Variasi Genetik Berbagai Genotipe Kedelai ….(Yuniaty, A. et al)
(
GENETIC VARIATION AMONG SOYBEAN GENOTYPES UNDER
DROUGHT CONDITION
)
Yuniaty, A. 1, Lantican. R.M 2 Lales, J.S. 2, and Hernandez, J. 2 1. Fakultas Biologi Universitas Jenderal Soedirman
2. Departement of Agronomy, University of The Philippines Los Banos
ABSTRACT
Genetic variation in various physiological characters and yield of several soybean genotypes was studied. Physiological characters studied were leaf relative water content, leaf temperature, transpiration rate, and diffusive resistance. In addition, seed weight per plant was also measured. The aim of the study was to study the genetic variation among soybean genotypes under drought condition imposed at R5 stage until harvesting time. The results revealed genetic variation among the genotypes studied. Some genotypes were able to maintain high relative water contents, while some others showed high transpiration rates and exhibited low diffusive resistances. No differences in leaf temperature were observed among the genotypes. Seed weight varied from 0.58 to 2.38 g per plant.
Keywords: soybean, genetic variation, physiological characters, drought.
PENDAHULUAN
Variasi genetik merupakan aset penting bagi peningkatan mutu genetik suatu jenis tanaman. Kedelai termasuk salah satu tanaman legum penting yang memiliki keanekaragaman genetik tinggi. Legum ini digunakan secara luas dalam industri pangan dan merupakan salah satu sumber protein nabati utama. Selain kandungan protein yang tinggi, kedelai juga mengandung berbagai metabolit sekunder seperti saponin (Liener, 1994), fitoestrogen (Ososki dan Kennelly, 2003), dan isoflavon (Sakai and Kogiso, 2008). Potensi kedelai yang lain adalah sebagai bahan baku biodiesel (Pimentel dan Patzek, 2008), menurunkan kadar kolesterol, mencegah kanker, diabetes, kegemukan dan penyakit ginjal (Friedman dan Brandon, 2001)
Kekeringan merupakan salah satu faktor penting yang membatasi produksi kedelai (Manavalan et al., 2009), Di Indonesia penanaman kedelai banyak dilakukan di tanah kering sehingga kekeringan merupakan masalah bagi budidaya kedelai, terutama bila kekeringan terjadi pada fase R5 (fase pengisian polong) hingga saat panen. Efek negatif kekeringan terhadap metabolisme tanaman terutama disebabkan oleh hambatan osmosis yang terjadi pada sitoplasma (Lopes et al., 2011).
Respon terhadap kekeringan menentukan tingkat produktivitas tanaman dan respon ini bervariasi antar genotipe. Mengingat tanaman kedelai memiliki nilai penting, maka identifikasi variasi genetik berbagai karakter fisiologi yang terkait dengan toleransi terhadap kekeringan perlu terus dilakukan untuk menghimpun data dasar potensi berbagai genotipe kedelai. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari variasi karakter fisiologi dan hasil berbagai genotipe kedelai pada kondisi cekaman kekeringan. Studi keanekaragaman genetik yang memfokuskan pada karakter-karakter yang terkait langsung dengan respon terhadap kekeringan dapat menjadi langkah awal bagi skrining genotipe kedelai tahan kering (Yuniaty, 2009). Berbagai studi terkait
Jurnal Inovasi Vol. 7 No.1, Januari 2013: 75-80 ISSN: 1979-1151 variasi karakter morfo-fisiologi seperti biomasa tunas dan akar, shoot moisture percentage (Tint et al., 2011), kapasitas fotosintesis, konduktivitas stomata, efisiensi penggunaan air (water use efficiency) (Gilbert et al., 2011), kebocoran elektrolit daun dan kadar air daun (Lugojan dan Ciulca, 2011) telah dilakukan untuk menyeleksi genotipe yang tahan terhadap kondisi kering. Penelitian ini menggunakan dua puluh genotipe kedelai dengan focus pengamatan pada kadar air relative daun, laju transpirasi, resistensi difusi daun temperature daun, dan hasil tanaman dalam kondisi tercekam kekeringan.
METODE PENELITIAN
Penelitian disusun dalam Rancangan Acak Kelompok (RAK) menggunakan 20 genotipe kedelai dengan dua ulangan. Keduapuluh genotipe kedelai berasal dari indonesiayaitu B3613, LB-79, Lumajang Blewak dan Raung; Philipina yaitu AGS 190, AGS 314, BPI Sy-4, GC 8401027-1, IPBSy85-16-08, IPBSy92-07-06-02, IPBSy201-013 dan UPL-Sy 10; Brasil yaitu CAC BR 43, Embrapa 4, Emgopa 3, Emgopa 308, IAC 100, MTBR 45 dan UFV 2; dan Thailand yaitu SJ-5.
Benih kedelai ditanam dalam pot yang diletakkan dalam green house. Tanaman diberi air cukup hingga memasuki fase R5. Cekaman kekeringan diberikan sejak fase R5 hingga saat panen dengan cara mengurangi pemberian air. Pengamatan dilakukan terhadap karakter tanaman yang dipengaruhi oleh kekeringan, yaitu kadar air daun, laju transpirasi resistensi difusi daun , temperature daun dan berat biji pertanaman. Data yang diperoleh dianalisis menggunakan analisis of variance dan perbedaan antarperlakuan diuji menggunakan Tukey’s Honestly-Significant-Different Test.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil penelitian menunjukkan bahwa terdapat variasi genetik dalam hal kadar air daun, laju transpirasi, resistensi difusi daun, dan berat biji pertanaman diantara keduapuluh genotipe kedelai yang diteliti (Tabel 1) temperature daun berkisar dari 32.50C hingga 370C tetapi tidak berbeda signifikan diantara genotipe-genotipe yang diamati.
Kadar air relatife daun dalam kondisi mencekam kekeringan bervariasi dari 47,67% hingga 82,47%. Genotipe GC 8401027-1 menunjukkan kadar air relatif daun tertinggi tetapi tidak berbeda dengan SJ-5, MTBR 45, Emgopa 3, IPBSy201-013, AGS 190, UFV 2, CAC BR 43 dan BPI Sy-4. Kadar air relatif daun terendah ditunjukkan oleh genotipe IPBSy85-16-08 dan tidak berbeda dengan IPBSy92-07-06-02, LB-79, AGS 314 dan B 3613. Kadar air relatif daun merupakan salah satu indikator kemampuan tanaman bertahan dalam kondisi cekaman kekeringan dan karenanya banyak digunakan sebagai parameter respon tanaman terhadap cekaman kekeringan penelitian signifikan antara penurunan kadar air relatif daun tanaman kedelai yang tercekam kekeringan dan adaptasi osmotik ( r = 0.98). Adaptasi osmotik merupakan akumulasi aktif zat-zat terlarut dalam jaringan tanaman selama periode kekurangan air dan berhubungan erat dengan kemampuan mempertahankan tekanan turgor sel (Manavalan et al., 2009). Adaptasi osmotik juga berperan menjaga konduktivitas stomata dan berlangsungnya fotosintesis, menunda senessence dan kematian sel, mengurangi keguguran bunga, mendukung pertumbuhan akar dan meningkatkan absorbsi air tanah pada kondisi potensial air rendah (Turner et al., 2001). Dengan demikian, genotipe dengan kadar air relatif daun lebih tinggi
Variasi Genetik Berbagai Genotipe Kedelai ….(Yuniaty, A. et al)
seperti GC 8401027-1, SJ-5, MTBR 45, Emgopa 3, IPBSy201-013, AGS 190, UFV 2, CAC BR 43 dan BPI Sy-4 memiliki potensial osmotik tinggi, sehingga mampu mempertahankan tekanan turgor lebih lama.
Laju transpirasi bervariasi signifikan diantara berbagai genotipe kedelai yang mengalami kekeringan. Laju transpirasi tertinggi tampak pada genotipe GC 8401027-1, yaitu 37.42 µgcm
-2
s-1 sedangkan terendah pada genotipe Emgopa 3, sebesar 9.06 µgcm-2s-1. Laju transpirasi genotipe GC 8401027-1 tidak berbeda dengan Emgopa 308, IAC 100, AGS 190, IPBSy85-16-08, Raung, BPI Sy-4, SJ-5, IPBSy201-013, Lumajang Blewak, LB-79, AGS 314, Embrapa 4, B 3613, MTBR 45 dan CAC BR 43. Sementara laju transpirasi genotipe Emgopa 3 tidak berbeda dengan IPBSy92-07-06-02, UPL-Sy 10 maupun UFV 2.
Dalam kondisi cekaman kekeringan, terjadi penurunan laju transpirasi (Wang et al., 2006) untuk mengurangi kehilangan air dari tanaman dan mempertahankan status air tanaman. Purcell dan Specht (2004) menyatakan bahwa efisiensi transpirasi dan leaf reflectance berhubungan erat dengan water use efficiency, sedangkan water use efficiency merupakan akumulasi biomasa per unit air yang digunakan tanaman (Manavalan et al., 2009). Dengan demikian, genotipe yang mampu mempertahankan air dengan cara mengurangi laju transpirasi diharapkan dapat memberikan daya hasil tinggi. Menarik untuk dikaji, bahwa dalam penelitian ini genotipe GC 8401027-1, AGS 190, BPI Sy-4, SJ-5, IPBSy201-013, MTBR 45 dan CAC BR 43 memiliki laju transpirasi tinggi tetapi tetap mampu mempertahankan kadar air relatif daun yang tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa genotipe-genotipe tersebut dapat bertahan dengan baik pada kondisi cekaman kekeringan. Dalam hal hasil tanaman, diantar genotipe yang dimiliki kadar air relatif daun dan laju transpirasi tinggi, genotipe GC 8401027-1, SJ-5, CAC BR 43 dan MTBR 45 menunjukkan hasil biji per tanaman yang tinggi. Dengan demikian, genotipe GC 8401027-1, SJ-5, CAC BR 43 dan MTBR 45 dapat
dikategorikan sebagai genotipe tahan kering dengan daya hasil lebih tinggi, sehingga dapat dikembangkan di daerah-daerah marginal jika kekeringan menjadi kendala utama.
Resistensi difusi daun menggambarkan kemampuan Co2 dan uap air berdifusi ke dalam daun dan karenanya berhubungan dengan ketersediaan material untuk proses fotosintesis. Cekaman kekeringan dapat menurunkan laju fotosintesis melalui mekanisme penutupan stomata akibat akumulasi asam absisik (ABA) dan interaksi dengan temperatur yang tinggi. Apabila stomata menutup, maka sirkulasi CO2 dalam kloroplas berkurang, sehingga menurunkan kemampuan asimilasi CO2, terutama pada tanaman C3 (Warren, 2008). Besaran resistensi difusi daun bervariasi dari 0.98 scm-1 hingga 10.58 scm-1 diantara berbagai genotipe kedelai dalam kondisi kekeringan. Genotipe IPBSy92-07-06-02 menunjukkan nilai resistensi difusi tertinggi. Nilai resistensi difusi terendah terlihat pada genotipe IPBSy85-16-08, namun tidak berbeda dengan GC 8401027-1, Emgopa 308, LB-79, B 3613, CAC BR 43, Embrapa 4, Raung dan Lumajang Blewak.
Berat biji per tanaman berbagai genotipe kedelai dengan aplikasi kekeringan pada fase R5 hingga panen bervariasi dari 0.58 g hingga 2.34 g per tanaman. Hasil biji tertinggi ditemukan pada genotipe GC 8401027-1 tetapi tidak berbeda dengan SJ-5, CAC BR 43, MTBR 45, dan Embrapa 4. Adapun hasil biji terendah tampak pada genotipe IPBSy85-16-08 tetapi tidak berbeda dengan IPBSy92-07-06-02, LB-79, Lumajang Blewak, IPBSy201-013, Emgopa 3, dan Emgopa 308. Hasil biji tanaman kedelai dalam kondisi cekaman kekeringan sangat ditentukan
Jurnal Inovasi Vol. 7 No.1, Januari 2013: 75-80 ISSN: 1979-1151 oleh banyaknya air yang hilang melalui transpirasi, water use efficiency dan harvest index (Turner et al)
Tabel 1. Variasi Karakter Fisiologi dan Hasil Berbagai Genotipe Kedelai dalam Kondisi Cekaman Kekeringan
Nilai rata-rata yang diikuti oleh huruf yang sama dalam satu kolom tidak berbeda nyata pada Tukey’s HSD0.05
Berbagai karakter fisiologi yang diamati dalam penelitian ini turut berperan menentukan hasil tanaman. Genotipe IPBSy92-07-06-02 dengan nilai resistensi difusi tertinggi memberikan hasil biji yang rendah. Hal ini dapat diakibatkan oleh rendahnya ketersediaan CO2 yang diperlukan untuk fotositesis akibat tingginya resistensi difusi daun. Sebaliknya, genotipe GC 8401027-1 dan CAC BR 43 dengan nilai resistensi difusi rendah memberikan hasil biji yang tinggi, diduga karena resistensi difusi yang rendah memungkinkan difusi CO2 lebih banyak sehingga mendukung proses fotosintesis dan meningkatkan hasil tanaman.
Variasi genetik dalam karakter fisiologi dan hasil berbagai genotipe kedelai telah dilaporkan sebelumnya (Yuniaty, 2009). Dalam penelitian tersebut, karakter kadar air relatif daun ditemukan berkorelasi dengan hasil tanaman sehingga dapat dijadikan basis bagi skrining genotipe kedelai tahan kering yang mempunyai potensi produksi relatif tinggi.
Variasi Genetik Berbagai Genotipe Kedelai ….(Yuniaty, A. et al)
SIMPULAN
Terdapat variasi genetik dalam hal kadar air relatif daun, laju transpirasi, resistensi difusi dan berat biji per tanaman diantara berbagai genotipe kedelai yang diamati dalam penelitian ini. Genotipe GC 8401027-1, SJ-5, CAC BR 43 dan MTBR 45 menunjukkan kadar air relatif daun, laju transpirasi dan hasil tanaman yang tinggi. Genotipe IPBSy85-16-08, IPBSy92-07-06-02, LB-79, AGS 314 dan B 3613 memiliki kadar air relatif daun yang rendah. Sementara itu, laju transpirasi rendah tampak pada genotipe Emgopa 3, IPBSy92-07-06-02, UPL-Sy 10, dan UFV 2. Genotipe IPBSy92-07-06-02 menunjukkan resistensi difusi yang tinggi dengan hasil biji rendah. Genotipe GC 8401027-1 dan CAC BR 43 yang berdaya hasil tinggi menunjukkan resistensi difusi rendah.
DAFTAR PUSTAKA
Friedman, M., and Brandon, D.L., 2001. Nutritional and health benefits of soy proteins. J. Agric. Food Chem. 49:1069-1086.
Gilbert, M.E., Zwieniecki, M.A., and Holbrook, N.M., 2011. Independent variation in photosyntheitc capacity and stomatal conductance leads to differences in intrinsic water use efficiency in 11 soybean genotypes before and during mild drought. J. Exp. Bot 62(8):2875-2887
James, A.T., Lawn, R.J., and cooper, M., 2008 Genotypic variation for drought stress response traits in soybean. II. Inter-relations between epidermal conductance, osmotic potential, relative water content, and plant survival. Aust. J. Agric. Res. 59:670–678.
Liener . I.E., Implications of antinutritional components in soybean foods. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 34:31-67.
Lopes, M.S., Araus, J.L., Van Heerden, P.D.R., and Foyer, C.H., 2011. Enhancing drought tolerance in C4 crops J. Exp.Bot 62(9):3135-3153.
Lugojan, C., and Ciulca, S., 2011. Evaluation of relative water content in winter wheat. J. Hort Forest Biotechnol, 15 (2): 173 -177
Manalayan , L.P., Guttikonda, S.K., Tran, L.P., and Nguyen H.T., 2009 Physiological and molecular approaches to improve drought resistance in soybean. Plant Cell Physiol. 50(7):1260–1276
Ososki, A,L., and Kennelly, E.J., 2003. Phytoestrogens: A review of the present state of research. Phytother. Res. 17(8):845-869.
Pimentel, D., and Patzek, T., 2008. Ethanol Production Using Corn, Switchgrass and
Wood; Biodiesel Production Using Soybean. In Biofuels, Solar and Wind as Renewable Energy Systems. Edited by Pimentel, D. pp.373-394. Springer USA.
Jurnal Inovasi Vol. 7 No.1, Januari 2013: 75-80 ISSN: 1979-1151 Purcell, L.C., and Specht, J.E., 2004. Physiological traits for ameliorating drought stress. In
Soybeans: improvement, production, and Uses. Edited by Specht, J.E. and Boerma, H.R. pp.569-620. Agronomy Monographs 3rd ed. No. 16, ASA-CSSA-SSSA, Madison, WI, USA.
Sakai, T., and Kogiso, M., 2008. Soyisofl avones and immunity. J . Med. Invest. 55:167–173.
Tint, A.M.M., Sarobol, E., Nakasathein, S., and Chai-aree, W., 2011. Differential responses of selected soybean cultivars to drought stress and their drought tolerant attributions. Kasetsart J. (Nat. Sci.) 45:571–582.
Turner, N.C., Wright, G.C., and Siddique, K.H.M., 2001. Adaptation of grain legumes (pulses) to water limited environments. Adv. Agron. 71:193-223.
Wang, L., Tong, Z., and Shengyan, D., 2006. Effect of drought and rewatering on
photosynthetic physioecological characteristics of soybean. Acta Ecol. Sin. 26(7):2073– 2078.
Warren, C.R., 2008. Stand aside stomata, another actor deserves centre stage: the forgotten role of the internal conductance to CO2 transfer. J. Exp.Bot. 59(7): 1475-1487.
Yuniaty, A., 2009. Variasi karakter fisiologi duapuluh genotip kedelai sebagai respon terhadap kondisi kering. Prosiding Seminar Nasional Biologi: Peran Biosistematika dalam Pengelolaan Sumberdaya Hayati Indonesia. Universitas Jenderal Soedirman. Hal. 243-245.
