CEKAMAN ALUMINIUM PADA TANAMAN PADI (Root Re-Growth as an Aluminum Tolerance Parameter in Rice)
Abstrak
Aluminium merupakan salah satu faktor utama yang membatasi produksi tanaman pertanian di tanah masam. Tanaman yang toleran Al dapat diseleksi menggunakan parameter fisiologi terkait toleransi cekaman Al seperti kemampuan
Root Re-Growth (RRG) setelah tercekam Al. Penelitian ini bertujuan menentukan
konsentrasi dan waktu periode cekaman Al yang dapat membedakan respon terhadap cekaman Al pada tiga genotipe padi gogo lokal (Grogol, Hawara Bunar, dan Krowal) dan varietas padi sensitif Al (IR64), dan mengevaluasi keefektifan karakter RRG sebagai parameter toleransi cekaman Al pada tanaman padi. Penelitian ini terdiri dari tiga percobaan, yaitu (1) percobaan kultur hara menggunakan berbagai perlakuan konsentrasi Al di ruang pertumbuhan, (2) percobaan pot di rumah kaca menggunakan media tanah masam Podsolik Merah Kuning berkelarutan Al tinggi, dan (3) phenotyping populasi padi F2 menggunakan karakter RRG. Karakter RRG dapat dijadikan parameter toleransi cekaman Al pada tanaman padi menggunakan perlakuan cekaman Al sebesar 15 ppm pada pH 4.0±0.02 selama 72 jam dan pemulihan selama 48 jam. Percobaan pot menggunakan media tanah masam berkelarutan Al tinggi memberikan hasil yang sejalan dengan percobaan kultur hara. Grogol dan Hawara Bunar termasuk genotipe padi yang toleran Al, sedangkan IR64 dan Krowal termasuk genotipe padi yang sensitif Al. Karakter RRG efektif digunakan untuk menyeleksi tanaman padi yang toleran Al pada populasi segregasi F2.
Kata kunci: root re-growth, toleransi cekaman aluminium, parameter, padi. Abstract
Aluminum (Al) is one of the major limiting factors of crop production in acid soils. Aluminum tolerant plants can be selected from a breeding population by one of the physiological parameters representing Al tolerance character, such as root re-growth capability during recovery from the Al-stress. In this study we determined the concentration and time exposure of Al stress that was able to differentiate the response of three local upland rice varieties (Grogol, Hawara Bunar, and Krowal) and an Al-sensitive rice variety (IR64) to Al-stress, and evaluated the effectiveness of root re-growth (RRG) characters as an Al tolerance parameter in rice. The study consisted of three experiments, which were (1) nutrient culture experiment with different Al concentration treatments in growth chamber, (2) pot experiment in greenhouse using Jasinga yellow red podzolic acid soil containing 26,66 me/100 g Al and pH 4,6 as planting media, and (3) phenotyping of F2 population using RRG character. The results showed that Al treatment at 15 ppm for 72 h was able to distinctly differentiate between
Al-the nutrient culture. Phenotyping of F2 population using RRG character indicated the existence of RRG value variation. These variations demonstrated that RRG character can be used as an Al tolerance parameter in rice and therefore can be effectively applied to screen rice F2 population that segregate to Al tolerance character.
Key words: root re-growth, aluminum tolerance, parameter, rice. Pendahuluan
Aluminium (Al) merupakan salah satu faktor utama yang membatasi produksi tanaman pertanian pada tanah masam karena Al dapat menjadi racun bagi tanaman. Keracunan akibat kelarutan Al yang tinggi pada tanah masam dapat diperbaiki dengan pengapuran, namun tindakan ini tidak praktis dan membutuhkan biaya tinggi. Pendekatan alternatif yang mungkin dilakukan adalah menggunakan genotipe-genotipe tanaman yang toleran Al. Beberapa genotipe padi lokal asal Indonesia telah dievaluasi dan dilaporkan toleran terhadap cekaman Al (Khatiwada et al. 1996). Penapisan terhadap 150 genotipe/varietas padi lokal Indonesia oleh Asfaruddin (1997), Farid (1997), dan Syakhril (1997), yaitu dengan menanam semua genotipe/varietas padi di tanah masam dengan pH 4.9, kelarutan Al 2.6 me/100 g, dan kejenuhan Al sekitar 70%, menunjukkan ada empat genotipe yang tergolong toleran Al, tahan kekurangan N dan penyakit blas, serta efisien menggunakan K dalam keadaan tercekam Al. Keempat genotipe tersebut adalah Grogol, Hawara Bunar, Jambu, dan Seratus Malam. Genotipe yang tergolong sensitif Al diantaranya Jatiluhur, Krowal, Randah Padang, dan Sirumbia.
Penanaman di tanah masam dengan kelarutan Al yang tinggi untuk menapis plasma nutfah padi merupakan cara paling akurat untuk mengidentifikasi derajat toleransi tanaman padi terhadap cekaman Al. Namun demikian, uji lapang ini membutuhkan areal yang lebih luas, waktu yang lama untuk memperoleh data karena pengamatan dilakukan sampai tanaman dewasa atau berproduksi, konsentrasi Al di lapang tidak seragam, dan pengaruh lingkungan sangat besar (Anas & Yoshida 2000). Oleh karena itu perlu dikembangkan suatu metode seleksi yang secara efisien dapat diaplikasikan pada fase awal pertumbuhan tanaman dan pada kondisi konsentrasi Al yang seragam. Metode tersebut adalah
metode kultur hara (Khatiwada et al. 1996; Miftahudin et al. 2002; Zhang et al. 2004) dan morfologi yang diukur adalah panjang akar karena Al secara cepat (yang terjadi hanya beberapa menit setelah tanaman terpapar Al) menghambat pertumbuhan akar (Kochian et al. 2004). Beberapa peubah yang dapat digunakan untuk mengukur toleransi cekaman Al pada metode kultur hara adalah Panjang Akar Relatif (PAR atau RRL, Relative Root Length), pemanjangan akar relatif (RRE, Relative Root Elongation), dan pertumbuhan kembali akar (RRG, Root
Re-Growth) setelah tanaman mendapat perlakuan cekaman Al. Peubah PAR telah
digunakan oleh Suparto (1999) untuk mengevaluasi 20 genotipe padi hasil penapisan di lapang oleh Asfaruddin (1997), Farid (1997), dan Syakhril (1997). Hasilnya menunjukkan bahwa beberapa genotipe padi menunjukkan perbedaan toleransinya terhadap cekaman Al antara hasil uji lapang dan kultur hara.
Selain ketidakkonsistenan antara hasil uji lapang dengan kultur hara, kelemahan karakter PAR lainnya adalah kesulitan untuk mencari akar kecambah padi yang seragam sebelum perlakuan Al dan hanya dapat diterapkan pada populasi yang seragam secara genetik seperti galur inbred rekombinan (RIL,
Recombinant Inbred Lines) atau galur mendekati isogenik (NIL, Near Isogenic Lines) karena memungkinkannya memperoleh data panjang akar baik dari
kecambah padi yang ditumbuhkan pada media kontrol (tanpa Al) dan perlakuan cekaman Al. Seleksi tanaman yang toleran Al pada populasi segregasi seperti populasi F2 memerlukan parameter yang dapat diaplikasikan pada tiap tanaman, karena tiap tanaman dalam populasi F2 secara genetik berbeda selain itu tidak memungkinkan dibuat perlakuan pembanding tanpa cekaman Al (kontrol). Oleh karena itu perlu dicari metode penentuan parameter toleransi cekaman Al yang dapat diaplikasikan pada populasi segregasi.
Salah satu karakter yang sudah dikembangkan untuk mengamati toleransi cekaman Al pada populasi segregasi adalah karakter RRG. Karakter RRG ini telah diaplikasikan untuk menentukan toleransi cekaman Al pada tiap individu dari populasi segregasi F2 dan silang balik (backcross) pada tanaman triticale (x
Triticosecale Wittmack) (Zhang et al. 1999) dan rye (Secale cereale L.)
(Miftahudin et al. 2004, 2005). Pada tanaman triticale, toleransi cekaman Al yang dicirikan oleh karakter RRG bersifat kontinu, dikendalikan oleh banyak gen
(poligen), dan tanaman yang toleran Al memiliki nilai RRG lebih besar atau sama dengan 2.2 cm. Pada tanaman rye, karakter RRG dikendalikan oleh gen tunggal dominan dan tanaman yang toleran Al memiliki nilai RRG lebih besar atau sama dengan 2.5 cm.
Parameter RRG didasarkan pada kemampuan akar tanaman untuk tumbuh kembali secara normal setelah tercekam Al. Nilai RRG ditentukan dengan cara menghitung selisih panjang akar utama setelah pemulihan dengan setelah perlakuan Al selama waktu tertentu. Akar dari tanaman yang toleran Al akan sedikit atau sama sekali tidak mengalami kerusakan ketika tercekaman Al dibandingkan akar dari tanaman yang sensitif Al (Delhaize et al. 2004; Liao et al. 2006), sehingga akar dari tanaman yang toleran Al akan memiliki kemampuan pertumbuhan akar kembali yang lebih tinggi dibanding akar dari tanaman yang sensitif Al. Hingga saat ini belum ada yang melaporkan mengenai penggunaan karakter RRG sebagai parameter toleransi cekaman Al pada tanaman padi. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan menentukan konsentrasi dan waktu periode cekaman Al yang dapat membedakan respon terhadap cekaman Al pada tiga genotipe padi gogo lokal (Grogol, Hawara Bunar, dan Krowal) dan varietas padi sensitif Al (IR64), dan mengevaluasi keefektifan karakter RRG sebagai parameter toleransi tanaman padi terhadap cekaman Al.
Bahan dan Metode
Bahan Tanaman. Bahan tanaman yang digunakan adalah tiga genotipe padi gogo lokal Indonesia (Grogol, Hawara Bunar, dan Krowal) dan satu varietas padi sensitif Al (IR64) serta populasi padi F2 hasil persilangan IR64 dengan Hawara Bunar. Benih padi diperoleh dari Kebun Percobaan Muara, Balai Besar Penelitian Tanaman Padi, Bogor, Jawa Barat.
Rancangan Percobaan. Analisis Root Re-Growth (RRG) I dan II merupakan percobaan faktorial yang terdiri dari 2 faktor. Faktor pertama adalah genotipe padi, yaitu Grogol, Hawara Bunar, IR64, dan Krowal. Faktor kedua adalah konsentrasi Al, yakni 2 tingkat konsentrasi Al (45 dan 60 ppm Al) pada analisis RRG I dan 3 tingkat konsentrasi Al (9, 12, dan 15 ppm Al) pada analisis
RRG II. Percobaan disusun berdasarkan Rancangan Acak Kelompok (RAK) dengan 3 ulangan pada RRG I dan 2 ulangan pada RRG II.
Analisis Root Re-Growth (RRG) I. Analisis RRG bertujuan menentukan konsentrasi dan periode cekaman Al serta karakter fisiologis yang tepat sebagai respon tanaman padi terhadap cekaman Al. Analisis RRG dilakukan dengan metode kultur hara di dalam ruang tumbuh (growth chamber) dengan suhu 29°C-31°C dan pencahayaan 300 PPFD (photo proton flux density) selama 12 jam setiap hari. Percobaan terdiri dari tiga ulangan. Tiap ulangan terdiri dari 10 tanaman untuk masing-masing genotipe/varietas padi yang ditanam dalam satu bak kultur hara.
Benih padi direndam dalam larutan khloroks 5.25% selama 15 menit. Setelah dicuci dengan air destilata, biji direndam selama 24 jam dalam air destilata pada suhu ruang dan keadaan gelap, lalu dikecambahkan pada kertas merang lembab selama 3 hari pada suhu ruang. Benih-benih yang berkecambah dipilih sebanyak 10 kecambah per genotipe/varietas padi yaitu yang memiliki panjang akar 0.5-1.0 cm. Kecambah tersebut lalu ditanam pada jaring plastik yang diapungkan di atas larutan hara minimal modifikasi dari Miftahudin et al. (2002) (Lampiran 1), pada pH 4.00±0.02 selama 24 jam dan diberi aerasi. Perlakuan Al dilakukan menggunakan konsentrasi 0 (kontrol), 45, dan 60 ppm Al selama 24 jam. Setelah itu, kecambah ditumbuhkan pada larutan hara tanpa Al selama 48 jam (disebut masa pemulihan pertumbuhan akar). Pengukuran panjang akar dilakukan pada akhir perlakuan cekaman Al dan pada akhir masa pemulihan. Nilai RRG diperoleh dengan cara menghitung selisih panjang akar pada akhir pemulihan dengan panjang akar pada akhir perlakuan Al. Selain RRG, dihitung juga nilai Penghambatan Pertumbuhan Akar (PPA) relatif dan Panjang Akar Relatif (PAR) sebagai pembanding RRG. Persen penghambatan pertumbuhan akar relatif dihitung dengan rumus sebagai berikut:
Δperlakuan: selisih panjang akar sesudah dan sebelum cekaman Al pada setiap perlakuan; Δkontrol: selisih panjang akar pada periode antara sesudah dan
sebelum cekaman Al pada kontrol. Panjang akar relatif (PAR) dihitung dengan rumus sebagai berikut:
Analisis Root Re-Growth (RRG) II. Analisis RRG II dilakukan sama seperti analisis RRG I, tetapi perlakuan cekaman Al diberikan dengan konsentrasi dan periode yang berbeda, yaitu sebesar 0 (kontrol), 9, 12, dan 15 ppm Al pada pH 4.00±0.02 selama 72 jam. Pada analisis RRG II dihitung nilai RRG, PPA, dan PAR.
Uji Toleransi Cekaman Aluminium pada Tanah Masam Berkelarutan Aluminium Tinggi. Tahapan ini dilakukan untuk verifikasi hasil percobaan kultur hara. Percobaan dilakukan di rumah kaca dan masing-masing genotipe/varietas padi diberi dua perlakuan yakni tanah Al dan tanah netral. Tanah Al berupa tanah masam Podsolik Merah Kuning dengan kelarutan Al sebesar 26.66 me/100g dan pH 4.6, diambil dari Gajruk, Jasinga-Bogor, Jawa Barat, sedangkan tanah netral diambil dari daerah Baranangsiang, Bogor. Setiap perlakuan terdiri dari tiga ulangan dan masing-masing ulangan terdiri dari 3 tanaman. Tanaman ditanam secara gogo dalam pot plastik berdiameter 31 cm dan tinggi 22 cm. Respon tanaman yang diamati adalah kerusakan sekunder pada daun setelah 45 hari tanam dan kemampuan setiap tanaman menghasilkan anakan produktif relatif atau memproduksi biji pada saat panen. Anakan produktif relatif = (jumlah anakan pada tanah Al/jumlah anakan pada tanah netral) x 100%.
Analisis RRG pada Populasi Padi F2. Analisis RRG pada populasi padi F2 bertujuan menguji efektifitas karakter RRG sebagai parameter untuk menyeleksi tanaman padi yang toleran Al. Tanaman padi F2 (IR64 X Hawara Bunar) yang dianalisis berjumlah 153 tanaman. Perlakuan Al diberikan pada konsentrasi 15 ppm, pH 4.00±0.02 selama 72 jam dan pemulihan selama 48 jam. Panjang akar diukur setelah akhir perlakuan Al dan pemulihan, lalu dihitung nilai RRG dari setiap tanaman F2.
Analisis Data. Data hasil analisis RRG I dan II dianalisis menggunakan Analisis Ragam untuk Rancangan Acak Kelompok menggunakan program SPSS versi 15.0. Perbedaan di antara perlakuan diuji menggunakan Uji Jarak Berganda Duncan (DMRT, Duncan Multiple Range Test) pada taraf uji 5%. Segregasi karakter RRG pada populasi padi F2 dianalisis menggunakan Uji Khi-Kuadrat pada α = 0.05.
Hasil dan Pembahasan
Karakter Root Re-Growth sebagai Parameter Toleransi Cekaman Aluminium pada Padi
Analisis root re-growth tahap pertaman (RRG I) menunjukkan bahwa nilai RRG pada keempat genotipe padi berbeda nyata, yaitu Grogol dan Hawara Bunar sebagai genotipe padi yang toleran Al (Asfarudin 1997; Farid 1997; Syakhril 1997) memiliki nilai RRG lebih besar dibandingkan IR64 dan Krowal yang sensitif Al (Asfarudin 1997; Farid 1997; Syakhril 1997). Demikian pula dengan nilai penghambatan pertumbuhan akar (PPA) relatif, berbeda nyata antar genotipe padi yang toleran Al dan sensitif Al. Akan tetapi Grogol dan Hawara Bunar sebagai genotipe padi yang toleran Al mengalami penghambatan pertumbuhan akar sama besarnya dengan IR64 dan Krowal yang sensitif Al, yaitu lebih dari 75% (Tabel 1). Nilai PAR pada genotipe padi Grogol, Hawara Bunar, dan Krowal tidak berbeda nyata, tetapi ketiganya berbeda nyata dengan IR64 yang memiliki nilai PAR paling kecil. Hasil analisis RRG tahap pertama ini mengindikasikan bahwa meskipun terdapat perbedaan nyata pada karakter RRG namun tingkat cekaman Al yang digunakan terlalu tinggi sehingga akar tanaman dari genotipe yang toleran Al juga sangat terhambat; dan pengukuran dengan karakter PAR tidak memberikan hasil yang sejalan dengan uji lapang yang telah dilakukan sebelumnya (Asfarudin 1997; Farid 1997; Syakhril 1997).
Profil akar selama cekaman Al menunjukkan bahwa genotipe padi Grogol, Hawara Bunar, IR64, dan Krowal mengalami penghambatan pertumbuhan akar yang sama besarnya. Selama cekaman Al, keempat genotipe padi memiliki akar yang tebal, kaku, pendek, dan akar lateral tidak berkembang dengan baik (Gambar 3). Fenomena ini menunjukkan bahwa cekaman Al yang tinggi dapat merusak
sistem perakaran tanaman (Kochian et al. 2004). Hal ini terjadi karena pada pH<5.0, Al berada dalam bentuk Al3+ yang sangat toksik bagi akar tanaman. Tabel 1. Rata-rata Root Re-Growth (RRG), Penghambatan Pertumbuhan Akar
(PPA) relatif, dan Panjang Akar Relatif (PAR) pada empat genotipe padi menggunakan konsentrasi Al sebesar 45 dan 60 ppm Al selama 24 jam, pH 4.00±0.02 diikuti masa pemulihan selama 48 jam.
Faktor RRG (cm) PPA (%) PAR (%)
Genotipe Grogol 2.5b 76.2b 89.5a Hawara Bunar 3.2a 75.6b 83.3a IR64 2.0c 87.7a 61.9b Krowal 1.0d 89.7a 81.5a Konsentrasi Al (ppm) * 45 2.3 79.7 80.3 60 2.0 84.9 77.6
Keterangan: angka pada kolom dan faktor yang sama yang diikuti oleh huruf yang sama tidak berbeda nyata pada taraf uji 5% (DMRT).
(*): uji F berbeda nyata pada taraf uji 5%.
Gambar 3. Profil akar pada empat genotipe padi setelah perlakuan 0, 45, dan 60 ppm Al pada pH 4.0±0.02 selama 24 jam. G: Grogol, HB: Hawara Bunar, IR: IR64, K: Krowal. Bar = 1cm.
Pada tanaman jagung, daerah 2-3 mm dari ujung akar yang meliputi tudung akar dan meristem merupakan daerah sensitif Al dan dapat rusak oleh Al (Ryan et
al. 1993). Kerusakan pada ujung akar menyebabkan akar tidak dapat tumbuh lagi,
pendek, dan tebal. Hasil penelitian cekaman Al pada tanaman padi genotipe
Taichung Native 1 menunjukkan bahwa semakin tinggi cekaman Al pertumbuhan
Konsentrasi Al yang digunakan pada analisis RRG I terlalu tinggi dan tidak dapat digunakan sebagai kondisi yang tepat untuk membedakan respon genotipe padi yang toleran Al dan sensitif Al. Oleh karena itu dilakukan analisis RRG II menggunakan tingkat cekaman Al yang lebih rendah daripada analisis RRG I.
Sebelum dilakukan Analisis RRG II telah dilakukan percobaan pendahuluan dengan memberikan perlakuan cekaman Al sebesar 3 dan 6 ppm selama 72 jam dan pemulihan selama 48 jam. Hasil percobaan pendahuluan ini menunjukkan kedua konsentrasi Al tersebut tidak dapat membedakan respon pertumbuhan akar antara genotipe padi yang toleran Al dan sensitif Al (data tidak disajikan). Oleh karena itu dilakukan Analisis RRG II dengan cekaman Al sebesar 9, 12, dan 15 ppm selama 72 jam lalu diikuti pemulihan selama 48 jam.
Analisis RRG tahap kedua (RRG II) menunjukkan bahwa nilai RRG dapat membedakan antara genotipe padi yang toleran Al dan sensitif Al, yaitu bahwa Grogol dan Hawara Bunar sebagai genotipe padi yang toleran Al memiliki nilai RRG lebih besar dibandingkan IR64 dan Krowal yang sensitif Al. Nilai PPA relatif Grogol paling kecil dibandingkan ketiga genotipe padi lainnya yang menandakan pertumbuhan akarnya tidak terlalu terhambat. Nilai PPA relatif Hawara Bunar tidak berbeda nyata dengan Krowal yang sensitif Al, namun demikian nilai PPA relatif Hawara Bunar masih lebih kecil dibandingkan Krowal. Varietas padi IR64 memiliki nilai PPA relatif paling besar yang berarti pertumbuhan akarnya paling terhambat. Nilai PAR belum dapat membedakan respon terhadap cekaman Al di antara keempat genotipe padi yang diuji (Tabel 2, Lampiran 3).
Pengamatan dampak keracunan Al terhadap morfologi akar dari keempat genotipe padi menunjukkan bahwa pada perlakuan Al sebesar 15 ppm selama 72 jam, pertumbuhan akar utama dan akar adventif dari genotipe padi yang sensitif Al relatif terhambat dan akar utama tidak mampu tumbuh kembali pada sebagian besar tanaman yang diuji. Sebaliknya pada genotipe padi yang toleran Al, pada saat cekaman maupun pemulihan, akar utama dan akar adventif masih dapat tumbuh dengan baik (Gambar 4). Penghambatan pertumbuhan akar lateral atau adventif akibat cekaman Al juga dijumpai pada genotipe jagung yang sensitif Al (Doncheva et al. 2005).
Tabel 2. Rata-rata Root Re-Growth (RRG), Penghambatan Pertumbuhan Akar (PPA) relatif, dan Panjang Akar Relatif (PAR) pada empat genotipe padi dan pada perlakuan 9, 12, dan 15 ppm Al, pH 4.00±0.02 selama 72 jam diikuti masa pemulihan selama 48 jam.
Faktor RRG (cm) PPA (%) PAR (%)
Genotipe Grogol 2.8a 45.0c 72.9ab Hawara Bunar 2.9a 54.9b 80.3a IR64 0.6b 68.4a 61.4c Krowal 0.6b 61.2b 65.0bc Konsentrasi Al (ppm) 9 1.9 51.8b 73.8 12 1.6 58.4a 69.0 15 1.6 61.8a 66.9
Keterangan: angka pada kolom dan faktor yang sama yang diikuti oleh huruf yang sama tidak berbeda nyata pada taraf uji 5% (DMRT).
Gambar 4. Profil akar empat genotipe padi setelah perlakuan cekaman Al sebesar
0, 9, 12, dan 15 ppm, pH 4.0±0.02 selama 72 jam diikuti 48 jam pemulihan. G: Grogol, HB: Hawara Bunar, IR: IR64, K: Krowal,
→
: pertumbuhan akar lateral dari IR64 dan Krowal sangat terhambat saat tercekam Al selama 72 jam, →: akar utama tidak dapat tumbuh kembali pada masa pemulihan. Bar = 1cm.Hasil analisis RRG II mengindikasikan bahwa karakter RRG dapat digunakan sebagai parameter toleransi cekaman Al pada tanaman padi dengan
pemberian perlakuan cekaman sebesar 9 sampai 15 ppm selama 72 jam dan pemulihan selama 48 jam. Kisaran konsentrasi Al tersebut sudah cukup memberikan respon penghambatan pertumbuhan akar yang besar pada genotipe padi yang sensitif Al tetapi tidak terlalu menghambat pertumbuhan akar dari genotipe padi yang toleran Al. Selain itu, karakter PAR tidak dapat digunakan sebagai parameter toleransi tanaman padi terhadap cekaman Al pada konsentrasi cekaman Al antara 9-15 ppm. Oleh karena itu, pada tingkat cekaman Al sampai dengan 15 ppm selama 72 jam menggunakan larutan hara minimal, karakter PAR sebaiknya tidak digunakan untuk mengukur toleransi tanaman padi terhadap cekaman Al. Untuk analisis RRG selanjutnya, konsentrasi Al yang diberikan sebesar 15 ppm selama 72 jam karena pada cekaman Al sebesar 15 ppm sebagian besar akar utama dari tanaman sensitif Al tidak mampu pulih kembali. Ma et al. (2000) melaporkan bahwa dampak keracunan Al pada tanaman bervariasi, bergantung konsentrasi Al, periode cekaman Al, pH media, serta komposisi media (Famoso et al. 2010).
Padi merupakan spesies tanaman serealia yang paling toleran terhadap cekaman Al (Kim et al. 2001). Variasi derajat toleransi cekaman Al juga dijumpai di dalam spesies padi, yaitu ada genotipe padi yang toleran Al dan ada yang sensitif Al (Ma et al. 2002; Famoso et al. 2010). Pada penelitian ini, Grogol dan Hawara Bunar tergolong genotipe padi yang toleran Al sedangkan IR64 dan Krowal termasuk yang sensitif Al.
Toleransi Cekaman Aluminium pada Tanaman Padi pada Tanah Masam Berkelarutan Aluminium Tinggi
Keempat genotipe padi ditanam di tanah Podzolik Merah Kuning yang memiliki pH asam dan berkelarutan Al tinggi untuk verifikasi hasil analisis RRG II terkait toleransi tanaman padi terhadap cekaman Al. Uji toleransi cekaman Al ini memberikan hasil yang sejalan dengan hasil analisis RRG II yaitu bahwa Grogol dan Hawara Bunar tergolong genotipe padi yang toleran Al, sedangkan IR64 dan Krowal tergolong sensitif Al. Hasil verifikasi ini juga sejalan dengan uji lapang di tanah masam berkelarutan Al tinggi yang dilakukan oleh Asfaruddin (1997), Farid (1997), dan Syakhril (1997).
Pada pengamatan hari ke-45 setelah tanam, terlihat bahwa IR64 mengalami kerusakan daun paling parah disusul Krowal. Gejala sekunder dari keracunan Al pada penelitian ini tampak nyata pada IR64 yaitu dari adanya kerusakan daun yang dimulai dari menguningnya ujung daun (Gambar 5). Ujung daun yang menguning berubah menjadi merah atau coklat pada seluruh helaian daun, hingga daun layu dan mati. Pengamatan pada saat fase reproduktif menunjukkan bahwa Grogol dan Hawara Bunar mengalami penurunan jumlah anakan produktif relatif berturut-turut sebesar 36% dan 27%, sedangkan IR64 mengalami penurunan jumlah anakan produktif lebih besar yaitu 74%, bahkan genotipe Krowal tidak mampu menghasilkan anakan produktif.
Gambar 5. Gejala sekunder keracunan Al di tajuk pada empat genotipe padi yang diamati pada hari ke-45 setelah tanam. I: penampilan daun pada posisi 1 cm dari ujung daun, II: penampilan daun pada posisi 4 cm dari ujung daun. Tanda panah (→) menunjukkan gejala sekunder keracunan Al. Bar = 1cm.
Gejala keracunan Al yang terjadi di tajuk atau daun pada penelitian ini diduga merupakan akibat dari rusaknya sistem perakaran oleh Al. Rusaknya sistem perakaran akan menghambat penyerapan air dan unsur hara dari dalam tanah yang kemudian mengakibatkan gejala sekunder keracunan Al pada bagian tanaman yang lain seperti tajuk. Gejala sekunder keracunan Al di tajuk yang umum dijumpai adalah perubahan seluler dan ultrastruktural daun, penurunan pembukaan stomata, penurunan aktifitas fotosintesis yang mengakibatkan klorosis dan nekrosis di daun, penurunan jumlah dan ukuran daun serta penurunan
biomasa tajuk (Mossor-Pietraszewska 2001). Selain itu, cekaman Al dapat menginduksi cekaman abiotik lain seperti kekeringan dan defisiensi unsur hara (Kochian et al. 2004).
Sejak awal pertumbuhannya, tanaman selalu dihadapkan pada berbagai cekaman, baik cekaman biotik (serangan hama, penyakit, dan gulma) maupun cekaman abiotik (kekeringan, kadar garam tinggi, logam berat, suhu tinggi maupun rendah, dan tanah masam). Cekaman Al pada tanah masam menyebabkan kerusakan sistem perakaran pada tanaman, menghambat pertumbuhan dan perkembangan tanaman, serta menjadi faktor utama yang membatasi produksi tanaman pertanian (Samac & Tesyafe 2003; Kochian et al. 2004). Produksi atau hasil merupakan karakter agronomi yang penting dan dapat diukur dari jumlah anakan produktif yang mampu dihasilkan oleh suatu tanaman padi. Genotipe padi yang toleran Al tidak mengalami penurunan jumlah anakan secara signifikan dibandingkan genotipe padi yang sensitif Al (Asfarudin 1997). Hasil verifikasi pada penelitian ini sejalan dengan yang pernah dilaporkan oleh Asfaruddin (1997), Farid (1997) dan Syakhril (1997) bahwa rata-rata jumlah anakan produktif pada Hawara Bunar dan Grogol yang ditanam pada tanah masam berkelarutan Al tinggi tidak berbeda nyata dengan jika ditanam pada Al rendah, sedangkan pada IR64 dan Krowal terjadi penurunan yang signifikan. Analisis RRG pada Populasi Padi F2
Hasil analisis RRG II dan uji toleransi cekaman Al pada tanah masam berkelarutan Al tinggi menunjukkan adanya hubungan yang erat antara nilai RRG dengan toleransi cekaman Al dari keempat genotipe yang diuji. Grogol dan Hawara Bunar mempunyai nilai RRG yang tinggi dan keduanya tergolong genotipe padi yang toleran Al, sebaliknya IR64 dan Krowal memiliki nilai RRG yang rendah dan keduanya termasuk genotipe padi yang sensitif Al. Untuk menentukan efektifitas dari karakter RRG sebagai parameter toleransi cekaman Al pada tanaman padi, maka telah dilakukan phenotyping menggunakan karakter RRG pada populasi padi F2 hasil persilangan IR64 (tetua betina) dengan Hawara Bunar (tetua jantan).
Hasil analisis RRG pada populasi padi F2 menunjukkan bahwa nilai RRG bervariasi dan menyebar secara kontinu di antara nilai RRG kedua tetuanya (Gambar 6). Batas nilai toleransi cekaman Al pada tanaman padi berdasarkan karakter RRG selanjutnya ditentukan dengan mengamati rata-rata nilai RRG dari kedua tetua. Rata-rata nilai RRG pada tetua padi yang toleran Al (Hawara Bunar) sebesar 2.9±0.5 cm dan yang sensitif Al (IR64) sebesar 1.3±0.4 cm. Kisaran nilai RRG pada tetua padi yang toleran Al sebesar 2.2-3.7 cm dan yang sensitif Al sebesar 0.0-2.1 cm. Berdasarkan batas bawah nilai RRG dari tetua padi yang toleran Al dan batas atas dari tetua padi yang sensitif Al telah ditentukan bahwa setelah pemberian perlakuan cekaman Al sebesar 15 ppm selama 72 jam dan diikuti masa pemulihan selama 48 jam maka batas toleransi tanaman padi terhadap cekaman Al berdasarkan nilai RRG adalah 2.10 cm. Individu yang memiliki nilai RRG≤2.10 cm digolongkan ke dalam tanaman yang sensitif Al, sedangkan individu yang mempunyai nilai RRG>2.10 cm termasuk tanaman yang toleran Al.
Gambar 6. Kurva sebaran nilai Root Re-Growth (RRG) pada populasi padi F2 hasil persilangan tetua padi yang sensitif Al (P1: IR64) dan toleran Al (P2: Hawara Bunar), setelah perlakuan cekaman Al sebesar 15 ppm, pH 4.00±0.02 selama 72 jam diikuti pemulihan selama 48 jam.
Nilai RRG pada 153 tanaman padi F2 yang diteliti menunjukkan bahwa 124 tanaman menampilkan nilai RRG seperti IR64 dan 29 tanaman lainnya seperti Hawara Bunar. Uji Khi-Kuadrat terhadap data RRG pada populasi padi F2 ini menunjukkan bahwa segregasi sifat toleransi terhadap cekaman Al berdasarkan
karakter RRG ini tidak mengikuti pola pewarisan gen tunggal (χ2
3:1 hitung = 420.25;
χ2
3:1 tabel = 3.841; db = 1; α = 0.05). Pengujian segregasi karakter RRG dengan
mengikuti pola pewarisan epistasis dihibrid, menunjukkan bahwa karakter RRG juga tidak mengikuti pola pewarisan dua gen secara Mendelian {9:7 (χ2
9:7 =
160.40; χ2
9:7 tabel = 3.841; db = 1; α = 0.05), 13:3 (χ213:3 = 28.10; χ213:3 tabel =
3.841; db = 1; α = 0.05) dan 15:1 (χ2
15:1 = 2263.13; χ215:1 tabel = 3.841; db = 1; α =
0.05)}. Nilai RRG pada populasi padi F2 menyebar secara kontinu dengan rata-rata 1.50 cm dan standar deviasi 0.65. Data sebaran nilai RRG pada populasi padi F2 bersifat kontinu tetapi condong ke arah tetua yang sensitif Al (Gambar 6). Hasil tersebut menunjukkan bahwa karakter RRG pada tanaman padi merupakan karakter yang poligenik. Karakter RRG sebagai parameter toleransi cekaman Al dan dikendalikan oleh banyak gen atau poligenik juga dijumpai pada tanaman triticale (Zhang et al. 1999). Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa karakter RRG dapat digunakan sebagai parameter toleransi cekaman Al pada tanaman padi dan secara efektif dapat diterapkan untuk menyeleksi tanaman yang toleran Al pada populasi segregasi padi F2.
Simpulan
Karakter Root Re-Growth (RRG) dapat dijadikan parameter toleransi cekaman Al pada tanaman padi menggunakan larutan hara minimal dengan perlakuan cekaman Al sebesar 15 ppm pada pH 4.0±0.02 selama 72 jam dan pemulihan selama 48 jam. Percobaan pot menggunakan media tanah masam berkelarutan Al tinggi memberikan hasil yang sejalan dengan percobaan kultur hara. Grogol dan Hawara Bunar termasuk genotipe padi yang toleran Al, sedangkan IR64 dan Krowal termasuk genotipe padi yang sensitif Al. Karakter RRG efektif digunakan untuk menyeleksi tanaman padi yang toleran Al pada populasi padi segregasi.
