respon terhadap adanya serangan patogen. Methyl jasmonat berperan dalam menginisiasi transkripsi gen-gen yang terlibat dalam mekanisme pertahanan pada tumbuhan. Senyawa ini merupakan senyawa pengatur penting yang mempengaruhi respon dan signal tumbuhan yang bekerja dalam penghambatan atau aktivasi suatu hubungan. Hasil akhir dari proses ini adalah peningkatan produksi senyawa metabolit sekunder terutama senyawa yang terlibat dalam mekanisme pertahanan pada tumbuhan (Habibah, 2009). Methyl jasmonat (MeJA) merupakan salah satu contoh elisitor abiotik yang secara umum terdapat pada tumbuhan sebagai hormon stres yang berperan dalam sistem pertahanan ketika ada perlukaan atau serangan herbivora. MeJA diketahui tetap dapat memberikan respon yang sama pada tumbuhan meskipun diaplikasikan secara eksogen (Kolewe et al., 2008). Mekanisme MeJA dalam menginduksi respon pertahanan pada tumbuhan diawali dengan adanya interaksi antara elisitor dengan suatu reseptor yang terletak pada membran plasma atau sitosol sel tumbuhan (Widyastuti, 2015). Jasmonat (Metil jasmonat (MeJA) dan turunannya merupakan regulator seluler yang terlibat pada berbagai macam proses perkembangan tanaman. Selain itu jasmonat berperan dalam pertahanan tanaman terhadap serangga, patogen yang berkaitan dengan biosintesis fitoaleksin dalam respon terhadap patogen dan elisitor terhadap serangga, dan stress lingkungan seperti kekeringan, suhu rendah, dan salinitas. Jasmonat juga dapat meningkatkan ekspresi gen yang terlibat dalam ketahanan tanaman (Eliwati, 2014).
11 Methyl jasmonat memiliki rumus kimia : C 13 H 2 O 3 dengan berat molekul 224.2961 g/mol. Rumus bangun methyl jasmonat: (Widyastuti, 2015). Kitosan Kitosan yang terjadi secara alamiah merupakan senyawa yang memiliki potensi di bidang pertanian berkaitan dengan pengendalian penyakit tanaman. Molekul-molekul ini ditunjukkan untuk menampilkan toksisitas dan menghambat pertumbuhan jamur dan pembangunan. Hal tersebut ternyata aktif terhadap virus, bakteri dan hama lainnya. Fragmen dari kitin dan kitosan diketahui telah memunculkan kegiatan yang mengarah ke berbagai respon pertahanan tanaman inang dalam menanggapi infeksi mikroba (Zyrex, 2012). Kitosan yang diperoleh dengan deasetilasi kitin, mendorong pertumbuhan tanaman dan akar, dan mempercepat waktu berbunga, hasil buah, dan bobot buah serta meningkatkan jumlah bunga pada buah anggur (Ohta et al. 2004). Kitosan merupakan bahan kimia, yang secara konsisten meningkatkan hasil panen. Pada tanaman, kitosan menyebabkan akumulasi pytoelexin yang menghasilkan respon antifungi dan meningkatkan perlindungan dari infeksi yang lebih jauh. Kitosan dapat meningkatkan sinyal untuk sintesis hormon tanaman seperti giberelin. Selain itu kitosan juga dapat meningkatkan pertumbuhan dan perkembangan dengan memberikan sinyal biosintesis auksin melalui jalur independen triptofan (Uthairatanakij et al., 2007 dalam Ianca 2010).
12 Kitosan terbukti menghambat penyebaran sistemik virus dan viroid seluruh tanaman dan untuk meningkatkan respon hipersensitif host terhadap infeksi. Kitosan menghambat pertumbuhan berbagai bakteri pada tanaman, yang terbukti efektif dalam menghambat pertumbuhan dan perkembangan Escherichia coli terutama di media asam. Secara umum kitosan diterapkan pada tingkat 1 mg /ml, mampu mengurangi pertumbuhan vitro sejumlah jamur dan Oomycetes. Substratum perubahan dengan kitosan diketahui untuk meningkatkan pertumbuhan tanaman dan menekan beberapa patogen tular tanah terkenal (Zyrex, 2012). Hirano et al (2000) juga meyatakan bahwa terjadi peningkatan hasil biji kedelai sebesar 20% dengan perlakuan kitosan 1 mg mm -1. Kitosan dengan rumus molekul (C 6 H 11 NO 4 )n yang dapat diperoleh dari deasetilasi kitin. Kitosan juga dijumpai secara alamiah di beberapa organism. (Haryadi, 2011). Waktu Aplikasi Akumulasi senyawa isoflavon kedelai tergantung dari kultivarnya dan dipengaruhi oleh kondisi lingkungan selama fase pengisian biji. Pertumbuhan dan perkembangan kedelai umumnya dibagi kepada 6 fase vegetatif (V1-V6) dan 8 fase reproduktif (R1-R8). R1 dan R2 adalah fase pembungaan, sedangkan R3 dan
13 R4 fase pembentukan polong dan perkembangan biji berlangsung pada fase R5- R8 (Lee et al., 2012). Beberapa penelitian menunjukkan bahwa akhir pembentukan komposisi biji termasuk isoflavon sangat dipengaruhi stres lingkungan pada fase R3 - R7. Perkembangan biji pada R5 dikarakterisasi dengan cepatnya peningkatan bobot biji dan kelangsungan akumulasi nutrisi hingga R6. Pada fase R6 terjadi pengisian polong tetapi masih belum matang. Pada fase R7 kulit biji mulai mengalami perubahan warna dari hijau ke kuning tergantung dari kultivarnya. Pada poin ini, terjadi akumulasi berat kering dan biji mengalami matang fisologis. Akumulasi isoflavon pada biji kedelai berlangsung selama fase akhir pematangan biji, dimana fase tersebut sangat dipengaruhi oleh ketersediaan air (Fehr et al., 1971). Semua elisitor menyebabkan peningkatan konsentrasi isoflavon dari kedelai jika dibandingkan dengan kontrol (tanpa perlakuan elisitor). Perlakuan kedelai dengan elisitor melalui aplikasi daun dilakukan pada berbagai tahap perkembangan tanaman kedelai. Dari empat elisitor dan masing-masing diterapkan pada dua tahap perkembangan yang berbeda vegetatif awal (ketika tanaman memiliki 3 trifoliate daun (V4) dan podding awal (R3)). Aplikasi daun dengan elisitor dibuat menggunakan botol semprot genggam dengan volume 4 ml diterapkan per tanaman. Konsentrasi total isoflavon tertinggi terdapat pada tahap R3 yang mengalami peningkatan 70% dibandingkan dengan kontrol (tanpa perlakuan elisitor) (Al-Tawaha, 2006). Perlakuan elisitor menyebabkan peningkatan hasil biji dibandingkan dengan tanaman tanpa perlakuan (kontrol). Hasil biji terbesar berdasarkan aplikasi daun dengan ekstrak ragi 2 mg/ml pada fase R3 ditunujukkan dengan peningkatan
14 25% lebih besar dibandingkan dengan tanaman tanpa perlakuan (kontrol) (Al-Tawaha dan Ababneh, 2012). Tabel. fase pertumbuhan tanaman kedelai Singkatan Stadia Tingkatan stadia Keterangan VE Stadia pemunculan Kotiledon muncul ke permukaan VC Stadia kotiledon Daun unfoliolat berkembang, tepi daun tidak menyentuh tanah V1 Stadia buku pertama Daun terbuka penuh pada buku unfoliolat. V2 Stadia buku kedua Daun trifoliolat terbuka penuh pada buku kedua di atas buku unfoliolat. V3 Stadia buku ketiga Pada buku ketiga batang utama terdapat daun yang terbuka penuh Vn Stadia buku ke-n Pada buku ke-n batang utama telah. terdapat daun yang terbuka penuh. R1 Mulai Berbunga Munculnya bunga pertama pada buku mana pun pada batang utama. R2 Berbunga penuh Bunga terbuka penuh pada satu atau dua buku paling atas pada batang utama dengan daun yang telah terbuka penuh. R3 Mulai berpolong Polong telah terbentuk dengan panjang 0,5 cm pada salah satu buku batang utama. R4 Berpolong penuh Polong telah mencapai panjang 2 cm di salah satu buku teratas pada batang utama. R5 Mulai Berbiji Ukuran biji dalam polong mencapai 3 mm pada salah satu buku batang utama. R6 Berbiji penuh Setiap polong pada batang utama telah berisi biji satu atau dua.
15 R7 Mulai masak Salah satu warna polong pada batang utama telah berubah menjadi cokelat kekuningan atau warna masak. R8 Masak penuh 95 % jumlah polong telah mencapai warna polong masak (Adiswaranto, 2007).