TINJAUAN PUSTAKA

Kedelai (Glycine max (L.) Merrill)

Tanaman kedelai merupakan tanaman yang berasal dari Cina bagian utara, sekitar abad ke 11 SM. Kedelai selanjutnya tersebar ke negara lain diantaranya: Mancuria, Korea, Jepang dan Rusia. Kedelai kemudian diintroduksi ke sebagian besar negara Asia Selatan dan Asia Tenggara (Maesen & Somaatmadja, 1993).

Umumnya tanaman kedelai berupa terna semusim yang tumbuh tegak kadang menjalar, dengan ketinggian berkisar antara 10 - 200 cm, bercabang sedikit atau banyak, tergantung kultivar dan lingkungan hidupnya. Kultivar kedelai berdaun lebar dapat menghasilkan benih yang lebih banyak karena mampu menyerap sinar matahari lebih banyak dibandingkan jika berdaun sempit. Bunga kedelai merupakan bunga sempurna yang berbentuk kupu-kupu (Papilionaceus). Bentuk polongnya, rata atau agak melengkung (Suprapto, 1992).

Benih kedelai mempunyai dua keping kotiledon. Kotiledon ini sering disebut dengan belahan benih atau keping benih, karena itu benih kedelai digolongkan dalam tanaman berkeping dua (dikotil). Warna kulit benih kedelai beragam, ada yang kuning, hijau, coklat dan hitam. Bentuk benih kedelai berbeda-beda tergantung kultivar, bulat, agak panjang dan bulat telur, sebagian besar kultivar kedelai bijinya bulat panjang (Suprapto, 1992).

Sistem perakaran tanaman kedelai adalah tunggang yang membentuk akar-akar cabang tumbuh menyamping (horizontal) tidak jauh dari permukaan tanah. Perkembangan akar kedelai ini dapat mencapai kedalaman hingga 2 meter yang dipengaruhi oleh cara pengolahan tanah, pemupukan, tekstur tanah, sifat kimia-fisik tanah, air dan lain-lain (Hidayat, 1985). Jika pada akar tanaman kedelai terdapat bakteri maka akan terbentuk bintil akar. Perkembangan bintil akar diawali akar tanaman memberikan sinyal yang hanya dapat dibaca oleh bakteri penambat nitrogen. Kolonisasi bakteri Rhizobium sp. terjadi disekitar bulu akar, selanjutnya enzim dari bakteri merombak dinding sel akar sehingga bakteri dapat masuk ke bulu akar. Bulu akar tersebut membentuk struktur yang disebut dengan benang infeksi. Benang infeksi membawa bakteri berubah menjadi bakteroid, bakteroid menyebabkan sel korteks dalam dan sel perisikel membelah.

Pembelahan dan pertumbuhan sel korteks dan perisikel membentuk bintil akar dewasa seperti yang terlihat pada Gambar 1 (Salisbury & Ross,1955; Hidayat, 1985; Yutono, 1985).

Gambar 1. Bintil akar pada tanaman kedelai

Tanaman kedelai dapat hidup bersama dengan bakteri Rhizobium sp. dalam menambat nitrogen dari udara, yang kemudian dapat digunakan untuk pertumbuhan tanaman kedelai. Sebaliknya, Rhizobium sp. juga memerlukan makanan yang berasal dari tanaman kedelai dan tempat untuk hidupnya. Hubungan hidup yang saling menguntungkan ini disebut simbiosis mutualisme (Jhonston, 1991).

Peranan bakteri Rhizobium sp. sebagai inokulan, adalah menyediakan nitrogen secara tidak langsung sehingga membantu mengurangi biaya produksi (Pasaribu dkk., 1989). Menurut Widiastuti (1989), bakteri Rhizobium sp. dapat menyuburkan tanah secara hayati sehingga meningkatkan kualitas dan kuantitas produksi tanaman.

Rhizobium sp dan manfaatnya

Rhizobium sp. adalah bakteri tanah yang memiliki karakter yang unik yaitu dapat hidup bersimbiosis pada akar tanaman Leguminosae dengan membentuk bintil akar dan melakukan proses penambatan nitrogen (Suprapto, 1992). Bentuk selnya batang dengan ukuran 0.5-0.9 x 1.2-3.0 µm, tidak membentuk spora, bergerak bebas dengan menggunakan flagela, bersifat aerob, tumbuh baik pada suhu 25-30⁰C dan pH 6-7 (Bergey’s 1984).

Klasifikasi bakteri Rhizobium sp. menurut Salle ( 1961), sebagai berikut: Division : Protophyta Kelas : Schizomycetes Ordo : Eubacteriales Familia : Rhizobiaceae Genus : Rhizobium Spesies : Rhizobium sp.

Sejak ditemukannya bakteri Rhizobium sp., banyak ahli taksonomi mencoba memberi nama bakteri Rhizobium sp. berdasarkan: nama tanaman inangnya, kelompok inokulasi silang (cross inoculation) dimana Rhizobium sp. diinokulasi pada tanaman inang lain, karakter pertumbuhan bakteri Rhizobium sp. sehingga penamaan bakteri Rhizobium seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1.Pengolongan bakteri Rhizobium berdasarkan nama tanaman inangnya, kelompok inokulasi silang dan karakter pertumbuhannya

No. Tanaman inang ^Bakteri^Rhizobium yang tumbuh cepat

Tanaman inang lain inokulasi silang 1. Leguminosae Rhizobium

leguminosarum

Pisum sp., Vicia sp., Lena culinaria

2. Phaseolus Rhizobium phaseoli Phaseolus vulgaris, Phaseolus coccineus

3. Trifolii Rhizobium trifolii Trifolium subterraneum, Trifolium sp.

4. Melilotus Rhizobium meliloti Medicago sativa, Melilotus sp., Trigonella sp.

No. Tanaman inang ^Bakteri^Rhizobium yang tumbuh lambat

Tanaman inang lain inokulasi silang

1. Lupinus Rhizobium lupini Lupinus sp., Ornithopus sp. 2. Glycine Rhizobium japonicum Glycine max

Rhizobium sp. Vigna sp.,Macroptillium sp., dllnya

Pengaruh Rhizobium sp. terhadap mutu fisiologi benih

Sejak orang mengetahui manfaat simbiosis Rhizobium sp. dengan tanaman legum dalam memfiksasi N bebas di udara, penelitian-penelitian dalam bidang fiksasi N secara biologis terus berkembang. Penelitian dilakukan untuk mencari alternatif sumber N sehubungan dengan peningkatan produksi tanaman yang aman dan ramah lingkungan. Kemampuan bakteri Rhizobium sp. mampu memberikan unsur nitrogen dalam bentuk asam amino terhadap tanaman kedelai. Bakteri Rhizobium sp. yang menginfeksi perakaran tanaman membentuk bintil akar sebagai tempat tinggal dalam melaksanakan proses penambatan N dan dalam hidupnya bakteri mendapatkan nutrisi dan energi dari hasil metabolisme tanaman (Suharjo & Joko, 2001).

Penggunaan inokulan dapat memperbaiki kesuburan dan keseimbangan hara dalam tanah. Penggunaan inokulan juga mampu meningkatkan kandungan unsur N tanah total hingga 20% sehingga hasil produksi kedelai dapat ditingkatkan hingga 30-45% bahkan pada tanah yang kurang subur produksi kedelai mampu meningkat hingga 50% (Laporan kegiatan kedelai plus, 2005).

Menurut Sutanto (2002), bakteri Rhizobium sp. yang berasosiasi dengan tanaman legum mampu memfiksasi 100-300 kg N / ha dalam satu musim tanam dan meninggalkan sejumlah N untuk tanaman berikutnya. Permasalahan yang perlu diperhatikan agar proses simbiosis dapat terjadi adalah kecocokan bakteri Rhizobium sp. dengan tanaman inangnya. Beberapa faktor lain seperti pH tanah, suhu, sinar matahari, ketersediaan unsur hara untuk aktifitas bakteri Rhizobium sp. Inokulasi bakteri Rhizobium sp. pada benih (seperti produk legin) biasa digunakan di Indonesia. Beberapa metode aplikasi bakteri Rhizobium sp. yaitu pelapisan benih dan metode tepung inokulan. Aplikasi pelapisan pada benih misalnya benih kedelai dibasahi dengan air secukupnya kemudian diberikan bubuk bakteri Rhizobium sp. sehingga inokulan menempel pada permukaan benih. Aktifitas bakteri Rhizobium sp. terjadi pada saat akar terinfeksi kemudian membentuk bintil akar. Pembentukkan bintil akar terjadi 15 - 20 hari setelah tanam (Adisarwanto, 2005).

Ditambahkan pula oleh Adijaya et al . (2009) peningkatan pertumbuhan tanaman kedelai yang diberi bakteri Rhizobium sp. disebabkan semakin

meningkatnya fiksasi N dari udara. Hal ini berpengaruh terhadap metabolisme tanaman, dimana hasil asimilat/fotosintat ditranslokasikan ke organ penyimpanan seperti terjadinya peningkatan jumlah polong, bobot biji yang berpengaruh terhadap peningkatan produksi benih.

Kenaikkan produksi kedelai karena penggunaan inokulan sangat beragam, hal ini karena pengaruh beberapa faktor antara lain: varietas dan kualitas benih kedelai, tingkat kesuburan tanah, kerapatan dan cara perawatan tanaman. Tabel 2 menunjukkan produksi (ton/ha.) berbagai varietas kedelai dengan pemberian inokulan dibandingkan dengan tanaman kedelai tanpa pemberian inokulan bakteri Rhizobium sp.

Tabel 2. Produksi berbagai varietas kedelai dengan pemberian inokulan

Var. kedelai ^{Hasil (ton/ha.)} Kenaikan (%)

Tanpa Inokulan Inokulan

Lokal 1.60 2.40 50.00 Lokon 1.90 3.10 63.15 1340 1.20 1.49 24.16 Taichung 0.76 1.26 65.78 Guntur 0.84 1.04 23.80 Kerinci 1.00 1.10 10.00 Wilis 1.00 1.20 20.00 Tidar 1.20 1.30 8.33 Orba 0.60 1.20 88.33 Galunggung 0.50 1.00 100.00 29 0.60 1.30 116.00 Lokal 0.60 1.10 83.33

Sumber: Hayati Silalahi (2008)

Benih kedelai merupakan benih yang cepat sekali mengalami penurunan mutu. Benih kedelai yang sudah mengalami penurunan mutunya dapat ditingkatkan vigornya melalui invigorasi. Salah satu perlakuan invigorasi dengan Matriconditioning plus inokulan Bradyrhizobium japonicum dan Azospirillum lipoferum selama 12 jam terbukti efektif dalam meningkatkan bobot brangkasan kering, jumlah polong, hasil benih per tanaman, hasil benih per petak lebih tinggi dibandingkan kontrol (Ilyas et al.,2003)

Menurut Khalequzaman & Hossain (2008), perlakuan inokulasi bakteri Rhizobium sp. pada tanaman kacang-kacangan dapat meningkatkan daya berkecambah, indeks vigor, tinggi tanaman, jumlah polong per tanaman, berat

polong per tanaman, berat biji per tanaman dan benih bebas dari serangan penyakit. Daya berkecambah antara kontrol pada benih yang diinokulasi dengan bakteri Rhizobium menunjukkan: Rhizobium binar p6 : 86.85% dan Rhizobium binar p 36: 92.00% sedangkan kontrol menunjukkan daya berkecambah: 70.95%.

Pengembangan produksi tanaman dengan menggunakan inokulan perlu mendapat perhatian karena hasil produksi tanaman lebih aman untuk kesehatan dan penggunaan inokulan tidak merusak lingkungan. Penggunaan inokulan membantu dalam keberhasilan usaha produksi benih tanaman untuk menghasilkan benih bermutu (Saut, 2002).

Hasil penelitian Cooper (1962), menunjukan bahwa benih legum yang telah diinsersi bakteri Rhizobium melilotii berlabel menggunakan teknologi vakum lebih baik dibandingkan dengan benih hanya dicampur dengan inokulan secara manual. Dalam hal inipengaruh nodulasi yang terjadi pada benih yang diinsersi bakteri berlabel lebih baik karena bakteri dalam benih lebih banyak jumlahnya dan membantu dalam melakukan fiksasi nitrogen untuk pertumbuhan tanaman.

Keuntungan benih yang telah diinsersi mengandung mikroorganisme bermanfaat, dimana pada saat benih berkecambah mikroorganisme akan membantu tanaman dalam proses metabolisme sehingga tanaman dapat tumbuh dan kelangsungan hidup mikroorganisme seperti bakteri Rhizobium sp. tetap dapat dipertahankan. Hubungan kerjasama tanaman dengan bakteri ini disebut simbiosis mutualisme (United States Patent, 1995)

Gambar 2 memberikan ilustrasi sederhana dimana populasi bakteri tertentu pada kondisi suhu ruang diinsersi masuk ke dalam benih yang kualitasnya baik.

Gambar 2. Ilustrasi insersi bakteri Rhizobium sp.ke dalam benih

Teknologi ini diharapkan dapat membantu petani dalam menggunakan benih plus dan benih plus memberi nilai tambah ramah lingkungan karena mikroba yang diinsersi memiliki kemampuan melakukan penambatan nitrogen secara hayati (Sukiman, 2008).

Ditambahkan pula oleh Egli et al.(1970), penggunaan pupuk urea untuk meningkatkan pertumbuhan kedelai diperlukan hanya sebagai pemicu sebelum bintil mencapai perkembangan dan sanggup untuk memenuhi kebutuhan N yang dibutuhkan tanaman sedangkan pupuk yang diberikan selanjutnya hanya untuk memenuhi kebutuhan N yang tinggi pada saat pengisian polong pada tanaman kedelai.

Penggunan teknologi insersi bakteri Rhizobium sp. yang juga dikenal dengan kedelai plus telah diuji coba di lapangan dan hasilnya dapat dilihat pada Tabel 3. menunjukkan bahwa produksi kedelai plus dua kali lebih tinggi dibandingkan dengan produksi kedelai biasa atau tanpa insersi (Sukiman, 2008).

Tabel 3. Uji aplikasi kedelai insersi bakteri Rhizobium sp. di beberapa lokasi di Jawa Barat.

Sumber: Sukiman (2008)

Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi produksi dan kualitas benih adalah faktor lingkungan tumbuh tanaman kedelai seperti cahaya (Kantolic & Slafer, 2007), pemberian hormon tumbuh (Golunggu et al., 2007) dan unsur hara (Anetor & Akinrinde, 2006).

Kemunduran benih bersifat inexorable yaitu tidak dapat dihindari dan pasti terjadi, namun kita dapat membuat proses kemunduran benih menjadi lambat dengan mengatur lingkungan simpan yang optimum disertai dengan viabilitas

Lokasi ^{Kedelai Biasa}

(ton/ha) Kedelai Plus (ton/ ha) Cihideung Jabar 0.80 1.75 - 2.0 Cikampak Jabar 0.80 1.70 - 2.0 Cicurug, Jabar Ciomas , Jabar Taman Sari ,Jabar Cililin Jabar 0.70 0.70 0.70 0.80 1.70 - 2.0 1.28 - 1.45 1.37 - 1.74 1.70 - 2.00

awal yang tinggi dan kadar air benih yang optimum. Penggunaan inokulan yang diinsersi pada benih kedelai membantu dalam meningkatkan produksi dengan cara simbiosa antara tanaman dan bakteri Rhizobium sp.

Pengaruh periode simpan terhadap mutu fisiologi benih.

Kemunduran benih sering terjadi di daerah tropis, dimana lamanya penyimpanan benih merupakan salah satu faktor pembatas produksi kedelai sehingga penyediaan benih berkualitas tinggi makin menurun. Pengadaan benih kedelai dalam jumlah yang cukup dan tepat waktu menjadi kendala karena daya simpan benih yang rendah, sementara itu pengadaan benih bermutu tinggi merupakan unsur penting dalam upaya peningkatan produksi benih tanaman.

Proses kemunduran benih secara fisiologis ditandai dengan penurunan daya berkecambah dimana jumlah kecambah abnormal lebih besar. Hal ini dapat berpengaruh apabila benih tetap digunakan sehingga banyak benih tidak berkecambah di lapangan (field emergence), pertumbuhan dan perkembangan tanaman terhambat, menurunnya kepekaan terhadap lingkungan yang ekstrim yang akhirnya dapat mengurangi produksi benih tanaman (Copeland & MC. Donald, 1985).

Kemunduran benih kedelai selama penyimpanan dapat terjadi lebih cepat tergantung dari vigor benihnya. Benih yang memiliki vigor rendah akan menyebabkan pemunculan bibit di lapangan rendah, terutama dalam kondisi tanah yang kurang ideal. Hal ini perlu diperhatikan agar benih kedelai yang akan digunakan harus disimpan dalam lingkungan yang menguntungkan (suhu rendah), sehingga kualitas benih tetap tinggi dan stabil sampai diakhir penyimpanan (Viera et al.,2001).

Menurut Harrington (1972), masalah yang dihadapi dalam penyimpanan benih makin kompleks sejalan dengan meningkatnya kadar air benih. Penyimpanan benih yang berkadar air tinggi dapat menimbulkan resiko terserang cendawan. Benih bersifat higroskopis, sehingga benih akan mengalami kemundurannya tergantung dari tingginya faktor kelembaban relatif udara dan suhu lingkungan dimana benih disimpan.

Faktor-faktor lain yang mempengaruhi viabilitas benih selama penyimpanan yaitu faktor internal dan eksternal. Faktor internal mencakup sifat genetik, daya tumbuh dan vigor, kondisi kulit dan kadar air benih awal. Faktor eksternal antara lain kemasan benih, komposisi gas, suhu dan kelembaban ruang simpan (Copeland & Donald, l985 ; Purnomo, 2010). Ditambahkan pula oleh Justice dan Bass (1994), laju penurunan vigor dan viabilitas benih dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya faktor genetik dari spesies atau kultivar, kondisi benih, kondisi penyimpanan, keseragaman lot benih serta keberadaan mikroba patogen yang dapat merusak benih selama disimpan

Loch dan Ferguson (1999) menyatakan bahwa penggunaan jenis kemasan benih merupakan hal yang paling utama dan penting untuk diperhatikan. Jenis kemasan benih untuk menjaga kelembaban seperti kaleng dari timah, plastik atau aluminium foil. Pemilihan kemasan benih perlu diperhitungkan jumlah dari benih tersebut. Jenis pengemasan untuk penyimpanan jangka panjang atau jangka pendek. Penyimpanan benih dalam jumlah yang kecil dapat disimpan dengan menggunakan kaleng dari aluminium atau fiberboard dengan aluminium foil, kantong polietilen dan karung goni atau kertas.

Hasil penelitian yang dilakukan Andrew (1970) menunjukkan benih kedelai yang berkadar air awal 10,4% atau lebih rendah yang dikemas dengan plastik polietilen dapat mempertahankan viabilitas lebih dari 80% selama 18 bulan. Menurut Chai et al. (2001), perkecambahan benih kedelai akan menurun dari perkecambahan awal yaitu diatas 90% menjadi 0% tergantung spesies dan kadar air selama penyimpanan. Dilain pihak Yaya et al. (2003) menyatakan bahwa benih kedelai yang disimpan dengan kadar air 6% dan 8% selama 4 bulan pada suhu 15⁰C memiliki persentase perkecambahan diatas 70%.

Faktor genetik merupakan faktor bawaan yang berkaitan dengan komposisi genetika suatu benih. Setiap jenis atau varietas benih memiliki identitas genetik yang berbeda. Sebagai contoh, daya simpan benih kedelai lebih rendah jika dibandingkan dengan daya simpan benih tanaman lain seperti benih jagung. Selain itu kekuatan tumbuh atau vigor dari produksi benih jagung hibrida lebih tinggi dari benih jagung biasa. Semua perbedaan tersebut diakibatkan perbedaan gen yang ada di dalam benih (Budiyanto, 2012).

Sukarman dan Raharjo (2000), juga menambahkan bahwa faktor bawaan dari suatu varietas kedelai berbiji kecil dan kulit berwarna gelap lebih toleran terhadap deraan fisik (suhu 42⁰C dan kelembaban 100%) dibanding varietas berbiji besar dan berkulit terang. Hasil penelitiannya, menunjukkan bahwa kedelai varietas Cikuray yang memiliki biji sedang, kulit berwarna hitam dan kedelai varietas Tidar berbiji kecil, kulit berwarna kuning memiliki daya simpan yang lebih baik dibandingkan dengan kedelai varietas Wilis berbiji sedang, berkulit kuning. Daya berkecambah benih varietas Cikuray dan varietas Tidar masih diatas 80% setelah lima bulan penyimpanan, sedangkan daya tumbuh benih kedelai varietas Wilis menurun hingga 60% setelah lima bulan penyimpanan.

Menurut Kartono (2004) cara penyimpanan benih menjadi faktor yang sangat penting. Penyimpanan dalam kondisi terbuka dalam waktu 3 bulan menyebabkan kerusakan benih mencapai 25% dengan daya berkecambah 70%. Penyimpanan ini dilakukan pada kadar air awal sekitar 9 % dan daya berkecambah 95%. Hasil percobaan menunjukkan kadar air awal rendah pada penyimpanan terbuka menyebabkan kerusakan benih yang tinggi, menurunnya daya berkecambah dan daya simpan tidak bisa lama. Dengan demikian penyimpanan benih terbuka hanya untuk benih yang segera akan digunakan.

Penelitian dengan menggunakan teknik insersi mikroba pada benih kedelai diharapkan dapat membantu dalam menjaga agar benih tetap memiliki kualitas yang tinggi dan stabil dengan memperhatikan faktor-faktor internal dan eksternal benih. Mikroba yang diinersi ke dalam benih menjadi lebih aman dari kondisi ekstrim diluar benih. Teknik insersi mikroba dengan teknologi vakum bermanfaat sebagai suatu cara aplikasi yang efisien dan sederhana. Insersi mikroba ke dalam benih merupakan solusi untuk memecahkan berbagai permasalahan aplikasi inokulan mikroba yang dihadapi petani sehingga peran mikroba yang dinsersi dapat tercapai secara optimal.