SELEKSI DINI CEKAMAN KEKERINGAN

SELEKSI DINI CEKAMAN KEKERINGAN

I. PENDAHULUAN
Jagung manis yang biasa dikenal dengan sweet corn (Zea mays saccharata Sturt) termasuk dalam tanaman sayuran dan merupakan tipe jagung yang baru dikembangkan masyarakat di Indonesia. Jagung manis semakin populer dan banyak dikonsumsi karena memiliki rasa yang manis dibandingkan jagung biasa. Selain itu jagung manis mempunyai nilai ekonomis yang tinggi di pasaran, karena selain mempunyai rasa yang manis, faktor lain yang menguntungkan adalah masa produksi yang relatif lebih cepat. Buah tanaman jagung manis ini digemari untuk sayur, lauk-pauk, kue, jagung bakar ataupun dikonsumsi langsung dalam bentuk buah rebusan, bahkan bisa dimakan mentah disebabkan rasa manis pada jagung manis (Noviana,2002).
Jagung manis mempunyai biji-biji yang berisi endosperm manis, mengkilap, tembus pandang sebelum masak dan berkerut bila kering. Pada varietas jagung manis terdapat suatu gen resesif yang mencegah perubahan gula menjadi pati (Purseglove 1992). Gen yang sudah umum digunakan adalah su2 (standard sugary) dan sh2 (shrunken). Gen su2 merupakan gen standar, sedangkan gen sh2 menyebabkan rasa lebih manis dan dapat bertahan lebih lama atau disebut supersweet. Apabila kedua gen berada dalam satu genotipe maka disebut sugary supersweet. Menurut Straughn (1907) dalam Alexander dan Creech (1977), kandungan gula pada biji yang masak berbeda pada setiap kultivar jagung manis, bergantung pada derajat kerutannya. Kerutan yang dalam lebih banyak mengandung gula dibandingkan kerutan yang dangkal (Azrai, dkk.,tanpa tahun).
Namun dalam pengembangan usahatani jagung manis seringkali menghadapi permasalahan yaitu rendahnya produktivitas usahatani karena keterbatasan lahan (Noviana, 2002) dan cekaman kekeringan (Rupitak, dkk.,2008). Cekaman kekeringan di area lahan kering tropis dan subtropis pada fase pembungaan tanaman jagung mempengaruhi pembentukan rambut jagung dan bakal biji sehingga produktivitas menurun. Kemampuan tanaman untuk memenuhi bulir jagung dalam beberapa hari pada kondisi cekaman kekeringan sangat dibutuhkan untuk menghasilkan jagung yang berkualitas (Rupitak, dkk.,2008).
Indonesia memiliki lahan kering sekitar 148 juta ha (78%) dan lahan basah (wet lands) seluas 40,20 juta ha (22%) dari 188,20 juta ha total luas daratan (Abdulrachman, dkk.200 dalam Minardi 2009). Lebih lanjut dijelaskan oleh (Abdulrachman, dkk. 2005 dalam Minardi 2009), bahwa dari total luas lahan kering 148 juta ha, yang sesuai untuk budi daya pertanian hanya sekitar 76,22 juta ha (52%), sebagian besar terdapat di dataran rendah (70,71 juta ha atau (93%) dan sisanya di dataran tinggi. Di wilayah dataran rendah, lahan datar sampai bergelombang (lereng <>30% (McWilliams, dkk. 1999).

Gambar 1. Fase Perkecambahan Benih Jagung (Subekti,dkk.tanpa tahun)

Pada kondisi lingkungan yang lembab, tahap pemunculan kecambah jagung berlangsung 4-5 hari setelah tanam, namun pada kondisi yang dingin atau kering, pemunculan kecambah dapat berlangsung hingga dua minggu setelah tanam atau lebih. Fase V11- Vn (jumlah daun terbuka sempurna 11 sampai daun terakhir 15-18) berlangsung pada saat tanaman berumur antara 33-50 hari setelah berkecambah. Kebutuhan hara dan air relatif sangat tinggi untuk mendukung laju pertumbuhan tanaman. Tanaman sangat sensitif terhadap cekaman kekeringan dan kekurangan hara.








Gambar 2. Bunga Jantan dan Bunga Betina pada Jagung (Subekti,dkk.tanpa tahun)

Pada fase ini, kekeringan dan kekurangan hara sangat berpengaruh terhadap pertumbuhan dan perkembangan tongkol, dan bahkan akan menurunkan jumlah biji dalam satu tongkol karena mengecilnya tongkol, yang akibatnya menurunkan hasil (McWilliams, dkk. 1999, Lee 2007). Kekeringan pada fase ini juga akan memperlambat munculnya bunga betina (silking). Fase R4 (dough) mulai terjadi 24-28 hari setelah silking. Bagian dalam biji seperti pasta (belum mengeras). Separuh dari akumulasi bahan kering biji sudah terbentuk, dan kadar air biji menurun menjadi sekitar 70%. Cekaman kekeringan pada fase ini berpengaruh terhadap bobot biji (Subekti,dkk.tanpa tahun).

III. RESPON BEBERAPA JENIS TANAMAN TERHADAP CEKAMAN KEKERINGAN

Menurut Singh (1998), karakteristik akar telah berhasil digunakan untuk skrining toleransi cekaman kekeringan pada tanaman Cow Pea (Vigna sp.). Penelitian mengenai korelasi antara karakteristik akar yang meliputi panjang total tanaman, luas permukaan akar relatif yang menyerap air, jumlah akar serta distribusi akar pada kedalaman 6 cm dan produksi tanaman telah dilakukan oleh Gesimba dkk. (2004). Karakteristik fisiologi dan morfologi meliputi penyesuaian osmotik, perilaku stomata, aktivitas klorofil, potensial air daun, berat akar, luas daun dan berat kering tanaman telah diteliti oleh Camacho dan Caraballo (1994) pada beberapa genotipe jagung lokal Venezuela dalam kondisi cekaman kekeringan. Van der Weele, dkk (1999) melakukan penelitian in vitro mengenai pertumbuhan biji Arabidopsis thaliana pada kondisi cekaman kekeringan dengan menjaga potensial air di dalam media agar.

Beberapa hasil penelitian sebelumnya menyatakan bahwa cekaman kekeringan pada fase perkecambahan dapat digunakan untuk mengetahui respon tanaman jagung terhadap lahan kering (Schmidhalter dkk., 1998, Farsiani dan Ghobadi. 2009). Penelitian pada fase perkecambahan untuk tanaman lain juga telah dilakukan, antara lain yaitu pengaruh stres air dengan kisaran suhu pada perkecambahan Orobanche aegyptiaca Pers. (Kebreab dan Murdoch, 2000), skrining ex vitro pada fase perkecambahan untuk mengidentifikasi tanaman kedelai yang toleran terhadap cekaman kekeringan (Widoretno dkk., 2002) serta metode skrining pada populasi kecambah blueberry (Vaccinium sp.) untuk resisten terhadap cekaman kekeringan (Erb dkk., 1988). Metode seleksi lapang memiliki beberapa kelemahan, yaitu kesulitan menjaga keseragaman tekanan seleksi serta lama waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan seleksi (Widoretno dkk., 2002).

Selain itu juga telah dilakukan penelitian mengenai pengaruh iradiasi gamma pada perkecambahan dan pertumbuhan beberapa tanaman pangan di Nigeria oleh Mokkobia dan Anomohanran (2005). Iradiasi gamma diketahui sangat bermanfaat untuk sterilisasi bahan obat-obatan dan makanan. Tanaman pangan yang digunakan adalah jagung, okra dan kacang tanah yang diberi perlakuan beberapa dosis iradiasi. Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa untuk dapat tumbuh, benih ketiga tanaman tersebut dapat disimpan secara aman dengan menggunakan iradiasi gamma.


IV. SIMULASI CEKAMAN KEKERINGAN MENGGUNAKAN PEG (POLYETHYLENE GLYCOL)

Kondisi kekeringan dapat disimulasikan dengan menggunakan polietilena glikol (PEG) karena memiliki berat molekul tinggi (≥4000) sehingga tidak dapat masuk ke dalam jaringan tanaman dan tidak menyebabkan keracunan (Mullet dan Whitsitt, 1996). Selain itu PEG bersifat mengikat air (Graham, 1992) sehingga mampu menurunkan potensial air. Polietilena glikol bersifat larut dalam air, merupakan senyawa kimia yang non toksik serta telah digunakan untuk kajian pengaruh kelembaban terhadap perkecambahan biji tanaman budidaya dan rumput – rumputan (Mullahey dkk., 1996). Penggunaan PEG untuk mengatur potensial osmotik membutuhkan pengetahuan yang tepat. Senyawa PEG dengan berat molekul 6000 mampu bekerja lebih baik pada tanaman daripada PEG dengan berat molekul yang lebih rendah (Michel dan Kaufmann, 1973). Simulasi cekaman kekeringan menggunakan PEG menjadi alternatif metode untuk menapis genotipe yang toleran kekeringan. Metode ini mampu menapis genotipe kedelai toleran kekeringan dengan cepat, memberikan lingkungan seleksi yang homogen, serta mengevaluasi genotipe kedelai dalam jumlah banyak (Widoretno, dkk. 2002).

Penggunaan senyawa PEG sebagai bahan simulasi kondisi cekaman kekeringan untuk mengetahui seleksi berbagai jenis tanaman toleran terhadap cekaman kekeringan telah dilakukan baik secara in vitro maupun ex vitro. Menurut Lestari (2006) seleksi in vitro untuk mendapatkan tanaman toleran cekaman kekeringan telah diujikan pada kacang hijau (Vigna radiata L.) (Gulati and Jaiwal, 1993), padi (Oryza sativa L.) (Adkins dkk., 1995; Biswas dkk., 2002; Lestari, 2005, 2006), gandum (Sorghum bicolor L.) (Duncan dkk., 1995), tomat (Prakash dkk., 1994) dan kedelai (Widoretno, 2003; Husni dkk., 2005).

Hemon (2009) melakukan identifikasi pertumbuhan tanaman kacang tanah hasil seleksi in vitro berulang pada media selektif yang mengandung polietilena glikol (PEG) terhadap cekaman kekeringan dengan menggunakan larutan PEG. Polietilena glikol dapat menurunkan potensial air dan dapat ditambahkan dalam media untuk seleksi in vitro.










Gambar 3. Gejala nekrosis akibat cekaman PEG.(a) gejala ringan, (b) gejala berat, dan
(c) pertumbuhan akar tanaman sensitive PEG (kiri) dan toleran PEG (kanan). Hemon (2009).

Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa penyiraman tanaman kacang tanah dengan larutan PEG 15% nyata menghambat pertumbuhan tanaman. Tanaman yang dihasilkan dari ES hasil seleksi in vitro dua siklus (seleksi berulang) pada media selektif PEG 15% menghasilkan pertumbuhan tanaman yang lebih baik dan penghambatan pertumbuhannya lebih kecil dibanding tanaman hasil seleksi ES satu siklus pada media selektif PEG 15% dan tanaman yang tidak melewati seleksi in vitro. Tanaman hasil seleksi ES dua siklus (seleksi berulang) mempunyai tingkat toleransi yang lebih baik terhadap cekaman PEG. Seleksi ES dua siklus pada media selektif PEG 15% menghasilkan individu galur kacang tanah agak toleran dan toleran lebih banyak.


Gambar 4. Kristal PEG (http://www.alibaba.com/showroom/poly-glycol.html)






Beberapa peneliti yang lain telah melakukan evaluasi respon genotipe terhadap cekaman kekeringan pada fase perkecambahan. Penelitian-penelitian yang telah dilakukan antara lain penelitian yang dilakukan oleh (Krishnasamy dan Irulappan.1993 dalam Aulia, dkk.2005) mengenai respon perkecambahan terhadap stres air pada 9 genotipe Cabai merah (Capsicum annuum L.) dan 22 genotipe Terung (Solanum melongena L.) menggunakan larutan PEG (6000). Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa persentase perkecambahan kedua jenis tanaman tersebut menurun seiring dengan berkurangnya potensial osmotik dan mencapai 0 pada potensial osmotik 0.5 MPa. Penurunan persentase perkecambahan sekitar 50% terjadi pada potensial osmotik 0.3 MPa, oleh karena itu skrining genotipe dilakukan menggunakan potensial osmotik 0.3 MPa.

Penelitian lain, yaitu penelitian yang dilakukan oleh Aulia, dkk (2005) mengenai respon perkecambahan dan struktur akar beberapa varietas kedelai (Glycine max (L.) Merr.) berdaya hasil tinggi terhadap cekaman kekeringan dengan menggunakan polietilena glikol (PEG 6000). Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa penambahan PEG pada media perkecambahan dapat menurunkan peubah perkecambahan yang meliputi indeks vigor, persentase perkecambahan, jumlah akar lateral, berat kering kecambah, panjang akar dan hipokotil. Selain itu pemberian PEG juga dapat menurunkan tebal epidermis dan korteks, diameter stele serta jumlah dan diameter metaxilem. Penentuan identitas berdasarkan nilai indeks penurunan dan indeks sensitivitas kekeringan (S) pada berbagai peubah perkecambahan dan perubahan anatomi akar.

V. SIMULASI CEKAMAN KEKERINGAN MENGGUNAKAN PEG PADA TANAMAN JAGUNG

Farsiani dan Ghobadi (2009) menggunakan PEG (6000) untuk simulasi cekaman kekeringan dalam media agar (in vitro). Kultivar jagung yang digunakan adalah jagung pipil ( SC704 ) dan jagung manis ( SC403 ). Variabel yang diamati meliputi persentase pertumbuhan, laju pertumbuhan, panjang radikula dan plumula, berat kering akar dan berat kering plumula setelah 10 hari. Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa persentase pertumbuhan dan laju pertumbuhan jagung manis lebih tinggi daripada jagung pipil. Selain itu jagung manis ( SC403 ) lebih toleran terhadap cekaman kekeringan daripada jagung pipil ( SC704 ). Berdasarkan penelitian Camacho dan Caraballo ( 1994 ) mengenai evaluasi karakteristik morfologi genotipe 10 jagung hibrida lokal Venezuela pada kondisi cekaman kekeringan, diketahui bahwa hibrida Danac-3006, FM-6, Sefloarca-91, Ceniap PB-8 dan Tocorón-300 toleran terhadap cekaman kekeringan, sedangkan hibrida Cargill-163 resisten terhadap cekaman kekeringan. Selain itu, berat kering akar merupakan kriteria utama untuk seleksi genotipe jagung toleran cekaman kekeringan.




DAFTAR PUSTAKA

Azrai, M., Mejaya, M.D dan Yasin H.G, M. Tanpa tahun. Pemuliaan Jagung Khusus.
http://balitsereal.litbang.deptan.go.id/ind/bjagung/tujuh.pdf

Aulia,R.F.K., Widoretno, W dan Indriyani, S. 2005. Respon Perkecambahan dan Struktur Akar beberapa Varietas Kedelai (Glycine max (L.) Merr.) Berdaya Hasil Tinggi terhadap Cekaman Kekeringan dengan Menggunakan Polietilena Glikol (PEG). Skripsi Jurusan Biologi FMIPA Universitas Brawijaya Malang.

Camacho, R.G dan Caraballo, D.F. 1994. Evaluation Of Morphological Characteristics
In Venezuelan Maize (Zea Mays L.) Genotypes Under Drought Stress. Sci.agric., Piracicaba, 51(3):453-458, set./dez.1994.
http://www.scielo.br/pdf/sa/v51n3/11.pdf

Erb, W.A., Draper, A.D. dan Swartz, H.J. 1998. Methods of Screening Blueberry Seedling Populatins for Drought Resistance. Horticulture Science. 23: 3112-314.
http://agris.fao.org/agris-search/search/display.do?f=1989/US/US89274.xml;US8836953

Farsiani, A. dan Ghobadi, M.E. 2009. Effects of PEG and NaCl Stress on Two Cultivars of Corn (Zea mays L.) at Germination and Early Seedling Stages. World Academy of Science, Engineering and Technology 57.
http://www.waset.org/journals/waset/v57/v57-66.pdf

Gesimba, R.M., Njoka, E dan Kinyua, M. 2004. Root Characteristics of Drought Tolerant Bread Wheat (Triticum aestivum) Genotypes at Seedling Stage. Asian Journal of Plant Sciences. 3: 512-515.
http://docsdrive.com/pdfs/ansinet/ajps/2004/512-515.pdf

Graham, N.B. 1992. Poly(ethylene glycol) Gels and Drug Delivery. Plenum Press. New York. hal 266.
Hemon, A.F. 2009. Pertumbuhan Tanaman Kacang Tanah Hasil Seleksi In Vitro Pada Media Polietilena Glikol Terhadap Cekaman Larutan Polietilena Glikol. Crop Agro, Vol. 2. No.1 – Januari 200.
http://fp.unram.ac.id/data/Profil%20Jurusan/Jurnal%20Crop%20Agro/Jurnal%20Crop%20Agro%20Vol%202%20No%201/Jurnal%20ke%20Crop%20Agro%20-%20Farid%20cetak.pdf

Kebreab, E dan Murdoch, A. J. 2000. The Effects of Water Stress on the Temperature Range for Germination of Orobanche aegyptiaca. Seed Science Research . 10: 1227-133.
http://journals.cambridge.org/action/displayAbstract?fromPage=online&aid=694108

Kristal PEG. http://www.alibaba.com/showroom/poly-glycol.html

Lee, C. 2007. Corn growth and development. www.uky.edu/ag/grain crops.

Lestari, E.G. 2006. In Vitro Selection and Somaclonal Variation for Biotic and Abiotic Stress Tolerance. BIODIVERSITAS Vol. 7, No. 3, Juli 2006, hal. 297-301.
http://www.unsjournals.com/D/D0703/D070320.pdf

McWilliams, D.A., D.R. Berglund, and G.J. Endres. 1999. Corn growth and management quick guide.www.ag.ndsu.edu.

Michel, B.E. dan Kaufmann, M.R. 1973. The Osmotic Potential of Polyethylene Glycol 6000. Plant Physiology. 51: 914-916.
http://www.plantphysiol.org/cgi/content/abstract/51/5/914

Minardi, S.2009. Optimalisasi Pengelolaan Lahan Kering Untuk Pengembangan Pertanian Tanaman Pangan.
http://pustaka.uns.ac.id/include/inc_print.php?nid=134

Mullahey, J.J., S.H. West dan J.A. Cornell. 1996. Effects of Simulated Drought by Polyethylene Glycol on Bahiagrass Germination. Seed Science and Technology. 24: 219-224.
http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=3216841

Mullet, J.E. dan Whitsitt, M.S. 1996. Plant Cellular Responses to Water Deficit. Plant Growth Regulation. 20: 119-124.
http://www.springerlink.com/content/u418850288772p33/

Mokobia, C.E dan O. Anomohanran. 2005. The Effect of Gamma Irradiation on The Germination and Growth of Certain Nigerian Agricultural Crop. Journal of Radiological Protection. 25: 181-188.
http://www.iop.org/EJ/abstract/0952-4746/25/2/006.

Noviana S., E. 2002. Analisa Efisiensi Usahatani Jagung Manis (Zea mays saccharata Sturt) (Studi Kasus di Desa Pandanrejo Kecamatan Bumiaji Kota Batu). http://digilib.itb.ac.id/gdl.php?mod=browse&op=read&id=jiptumm-gdl-s1-2002-endang-8994-jagung&q=Desa
Rupitak, Q.,Aulinger-L.,I.,Messmer, R dan Stamp, P. 2008. Dynamics of Ear Grain Set in Maize under Drought Stress at Flowering.
http://www.tropentag.de/2008/abstracts/links/Messmer_Adpdg0tQ.pdf

Schmidhalter, U., Evequos, M., Camp, K.H dan Studer, C. 1998. Sequence of Drought Response of Maize Seedlings in drying Soil. Physiologia Plantarum. 104: 159-168.
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1034/j.1399-3054.1998.1040203.x/abstract

Singh, B.B. 1998. Simple Screening Method for Drought Tolerance Root Characterisrics in Cow Pea. International Institute of Agriculture. Kano Station, Nigeria. hal: 1-5.
http://www.indianjournals.com/ijor.aspx?target=ijor:ijgpb&volume=59&issue=2&article=010

Subekti, N.A., Syafruddin, Efendi, R dan Sunarti, S. Tanpa tahun. Morfologi Tanaman dan Fase Pertumbuhan Jagung.
http://balitsereal.litbang.deptan.go.id/ind/bjagung/empat.pdf
Van der Weele, C.M, Spollen, W.G., Sharp, R.E dan Baskin T.I. Growth of Arabidopsis thaliana seedlings under water deficit studied by control of water potential in Nutrient agar media. 1999.
http://jxb.oxfordjournals.org/content/51/350/1555.full

Widoretno, W., Guhardja, E., S. Ilyas dan Sudarsono. 2002. Efektivitas Polietilena Glikol untuk Mengevaluasi Tanggapan Genotipe Kedelai terhadap Cekaman Kekeringan pada Fase Perkecambahan. Hayati. 9: 33-36.
http://202.124.205.107/files/HAY020902wwi.pdf