Tahun : 2015
Pengaruh Iradiasi Sinar γ (Gamma) Co-60 Terhadap Pertumbuhan Padi (Oryza sativa) ‘Situ Bagendit’ Pada Cekaman Kekeringan The Effect of γ (Gamma) rays Irradiation in Growth of Rice (Oryza sativa) ‘Situ Bagendit’ in Droughtness Condition Yustina Carolina Febrianti Salsinha1 ¹Fakultas Biologi, Universitas Gadjah Mada Sleman, Yogyakarta Email:
[email protected]
Abstrak – Rice’s the main food commodity in Indonesia. So that, rice production’s counted to load up people need as increasing of total inhabitant. But, till nowdays rice cultivation just did in wet field. Research shows gamma irradiation can induce plants response in stress condition. Purpose of this research’s to study the effect of gamma Co-60 in Oryza sativa ‘Situ Bagendit’ growth that treated by drought stress. Gamma Co-60 irradiation’s applied in rice seed with 0Gy, 100Gy, 200Gy and 300Gy doses using Gamma Iradiator Chamber. All seeds then germinated in a week. Samples then treated by drough stress with various watering frequency (everyday,every two days and every four days). Monitoring was passed in 30 days with parameter such seed germination, plant heigth and leaves, roots and dry mass of whole plant. The result then analysed with Anova and Duncan method. In 100Gy dose, percentage of seed germinate’s most high. While in plant growth and number of leaves,there’s significant difference in 200Gy dose that gives the higest effect to plant growth in drought stress. In lenght and mass of plant roots, there is also significant difference in dought stress 4 that was resulted from plant with 200Gy dose. The effect appeared is depend on plant species, irradiation dose, substrate radiated, and also irradiation period. Based on this result, it can be conclude that iradiation in Oryza sativa ‘Situ Bagendit’ shows total higest germination percentage resulted from 100Gy dose, and higest plant growth’s resulted from 200Gy irradiation dose. Kata kunci – Oryza sativa, Situ Bagendit, gamma irradiation, drought stress,
I.
PENDAHULUAN
Padi (Oryza sativa L.) merupakan tanaman sereal dari genus Oryza, yang termasuk ke dalam suku Poaceae (Gramineae). Padi merupakan sumber makanan pokok hampir 40% dari populasi penduduk dunia dan makanan utama dari penduduk Asia Tenggara (Rugayah dkk, 2004). Di Indonesia, padi merupakan komoditas dan bahan pangan utama. Sebagai bahan pokok yang utama, padi yang tersedia diharapkan dapat memenuhi kebutuhan masyarakat yang semakin meningkat. Menurut IRRI (2010), Indonesia dengan jumlah penduduk 237 juta jiwa pada
tahun 2010, merupakan negara berpenduduk terpadat keempat di dunia. Dengan laju peningkatan penduduk 1,5% per tahun, pemerintah dituntut untuk terus berupaya memenuhi kebutuhan beras yang merupakan makanan pokok di Indonesia. Selama ini budidaya tanaman padi hanya difokuskan pada lahan sawah atau lahan yang digenangi air, sedangkan pada lahan kering belum mendapatkan perhatian, padahal jika potensi lahan kering dapat dimanfaatkan secara optimal untuk budidaya tanaman padi maka luas areal tanaman padi
Ha la man |2
akan bertambah yang berarti bahwa produksi padi secara nasional akan meningkat (Samullah et al., 2001). Pengembangan padi terutama padi yang tumbuh pada ladang kering selama ini sulit dilakukan karena selain kendala berupa kurangnya varietas padi yang dapat beradaptasi pada lahan kering, masalah lainnya ialah kondisi lahan produktif masih rendah. Selain itu, keadaan iklim yang kering juga menyebabkan produksi padi oleh pertanian lokal berjalan lambat. Beberapa faktor yang mempengaruhi pertumbuhan dan produktivitas tanaman padi menurut Hopkins dan Hunner (2008) meliputi faktor internal utama berupa enzim dan hormon yang merupakan senyawa organik konsentrasi rendah yang dapat aktif secara biologi pada makhluk hidup; dan faktor eksternal utama berupa intensitas cahaya matahari, kelembaban dan ketersediaan air. Saat ini, perkembangan penggunaan teknologi iradiasi gamma untuk meningkatkan produktivitas tanaman pertanian semakin berkembang pesat. Penggunaan teknologi iradiasi yang tepat guna dapat memberikan hasil yang optimal yang diharapkan dapat berguna bagi kesejahteraan manusia. Menurut Siwi (1966), istilah radiasi sinar Gamma adalah radiasi elektromagnetik energi-tinggi yang diproduksi oleh transisi energi karena percepatan elektron. Efek radiasi Sinar gamma dapat menyebabkan perubahan genetik di dalam sel somatik (mutasi somatik) yang dapat diturunkan dan dapat menyebabkan terjadinya perubahan fenotip. Pada umumnya tampak bahwa iradiasi sinar gamma dengan dosis 10.000 rad (100Gy), 20.000 rad (200 Gy), dan 30.000 (300Gy) menimbulkan banyak mutasi sifat – sifat pada tanaman padi (Siwi, 1966). Efek iradiasi sinar gamma bergantung pada dosis iradiasi, waktu paparan serta jumlah substansi yang diberi paparan iradiasi sinar gamma. Dengan mengkombinasikan faktor faktor tersebut, dapat diketahui kombinasi tepat guna yang dapat diaplikasikan untuk meningkatkan kualitas suatu produk tertentu.
II. METODE Pada penelitian ini, bahan yang digunakan adalah benih padi varietas padi ‘Situ Bagendit’ dari Toko Tani NanggulanKulonprogo, media tanam dan pupuk kandang dari Toko Tani Maju Jl. Magelang, Yogyakarta, air, kertas saring, media tanam tambahan (pasir dan tanah) dengan perbandingan 1:1, dan dosis iradiasi sinar gamma 0 Gy, 100 Gy, 200Gy dan 300 Gy. Sementara alat yang digunakan adalah polybag berukuran 20x20 cm, Gamma CO60 Irradiator Chamber, timbangan semianalitik, oven, label kertas dan pensil, dan petridish diameter 10cm. Berikut Rancangan Percobaan yang dilakukan: Percobaan ini dilakukan di laboratorium, menggunakan rancangan acak lengkap faktorial terdiri atas 2 faktor dengan 3 ulangan. Faktor perlakuan pertama adalah perlakuan cekaman kekeringan terdiri dari 2 taraf perlakuan. Faktor Perlakuan kedua adalah dosis iradiasi yang digunakan (4 taraf) yakni sebesar 0 Gy, 100Gy, 200Gy dan 300Gy. Faktor Perlakuan cekaman kekeringan: C0: Cekaman Kekeringan Kontrol (Disiram setiap hari) C1: Cekaman Kekeringan 1 (Disiran 2 hari sekali) C2: Cekaman Kekeringan 2 (Disiram 4 hari sekali) Masing – masing diulang sebanyak 3 kali Faktor Dosis Iradiasi Sinar Gamma: D0: Dosis iradiasi sinar gamma 0Gy D1: Dosis iradiasi sinar gamma 100Gy D2: Dosis iradiasi sinar gamma 200Gy D3: Dosis iradiasi sinar gamma 300Gy Masing – masing diulang sebanyak 3kali Media tanam yang dipergunakan terlebih dahulu dikering anginkan dan dihaluskan dengan penggilingan dan pengayakan. Tanah yang sudah halus dicampur dengan pupuk kandang. Setelah itu media tanam berupa tanah sebanyak 0,3
Ha la man |3
kg tanah dimasukkan ke dalam polybag berukuran 35 cm x 40 cm. Iradiasi gamma CO-60 pada benih padi Iradiasi dilakukan dengan memaparkan benih padi pada paparan iradiasi gamma CO-60 dengan dosisnya 00 Gy, 100 Gy, 200Gy dan 300 Gy dengan memanfaatkan Gamma CO-60 Irradiator. Percobaan Perkecambahan Benih Padi Untuk pengamatan daya kecambah dan indeks vigor, tiap-tiap benih padi dikecambahkan pada media perkecambahan dalam petridis. Uji perkecambahan menggunakan metode substratum petridis tertutup. Petridis yang digunakan dengan ukuran diameter 10 cm, bagian dalamnya diberi alas dengan kertas saring (filter paper) sebanyak 1 lapis. Benih padi yang diperlakukan diletakkan di atasnya sejumlah 30 biji tiap petridish atau sebanyak 90 biji untuk satu variabel percobaan , kemudian petridis ditutup dengan penutupnya. Benih yang dipakai sebagai bahan penelitian dipilih yang bernas, tidak terdapat bekas hisapan (noda hitam) dan tenggelam dalam air. Sedangkan benih yang melayang dan terapung tidak digunakan. Percobaan Cekaman Kekeringan Padi Penanaman dilakukan dengan sistem tanam langsung. Pada setiap polybag diberi lubang dan setiap lubang terdiri atas 3 buah benih. Penjarangan dilakukan setelah tanaman berumur 14 hari, dan dipertahankan 1 tanaman per polybag. Padi yang telah dikecambahkan dan ditumbuhkan dalam polybag selama 1 minggu (7 hari) kemudian diberi perlakuan cekaman kekeringan. Pada perlakuan C0, dilakukan penyiraman secara teratur pada pukul 09.00 atau 16.00 setiap hari dengan volume air tiap penyiraman sebanyak 50mL. Pada perlakuan C1, penyiraman dilakukan setiap 2 hari sekali, dan pada perlakuan C2, penyiraman dilakukan setiap 4 hari sekali. Kegiatan pemeliharaan seperti pengendalian hama, penyakit dan gulma dilakukan sesuai dengan kondisi tanaman dan rekomendasi yang dianjurkan. Pengamatan Parameter
Daya kecambah Daya kecambah diamati dengan menghitung persentase benih yang bekecambah hingga waktu setelah lebih dari 70% benih kontrol berkecambah. Benih dikatakan berkecambah apabila telah tumbuh radikula. Pengamatan daya kecambah dilakukan setiap hari.Untuk mendapatkan nilai indeks vigor digunakan rumus sebagai berikut :
Keterangan : Iv : indeks vigor G: jumlah/banyaknya kecambah pada hari tertentu D : waktu yang berkorespondensi dengan jumlah benih yang berkecambah Parameter pertumbuhan berupa tinggi tanaman, jumlah daun, panjang akar dan berat kering tajuk dan berat kering akar ditimbang. Tinggi tanaman diukur setiap minggu dimulai umur 1 minggu setelah tanam. Pengukuraan panjang akar dilakukan dengan mengukur akar terpanjang setelah dibersihkan dari tanah yang menempel. Jumlah daun dihitung dengan mencacah jumlah daun tanaman. Daun yang dihitung yaitu daun yang sudah terbentuk sempurna. Diukur pula berat kering keseluruhan tanaman (akar, batang, daun). Bagian tanaman dicabut, kemudian dicuci untuk menghilangkan tanah setelah itu dibungkus dan dilakukan pengeringan pada suhu 70°C sampai kadar airnya konstan. Sementara penimbangan berat kering akar dilakukan setelah akar per rumpun dikeringkan dengan oven sampai kadar airnya konstan. Analisis Hasil Data dianalisis menggunakan ANOVA (Analysis of Variance) dengan uji F dan dilanjutkan dengan uji jarak ganda Duncan dengan taraf kepercayaan 95 persen (Gomez dan Gomez, 1995). Untuk membantu analisis data,digunakan perangkat lunak (software) program SPSS.
Ha la man |4
III. HASIL DAN PEMBAHASAN Penelitian ini didasarkan pada interaksi aktivitas iradiasi ionisasi dengan sistem biologis. Menurut Moussa (2006), telah diketahui bahwa iradiasi ionisasi dapat membentuk interaksi d engan sistem biologi dan berkontribusi pada aplikasi dalam dunia kedokteran, pertanian, farmasi dan aplikasi teknologi lainnya. Sinar gamma merupakan salah satu sumber iradiasi yang paling efektif dan tergolong murah dengan kemampuan penetrasi yang tinggi. Pada percobaan ini dipilih fase sebelum perkecambahan (pre-germination) sebagai waktu iradiasi yang tepat karena diasumsikan, pada masa ini siklus hidup tanaman paling rentan dipengaruhi oleh pengaruh luar (lingkungan). Menurut Jan et al (2012), tahap pra-perkecambahan biji merupakan tahap spesifik dari siklus hidup tumbuhan yang paling resisten terhadap faktor lingkungan karena struktur dan proses metabolismenya yang belum terdiferensiasi. Selain itu, pada fase ini terdapat sensitifitas yang tinggi terhadap kondisi air di sekitarnya.
Diketahui melalui hasil pada gambar 1 dan 2 bahwa pemberian dosis iradiasi 100 Gy memberikan hasil perkecambahan tertinggi yang juga ditunjukkan oleh %FGP (final germination percentage) dari perlakuan dosis 100 Gy sebesar 91,67%. Dari pengamatan ini diketahui pula efek iradiasi sinar gamma dengan dosis 200 Gy hingga 300 Gy memberikan penurunan hasil perkecambahan. Hal ini disebabkan karena efek mutasi yang ditimbulkan oleh dosis iradiasi 200 Gy dan 300Gy tergolong tinggi dan berpengaruh hingga perubahan susunan materi genetik dalam sel serta penurunan fungsi metabolisme awal perkecambahan. Pada level 100 Gy efek mutasi bersifat menguntungkan karena dapat meningkatkan jumlah biji yang berkecambah. Selain itu, efek iradiasi 100Gy menyebabkan kondisi tumbuhan menjadi lebih subur ditandai dengan daun yang hijau dan lebar serta tinggi tanaman hasil perkecambahan yang cukup tinggi.
(a)
Gambar 1. Nilai pertambahan jumlah biji berkecambah pada tanaman padi (Oryza sativa) ‘Situ Bagendit.
(b)
Gambar 2. Persentase FGP (Final germination percentage) perkecambahan pada tanaman padi (Oryza sativa) ‘Situ Bagendit.
Ha la man |5
(c) Gambar 3. Perubahan tinggi tanaman selama 30 hari pengamatan tanaman padi pada (Oryza sativa) ‘Situ Bagendit pada dosis iradiasi sinar gamma 0 Gy, 100 Gy, 200 Gy, dan 300 Gy pada perlakuan (a) cekaman kekeringan 0 (penyiraman tiap hari); (b) cekaman kekeringan dengan penyiraman 2 hari sekali; (c) cekaman kekeringan dengan penyiraman 4 hari sekali.
berbeda. Efek iradiasi sinar gamma tergantung pada ukuran, durasi paparan, dan jenis spesiesnya. Pada padi ini, dosis 200Gy merupakan dosis optimum pertumbuhan tinggi tanaman pada kondisi cekaman air yang terlalu banyak (perlakuan cekaman 0) dan perlakuan cekaman kekeringan tinggi (perlakuan cekaman 4).Sementara dosis 0Gy 300Gy lebih berpengaruh pada kondisi normal (perlakuan cekaman kekeringan 2). Tingkat variasi yang tinggi pada hasil ini dapat disebabkan oleh adanya efek yang berbeda dari aktivitas ionisasi radioaktif di dalam sel tanaman
(a)
Gambar 4. Tinggi tanaman padi (Oryza sativa) ‘Situ Bagendit pada dosis iradiasi sinar gamma 0 Gy, 100 Gy, 200 Gy, dan 300 Gy pada hari ke 30 hari pada perlakuan 4 cekaman kekeringan
Berdasarkan data gambar 3 dapat dilihat perbedaan pola pertumbuhan tinggi tanaman yang diberi iiradiasi sinar gamma dosis 0 Gy, 100 Gy, 200 Gy, dan 300 Gy dan cekaman kekeringan. Pertumbuhan merupakan salah satu parameter proses fisiologis tumbuhan yang terukur. Dari penelitian ini diketahui terdapat pengaruh ionisasi iradiasi sinar gamma terhadap pertumbuhan tinggi tanaman. Iradiasi gamma yang paling berpengaruh secara signifikan terhadap pertumbuhan tinggi tanaman adalah iradiasi gamma dengan dosis 200 Gy dan 300Gy. Namun, efek masing-masing dosis bersifat spesifik pada kondisi cekaman kekeringan
(b)
Ha la man |6 (c) Gambar 5. Jumlah daun tanaman selama 30 hari pengamatan tanaman padi pada (Oryza sativa) ‘Situ Bagendit pada dosis iradiasi sinar gamma 0 Gy, 100 Gy, 200 Gy, dan 300 Gy pada perlakuan (a) cekaman kekeringan 0 (penyiraman tiap hari); (b) cekaman kekeringan dengan penyiraman 2 hari sekali; (c) cekaman kekeringan dengan penyiraman 4 hari sekali.
Gambar 6. Jumlah daun tanaman selama 30 hari pengamatan tanaman padi(Oryza sativa) ‘Situ Bagendit pada dosis iradiasi sinar gamma 0 Gy, 100 Gy, 200 Gy, dan 300 Gy.
panjang akar yang terukur menjadi paling pendek. Hal ini dikarenakan pada kondisi ini, terdapat cekaman air yang menghambat proliferasi sel (terutama sel-sel meristem akar). Namun pada kondisi ini, dosis iradiasi 200Gy dan 300Gy memberikan panjang akar yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan kontrol. Hal ini dikarenakan pada awal perkecambahan, iradiasi gamma dengan 200Gy dan 300Gy menyebabkan perubahan struktur sel yang adaptif terhadap cekaman kekeringan.
(a) Menurut Jan et al (2012), iradiasi sinar gamma pada tanaman padi-padian menyebabkan penurunan sintesis protein dan karbohidrat. Hal ini dapat terjadi karena adanya pernurunan aktivitas enzim akibat reaksi ionisasi dengan molekul- molekul radikal bebas yang dihasilkan dari eksitasi molekul air. Pada dosis iradiasi 200Gy, diketahui efek yang diberikan terhadap jumlah daun tergolong tinggi. Pada dosis iradiasi ini kemungkinan yang terjadi ialah adanya perubahan struktur komponen sel dan induksi aktivitas enzim- enzin metabolisme yang optimal (termasuk untuk mendukung fungsi fotosintesis pada daun) sehingga dari pengamatan morfologis terdapat jumlah daun terbesar dengan paparan 200Gy. Berdasarkan pengukuran pada hari terakhir diketahui perlakuan cekaman kekeringan 4 (dengan penyiraman 4 hari sekali), diketahui
(b) Gambar 7. Perbedaan (a) panjang akar dan (b) berat kering akar tanaman padi (Oryza sativa) ‘Situ Bagendit umur 30 hari pada dosis iradiasi sinar gamma 0 Gy,
Ha la man |7 100 Gy, 200 Gy, dan 300 Gy dengan kelompok perlakuan 1): cekaman kekeringan dengan penyiraman tiap hari; 2) kelompok cekaman dengan penyiraman 2 hari sekali dan 4) kelompok cekaman kekeringan dengan penyiraman 4 hari sekali Gambar 8. Perbedaan berat kering tanaman padi (Oryza sativa) ‘Situ Bagendit umur 30 hari pada dosis iradiasi sinar gamma 0 Gy, 100 Gy, 200 Gy, dan 300 Gy dengan kelompok perlakuan 1): cekaman kekeringan dengan penyiraman tiap hari; 2) kelompok cekaman dengan penyiraman 2 hari sekali dan 4) kelompok cekaman kekeringan dengan penyiraman 4 hari sekali.
Menurut Grover dan Khan (2014), iradiasi sinar gamma dapat mempengaruhi aktivitas pembelahan mitosis di bagian meristem akar dan mereduksi konten kelembaban dalam biji. Karena pengaruh inilah, dosis iradiasi yang tinggi dapat membentuk sifat toleransi tumbuhan terhadap kondisi tanah yang kering.
Gambar 9. Tanaman padi (Oryza sativa) fase vegetatif pasca perlakuan radiasi dan cekaman kekeringan
Pada cekaman kekeringan 0 dan 4, biomassa tertinggi dihasilkan oleh tanaman yang diberi dosis 200Gy. Sementara pada cekaman kekeringan 2, biomassa tertinggi dihasilkan oleh tanaman kontrol. Menurut Grover dan Khan (2014); Marcu et al (2006) , ukuran biomassa suatu tanaman dipengaruhi oleh dosis iradiasi sinar gamma. Dosis iradiasi dengan ukuran tertentu memiliki potensi dalam mempengaruhi aktivitas enzim-enzim metabolisme. SIMPULAN Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, disimpulkan bahwa terdapat pengaruh pemberian dosis iradiasi gamma Co-60 terhadap perkecambahan dan pertumbuhan tanaman. Efek perkecambahan tertinggi dihasilkan oleh iradiasi sinar gamma dengan dosis 100Gy. Pada cekaman kekeringan 4 (paling tercekam kekeringan), pertumbuhan tanaman paling tinggi dihasilkan oleh iradiasi sinar gamma pada dosis 200 Gy
DAFTAR PUSTAKA Gomez, K.A. and A.A. Gomez.1995.Prosedur Statistik untuk Penelitian Pertanian. Penerjemah: E. Sjamsuddin dan J.S. Baharsjah. Edisi II. UI Press.Jakarta.P: 698. Grover,S., A.S.Khan, 2014.Effect of Ionizing Radiation On Some Characteristics Of Seeds Of Wheat.International Journal of Scientific dan Technology Research. Vol 2(4): 32- 38. Hopkins, W.G., N.P.A. Hunner, 2009. Introduction to Plant Physiology. 4th ed. John Wiley & Sons Inc. Hoboken.
International Rice Research Institute.2010. Padi untuk Ketahanan Pangan. Pusat Penelitian dan Pengembangan Tanaman Pangan –IRRI. Bogor.P: 1-5 Jan, S.,T. Parween, T.O. Siddiqi, and Mahmooduzzafar. 2012. Effect of gamma radiation on morphological, biochemical, and physiological aspects of plants and plant products. Environmental Journal Review. Rev. 20:17-39 Marcu, D., G. Damian, C. Cosma, V.Cristea.2013. Gamma radiation effects on seed germination,
Ha la man |8 growth and pigment content, and ESR study of induced free radicals in maize (Zea mays). J Biol Phys. 2013 Sep; 39(4): 625–634. Moussa JP.2006.Role of gamma irradiation in regulation of NO3 level in rocket (Eruca vescaria subsp. sativa) plants. Russ.J. Plant Physiol.53:193–197.doi: 10.1134. Rugayah, A. Retnowati, F. I. Windadri, dan A. Hidayat. 2004. Pengumpulan Data Taksonomi dalam Rugayah, E. A. Widjaja, dan Praptiwi (ed). Pedoman Pengumpulan Data Keanekaragaman
Flora. Bogor, Indonesia : Puslit Biologi - LIPI. pp: 5-40. Samullah, M.Y. dan Drajat. 2001. Toleransi beberapa genotip padi gogo terhadap cekaman kekeringan. Penelitian Pertanian Tanaman Pangan 20 (1): 1921. Siwi, B.H.1966. Pengaruh Radiasi Sinar Gamma (CO60) terhadap Beberapa Varietas Padi di Indonesia. Lembaga Pusat Penelitian Tanaman Pangan. Bogor. 226 – 228
