4 TINJAUAN PUSTAKA Botani Tanaman Berdasarkan literatur Grist (1960), tanaman padi dalam sistematika tumbuhan (taksonomi) diklasifikasikan ke dalam divisio Spermatophytae dengan subdivisio Angiospermae, digolongkan ke dalam kelas Monocotyledonae, termasuk ordo Poales dengan famili Graminae serta genus Oryza Linn dan dengan nama spesies Oryza sativa L. Padi temasuk golongan tanaman semusim atau tanaman muda yaitu tanaman yang biasanya berumur pendek, kurang dari 1 tahun dan hanya 1 kali produksi. Tanaman padi (Oryza sativa L.) mempunyai jumlah khromosom 2n =24. Sedangkan spesies Oryza yang lain ialah Oryza glaberima Stund, Oryza officinallis Wall dan Oryza longistaminata Chev juga mempunyai khromosom 2n = 24 (AAK, 1990). akar yaitu : Akar tanaman padi memiliki sistem perakaran serabut. Ada dua macam 1. Akar seminal yang tumbuh dari akar primer radikula sewaktu berkecambah dan bersifat sementara 2. Akar adventif sekunder yang bercabang dan tumbuh dari buku batang muda bagian bawah Akar adventif tersebut menggantikan akar seminal. Akar ini disebut adventif/buku, karena tumbuh dari bagian tanaman yang bukan embrio atau
5 karena munculnya bukan dari akar yang telah tumbuh sebelumnya (Suharno, 2005). Batang terdiri atas beberapa ruas yang dibatasi oleh buku, dan tunas (anakan) tumbuh pada buku. Jumlah buku sama dengan jumlah daun ditambah dua yakni satu buku untuk tumbuhnya koleoptil dan yang satu lagi buku terakhir yang menjadi dasar malai. Ruas yang terpanjang adalah ruas yang teratas dan panjangnya berangsur menurun sampai ke ruas yang terbawah dekat permukaan tanah (Tobing et al., 1995). Anakan muncul pada batang utama dalam urutan yang bergantian. Anakan primer tumbuh dari buku terbawah dan memunculkan anakan sekunder. Anakan sekunder ini pada gilirannya akan menghasilkan anakan tersier (Suharno, 2005). Bunga padi secara keseluruhan disebut malai. Malai terdiri dari 8 10 buku yang menghasilkan cabang cabang primer selanjutnya menghasilkan cabang cabang sekunder. Dari buku pangkal malai pada umumnya akan muncul hanya satu cabang primer, tetapi dalam keadaan tertentu buku tersebut dapat menghasilkan 2 3 cabang primer (Tobing et al., 1995). Biji padi atau gabah terdiri atas dua penyusun utama, yaitu 72-82% bagian yang dapat dimakan atau kariopsis (beras pecah kulit) dan 18%-28% kulit gabah atau sekam. Kariopsis tersusun dari 1-2% pericarp, 4-6% aleuron dan testa, 2-3% lemma (sekam kelopak) dan 89-94% endocarp (Haryadi, 2006). Menurut Sudarmo (1991) ada tiga stadia umum proses pertumbuhan tanaman padi dari awal penyemaian hingga pemanenan :
6 1. Stadia vegetatif : dari perkecambahan sampai terbentuknya bulir. Pada varietas padi yang berumur pendek (120 hari) stadia ini lamanya sekitar 55 hari, sedangkan pada varietas padi berumur panjang (150 hari) lamanya sekitar 85 hari. 2. Stadia reproduktif : dari terbentuknya bulir sampai pembungaan. Pada varietas berumur pendek lamanya sekitar 35 hari dan pada varietas berumur panjang sekitar 35 hari juga. 3. Stadia pembentukan gabah atau biji : dari pembungaan sampai pemasakan biji. Lamanya stadia sekitar 30 hari, baik untuk varietas padi berumur pendek maupun berumur panjang. Apabila ketiga stadia dirinci lagi, maka akan diperoleh sembilan stadia. Masing-masing stadia mempunyai ciri dan nama tersendiri. Stadia tersebut adalah: 1. Stadia 0 : dari perkecambahan sampai timbulnya daun pertama, biasanya memakan waktu sekitar 3 hari. 2. Stadia 1 : stadia bibit, stadia ini lepas dari terbentuknya daun pertama sampai terbentuk anakan pertama lamanya sekitar 3 minggu atau sampai pada umur 24 hari. 3. Stadia 2 : stadia anakan, ketika jumlah anakan semakin bertambah sampai batas maksimum lamanya sampai 2 minggu atau saat padi berumur 40 hari. 4. Stadia 3 : stadia perpanjangan batang, lamanya sekitar 10 hari yaitu sampai terbentuknya bulir saat padi berumur 52 hari. 5. Stadia 4 : stadia saat mulai terbentuknya bulir, lamanya sekitar 10 hari atau sampai padi berumur 62 hari.
7 6. Stadia 5 : perkembangan bulir, lamanya sekitar 2 minggu saat padi sampai berumur 72 hari. Bulir tumbuh sempurna sampai terbentuknya biji. 7. Stadia 6 : pembungaan, lamanya 10 hari saat mulai muncul bunga, polinasi, dan fertilisasi. 8. Stadia 7 : stadia biji berisi cairan menyerupai susu, bulir kelihatan berwarna hijau, lamanya sekitar 2 minggu yaitu padi berumur 94 hari. 9. Stadia 8 : ketika biji yang lembek mulai mengeras dan berwarna kuning, sehingga seluruh pertanaman kelihatan kekuning-kuningan. Lama stadia ini sekitar 2 minggu, saat tanaman berumur 102 hari. 10. Stadia 9 : stadia pemasakan biji. Biji berukuran sempurna, keras dan berwarna kuning, bulir mulai merunduk, lama stadia ini sekitar 2 minggu sampai padi berumur 116 hari. Syarat Tumbuh Iklim Padi dapat tumbuh dengan baik di daerah yang berhawa panas dan udaranya banyak mengandung uap air. Di negeri kita padi ditanam dari dataran rendah sampai 1.300 meter diatas permukaan laut (Sumartono et al., 1990). Rata-rata curah hujan yang baik adalah 200 mm/bulan atau 1500-2000 mm/tahun. Padi dapat ditanam di musim kemarau atau hujan. Pada musim kemarau produksi meningkat asalkan air irigasi selalu tersedia. Stress air dapat meningkatkan sterilitas bulir akibat peningkatan abnormalitas kromosom yang menyebabkan gangguan pada fase miosis (Namuco dan O Toole, 1986). Menurut
8 Biswas dan Choudhuri (1983) bahwa stress air pada masa vegetatif dapat memperbesar hasil tanaman, sebaliknya stress air pada masa generatif sangat menurunkan hasil. Di musim hujan, walaupun air melimpah prduksi dapat menurun karena penyerbukan kurang intensif (Ristek, 2011). Angin mempunyai pengaruh positif dan negatif terhadap tanaman padi. Pengaruh positifnya terutama pada proses penyerbukan dan pembuahan. Tetapi angin juga berpengaruh negatif, karena penyakit yang disebabkan oleh bakteri atau jamur dapat ditularkan oleh angin, dan apabila terjadi angin kencang pada saat tanaman berbunga, buah dapat menjadi hampa dan tanaman roboh. Hal ini akan lebih terasa lagi apabila penggunaan pupuk N berlebihan, sehingga tanaman tumbuh terlalu tinggi (Deptan, 2009). Tanah Tanah yang baik untuk pertumbuhan tanaman padi adalah tanah sawah yang kandungan fraksi pasir, debu dan lempung dalam perbandingan tertentu dengan diperlukan air dalam jumlah yang cukup (Luh, 1980). Keasaman tanah antara ph 4.0-7.0. Pada padi sawah, penggenangan akan mengubah ph tanam menjadi netral (7.0). Pada prinsipnya tanah berkapur dengan ph 8.1-8.2 tidak merusak tanaman padi. Karena mengalami penggenangan, tanah sawah memiliki lapisan reduksi yang tidak mengandung oksigen dan ph tanah sawah biasanya mendekati netral. Untuk mendapatkan tanah sawah yang memenuhi syarat diperlukan pengolahan tanah yang khusus (Ristek, 2011). Di dalam udara terkandung zat asam yang diperlukan untuk pernafasan, terutama untuk akar. Udara akan mengisi pori-pori tanah bersama dengan air yang
9 siap dimanfaatkan oleh akar tanaman. Keseimbangan antara udara dan air sangat diperlukan bagi tanah pertanian, sebab tanah yang kekurangan air atau udara tidak baik bagi tanaman (Rosmarkam dan Yuwono, 2002). Pemuliaan Tanaman Padi Usaha peningkatan produksi tanaman padi sering mengalami kendala baik yang bersifat biotik maupun yang bersifat abiotik. Kendala biotik dapat berupa serangan hama penyakit seperti misalnya serangan hama wereng. Sedangkan kendala abiotik dapat berupa tekanan dari lingkungan seperi misalnya cekaman air, kekurangan unsur hara atau tekanan lingkungan lainnya. Salah satu upaya untuk meningkatkan hasil per satuan luas dapat ditempuh dengan menanam varietas unggul padi sawah dengan potensi hasil tinggi dan didukung oleh karakteristik low input, tahan terhadap cekaman biotik dan abiotik dan berkualitas baik (Jonharnas, 2009). Pengenalan varietas-varietas padi hasil pemuliaan pada tahun 1960-an yang dikenal sebagai varietas revolusi hijau, dengan ciri ciri tanaman pendek, tegak, dan tidak peka terhadap perubahan-perubahan masa penyinaran matahari, telah mengakibatkan penggantian pembudidayaan varietas tradisional yang meluas, dengan varietas unggul yang lebih tahan terhadap serangan hama (Haryadi, 2006). Upaya perakitan varietas padi di Indonesia ditujukan untuk menciptakan varietas yang berdaya hasil tinggi dan sesuai dengan kondisi ekosistem, sosial, budaya, serta minat masyarakat. Sejalan dengan berkembangnya kondisi sosial
10 ekonomi masyarakat, permintaan akan tipe varietas yang dihasilkan juga berbedabeda (Daradjat et al., 2001). Susanto et al., (2003) persilangan padi di Indonesia dimulai pada tahun 1920-an dengan memanfaatkan gene pool yang dibangun melalui introduksi tanaman. Sampai dengan tahun 1960-an, pemuliaan padi diarahkan pada lahan dengan pemupukan yang rendah, atau tanaman kurang responsif terhadap pemupukan. Telah dilaporkan bahwa pelepasan varietas padi pertama kali dilakukan pada tahun 1943, yaitu varietas Bengawan. Varietas tipe Bengawan memiliki latar belakang genetik yang merupakan perbaikan dari varietas Cina yang berasal dari Cina, Latisail dari India,dan Benong dari Indonesia. Karakteristik padi tipe baru menurut Khush (1996) adalah potensi hasil tinggi, malai lebat (± 250 butir gabah/malai), jumlah anakan produktif lebih dari 10 dengan pertumbuhan yang serempak, tanaman pendek (± 90 cm), bentuk daun lebih efisien, hijau tua, senescence lambat, tahan rebah, perakaran kuat, batang lurus, tegak, besar, dan berwarna hijau gelap, sterilitas gabah rendah, berumur genjah (100 130 hari), beradaptasi tinggi pada kondisi musim yang berbeda, IP mencapai 0.60, efektif dalam translokasi fotosintat dari source ke sink (biji), responsif terhadap pemupukan berat, dan tahan terhadap hama dan penyakit. Contoh padi tipe baru adalah Cimilati, Gilirang dan Fatmawati. Subandi et al (1979) dalam Aryana (2009) menegaskan bahwa dalam pembentukan varietas unggul perlu diperhatikan stabilitas hasil secara sistematis dan kontinyu mulai dari pembentukan populasi dasar sampai pengujian varietas. Dalam hal ini hasil merupakan kriteria penting dalam mengevaluasi daya adaptasi
11 dan stabilitas hasil suatu genotipe. Pengukuran stabilitas relatif dari suatu genotipe pada rentang wilayah yang luas penting untuk menentukan efisiensi pemuliaan Pengujian pada berbagai lingkungan perlu dilakukan karena di Indonesia lingkungan tumbuh padi sangat beragam baik dari tipe lahan yang digunakan, jenis tanah, cara budidaya, pola tanam maupun musim tanam. Sutami (2004) mengemukakan bahwa keragaman lingkungan tumbuh tersebut akan berpengaruh terhadap hasil gabah persatuan luas. Dengan adanya fenomena interaksi genotipe dengan lingkungan, dengan hasil suatu genotipe sering tidak konsisten dari satu lingkungan ke lingkungan yang lain. Hal ini menyulitkan pemulia dalam memilih genotipe terbaik. Besarnya interaksi genotipe dengan lingkungan perlu diperhatikan untuk menghindari kehilangan genotipe unggul. Suatu genotipe yang stabil dan berdaya hasil tinggi sangat diperlukan oleh para petani yang berlahan sempit untuk mengurangi resiko kegagalan panen akibat perubahan faktor lingkungan yang tidak dapat diperkirakan. Berdasarkan hasil penelitian Munandar et al, (1996) dalam Widodo, dkk (2004) dikatakan bahwa peningkatan 1 cm tinggi tanaman memungkinkan peningkatan hasil sebesar 0,27 g per rumpun. Salah satu karakteristik agronomis penting yang menunjukkan hasil tinggi pada penelitian adalah tinggi tanaman padi lebak. Heritabilitas Heritabilitas adalah ragam proporsi dari variasi fenotipe total yang disebabkan oleh efek gen. Heritabilitas untuk sifat tertentu berkisar dari 0 sampai 1. Merumuskan kriteria heritabilitas adalah sebagai berikut yaitu heritabilitas
12 tinggi > 0.5 ; heritabilitas sedang 0.2 0.5; dan heritabilitas rendah < 0.2. Jika heritabilitas kurang dari satu, maka nilai tengah dari keturunan dalam hubungannya dengan nilai tengah induk-induknya, terjadi regresi ke arah nilai tengah generasi sebelumnya. Jika heritabilitas itu adalah 0,5 maka nilai tengah keturunan beregresi 50% kearah nilai tengah generasi sebelumnya, jika heritabilitas itu adalah 0.25 maka nilai tengah keturunan beregresi 75% ke arah nilai tengah generasi sebelumnya. Jadi jika heritabilitas = 100%, maka sama dengan persentase regresi (Stansfield, 1991). Heritabilitas juga merupakan parameter yang digunakan untuk seleksi pada lingkungan tertentu, karena heritabilitas merupakan gambaran apakah suatu karakter lebih dipengaruhi faktor genetik atau faktor lingkungan. Nilai heritabilitas tinggi menunjukkan bahwa faktor genetik relatif lebih berperan dibandingkan faktor lingkungan. Sifat yang mempunyai heritabilitas tinggi maka sifat tersebut akan mudah diwariskan pada keturunan berikutnya (Alnopri, 2004). Heritabilitas menyatakan perbandingan atau proporsi varian genetik terhadap varian total (varian fenotipe), yang biasanya dinyatakan dengan persen (%). Heritabilitas dituliskan dengan huruf H atau h 2, sehingga : H atau h 2 = 2 ( G) 2 ( P) 2 ( G) = 2 2 ( G E) (Mangeondidjojo, 2003).
13 Salinitas Donahue et al (1983) dalam Sunarto (2001) mendefenisikan tanah salin adalah tanah yang mengandung garam NaCI terlarut dalam jumlah banyak sehingga menganggu pertumbuhan tanaman. Larutan garam tanah mengganggu pertumbuhan tanaman. Larutan garam tanah biasanya tersusun dari ion Na +, Ca ++, Mg ++, CI -, CO -2 4 dan CO -2 3, sehingga pengikatan NaCl akan menurunkan kadar kalium. Salinitas tanah yang tinggi dapat menyebabkan keracunan pada tanaman. Keracunan ini disebabkan oleh ion-ion spesifik seperti ion Na, Cl dan SO 4 yang banyak terdapat pada tanah-tanah dengan tingkat salinitas yang tinggi. Hal ini dapat mempengaruhi proses fisiologi tanaman seperti tanaman seperti fotosintesis, transpirasi dan sintesis klorofil (Hasibuan, 2008). Tanaman halofit merupakan tanaman yang dapat tumbuh pada tanah dengan kadar garam tinggi. Telah lama diketahui bahwa tanaman-tanaman demikian mengandung konsentrasi cairan sel yang tinggi karena absorbsi garam dalam jumlah banyak. Nilai osmotik setinggi 200 atm pernah tercatat terjadi. Akan tetapi, pada kasus tertentu angka ini terlalu tinggi karena disebabkan oleh pelarutan kembali garam-garam yang dikeluarkan permukaan sel (Harjadi dan Sudirman, 1988). Tanah-tanah salin mempunyai ph tanah = 8.5 atau rendah. Untuk membuat tanah salin dapat ditanami, pencucian garam yang berlebih dengan irigasi biasanya dilakukan. Untuk itu diperlukan metode irigasi yang tepat dan penggunan air irigasi dengan kualitas garam yang tepat. Dalam hal ini, daya
14 hantar listrik (DHL) sering dipakai sebagai indeks bahaya salinisasi. Bahaya salinisasi dianggap rendah jika air irigasi yang digunakan mempunyai 0.75 mmho/cm (Tan, 1995). Menurut Brinkman and Singh (1982) dalam Sembiring dan Gani, (2011). gejala keracunan garam padi tanaman padi berupa terhambatnya pertumbuhan, berkurangnya anakan, ujung-ujung daun bewarna keputihan dan sering terlihat bagian-bagian yang khlorosis pada daun, dan walaupun tanaman padi tergolong tanaman yang tolerannya sedang, pada nilai EC sebesar 6-10 ds m-1 penurunan hasil gabah mencapai 50%. Pada tanaman bakau, pertumbuhan tanaman yang cepat merupakan mekanisme lain untuk mengencerkan garam. Kelebihan garam pada tanaman ini biasanya dikeluarkan pada permukaan daun untuk membantu mempertahankan konsentrasi garam yang konstan dalam jaringan (Salisbury, 1985). Lebih jauh, Dobermann and Fairhurst (2000) dalam Sembiring dan Gani, (2011) menyimpulkan bahwa padi relatif lebih toleran terhadap salinitas saat perkecambahan, tapi tanaman bisa dipengaruhi saat pindah tanam, bibit masih muda, dan pembungaan. Pengaruh lebih jauh terhadap tanaman padi adalah: 1) berkurangnya kecepatan perkecambahan; 2) berkurangnya tinggi tanaman dan jumlah anakan; 3) pertumbuhan akar jelek; 4) sterilitas biji meningkat; 5) kurangnya bobot 1000 gabah dan kandungan protein total dalam biji karena penyerapan Na yang berlebihan; dan 6) berkurangnya penambatan N 2 secara biologi dan lambatnya mineralisasi tanah. Tanaman dapat menghindari terjadinya ketidakseimbangan hara atau racun denagan empat cara, yaitu : ekslusi, eksresi, sekresi dan dilusi. Ekslusi terjadi
15 secara pasif dengan adanya dinding sel yang tidak permeabel terhadap garam atau ion-ion garam tersebut. Eksresi dan sekresi merupakan pemompaan ion secara aktif masing-masing ke luar tanaman dan ke dalam vakuola. Sedangkan dilusi dapat terjadi dengan adanya pertumbuhan yang cepat. Hal ini disimpulkan dari hasil analisis bahwa bagian yang tumbuh cepat mengandung Na dan Cl lebih rendah dari bagian yang tumbuh lambat (Levitt, 1980).