Tempat dan Waktu Penelitian
Penanaman stek pucuk Melastoma dengan media kultur cair dilakukan di Rumah Kaca Laboratorium Biologi Molekuler dan Seluler Tanaman Pusat Penelitian Sumberdaya Hayati dan Bioteknologi IPB. Penelitian histologi akar dilakukan di Laboratorium Anatomi dan Sitologi LIPI Cibinong. Penelitian ini dilkakukan dari bulan April 2007 sampai dengan bulan April 2008. Tahapan penelitian disajikan pada Gambar 1.
Gambar 1 Skema tahapan pelaksanaan penelitian
Bahan dan Alat
Bahan-bahan tanaman yang digunakan dalam penelitian ini adalah M.
malabathricum dan M. affine. Media tumbuh menggunakan media cair menurut
Watanabe et al. (2005a) (Lampiran 9). Al yang diberikan dalam perlakuan adalah AlCl3.6H2O.
Stek pucuk berakar
Perlakuan cekaman pH dan Al
Analisis Pertumbuhan
Persiapan bahan percobaan
Metode
Rancangan Penelitian
Penelitian ini terdiri dari tiga macam perlakuan dan empat ulangan yang disusun dengan Rancangan Acak Kelompok (RAK). Perlakuan yang diberikan adalah (1) dua jenis tumbuhan, (2) empat tingkat pH, dan (3) empat tingkat konsentrasi Al, masing-masing perlakuan dibuat 4 ulangan sehingga terdapat 104 satuan percobaan. Perlakuan pH yang diberikan adalah (A1) pH 6, (A2) pH 5, (A3) pH4 dan (A4) pH 3. Konsentrasi Al yang diberikan adalah (B1) 0 mM, (B2) 0.8 mM, (B3) 1.6 mM, dan (B4) 3.2 mM. Kombinasi perlakuan Al dan pH dapat dilihat pada Tabel 1.
Model linier dari percobaan ini adalah (Mattjik & Sumertajaya 2002) :
Υij
= µ + τ
i+ β
j+ ε
ij;di mana : Υij : Pengamatan pada perlakuan ke-i dan kelompok ke-j
µ
: Nilai rata-rata umumτi
: Pengaruh perlakuan ke-i βj
: Pengaruh kelompok ke-j
ε
ij:
Pengaruh acak pada perlakuan ke-i dan kelompok ke-j i : 1, 2,..., t;j : 1, 2,..., r.
Tabel 1 Kombinasi perlakuan Al dan pH pada percobaan Melastoma.
(A1) pH 6 (A2) pH 5 (A3) pH 4 (A4) pH 3
(B1) 0 mM A1B1 A2B1 A3B1 A4B1
(B2) 0.8 mM X A2B2 A3B2 A4B2
(B3) 1.6 mM X A2B3 A3B3 A4B3
(B4) 3.2 mM X A2B4 A3B4 A4B4
Keterangan : X : Tidak ada perlakuan
15
Pelaksanaan Percobaan Persiapan Bahan Tanaman
Sebelum diperlakukan dengan berbagai tingkat cekaman pH dan konsentrasi Al, tumbuhan M. malabathricum dan M. Affine diperbanyak dengan stek pucuk dengan panjang 5 – 7 cm dan disemai pada media tanah dicampur kompos (1:1) dan disungkup rapat dengan plastik. Stek yang berumur 1.5 bulan dengan panjang akar sekitar 3 cm digunakan sebagai bahan percobaan.
Perlakuan pH dan Al
Stek pucuk M. malabathricum dan M. Affine dengan berumur 1.5 bulan yang sudah berakar dengan panjang sekitar 3 cm ditanam pada media kultur cair yang mengandung nutrisi standar Watanabe et al. (2005a) dengan cara dijepit dengan spon dan diletakkan di antara anyaman kawat (1 cm2) yang diletakkan di atas ember 2.5 liter tanpa penambahan AlCl3.6H2O. Setiap ember berisi 6 tumbuhan yang terdiri dari 3 tumbuhan M. malabathricum dan 3 tumbuhan M.
affine. Setelah 1 minggu, media cair diganti dengan media yang sama yang
ditambah dengan AlCl3 dengan pH yang berbeda sebagai perlakuan selama 8 minggu. Perlakuan pH yang diberikan adalah pH 6, pH 5, pH 4, dan pH 3, sedangkan AlCl3.6H2O yang diberikan adalah 0 mM, 0.8 mM, 1.6 mM, dan 3.2 mM. Pada pH 6 tidak ada penambahan AlCl3.6H2O karena Al akan mengalami pengendapan sehingga tidak ada pengaruhnya terhadap Melastoma.
Agar Melastoma tidak mengalami kekurangan oksigen (anoksi) pada media cair diberi aerasi dengan aerator terus menerus. Untuk mempertahankan kondisi pH dan kandungan hara maka media cair diganti seminggu sekali.
Pengamatan dan Pengumpulan Data
Pengamatan dilakukan terhadap : (i) pertumbuhan Melastoma; dan (ii) kerusakan akar Melastoma. Pertumbuhan Melastoma yang diamati meliputi : Panjang akar, jumlah akar, panjang batang, jumlah tunas, panjang tunas dan jumlah daun. Pengamatan dilakukan setiap minggu selama 8 minggu
Pengamatan terhadap kerusakan akar Melastoma dilakukan pada minggu kedelapan dengan mengamati warna dan tekstur akar tanaman Melastoma dan struktur jaringan ujung akar Melastoma.
Pembuatan Sayatan Ujung Akar Melastoma
Bahan difiksasi di dalam larutan FAA [5 bagian formalin, 5 bagian asam asetat glasial, 90 bagian alkohol 70% (v/v)]. Sampel yang telah difiksasi selama 24 jam di dalam larutan FAA, didehidrasi secara bertahap menggunakan alkohol 50% - 100% masing-masing selama 30 menit. Selanjutnya dilakukan dealkoholisasi (clearing) secara bertahap menggunakan campuran alkohol-xylol dilanjutkan dengan xylol murni 1 dan xylol murni 2 masing-masing 30 menit. Parafin diinfiltrasi sedikit demi sedikit sampai jenuh dan disimpan dalam oven pada suhu 600C selama 3 jam. Parafin diganti dengan parafin murni dan disimpan di dalam oven pada suhu 50-600C selama tiga hari. Sampel ditanam di dalam parafin. Blok sampel diiris dengan ketebalan 15-17 µm menggunakan mikrotom putar (Yamato RV-240). Pita parafin yang diperoleh direkatkan pada gelas objek yang telah diolesi larutan albumin-gliserin dan dikeringkan di atas hot plate dengan suhu 400C selama 3-5 jam. Sampel diwarnai dengan safranin 2% (b/v) dan fastgreen 0.5% (b/v).
Analisis Data Analisis Karakter Pertumbuhan Melastoma
Analisis data dilakukan terhadap pertambahan karakter yang diamati selama 8 minggu perlakuan pada M. malabathricum dan selama 6 minggu pada M. affine.
M. affine mengalami kematian pada hari ke 45 setelah diperlakukan dengan pH 3
dan konsentrasi 3.2 mM Al.
Pertumbuhan kedua spesies Melastoma dihitung dengan rumus : PT = Pi - Po ;
dimana : PT : Pertumbuhan Melastoma Pi : Pengamatan minggu ke-i. Po : Pengamatan minggu ke-0.
17
Persentase pertumbuhan dihitung dengan rumus : PP = PTi – PTo X 100% PTo
dimana : PP : Persentase pertumbuhan PTi : Pertumbuhan minggu ke-i PTo : Pertumbuhan minggu ke-o
Analisis Statistika
Analisis data secara statistika dilakukan terhadap semua karakter pertumbuhan Melastoma. Untuk melihat keragaman dari setiap karakter, dilakukan Analisis Ragam (ANOVA) pada taraf kepercayaan 95%. Untuk melihat pengaruh beda nyata dari data akibat perlakuan serta interaksinya dilakukan uji jarak ganda Duncan (DMRT : Duncan Multiple Range Test) pada taraf kepercayaan 95%.
Pengamatan Terhadap Karakter Kuantitatif M. malabathricum
Analisis ragam terhadap karakter kuantitatif (Lampiran 1 sampai 4) menunjukkan bahwa secara umum baik perlakuan pH (tanpa Al) maupun perlakuan Al tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap sebagian besar karakter yang diamati. Pengaruh perlakuan terlihat nyata hanya pada karakter jumlah daun untuk perlakuan Al pada pH 5 (Lampiran 2), serta karakter panjang akar untuk perlakuan Al pada pH 4 dan pH 3 (Lampiran 3 dan 4).
Tabel 2 Pengaruh pH terhadap pertumbuhan M. malabathricum selama 8 minggu perlakuan.
pH Pj Akar (cm) Jml Akar Pj Batang (cm) Jml Tunas Pj Tunas (cm) Jml Daun
6 19.19a 24.67a 13.79a 5.33a 11.9a 19.17a
5 21.45a 20.1a 15.77a 5.1a 17.61a 25.2a
4 15.79a 22.33a 12.17a 5.17a 13.45a 18.5a
3 17.26a 14.8a 15.28a 4.4a 8.26a 13.6a
Keterangan : Angka pada kolom yang sama dan diikuti dengan huruf yang sama menunjukkan tidak beda nyata pada taraf nyata 95%.
Tabel 3 Pengaruh Al pada pH 5 terhadap pertumbuhan M. malabathricum selama 8 minggu perlakuan.
Al
(mM) Pj Akar (cm) Jml Akar Pj Batang (cm) Jml Tunas Pj Tunas (cm) Jml Daun
0 21.65a 20.1a 15.77a 5.1a 17.61a 25.2b
0.8 17.45a 23a 17.53a 6.45a 24.45a 25b
1.6 18.78a 33.11a 15.1a 4.78a 16.82a 20.89b
3.2 21.65a 28.5a 11.88a 4a 16.5a 6.75a
Keterangan : Angka pada kolom yang sama dan diikuti dengan huruf yang sama menunjukkan tidak beda nyata pada taraf nyata 95%.
Tabel 4 Pengaruh Al pada pH 4 terhadap pertumbuhan M. malabathricum selama 8 minggu perlakuan.
Al
(mM) Pj Akar (cm) Jml Akar Pj Batang (cm) Jml Tunas Pj Tunas (cm) Jml Daun
0 15.79a 22.33a 12.17a 5.17a 13.43a 18.5a
0.8 18ab 24a 15.33a 5.9a 16.1a 19.2a
1.6 23.03bc 23.08a 18.46a 4a 17.11a 14.33a
3.2 24.76c 16.82a 18.45a 6.73a 18.25a 19.82a
Keterangan : Angka pada kolom yang sama dan diikuti dengan huruf yang sama menunjukkan tidak beda nyata pada taraf nyata 95%.
19
Tabel 5 Pengaruh Al pada pH 3 terhadap pertumbuhan M. malabathricum selama 8 minggu perlakuan.
Al
(mM) Pj Akar (cm) Jml Akar Pj Batang (cm) Jml Tunas Pj Tunas (cm) Jml Daun
0 17.26b 14.8a 15.28a 4.4a 8.26a 13.6a
0.8 11.5ab 16.38a 15.03a 3.86a 4.8a 8.63a
1.6 7.98a 25.1a 10.94a 2a 3.87a 9.3a
3.2 5.9a 18.5a 8.95a 4a 10.75a 10.5a
Keterangan : Angka pada kolom yang sama dan diikuti dengan huruf yang sama menunjukkan tidak beda nyata pada taraf nyata 95%.
Dari uji DMRT terlihat adanya penurunan yang nyata jumlah daun pada perlakuan Al 3.2 mM pH 5 dibandingkan dengan konsentrasi Al yang lain (0 mM, 0.8 mM, dan 1.6 mM). Perubahan ini sulit ditafsirkan sebagai akibat cekaman Al, karena pada perlakuan yang sama tidak terdapat perubahan yang nyata pada pertumbuhan akar (Tabel 3).
Deteksi cekaman Al biasanya pertama kali dilihat dari gangguan pertumbuhan akar. Dari uji DMRT terlihat bahwa perbedaan pH dari 6 sampai 3, tanpa adanya Al tidak menunjukkan pengaruh yang nyata untuk semua karakter yang diamati termasuk panjang akar (Tabel 2). Hal ini menunjukkan bahwa M.
malabathricum dapat beradaptasi baik terhadap perubahan pH, sampai pH ekstrim
sekalipun seperti pH 3.
Gangguan pertumbuhan akar baru terlihat akibat kehadiran Al pada media tumbuh, yaitu pada pH 3 (Tabel 5). Pada pH 3 pemberian 0.8 mM Al telah menyebabkan hambatan pertumbuhan akar, secara statistik terlihat panjang akar pada 0.8 mM Al lebih pendek dibandingkan panjang akar pada 0 mM Al. Derajat gangguan semakin meningkat dengan penambahan kosentrasi Al menjadi 1.6 mM dan 3.2 mM.
Di atas pH 3, perlakuan Al tidak mengganggu pertumbuhan akar, bahkan pada pH 4 pemberian Al merangsang pertumbuhan akar (Tabel 4). Hal ini secara statistik, terlihat dengan adanya peningkatan pertambahan panjang akar dengan pemberian Al mulai 0.8 mM sampai 3.2 mM.
Morfologi Akar M. malabathricum
Perlakuan pH 6, 5, dan 4 pada M. malabathricum menghasilkan akar yang berwarna putih dan pada bagian ujungnya diselimuti lendir, sedangkan pada pH 3 akar berwarna coklat dan ujungnya tidak diselimuti lendir (Gambar 2A).
Pada pH 5, perlakuan Al menyebabkan ujung akar tidak diselimuti lendir (Gambar 2B). Kelarutan Al pada pH 5 rendah yang ditandai dengan terbentuknya endapan berwarna putih pada dasar ember. Endapan semakin tebal dengan meningkatnya konsentrasi Al dari 0.8 mM sampai 3.2 mM. Seperti pH 5, pemberian Al pada pH 4 menampakkan ujung akar tidak diselimuti lendir (Gambar 2C). Pada pH 4 kelarutan Al tinggi yang terbukti dengan tidak terbentuknya endapan putih dalam media kultur. Morfologi ujung akar M.
malabathricum yang berbeda terjadi pada perlakuan Al pada pH 3 dibandingkan
pH 5 dan 4. Lendir tidak terdapat pada ujung akar baik yang tidak diperlakukan maupun yang diperlakukan Al. Ujung akar berwarna hitam pada perlakuan 0.8 mM Al, dan permukaan akar berwarna coklat dan berbintik yang diberi perlakuan 1.6 mM Al. Adapun tekstur akar yang lembek dengan pengelupasan kulit pada ujung akar terjadi pada konsentrasi 3.2 mM Al (Gambar 2D).
21 pH 6 0 mM Al pH 5 0.8 mM Al pH 4 1.6 mM Al pH 3 3.2 mM Al ( A ) ( C ) 0 mM Al 0 mM Al 0.8 mM Al 0.8 mM Al 1.6 mM Al 1.6 mM Al 3.2 mM Al 3.2 mM Al ( B ) ( D )
Gambar 2. Morfologi akar M. malabathricum akibat (A) perlakuan pH; (B) perlakuan Al pada pH 5; (C) perlakuan Al pada pH 4; (D) perlakuan Al pada pH 3 selama 8 minggu perlakuan.
Dari pengamatan histologi ujung akar M. malabathricum, perlakuan Al pada pH 4 tidak menunjukkan kerusakan jaringan. Struktur anatomi yang lengkap
ditunjukkan pada konsentrasi 1.6 mM Al dibandingkan dengan tanpa perlakuan Al. Pada konsentrasi 3.2 mM Al memperlihatkan penyempitan zona tudung akar (Gambar 3). A1 A2 B1 B2 C1 C2
Gambar 3 Anatomi ujung akar M. malabathricum yang mendapat perlakuan beberapa konsentrasi Al pada pH 4 selama 8 minggu perlakuan. A1, A2 = 0 mM Al; B1, B2 = 1.6 mM Al; dan C1, C2 = 3.2 mM Al. ep = epidermis; kor = korteks; ta = tudung akar.
Pada pH 3, perlakuan Al menyebabkan kerusakan jaringan ujung akar M.
malabathricu, terutama jaringan korteks dan silinder pusat. Peningkatan
kosentrasi Al menjadi 1.6 mM dan 3.2 mM meningkatkan kerusakan ujung akar (Gambar 4) kor ep kor ta ep kor ep kor ta ep kor ep kor ta ep
23 D1 D2 E1 E2 F1 F2 G1 G2
Gambar 4 Anatomi ujung akar M. malabathricum yang mendapat perlakuan beberapa konsentrasi Al pada pH 3 selama 8 minggu perlakuan. D1, D2 = 0 mM Al; E1, E2 = 0.8 mM Al; F1, F2 = 1.6 mM Al; dan G1, G2 = 3.2 mM Al. ep = epidermis; kor = korteks; ta = tudung akar.
Pengamatan Terhadap Karakter Kuantitatif M. affine
Analisis ragam terhadap karakter kuantitatif (Lampiran 5 sampai 8)
menunjukkan bahwa perlakuan pH (tanpa Al) maupun perlakuan Al tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap sebagian besar karakter yang diamati. Pengaruh nyata hanya pada karakter panjang akar dan panjang batang untuk
ep kor ta ep kor ep kor ep kor ta kor ta ep kor ep kor ta ep ep kor
perlakuan Al pada pH 4 (Lampiran 7), dan karakter panjang akar untuk perlakuan Al pada pH 3 (Lampiaran 8).
Tabel 6 Pengaruh pH terhadap pertumbuhan M. affine selama 6 minggu perlakuan.
pH Pj Akar (cm) Jml Akar Pj Batang (cm) Jml Tunas Pj Tunas (cm) Jml Daun
6 13.89a 12.7a 17.62a 4.2a 8.85a 17a
5 18.03a 16.43a 21.21a 9.71a 21.44a 29.57a
4 13.56a 18.78a 14.58a 5.22a 9.97a 19.11a
3 15.83a 12a 20a 2.75a 9.5a 10.5a
Keterangan : Angka pada kolom yang sama dan diikuti dengan huruf yang sama menunjukkan tidak beda nyata pada taraf nyata 95%.
Tabel 7 Pengaruh Al pada pH 5 terhadap pertumbuhan M. Affine selama 6 minggu perlakuan.
Al
(mM) Pj Akar (cm) Jml Akar Pj Batang (cm) Jml Tunas Pj Tunas (cm) Jml Daun
0 18.03a 16.43a 21.21a 9.71a 21.44a 29.57a
0.8 16.47a 18.27a 17.77a 8.55a 16.45a 23.82a
1.6 13.34a 13.71a 11.94a 4.43a 5.99a 13.86a
3.2 13.49a 22.88a 12.33a 3.63a 6.46a 10a
Keterangan : Angka pada kolom yang sama dan diikuti dengan huruf yang sama menunjukkan tidak beda nyata pada taraf nyata 95%.
Tabel 8 Pengaruh Al pada pH 4 terhadap pertumbuhan M. affine selama 6 minggu perlakuan.
Al
(mM) Pj Akar (cm) Jml Akar Pj Batang (cm) Jml Tunas Pj Tunas (cm) Jml Daun
0 13.56a 18.78a 14.58a 5.22a 9.97a 19.11a
0.8 12.53a 31.6a 11.08a 9.4a 9.4a 25.9a
1.6 17.98ab 17.09a 23.17b 8.45a 14.34a 21.64a
3.2 19.58b 15.08a 14.68a 6.08a 5.4a 16.58a
Keterangan : Angka pada kolom yang sama dan diikuti dengan huruf yang sama menunjukkan tidak beda nyata pada taraf nyata 95%.
25
Tabel 9 Pengaruh Al pada pH 3 terhadap pertumbuhan M. Affine selama 6 minggu perlakuan.
Al
(mM) Pj Akar (cm) Jml Akar Pj Batang (cm) Jml Tunas Pj Tunas (cm) Jml Daun
0 15.83c 12a 20a 2.75a 9.5a 10.5a
0.8 13.8c 6.5a 21.03a 4a 12.47a 12.83a
1.6 9.3b 8a 18.58a 3a 5.78a 10a
3.2 4.5a 9.75a 9.48a 3a 5.63a 7.96a
Keterangan : Angka pada kolom yang sama dan diikuti dengan huruf yang sama menunjukkan tidak beda nyata pada taraf nyata 95%.
Dari uju DMRT terlihat bahwa perbedaan pH dari 6 sampai 3, tanpa Al tidak menunjukkan pengaruh yang nyata untuk semua karakter yang diamati (Tabel 6). Hal ini menunjukkan bahwa M. affine dapat beradaptasi baik terhadap pH asam.
Gangguan terhadap pertumbuhan akar baru terlihat akibat perlakuan Al yaitu pada pH 3. Pemberian 0.8 mM Al sudah menyebabkan hambatan pertumbuhan akar, dan derajat gangguan semakin meningkat dengan penambahan konsentrasi Al menjadi 1.6 mM dan 3.2 mM (Tabel 9).
Di atas pH 3, perlakuan Al tidak mengganggu pertumbuhan akar. Pada pH 4, perlakuan Al merangsang pertumbuhan akar, yang secara statistik terlihat bahwa konsentrasi 3.2 mM Al cenderung menyebabkan pertumbuhan akar yang lebih panjang dari pada perlakuan Al pada konsentrasi yang lebih rendah. Selain itu, perlakuan Al mempunyai pengaruh positif untuk perpanjangan batang M.
affine (Tabel 8). Sedangkan pada pH 5, perlakuan Al tidak menampakkan
pengaruh nyata terhadap semua karakter yang diamati (Tabel 7).
Morfologi Akar M. affine
Perlakuan pH 6, 5, dan 4 menghasilkan akar berwarna putih dengan ujungnya terdapat lendir. Sedangkan pH 3 selain menyebabakn ujung akar berwarna coklat, juga tidak diselimuti lendir (Gambar 5H). Perlakuan Al pada pH 5 dan 4 menghasilkan morfologi akar M. affine yang sama, yaitu warna putih dan tidak terdapat lendir pada ujungnya (Gambar 5I dan 5J). Kenampakkan akar yang berbeda akibat perlakuan Al pada pH 3, yaitu ujung akar berwarna hitam pada konsentrasi 0.8 mM Al serta permukaan akar berwarna coklat dengan bintik
coklat akibat perlakuan 1.6 mM Al. Selain itu, pada perlakuan 3.2 mM Al menyebabkan tekstur akar yang lembek (Gambar 5K).
pH 6 0 mM Al pH 5 0.8 mM Al pH 4 1.6 mM Al pH 3 3.2 mM Al ( H ) ( J ) 0 mM Al 0 mM Al 0.8 mM Al 0.8 mM Al 1.6 mM Al 1.6 mM Al 3.2 mM Al 3.2 mM Al ( I ) ( K )
Gambar 5 Morfologi akar M. affine akibat (H) perlakuan pH; (I) perlakuan Al pada pH 5; (J) perlakuan Al pada 4; dan (K) perlakuan Al pada pH 3 selama 6 minggu perlakuan.
27
Pada pengamatan histologi ujung akar M. affine bahwa perlakuan Al pada pH 4 tidak menyebabkan kerusakan jaringan. Pertumbuhan jaringan akibat perlakuan 1.6 mM Al dan 3.2 mM Al menunjukkan gejala yang sama seperti pada
M. malabathricum (Gambar 6). L1 L2 M1 M2 N1 N2
Gambar 6 Anatomi ujung akar M. affine yang mendapat perlakuan beberapa konsentrasi Al pada pH 4 selama 6 minggu perlakuan. L1, L2 = 0 mM Al; M1, M2 = 1.6 mM Al; dan N1, N2 = 3.2 mM Al. ep = epidermis; kor = korteks; ta = tudung akar.
Pada pH 3, perlakuan Al menyebabkan kerusakan jaringan ujung akar M.
affine. Tingkat kerusakan meningkat dari konsentrasi 0.8 mM Al menjadi 1.6 mM
Al dan 3.2 mM Al (Gambar 7) ep kor ep kor ta ep kor ep kor ta ep kor ep kor ta
O1 O2 P1 P2 Q1 Q2 R1 R2
Gambar 7 Anatomi ujung akar M. affine yang mendapat perlakuan beberapa konsentrasi Al pada pH 3 selama 6 minggu perlakuan. O1, O2 = 0 mM Al; P1, P2 = 0.8 mM Al; Q1, Q2 = 1.6 mM Al; dan R1, R2 = 3.2 mM Al. ep = epidermis; kor = korteks; ta = tudung akar.
ep kor ta ep kor ep kor ep kor ta ep kor ep kor ep kor ep kor
PEMBAHASAN
Perlakuan pH 3 sampai dengan 6 tidak berpengaruh terhadap pertumbuhan
Melastoma. Hal ini menunjukkan bahwa Melastoma sangat toleran terhadap pH
rendah. Karena toleransi ini, Melastoma sering digunakan sebagai indikator tanah asam sehingga pada tanah ini Melastoma adalah tumbuhan yang paling dominan.
Terdapat berbagai bentuk aluminium (Al) di dalam suatu media tanah atau larutan hara dan secara relatif kelarutan aneka bentuk Al ini tergantung pada pH media. Kelarutan Al sangat rendah pada pH 5 dan mulai terbentuk Al(OH)3. Bentuk ini meningkat pada pH netral dan pada kondisi alkalin, aluminium berubah bentuk menjadi Al(OH)4-. Kelarutan Al meningkat dengan penurunan pH di bawah 5, dengan Al+3 merupakan bentuk paling dominan disamping bantuk lainnya seperti Al(OH)+2 dan Al(OH)2+ (Gambar 8).
Gambar 8 Hubungan antara kelarutan Al dengan pH media. pH = -log [H+], dan pAl = -log [spesies Al] (Snowden 1994 dalam Anwar 1999).
pH 5, Al menghambat pembentukan daun pada M. malabathricum. Semakin tinggi konsentrasi Al semakin sedikit jumlah daun yang terbentuk. Sampai dengan konsentrasi 1.6 mM Al tidak berpengaruh terhadap pembentukan jumlah daun. Hanya pada konsentrasi 3.2 mM Al menghambat pertumbuhan daun.
pH 4, Al memacu pertumbuhan akar kedua spesies Melastoma. Pada pH 4, sebagian besar Al dalam bentuk Al+3, selain bentuk Al(OH)+2 dan Al(OH)2+
(Snowden 1994 dalam Anwar 1999), sehingga mudah diserap akar Melastoma.. Penyerapan Al berlangsung melalui jalur apoplas dan simplas (Watanabe et al. 2001) yang dipercepat dengan eksudasi oksalat ke apoplas dan rhizosfer (Watanabe & Osaki 2002). Disamping itu, penyerapan NH4 sebagai sumber N menggantikan Al pada ruang pertukaran kation pada dinding sel (Donnan free space) dan pelepasan H+ menjaga keasaman apoplas sehingga Al tetap larut (Watanabe et al. 1998b). Kondisi ini meningkatkan permeabilitas membran sehingga Al ditranspor secara pasif ke sitosol tanpa menggangu fungsi chanel kation (Watanabe et al. 2001). Keberadaan Al dalam sitosol mensignali aktivitas beberapa enzim dalam siklus TCA (tricarboxylat acid) untuk sintesis asam sitrat dan oksalat, sehingga Al dengan cepat ditranspor untuk diakumulasi di dalam vakuola sel-sel epidermis dan korteks akar serta vakuola sel-sel epidermis dan mesofil daun (Watnabe et al. 1998a; Watanabe & Osaki 2002). Mekanisme ini menyebabkan detoksifikasi Al sehingga tidak mengganggu metabolisme di dalam sitosol sel-sel akar.
Selain itu, keberadaan Al menghambat akumulasi lignin pada sel-sel korteks ujung akar, sehingga daya elastisitas dan viskositas dinding sel tidak terganggu dan mendukung pemanjangan sel (Watanabe et al. 2005a).
Al dapat meningkatkan aktivitas akar untuk menyerap unsur hara seperti N, P dan K (Watanabe et al. 2005a) sehingga menunjang pertumbuhan akar. Pertambahan panjang akar pada kedua spesies Melastoma terindikasi oleh Al mulai dari konsentrasi 0.8 mM Al dan meningkat hingga lebih dari 50% pada konsentrasi Al 1.6 mM dan 3.2 mM (Tabel 10 dan 11).
Tabel 10 Pengaruh Al pada pH 4 terhadap pertambahan panjang akar M.
malabathricum selama 8 minggu perlakuan.
Al (mM) *PA (cm) *PPA
0 13.85 0
0.8 16.83 21.52
1.6 23.03 66.28
3.2 24.34 75.74
31
Tabel 11 Pengaruh Al pada pH 4 terhadap pertambahan panjang akar M. affine selama 6 minggu perlakuan.
Al (mM) *PA (cm) *PPA
0 11.49 0
0.8 12.56 9.31
1.6 18.07 57.27
3.2 19.58 70.41
Keterangan : *PA (cm) : Pertumbuhan akar; * PPA : Persentase Pertumbuhan Akar
Perlakuan Al pada konsentrasi rendah juga menghasilkan akar dengan warna putih pada kedua spesies Melastoma (Gambar 2B, 2C, 5I dan 5J). Pemanjangan akar yang diinduksi oleh Al pada pH 4 juga terjadi pada tanaman kanola (Brassica nopus) (Clune & Copeland 1999).
Lignin merupakan bahan penguat yang terdapat bersama selulosa dan polisakarida lain di dinding sel tertentu (terutama xilem). Dalam jumlah banyak lignin terhimpun di lamela tengah, dinding primer dan dinding sekunder dari unsur xilem dan terdapat diantara mikrofibril sehingga menghasilkan sifat kaku dan kuat pada xilem (Salisbury & Ross 1995). Watanabe et al. (2006) menyatakan bahwa Fe dapat bersifat toksik pada M. malabathricum bila tidak terdapat Al pada media tumbuh. Toksisitas Fe dalam menghambat pemanjangan akar M. malabathricum adalah dengan terbentuknya peroksida lipid dan deposit lignin pada sel-sel akar. Peroksida lipid menyebabkan terganggunya fungsi membran plasma sehingga penyerapan dan translokasi unsur hara menurun. Sedangkan deposit lignin pada dinding sel menghambat pemanjangan sel sehingga menghambat pertumbuhan akar. Perlakuan Al memperbaiki semua gangguan pada akar M. malabathricum yang disebabkan oleh toksisitas Fe sehingga menjaga kelangsungan pertumbuhan akar M. malabathricum.
Pada tumbuhan lain kelarutan Al yang tinggi pada pH 4 menyebabkan hambatan perpanjangan akar yang diakibatkan oleh akumulasi Al pada ujung akar. Pada padi Japonica, Sabana 6, IR72, IR36 dan Kasalath pertumbuhan akar terhambat oleh 20 µM Al pada pH 4.2 (Watanabe & Okada 2005). Pada gandum varietas Atlas 66 dan Scout pertumbuhan akar terhambat oleh 10 µM Al pada pH 4.5 (Ma et al. 2004). Pada jagung varietas HS 16x36 pertumbuhan akar terhambat oleh 50 µM pada pH 4.3 (Doncheva et al. 2005), dan akar kedelai varietas Lumut
yang peka Al terhambat oleh 0.8 mM Al, sedangkan pada varietas Sindoro, Slamet, Sicinang, dan Yellow Biloxy yang toleran Al, akar terhambat oleh 2.4 mM Al pada pH 4 (Anwar 1999).
pH 3, perlakuan Al menyebabkan gangguan pada pertumbuhan akar kedua spesies Melastoma. Kondisi pH 3 menyebabkan Al dalam media kultur dalam bentuk Al+3, Al(OH)+2 dan Al(OH)2+ dengan konsentrasi lebih tinggi dari pH 4, sehingga akumulasi Al pada sel-sel ujung akar melebihi kemampuan Melastoma mendetoksifikasinya dan rusak. Rusaknya bagian ini menyebabkan hambatan perpanjangan akar kedua spesies Melastoma. Hambatan perpanjangan akar terjadi mulai konsentrasi 0.8 mM Al dan pada M. malabathricum. Peningkatan konsentrasi Al menjadi 1.6 mM dan 3.2 mM menyebabkan penurunan pertumbuhan akar M. malabathricum (Tabel 12).
Tabel 12 Pengaruh Al pada pH 3 terhadap pertambahan panjang akar M.
malabathricum selama 8 minggu perlakuan.
Al (mM) *PA (cm) *PPA
0 19.64 0
0.8 9.44 -51.93
1.6 7.36 -62.53
3.2 8.62 -56.11
Keterangan : *PA (cm) : Pertumbuhan akar; * PPA : Persentase Pertumbuhan Akar
Sedangkan pada M. affine hambatan perpanjangan akar mulai terjadi pada konsentrasi 1.6 mM Al dan pada konsentrasi 3.2 mM Al, pertumbuhan akar terhambat lebih dari 50% (Tabel 13).
Tabel 13 Pengaruh Al pada pH 3 terhadap pertambahan panjang akar M. affine selama 6 minggu perlakuan.
Al (mM) *PA (cm) *PPA
0 14.75 0
0.8 15.09 2.31
1.6 10.28 -30.31
3.2 5.88 -60.14
33
Keberadaan Al menyebabkan kerusakan pada bagian ujung akar, dimana tudung akar yang merupakan sensor akar terhadap cekaman Al juga rusak (Marschner 1995). Akumulasi Al pada inti sel meristem menyebabkan terhentinya pembelahan sel meristem apikal akar (Matsumoto 1991; Rincon & Gonzales 1992) dan ikatan Al yang kuat dengan dinding sel-sel zona pemanjangan menghambat pemanjangan akar (Ma et al. 2004). Rusaknya bagian ujung akar menyebabkan terjadinya hambatan perpanjangan akar kedua spesies Melastoma, dan kerusakan akar meningkat dengan meningkatnya konsentrasi Al menjadi 1.6 mM dan 3.2 mM (Gambar 4 dan 7).
Kenampakkan mulai terganggu pertumbuhan pada kedua spesies Melastoma pada pH 3 yang hanya ada di laboratorium dan lebih rendah dari pH alam yaitu 4.3 (Gajrug dan Jasinga) (Basuki 2007). Hasil ini menunjukkan bahwa tanaman
Melastoma memiliki ketahanan terhadap tanah asam.
Mekanisme detoksifikasi Al secara internal ini menyebabkan Melastoma mampu beradaptasi baik pada media kultur yang asam dengan kandungan Al tinggi dan menjadikan tanaman ini sebagai model ketahanan pada tanah asam