PERBANDINGAN "METODE lSN DALAM PENGUKURAN
PERBEDAAN" DENGAN TEKNIK FIKSASI NITROGEN TANAMAN
KEDELAI (Glycine max L. Merr) CLARK 63.
S. Gandanegara.*
ABSTRAK - ABSTRACT PERBANDINGAN ''METODE PERBEDAAN" DAN TEKNIK 15N DALAM PENGUKUR· AN FlKSASI NITROGEN TANAMAN KEDELAI (Glycine Max L, Merr) CLARK 63. Tclah dilakukan satu percobaan pot di romah kaca Departemen LAWR UC Davis pada tahun 1984 untuk membandingkan "metode perbedaan" dengan teknik N dalam pengukuran fikJasi nitrogen tanaman keddai Clark 63 Tanaman kedclai Qark 63 dengan tanaman kontrol Qark, rj\~1 ditumbuhkan pada tanah lempung liat Yolo yang mengandung 0.121 %N dan ekJes atom N 0.3 70 %. Pengukuran fikJasi nitrogen dilakJanakan pada 3 stadia, yaitu stadium pembungaan (R2), stadium pengisian polong (R4) dan stadium masak fisiologik (R8). Hasil percobaan tidak memperlihatkan ada kesusuaian hasil di antara kedua metode. Dengan beberapa pertimbangan. disimpulkan bahwa metode yang dipakai kurang sesuai untuk pengukuran sistem pertanaman leRUm/iegum. JJbandingkan dengan percobaan pot pada pengukuran fikJasi nitrogen beberapa varietas/galur mutan kedelai di Pasar Jumat dengan metode pengenceran isotop yang menggunakan penghitungan nilai A, temyata kedua metode tersebut memperlihatkan kesesuaian hasil yang baik dan sesuai untuk sistem pertanaman legumflegum. MEASUREMENT ON SOYBEAN N FIXATION BY "DIFFERENCE METHOD" AND 15N ISOTOPE DILUTION ANALYSIS. A pot experiment was conducted in the green house of the Dept. LAWR. UC Davis during 1984 to compare the "difference method" and 15N isotope dilution analysis. Soybean (Glycine max L. Merr) Qark 63 and the non fixing control plant clark rho rjl were grown in Yolo silt clay which contained 0.121% Nand 0.37 % 15N atom excess. Nitrogen fixation measurements were carried out at three development stages; flowering stage (R2), pod filling. when pod at 2 cm length (R8) and at physiological maturity (R8). It was shown that these methods were not suitable for 1egumesflegumes system. Compared with nitrogen fixation measurement experiment by several varieties/mutants of soybean which carried out at Pasar Jumat with A-Value method, both isotope and difference methods were in good agreement.
PENDAHULUAN Suatu metode pengukuran fiksasi nitrogen yang sesuai sangat dibutuhkan dalam penelitian tanaman legum. Tersedia berbagai metode yang masing-masing merniliki kelebihan dan kekurangan (1). Salah satu metode yang banyak digunakan ialah "metode perbedaan" yang mengestimasikan bahwa nitrogen yang difiksasi tanaman legum adalah perbedaan dari jumlah nitrogen yang terkandung dalam tanaman legum dan tanaman pengontrol. Sebagai tanaman pengontrol adalah tanaman yang tidak mampu memflksasi nitrogen, pada umurnnya digunakan tanam• Pusat Aplikasi Isotop dan Radiasi. BATAN.
257
an legum yang tidak diinoku}asi dengan bakteri Rhizobium atau jenis tanaman legum yang tidal bemodulasi atau tAnaman rerumputan (Z)). "Metode perbediilll" menjadi populer karena pemakaiannya mudah, tidak memerlukan peralatan yang khusus dan biaya yang tinggi. Metode ini merupakan pengukuran yang lebih langsung daripada metode reduksi asetilen karena yang tera~r ini tidak menunjukkan ukuran fiksasi itu sendiri (I, 2,3). Teknik isotop 15N te1ah lama dikembangkan untuk mengestimasi nitrogen yang difiksasi tanaman legum. Metode yang kemudian dikenal dengan metode pengeneeran isotop melibatkan penandaan N tanah dengan isotop 15N(2). Dengan membandingkan % ekses atom 15N dalam tanaman legum dan tanaman pengontrol, maka estimasi nitrogen yang difiksasi tanaman dapat ditentukan. Maksud penelitian ini untuk menentukan kesesuaian antara metode estimasi fiksasi nitrogen yang didapat dengan teknik 15N dan "metode perbedaan".
BAHAN DAN METODE Sebagai bahan tanaman dipilih tanaman kedelai (Glycine mox 1. Merr) varietas Clark 63 dengan tanaman kontrol Clark rj, rj. Permukaan biji keddai disterilkan dalam larutan Chlorox 2% selama 10 menit. Untuk menghilangkan Chlorox, biji kemudian dieuci 10 kali dengan air dan pada peneueian terakhir biji dibiarkan menyerap air. Biji kemudian diinokulasi dengan Rhizobium japonit:um strain USDA 110 dan kemudian ditanam di pot plastik yang berisi 1.8 kg tanah lempung liat Yolo yang mengandung Kadar nitrogen 0.121 % dan ekses atom 15N 0370%. Pupuk P berupa KH2P04 diberikan dengan takaran 1 mg P/kg tanah pada waktu sebelum tanam. Pereobaan dilakukan di rumah kaea Departemen LAWR. UC Davis selama bulan Juni sampai dengan September 1984. Pemberian air dilakukan setiap hari dengan mengembalikan timbangan pot berisi tanaman kepada berat pada keadaan lembab tanah 30%. Setelah tanaman berumur seminggu tanaman diperjarang menjadi 2 tanaman per pot. Untuk meneegah agar suhu tanah tidak melebihi 30°C yang dapat mempengaruhi nodulasi dan proses fiksasi, permukaan pot ditutup memakai aluminum foil, sehingga panas yang diterima direfleksikan (4). Pengukuran fiksasi nitrogen dilaksanakan pada tiga stadia: stadium pembungaan (R2), stadium pengisian polong, ketiga polong berukuran kira-kira 2 em (R4), dan stadium masak fisiologik (R8). Tanaman bagian atas dipanen kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 65°C selama 2 hari. Sesudah kering dilakukan penimbangan bobot kering dan Kadar (%) atom 15N dalam sampel ditentukan dengan Spektrometer Massa . . Penghitungan jumlah nitrogen yang difiksasi oleh kedua metode ditentukan sebagai berikut : Metode pengeneeran isotop : Jumlah N yang difiksasi = ( 1 -c/n ) x % Ne x BKe, 258
Metode perbedaan : Jumlah N yang difiksasi = ( % Nc x BKc ) - ( %Nn x BKn ), dimana : c n
: % ekses atom 15N dalam tanaman kedelai, jenis nodul : % ekses atom 15N dalam tanaman kedelai, jenis non nodul
% Nc % Nn
: kadar N dalam tanaman kedelai, jenis nodul : kadar N dalam tanaman kedelai, jenis non nodul
BKc BKn
: bobot kering tanaman kedelai, jenis nodul : bobot kering tanaman kedelai,jenis non nodul
HASIL DAN PEMBAHASAN Tanaman jenis non nodul maupun jenis nodul tumbuh dengan baik. Kedua jenis tanaman mencapai stadium berbunga 52 hart setelah tanam. Keterlambatan berbunga dan pencapaian stadia berikutnya mungkin disebabkan oleh lokasi (410 Lintang Utara) yang kurang sesuai untuk pertumbuhan kedelai. Hal yang serupa juga terjadi pada percobaan lapang di Davis pad a waktu yang hampir bersamaan (5) dan pada percobaan evaluasi fiksasi nitrogen beberapa jenis kedelai (6). Faktor tempat dan varietas diduga mempengaruhi pertumbuhan tanaman, karena jenis kedelai yang sarna jika ditanam di Pasar Jumat (Jakarta) mulai berbunga lebih awal, yaitu 4 - 5 rninggu setelah tanam. Bobot kering, total N dalam tanaman dan % ekses atom 15N tercantum dalam Tabel 1. Jenis non nodul merniliki bobot kering dan kadar N total yang lebih sedikit daripada jenis nodul. Tabell.
Bobot kering, N total, % ekses atom 15N daJam jenis nodul dan non nodul pada stadia R2. R4. dan R8.
4.25 1.20 stover 4.54 R2 3.65 6.28 3.98 .47 N ..004 143 131 515 totalBobot kering Jenis tanaman stover stover12.47 stover* 2.43 2.15 14.665.83 15N .24 .60 2.81 1.76 ekses 1.11 2.38 2.90 .143 .020 %(%) .163 .047 .008 .178 atom .80 (gram) 259
Menjelang pembungaan tanaman jenis non nodul memperlihatkan
daun yang
apk kckuningan. lni menunjukkan jeni.1non noaw membut\lhkan nitrogen yang lebih banyak dari pada jenis nodul karena jenis non nodul tidak dapat memfiksasi N2 dari udara. Tanaman non nodullebih lambat 2 minggu (150 hari) daripada tanaman jenis nodul dalam mencapai stadium R8. Keterlambatan untuk dipanen dan juga keadaan kekurangan nitrogen yang dialami tanaman jenis non nodul menyebabkan tanaman ini kurang sesuai untuk digunakan sebagai tanaman pengontrol. Hal ini terlihat dari tidak sesuainya hasil flksasi nitrogen yang diperoleh dari kedua metode pengukuran, terutama pada panen R8 (Tabe! 2), di mana penyimpangan hasil antara kedua metode mencapai 25%. Disimpulkan metode pengukuran flksasi nitrogen yang dipakai dalam percobaan ini mengikuti metode dipakai BROADBENT, NAKASHIMA dan CHANG (7) temyata kurang sesuai untuk sistem pertanaman legum/legum.
Tabd 2. jumlah N yang difiksasi berdasarkan met ode 15N dan "metode perbedaan".
Waktu panen
R2 R4 stover polong R8 stover biji
Metode perbedaan mgN
Metode 15N
102,96 226,04 12.55
90,81 225,16 12,06
24,84 776,15
31 ,23 * 835,93*
mgN
* angka rata-rata dari 2 ulangan.
Perbandingan "metode perbedaan" dengan teknik 15N dalam pengukuran fiksasi nitrogen tanaman semanggi Ladino telah dilakukan oleh BROADBENT, NAKASHIMA dan CHANG pada percobaan pot dan lapang. Kesesuaian antara 2 metode hanya ditunjukkan pada percobaan pot dengan tanah Yolo yang sarna dengan tanah yang dipakai dalarn percobaan ini (Sebagian hasilnya yang rnenggunakan tanah Yolo A diperlihatkan pada Tabel 3).
260
Tabd 3. Perbedaan jumlah N yang difiksasi oleh tanaman semanggi Ladino pada percobaan rumah kaca yang diestimasi dengan metode 15N dan "metode perbedaan" (7).
Jenis tanah
Pangkasan Ditanam tersendiri
A ----------Yolo A
1 2
Akar Total
*
33,8 179,0 171,0 383,0
B mg N/pot 40,1 182,0 162,0 384,0
Ditanam bersama A
B
*)
------------18,8 34,6 7,8 53,2
9,7 36,0 10,0 55,7
A = Pengukuran dengan teknik 15N. B = Pengukuran dengan metode perbedaan.
Penghitungan N yang difiksasi oleh tanaman menurut ':metode perbedaan" yang digunakan dalam pereobaan ini ialah dengan eara mengurangi serapan N oleh tanaman semanggi Ladino (dapat mengikat N) dengan sera pan N oleh ryegrass Wimmera (tidak memfiksasi N) yang ditanam dalam pot seeara sendiri-sendiri dengan yang ditanam bersamaan dalam satu pot. Pereobaan selanjutnya yang dilakukan di lapang menunjukkan tidak ada kesesuaian antara kedua metode yang dipakai, yang diduga karena terjadinya tansfer N dari tanaman semanggi ke tanaman rerumputan (ryegrass). --Dengan menghitung kembali sebagian data pereobaan pengukuran fiksasi nitrogen pada beberapa mutanjvarietas kedelai dengan menggunakan teknik 15N memakai konsep nilai A(8), diperoleh kesesuaian an tara kedua metode (Tabel 4) dan Gambar 1. Pada teknik ini 15N diberikan dalam bentuk pupuk dengan taka ran yang berbeda kepada tanaman non nodul dan nodul. Tanaman non nodul mendapat kesempatan tumbuh dengan baik, karena pupuk yang diberikan pada jenis ini eukup banyak.
261
Tabel 4. Jumlah nitrogen yang difiksasi pada beberapa varietasfmutan kedelai dengan "metode
~r~llun"
Ilin \\;knik N,
Varietas/mutan kede1ai.
Metoda perbedaan
---------Evans
31,52 + 14,04 49,88 +11 +12,31. 55,64 44,25 34,89 -14,77 50,20 3,80 9,76 5,68 ,55 40,80
Teknik 15N penyimpangan
mg N/tanaman
*
-------------
47,35 27,64 38,04 36,82 30,86 57,21 53,53
1%= 3,707t.n.
*) PeI1lentase penyimpangail "metode perbedaan" terhadap teknik 15N.
Gambar 1. \:
Hubungan antara "metode perbedaan" dengan teknik 15N dalam mengestimasi jumlah nitrogen yang difiksasi oleh beberapa mutanfvarietas kedelai.
••
••0
"500
-3,909
.&>
...
u c.. u
+ 1,034 x
+ 0,878
0 "'" r£u
::;;0
\: \0 ••
e
•• 0 ~
><1
Z"
",,0
e "" '5 0 .!.!
Ot')
II::
:a
",,0
\:
•• >-
\: t:,
'="
0
o •..•
b
'2
~os ]
-.
10
20
30
40
50
60
70
80
Jumlah nitrogen yang difiksasi, mg Nftanaman Teknik 15N
262
Diperlukan studi lanjutan untuk mendapatkan metode pengukuran tiksasi nitrogen yang benar-benar cocok. DigunakaMya "metode perbedaan" dalam mengestimasi nitrogen yang diflksasi tanaman, HARDY dan HOLSTEN (10) mengemukakan keberatan, sebagai berikut : I). Pada sistem pertanaman legum/legum, baik pada metode yang menggunakan tanaman yang tidak diinokulasi, maupun tanaman jenis non nodul sebagai tanaman pembanding, "metode perbedaan" menghasilkan pendugaan nitrogen yang difiksasi tanaman yang lebih rendah daripada seharnsnya, karena tanaman yang mampu memfiksasi nitrogen menggunakan N tanah dalam jumlah lebih sedikit daripada tanaman yang tidak mampu memfiksasi nitrogen. 2). Pada sistem yang menggunakan tanaman rerumputan sebagai tanaman pembanding, metode perbedaan tidak menyajikan pengukuran fiksasi nitrogen simbiotis secara kwantitatif yang absolut dan bahkan tidak menyajikan perbandingan relatif yang berlaku antara lokasi dan varietas.
KESIMPULAN Berdasarkan hasH penelitian ini dapat diambil beberapa kesimpulan : 1.
Metode pengenceran isotop 15N seperti yang dilakukan oleh BROADBENT, NAKASHIMA dan CHANG (8) yang dipakai dalam percobaan ini, yang menanam tanaman pada tanah yang sudah mengandung 15N baik untuk dikembangkan, !carena dengan demikian tanah bekas percobaan dengan l5N tidak terbuang. Tetapi untuk pengukuran dengan sistem tersebut ada hal-hal yang perlu dipertimbangkan : yaitu : a. Sebaiknya % ekses atom l5N tanah yang digunakan harns cukup tinggi, sehingga sampel masih dapat dideteksi dengan l5N analyzer yang ada di PAIR, b. Nitrogen tanah sekitar 0.12 % kurang baik untuk pertumbuhan non nodul. Tetapi keadaan ini belum tentu berlaku untuk situasi Indonesia karena gejala kekurangan nitrogen yang dialami tanaman non nodul mungkin disebabkan karena stadia pertumbuhan yang terlalu lama (150 hari).
2.
Untuk sistem pertanaman legum/legum, "metode perbedaan" memberikan hasil yang sesuai dengan teknik isotop 15N, bilamana digunakan takaran pupuk nitrogen yang berbeda untuk tanaman nodul dan non nodul (Gambar 1, Tabe14).
UCAP AN TERIMA KASm Ucapan terima kasih disampaikan kepada Prof. Broadbent yang telah mengizinkan penulis untuk melaksanakan percobaan di Departemen LA WR, Universitas California.
263
DAFTAR PUSTAKA 1.
BERGENSEN, F, J., The quantitative relationship between nitrogen fixation and the acetylene reduction assay, Aust. J. BioI. Sci 23 (1970) 1015.
2.
HERRIDGE, D.F., "Assessement of Nitrogen Fixation", Nitrogen Fixation in Legumes (VINCENT, JM., Ed.), Academic Press, New York (1982) 132.
3.
LA RUE, T., and PATTERSON, T.G., "How much nitrogen do Legumes Fix?", Advances in Agronomy (BRADY, N.C., Ed.), Academic Press, New York (1981) 15.
4.
MUNNS, D. (1984), Komunikasi pribadi.
5.
MELCIN, D. (1984), Komunikasi pribadi.
6.
TALBOT, H.J., KENWORTHY, W.J., and LEGGS, J.O., Field comparison of the Nitrogen-IS and difference methods of measuring nitrogen fixation, Agron. J. 74 (1982) 799.
7.
BROADBENT, F.E., NAKASHIMA, N., and CHANG, C., Estimation of nitrogen fixation by isotope dilution in field and greenhouse experiments, Agron.J.74 (1982)625.
8.
HENDRA TNO, K., GANDANEGARA, S., and RATMA, R., "Soybean production improvement through induced mutations", Induced Mutations for Improvement of Grain Legumes Production II (Proc. RCM Chiang Mai, 1981), IAEA, Vienna (1982) 69.
9.
HARDY, R.W.F., and HOLSTEN, R.D., "Methods for Measuremet:lt of Dinitrogen Fixation", A Treatise of Dinitrogen Fixation Section IV (HARDY, R.W.F., and GIBSON, A.H., Eds.), John Willey Sons, New York (1977)
451.
264
DISKUSI
NAZIR ABDULLAH
:
Dari ketiga eara penetapan N-fik yang diuraikan masing-masing punya kelebihan dan kelemahan, yang mana yang dianggap terbaik digunakan? S. GANDANEGARA
:
Kalau yang dimaksud adalah 3 metode perbedaan, maka sistem pertanaman legum/ legum (yang menggunakan tanaman legum non nodule sebagai tanaman pengontrol) merupakan metode perbedaan yang paling baik. Pola pertumbuhan, morfologi akar, dan pola penyerapan nitrogen antara tanaman legum yang akan ditentukan fiksasi nitrogennya dengan tanaman pengontrol dapat diasurnsikan sarna. Sedang bila yang dimaksud adaIah eara penetapan fiksasi nitrogen seeara keseluruhan, "metode langsung" yang menggunakan l5N2 dianggap sebagai metode patokan. Tetapi disayangkan metode ini mahal, karena memerlukan senyawa l5N yang diperkaya yang tinggi dan memerlukan peralatan eanggih (Spektrometer massa). Teknik 15N dianggap lebih ungggul karena dengan teknik ini dapat diperoleh data nitrogen tanaman yang berasal dari tanah, pupuk ataupun dari udara bila dibandingkan dengan metode penetapan yang lain seperti metode perbedaan/reduksi asetilen ataupun metode lainnya. Ada metode l5N untuk penetapan fiksasi nitrogen dengan menggunakan N analyzer yang lebih murah dan tidak memerlukan senyawa 15N yang mengandung ekses atom yang terlalu tinggi. Metode inilah yang dikembangkan di PAIR -BAT AN sejak beberapa tahun yang lalu.
265
