TINJAUAN PUSTAKA Botani Tanaman Jagung Tanaman jagung termasuk kelas monocotyledoneae, bangsa Poales, suku Poaceae/graminea, marga Zea, spesies Zea mays L. (Sharma 2002) dan merupakan tanaman semusim (annual). Satu siklus hidupnya diselesaikan dalam 80-150 hari. Paruh pertama dari siklus merupakan tahap pertumbuhan vegetatif dan paruh kedua untuk tahap pertumbuhan generatif. Tinggi tanaman jagung sangat bervariasi. Meskipun tanaman jagung umumnya memiliki tinggi antara 1 m sampai 3 m, ada varietas yang dapat mencapai tinggi 6 meter. Tanaman jagung berakar serabut terdiri atas akar yang berkembang dari radikula dan embrio (akar seminal), akar yang semula berkembang dari buku di ujung mesokotil kemudian berkembang dari tiap buku secara berurutan dan terus ke atas antara 7-10 buku, semuanya di bawah permukaan tanah (akar adventif) dan akar adventif yang muncul pada dua atau tiga buku di atas permukaan tanah (akar kait atau penyangga). Batang tidak bercabang, berbentuk silindris, dan terdiri atas sejumlah ruas dan buku ruas. Pada buku ruas terdapat tunas yang berkembang menjadi tongkol. Dua tunas teratas berkembang menjadi tongkol yang produktif. Batang memiliki tiga komponen jaringan utama, yaitu kulit (epidermis), jaringan pembuluh (bundles vaskuler), dan pusat batang (pith). (Sudjana et al. 1991; Subekti et al. 2007). Menurut Paliwal (2000) bahwa genotipe jagung yang mempunyai batang kuat memiliki lebih banyak lapisan jaringan sklerenkim berdinding tebal di bawah epidermis batang dan sekeliling bundles vaskuler. Daun tanaman jagung terdiri atas helaian daun, ligula, dan pelepah daun yang erat melekat pada batang. Jumlah daun sama dengan jumlah buku batang. Jumlah daun umumya berkisar antara 10-18 helai, rata-rata munculnya daun yang terbuka sempurna adalah 3-4 hari setiap daun (Sudjana et al. 1991; Subekti et al 2007). Tanaman jagung di daerah tropis mempunyai jumlah daun relatif lebih banyak dibanding di daerah beriklim sedang (temperate) (Paliwal 2000). Bentuk ujung daun jagung berbeda, yaitu runcing, runcing agak bulat, bulat, bulat agak tumpul, dan tumpul. Berdasarkan letak daun (sudut daun) terdapat dua tipe daun
6 jagung, yaitu tegak (erect) dan menggantung (pendant). Daun erect biasanya memiliki sudut antara kecil sampai sedang, pola helai daun bisa lurus atau bengkok. Daun pendant umumnya memiliki sudut yang lebar dan pola daun bervariasi dari lurus sampai sangat bengkok. Jagung dengan tipe daun erect memiliki kanopi kecil sehingga dapat ditanam dengan populasi yang tinggi. Kepadatan tanaman yang tinggi diharapkan dapat memberikan hasil yang tinggi pula (Subekti et al. 2007). Jagung memiliki bunga jantan dan bunga betina yang terpisah (diklin) dalam satu tanaman (monoecious). Bunga jantan (tassel) tumbuh di bagian puncak tanaman, berupa karangan bunga (inflorescence). Serbuk sari berwarna kuning dan beraroma khas. Bunga betina tersusun dalam tongkol. Tongkol tumbuh dari buku, di antara batang dan pelepah daun. Pada umumnya, satu tanaman hanya dapat menghasilkan satu tongkol produktif meskipun memiliki sejumlah bunga betina. Beberapa varietas unggul dapat menghasilkan lebih dari satu tongkol produktif, dan disebut sebagai varietas prolifik. Bunga jantan jagung cenderung siap untuk penyerbukan 2 sampai 5 hari lebih dini daripada bunga betinanya (protandri). Populasi Tanaman Jagung Optimalisasi populasi tanaman dilakukakan dengan mengatur kepadatan populasi melalui jarak tanam antar baris dan jarak tanam dalam barisan serta jumlah benih per lubang. Jarak tanam dalam barisan harus cukup lebar untuk meminimalkan kompetisi antar tanaman terhadap cahaya, air dan unsur hara. Kombinasi optimal antara jarak antar baris dengan jarak dalam barisan harus dapat memberikan lingkungan iklim mikro yang optimal pada tajuk tanaman untuk menekan resiko hama dan penyakit (Pompalino et al. 2009). Tajuk tanaman, perakaran serta kondisi tanah menentukan jarak antar tanaman. Hal ini berkaitan dengan penyerapan sinar matahari dan penyerapan unsur hara oleh tanaman sehingga akan mempengaruhi pertumbuhan dan produksi tanaman. Menurut Barbieri et al. (2000), jarak yang lebih sempit mampu meningkatkan produksi secara nyata. Peningkatan produksi akibat pengurangan jarak juga didapatkan oleh Andrade et al. (2002) yaitu ketika jarak antar tanaman
7 berkurang, persentase peningkatan produksi per lahan secara nyata ditentukan oleh persentase peningkatan intersepsi cahaya matahari. Maddonni et al. (2006) menyatakan bahwa jarak yang lebih sempit mampu meningkatkan produksi per luas lahan dan jumlah biji namun menurunkan bobot biji. Hal berbeda dikemukakan oleh Westgate et al. (1997) yang menyatakan bahwa jarak tanam tidak memberikan pengaruh pada produksi jagung karena tergantung pada intersepsi radiasi sinar matahari. Pedersen and Lauer (2003) menyatakan bahwa jarak yang lebih sempit menurunkan produksi hingga 11% dibandingkan dengan jarak yang lebih lebar dan Liu et al. (2004) menyatakan variasi jarak tanam berpengaruh tidak nyata terhadap jumlah daun, tinggi tanaman, indeks luas daun, indeks panen serta jumlah tongkol namun berpengaruh nyata terhadap produksi per hektar. Penyebab perbedaan hasil dari pengaruh jarak tanam terhadap pertumbuhan dan produksi jagung belum diketahui secara pasti. Faktor iklim mempengaruhi produksi jagung pada jarak tanam yang berbeda. Curah hujan yang lebih banyak akan menghasilkan produksi jagung lebih tinggi pada jarak yang lebih sempit (Barbieri et al. 2000). Efisiensi fotosintesis dan pertumbuhan pada jagung sangat berkaitan dengan efek arsitektur kanopi pada distribusi vertikal dari cahaya dalam kanopi. Peningkatan kepadatan tanaman adalah salah satu cara untuk meningkatkan penangkapan radiasi matahari dalam kanopi. Efisiensi konversi penangkapan radiasi matahari untuk produksi jagung berkurang dengan kepadatan populasi tanaman yang tinggi karena saling ternaungi dalam tanaman. Kepadatan populasi tanaman yang dihasilkan dalam kompetisi antar tanaman mempengaruhi pertumbuhan vegetatif dan reproduksi (Zhang et al. 2006). Jumlah tanaman pada lahan sebagai akibat kerapatan tanaman ataupun jarak tanam masih menjadi perhatian selama beberapa dekade. Penambahan kerapatan menyebabkan jarak tanam menjadi rapat dan meningkatkan persaingan antar tanaman. Kepadatan tanaman yang terlalu tinggi mendorong persaingan antar tanaman. Proses fotosintesis tanaman akan terpengaruh karena penetrasi cahaya yang kurang dalam tajuk tanaman serta peningkatan kompetisi terhadap nutrisi yang tersedia dan akan mempengaruhi hasil gabah. Di sisi lain, penerapan
8 kepadatan tanaman yang optimum dalam produksi jagung membantu pemanfaatan radiasi matahari dengan tepat. Jika populasi tanaman lebih rendah dari populasi tanaman yang optimal maka produksi per hektar akan rendah dan gulma juga akan banyak (Allard 1999; Farnham 2001). Tanggapan diferensial kepadatan tanaman pada kultivar jagung telah dilaporkan oleh Xue et al. (2002). Umumnya hasil tanaman jagung yang ditanam tunggal berkurang dengan meningkatkan kepadatan populasi tanaman, sementara hasil per unit meningkatkan luasan. Xue et al. (2002) lebih lanjut menyarankan bahwa cara terbaik bagi tanaman untuk meningkatkan kemampuan menghasilkan biji di masa yang akan datang adalah melakukan perbaikan lebih lanjut dalam hal toleransi kepadatan tanaman yang tinggi dan dikombinasikan dengan perbaikan potensi hasil per tanaman di bawah lingkungan stres rendah. Rasio Jantan dan Betina Produksi benih hibrida F1 membutuhkan penyerbukan silang. Untuk menjamin produksi benih yang berkualitas tinggi, tetua jantan yang ideal harus memiliki tassel relatif besar yang melepaskan jumlah serbuk sari secara berlebihan dalam periode waktu lama. Tetua betina yang ideal harus memiliki tongkol relatif besar yang menghasilkan sejumlah besar biji dan tassel yang relatif kecil sehingga energi lebih diarahkan terhadap produksi biji (Upadyayula et al. 2005). Jagung tergolong tanaman berumah satu, namun dapat menyerbuk silang oleh angin karena perbedaan antara sinkronisasi bunga jantan (tassel) dan bunga betina (silk) pada tanaman tunggal, meskipun upaya pemuliaan modern cenderung mengurangi bunga (protandry) agar tassel dapat melepaskan serbuk sari sebelum bunga betina muncul. Tingkat sinkronisasi bunga jantan dan betina spesifik dan sensitif terhadap populasi tanaman, kesuburan tanah dan stres lingkungan (Burris 2001). Tanaman jagung menghasilkan bunga jantan (terletak di tassel) dan bunga betina (terletak di tongkol) dan tanaman bisa menyerbuk sendiri dan menyerbuk silang. Produksi benih jagung hibrida membutuhkan persilangan dua baris tetua inbrida (galur murni) untuk menghasilkan benih hibrida F1. Produksi benih
9 hibrida di lapangan, tetua betina harus dicegah dari penyerbukan sendiri yang akan mengurangi kualitas benih. Benih yang digunakan untuk memproduksi jagung hibrida yang dihasilkan oleh persilangan dua galur inbrida (galur murni) yang disebut sebagai tetua jantan (tanaman penyerbuk) dan tetua betina (tanaman di mana benih diproduksi). Tetua jantan dan betina ditanam secara terpisah untuk meningkatkan benih inbrida induk dan diisolasi dari tanaman jagung yang lain untuk mempertahankan kemurnian genetik dan meningkatkan kuantitas tetua. Tetua jantan dan betina ditanam berselang seling pada baris yang berdekatan (misalnya, 2 baris jantan, 4 baris betina, 2 baris jantan) untuk menghasilkan benih hibrida. Penyerbukan silang dilakukan antara tetua jantan dan betina serta tetua betina harus dicegah dari penyerbukan sendiri untuk menghasilkan benih hibrida murni. Teknik yang paling umum yang digunakan adalah untuk memotong bunga jantan (detaselling) pada tanaman tetua betina. Tongkol tetua betina hanya dapat dibuahi oleh serbuk sari dari tetua jantan yang ditanam pada baris yang berdekatan pada produksi benih hibrida di lapangan. Tetua jantan harus dihilangkan dari pertanaman sebelum tongkol masak sehingga benih hibrida yang dihasilkan pada tetua betina akan seragam (Pioneer 2009). Thomison (2002) melaporkan bahwa rasio tetua yang umum digunakan adalah rasio 4:1 (4 baris betina untuk 1 baris jantan), rasio 4:2 (4 baris betina untuk 2 baris jantan), rasio 4:1:4:2 (alternatif 4 baris betina untuk 1 baris jantan dan 4 baris betina untuk 2 baris jantan) dan 6:2 (6 baris betina untuk 2 baris jantan). Komposisi tanaman induk jantan dan betina pada produksi benih yang telah diterapkan di Balai Penelitian Tanaman Serealia Maros (Balitsereal) juga dilaporakan oleh Fadhly et al. (2010), yaitu 2 baris tanaman induk jantan dan 4 baris induk betina atau 1 baris induk jantan dan 3 baris induk betina, artinya sebesar 25 sampai 33% areal tanam produksi benih F1 ditempati oleh tanaman induk jantan yang tidak digunakan hasilnya sebagai benih sehingga hanya 67% sampai 75% areal produksi yang ditempati tanaman induk betina. Hasil benih yang telah dicapai pada penelitian tertinggi diperoleh pada komposisi tanaman
10 1 : 6 (1.35 ton/ha), namun yang terbaik kualitas benihnya dan produktivitasnya adalah pada komposisi 1 : 4 dengan hasil (1.32 ton/ha). Produksi Benih Jagung Hibrida Benih varietas hibrida dihasilkan dari persilangan galur murni (inbred), sehingga diperlukan tetua-tetua untuk memproduksi benih hibrida. Pada mulanya benih hibrida dihasilkan dari persilangan sepasang tetua (single cross). Produksi benih hibrida dilakukan dengan menggunakan hibrida silang ganda. Silang ganda menggunakan 4 tetua galur murni yang disilangkan secara sepasang kemudian tanaman F1 dari kedua persilangan tersebut disilangkan untuk memperoleh hibrida, misalnya terdapat 4 galur murni A, B, C, D. Pasangan A x B dan C x D merupakan silang tunggal kemudian (A x B) x (C x D) merupakan silang ganda (double cross). Cara ini menghasilkan lebih banyak benih karena keturunan silang sepasang mampu memproduksi benih pertanaman, sedangkan silang sepasang lainnya dapat diharapkan tepung sari berlebihan. Kedua hal ini terjadi karena tanaman heterozigot dari silang sepasang lebih produktif dibanding galur murni (tetuanya) (Syukur et al. 2012). Paliwal (2000) menyatakan bahwa faktor terpenting dalam pembentukan hibrida adalah pemilihan plasma nutfah pembentuk populasi dasar yang akan menentukan tersedianya tetua unggul. Tetua yang berasal dari plasma nutfah superior dengan karaktek agronomi yang ideal akan menghasilkan galur yang memiliki daya gabung umum daya gabung khusus yang tinggi. Daya gabung umum merupakan penampilan rata-rata galur murni dalam berbagai kombinasi hibrida, sedangkan daya gabung khusus menunjukkan penampilan galur murni dalam suatu kombinasi hibrida dibandingkan dengan kombinasi lainnya. Benih jagung hibrida dihasilkan dengan cara persilangan galur-galur murni yang telah dikembangkan dengan cara inbreeding dan seleksi selama lima generasi. Cara inbreeding mengakibatkan : 1) penekanan vigor (inbreeding depression), 2) peningkatan keseragaman pertumbuhan (munculnya dominansi homozigot), dan 3) penampakan gen-gen resesif yang tidak diinginkan, tetapi dapat dihilangkan dari populasi (Mugnisjah & Setiawan 1990).
11 Benih jagung hibrida dihasilkan dari tiga varietas jagung hibrida yaitu hibrida silang tunggal (single cross hybrid), hibrida silang ganda (double cross hybrid) dan hibrida silang tiga (three way cross hybrid). Hibrida silang tunggal adalah hibrida dari persilangan antara dua galur murni yang tidak berhubungan satu sama lain. Galur murni yang digunakan mempunyai vigor yang rendah sehingga produksi hibrida silang tunggal di lapangan menggunakan rasio 1 baris tetua jantan dan 2 baris tetua betina untuk menjamin penyerbukan yang baik. Hibrida silang ganda diperoleh dari persilangan dua hibrida silang tunggal. Rasio penanaman tetua jantan dan betina adalah 1 : 4 atau 1 : 6. Sedangkan hibrida silang tiga diperoleh dari persilangan hibrida silang tunggal (sebagai tetua betina) dengan galur murni/inbrida (sebagai tetua jantan). Tanaman tetua betina (penghasil benih) yang mengeluarkan bunga jantan perlu dibuang sebelum menyebarkan serbuk sari. Pembuangan bunga jantan dilakukan dengan tangan atau mekanis. Periode pembuangan bunga jantan memerlukan waktu 10 sampai 14 hari. Tetua jantan memasok serbuk sari untuk seluruh tanaman di lapang sehingga terjadi penyerbukan. Tanaman tetua jantan dibuang setelah penyerbukan karena benih hibrida akan dihasilkan oleh tanamantanaman tetua betina (Mugnisjah & Setiawan 1990; Suwarno 2008). Viabilitas dan Vigor Benih Viabilitas benih pada prinsipnya adalah suatu sifat atau karakteristik benih yang merupakan perwujudan secara integral dari berbagai kondisi komponenkomponen benih sehingga nilai viabilitas ini sulit ditentukan secara langsung (Qadir 1994). Menurut Sadjad (1994), viabilitas benih adalah daya hidup benih yang dapat ditunjukkan dalam berbagai fenomena fisiologis maupun biokimia. Viabilitas benih menunjukkan daya hidup benih, aktif secara metabolis, dan memiliki enzim yang dapat mengatalisis reaksi metabolis yang diperlukan untuk perkecambahan dan pertumbuhan kecambah. Viabilitas benih dapat diukur dengan tolok ukur daya berkecambah (germination capacity) (Ilyas 2012). Vigor benih didefinisikan sebagai sifat-sifat benih yang menentukan potensi pemunculan kecambah yang cepat, seragam, dan perkembangan kecambah normal pada kondisi lapang yang bervariasi. Vigor benih dipengaruhi oleh berbagai faktor
12 mulai dari ketika benih masih berada di tanaman induk sampai pemanenan, pengolahan, ketika dalam transportasi, sampai sebelum tanam (Ilyas 2012). Konsepsi mengenai vigor benih muncul karena nilai daya berkecambah benih seringkali tidak relevan pada kenyataan di lapang karena kondisi lapang yang beragam dan tidak selalu optimum. Vigor benih merupakan kemampuan benih untuk tumbuh cepat dan tidak peka pada kondisi sub optimum. Vigor benih dibagi ke dalam vigor kekuatan tumbuh (V KT ) dan vigor daya simpan (V DS ). Vigor kekuatan tumbuh dapat ditunjukkan oleh kecepatan tumbuh, keserempakan tumbuh, indeks vigor atau berbagai uji vigor kekuatan tumbuh yang spesifik, yaitu menilai pertumbuhan kecambah pada media yang disimulasikan pada kondisi tertentu, misalnya pengujian vigor benih pada kondisi kekeringan menggunakan media PEG atau kondisi salinitas menggunakan media NaCl (Sadjad et al. 1999). Menurut Ilyas (2006), penggunaan benih bermutu rendah dengan viabilitas dan vigor yang rendah akan menghasilkan persentase pemunculan bibit yang rendah, bibit kurang toleran terhadap cekaman abiotik dan lebih sensitif terhadap serangan penyakit serta pada akhirnya akan menurunkan hasil.