SEKRESI ASAM ORGANIK PADA TANAMAN PADI YANG
MENDAPAT CEKAMAN ALUMINIUM
Oleh :
INA FAJARWATI
G 34102047
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
ABSTRAK
INA FAJARWATI. Sekresi Asam Organik pada Tanaman Padi yang Mendapat Cekaman Aluminium. Dibimbing oleh Miftahudin dan Hamim.
Kebutuhan beras sebagai makanan pokok penduduk Indonesia semakin meningkat. Program ekstensifikasi padi pada lahan-lahan marginal seperti tanah asam di luar Jawa merupakan pilihan yang dapat diambil untuk mendukung produksi beras nasional. Akan tetapi pada tanah asam, kelarutan aluminium (Al) yang tinggi sering menjadi kendala produksi. Oleh karena itu perlu dikembangkan varietas padi tenggang Al yang memiliki kriteria diantaranya kemampuan mempertahankan kondisi perakaran untuk tetap tumbuh dan mampu mensekresikan asam organik pengkelat Al. Penelitian ini bertujuan mempelajari pengaruh Al terhadap pemanjangan akar dan pola sekresi asam organik pada tanaman padi dengan pendekatan analisis RRE (Relative Root Elongation) dan titrasi asam organik.
Berdasarkan hasil analisis RRE, tanaman padi varietas Krowal dan IR 64 menunjukan penghambatan akar yang cukup tinggi setelah mendapat cekaman Al 15 ppm dan nilai penghambatan akar ini terus meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi dan lama periode cekaman Al. Berdasarkan analisis titrasi pada media tumbuh tanaman, peningkatan sekresi asam organik dari akar ke media tumbuh terjadi pada kedua varietas padi seiring peningkatan cekaman Al. Sedangkan pada jaringan akar tanaman, pola akumu lasi asam organik tampak tidak dipengaruhi oleh peningkatan konsentrasi Al. Hal ini menunjukan bahwa tanaman padi menggunakan mekanisme sekresi asam organik (mekanisme eksternal) sebagai bentuk respon fisiologis terhadap Al. Sekresi asam organik kedua varietas padi setelah 6 jam cekaman Al, 13 kali lebih banyak dibandingkan sekresi asam organik pada tanaman yang tidak mendapat cekaman.
ABSTRACT
INA FAJARWATI. Organic Acid Secretion on Al-Stressed Rice. Under supervision of
Miftahudin and Hamim.
The need of rice as a staple food in Indonesia increased from day to day. The rice extensification programme on marginal land such as acid soils outside Java could be one of the alternative solutions to increase national rice production. However, the high solubility of Al in acid soil could be a constraint of rice production. Therefore, it is neccesary to develop Al tolerant rice variety such as a variety that have the ability to maintain a favorable rhizosphere condition promote root growth as well as a variety that have ability to secrete organic acid. The objective of this research is to study the influence of Al stress to root elongation and organic acid secretion pattern in rice.
The Relative Root Elongation (RRE) analysis showed that the exposure of rice root to 15 ppm Al in nutrient solution highly inhibited root elongation in both Krowal and IR 64 rice varieties. This inhibition increased as the increase of Al concentration and time exposure. Organic acid analysis in nutrient solution showed that the increase of Al concentration stimulated organic acid secretion from the root of both rice varieties. However, the increase of Al concentration in nutrient solution did not influence the accumulation of organic acid in root tissue. In both varieties, the secretion of organic acid is significantly high after 6 hours exposure to Al. The results indicated that organic acid secretion is one of the Al response mechanism in rice.
SEKRESI ASAM ORGANIK PADA TANAMAN PADI YANG
MENDAPAT CEKAMAN ALUMINIUM
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperole h gelar Sarjana Sains pada
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Oleh : INA FAJARWATI
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
Judul Skripsi : Sekresi Asam Organik pada Tanaman Padi yang Mendapat Cekaman Aluminium
Nama : Ina Fajarwati NRP : G 34102047
Menyetujui,
Pembimbing I Pembimbing II
Dr. Ir. Miftahudin, M.Si. Dr. Ir. Hamim, M.Si.
NIP 131851281 NIP 131878946
Mengetahui :
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS .
NIP 131473999
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala rahmat dan karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2006 hingga April 2007 ini berjudul Sekresi Asam Organik pada Tanaman Padi yang Mendapat Cekaman Alumunium.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr. Ir. Miftahudin, MSi. dan Dr. Ir. Hamim, MSi. yang telah meluangkan waktu serta fikiran dalam membimbing dan mengarahkan penulis hingga karya ilmiah ini selesai, kepada Dr. Ir. Lisdar A Manaf selaku dosen penguji yang telah memberikan saran dan perbaikan untuk kesemp urnaan karya ilmiah ini, serta seluruh staf Biologi khususnya staf Fisiologi Tumbuhan yang telah memberikan bantuan fasilitas dalam pelaksanaan penelitian.
Ungkapan terimakasih juga penulis sampaikan untuk Bapak, Mamah, Teh Tia, A Erwin, Azzam, Teh Mirna, Hana dan mas Imam atas segala do’a, pengertian serta kasih sayang yang tercurah untuk penulis. Tak lupa penulis ucapkan terima kasih kepada, Ela, Ninda, bu Dewi dan mba Vil sebagai partner kerja selama penelitian serta untuk my little family, Eli, Nina,Aiara, Yulia dan semua teman-teman Biologi atas segala dukungan dan semangat yang telah diberikan.
Penulis menyadari skripsi ini jauh dari sempurna. Oleh karena itu saran dan kritik yang membangun sangat penulis harapkan. Semoga skripsi ini bermanfaat.
Bogor, Mei 2007
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 7 Juli 1984 dari ayah bernama Dodi Sukendro, Sp. dan ibu Erna Kurniasih. Penulis merupakan putri ketiga dari empat bersaudara.
Tahun 2002 penulis lulus dari SMU Negeri 3 Bogor dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB. Penulis memilih program studi Biologi, Departemen Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum Genetika Dasar dan Fisiologi Tumbuhan pada tahun ajaran 2005/2006. Pada tahun 2006 penulis berhasil lolos Seleksi Penulisan Karya Ilmiah Penelitian yang diselenggarakan oleh DIKTI. Pada tahun yang sama hingga sekarang penulis menjadi pengajar di lembaga bimbingan belajar Bintang Pelajar kota Bogor.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR GAMBAR ... v PENDAHULUAN Latar Belakang ... 1 Tujuan ... 1 BAHAN DAN METODEWaktu dan Tempat ... 2 Bahan ... 2 Metode ... 2 HASIL
Analisis RRE ... 3 Sekresi Asam Organik ... 4 PEMBAHASAN ... 5 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan ... 7 Saran ……… ………. . 7 DAFTAR PUSTAKA ………... 7
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Pengaruh peningkatan konsentrasi Al selama 24 jam terhadap nilai RRE ……….. 3
2 Pengaruh periode cekaman Al konsentrasi 15 ppm terhadap nilai RRE ………. 3
3 Pengaruh peningkatan konsentrasi Al selama 24 jam terhadap morfologi akar ………... 4
4 Pengaruh peningkatan konsentrasi Al selama 24 jam terhadap sekresi asam organik ... 4
5 Pengaruh peningkatan konsentrasi Al selama 24 jam terhadap akumulasi asam organik pada jaringan akar ... 4
6 Pengaruh periode cekaman Al konsentrasi 60 p p m terhadap sekresi asam organik ... 5
PENDAHULUAN
Latar BelakangPadi gogo (Oryza sativa L.) merupakan tanaman padi lahan kering yang telah lama dikembangkan dan dibudidayakan oleh masyarakat untuk memenuhi kebutuhan pangan secara subsistem. Menurut Grist (1953) secara umu m keuntungan pengembangan padi di lahan kering adalah biaya yang dibutuhkan relatif lebih rendah karena sistem irigasi intensif tidak dibutuhkan.
Semakin menyempitnya lahan pertanian di Pulau Jawa karena telah mengalami alih fungsi menjadi lahan perumahan dan industri merupakan kendala bagi pemerintah dalam budidaya padi. Oleh karena itu pemerintah mengalihkan budidaya padi gogo ke daerah luar Jawa yang sebagian besar lahannya merupakan lahan asam dengan kelarutan Al sangat tinggi. Berdasarkan data Pusat Penelitian Tanah dan Agroklimat (1997), lahan dengan potensi keracunan Al tinggi yang tersebar di seluruh wilayah Indonesia yakni seluas 42.6 juta hektar (Ha ), yang terdiri dari 14.8 juta Ha di Sumatera, 1.7 juta Ha di Jawa dan Madura , 0.45 juta Ha di Nusa Tenggara dan Maluku, 17.7 juta Ha di Kalimantan, 1.3 juta Ha di Sulawesi, serta 6.6 juta Ha di Irian Jaya.
Aluminium pada larutan dengan pH netral berada dalam bentuk kompleks hidroksida yang tidak larut dan tidak toksik terhadap tanaman. Akan tetapi pada larutan dengan pH < 5, ion Al berada dalam bentuk oktahedral heksahidrat atau sering disingkat Al3+ (Marschner 1995). Apabila Al3+ terlarut dalam jumlah besar, maka dapat mengakibatkan efisiensi penyerapan air dan unsur hara menjadi berkurang (Foy 1983), pembentukan dan pemanjangan akar menjadi terhambat bahkan bila kondisi cekaman terus berlanjut dapat mengakibatkan umur panen lebih lama dan terjadi klorosis pada tanaman (Matsumoto 1991).
Ada berbagai alternatif untuk mengatasi permasalahan di atas diantaranya melalui peningkatan pH tanah dengan pengapuran dan penggunaan varietas toleran Al. Banyak kendala yang harus dihadapi melalui pendekatan pengapuran, diantaranya biaya yang harus dikeluarkan lebih besar,
ketersediaan pupuk dan kapur terbatas , dapat menyebabkan hara mineral mikro menjadi tidak tersedia dan hanya mampu meningkatkan pH pada kedalaman tanah yang terbatas (Kamprath 1980). Sebaliknya, penggunaan varietas tenggang Al dianggap lebih efisien dan efektif karena tanaman secara alamiah memiliki ketenggangan terhadap Al.
Tanaman dikatakan tenggang Al jika memiliki kemampuan menekan efek meracun dari ion Al. Menurut Sanchez (1976) beberapa kriteria tanaman tenggang Al diantaranya 1) kesanggupan akar untuk terus tumbuh dan ujung akar tidak rusak 2) tanaman sanggup mengubah kondisi di sekitar perakaran dari asam menjadi kurang asam 3) ion Al hanya sedikit ditranslokasikan ke bagian atas tanaman, karena sebagian bes ar ditahan diakar 4) serapan serta translokasi unsur Ca, Mg, P dan K tidak terganggu.
Kochian (1995) mengemukakan bahwa mekanisme tenggang Al pada tanaman dapat dikelompokan menjadi dua yakni 1) mekanisme eksternal melalui sekresi ligan pengkelat Al, induksi senyawa barrier pH pada tanaman di daerah rhizosfer, imobilisasi Al pada dinding sel, dan peningkatan selektif permeabel pada membran plasma 2) mekanisme internal melalui pengkelatan dan kompartemensasi Al di dalam vakuola.
Detoksifikasi Al pada rhizosfer melalui sekresi asam organik pengkelat Al telah banyak dilaporkan, diantaranya asam malat pada gandum (Triticum aestivum L.) (Delhaize et al 1993), asam sitrat pada jagung (Zea mays L.) (Pellet et al 1995) dan asam oksalat pada Buckwheat (Ma et al 1998) sebagai bentuk respon Al.
Sejauh ini informasi mengenai respon fisiologi tanaman padi terhadap cekaman Al khususnya sekresi asam organik belum banyak diketahui. Oleh kerena itu perlu dilakukan studi tentang pola sekresi asam organik pada padi yang mendapat cekaman Al.
Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mempelajari pola sekresi asam organik pada padi yang mendapat cekaman Aluminium.
BAHAN DAN METODE
Waktu dan TempatPenelitian ini dilaksanakan dari bulan Februari 2006 hingga April 2007 di Laboratorium Fisiologi Tumbuhan dan Laboratorium Biologi Terpadu Departemen Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, IPB, Bogor.
Bahan
Bahan tanaman yang digunakan dalam penelitian ini adalah padi gogo varietas Krowal dan padi varietas IR 64.
Komposisi hara untuk kultur hara terdiri dari unsur hara makro yakni: 40 ppm N dalam NH4NO3, 10 ppm P dalam NaH2PO4, 40 ppm K dalam K2SO4, 40 ppm Ca dalam CaCl2, 40 ppm Mg dalam MgSO4. 7H2O dan unsur-unsur hara mikro yakni 0.5 ppm Mn dalam MnCl2. H2O, 0.05 ppm Mo dalam (NH4)6Mo7O24. H2O, 0.2 ppm B dalam H3BO3, 0.01 ppm Zn dalam ZnSO4. 7H2O, 0.01 ppm Cu dalam CuSO4. 5H2O dan 2.0 ppm Fe dalam FeEDTA (Yoshida et al 1976). Untuk media adaptasi digunakan larutan CaCl2 ) 0.5 mM. Sedangkan untuk media cekaman digunakan larutan CaCl2 0.5 mM ditambah AlCl3. 6H2O.
Phenolpthalin (PP) 1% digunakan sebagai indikator asam dan NaOH 0.01 N sebagai titrant pada titrasi asam organik.
Metode
Rancangan percobaan. Percobaan ini merupakan percobaan faktorial yang disusun berdasarkan Rancangan Acak Kelompok. Untuk uji RRE (Relative Root Elongation), faktor pertama berupa konsentrasi Al yang terdiri dari 5 taraf (0, 15, 30 45 dan 60 ppm) atau periode cekaman Al yang terdiri dari 4 taraf (0, 24, 48, dan 72 jam) sedangkan faktor kedua berupa varietas yang terdiri dari 2 taraf (Krowal dan IR 64). Untuk uji asam organik, faktor pertama berupa konsentrasi Al yang terdiri dari 5 taraf (0, 15, 30 45 dan 60 ppm) atau periode cekaman Al yang terdiri dari 5 taraf (0, 6, 12, 24, dan 48 jam) sedangkan faktor kedua berupa varietas yang terdiri dari 2 taraf (Krowal dan IR 64). Setiap percobaan dilakukan dengan tiga kali ulangan. Model linear rancangan percobaan adalah sebagai berikut :
Yijk = µ + αi + βj + (αβ)ij + ?k + eijk
Yijk : Nilai pengamatan pada konsentrasi Al atau periode cekaman Al taraf ke -i, varietas taraf ke -j dan ulangan ke-k µ : Rataan umum
αi : Pengaruh konsentrasi Al atau periode cekaman taraf ke -i
βj : Pengaruh varietas taraf ke-j
(αβ)ij : Pengaruh interaksi konsentrasi Al atau periode cekaman taraf ke-i dan varietas taraf ke -j
? k : Kelompok ke -k
eijk : Pengaruh acak konsentrasi Al atau periode cekaman Al taraf ke -i, varietas taraf ke -j dan ulangan ke-k
Kultur hara. 200 benih padi tiap-tiap varietas disterilisasi menggunakan sodium hipoklorit 0.5 % selama lima belas menit dan dibilas dengan air destilata sebanyak 3 kali. Kemudian benih direndam dalam air destilata selama 24 jam dan dikecambahkan pada kertas buram yang telah dibasahi air destilata, kemudian disimpan dalam ruang gelap selama 48 jam. Kecambah yang panjang akarnya seragam ditanam di atas screen yang mengapung pada larutan hara (pH 4). Kemudian ditumbuhkan pada growth chamber
(12 jam gelap dan 12 jam terang) pada suhu ruang selama 1 hari untuk analisis RRE dan 5 hari untuk analisis titrasi asam organik. Setiap hari pH larutan hara diukur dan dipertahankan pada pH 4 dengan menggunakan HCl 0.1 N. Kecambah yang tumbuh digunakan untuk pengujian Al selanjutnya. Sebelum diberi cekaman, kecambah diadaptasikan pada larutan CaCl2 0.5 mM.
Analisis RRE. Sebanyak 10 kecambah padi umur 1 hari dalam kultur hara diberi cekaman Al dengan konsentrasi 0, 15, 30, 45 dan 60 ppm selama 24, 48 dan 72 jam. Kemudian pertambahan panjang akar selama periode cekaman diukur. Nilai RRE dapat ditentukan dengan rumus :
pemanjangan akar pada cekaman Al
pemanjangan akar tanpa cekaman
Pengamatan Morfologi akar. Untuk mengetahui pengaruh Al terhadap morfologi akar maka dilakukan pengamatan morfologi akar secara visual.
Analisis Asam Organik. Analisis asam organik pada jaringan akar dan larutan hara dilakukan dengan menggunakan metode titrasi. Prinsip penggunaan titrasi untuk
analisis asam organik berdasarkan pengikatan senyawa asam organik oleh NaOH yang telah diketahui konsentrasinya. Sehingga dari rumus persamaan konsentrasi asam-basa jumlah asam organik dalam suatu larutan dapat diketahui.
Konsentrasi asam organik pada larutan hara diketahui dengan cara 100 kecambah umur 5 hari pada kultur hara diadaptasikan selama 12 jam dalam 0.5 mM CaCl2, pH 4. Kemudian diberi cekaman Al selama 24 jam. Sebanyak 20 ml larutan hara yang mengandung eksudat akar dititrasi menggunakan NaOH. Nilai asam organik pada larutan hara dihitung dengan rumus: N NaOH x ml titrant
ml larutan hara
Konsentrasi asam organik dalam jaringan akar dapat diketahui dengan cara akar dari 100 kecambah padi (umur 5 hari) yang telah diberi cekaman Al selama 24 jam dipotong (1.5 cm dari ujung), kemudian ditimbang dan digerus dengan menggunakan mortar. Hasil gerusan ditambah air destilata sebanyak 10 ml dan disentrifuse (Heraeus, Labofuge 400 R) dengan kecepatan 4200 rpm selama 10 menit, kemudian supernatannya diambil, sedangkan residunya ditambah air destilata sebanyak 10 ml dan disentrifuse kembali. Kedua supernatan (ekstrak akar) yang diperoleh kemudian dicampur. Sebanyak 20 ml ekstrak akar dititrasi menggunakan NaOH dan PP. Nilai asam organik pada jaringan akar dihitung dengan rumus:
N NaOH x ml titrant ml air destilata
HASIL
Secara alamiah tanaman memberikan respon fisiologi terhadap cekaman Al. Respon fisiologi yang telah dipelajari pada penelitian ini berupa penghambatan pemanjangan akar padi yang dapat diketahui melalui analisis RRE dan sekresi asam organik oleh akar padi melalui analisis titrasi asam organik.
Analisis RRE
Nilai penghambatan pemanjangan akar tanaman akibat cekaman Al dapat diketahui mela lui analisis RRE, dengan cara membandingkan pemanjangan akar selama
cekaman dengan akar tanaman pada kondisi tanpa cekaman.
Hasil analisis RRE pada varietas Krowal dan IR 64 menunjukan bahwa peningkatan konsentrasi Al dapat menghambat pemanjangan akar kedua varietas padi tersebut (Gambar 1). 0 5 10 15 20 25 30 35 15 30 45 60 Konsentrasi Al (ppm) RRE ( %) Krowal IR 64
Gambar 1 Pengaruh peningkatan konsentrasi Al selama 24 jam terhadap nilai RRE
Cekaman Al 15 ppm selama 24 jam, menyebabkan nilai RRE pada varietas Krowal dan IR 64 berturut-turut sebesar 26.83% dan 21.57%. Nilai RRE terus menurun seiring dengan peningkatan konsentrasi Al yang diberikan. Bahkan pada tingkat cekaman Al 60 ppm, nilai RRE dari varietas Krowal dan IR 64 berturut-turut 8.5% d an 7.1%.
Selain pengaruh peningkatan konsentrasi Al, periode cekaman Al juga memberikan pengaruh yang nyata terhadap nilai RRE pada akar tanaman padi. Gambar 2 menunjukan bahwa nilai RRE varietas Krowal dan IR 64 pada cekaman Al 15 ppm selama 48 jam berturut-turut 2 dan 3 kali lebih rendah dibandingkan nilai RRE kedua varietas yang dicekam Al selama 24 jam. Bahkan pada periode cekaman Al 72 jam nilai RRE varietas Krowal dan IR 64 berturut-turut 10 dan 20 kali lebih rendah dibandingkan nilai RRE kedua varietas pada periode cekaman 24 jam.
0 10 20 30 40 24 48 72
Periode Cekaman (jam)
RRE (%)
Krowal IR 64
Gambar 2 Pengaruh periode cekaman Al konsentrasi 15 ppm terhadap nilai RRE
Penurunan nilai RRE seiring meningkatnya periode cekaman Al juga terjadi pada konsentrasi Al 30, 45 dan 60 ppm (Tabel 1).
: gr akar
[ asam organik ] =
[ asam organik] =
Tabel 1 Pengaruh periode cekaman Al terhadap nilai RRE pada konsentrasi Al 30, 45 dan 60 ppm Disamping mengakibatkan penghambatan pemanjangan akar, cekaman Al juga dapat mengakibatkan terjadinya penebalan akar dan terhambatnya pertumbuhan akar samping.
Gambar 3 Pengaruh peningkatan konsentrasi Al selama 24 jam terhadap morfologi akar
Gambar 3 menunjukan bahwa akar seminal dan akar samping pada tanaman yang tidak mendapat cekaman Al tampak tumbuh dengan baik. Sebaliknya pada cekaman Al 15, 30, 45 dan 60 ppm, akar seminal terlihat pendek, tebal dan pada tingkat cekaman Al tersebut juga tidak ada akar samping yang tumbuh.
Sekresi Asam Organik
Aluminium dalam larutan hara dapat mempengaruhi tingkat sekresi asam organik suatu tanaman. Peningkatan sekresi asam organik terjadi pada varietas Krowal dan IR 64 yang dicekam Al (Gambar 4). Sampai tingkat cekaman 60 ppm, semakin tinggi cekaman Al pada larutan hara, semakin tinggi pula sekresi asam organik oleh akar kedua varietas padi yang dipelajari.
0 20 40 60 80 100 0 15 30 45 60 Konsentrasi Al (ppm)
Sekresi As. Organik
(x 10
-4
M)
Krowal IR 64
Gambar 4 Pengaruh peningkatan konsentrasi Al selama 24 jam terhadap sekresi asam organik
Berbeda dengan sekresi asam organik oleh akar ke larutan hara, peningkatan konsentrasi Al tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap akumulasi asam organik dalam jaringan akar kedua varietas padi (Gambar 5).
Konsentrasi asam organik yang diakumulasikan oleh akar padi yang mengalami cekaman Al tidak berbeda nyata dengan akar yang tidak mendapat cekaman Al. Pola ini terjadi baik pada varietas Krowal maupun IR 64.
0 10 20 30 40 50 60 70 0 15 30 45 60 Konsentrasi Al (ppm) Akumulasi As. Organik (x 10 -4 M/gr) Krowal IR 64
Gambar 5 Pengaruh peningkatan konsentrasi Al selama 24 jam terhadap akumulasi asam organik pada jaringan akar Krowal IR 64 0 15 30 45 60 (ppm Al) Akar samping Akar Seminal Akar samping Akar Seminal
varietas [ ] Cekaman Al (ppm) Periode Cekaman (jam) RRE (%) 24 26.83 48 10.1 72 2.52 24 11.4 48 6.4 72 0.6 24 9.7 48 3.5 72 0 24 8.5 48 2.2 72 0 24 21.57 48 4.27 72 0.93 24 11.1 48 2.5 72 0 24 9.3 48 1.4 72 0 24 7.1 48 1.1 72 0 Krowal IR 64 45 60 15 15 30 45 60 30 4
Respon tanaman terhadap cekaman Al dalam bentuk sekresi asam organik terjadi sangat cepat. Pada Gambar 6 terlihat bahwa cekaman Al 60 ppm selama 6 jam mampu menstimulasi varietas Krowal dan IR 64 mensekresikan asam organik 12 kali lebih banyak dibandingkan jumlah asam organik yang disekresikan oleh kedua varietas yang tidak mendapat cekaman Al. Akan tetapi peningkatan sekresi asam organik tidak nyata terlihat antar periode cekaman Al 12, 24 dan 48 jam. Pola peningkatan sekresi asam organik seperti ini terjadi pada kedua varietas yang dipelajari. 0 20 40 60 80 100 0 6 12 24 48
Periode Cekaman (jam)
Sekresi As. Organik
(x10
-4
M)
Krowal IR 64
Gambar 6 Pengaruh periode cekaman Al konsentrasi 60 ppm terhadap sekresi asam organik pada larutan hara
PEMBAHASAN
Peningkatan konsentrasi Al memberikan pengaruh yang nyata terhadap penghambatan pemanjangan akar padi varietas Krowal dan IR 64. Kemamp uan akar untuk terus tumbuh memanjang pada kondisi cekaman Al dapat diketahui melalui analisis RRE (Relative Root Elongation). Berdasarkan hasil analisis RRE pada varietas Krowal dan IR 64 (Gambar 1), cekaman Al 15 p p m telah menyebabkan pemanjangan akar menjadi sangat terhambat. Kemampuan akar untuk terus memanjang semakin menurun pada cekaman Al 30, 45 dan 60 ppm.
Periode cekaman Al juga memberikan pengaruh yang nyata terhadap penghambatan pemanjangan akar. Sema kin lama periode cekaman Al terhadap tanaman, maka pemanjangan akar pun semakin terhambat. Bahkan pada periode cekaman Al 15 ppm selama 72 jam, dapat mengakibatkan nilai RRE pada varietas Krowal dan IR 64 berturut-turut hanya 2.5% dan 0.93%. Hal ini mungkin terjadi karena kedua varietas sudah sangat tercekam, sehingga kemampuan akar kedua
varietas tersebut untuk terus tumbuh sudah sangat terganggu.
Selain menghambat pemanjangan akar, cekaman Al juga dapat mengakibatkan penebalan akar dan terhambatnya pertumbuhan akar samping. Menurut Sanchez (1976), keracunan Al dapat mengakibatkan kerusakan langsung pada sistem perakaran tanaman yakni akar menebal, memendek, kaku serta memperlihatkan bagian-bagian yang mati.
Delhaize dan Ryan (1995) juga berpendapat bahwa Al dapat menyebabkan kerusakan pada akar saat Al tersebut masih berada di dinding sel tanpa harus masuk ke dalam sel. Al yang diserap akar dapat menggantikan Ca pada ikatan Ca -pektat di dinding sel sehingga dinding sel tidak dapat memperbesar volumenya dan mengakibatkan terhentinya pemanjangan sel-sel akar (Blamey
et al 1993). Penghamb atan pemanjangan akar akibat cekaman Al tidak hanya terjadi pada tanaman padi saja akan tetapi terjadi juga pada beberapa tanaman lain seperti pada gandum (Delhaize et al 1995), rye (Li et al 2000) dan jagung (Pellet et al 1995).
Selain respon perakaran, tumbuhan juga merespon cekaman Al berupa proses metabolisme dalam jaringan seperti sekresi asam organik ke rhizosfer dan akumulasi asam organik pada jaringan akar.
Sekresi asam organik seperti malat, sitrat dan oksalat merupakan salah satu bentuk respon tanaman terhadap Al, baik itu pada tanaman monokotil maupun dikotil (Kochian
et al 2004). Respon terhadap Al berupa sekresi asam organik ditunjukan oleh kedua varietas padi yang dipelajari, yaitu berupa peningkatan sekresi asam organik seiiring peningkatan konsentrasi Al yang diberikan ke larutan hara (Gambar 4). Respon tanaman terhadap cekaman Al berupa sekresi asam organik juga telah dilaporkan oleh berbagai pihak, diantaranya oleh Miyasaka et al (1991) pada tanaman kacang panjang (Phaseolus vulgaris), Ma et al (1998) pada tanaman
Cassia tora dan buckwheat, serta Ryan et al
(1993) pada tanaman gandum.
Delhaize dan Ryan (1995) mengungkapkan bahwa Al mampu menginduksi pembukaan
channel anion asam organik pada membran plasma melalui aktivasi transporter anion asam organik sehingga anion asam organik dilepaskan dari sitoplasma (pH 7). Selanjutnya, Delhaize dan Ryan (1995) juga mengungkapkan bahwa mekanisme pembukaan channel memb ran plasma oleh Al kemungkinan melalui 3 cara yaitu: 1) Al3+ 5
dari luar sel berinteraksi dengan channel
anion asam organik secara langsung sehingga terjadi pembukaan channel 2) Al3+ berinteraksi dengan reseptor spesifik pada membran plasma kemudian melalui signal transduksi terjadi pembukaan channel 3) Al3+ masuk ke dalam sel, kemudian melalui signal transduksi yang melibatkan sitoplasma dan komponen membran sel mengakibatkan pembukaan channel.
Menurut Ma (2000) sekresi asam organik ke luar akar dikenal dengan mekanisme ketenggangan eksternal. Mekanisme ini terjadi melalui pembentukan komplek Al3+ dengan gugus karboksil asam organik yang disekresikan oleh akar, sehingga Al dalam bentuk komplek tersebut tidak dapat melewati membran sel.
Hal yang menarik dari data yang ditunjukan oleh Gambar 4 dan 5 adalah bahwa asam organik yang disekresikan kedua varietas padi ke larutan hara tidak mempengaruhi konsentrasi asam organik pada jaringan akar. Dengan kata lain kedua varietas tersebut mampu mempertahankan kondisi internalnya sekalipun jumlah asam organik yang disekresikan ke luar akar cukup besar. Sebagai contoh varietas Krowal yang mengalami cekaman Al 60 ppm, mampu mensekresikan asam organik pada konsentrasi yang hampir sama dengan konsentrasi asam organik yang ada di dalam jaringan akar, bahkan padi varietas IR 64 mampu mensekresikan asam organik dalam konsentrasi yang lebih besar dibandingkan dengan konsentrasi asam organik yang diakumulasi pada jaringan akar. Stabilitas kandungan asam organik internal dalam jaringan akar mungkin sangat dibutuhkan untuk menjaga proses metabolisme dalam tubuh tanaman tersebut. Kemampuan yang di miliki kedua varietas tanaman dapat memungkinkan jika dikembangkan padi transgenik melalui overekspresi gen pembukaan channel asam organik sehingga diperoleh padi dengan kemampuan sekresi asam organik tinggi tanpa mempengaruhi kondisi internal jaringan akar.
Jenis asam organik yang disekresikan setiap spesies tanaman sebagai bentuk respon terhadap Al berbeda-beda contohnya asam oksalat pada Buckwheat (Ma et al 1998) dan asam sitrat pada jagung (Zea mays L.) (Pellet
et al 1995). Selain itu, beberapa spesies tanaman juga mampu mensekresikan lebih dari satu jenis asam organik sebagai mekanisme tenggang Al, seperti asam malat, sitrat dan suksinat pada gandum (Triticum
aestivum L.) (Delhaize et al 1993), serta malat dan sitrat pada Triticale (Ma 2000). Pada varietas Krowal dan IR 64 belum diketahui jenis asam organik apa saja yang disekresikan, untuk mengetahuinya maka perlu dilakukan penelitian lanjutan. Menurut Hue et al (1986) Kemampuan setiap jenis asam organik dalam mengurangi toksisitas Al berbeda-beda yakni 1) asam-asam organik yang mempunyai pengaruh kuat dalam mengurangi daya toksik Al seperti asam sitrat dan oksalat, 2) asam-asam organik dengan kemampuan sedang dalam mengurangi daya toksik Al seperti asam malat dan salisilat, 3) asam-asam organik dengan kemampuan lemah dalam mengurangi daya toksik Al seperti asam asetat dan laktat. Kemampuan detoksifikasi Al pada asam organik tersebut berkaitan dengan komponen rantai karbon dari gugus OH dan COOH. Semakin banyak gugus tersebut dalam komponen asam organik maka kemampuan asam organik dalam mengkelat Al akan semakin baik.
Selain secara eksternal mekanisme tenggang Al juga dapat terjadi secara internal yakni pengkelatan Al oleh asam organik dalam sitoplasma, sehingga Al3+ yang telah berhasil masuk ke dalam sel diikat oleh komponen asam organik dan efek meracun dari Al dapat berkurang (Taylor 1981). Kochian (1995) juga mengungkapkan bahwa Al yang berhasil masuk ke dalam akar akan dikelat dan diakumulasi pada vakuola. Kandungan asam organik yang tinggi pada akar dari kedua varietas terutama pada varietas Krowal, bukan pengaruh dari cekaman Al akan tetapi merupakan kondisi internal dalam ja ringan akar tanaman itu sendiri.
Respon tanaman terhadap cekaman Al dapat terjadi secara eksternal ataupun eksternal-internal. Menurut Delhaize et al
(1993) tanaman gandum memberikan respon terhadap Al hanya secara eksternal berupa sekresi asam malat ke rhizosfer. Sedangkan menurut Kasim (2000) tanaman kedelai (Glycine max) mampu memberikan respon terhadap cekaman Al secara internal melalui akumulasi asam malat pada jaringan akar dan juga secara eksternal melalui sekresi asam sitrat ke rhizosfer. Berdasarkan hasil analisis asam organik pada larutan hara dan jaringan akar, mekanisme eksternal pada tanaman padi lebih dominan sebagai bentuk respon Al.
Respon tanaman terhadap cekaman Al terjadi sangat cepat. Pada penelitian ini, varietas Krowal dan IR 64 yang dicekam Al 60 ppm selama 6 jam mampu mensekresikan 6
asam organik berturut-turut sebesar 65 x 10-4 M dan 63 x 10-4 M dan nilai ini tidak mengalami peningkatan yang nyata setelah periode cekaman Al ditambah menjadi 12, 24 dan 48 jam. Penelitian yang telah yang dilakukan oleh Delhaize et al (1993) menunjukan bahwa tanaman gandum tenggang Al yang dicekam Al 50 µM selama 6 jam mampu mensekresikan asam malat sebesar 0.11 µmol dan nilai ini tidak mengalami peningkatan yang nyata setelah tanaman mengalami cekaman Al selama 24 jam. Nilai sekresi asam organik yang tidak berbeda antar varietas Krowal dan IR 64 menunjukan bahwa kedua varietas memiliki kemampuan yang sama dalam mensekresikan asam organik sebagai bentuk respon fisiologis terhadap Al.
SIMPULAN DAN SARAN
SimpulanAluminium memiliki pengaruh yang sangat besar terhadap penghambatan pemanjangan akar tanaman padi. Semakin tinggi konsentrasi cekaman dan semakin lama periode cekaman yang diberikan maka semakin tinggi tingkat penghambatan pemanjangan akar tanaman padi.Peningkatan konsentrasi Al berbanding lurus dengan peningkatan sekresi asam organik ke larutan hara akan tetapi peningkatan konsentrasi Al tersebut tidak mempengaruhi akumulasi asam organik pada jaringan akar. Pada kondisi cekaman Al 60 ppm, varietas Krowal cenderung mensekresikan asam organik lebih tinggi dibandingkan varietas IR 64. Periode cekaman Al 60 ppm selama 6 jam mampu membuat varietas Krowal dan IR 64 mensekresikan asam organik dalam jumlah yang cukup besar.
Saran
Perlu dilakukan penelitian lanjutan untuk mengetahui jenis asam organik yang disekresikan oleh tanaman padi varietas Krowal dan IR 64. Perlu digunakan padi toleran Al untuk melihat respon utama tenggang Al pada tanaman padi.
DAFTAR PUSTAKA
Blamey FPC, CJ Asher, GL Kerven, and NG Edwards. 1993. Factors affecting alumunium absorption by calcium pectate.
Plant and Soil. 149: 87-94
Delhaize E, Ryan PR and Randal PJ. 1993. Alumunium resistance in wheat (Triticum aestivum L.): II. Alumunium-stimulated excretion of malic acid from root apices.
Plant Physiol. 103: 695-702.
Delhaize E and Ryan RR. 1995. Alumunium toxicity and tolerance in plant. Plant Physiol. 107: 315-321.
Foy CD. 1983. The physiology of plant adaption to mineral stress. Iowa State J Res
57: 355-392.
Grist DH. 1953. Rice. London : Longmans, Green co Ltd.
Hue NV, Cradock GR, adams F. 1986. Effect of organic acids on aluminum toxicity in subsoil. Soil Science Society of America Journal. 50: 28-34
Kamprath E. 1980. Soil Acidity Well-Drained Soil of the Tropics as a Constraint to Food Production in the Tropics. Los Banos : IRRI
Kochian LV. 1995. Cellular mechanism of alumunium toxicity and resistance in plants. Annu Rev. Plant Physiol. Plant Mol.Biol. 46: 237-260.
Kochian LV, Hoekenga OA and Pineros MA.
2004. How do plants tolerate acid soils ? Mechanism of alumunium tolerance and phosporous efficiency. Annu Rev. Plant Physiol. 55: 459-493.
Kasim N. 2000. Eksudasi dan akumulasi asam organik pada beberapa kedelai (Glycine max) genotipe toleran aluminium. [Tesis]. Program Pascasarjana IPB. Bogor.
Li et al. 2000. Pattern of aluminum-induced secretion of organic acids differs between Rye and Wheat. Ameriaca Society Of Plant physiol. Pp123:1537-1543.
Ma JF, Zheng SJ, Matsumoto H. 1998. High alumunium resistance in Buckwheat : I. Al-induced specific secretion of oxalic acid from root tips. Plant l Physiol. 117: 745-751.
Ma JF. 2000. Role of organic acids in detoxification of alumunium in higher plants. Plant Cell Physiol. 41: 383-390. Matsumoto H. 1991. Biochemical mechanism
of the toxicity of alumunium and the sequestration of alumunium in plant cells.
In R. J Wright et al. (eds) Plant-Soil Interactions at Low pH. Netherlands: Kluwer Academic Publishers. Pp 825-836.
Marscner H. 1995. Mineral Nutrition in Higher Plants. Academic Press Inc. London. 889p.
Miyasaka SC, Buta JG, Howell RK and Foy CD. 1991. Mechanism of alumunium tolerance in snapbeans : root exudation of citric acid. Plant Physiol. 96: 737-743 Pellet DM, Grunes DL, Kochian LV. 1995.
Organic acid exudation as a mechanisms of Al-resistance in Zea mays. Planta 197: 788-795.
Pusat Penelitian Tanah dan Agroklimat. 1997. Peta Tanah Indonesia. Lembaga Penelitian Tanah dan Agroklimat, Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian. Departemen Pertanian.
Sanchez. 1976. Properties and Management of Soil in the Tropics. New York: John Willey and Sons. 618 p.
Taylor GJ. 1981. Current views of the alumunium stress response: The physiologycal basis of tolerance. Curr top Plant Biochem Physiol 10: 57-93.
Yoshida S, Forno DA, Cock JH. 1976.
Laboratory Manual For Physiological Studies of Rice (3rdEd). Los Banos: IRRI. hlm 61-66.
