5 TINJAUAN PUSTAKA Botani Tanaman Menurut Sharma (1993) tanaman kedelai diklasifikasikan sebagai berikut: Kingdom Divisio : Plantae : Spermatophyta Subdivisio : Angiospermae Class Ordo Family Genus Species : Dicotyledoneae : Polypetales : Papilionaceae : Glycine : Glycine max (L.) Merril Sistem perakaran kedelai adalah akar tunggang yang terdiri dari akar utama dan akar cabang. Selain sebagai penyerap unsur hara dan penyangga tanaman, pada perakaran kedelai ini adalah merupakan tempat terbentuknya bintil/nodul akar yang berfungsi sebagai tempat bakteri Rhizobium (Rahman dan Tambas, 1986). Kedelai adalah tanaman setahun yang tumbuh tegak (tinggi 70-150 cm). menyemak berbulu halus (pubescens), dengan sistem perakaran luas (Rubatzky dan Yamaguchi, 1998). Waktu tanaman kedelai masih sangat muda, atau setelah fase menjadi kecambah dan saat keping biji belum jatuh, batang dapat dibedakan menjadi dua. Bagian batang di bawah keping biji yang belum lepas
6 disebut hypokotil, sedangkan bagian di atas keping biji disebut epycotyl. Batang kedelai tersebut berwarna ungu atau hijau (Andrianto dan Indarto, 2004). Terdapat empat tipe daun yang berbeda, yaitu kotiledon atau daun biji, daun primer sederhana, daun bertiga, dan daun profila. Daun primer sederhana berbentuk telur (oval) berupa daun tunggal (unifoliat) dan bertangkai sepanjang 1-2 cm, terletak berseberangan pada buku pertama di atas kotiledon. Daun-daun berikutnya daun bertiga (trifoliat), namun adakalanya terbentuk daun berempat atau daun berlima (Hidayat dalam Somaatmadja dkk, 1999). Kultivar kedelai memiliki bunga bergerombol terdiri atas 3-15 bunga yang tersusun pada ketiak daun. Karekteristik bunganya seperti famili Papilionaceae lainnya, yaitu corolla (mahkota bunga) terdiri atas 5 petal yang menutupi sebuah pistil dan 10 stamen (benang sari). 9 stamen berkembang membentuk seludang yang mengelilingi putik, sedangkan stamen yang kesepuluh terpisah bebas (Poehlman and Sleper, 1995) Banyaknya polong bergantung jenisnya. Ada jenis kedelai yang menghasilkan banyak polong, ada pula yang sedikit. Berat masing-masing biji pun berbeda-beda, ada yang bisa mencapai berat 50-500 gram per 100 butir biji. Selain itu warna biji juga berbeda-beda. Perbedaan warna biji dapat dilihat pada belahan biji ataupun pada selaput biji, biasanya kuning atau hijau transparan (tembus cahaya). Ada pula biji yang berwarna gelap kecoklat-coklatan sampai hitam, atau berbintik-bintik (Andrianto dan Indarto, 2004). Semua varietas kedelai mempunyai bulu pada batang, cabang, daun dan polong-polongnya. Lebat atau tidaknya bulu serta kasar atau halusnya bulu
7 tergantung dari varietas masing-masing. Begitu pula warna bulu berbeda-beda, ada yang berwarna coklat dan ada pula yang putih kehijauan (Andrianto dan Indarto, 2004). Syarat Tumbuh Tanah Kedelai dapat tumbuh baik pada berbagai jenis tanah asal drainase dan aerasi tanah cukup baik. Tanah-tanah yang cocok yaitu alluvial, regosol, grumosol, latosol, dan andosol. Pada tanah-tanah padzolik merah kuning dan tanah yang mengandung banyak pasir kwarsa, pertumbuhan kedelai kurang baik, kecuali bila diberi tambahan pupuk organik atau kompos dalam jumlah yang cukup (Andrianto dan Indarto, 2004). Kedelai tidak menuntut struktur tanah yang khusus sebagai suatu persyaratan tumbuh. Bahkan pada kondisi lahan yang kurang subur dan agak asam pun kedelai dapat tumbuh dengan baik, asal tidak tergenang air yang akan menyebabkan busuknya akar (http://www.warintek.bantul.go.id/web.php?mod=basisdata, 2008). Kedelai termasuk tanaman yang mampu beradaptasi terhadap berbagai agroklimat, menghendaki tanah yang cukup gembur, tekstur lempung berpasir dan liat. Tanaman kedelai dapat tumbuh dengan baik pada tanah yang mengandung bahan organik dan ph antara 5,5-7 (optimal 6,7). Tanah hendaknya mengandung cukup air tapi tidak sampai tergenang (Departemen Pertanian, 1996).
8 Iklim Pada awalnya kedelai merupakan tanaman subtropika hari pendek, namun setelah didomestikasi dapat menghasilkan banyak kultivar yang dapat beradaptasi terhadap lintang yang berbeda. Kemampuannya untuk ditanam di mana saja adalah keunggulan utama tanaman ini. Pertumbuhan optimum tercapai pada suhu 20-25 0 C. Suhu 12-20 0 C adalah suhu yang sesuai bagi sebagian besar proses pertumbuhan tanaman, tetapi dapat menunda proses perkecambahan benih dan pemunculan biji. Pada suhu yang lebih tinggi dari 30 0 C, fotorespirasi cenderung mengurangi hasil fotosintesis (Rubatzky dan Yamaguchi, 1998). Kedelai menghendaki air yang cukup pada masa pertumbuhannya terutama pada saat pengisian biji. Curah hujan yang optimal untuk budidaya kedelai adalah 100-200 mm/bulan. Tanaman kedelai dapat tumbuh pada ketinggian 0-900 meter di atas permukaan laut (Departemen Pertanian, 1996). Kedelai merupakan tanaman hari pendek, yakni tidak akan berbunga bila lama penyinaran (panjang hari) melampaui batas kritis. Setiap varietas mempunyai panjang hari kritis. Apabila lama penyinaran kurang dari batas kritis, maka kedelai akan berbunga. Dengan lama penyinaran 12 jam, hampir semua varietas kedelai dapat berbunga dan tergantung dari varietasnya, umumnya berbunga beragam dari 20 hingga 60 hari setelah tanam. Apabila lama penyinaran melebihi periode kritis, tanaman tersebut akan meneruskan pertumbuhan vegetatifnya tanpa berbunga (Baharsjah, Suardi, dan Las dalam Somaatmadja dkk, 1985).
9 Salinitas Garam di dalam tanah maupun di dalam air selalu berada di dalam jumlah yang bervariasi, baik kadarnya maupun jenisnya. Oleh karena itu pengaruh keragaman terhadap lingkungan tanah dan pertumbuhan tanaman juga beragam. Pengaruh garam terhadap pertumbuhan tanaman adalah : 1. Kadar garam di atas ambang toleran, peingkatan kadar garam berpengaruh semakin jelek bagi tanaman 2. Macam garam. Banyak ragamnya dalam tanah yaitu : Klorida (NaCl, CaCl, KCl), Nitrat (NaNO, Ca(NO 3 ) 2 ), Sulfat (Na 2 (SO4) 2, K 2 SO 4 ). Garam yang mengandung Na yang tinggi berpengaruh jelek terhadap tanaman, tetapi garam yang mengandung K dan Ca tinggi lebih baik bagi tanaman (Rosmarkam dan Yuwono, 2002). Bahaya salinitas dan sodifikasi mungkin tidak hanya terbatas pada tanahtanah di daerah beriklim agak kering. Bahaya salinitas tentunya agak berkurang dengan adanya iklim basah. Namun demikian, dalam jangka waktu bertahuntahun dapat diperkirakan terjadinya penurunan kualitas air akibat penggunaan pupuk dalam jumlah tinggi dan dalam kondisi tidak adanya sistem drainase yang memadai (Tan, 2004). Salinitas menekan proses pertumbuhan tanaman dengan efek yang menghambat pembesaran dan pembelahan sel, produksi protein serta biomass tanaman. Tanaman yang mengalami stress garam umumnya tidak menunjukkan respon dalam bentuk kerusakan langsung tetapi pertumbuhan yang tertekan dan
10 perubahan secara perlahan. Gejala pertumbuhan tanaman pada tanah dengan tingkat salinitas tinggi Varietas Varietas adalah kelompok tanaman dalam jenis atau spesies tertentu yang dapat dibedakan dari kelompok lain berdasarkan suatu sifat atau sifat-sifat tertentu (Nurhayati, 2005). Varietas-varietas kedelai yang dianjurkan mempunyai kriteria-kriteria tertentu, misalnya umur panen, produksi per hektar, daya tahan terhadap hama dan penyakit. Setelah ciri-ciri tanaman kedelai diketahui, akhirnya dapat dihasilkan varietas-varietas yang dianjurkan. Varietas-varietas ini diharapkan sesuai dengan keadaan tempat yang akan ditanami. Dengan ditemukannya varietas-varietas baru (unggul) melalui seleksi galur atau persilangan (crossing), diharapkan sifat-sifat baru yang akan dihasilkan dapat dipertanggungjawabkan, baik dalam hal produksi, umur produksi, maupun daya tahan terhadap hama dan penyakit (Andrianto dan Indarto, 2004) Menggunakan varietas unggul merupakan salah satu upaya yang mudah dan murah untuk meningkatkan produksi kedelai. Mudah karena teknologinya tidak rumit karena hanya mengganti varietas kedelai dengan varietas yang lebih unggul dan murah karena tidak memerlukan tambahan biaya produksi. Tersedianya varietas unggul yang beragam sangat penting artinya guna menjadi banyak pilihan bagi petani baik untuk pergiliran varietas antar musim, mencegah petani menanam satu varietas terus-menerus, mencegah timbulnya serangan hama dan penyakit, dan menjadi pilihan petani sesuai kondisi lahan. Pengenalan atau
11 identifikasi varietas unggul adalah suatu teknik untuk menentukan apakah yang dihadapi tersebut adalah benar varietas unggul yang dimaksudkan. Pelaksanaannya dapat dilakukan dengan mempergunakan alat pegangan berupa deskripsi varietas (Gani, 2000). Varietas atau klon introduksi perlu diuji adaptabilitasnya pada suatu lingkungan untuk mendapatkan genotif unggul pada lingkungan tersebut. Pada umumnya suatu daerah memiliki kondisi lingkungan yang berbeda terhadap genotif. Respon genotif terhadap faktor lingkungan ini biasanya terlihat dalam penampilan fenotipik dari tanaman bersangkutan (Darliah dkk, 2001). Gen suatu tanaman tidak dapat menyebabkan berkembangnya karakter kecuali tanaman tersebut berada pada lingkungan yang sesuai dan sebaliknya tidak ada pengaruh terhadap berkembangnya karakteristik dengan mengubah tingkat keadaaan lingkungan terkecuali jika gen yang diperlukan ada. Namun harus disadari bahwa keragaman yang diamati terhadap sifat-sifat terutama yang disebabka oleh perbedaan gen yang dibawa oleh individu yang berlainan dan terhadap viabilitas di dalam sifat yang lain, pertama-tama disebabkan oleh perbedaan lingkungan dimana individu berada (Allard, 2005). Daya Hantar Listrik Ada dua parameter yang digunakan sebagai indikator untuk menilai tingkat salinitas lahan, yaitu daya hantar listrik (DHL) dan kandungan garam dalam bahan tersebut. Makin tinggi nilai DHL, persentase kehilangan hasil tanaman makin besar (http://www.pustaka-deptan.go.id/publikasi/.pdf,2008).
12 Parameter yang digunakan sebagai indikator salinitas lahan yaitu Daya hantar listrik (DHL) dan kandungan garam. Salinitas tanah adalah keadaan tinggi rendahnya garam di dalam tanah. Garam dapur (NaCl) merupakan garam yang dominan, namun garam-garam Na 2 SO 4, MgSO 4, NaHCO 3,Na 2 CO 3, CaSO 4, CaCO 3 juga menentukan salinitas tanah. Semakin tinggi konsentrasi garam-garam ini pada larutan tanah, semakin tinggi pula daya hantar listrik (DHL) larutan tanah. Tanah dengan DHL >4 ds/m tergolong tanah salin. Pengaruh garam terhadap struktur tanah yakni, dispersi agregat tanah, penyumbatan pori sehingga infiltrasi tanah terhambat dan terjadi crusting, dan menghalangi perkecambahan tanaman. Akibatnya, tanaman tidak mampu menyerap air dan unsur hara. Tanaman pun mudah layu, kerdil dan gejala defisiensi hara, walaupun dalam tanah tersedia cukup hara (http://elisa.ugm.ac.id/cahyonoagus/ppt, 2009) Kultur Jaringan Kultur jaringan atau budidaya in vitro adalah suatu metode untuk mengisolasi bagian dari tanaman seperti protoplasma, sel, jaringan atau organ yang serba steril, ditumbuhkan pada media buatan yang steril, dalam botol kultur yang steril dan dalam kondisi yang aseptik, sehingga bagian-bagian tersebut dapat memperbanyak diri dan beregenerasi menjadi tanaman yang lengkap. Dasar teori yang digunakan adalah teori totipotensi. Totipotensi adalah bagian tanaman yang hidup mempunyai potensi, kalau dibudidayakan di dalam media yang sesuai, akan dapat tumbuh dan berkembang menjadi tanaman yang sempurna, artinya dapat bereproduksi, berkembang biak secara normal melalui biji atau spora (http://e-learning.unram.ac.id, 2008).
13 Tehnik kultur jaringan menuntut syarat-syarat tertentu yang harus dipenuhi dalam pelaksanaannya. Syarat pokok pelaksanaan kultur jaringan, adalah laboratorium dengan segala fasilitasnya. Laboratoruim harus menyediakan alatalat kerja, sarana pendukung terciptanya kondisi aseptik terkendali, dan fasilitas dasar seperti air, listrik, dan bahan bakar. Kultur jaringan sangat membantu dalam usaha eliminasi patogen. Dengan metode ini kita dapat memilih bagian-bagian atau sel-sel yang tidak mengandung patogen, terutama virus, dan menumbuhkan sel-sel tersebut serta meregenerasikannya kembali menjadi tanaman lengkap dan sehat (Gunawan, 1988). Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Kultur Jaringan Eksplan Dalam perbanyakan tanaman secara kultur jaringan, eksplan merupakan faktor penting penentu keberhasilan. Umur fisiologis, umur ontogenetik, ukuran eksplan, serta bagian tanaman yang diambil merupakan hal-hal yang harus dipertimbangkan dalam memilih eksplan yang akan digunakan sebagai bahan awal kultur. Umumnya, bagian tanaman yang digunakan sebagai eksplan adalah jaringan muda yang sedang tumbuh aktif. Jaringan tanaman yang masih muda mempunyai daya regenerasi lebih tinggi, sel-sel masih aktif membelah diri, dan relatif lebih bersih (mengandung lebih sedikit kontaminan) (Yusnita, 2003). Penggunaan embrio tanaman sebagai eksplan dikenal dengan kultur embrio yang memisahkan embrio tanaman yang belum dewasa dan menumbuhkannya secara kultur jaringan untuk mendapatkan tanaman yang viable. Faktor-faktor yang mempengaruhi kultur embrio yaitu genotip, hasil
14 perkembangan embrio setelah diisolasi, kondisi tanaman induk, zat hara dalam media, cahaya dan suhu (Gunawan, 1988). Media Kultur Jaringan Media kultur merupakan salah satu faktor penentu keberhasilan perbanyakan tanaman secara kultur jaringan. Berbagai komposisi media kultur telah diformulasikan untuk mengoptimalkan pertumbuhan dan perkembangan tanaman yang dikulturkan (Yusnita, 2003). Hampir dapat dipastikan bahwa kesuksesan kegiatan kultur jaringan akan sangat ditentukan dan tergantung oleh pilihan media yang digunakan. Harus diingat bahwa teknik kultur jaringan menekankan lingkungan yang cocok agar eksplan dapat tumbuh dan berkembang. Lingkungan yang cocok, sebagian akan terpenuhi bila media yang dipilih mempertimbangkan apa-apa yang diperlukan oleh tanaman. Secara umum kebutuhan nutrisi kebanyakan tanaman sama, tetapi secara khusus hal tersebut berbeda. Kesamaannya adalah tanaman memerlukan hara makro dan mikro, vitamin-vitamin, karbohidrat (gula), asam amino dan N- organik, zat pengatur tumbuh, zat pemadat dan kadang ada penambahan bahanbahan seperti air kelapa, ekstrak ragi, jus tomat, ekstrak kentang, buffer organik, ataupun arang aktif. Kebutuhan tiap tanaman berbeda pada hal komposisi dan jumlah yang diperlukan (Santoso dan Nursandi, 2001). Lingkungan Kondisi lingkungan yang menentukan keberhasilan pembiakan tanaman dengan kultur jaringan meliputi cahaya, suhu, dan komponen atmosfer. Cahaya dibutuhkan untuk mengatur proses morfogenetik tertentu. Dalam teknik kultur
15 jaringan tanaman, cahaya dinyatakan dengan dimensi lama penyinaran, intensitas, dan kualitasnya. Prof. Murashige menyarankan untuk mengasumsikan kebutuhan lama penyinaran pada kultur jaringan tanaman merupakan pencerminan dari kebutuhan periodisitas tanaman yang bersangkutan di lapangan. Kualitas cahaya mempengaruhi arah diferensiasi jaringan. Energi radiasi dekat spektrum ultra violet dan biru merupakan kualitas cahaya yang paling efektif untuk merangsang pembentukan tunas, sedangkan pembentukan akar dirangsang oleh cahaya merah dan sedikit cahaya biru. Untuk itu, pada tahap inisiasi dan multiplikasi tunas digunakan pencahayaan dengan lampu fluorescent (TL). Secara umum, intensitas cahaya yang optimum untuk tanaman pada kultur tahap inisiasi kultur adalah 0-1.000 lux, tahap multiplikasi sebesar 1.000-10.000 lux, tahap pengakaran sebesar 10.000-30.000 lux, dan tahap aklimatisasi sebesar 30.000 lux (Yusnita, 2003). Suhu juga berpengaruh terhadap kesehatan tanaman yang dikulturkan. Suhu yang umum digunakan untuk pengkulturan berbagai jenis tanaman adalah 26 + 2 0 C. Untuk kebanyakan tanaman, suhu yang terlalu rendah (kurang dari 20 0 C) dapat menghambat pertumbuhan, dan suhu yang terlalu tinggi (lebih dari 32 0 C) menyebabkan tanaman merana. Namun, pada kultur tanaman yang biasanya memerlukan suhu rendah untuk pertumbuhan terbaiknya, seperti stroberi, suhu yang diperlukan juga lebih rendah (Yusnita, 2003). Faktor penting lain yang juga perlu mendapat perhatian, adalah ph yang harus diatur sedemikian rupa sehingga tidak mengganggu fungsi membran sel dan ph dari sitoplasma. Pengaturan ph selain memperhatikan kepentingan fisiologi sel, juga harus mempertimbangkan faktor-faktor kelarutan dari garam-garam penyusun media, pengambilan (uptake) dari zat pengatur tumbuh dan garam-
16 garam lain, dan efisiensi pembekuan agar-agar. Sel-sel tanaman membutuhkan ph yang sedikit asam berkisar antara 5.5-5.8 (Gamborg dan Shyluk 1981). Pengaturan ph, biasa dilakukan dengan menggunakan NaOH (atau kadangkadang KOH) atau HCl pada waktu semua komponen sudah dicampurkan, seringkali setelah sterilisasi ph-nya berubah. Pada umumnya terdapat penurunan ph setelah disterilkan dalam autoclave. Untuk mencapai ph sekitar 5.7-5.9, Mann dkk dalam George dan Sherrington (1984) membuat ph 7.0 dalam media yang belum disterilkan. Untuk menghindarkan perubahan ph yang cukup besar, Murashige dan skoog menyarankan agar dilakukan pemanasan untuk melarutkan agar-agar dan memanaskan beberapa menit media dalam autoclave, baru diadakan penetapan ph. Cara lain yang dilakukan adalah penetapan ph setelah media disterilkan dalam autoclave. Dalam wadah yang besar media disterilkan dan kemudian dititrasi dengan NaOH/HCl steril sampai ph yang diinginkan. Selanjutnya media dituang ke dalam wadah kultur steril yang telah dipersiapkan di dalam laminar air flow cabinet. Cara ini juga digunakan pada penelitian yang menggunakan media dengan ph rendah untuk tujuan seleksi (Gunawan, 1988).