American-Eurasian J. Agric. & Environ. Sci., 5 (2): 264-272, 2009ISSN 1818-6769 IDOSI Publications, 2009

Pengaruh Cekaman Kekeringan pada Pertumbuhan dan Hasil Kultivar Padi (Oryza sativa L.) dan Akumulasi prolin dan Gula terlarut dalam Selubung dan Helai Daun pada Umur Daun yang BerbedaMostajeran dan V. Rahimi-EichiDepartment of Biology, Faculty of Sciences, University of Isfahan, Isfahan, Iran

ABSTRAKSalah satu masalah utama budidaya padi dan produksi adalah kurangnya sumber daya air, terutama selama periode curah hujan rendah yang mempengaruhi laju pertumbuhan vegetatif dan jumlah hasil. Dalam penelitian ini pengaruh pasokan air rendah pada jumlah malai per rumpun, jumlah gabah per rumpun, berat kering jaringan vegetatif dan malai, dan bobot 1000 butir pada tiga kultivar baru padi yaitu 216, 829 dan Zayandeh-Rood yang diukur dalam kondisi terendam dan tidak terendam dengan rancangan acak lengkap dengan tiga ulangan. Variasi kadar prolin dan gula total dalam selubung dan helai daun pada usia yang berbeda ditentukan secara bersamaan. Data menunjukkan bahwa kultivar Zayandeh-Rood menunjukkan penurunan terendah pada berat kering tanaman dan jumlah anakan per rumpun dalam kondisi tidak terendam. Selain itu, berat malai dan jumlah gabah isi per malai lebih tinggi pada kultivar Zayandeh-Rood daripada kultivar lainnya. Selain itu, hasil penelitian ini menunjukkan bahwa kultivar Zayandeh-Rood yang berasal dari kultivar lokal, memiliki kemampuan yang tinggi dalam akumulasi zat terlarut seperti prolin dan jumlah karbohidrat daripada galur baru lainnya. Karena hubungan antara toleransi kekeringan Zayandeh-Rood dan akumulasi zat terlarut, dapat disarankan bahwa akumulasi zat terlarut adalah salah satu mekanisme untuk toleransi kekeringan pada tanaman padi.

PENDAHULUANKekeringan merupakan faktor pembatas yang paling penting untuk produksi tanaman dan hal ini menjadi masalah yang semakin parah di banyak daerah di dunia [1, 2]. Menurut statistik, persentase kekeringan lahan yang terkena lebih dari dua kali lipat sejak tahun 1970an sampai awal 2000-an di dunia [3]. Kekeringan adalah masalah serius di seluruh dunia yang mempengaruhi produksi dan kualitas gabah, dan dengan meningkatnya jumlah penduduk dan perubahan iklim global membuat situasi lebih serius [4]. Padi (Oryza sativa L.) sebagai tanaman sawah sangat rentan terhadap stres air [5, 6]. Diperkirakan bahwa 50% dari produksi beras dunia dipengaruhi lebih atau kurang oleh kekeringan [7].Untuk meningkatkan produktivitas tanaman, maka perlu untuk memahami mekanisme respon tanaman terhadap kondisi kekeringan dengan tujuan akhir meningkatkan performa tanaman di dunia di mana curah hujan terbatas atau tidak dapat tercukupi. Selain kompleksitas kekeringan itu sendiri [1, 2], respon perilaku tanaman terhadap kekeringan yang kompleks dan mekanisme yang berbeda yang diadopsi oleh tanaman ketika mereka menghadapi kekeringan [8, 9]. Satu mekanisme dimanfaatkan oleh tanaman untuk mengatasi efek stres air mungkin melalui akumulasi osmolytes yang kompatibel, seperti prolin [10, 11], dan gula terlarut [12]. Produksi dan akumulasi asam amino bebas, terutama prolin oleh jaringan tanaman selama kekeringan, stres garam dan air merupakan respon adaptif. Prolin telah bertindak sebagai zat terlarut yang menyesuaikan dengan potensi osmotik dalam sitoplasma. Dengan demikian, prolin dapat digunakan sebagai penanda metabolik dalam kaitannya dengan stres [13]. Selain itu, dalam cekaman kekeringan akumulasi total gula terlarut dalam bagian tanaman yang berbeda akan meningkat [14]. Namun tingkat produksi tambahan atau akumulasi gula terlarut dan prolin berbeda di setiap bagian tanaman yang berbeda. Meskipun daun tanaman akan memperhatikan komponen osmolytes lebih dibandingkan dengan bagian tanaman lainnya, isi selubung menjelaskan lebih banyak daripada helai daun. Tentu saja, sensitivitas daun terhadap cekaman kekeringan tergantung pada usia dan segmen tanaman [15, 16].Sehelai daun padi terdiri dari selubung, ruas lamina dan helai, memanjang dan melintang [17]. Selubung daun adalah bagian utama dari tanaman yang memainkan peran utama dalam mengangkut semua elemen penting dengan air dari akar ke bagian atas tanaman. Selubung daun mendukung dan memperkuat tanaman dalam menghadapi kondisi lingkungan.Cekaman kekeringan selama pertumbuhan vegetatif, pembungaan dan periode budidaya padi, dapat mengganggu inisiasi bunga (yang menyebabkan kemandulan gabah) dan pengisian gabah, secara berurutan [18, 19]. Di sisi lain, telah diketahui bahwa pengisian gabah terkait erat dengan seluruh proses pertumbuhan dan perkembangan tanaman [20, 21]. Biasanya, stres air pada proses pengisian gabah menginduksi penuaan dini dan memperpendek periode pengisian gabah tetapi meningkatkan remobilization dari asimilasi (dicadangkan dalam batang dan selubung gabah dan berkontribusi 10-40% dari berat gabah akhir) dari jerami ke gabah/biji [22, 23]. Oleh karena itu, pengeringan tanah tidak menguntungkan bagi pertumbuhan tanaman tetapi mungkin dapat menguntungkan bagi produksi gabah jika tanaman toleran terhadap cekaman kekeringan dan mampu untuk mengatasi kondisi stres sebelum proses pengisian gabah.Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui bagaimana kekeringan mempengaruhi hasil gabah dan proses pengisian gabah tiga varietas baru padi dan juga menguji hipotesis bahwa toleransi kekeringan diferensial dalam bibit padi yang berkaitan dengan aspek kuantitatif dari status osmolytes daun seperti prolin dan karbohidrat yang larut dalam daun.

BAHAN DAN METODEPenelitian ini dilakukan pada akhir April 2005 di rumah kaca Jurusan Biologi, Universitas Isfahan, Iran. Tiga kultivar baru padi yaitu 216, 829 dan Zayande-Rood ditanam di tempat terpisah untuk seleksi bibit. Pada bulan Mei 2005, bibit tiga kultivar padi dipindahkan ke 9 lysiometers (200 x 120 x 100cm) sesuai dengan rancangan acak lengkap dengan dua perlakuan kondisi terendam dan diangin-anginkan dalam tiga ulangan. Selama musim tanam, ketinggian air dipertahankan sampai 5 cm dalam perlakuan terendam tetapi dalam plot yang tidak terendam air diterapkan terpisah dengan pembatas seperti tanggul irigasi. Jumlah konsumsi air tercatat selama musim tanam untuk lysiometers berbeda. Tekstur tanah dan juga beberapa sifat fisik dan kimia tanah seperti N, P, K yang tersedia, C organik, pH dan EC dianalisis sebelum tanam.Waktu panen sekitar 150 hari setelah penanaman. Pada saat ini rasio dari malai per tanaman, jumlah gabah isi dan gabah hampa per rumpun diukur. Sampel tanaman dipisahkan di bagian-bagian yang berbeda seperti jaringan vegetatif, malai dan biji-bijian. Kemudian, bagian-bagian tanaman yang berbeda diinkubasi pada suhu 70 C dan bobot keringnya dihitung. Setelah itu, jumlah prolin dan gula total dalam daun muda dan tua dan juga selubung dan helai daun ditentukan dan dibandingkan dalam berbagai usia (daun muda dan tua) dan bagian yang berbeda (selubung dan helai) di semua varietas.Penentuan prolin dan gula terlarut : akumulasi prolin dalam daun segar ditentukan menurut metode Bates et al. [24]. Prolin bebas diekstrak dari daun tanaman menggunakan larutan asam sulfosalicylic. Filtrat (1ml) dicampur dengan volume yang sama dari asam asetat glasial dan ninhidrin reagen (1,25g ninhidrin, 30ml asam asetat glasial, 20ml 6NH3PO4) dan diinkubasi selama 1 jam pada suhu 100 C. Reaksi dihentikan dengan menempatkan tabung reaksi dalam air dingin. Sampel dicampur dengan 3ml toluena. Tahap Penyerapan cahaya toluena diperkirakan 520nm menggunakan Pharmacia LKB-Novaspec II Model spektrofotometer. Konsentrasi prolin ditentukan dengan menggunakan kurva standar. Konten prolin bebas dinyatakan sebagai umol lit 1 dari bagian tanaman.Penentuan Gula terlarut : gula terlarut ditentukan berdasarkan metode asam phenolsulfuric [25]. Berat kering daun 0.1g dihomogenisasi dengan air deionisasi, ekstrak disaring dan ekstrak diperlakukan dengan 1% fenol dan 98% asam sulfat, campuran tetap untuk 1h dan kemudian absorbansi pada 485nm ditentukan dengan spektrofotometer (Pharmacia LKB-Novaspec II Model ). Isi gula larut ditentukan dengan menggunakan glukosa sebagai standar dan dinyatakan dalam mgg-1.

HASILHasil analisis tanah menunjukkan bahwa tekstur tanah liat dengan 47,7% pasir. Analisis kimia tanah menunjukkan bahwa tidak ada perbedaan nyata dalam jumlah komponen organik dan mineral nitrogen antara perlakuan terendam dan non-terendam. Selain itu, dalam hal konduktivitas listrik (EC) tidak ada juga perubahan yang cukup besar di kedua perlakuan. Namun, pH cukup menurun. Persentase kejenuhan dan CaCO3 tanah di semua unit percobaan tetap konstan. Sebaliknya, jumlah fosfor dan kalium yang tersedia pada perlakuan non-terendam meningkat hingga 13,1% dan 10.4% (Tabel 1).Dari sudut pandang hemat air, ada penurunan dramatis (sekitar 50%) antara perlakuan non-terendam dibandingkan dengan terendam. Temuan ini menunjukkan bahwa melalui penilaian metode irigasi dimungkinkan lahan budidaya ditanami dua kali dengan jumlah air irigasi yang sama.Pengaruh Cekaman Kekeringan pada prolin : Akumulasi prolin sebagai osmolyte dalam studi kami dilakukan untuk melihat perbedaan dalam semua kultivar. Jumlah prolin dalam daun baik tua maupun muda meningkat secara substansial pada tanaman dengan efek kekeringan (Tabel 2, 3). Terdapat variasi yang signifikan dalam konten prolin antara semua kultivar padi dan antara usia yang berbeda (P