SELEKSI KETAHANAN 10 GENOTIPE GANDUM (Triticum aestivum L.) DENGAN
PROLINE SEBAGAI PENANDA TERHADAP CEKAMAN SUHU TINGGI DAN
KEKERINGAN
*Theresa Dwi Kurnia
1), Djoko Murdono
2), Nugraheni Widyawati
3), Sony Heru Priyanto
4)1) Magister Agroekoteknologi, Universitas Kristen Satya Wacana
Jl. Diponegoro 52-60, Salatiga, 50711, Indonesia
Kebutuhan makanan pokok di Indonesia yang telah beralih dari padi menjadi gandum kini memaksa kita untuk melakukan usaha pengembangan varietas gandum yang mampu tumbuh pada kondisi umum di Indonesia, dimana lahan yang tersedia sebagian besar merupakan lahan marginal. Kegiatan seleksi 10 genotipe gandum ini dilakukan di Desa Telogoweru, Kecamatan Guntur, Demak yang wilayahnya ekstrim dengan suhu tinggi dan cekaman kekeringan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pertumbuhan dan hasil tanaman gandum sekaligus mengetahui genotipe tanaman gandum yang mampu beradaptasi serta melakukan seleksi 10 genotipe gandum untuk menghasilkan varietas gandum tropis dataran rendah. Seleksi dilakukan terhadap tanaman yang menunjukkan kemampuan bertahan hidup yang baik, seperti laju peningkatan tinggi tanaman yang tertinggi, jumlah daun terbanyak, persentase kemampuan tanaman bertahan hidup serta kemampuan tanaman menghasilkan biji. Untuk memastikan hasil seleksi berdasarkan fenotipe di lapangan, pengamatan juga dilakukan berdasarkan senyawa proline yang dihasilkan tanaman. Banyaknya proline yang dihasilkan dianggap dapat menunjukkan kemampuan bertahan oleh tanaman terhadap cekaman suhu tinggi maupun kekeringan. Dari pengamatan fenotipe di lapangan, daya adaptasi 5 genotipe terbaik ditunjukkan oleh genotipe LAJ3302, OASIS, MENEMEN dan ALTAR, serta dibuktikan dengan hasil analisis proline yaitu genotipe BASRIBEY, ALTAR, MENEMEN, LAJ3302 menunjukkan jumlah proline tertinggi dibandingkan genotipe yang lain. Dapat diambil kesimpulan bahwa genotipe yang berpotensi mampu dikembangkan di wilayah dataran rendah adalah ALTAR, BASRIBEY, MENEMEN dan LAJ3302.
Kata kunci:Cekaman kekeringan, Cekaman suhu tinggi, Gandum dataran rendah.
PENDAHULUAN
Budaya sarapan roti dan konsumsi mie instan yang sudah sangat akrab dalam keseharian
masyarakat, menjadikan gandum sebagai makanan pokok kedua setelah padi, untuk itu produksi
gandum dalam negeri harus makin dikembangkan yaitu gandum tropika yang dapat diproduksi di
Indonesia, sehingga tidak sepenuhnya bergantung pada impor.
Pusat Studi Gandum UKSW, yang dibentuk tahun 2003, telah menjadi salah satu pelopor
pengembangan gandum tropika dan satu-satunya produsen benih gandum tropika bersertifikat di Indonesia.
Permasalahan yang dihadapi, jenis gandum yang dikembangkan masih terbatas pada satu varietas untuk dataran
*
Diseminarkan pada Seminar Nasional Bioteknologi 2014 – Fakultas Teknobiologi Universitas Surabaya tanggal
tinggi, produksinya belum optimal dan daya serap masyarakat masih rendah, selain itu di dataran tinggi masih
banyak komoditas budidaya yang nilai kompetitifnya lebih tinggi daripada gandum, sehingga sasaran
pengembangan varietas adalah untuk gandum dataran rendah.
Kendala utama dalam pengembangan gandum di dataran rendah adalah lingkungan yang
kurang menguntungkan untuk pertumbuhan tanaman gandum, khususnya cekaman suhu tinggi
(Samosir, 2011). Setiap tanaman mempunyai kemampuan tersendiri untuk tumbuh dan bertahan
hidup di lingkungan yang kurang menguntungkan, karena adanya faktor genotipe (Tjitrosomo, 1984).
Salah satu upaya untuk mendapatkan varietas gandum dataran rendah tropis dilakukan pengujian
beberapa genotipe gandum, dimana faktor genetik suatu genotipe gandum yang ditanam berbeda
dengan faktor genetik yang dimiliki genotipe gandum yang lain. Genotipe-genotipe gandum yang
akan ditanam merupakan keturunan dari genotipe gandum yang sebelumya pernah ditanam di
dataran rendah, maka diharapkan ada kemungkinan terdapat genotipe gandum yang memiliki faktor
genetik mampu beradaptasi di dataran rendah, sehingga akan mendapatkan genotipe gandum yang
berpotensi untuk dijadikan varietas gandum dataran rendah, maka penelitian ini bertujuan untuk
mengetahui pertumbuhan dan hasil tanaman gandum sekaligus mengetahui genotipe tanaman
gandum yang mampu beradaptasi serta melakukan seleksi 10 genotipe gandum untuk menghasilkan
varietas gandum tropis dataran rendah.
Hasil seleksi akan dibuktikan dengan kandungan senyawa proline pada tanaman gandum. Daya
adaptasi tanaman terhadap cekaman kekeringan dan suhu tinggi dapat ditunjukkan dengan jumlah
senyawa proline yang disintesis saat mengalami cekaman. Proline adalah salah satu asam amino
yang dihasilkan oleh tanaman saat mengalami stress abiotik (Barnet dan Naylor, 1966). Stress abiotik
yang dimaksudkan adalah saat tanaman mengalami cekaman kekeringan, salinitas tinggi, chilling,
freezing dan temperatur yang tinggi.
METODE PENELITIAN
Bahan
Dalam kegiatan penelitian ini bahan utama yang diperlukan adalah 10 genotipe gandum yang
sudah ada dan merupakan koleksi dari Pusat Studi Gandum, Fakultas Pertanian dan Bisnis, UKSW
yaitu: OASIS, HP1744, LAJ3302/2*MO88, RABE/2*MO88, H-21, G-21, ALTAR 84, MENEMEN,
BASRIBEY, SELAYAR. Bahan lain yang digunakan adalah pupuk urea dan pupuk kandang serta air
yang diberikan saat proses penanaman.
Alat
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah alat bercocok tanam seperti cangkul
untuk mengolah tanah dan pompa air untuk mempermudah pengairan saat proses penanaman
berlangsung
Prosedur
Penelitian dilaksanakan mulai bulan Juni 2013 diawali dengan persiapan lahan dan berakhir
pada bulan Oktober 2013. Tempat penelitian adalah di Desa Telogoweru, Kecamatan Guntur,
hidup yang baik, seperti laju peningkatan tinggi tanaman yang tertinggi, jumlah daun terbanyak,
persentase kemampuan tanaman bertahan hidup serta kemampuan tanaman menghasilkan biji.
Tahap selanjutnya adalah pengujian kandungan proline yang akan dianalisis dengan
menggunakan metode Bates (1973). Bagian tanaman yang dianalisis adalah seluruh bagian shoot (1
inchi dari permukaan tanah) saat tahap pertumbuhan vegetatif tanaman berumur 2 minggu.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Laju Peningkatan Tinggi Tanaman
Pengamatan laju peningkatan tinggi tanaman dilakukan untuk melihat kemampuan
bertumbuh secara vegetatif. Pada umumnya tanaman yang kondisi lingkungannya mendukung untuk
pertumbuhan akan memacu tanaman melakukan pertumbuhan vegetative lebih baik seperti laju
peningkatan tinggi tanaman yang cukup baik. Lain halnya dengan tanaman yang mengalami
cekaman lingkungan seperti kekeringan atau suhu tinggi maka laju peningkatan tinggi tanaman akan
terhambat. Dari pengamatan laju peningkatan tinggi tanaman, genotipe yang tumbuh paling tinggi
pada awal pengamatan adalah LAJ3302, Selayar dan Basribey, tetapi pada akhir pengamatan,
tanaman tertinggi ditunjukkan oleh genotipe Menemen, Altar dan LAJ3302. Pada penelitian yang
telah dilakukan ini, kondisi lingkungan tempat tumbuh 10 genotipe sama-sama mengalami cekaman
kekeringan dan suhu tinggi tetapi beberapa tanaman mampu menunjukkan respon yang lebih baik
dibandingkan tanaman lain. Hal ini dapat menunjukkan bahwa masing-masing tanaman memiliki
ketahanan yang berbeda-beda terhadap kondisi cekaman lingkungan.
Gambar 1. Grafik laju peningkatan tinggi tanaman
Jumlah Daun
Pengamatan jumlah daun juga dilakukan untuk melihat kemampuan tanaman tumbuh pada
tahap vegetatif. Diharapkan tanaman dengan jumlah daun yang banyak mampu berfotosintesis
dengan baik sehingga menghasilkan fotosintat yang dapat dimanfaatkan tanaman untuk membentuk
anakan dan malai. Berdasarkan jumlah daun, kemampuan tanaman membentuk daun terbanyak
adalah dari genotipe OASIS, LAJ3302 dan Selayar. Hampir sama pada pengamatan laju peningkatan
tinggi tanaman, genotipe LAJ3302 dan Selayar memberikan hasil yang tertinggi, sedangkan genotipe
mengalami cekaman dapat menunjukkan gejala siklus pertumbuhan yang pendek, hal ini
berhubungan dengan terhambatnya pembentukan daun atau masa fase vegetative tanaman
berkurang. Selain jumlah daun yang rendah, luas permukaan daun pun akan mengalami penurunan,
seperti yang dijelaskan Kramer (1983) menjelaskan lebih lanjut bahwa pengaruh cekaman kekeringan
pada pertumbuhan vegetatif terutama pada perluasan area daun dan pertumbuhan tunas baru dan
nisbah akar-tajuk. Jumlah daun yang rendah akan sangat berpengaruh terhadap besarnya kegiatan
fotosintesis yang dilakukan, semakin rendah jumlah daun, besarnya fotosintat yang dihasilkan
tanaman juga akan rendah dan secara tidak langsung berpengaruh terhadap penurunan kemampuan
tanaman bertahan hidup.
Gambar 2. Jumlah daun
Kemampuan Bertahan Hidup
Berdasarkan pengamatan kemampuan bertahan hidup dari tanaman, dapat dilihat
kemungkinan dari beberapa genotipe gandum yang dicobakan mampu menghasilkan keturunan
berikutnya yang sudah beradaptasi pada kondisi lingkungan dengan suhu tinggi dan cekaman
kekeringan. Toleransi tanaman terhadap cekaman kekeringan dapat terjadi jika tanaman dapat
bertahan terhadap cekaman yang terjadi dan adanya toleransi atau mekanisme yang memungkinkan
menghindari dampak buruk dari situasi cekaman tersebut. Persentase tanaman yang bertahan hidup
tertinggi adalah pada genotipe Altar, diikuti OASIS dan LAJ3302, sehingga ketiga genotipe tersebut
diduga memiliki kemampuan toleransi yang tinggi terhadap cekaman kekeringan dan suhu tinggi
dibandingkan genotipe yang lain sehingga dengan kondisi dalam cekaman pun, ketiga genotipe tetap
dapat bertahan hidup bahkan menghasilkan benih.
Mekanisme toleransi terhadap cekaman kekeringan dan suhu tinggi dapat terjadi karena
tanaman mampu mempertahankan tekanan turgor yang tinggi juga pada potensial air yang agak
rendah dengan cara meningkatkan potensial osmotik melalui akumulasi zat terlarut yang meningkat di
dalam sel. Proses ini disebut penyesuaian osmotik atau regulasi osmotik. Adanya penyesuaian
osmotik, berarti menjaga turgor sel sehingga berarti pula menjaga integritas dan proses fisiologi
sitoplasma. Penyesuaian osmotik berpotensi menjaga proses fotosintesis dan pertumbuhan tanaman
(Riduan, dkk. 2007).
0 1 2 3 4 5
Jumlah Daun
20 HST
30 HST
Tabel 1. Persentase tanaman bertahan hidup
Data Hasil Panen
Tabel dibawah menunjukkan data hasil panen dari 10 genotipe yang diuji pada daerah
dengan cekaman suhu tinggi dan kekeringan. Data hasil panen dapat menunjukkan kemampuan
produksi tanaman pada kondisi lingkungan yang kurang mendukung. Pada fase perkembangan
reproduktif, tanaman akan sangat peka terhadap cekaman kekeringan. Kondisi cekaman kekeringan
dapat menyebabkan gugurnya bunga atau sterilitas serbuk sari. Hal ini berhubungan dengan
penurunan kecepatan fotosintesis akibat keterbatasan ketersediaan air.
Genotipe yang mampu menghasilkan persentase malai tertinggi adalah ALTAR, G-21 dan
RABE/2*MO88, nilai yang lebih dari 100% menunjukkan bahwa tanaman mampi menghasilkan
anakan yang juga produktif, dibandingkan genotipe lain yang tetap mampu bertahan hidup tetapi tidak
mampu membentuk malai. Untuk memperoleh produksi maksimal tidak hanya cukup pada malai yang
dihasilkan tetapi juga jumlah biji tiap malai. Seperti yang sudah disampaikan sebelumnya bahwa
kondisi kekeringan dan suhu tinggi menyebabkan sterilitas pada serbuk sari hal ini dapat
menghambat pembentukan biji, sehingga banyak juga diperoleh malai yang hampa. Tabel 2.
Menunjukkan bahwa rata-rata jumlah biji per malai tertinggi hanya 2,24 pada genotipe BASRIBEY
dan 2,17 dari genotipe LAJ3302. Meskipun nilai tersebut sangat rendah, kedua genotipe tersebut
dapat dianggap sebagai genotipe yang mampu beradaptasi dengan kondisi lingkungan cekaman
suhu tinggi dan kekeringan dibandingkan dengan genotipe lainnya. Selain menyebabkan sterilitas
pada serbuk sari, cekaman suhu tinggi dan kekeringan juga menghambat translokasi dari daun dalam
proses pengisian biji sehingga biji yang terbentuk pun tidak akan mentes atau terisi maksimal. Hal ini
akan berpengaruh pada berat 1000 butir biji dimana nantinya akan mempengaruhi hasil panen.
Genotipe HP 1744 menunjukkan berat 1000 butir tertinggi diikuti ALTAR, RABE/2*MO88, OASIS dan
LAJ3302.
Hasil penelitian Nur, dkk, (2010) menunjukkan bahwa perubahan lingkungan tumbuh dari
dataran tinggi ke dataran rendah pada lingkungan tropika basah menyebabkan terjadinya penurunan
daya berkecambah benih, penurunan tinggi tanaman dan penurunan jumlah anakan produktif dari
setiap genotipe, sehingga tidak heran jika hasil pertumbuhan dan hasil panen dari beberapa genotipe
yang dicobakan kurang memuaskan. Data pertumbuhan dan kemampuan bertahan hidup
Genotipe % tanaman
bertahan
ALTAR 84 23,10
OASIS 15,73
LAJ3302/2*MO88 15,32
MENEMEN 14,32
RABE/2*MO88 14,30
G-21 14,26
BASRIBEY 11,92
SELAYAR 10,72
H-21 9,67
menunjukkan bahwa genotipe LAJ3302, OASIS dan ALTAR merupakan 3 genotipe yang lebih baik
dibandingkan genotipe lainnya, termasuk yang mampu menghasilkan malai, jumlah biji per malai dan
berat 1000 butir tertinggi. Beberapa genotipe yang mampu memberi hasil terbaik diduga memiliki
kemampuan ketahanan terhadap cekaman suhu tinggi dan kekeringan. Seperti pada penelitian
Marcia dan Muslimah, 2011 dimana sejumlah 15 genotipe gandum yang pernah dicoba untuk
dikembangkan di dataran rendah (<15 m dpl) di daerah Merauke, Papua memberi hasil 1,3-2,4
ton/ha, dengan asil tertinggi yaitu 2,4 ton/ha diperoleh pada genotipe OASIS/SKAUZ//4*BCN, dimana
nilai tersebut lebih tinggi dibandingkan varietas unggul Nasional (Selayar, Nias dan Dewata) dengan
hasil masing-masing 1,9; 1,6; 1,3 ton/ha.
Analisis kandungan proline yang merupakan salah satu asam amino yang dihasilkan oleh
tanaman saat mengalami stress abiotik dapat digunakan sebagai penanda ketahanan tanaman
terhadap cekaman suhu tinggi dan kekeringan pada tanaman gandum. Tanaman yang tahan
terhadap cekaman kekeringan, mampu memanfaatkan air yang sedikit untuk menghasilkan berat
kering tanaman maksimal. Changhai, dkk. 2010 juga melakukan pengamatan terhadap berat kering
tanaman gandum dilihat dari efisiensi transpirasinya. Hasil menunjukkan pada varietas dengan
efisiensi transpirasi tinggi, berat kering tanaman yang mengalami cekaman hanya turun 10,2 %
sedangkan tanaman yang efisiensi rendah, berat kering turun hingga 26,6%. Disini peran dari proline
sebagai osmoprotektan terlihat sebagai penjaga sel stomata dalam mencegah transpirasi terlalu
tinggi. Pada penelitian Maralian dkk, (2010), membuktikan bahwa keberadaan proline pada tanaman
gandum dapat mengikat air dalam sel sehingga sulit di transpirasikan, proline juga tetap menjaga
turgor stomata sehingga CO2 tetap dapat diserap oleh tanaman untuk melakukan fotosintesis
sehingga akumulasi fotosintat tetap dapat dilakukan tanaman.
Kesepuluh genotipe gandum yang dianalisis kandungan proline menunjukkan hasil yang
berbeda-beda (Tabel 3.). Nilai proline tinggi dihasilkan oleh genotipe BASRIBEY diikuti ALTAR,
tersebut juga tertinggi dibandingkan genotipe yang lain. Hal ini menunjukkan bahwa keberadaan
proline mampu membantu tanaman untuk bertumbuh pada fase vegetatif dengan lebih baik. Genotipe
BASRIBEY dan LAJ3302 juga membentuk biji per malai lebih banyak dibandingkan genotipe yang
lain sehingga peran proline selain membantu tanaman untuk tumbuh maksimal pada fase vegetatif
juga berperan pada saat fase generatif terutama saat proses pembungaan dalam rangka
menghasilkan biji.
Tabel 3. Analisis Proline
Nama Genotipe Proline µg/g
Berat segar
OASIS 32,11
HP1744 27,54
LAJ3302/2*MO88 39,30
RABE/2*MO88 28,25
H-21 37,19
G-21 35,79
ALTAR 84 76,84
MENEMEN 42,28
BASRIBEY 111,93
SELAYAR 34,21
KESIMPULAN
Kesimpulan dari kegiatan seleksi 10 genotipe gandum adalah pertumbuhan tanaman gandum pada
dataran rendah tropis menunjukkan hasil yang kurang baik dibandingkan dengan penanaman
gandum di wilayah dataran tinggi dengan kecukupan air, seleksi yang dilakukan menunjukkan dari
pengamatan fenotipe di lapangan, daya adaptasi 5 genotipeterbaik ditunjukkan oleh genotipe
LAJ3302, OASIS, MENEMEN dan ALTAR, serta dibuktikan dengan hasil analisis proline yaitu
genotipe BASRIBEY, ALTAR, MENEMEN, LAJ3302 menunjukkan jumlah proline tertinggi
dibandingkan genotipe yang lain. Dapat diambil kesimpulan bahwa genotipe yang berpotensi mampu
dikembangkan di wilayah dataran rendah adalah ALTAR, BASRIBEY, MENEMEN dan LAJ3302.
UCAPAN TERIMAKASIH
Ucapan terimakasih peneliti sampaikan pada setiap pihak yang sudah membantu terutama kepada
Dikti yang memberikan dana penelitian, juga kepada dosen pembimbing, Ibu Dr. Nugraheni
Widyawati dan Bpk Ir. Djoko Murdono, MS. yang telah memberi masukkan dan pengarahan selama
penelitian dilaksanakan. Peneliti juga menyampaikan terimakasih kepada Dr. Endang Pudjihartati
selaku ketua Program Studi Magister Agroekoteknologi yang selama ini juga sudah menjadi wali studi
dan memberi bimbingan dalam perkuliahan, terimakasih kepada Prof. Sony H. Priyanto sebagai
dekan yang tidak pernah berhenti mendorong dan menyemangati dalam banyak hal. Juga kepada
sampaikan terimakasih kepada panitia SNB 2014 yang telah bekerja sama dan mau menerima hasil
penelitian ini untuk diseminarkan.
DAFTAR PUSTAKA
Barnet N.M. dan Naylor A. W. 1966. Amino Acid and Protein Metabolism in Bermuda Grass During Water stress. Plant Physiol. 41:1222-30
Bates, L.S. 1973. Rapid Determination Of Free Proline For Water-Stress Studies. Plant and soil. 39: 205-207.
Changhai S., Baodi1 D., Yunzhou Q., Yuxin L., Lei S., Mengyu L., Haipei. 2010. Physiological regulation of high transpiration efficiency in winter wheat under drought conditions. Plant Soil Environ. Vol. 56, 2010 (7): 340–347.
Jones HG, Corlett JE. 1992. Current Topics In Drought Physiology. Journal of Agric Science. 49: 291-296.
Kramer PJ. 1983. Water Relations Of Plants. Academic Press, Inc.
Maralian H., Ebadi A., Didar T. R dan Eghrari B. 2010. Influence of water deficit stress on wheat grain yield and proline accumulation rate. African Journal of Agricultural Research, Vol. 5 (4) pp. 286-289, 18 February, 2010.
Marcia M. Aqil dan Muslimah H. 2011. Inovasi Gandum Adaptif Dataran Rendah. Badan Litbang Pertanian. Edisi 26 Januari – 1 Februari 2011 No. 3390 Tahun XLI.
Nur Amin, Trikoesoemaningtyas, Khumaida Nurul dan Sujiprihati Sriani. 2010. Phenologi Pertumbuhan dan Produksi Gandum pada Lingkungan Tropika Basah. Prosiding Pekan Serealia Nasional. ISSN: 978-979-8940-29-3. hal 188-189.
Riduan A, Santoso J, Utomo SD, Sudarsono. 2007. Hubungan Antara Ekspresi Gen P5CS Dengan Pertumbuhan Dan Hasil Biomasa Tembakau Transgenik Dalam Kondisi Non-Stres. Agrotropika 12: 1-9
Samosir, Aditya Permana. 2011. Adaptabilitas Varietas Gandum Introduksi di Bogor. Institut Pertanian Bogor. Bogor.
