TINJAUAN PUSTAKA Botani Tanaman
Menurut van Steenis (2003), tanaman kedelai diklasifikasikan ke dalam
Kingdom Plantae dengan divisi Spermatophyta. Kedelai merupakan tanaman
berbiji terbuka dengan subdivisi Angiospermae. Tanaman kedelai termasuk ke
dalam kelas Dicotyledonae, berordo Polypetales dengan famili Papilionaceae
(Leguminosae). Nama spesies dari tanaman ini adalah Glycine max (L.) Merill
dengan genus Glycine.
Akar kedelai merupakan akar tunggang yang dapat mencapai kedalaman
2 meter sesuai dengan kedalaman lapisan oleh tanah, cara pengolahan tanah,
tekstur tanah, sifat kimia dan fisik tanah. Sistem perakaran umumnya berbentuk
serabut dan berada pada lapisan atas tanah. Pada akar tersebut terdapat bintil akar
berupa koloni dari bakteri Rhizobium japonicum (Lamina, 1989). Akar tersebut
telah diketahui mengandung beberapa senyawa isoflavon yang bermanfaat bagi
kesehatan.
Batang kedelai berbatang pendek (30-100 cm), berbentuk tanaman perdu,
dan berkayu. Pertumbuhan batang kedelai dibedakan menjadi dua tipe yaitu tipe
determinate dan indeterminate, keduanya dibedakan berdasarkan atas keberadaan
bunga pada pucuk batang. Pertumbuhan batang determinate ditunjukkan dengan
batang yang tidak tumbuh lagi pada saat tanaman mulai berbunga. Sedangkan
pertumbuhan indeterminate dicirikan dengan pucuk batang tetap tumbuh daun,
walaupun tanaman sudah mulai berbunga (Adisarwanto, 2005).
Daun kedelai mempunyai ciri-ciri antara lain helai daun (lamina) oval dan
(Rukmana dan Yuniarsih, 1996). Umumnya, bentuk daun kedelai ada dua yaitu
bulat (oval) dan lancip (lanceolate). Kedua bentuk daun tersebut dipengaruhi oleh
faktor genetik (Adisarwanto, 2005).
Tanaman kedelai mempunyai dua periode tumbuh, yaitu periode vegetatif
dan periode reproduktif. Periode vegetatif adalah periode tumbuh dari mulai
munculnya tanaman di permukaan tanah sampai terbentuk bunga pertama. Di
daerah tropis, dengan panjang hari sekitar 12 jam dan suhu tinggi, periode
vegetatif sebagian besar kultivar berkisar antara 4-5 minggu. Periode reproduktif
menyusul periode vegetatif; kuncup-kuncup ketiak daun berkembang membentuk
kelompok-kelompok bunga. Bunga kedelai tergolong bunga sempurna, yaitu
setiap bunga memiliki alat jantan dan alat betina (Islami dan Utomo, 1995).
Polong kedelai pertama kali terbentuk sekitar 7-10 hari setelah munculnya
bunga pertama. Panjang polong muda sekitar 1 cm dan jumlah polong yang
terbentuk pada setiap daun sangat beragam, mulai 1-10 polong. Kecepatan
pembentukan polong dan pembesaran biji akan semakin cepat saat pembungaan
berhenti. Di dalam polong terdapat biji yang berjumlah 2-3 biji dan mempunyai
ukuran yang bervariasi. Biji kedelai berbentuk bulat, agak gepeng dan bulat telur
dan terbagi menjadi dua bagian utama, pertama kulit biji dan janin (embrio). Pada
kulit biji terdapat bagian yang disebut hilum dan mikrofil yang terbentuk saat
proses pembentukan biji (Adisarwanto, 2005).
Syarat Tumbuh Iklim
Pada awalnya kedelai merupakan tanaman subtropika hari pendek, namun
terhadap lintang yang berbeda. Kemampuannya untuk ditanam dimana saja adalah
keunggulan utama tanaman ini. Pertumbuhan optimum tercapai pada suhu
20-25 0C. Suhu 12-20 0C adalah suhu yang sesuai bagi sebagian besar proses
pertumbuhan tanaman, tetapi dapat menunda proses perkecambahan benih dan
pemunculan biji. Pada suhu yang lebih tinggi dari 30 0C, fotorespirasi cenderung
mengurangi hasil fotosintesis (Rubatzky dan Yamaguchi, 1998).
Kedelai merupakan tanaman hari pendek, yakni tidak akan berbunga bila
lama penyinaran (panjang hari) melampaui batas kritis. Setiap varietas
mempunyai panjang hari kritik. Apabila lama penyinaran kurang dari batas kritik,
maka kedelai akan berbunga. Dengan lama penyinaran 12 jam, hampir semua
varietas kedelai dapat berbunga dan tergantung dari varietasnya, umumnya
berbunga beragam dari 20 hingga 60 hari setelah tanam. Apabila lama penyinaran
melebihi periode kritik, tanaman tersebut akan meneruskan pertumbuhan
vegetatifnya tanpa berbunga (Rubatzky dan Yamaguchi, 1998).
Tanah
Kedelai dapat tumbuh baik pada berbagai jenis tanah asal drainase dan
aerasi tanah cukup baik. Tanah-tanah yang cocok yaitu alluvial, regosol,
grumosol, latosol, dan andosol. Pada tanah-tanah podsolik merah kuning dan
tanah yang mengandung banyak pasir kwarsa, pertumbuhan kedelai kurang baik,
kecuali bila diberi tambahan pupuk organik atau kompos dalam jumlah yang
cukup (Andrianto dan Indarto, 2004).
Jika pH terlalu rendah dapat menimbulkan keracunan aluminium dan
Pengapuran juga dapat meningkatkan pH tanah dan memperkaya tanah akan
kalsium dan magnesium (Suprapto, dkk, 1992).
Bradyrhizobium japonicum
Bradyrhizobium japonicum merupakan bakteri tanah penambat nitrogen
(N2) melalui simbiosisnya dengan tanaman kedelai dengan cara membentuk bintil
akar. Simbiosis yang efektif dapat memasok kebutuhan nitrogen tanaman hingga
50%. Umumnya bakteri ini tumbuh optimum pada pH sekitar 7,0. Namun
demikian, kondisi tanah asam dapat menjadi faktor pembatas bagi pertumbuhan
bakteri bintil akar kedelai B. japonicum. Hal ini karena dapat menghambat
pertumbuhan dan nodulasi oleh B. japonicum yang akhimya dapat menghambat
simbiosisnya dengan tanaman kedelai (Mubarik, dkk, 2009).
B japonicum yang efektif dalam menambat nitrogen dapat memenuhi
lebih kurang 74% pasokan nitrogen yang dibutuhkan tanaman kedelai tanaman
kedelai (Suryantini, 1994).
Bradyrhizobium adalah bakteri tanah termasuk divisi protophyta kelas
Schizomycetes, ordo Eubacteriales, famili Rhizobiaceae mempunyai kemampuan
membentuk bintil akar pada tanaman legum, kriteria ini sering digunakan untuk
mengenal bakteri bintil akar. Bradyrhizobium memiliki pertumbuhan yang lambat.
B japonicum merupakan rhizobia tumbuh lambat (5-7 hari) pada medium SKM
(sari kamir manitol), bereaksi basa pada medium manitol-garam mineral,
memiliki koloni berbentuk bundar, berdiameter tidak lebih dari 1 mm dalam masa
inkubasi 5-7 hari pada medium SKM pada suhu 28° C, dan umumnya resisten
terhadap streptomisin, penisilin G, tetrasiklin, viomisin, vancomisin
Isoflavon
Senyawa isoflavon adalah satu golongan senyawa metabolit sekunder yang
banyak terdapat pada tumbuh – tumbuhan, khususnya dari golongan
Leguminoceae. Isoflavon tergolong kelompok flavonoid, senyawa polifenolik
yang banyak ditemukan pada buah–buahan, sayur–sayuran, dan biji – bijian.
Kandungan senyawa flavonoid sendiri dalam tanaman sangat rendah, yaitu sekitar
0,25 %. Senyawa – senyawa tersebut pada umumnya dalam keadaan terikat atau
terkonjugasi dengan senyawa gula (Zhang and Smith, 1997).
Kandungan isoflavon yang lebih tinggi terdapat pada tanaman leguminosa,
khususnya tanaman kedelai. Pada tanaman kedelai, kandungan isoflavon yang
lebih tinggi terdapat pada biji kedelai, khususnya pada bahagian hipokotil (germ)
yang akan tumbuh menjadi bahagian tanaman, sebagian lagi terdapat pada
kotiledon yang akan menjadi daun pertama pada tanaman. Kandungan isoflavon
pada kedelai berkisar 2–4 mg/g kedelai (Leclerg and Heuson, 1999).
Isoflavon daidzein dan genistein merupakan komponen utama dari
tanaman kedelai. Genistein sebagai signal bakteri terhadap tanaman memberikan
peranan penting dalam nodulasi bintil akar oleh B japonicum pada akar tanaman
kedelai (Zhang and Smith, 1997).
Isoflavon merupakan bagian dari flavonoid yang banyak ditemukan di
dalam kedelai. Yang termasuk isoflavon di antaranya adalah genistin, daidzin.
Kandungan utama isoflavon pada kedelai adalah genistein dan daidzein walaupun
sebenarnya ada banyak kandungan isoflavon lain seperti glycitein dan
biochanin A. Isoflavon berperan sebagai kemoatraktan bagi rhizobia dan sebagai
yang berperan bagi perkembangan bintil akar pada tanaman legum. Gambar1
berikut menjelaskan model sekresi flavonoid dari akar kedelai dan simbiosis
antara legum dan rhizobium (Sugiyama and Yazaki, 2008)
Gambar1 : Model sekresi flavonoid dari akar kedelai dan simbiosis antara legum dan rhizobium (sumber: Sugiyama and Yazaki, 2008)
Simbiosis antara tanaman kacang-kacangan dengan bakteri bintil akar
memerlukan koordinasi antara ekspresi gen bakteri yang diatur melalui pertukaran
signal molecule. Tanaman legum mengeluarkan signal yang sebagian besar
berupa isoflavon yang menginduksi transkipsi dari gen nodulasi bakteri bintil akar
(seperti nod, nol atau noe genes) yang produk proteinnya diperlukan dalam proses
infeksi (Sumunar, 2003).
Simbiosis B japonicum dengan Akar Kedelai
Tanaman kedelai telah diketahui bersimbiosis dengan bakteri B japonicum
yang mampu memfiksasi N2 bebas dari udara. Hasil dari fiksasi N simbiotik dapat
memenuhi sebagian besar kebutuhan N tanaman. Untuk menambah populasi
bakteri ke dalam tanah dilakukan melalui inokulasi dengan bakteri yang aktif
sehingga diharapkan fiksasi N dapat berlangsung dengan efektif.
Infeksi bakteri kedalam akar tanaman inang merupakan awal dari mulai
dikeluarkannya asam-asam amino dan lainnya pada rhizosfer oleh akar legum,
sehingga meningkatkan jumlah Bradyrhizobium disekitar akar. Pengenalan akar
makrosimbion (akar rambut kedelai) oleh mikrosimbion (bakteri Bradyrhizobium)
dapat terjadi karena akar kedelai mengeluarkan lectiin (protein) yang dapat
dikenal oleh receptor spesifik pada permukaan bakteri, sehingga bakteri dapat
menempel pada rambut akar kedelai. Pelekat Bradyrhizobium pada bulu-bulu akar
bergantung pada ketepatan senyawa makromolekul yang dikeluarkan oleh
tanaman dengan polisakarida yang terdapat pada permukaan sel bakteri
Bradyrhizobium. Triptofan yang dikeluarkan bakteri kemudian diubah menjadi
Indoleacetic acid (IAA). Senyawa inilah yang merangsang pembengkokan bulu
akar, setelah terjadi pembengkokan Bradyrhizobium akan masuk kedalam
bulu-bulu akar dan segera membentuk benang-benang saluran infeksi. Bradyrhizobium
akan masuk kedalam sel kortek dari akar, didalam sel kortek bakteri akan
menempati sitoplasma, membentuk sel yang disebut bakteroid, dan menghasilkan
stimulan yang menyebabkan sel kortek aktif membelah sehingga menghasilkan
sel-sel poliploid. Pembentukan sel ini akan menyebabkan pembengkakan jaringan,
kemudian membentuk struktur bintil yang berisi bakteri Bradyrhizobium, dan
menonjol sampai diluar akar tanaman inangnya. Struktur ini berasosiasi sangat
erat dengan jaringan pembuluh akar disebut sebagai bintil akar atau nodul
Proses pembentukan bintil akar pada tanaman legume dapat dilihat pada
Gambar 2 berikut:
Gambar 2 : Mekanisme pembentukan bintil akar pada sistem perakaran tanaman leguminosa oleh Rhizobium (sumber: Soedarjo, 1998)
Keberhasilan simbiosis antara kedelai dengan rhizobia terjadi jika berada
dalam kondisi tanah yang menguntungkan dan galur rhizobium tersebut mampu
membentuk bintil akar dan efektif dalam menambat N2 udara. B japonicum adalah
bakteri tanah yang pertumbuhannya lambat namun efektif dan efisien dalam
menambat N2. Tanaman kedelai tidak selamanya mengandalkan N yang berasal
dari penambatan N2 secara hayati, karena bintil baru efektif setelah berumur 23
hari. Inokulasi B.japonicum secara nyata meningkatkan berat kering bintil, berat
kondisi antara lain : apabila legume yang akan ditanam belum pernah ditanam di
suatu lahan atau paling tidak 3 - 4 tahun lebih, lahan belum pernah ditanami,
apabila tidak ada bakteri indogenous yang menyebabkan terbentuknya bintil dan
jika keadaan suhu tanah tersebut ekstrem, sehingga tinggi atau rendah dapat
menurunkan populasi rhizobia di dalam tanah (Soedarjo, 1998)
Pupuk Organik
Penggunaan pupuk organik lebih menguntungkan dibandingkan pupuk
anorganik karena tidak menimbulkan sisa asam organik di dalam tanah dan tidak
akan merusak tanah bila pemberiannya berlebihan. Salah satu jenis pupuk organik
adalah kompos. Kompos diperoleh dari hasil pelapukan bahan-bahan tanaman
atau limbah organik seperti jerami, sekam, daun-daunan, rumput-rumputan,
limbah organik pengolahan pabrik, dan sampah organik yang terjadi karena
perlakuan manusia. Perlakuan yang umum dilakukan berupa penciptaan
lingkungan mikro yang dikondisikan untuk pertumbuhan mikroorganisme.
Perlakuan pengomposan tersebut dapat dipercepat dengan cara penambahan
mikroorganisme decomposer atau aktivator (Anindyawati, 2010).
Penggunaan mulsa jerami pada mulanya ditujukan untuk kepentingan
agronomi, yaitu mempertahankan tingkat kelembaban tanah, menjaga suhu
permukaan tanah, mengurangi erosi, memperlambat pemiskinan K dan Si,
meningkatkan C-organik, Mg dan KTK, meningkatkan serapan hara P dan K, dan
meningkatkan stabilitas agregat tanah serta translokasi N dan P
(Purwani et al., 2000).
Berdasarkan hasil analisis laboratorium didapat kandungan hara kompos
1.99%; K2O 0,66%. Pemanfaatan jerami padi sebagai pupuk organik diantaranya
memiliki kandungan C organik yang tinggi, serta kandungan bahan organik tanah
dapat dinaikkan dan kesuburan tanah dapat dikembalikan dengan pemakaian
kompos jerami padi secara konsisten (Anindyawati, 2010). Seperti nitrogen juga
dibutuhkan untuk membentuk senyawa penting seperti klorofil, asam nukleat, dan
enzim. Karena itu, nitrogen dibutuhkan dalam jumlah relatif besar pada setiap
tahap pertumbuhan tanaman, khususnya pada tahap pertumbuhan vegetatif, seperti
pembentukan tunas, atau perkembangan batang dan daun (Novizan, 2005 ).
Masalah utama dalam pengomposan bahan organik secara alami adalah
lamanya waktu pengomposan. Untuk membuat pupuk kompos dibutuhkan waktu
2-3 bulan. Oleh karena itu perlu adanya upaya untuk mempercepat proses
pengomposan. Berdasarkan hasil penelitian BPTP Sukarami (2000), penggunaan
Trichoderma harzianum sangat efektif dalam proses pengomposan jerami padi.
Pemakaian Trichoderma harzianum dapat mempercepat proses pelapukan
(dekomposisi) jerami padi dalam waktu relative pendek, yaitu selama 3 minggu.
Pupuk kandang didefinisikan sebagai semua produk buangan dari binatang
peliharaan yang dapat digunakan untuk menambah hara, memperbaiki sifat fisik,
dan biologi tanah. Apabila dalam memelihara ternak tersebut diberi alas seperti
sekam pada ayam, jerami pada sapi, kerbau dan kuda, maka alas tersebut akan
dicampur menjadi satu kesatuan dan disebut sebagai pukan pula. Beberapa petani
di beberapa daerah memisahkan antara pukan padat dan cair (Anindyawati, 2010)
Jenis pupuk kandang berdasarkan jenis ternak atau hewan yang
kuda, pupuk kandang kambing atau domba, pupuk kandang babi, dan pupuk
kandang unggas (Novizan, 2005)
Di antara jenis pupuk kandang, pupuk kandang sapilah yang mempunyai
kadar serat yang tinggi seperti selulosa, pupuk kandang sapi dapat memberikan
beberapa manfaat yaitu menyediakan unsure hara makro dan mikro bagi tanaman,
menggemburkan tanah, memperbaiki tekstur dan struktur tanah, meningkatkan
porositas, aerase dan komposisi mikroorganisme tanah, memudahkan
pertumbuhan akar tanaman, daya serap air yang lebih lama pada tanah. Tingginya
kadar C dalam pupuk kandang sapi menghambat penggunaan langsung ke lahan
karena akan menekan pertumbuhan tanaman utama. Penekanan pertumbuhan
terjadi karena mikroba decomposer akan menggunakan N yang tersedia untuk
mendekomposisi bahan organic tersebut sehingga tanaman utama akan
kekurangan N. Untuk memaksimalkan penggunaan pupuk kandang sapi harus
dilakukan pengomposan dengan rasio C/N di bawah 20 (Novizan, 2005)
Adapun komposisi unsure hara yang terkandung dalam pupuk organik
yang berasal dari kompos ternak sapi, yaitu : N (0,7 – 1,3 %), P2O5 (1,5 – 2,0 %),
K2O (0,5 – 0,8 %), C organik (10,0 – 11,0 %), MgO (0,5 – 0,7 %), dan C/N ratio
