5 TINJAUAN PUSTAKA Sifat Fisik dan Kimia Benih Kedelai Benih kedelai (Glycine max L.) merupakan benih famili Leguminosae yang terdiri dari embrio dan kulit benih. Bagian embrio terdiri dari plumula, poros hipokotil akar (axis) serta dua kotiledon. Plumula embrio terdiri dari dua calon daun dan titik tumbuh, sedangkan poros hipokotil akar merupakan bagian embrio yang terletak di bawah kotiledon (Afifah 1991). Kotiledon mengandung bahan makanan yang terdiri dari lemak dan protein yang jumlahnya berbeda-beda setiap varietas, yaitu kandungan lemak kurang lebih 21% dan kandungan protein 40% (Afifah 1991). Struktur benih kedelai dapat dilihat pada Gambar 1. Gambar 1 Struktur benih kedelai Menurut Justice dan Bass (2002), daya simpan benih dipengaruhi oleh faktor genetik antara lain struktur kulit benih dan komposisi kimia dalam benih. Kulit benih kedelai tipis sehingga mudah terinfeksi cendawan, bakteri dan virus, serta rentan terhadap kerusakan fisik dan mekanik. Berdasarkan komposisi kimianya, benih kedelai termasuk kedalam kelompok benih berlemak dan berprotein tinggi sebesar 18-50%. Komposisi kimia benih berhubungan dengan daya simpan benih. Hasil penguraian lemak tak jenuh dalam benih akan menghasilkan asam lemak bebas yang kemudian akan terurai menjadi radikal bebas yang akan merusak fungsi enzim dalam proses metabolisme benih, yang pada akhirnya akan mengakibatkan benih cepat mengalami kemunduran (Wirawan dan Wahyuni 2002).
6 Mutu fisiologis benih kedelai tergolong cepat mengalami kemunduran yang ditandai oleh penurunan viabilitas dan vigor benih akibat laju respirasi yang meningkat pada kondisi suhu dan kelembaban yang relatif tinggi (Wirawan dan Wahyuni 2002; Rahayu et al. 2009). Hasil penelitian Tatipata et al. (2004) menunjukkan benih kedelai yang mengalami kemunduran, mengalami penurunan kadar fosfolipid, protein membran, fosfor anorganik mitokondria, aktivitas spesifik suksinat dehidrogenase dan sitokrom oksidase serta laju respirasi. Penelitian sebelumnya mengenai benih kedelai menemukan bahwa varietas kedelai berbiji sedang atau kecil umumnya memiliki kulit berwarna gelap, tingkat permeabilitas rendah dan memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap kondisi penyimpanan yang kurang optimal dan tahan terhadap deraan cuaca lapang dibanding varietas yang berbiji besar dan berkulit terang (Mugnisyah 1991). Sukarman dan Raharjo (2000) melaporkan bahwa varietas kedelai berbiji kecil dan berkulit gelap lebih toleran terhadap deraan fisik (suhu 42 o C dan kelembaban 100%) dibanding kedelai varietas berbiji besar dan berkulit terang. Varietas Cikuray (berbiji sedang, kulit berwarna hitam) dan varietas Tidar (berbiji kecil, kulit berwarna kuning) memiliki daya simpan yang lebih baik dibandingkan dengan varietas Wilis (berbiji sedang, berkulit kuning). Daya tumbuh benih varietas Wilis menurun hingga 60% setelah lima bulan penyimpanan, sedangkan daya berkecambah benih varietas Cikuray dan varietas Tidar masih lebih dari 80% setelah lima bulan penyimpanan. Vigor dan Kemunduran Benih Vigor benih merupakan kemampuan benih untuk tumbuh normal pada kondisi sub optimum. Sadjad et al. (1999) mengkategorikan vigor benih menjadi dua yaitu vigor kekuatan tumbuh dan vigor daya simpan, dimana keduanya merupakan parameter yang dapat mencerminkan kondisi vigor benih. Menurut Copeland dan McDonald (1985), faktor-faktor yang mempengaruhi vigor benih adalah kondisi lingkungan selama perkembangan benih, kondisi genetik benih dan lingkungan penyimpanan. Faktor genetik meliputi tingkat kekerasan benih, vigor tanaman induk, daya tahan terhadap kerusakan mekanik dan komposisi kimia benih. Faktor lingkungan perkembangan benih meliputi kelembaban, kesuburan
7 tanah dan pemanenan benih, sedangkan faktor penyimpanan benih meliputi waktu penyimpanan dan lingkungan penyimpanan (suhu, kelembaban dan persediaan oksigen). Benih memiliki vigor jika benih mampu menumbuhkan tanaman normal meski kondisi alam tidak optimum atau sub optimum. Benih yang vigor akan menghasilkan produk diatas normal jika ditumbuhkan pada kondisi optimum. Vigor benih mencapai tingkat maksimum pada saat benih masak fisiologis, dan harus dipertahankan selama proses pemanenan dan proses pengolahan. Benih yang memiliki vigor tinggi pada saat masak fisiologis akan memiliki daya simpan panjang (Sadjad et al. 1999). Pengujian vigor benih sangat dperlukan untuk mengetahui dengan jelas mutu benih yang akan digunakan. Menurut Venter (2000), secara umum metode uji vigor benih dapat dibagi kedalam beberapa kelompok yaitu uji pada kondisi cekaman, uji biokimia, uji pertumbuhan dan evaluasi kecambah. Metode pengusangan cepat (accelerated aging test), pengusangan cepat terkontrol (control deterioration test) dan metode suhu dingin merupakan uji vigor benih terhadap cekaman. Metode pengujian vigor benih dapat diterapkan setelah memenuhi syarat diantaranya metode tersebut bersifat murah, mudah dilakukan, tepat guna, objektif, dapat dikembangkan dan berkorelasi dengan pertumbuhan benih di lapang (Copeland dan Mc Donald 1985). Kemunduran benih merupakan proses penurunan mutu secara berangsur-angsur dan kumulatif serta tidak dapat balik (irreversible) akibat perubahan fisiologis yang disebabkan oleh faktor dalam. Kemunduran benih beragam, baik antar jenis, antar varietas, antar lot, bahkan antar individu dalam suatu lot benih. Kemunduran benih dapat menimbulkan perubahan secara menyeluruh di dalam benih dan berakibat pada penurunan viabilitas benih. Proses penuaan atau mundurnya vigor secara fisiologis ditandai dengan penurunan daya berkecambah, peningkatan jumlah kecambah abnormal, penurunan pemunculan kecambah di lapangan (field emergence), terhambatnya pertumbuhan dan perkembangan tanaman, meningkatnya kepekaan terhadap lingkungan yang ekstrim yang akhirnya dapat menurunkan produksi tanaman (Copeland dan McDonald 1985).
8 Kemunduran benih dapat menimbulkan perubahan menyeluruh di dalam benih, baik fisik, fisiologi maupun kimiawi yang mengakibatkan menurunnya viabilitas benih (Sadjad 1994). Benih yang mengalami proses deteriorasi akan menyebabkan turunnya kualitas dan sifat benih jika dibandingkan pada saat benih tersebut mencapai masa fisiologinya. Vigor benih tertinggi dicapai pada saat masak fisiologi, setelah itu benih akan mengalami kemunduran secara perlahanlahan sampai akhirnya mati. Salah satu sebab pemicu laju kemunduran benih ialah kandungan air dalam benih. Kadar air dalam benih dipengaruhi oleh kemampuan benih dalam menyerap dan menahan uap air. Kemampuan menahan dan menahan uap air setiap benih berbeda, tergantung ketebalan dan struktur kulit benih serta komposisi kimia dalam benih (Justice dan Bass 2002). Vigor Daya Simpan Vigor daya simpan (V DS ) ialah suatu parameter vigor benih yang ditunjukkan dengan kemampuan benih untuk disimpan dalam keadaan suboptimum (Sadjad et al. 1999). Benih yang memiliki V DS tinggi mampu disimpan untuk periode simpan yang normal dalam keadaan sub optimum dan akan lebih panjang daya simpannya jika dalam keadaan ruang simpan optimum. Benih yang memiliki daya simpan lama berarti benih tersebut mampu melampaui periode simpan yang panjang. Jika benih telah melampaui masa penyimpanan dan masih memiliki vigor kekuatan tumbuh yang tinggi, maka dapat dikatakan benih tersebut memiliki V DS yang tinggi. Analisis V DS dapat dikembangkan berkat ditemukannya metode pengusangan cepat benih yang menjabarkan kemunduran benih secara buatan. Deteriorasi merupakan kemunduran benih secara alami, sedangkan devigorasi merupakan kemunduran benih secara buatan dengan proses pengusangan cepat benih (Sadjad 1993). Analisis V DS dikembangkan untuk mengukur sejauh mana benih dapat disimpan, disimulasi dengan metode pengusangan cepat benih. Benih diperlakukan dalam kondisi cekaman buatan berupa suhu dan kelembaban udara tinggi ataupun berupa memberikan bahan kimia ke dalam benih. Apabila vigor benih mengalami penurunan secara cepat dalam waktu pendek setelah diberi
9 perlakuan cekaman dan menunjukkan laju penurunan tidak berbeda dengan benih yang disimpan pada kondisi alami untuk suatu periode simpan tertentu, maka perlakuan cekaman tersebut dapat digunakan untuk menduga vigor daya simpan benih secara langsung. Pendugaan V DS secara tidak langsung juga dapat dilakukan dengan membuat model simulasi yang menggambarkan hubungan V DS dengan daya simpan benih secara alami (Sadjad et al. 1999). Pengusangan Cepat Benih Kemunduran benih secara alami lazimnya disebut dengan istilah deteriorasi, sedangkan penurunan viabilitas benih yang diakibatkan oleh perlakuan non alami seperti yang dilakukan melalui proses pengusangan cepat, disebut dengan istilah devigorasi. Devigorasi ialah suatu metode untuk menduga daya simpan benih. Terdapat dua metode devigorasi yaitu pengusangan cepat benih secara fisik dan kimia. Secara fisik, benih disimpan pada suhu dan kelembaban relatif tinggi selama beberapa hari tergantung dari spesies. Metode ini merupakan metode uji vigor yang mana benih diberi kondisi sub optimum sebelum benih dikecambahkan. Metode uji vigor secara kimia yaitu dengan merendam atau menguapkan benih dengan menggunakan cairan kimia (alkohol). Menurut Mugnisjah et al. (1994), uji pengusangan dipercepat tergolong dalam uji vigor benih pada lingkungan sub optimum, tetapi lingkungan tersebut diberikan sebelum benih dikecambahkan. Uji ini bermanfaat untuk menduga berapa lama benih dapat disimpan sehingga nantinya informasi yang dihasilkan akan sangat berguna bagi produsen, konsumen, ilmuwan dan analis benih. Metode pengusangan cepat secara kimia dapat dilakukan dengan menggunakan larutan etanol, uap etanol jenuh maupun larutan metanol. Addai dan Kantanka (2006) melakukan perendaman benih kedelai dalam 20% cairan etanol dan 20% cairan metanol selama 2 jam, kemudian menyimpulkan bahwa perendaman dalam cairan etanol memberikan indikasi yang lebih baik pada vigor daya simpan beberapa varietas kedelai dibandingkan dalam cairan metanol. Addai dan Kantanka (2006) mengemukakan bahwa etanol umumnya merupakan metode seleksi yang lebih efektif dibandingkan dengan metode lainnya. Cairan etanol dinyatakan efektif karena telah menyebabkan perubahan
10 pada sekuens yang sama dalam proses deteriorasi yang telah mengkarakterisasi penderaan benih selama penyimpanan. Proses degradasi membran dan hilangnya permeabilitas kontrol terjadi saat benih mengalami penderaan khususnya selama penyimpanan. Proses produksi energi dan biosintesis dirusak dengan menghasilkan penurunan rata-rata respirasi dan pemindahan bahan kering dari jaringan pendukung ke aksis embrionik, sehingga benih memperlihatkan tingkat kehilangan resistensi yang besar pada cekaman lingkungan. Etanol adalah senyawa organik yang bersifat polar yang dapat mendenaturasi protein pada konsentrasi tertentu (Saenong dan Sadjad 1984). Etanol juga bersifat dehidrasi, karena dapat menyerap air yang meliputi koloid protein dan selanjutnya terjadi denaturasi. Etanol juga dapat menghilangkan integritas membran, meningkatkan permeabilitas dan meningkatkan kebocoran hasil metabolisme (Ilyas 1986). Penelitian sebelumnya pada kedelai menunjukkan bahwa kadar etanol benih kedelai dalam penyimpanan semakin tinggi, dan viabilitasnya makin rendah (Saenong 1986). Benih kedelai yang sudah mendapat perlakuan deraan dengan uap etanol dengan intensitas makin tinggi juga mengandung etanol dengan kadar yang makin tinggi, dan viabilitasnya makin rendah (Pian 1981; Saenong 1986). Penderaan benih dengan uap etanol dengan intensitas yang semakin tinggi dapat menurunkan viabilitas benih secara gradual (Pian 1981; Saenong 1986; Artuti 1988; Setyawati 1989; Pramono 1991). Penderaan dengan larutan etanol dengan intensitas makin tinggi (konsentrasi makin tinggi) juga dapat menurunkan viabilitas benih kedelai secara gradual (Pramono 2000; Chazimah 2000). Penyimpanan Benih Kedelai Menurut Kartono (2004), penyimpanan benih kedelai mempunyai peranan yang sangat penting dalam mempertahankan mutu dan daya berkecambah benih. berdasarkan hasil penelitiannya, kedelai varietas Wilis dengan kadar air >12% yang disimpan secara konvensional pada suhu lebih dari 25 o C dengan daya berkecambah tinggi dalam waktu 3 bulan akan mengalami penurunan hingga 60%. Benih kedelai dengan kadar air 12% yang disimpan dalam kemasan kedap udara pada suhu ruang penyimpanan 20 o C daya kecambahnya tetap 93% dalam waktu 1
11 tahun dan pada suhu ruangan 15 o C daya berkecambahnya dapat dipertahankan hingga 85% selama 2 tahun. Benih kedelai yang disimpan dalam kemasan kedap udara pada suhu ruang 10 o C dengan kadar air 10% daya kecambahnya dapat dipertahankan lebih dari 85% setelah 3 tahun penyimpanan dan benih kedelai dengan kadar air 8% yang disimpan dalam kemasan kedap udara pada suhu 5 o C mampu mempertahankan daya berkecambah benih sekitar 98% hingga 5 tahun. Menurut Mugnisyah (1991), sifat genetik benih antara lain tampak pada permeabilitas dan warna kulit benih yang berpengaruh terhadap daya simpan benih kedelai. Penelitian terdahulu menemukan bahwa varietas kedelai berbiji sedang atau kecil umumnya memiliki kulit berwarna gelap, tingkat permeabilitas rendah dan memiliki ketahanan lebih baik terhadap kondisi penyimpanan yang kurang optimal serta memiliki ketahanan terhadap cuaca lapang dibanding varietas yang berbiji besar dan berkulit biji terang. Sukarman dan Rahardjo (2000) melaporkan bahwa varietas kedelai berbiji kecil dan berkulit gelap lebih toleran terhadap deraan fisik (suhu 42 o C dan RH 100%) dibanding varietas kedelai berbiji besar dan berkulit terang. Marwanto (2004) mengemukakan pula bahwa benih kedelai yang resisten terhadap deraan cuaca umumnya memiliki permeabilitas yang rendah. Secara genetik, permeabilitas kulit benih kedelai hitam lebih rendah dibandingkan dengan kedelai kuning karena kandungan lignin pada kedelai hitam lebih tinggi dibandingkan kedelai kuning. Marwanto (2007) menyatakan bahwa kapasitas dan penyerapan air maupun banyaknya rembesan isi sel melalui kulit benih merupakan cerminan besar kecilnya permeabilitas kulit benih yang dikendalikan oleh senyawa lignin yang ada di dalam kulit benih. Lignin merupakan polimer alami yang dapat ditemukan di setiap sel kulit benih yang berfungsi sebagai penyusun dinding sel. Menurut Priestley (1986), permeabilitas kulit benih yang tinggi akan mengaktifkan enzim-enzim yang berperan dalam metabolisme benih, salah satunya ialah enzim respirasi yang menggunakan substrat dari cadangan makanan dalam benih sehingga persediaan untuk pertumbuhan embrio akan berkurang.
12 Mesin Pengusangan Cepat (MPC) IPB 77-1 MM Mesin pengusangan cepat tipe IPB 77-1 direkayasa oleh Sadjad pada tahun 1977 untuk menduga daya simpan benih jagung dengan menggunakan uap etanol 95%. MPC IPB 77-1 selanjutnya dimodifikasi menjadi MPC IPB 77-1 M (Sadjad 1992). Modifikasi yang dilakukan ialah dengan memberikan mekanisme tiupan blower sehingga benih dapat bergerak dan memberikan sumber panas dalam ruang deraan di bagian bawah tabung benih. Mesin pengusangan cepat tipe IPB 77-1 M ini dibuat tiga ulangan, dimana masing-masing mesin dihubungkan dengan saluran angin dan uap etanol yang dikeluarkan keluar ruangan dengan sebuah exhaust fan. Mesin peniup angin dan aerator peniup uap etanol dibuat terpisah, sehingga modifikasi ini dapat mewujudkan peubah-peubah peniup uap etanol saja, peniup angin saja dan peniup angin dengan peniupan uap etanol (Suhartanto 1994). MPC IPB 77-1 M kemudian dimodifikasi lebih lanjut menjadi MPC IPB 77-1 MM. Modifikasi dilakukan dengan menambah mekanisme fisik (uap panas) dan sistem pergerakan benih yang non-stationer (Sadjad et al. 1999). Suhartanto (1994) selanjutnya melakukan penelitian pada MPC IPB 77-1 MM untuk menyempurnakan sistem pergerakan benih dalam ruang deraan yang lebih efisien dalam rangka uji Sistem Multiplikasi Devigorasi (SMD). Pada tahun 2011, MPC IPB 77-1 MM dimodifikasi kembali oleh Suhartanto dengan model tampilan ukuran alat yang lebih kecil (60% dari prototype MPC yang sebelumnya).