II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Tebu Tebu termasuk family Graminae, genus Saccharum. Terdapat tiga spesies tebu, meliputi S. officinarum, S. robustum, dan S. spontaneum, serta dua sub spesies, yaitu S. sinense dan S. barberi (Fauconnier, 1993). Saccharum officinarum adalah jenis tebu yang paling banyak dikembangkan dan dibudidayakan karena kandungan sukrosa yang tinggi (Sudiatso, 1982). Bibit tebu dapat berupa batang stek, baik yang matanya belum berkecambah atau yang sudah tumbuh (Satuan Kerja Pengembangan Tebu Jatim, 2005). Batang tebu mengandung gula. Kandungan gula pada batang tebu optimal terjadi setelah fase pertumbuhan vegetatif dan menurun sebelum fase kematian (Sutardjo, 1994). Tanaman tebu dapat tumbuh di daerah yang beriklim panas dan sedang dengan daerah penyebaran antara 35 LS dan 39 LU. Namun umumnya tanaman tebu tumbuh baik di daerah beriklim tropis. Tebu memerlukan suhu tertentu, yaitu 22 27 C dengan kelembaban nisbi 65 85% untuk menghasilkan sukrosa yang tinggi. Dalam masa pertumbuhan tanaman tebu memerlukan banyak air, sedangkan menjelang tebu masak untuk dipanen, membutuhkan keadaan yang kering dan tidak ada hujan, sehingga pertumbuhannya terhenti. Kemasakan batang memerlukan kondisi cuaca kering. Tanaman tebu tumbuh baik pada keadaan tanah yang mempunyai tekstur tanah lempung pada lapisan permukaan, berdrainase baik dan kemampuan menahan kapasitas air yang baik. Tekstur tanah yang baik bagi tanaman tebu adalah pada tanah lempung liat, lempung berpasir dan lempung berdebu. Pada tanah berat juga dapat ditanami tebu, namun memerlukan pengolahan tanah yang khusus. Tebu di daerah Jawa yang banyak ditanami adalah pada tipe tanah Aluvial sampai Grumusol (Sudiatso, 1982).
5 Fase-fase pertumbuhan tebu sebelum menghasilkan gula adalah sebagai berikut (Satuan Kerja Pengembangan Tebu Jatim, 2005): 1. Fase Perkecambahan Fase perkecambahan dimulai ketika terjadi perubahan mata tunas tebu yang dorman, menjadi tunas muda lengkap dengan daun, batang dan akar. Fase ini sangat ditentukan oleh faktor inheren yang mencakup varietas, umur bibit, panjang stek, jumlah mata, cara meletakkan bibit, hama penyakit pada bibit dan status hara bibit. 2. Fase Pertunasan/Fase Pertumbuhan (1-3 bulan) Pertumbuhan anakan adalah tumbuhnya mata-mata pada batang tebu di bawah tanah menjadi tanaman baru. Pertunasan penting dalam pertumbuhan dan perkembangan tebu, karena dapat merefleksikan perolehan bobot tebu. Pada fase ini tanaman membutuhkan kondisi air yang terjamin kecukupannya, oksigen dan hara makanan khusunya N, P dan K serta penyinaran matahari yang cukup. 3. Fase Pemanjangan Batang (3-9 bulan) Fase ini merupakan fase paling dominan dari keseluruhan fase pertumbuhan tebu. Proses pemanjangan batang merupakan pertumbuhan yang didukung dengan perkembangan beberapa bagian tanaman yaitu perkembangan tajuk daun, akar dan pemanjangan batang. Fase ini terjadi pada saat fase pertumbuhan tunas mulai melambat dan terhenti. Terdapat dua unsur dalam pemanjangan batang yaitu diferensiasi ruas dan perpanjangan ruas-ruas tebu. Fase ini sangat dipengaruhi oleh lingkungan terutama sinar matahari, kelembaban tanah, aerasi, ketersediaan hara nitrogen dalam tanah dan faktor inheren tebu. 4. Fase Kemasakan/Fase Generatif Maksimal (10-12 bulan) Fase ini diawali dengan semakin melambat dan terhentinya fase pertumbuhan vegetatif. Tebu yang memasuki fase kemasakan, secara visual ditandai dengan pertumbuhan tajuk daun berwarna hijau kekuningan, pada helaian daun sering dijumpai bercak berwarna cokelat. Pada kondisi tebu tertentu kadang ditandai dengan keluarnya bunga. Selain sifat inheren tebu, faktor lingkungan yang
6 berpengaruh cukup dominan untuk memacu kemasakan tebu antara lain kelembaban tanah, panjang hari dan status hara tertentu seperti nitrogen. 2.2. Fitat dan Fitase Fitat merupakan bentuk penyimpanan fosfat dalam tanaman yang merupakan bentuk P terikat yang sukar digunakan tanaman. Fosfat ini dapat dimanfaatkan oleh tanaman bila senyawa fitat telah dihidrolisis sehingga akan menghasilkan ester yang berfosfat rendah dan melepaskan unsur fosfat anorganik. Fosfat anorganik yang terdapat dalam sel tanaman memberikan pengaruh positif pada proses pembentukan klorofil, meningkatkan fotosintesis dan metabolisme tanaman tebu sehingga rendemen tebu meningkat (Nurhasanah, 2007). Fitase (mio-inositol heksafosfat fosfohidrolase, E.C. 3.1.3.8.) merupakan suatu fosfomonoesterase yang mampu menghidrolisis asam fitat menjadi orthofosfat anorganik dan ester-ester fosfat dari mio-inositol yang lebih rendah. Asam fitat adalah sejenis ester fosfat yang dapat mengikat mineral penting (Ca 2+, Fe 2+, Mg 2+ ) dan protein (Widowati, 2008). Pelepasan P oleh enzim fitase dari senyawa organik, diharapkan meningkatkan sistem metabolisme tanaman yang pada akhirnya meningkatkan produktivitas tanaman. Pelepasan fitase ke lingkungan sekitar perakaran juga akan meningkatkan ketersediaan berbagai mineral sehingga efisiensi pemupukan meningkat (Santosa, 2004). Ekspresi fitase ditanaman secara tidak langsung akan meningkatkan sintesis klorofil dan produksi. Gen fitase secara tidak langsung memberikan andil dalam pembentukan porfirin sebagai komponen yang diperlukan dalam pembentukan klorofil (Susiyanti et al., 2006). Gen fitase dapat menghasilkan enzim yang dapat mengubah senyawa fitat, yaitu senyawa organik menjadi fosfat di dalam sel tanaman (Zul, 2006). Penyisipan gen fitase, diharapkan mampu meningkatkan ketersediaa P dalam jaringan tanaman, meningkatkan kandungan klorofil dan laju fotosintesis, meningkatkan efisiensi pemupukan P yang pada akhirnya akan meningkatkan produktivitas tebu (Santosa, 2004). Tanaman tebu secara alami telah memiliki aktivitas fitase, tetapi aktivitasnya rendah sebagai contoh pada tebu cv PS 851 hanya 0.047 0.059 U ml -1 (Nurhasanah, 2007).
7 2.3. Nitrogen Nitrogen merupakan salah satu unsur hara esensial bagi tanaman. Nitrogen diserap oleh tanaman dalam bentuk ion amonium (NH + 4 ) dan ion nitrat (NO - 3 ) yang terdapat dalam larutan tanah, bersifat mobil dan diikat oleh partikel tanah. Unsur nitrogen bersifat mudah tercuci dan menguap (Soepardi, 1983). Penyerapan unsur hara makro terutama nitrogen sangat tergantung pada pertumbuhan organ utama tanaman dalam hal ini akar. Akibat pertumbuhan akar yang belum sempurna maka penyerapan unsur nitrogen dari dalam tanah kurang optimum, sehingga berpegaruh terhadap pertumbuhannya. Menurut Hardjowigeno (1987), dengan memanjangnya akar suatu tumbuhan berarti memperpendek jarak yang harus ditempuh unsur-unsur hara untuk mendekati akar tanaman melalui aliran massa ataupun difusi. Aliran massa merupakan mekanisme penyediaan unsur hara yang paling utama untuk kebanyakan unsur hara seperti N. Menurut Lingga (1986), peran nitrogen bagi tanaman adalah untuk merangsang pertumbuhan secara keseluruhan khususnya batang, cabang, dan daun, serta mendorong terbentuknya klorofil sehingga daunnya menjadi hijau, yang berguna bagi proses fotosintesis. Selain itu menurut Suriatna (1988), nitrogen berfungsi mempercepat pertumbuhan tanaman, menjadikan daun tanaman menjadi lebih hijau dan segar serta banyak mengandung butir-butir hijau daun yang penting dalam proses fotosintesis. Selain itu nitrogen mempunyai fungsi dapat menambah kandungan protein dalam tanaman. Sedangkan menurut Soepardi (1983), menyatakan bahwa hampir pada semua berbagai jenis tanaman, nitrogen merupakan pengatur terhadap penggunaan kalium, fosfat dan bahan penyusun lainnya. Tanaman yang kekurangan nitrogen akan tumbuh kerdil, daun hijau kekuning-kuningan dan mudah rontok, akan tetapi jika kelebihan nitrogen, tanaman akan mudah rebah dan mudah terserang penyakit. Nitrogen merupakan salah satu unsur penting yang dibutuhkan oleh tanaman tebu. Kelebihan dan kekurangan pupuk N menyebabkan gangguan pada pertumbuhan, produktivitas dan kualitas tebu. Menurut Schuylenborg dan Saryadi (1958), N diserap pada awal penanaman tebu terutama pada umur 1 bulan dan serapannya bertambah dengan bertambahnya umur, namun N paling banyak diserap pada umur 3 4 bulan. Kemudian menurun setelah umur 8 bulan.
8 Efisiensi penyerapan N ditentukan juga oleh jumlah frekuensi, cara dan waktu aplikasi pemupukan (Hardjowigeno, 1987). 2.4. Fosfor Fosfor tergolong sebagai unsur utama yang dibutuhkan tanaman - disamping N dan K. Tanaman umumnya menyerap unsur ini dalam bentuk H 2 PO 4 dan sebagian kecil HPO 2-4. Mobilitas ion-ion fosfat dalam tanah sangat rendah karena retensinya dalam tanah sangat tinggi. Oleh sebab itu recovery rate dari pupuk P sangat rendah antara 10-30% sisanya 70-90% tertinggal dalam bentuk imobil. Menurut Leiwakabessy (2004), kehilangan fosfor dalam tanah kebanyakan terjadi karena panen dan erosi. Kandungan P total di dalam tanah umumnya rendah, dan berbeda-beda menurut tanah. Tanah-tanah muda biasanya memiliki kandungan P yang lebih tinggi daripada tanah-tanah yang tua. Selain itu, penyebarannya dalam profil tanah juga berbeda, semakin dalam lapisan maka kadar P-anorganik akan bertambah, kecuali bentuk P-organik. Jumlah fosfat yang tersedia di tanah pertanian biasanya lebih tinggi dibandingkan dengan kadarnya pada tanah-tanah yang tidak diusahakan. Hal ini diduga karena unsur ini tidak tercuci (residunya tinggi), sedangkan yang hilang melalui produksi tanaman sangat kecil. Fosfat yang dibebaskan baik dari proses pelapukan mineral apatit, dekomposisi bahan organik, ataupun pupuk, akan segera diikat oleh liat serta almunium, besi ataupun kalsium tergantung dari ph tanah maupun unsur lain dan juga diimobilasi oleh tanaman. Kandungan P tersedia pada tanah-tanah berstruktur halus lebih tinggi daripada yang bertekstur kasar. Begitu pula ph, pada ph yang tinggi kadar Ca-P lebih tinggi, sedangkan pada ph yang rendah Fe-P atau Al-P lebih dominan (Leiwakabessy, 1988). Unsur P sering disebut juga kunci untuk kehidupan karena fungsinya yang sangat sentral dalam proses kehidupan. Unsur ini berperan dalam pemecahan karbohidrat untuk energi, penyimpanan dan peredarannya ke seluruh tanaman dalam bentuk ADP dan ATP. Unsur ini juga berperan dalam pembelahan sel melalui peranan nukleoprotein yang ada dalam inti sel, selanjutnya berperan dalam meneruskan sifat-sifat kebakaan dari generasi ke generasi melalui peranan DNA. Tanpa P proses-proses ini tidak dapat berlangsung. Unsur ini juga
9 menentukan pertumbuhan akar, mempercepat kematangan serta produksi buah dan biji (Leiwakabessy dan Sutandi, 1998). Ketidakefisienan pemupukan P pada tebu juga merupakan salah satu aspek penting yang mempengaruhi produktivitas tebu, sehingga dengan adanya pemupukan P, diharapkan berdampak positif bagi sistem metabolisme tanaman dan meningkatkan ketersediaan P dengan mengubah P organik menjadi P tersedia baik di dalam jaringan tanaman maupun di zona perakaran (Sudiatso, 1982). Menurut Soepardi (1983), di dalam tanah, P dapat ditemukan dalam bentuk P anorganik dan P organik. P anorganik di dalam tanah sangat beragam seperti contohnya Al(OH) 2 H 2 PO 4, CaHPO 4, dan FePO 4.H 2 O. Sedangkan P organik di dalam tanah dapat ditemukan dalam bentuk ester yaitu asam orthofosfat serta berupa monoester dan diester. Organik ester fosfat dibagi dalam lima kelas yaitu inositol fosfat, fosfolipid, asam nukleat, nukleotida, dan gula fosfat. Namun didalam tanah yang paling dominan hanya inositol fosfat, fosfolipid serta asam nukleat. Senyawa P sederhana di dalam tanah relatif sukar larut akibat adanya pegikatan P oleh Fe dan Al (pada tanah masam) dan Ca serta Mg (pada tanah alkalin). 2.5. Klorofil Klorofil berbentuk butir-butir hijau yang tedapat didalam koroplas. Pada umumnya kloroplas berbentuk oval, yang terdiri dari bahan dasar yang disebut stroma, sedangkan butir-butir yang terkandung didalam stroma disebut grana. Pada tanaman terdapat 2 macam klorofil, yaitu klorofil a dan klorofil b. Klorofil a merupakan salah satu bentuk klorofil yang terdapat pada semua tumbuhan autotrof. Klorofil b terdapat pada ganggang hijau chlorophyta dan tumbuhan darat. Klorofil itu fluoresen, artinya dapat menerima sinar dan mengembalikannya dalam bentuk gelombang yang berlainan. Akibat adanya klorofil, tumbuhan dapat menyusun makanannya sendiri dengan bantuan cahaya matahari. Klorofil a terlihat berwarna hijau-tua, tetapi jika sinar direfleksikan, akan menampakan warna merah. Klorofil b terlihat berwarna merah-cokelat. Klorofil banyak menyerap sinar merah dan nila (Dwijoseputro, 1980).
10 Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap pembentukan klorofil (Dwijoseputro, 1980): a. Faktor pembawaan. Pembentukan klorofil sama halnya dengan pembentukan pigmen-pigmen lain pada hewan dan manusia yang dibawa oleh suatu gen tertentu di dalam kromosom. b. Cahaya. Tanaman yang disimpan didalam gelap tidak akan berhasil membentuk klorofil, kecuali pada beberapa tanaman Angiospermae. Jika tanaman tidak terkena cahaya akan terdapat protoklorofil yang mirip dengan klorofil a. Reduksi protoklorofil untuk menjadi klorofil a memerlukan sinar untuk mengubah dirinya sendiri menjadi klorofil a, peristiwa ini disebut autotransformasi. c. Oksigen. Oksigen sangat diperlukan dalam pembentukan pada masa perkecambahan. d. Karbohidrat. Karbohidrat terutama dalam bentuk gula ternyata diperlukan dalam pembentukan klorofil dalam daun-daun yang tumbuh dalam keadaan gelap (etiolasi). e. Nitrogen, magnesium, besi. Unsur-unsur tersebut sudah menjadi keharusan dalam pembentukan klorofil. Kekurangan akan unsur-unsur tersebut akan menyebabkan klorosis pada tumbuhan. f. Air. Kekurangan air mengakibatkan desintegrasi klorofil. g. Suhu. Suhu yang baik untuk pembentukan klorofil berkisar antara 26-30 C. Energi matahari diserap oleh klorofil dan digunakan untuk menguraikan molekul air, membentuk gas oksigen, dan mereduksi molekul NADP menjadi NADPH. Energi cahaya-cahaya juga digunakan untuk membentuk molekulmolekul ATP, NADP dan ATP digunakan untuk reaksi-reaksi yang menghasilkan glukosa. Klorofil merupakan pigmen yang berwarna hijau yang terdapat pada kloroplas sel tanaman. Pigmen klorofil sangat berperan dalam proses fotosintesis dengan mengubah energi cahaya menjadi energi kimia. Proses tersebut dibutuhkan tidak hanya bagi tumbuhan tetapi juga pada hewan dan manusia,
11 karena sebagian besar kebutuhan gizi berasal dari proses fotosintesis (Kusmita dan Limantara, 2009). 2.6. Tebu Transgenik Tanaman transgenik merupakan hasil rekayasa genetika melalui transformasi gen dari makhluk hidup lain ke dalam tanaman yang menghasilkan suatu tanaman baru mempunyai suatu keunggulan tertentu. Penelitian tentang tanaman transgenik diharapkan dapat meningkatkan ketahanan pangan di Indonesia. Tebu transgenik tersebut adalah tebu yang telah disisipi gen fitase yang mampu meningkatkan ketersediaan fosfor dalam jaringan tanaman dengan cara mengubah asam fitat yang merupakan bentuk P-organik yang sukar digunakan tanaman dalam jaringan menjadi P dalam bentuk yang dapat digunakan oleh tanaman (Santosa, 2010). Menurut Sanchez (1976), unsur P merupakan unsur hara makro esensial dan pada daerah tropis merupakan faktor pembatas pertumbuhan dan produksi tanaman urutan ketiga setelah air dan Nitrogen. Fosfor terdapat dalam jumlah sedikit pada tanah mineral. Tanaman transgenik dapat membawa manfaat positif bagi ketahanan pangan negara. Walaupun demikian banyaknya kekhawatiran akan penggunaan produk hasil tanaman transgenik dan akibatnya terhadap lingkungan. Salah satu kekhawatiran dari tanaman transgenik adalah tersebarnya gen transgenik kepada tanaman bukan target. Tebu transgenik dengan penyisipan gen fitase dimungkinkan akan memberi dampak positif terhadap ekologi terutama pada daerah perakaran tebu transgenik. Tebu transgenik dengan gen fitase dimungkinkan akan tumbuh lebih baik daripada tebu nontransgenik karena dapat menghasilkan enzim fitase yang dapat melarutkan fosfat sehingga tersedia dan dapat dimanfaatkan oleh tumbuhan itu sendiri.