Jurnal Matematika & Sains, April 2015, Vol. 20 Nomor 1
Kajian Karakter Bunga Coffea arabica L. Terkait Dengan Kemungkinan Aplikasi Lebah Madu Lokal Sebagai Agen Penyerbuk Dian Anggria Sari dan Ramadhani Eka Putra Program Studi Biologi, Sekolah Ilmu Teknologi Hayati, Institut Teknologi Bandung e-mail :
[email protected] Diterima 21 Agustus 2015 disetujui untuk dipublikasikan 4 September 2015 Abstrak Kopi arabika merupakan salah satu tanaman bernilai ekonomi penting di dunia, dimana Indonesia memegang peranan dalam produksi kopi dunia. Salah satu usaha yang dapat dilakukan untuk meningkatkan kualitas produksi kopi adalah meningkatkan polinasi dengan bantuan serangga polinator yang telah didomestikasi, seperti lebah madu. Dalam proses aplikasi serangga penyerbuk ini diperlukan pengetahuan dasar mengenai karakteristik dari bunga kopi terutama berkaitan dengan kemampuan bereproduksi dan menarik kunjungan lebah madu. Karakteristik yang diamati pada penelitian ini adalah beberapa karakter bunga yang berkaitan dengan sindrom penyerbukan seperti warna, bentuk, dan panjang tabung bunga serta karakter yang menjadi “reward” bagi lebah madu dalam bentuk ketersediaan nektar dan polen serta kualitas dari nektar. Uji viabilitas polen menggunakan aceto-orcein 2% menunjukkan bahwa polen yang dihasilkan oleh kopi arabika lokal memiliki viabilitas sangat tinggi (96,92% ± 4,38). Hasil penelitian menunjukkan peningkatan aktivitas penyerbuk dapat meningkatkan efisiensi polinasi serta produksi biji kopi. Kata kunci: Kopi arabika, Viabilitas polen, Polinasi.
Study of Flower Characteristics of Coffea arabica L. Related to Insect pollinators Visits in Pollination Efficiency Improvement Abstract Arabica coffee is one of the most important economic crop in the world and Indonesia could contribute more to total world production. One of efforts that could improve qu ality and quantity of coffee production is increasing pollination efficiency through application of domesticated insect pollinator, such as honey bees. Prior application, it is necessary to understand basic knowledge of characteristics of coffee’s flowers related to its reproductive potential and ability attract the honey bees. The main characters observed in this study were color, scent, shape and length of the flower tube, availability and quality of nectar and pollen. Pollen viability test of local Arabica Coffee by aceto-orcein 2% showed high score (96.92% ± 4.38) while other flower’s characteristics highly related to preference of honey bees to visit flowersOur study also shows that increasing the pollinator activity could increase pollination efficiency and coffee bean production. Keywords: Coffea arabica, Pollen viability, Pollination. Jenis kopi arabika memiliki kualitas cita rasa dan kadar kafein lebih rendah dibandingkan robusta dan harganya lebih mahal, sehingga perlu dilakukan analisa dari berbagai aspek untuk meningkatkan produksi dan kualitas buah kopi. Salah satu pendekatan yang dapat digunakan untuk meningkatkan produktivitas kopi adalah melalui kesuksesan reproduksi. Pada tanaman berbunga, seperti kopi, bunga merupakan bagian reproduksi dari tanaman, dimana fertilisasi terjadi ketika gamet dari anther (dalam bentuk polen) bersatu dengan ovule yang selanjutnya
1. Pendahuluan Kopi merupakan salah satu tanaman perkebunan bernilai ekonomi tinggi yang sudah lama dibudidayakan dan menjadi sumber penghasilan bagi petani Indonesia, serta menjadi komoditas andalan ekspor dan sumber pendapatan devisa negara (Rahardjo, 2013). Walau termasuk sebagai salah satu penghasil kopi terbanyak di dunia (Statista, 2013; ICO, 2014; USDA, 2015), Indonesia belum menjadi pemasok ekspor kopi arabika utama di dunia.
27
28 Jurnal Matematika & Sains, April 2015, Vol. 20 Nomor 1 membentuk biji dan buah, suatu proses yang dikenal dengan istilah polinasi. Pada berbagai jenis tanaman, produktivitas dapat ditingkatkan dengan meningkatkan proses penyerbukan melalui bantuan agen penyerbuk yang bersifat aktif seperti lebah madu dan serangga polinator lainnya (Klein dkk., 2003; Kasina, 2007, Klein dkk. 2007; Abrol, 2012; Hadikusumah, 2012). Pada tanaman kopi arabika sendiri, kesuksesan penyerbukan sangat mempengaruhi berat dan kualitas dari biji kopi yang dihasilkan (Klein dkk., 2003; Karanja dkk., 2013). Proses polinasi dengan memanfaatkan agen penyerbukan, berupa hewan (terutama serangga) merupakan salah satu proses mutualisme dimana bunga membutuhkan polinator untuk proses penyerbukan dan bunga menyediakan makanan yang penting bagi polinator dalam bentuk polen dan nektar. Untuk menjamin kesuksesan proses mutualisme ini, tanaman perlu menarik perhatian penyerbuk dan penyerbuk harus memperoleh sumber makanan dengan nilai kalori tinggi (Silva dan Torezan-Silingardi, 2008). Tumbuhan yang polinasinya dibantu oleh hewan memiliki atribut bunga yang dapat menarik (attract) dan memberikan hadiah (reward) kepada hewan dan menjadi sinyal atas kunjungannya. Karakteristik bunga (warna, ukuran, morfologi dan aroma) berasosiasi dengan beberapa kelas hewan dan menjadi ‘sindrom’ polinasi (Freeman dkk., 1991; Silva dan Torezan-Silingardi, 2008). Selain kemampuan bunga dalam menarik agen penyerbuk, faktor lain yang menentukan kesuksesan proses penyerbukan adalah kualitas dari gamet jantan. Kegagalan fertilisasi dapat disebabkan oleh sterilitas polen yang dapat disebabkan oleh faktor genetik maupun lingkungan, (dehidrasi polen karena hujan, suhu dan kelembaban relatif) (Halterlein dkk., 1980; Eeninck, 1981). Pada penelitian ini dilakukan pengamatan terhadap karakteristik dari bunga kopi arabika berkaitan dengan sindrom polinasi dan evaluasi tingkat viabilitas dari polen yang dihasilkan oleh kopi arabika lokal. Pengamatan kedua hal ini merupakan studi awal dari kemungkinan aplikasi serangga polinator terdomestikasi untuk proses penyerbukan.
2.2 Analisa dan pengukuran karakter bunga kopi arabika
2. Metoda Kerja
Kunjungan serangga pada bunga dipengaruhi oleh karakter morfologi bunga yang menjadi attractan atau daya tarik bagi serangga. Karakter bunga utama yang dapat menarik kunjungan serangga adalah daya tarik visual (warna dan pola) serta aroma. Daya tarik berupa visual dan/atau petunjuk aroma (olfactory cues) penting dalam menarik kunjungan polinator untu mendapatkan rewards berupa polen dan nectar (Raguso, 2008; Chittka dan Kevan, 2005). Berdasarkan pengukuran yang
2.1 Lokasi sampel Penelitian dilakukan pada perkebunan kopi di perkebunan kopi Dusun Wangun, Kecamatan Rancakalong, Kabupaten Sumedang, Jawa Barat. Daerah sampel terletak pada ketinggian 1.229 m di atas permukaan laut.
Analisa dan pengukuran morfologi bunga sebagai atraktan polinator dilakukan dengan melihat karakteristik dan tipe organ generative, perhiasan bunga serta dilakukan pengukuran terhadap karakter tersebut menggunakan digital caliper. Nektar bunga kopi arabika dikoleksi dengan syringe 2,5 µL untuk mengukur kadar gula nektar menggunakan digital hand-refractometer ATAGO. 2.3 Pengamatan viabilitas pollen Viabilitas polen dianalisa menggunakan metoda pewarnaan aceto-orcein 2%. Anther segar yang diambil dari bunga kopi yang baru mekar di lapangan disimpan dalam larutan etanol : asam asetat (3:1) selama 24 jam dan dimasukan dalam botol pendingin untuk menghindari kekeringan dan kerusakan anther selama proses perjalanan dari lokasi penelitian ke laboratorium. Sampel anther kemudian dicuci dengan aquadest dan disimpan dalam etanol 70% pada suhu 4oC (Nathar, dkk., 2013). Saat akan dianalisa, anther dibiarkan sesaat dalam suhu ruangan kemudian anther direndam dalam aceto-orcein 2% selama 20-30 menit, dikeluarkan dan dicacah di atas objek glass, ditutup dengan cover glass dan diamati dengan mikroskop inverted dan mikroskop cahaya. Pengamatan dilakukan terhadap 100-600 polen per anther dari 50 anther menggunakan software OpenCFU 3.9.0 dan dihitung persentasenya viabilitasnya. Polen yang viable akan berwarna merah penuh dan jika non-viable maka tidak terwarnai atau hanya sebagian terwarnai. Viabilitas Polen = jumlah polen variabel - jumlah polen nonvariabel teramati jumlah total polen yang diamati 100%
(Frescura, dkk., 2012). 3. Hasil dan Pembahasan 3.1 Karakteristik bunga kopi arabika (Coffea arabica) sebagai atraktan bagi polinator
Sari dan Putra, Kajian Karakter Bunga Coffea arabica L. Terkait dengan Kemungkinan Aplikasi Lebah……..... 29 dilakukan, didapatkan karakter bunga tanaman kopi arabika yang berkaitan dengan preferensi kunjungan serangga dan jenis serangga polinator. C. arabica memiliki bunga monoceus (Gambar 1), biseksual, actinomorphic, axilaris oppositus clustered, majemuk tak terbatas (inflorescentia racemosa) tipe Panicle; corolla tubular, tabung tegak, diameter 0,71-2,96 mm, panjang tabung 6,82-13,88 mm, rotatus, gamopetalous, putih, diameter 29,39-40,39 mm, petal 5-6 lobus, panjang 8,79-21,20 mm; stamen diadelphous, theca versatilis, anther putih, panjang 7,96- 10,26 mm, panjang.
Gambar 1. Morfologi Bunga Coffea arabica filamen 4,07-4,63 mm, stigma terbelah dua, stylus putih, panjang 7,74-23,76 mm. Dari hasil pengukuran karakter morfologi bunga C. arabica, dapat ditentukan beberapa karakter yang berperan penting terhadap kunjungan polinator yaitu warna, bentuk, panjang tabung bunga, ketersediaan nektar dan polen, dan kualitas dari nektar. Preferensi kunjungan dan jenis serangga pengunjung ini terhadap karakter morfologi bunga dikelompokkan sebagai sindrom polinasi. Dari karakter yang dianalisa serta dari hasil pengamatan di lapangan dapat diketahui bahwa bunga Kopi Arabika dapat berasosiasi dengan kunjungan serangga polinator dari kelompok Hymenoptera (Melittophily) dan Lepidoptera (Psycophily). Berdasarkan sindrom polinasi, bunga yang penyerbukannya dibantu oleh serangga, terutama lebah dan kupu-kupu memiliki waktu anthesis siang hari, warna bunga yang terang dan cerah, sedikit beraroma hingga beraroma, berbentuk tabung, umumnya simetri radial atau zygomorphic, memiliki nectar guide dan letak nektar tersembunyi (Singh, 1990; Silva dan TorezanSilingardi, 2008). Kopi Arabika memiliki bunga berwarna putih terang, kontas dengan latar belakang hijau dari daun dan tumbuh dalam jumlah besar serta beraroma seperti aroma bunga melati. Selain itu, bunga majemuk yang hampir ditemukan pada setiap ruas cabang dapat
memberikan landing platform (ruang mendarat) yang lebih besar bagi polinator dan membuka akses bagi serangga polinator yang sangat aktif (seperti lebah) dan berukuran besar (seperti kupu-kupu) untuk membantu proses penyerbukan. Bunga kopi arabika juga menyediakan polen dan nektar bagi polinator sebagai reward atas kunjungan dalam membantu perpindahan polen dari satu bunga ke stigma bunga lainnya. Posisi nektar bunga C. arabica berada di dasar tabung bunga sehingga diperkirakan organ penghasil nektar (nektarium) berada pada dasar bunga, tepat di atas receptaculum. Dari pengukuran kadar gula nektar bunga, diketahui bahwa jumlah nektar yang dihasilkan tiap bunga berkisar antara 1μl-6μl. Pada saat bunga baru mekar (freshly opened), volume nektar dihasilkan berkisar antara 3μl-6μl dengan kadar gula sebesar 28,4-31,1%. Bunga C. arabica tidak memiliki nectar guide dan jumlah nektar yang dihasilkan tergolong sedikit. Namun dengan kandungan gula yang mencapai 30%, dapat menarik serangga, untuk berkunjung ke perbungaan kopi guna mengambil nektar. Kandungan gula yang tinggi tersebut memungkinkan serangga untuk memenuhi kebutuhan dirinya dan bagi serangga sosial, seperti lebah madu menjamin pemenuhan kebutuhan energi bagi koloni. Butler (1945) menemukan bahwa daya tarik dari suatu sumber nektar bergantung pada jumlah nektar yang tersedia dan konsentrasi kandungan gula yang ada didalamnya. Secara umum, kandungan gula dalam nektar bunga terdiri dari komposisi gula glukosa, fruktosa dan sukrosa, terkadang maltosa. Wykes (1952) menyebutkan bahwa tiap jenis gula memiliki stimulus yang berbeda terhadap tingkat kemanisannya bagi lebah, glukosa dan fruktosa samasama menarik bagi lebah, namun sukrosa merupakan jenis gula yang paling disukai. 3.2 Analisa viabilitas polen Berdasarkan hasil analisa tingkat viabilitas polen diketahui bahwa polen kopi memiliki tingkat viabilitas berkisar antara 83-100% (96,92%±4,38) (Gambar 2). Chinnappa dan Warner (1982) menyebutkan bahwa butir polen kopi arabika berukuran besar dan sangat polimorfik, dengan diameter ekuator 30,8-35,3µm. Tingginya nilai viabilitas polen menunjukkan bahwa tanaman kopi pada daerah penelitian dapat menghasilkan polen dengan kualitas tinggi (Stanley dan Linkens, 1974). Polen dengan kualitas tinggi ini merupakan salah satu modal dasar untuk menghasilkan biji kopi dengan kuantitas dan kualitas tinggi (Stone dkk., 1995; Aizen dan Harder, 2007).
30 Jurnal Matematika & Sains, April 2015, Vol. 20 Nomor 1 Walaupun demikian, proses fertilisasi yang menentukan keberhasilan pembentukan buah dan biji tidak hanya bergantung pada viabilitas polen, tetapi juga stigma receptivity dan kesuksesan deposisi polen pada pistil yang reseptif (Nathar, dkk. 2013). Berdasarkan data pada penelitian ini dan fakta bahwa produksi kopi Arabika pada daerah penelitian masih relatif rendah, maka peningkatan produksi dapat dicapai melalui peningkatan durasi dari stigma receptivity dan kesuksesan deposisi polen. Pada tumbuhan, stigma receptivity sangat berkaitan dengan nutrien pada daerah penanaman karena proses ini ditentukan oleh produksi protein dan esterase (Bhattacharya dan Mandal, 2004). Pendekatan lain yang dapat dilakukan adalah dengan
(a)
meningkatkan frekuensi deposisi polen pada stigma. Frekuensi deposisi polen pada stigma dapat ditingkatkan dengan menggunakan bantuan serangga penyerbuk yang membawa polen pada saat mengumpulkan reward dari tanaman. Hal ini dapat meningkatkan kemungkinan fertilisasi yang mengarah pada peningkatan efisiensi polinasi dan pembentukan biji serta buah. Dengan pengamatan pada bunga yang menunjukkan bahwa bunga kopi Arabika memiliki karakter yang dapat menarik kedatangan serangga penyerbuk, maka aplikasi serangga penyerbuk terdomestikasi untuk peningkatan produksi biji kopi memiliki potensi besar untuk dilakukan.
(b)
Gambar 2. Non-viable pollen (tanda panah): tidak berwarna merah, atau hanya sebagian berwarna merah; viable pollen: berwarna merah penuh. (a). Mikroskop inverted, (b). Mikroskop cahaya. 4. Kesimpulan dan Saran Bunga kopi Arabika lokal memiliki viabilitas polen yang tinggi sehingga berpotensi dalam menghasilkan biji dalam kuantitas dan kualitas tinggi. Karakter bunga kopi Arabika memiliki kemampuan, dalam hal morfologi dan reward, untuk menarik serangga sehingga memungkinkan aplikasi serangga penyerbuk terdomestikasi untuk peningkatan proses deposisi polen. Peningkatan deposisi polen dapat meningkatkan kesuksesan fertilisasi yang berujung pada peningkatan produksi dan kualitas biji. Ucapan Terima Kasih Penulis mengucapkan terima kasih kepada program STRANAS-DIKTI atas bantuan dana penelitian yang telah diberikan. Daftar Pustaka Abrol, D. P. 2012. Pollination Biology: Biodiversity Conservation and Agricultural Production.
Springer Science+Business Media B.V. DOI: 10.1007/978-94-007-1942-2_3. Aizen, M. A. and L. D. Harder, 2007, Expanding the Limits of the Pollen-Limitation Concept: Effect of Pollen Quantity and Quality. Ecology. 88, 271-281. Bhattacharya, A. and S. Mandal, 2004, Pollination, pollen germination and stigma receptivity in Moringa oleifera Lamk, Grana, 43, 48-56. Butler, C. G. 1945, Influence of Various Physical and Biological Factors of The Environment on Honeybee Activity. An Examination of the Relationship Between Activity And Nectar Concentration and Abundance, Journal of Experimental Biology, 31, 5-12. Chinnappa, C. C. and B. G. Warner, 1982, Pollen morphology in the genus Coffea (Rubiaceae). II. Pollen polymorphism, Grana, 21, 29-37. Chittka, L. and P. G. Kevan, 2005, Flower Colour as Advertisement. In: Practical Pollination
Sari dan Putra, Kajian Karakter Bunga Coffea arabica L. Terkait dengan Kemungkinan Aplikasi Lebah……..... 31 Biology (Eds. Dafni, A., Kevan, P.G. and Husband, B.C.). Cambridge: Enviroquest, Ltd. 157–196. Eeninck, A. H., 1981, Compatibility and Incompatibility in Witloof-Chicory (Cichorium intybus L.). I. The Influence of Temperature and Plant Age on Pollen Germination and Seed Production. Euphytica, 30, 71-76. Freeman, G. E., R. D. Worthington, and M. S. Jackson, 1991, Floral Nectar Sugar Compositions of Some South and Southeast Asian Species, Biotropica, 23:4b, 568-574. Frescura, V. D., H. D. Laughinghouse, T. S. do Canto-Dorow, and S. B. Tedesco, 2012, Pollen Viability of Polygala paniculata L. (Polygalaceae) Using Different Staining Methods, Biocell, 36:3, 143-5. Hadikusumah, N. R., 2012, Efektifitas Penyerbukan Oleh Serangga Pada pada Tanaman Kopi di Kecamatan Tanjungsari, Sumedang, Jawa Barat. Tesis Magister Biologi. Program Studi Biologi Lingkungan. SITH. ITB. Halterlein, A. J., C. D. Clayberg, and, D. T. Iwan, 1980, Influence of high temperature on pollen grain viability and pollen tube growth in the styles of Phaseolus vulgaris L. J. Amer. Soc. Hort. Sci. Journal of the American Society of Horticultural Science 105, 12-14. ICO. 2014. World coffee trade (1963 – 2013): A Review of the Markets, Challenges and Opportunities Facing the Sector. International Coffee Organization. International Coffee Council (ICC) 111-5 Rev. 1. http://www.ico.org/news/icc-111-5r1e-world-coffee-outlook.pdf. Diakses 3 Januari 2015. Karanja, R. H. N., G.N. Njoroge, J. M. Kihoro, M.W. Gikungu, and L. E. Newton, 2013, The Role of Bee Pollinators in Improving Berry Weight and Coffee Cup Quality, Asian Journal of Agricultural Sciences, 5:4, 52-55. Kasina, J. M., 2007, Bee Pollinators and Economic Importance of Pollination in Crop Production: Case of Kakamega, Western Kenya. Ph.D dissertation, University of Bonn, Bonn, Germany. Klein, A. M., I. Steffan-Dewenter, and T. Tscharntke, 2003, Fruit Set of Highland Coffee Increases With with The Diversity of Pollinating Bees.
Proc. of the Royal Society of London, 270, 955-961. Klein, A. M., B. E. Vaissière, J. H. Cane, Steffan-I. Dewenter, S. A. Cunningham, C. Kremen, and T. Tscharntke, 2007, Importance of Pollinators in Changing Landscapes For World Crops, Proc. of the Royal Society B: Biological Sciences, 274:1608, 303–313. Nathar. V. N., V. S. Dhoran and S. P. Ghudade, 2013, Meiotic Analysis and Pollen Viability in Asparagus racemosus var. Javanica (Kunth) Baker, Annals of Plant Sciences, 2:4, 108-113. ISSN: 2287-688X.: Raguso, R. A. 2008, Wake Up and Smell The Roses: The Ecology and Evolution of Floral Scent, The Annual. Review of. Ecology, Evolution, and Sytematics. Evol. Syst. 39, 549–569. Rahardjo, P. 2013, Kopi: Panduan Budi Daya dan Pengolahan Kopi Arabika dan Robusta. Penebar Swadaya. Jakarta. Silva, C. I. and H. M. Torezan-Silingardi, 2008, Reproductive Biology of Tropical Plants. International Commission On Tropical Biology And Natural Resources. Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS). Instituto De Biologia. Universidade Federal De Uberlândia. Brasil. Singh, S. 1990, Beekeeping in India. India Council of Agricultural Research. New Delhi. Stanley, R. G and H. F. Linkens, 1974, Pollen: Biology, Biochemistry and Berlin. 307. Statista.com. 2013. World Coffee Production by Leading Countries. http://www.statista.com/ statistics/277137/world-coffee-productionby-leading-countries/. Diakses 3 Januari 2015. Stone, J. L., J. D. Thomson, and S. J. Dentacosta, 1995, Assestment of Pollen Viability in Hand Pollination Experiments – A Review, American Journal of Botany, 82, 1186-1197. USDA. 2015, Coffee: World Market and Trade. United States Department of Agriculture. Foreign Agricultural Services. http://apps.fas.usda.gov/psdonline/circulars/ coffee.pdf. Diakses 3 Januari 2015. Wykes, G. R. 1952, The Preferences of Honeybees for Solutions of Various Sugars Which Occur in Nectar, The Journal of Experimental Biology, 29:4, 511-519.
