Pengaruh Kekeringan pada Tanaman Pangan

Mekanisme yang terjadi pada tanaman yang mengalami stress air adalah dengan mengembangkan mekanisme respon terhadap kekeringan. Pengaruh yang paling nyata adalah mengecilnya
ukuran daun untuk meminimumkan kehilangan air. Mekanisme ini di satu pihak mempertahankan kelangsungan hidup tanaman, tetapi di lain pihak mengurangi bobot kering tanaman (Gardner et al., 1991). Demikian halnya dengan pertumbuhan tanaman menurut Hong-Bo et al. (2008), pertumbuhan tanaman akan berkurang karena stress air menekan pertumbuhan sel.

Menurut Islami dan Utomo (1995), hasil panen dapat sangat menurun pada kekeringan sedang karena cekaman air menurunkan aktifitas fotosintesis melalui 3 mekanisme, yaitu 1). Luas permukaan fotosintesis, 2). Menutupnya stomata, dan 3). Berkurangnya aktifitas protoplasma yang telah mengalami dehidrasi. Penurunan fotosintesis ini menurut Khaerana dkk. (2008) merupakan stress lanjut setelah tanaman mengalami cekaman air yang semakin besar, serta diferensiasi dan pembesaran organ telah menunjukkan responnya.

Khaerana dkk. (2008) juga menyatakan bahwa tanaman yang mengalami cekaman kekeringan akan berusaha melakukan perubahan-perubahan fisiologi sebagai bentuk adaptasinya. Salah satu bentuk adaptasi tersebut adalah kemampuan tanaman untuk mempertahankan tekanan turgor atau penyesuaian osmotik. Menurut Salisbury dan Ross (1995), perubahan tekanan turgor akan mempengaruhi proses fisiologi dan biokimia dalam tumbuhan, antara lain dengan mengakumulasi senyawa-senyawa terlarut yang meliputi gula, asam amino, prolin, dan glisin betain.

Menurut Clanssen (2005), prolin merupakan indikator tanaman yang mengalami stress air. Dalam kondisi kekurangan air yang sedang hingga parah, konsentrasi asam amino prolin meningkat dibanding asam amino lainnya (Gardner et al., 1991). Hal ini dapat terjadi karena menurut Hang et al. (2000) prolin dapat berfungsi sebagai sumber energi, nitrogen, dan karbohidrat, serta sebagai asimilat. Prolin juga dapat mengurangi radikal bebas di dalam sel, sehingga dapat mencegah keruakan akibat cekaman oksidatif. Menurut Fitranty dkk. (2003) pada kondisi kekeringan, oksidasi prolin akan dihambat, sehingga produksi prolin akan bertambah dan dengan adanya gen PSCS produksi prolin semakin meningkat karena enzim PSCS memicu katalisis glutamat menjadi prolin.

Dengan demikian, air bagi tanaman sangat berperan penting, yaitu menurut Gardner et al. (1991) berfungsi sebagai 1). Pelarut dan medium reaksi kimia, 2). Medium transpor, 3). Medium untuk memberikan turgor pada sel, 4). Hidrasi dan netralisis muatan pada molekul-molekul koloid, 5). Bahan baku untuk fotosintesis, dan 6). Transpirasi untuk mendinginkan tanaman. Penurunan hasil tanaman akibat cekaman air telah dilaporkan pada tanaman kacang tanah (Purwanto, 2003).

Metodologi

Praktikum Acara IV dengan mengenai Pengaruh Kekeringan pada Tanaman Pangan dilaksanakan pada tanggal 11 Oktober 2012 di Laboratorium Ilmu Tanaman Jurusan Budidaya Pertanian dan kebun Tri Dharma, Jurusan Budidaya Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Pada percobaan tersebut menggunakan Rancangan Acak Kelompok Lengkap (RAKL) dengan kelompok sebagai blok. Material yang digunakan berupa tanaman kacang tanah (Arachis hipogea) yang cukup air dan tanaman pada lahan yang kekeringan. Tanaman yang digunakan adalah yang daunnya masih hijau tetapi komponen hasilnya sudah terbentuk. 

Pengamatan dilakukan dua kali pada umur 8 dan 10 minggu. Variabel yang diamati meliputi kandungan lengas tanah, prolin organ daun, luas daun, dan berat kering organ (daun, batang, akar, buah) sebanyak 3 sampel tiap perlakuan. Setiap variabel yang diperoleh dianalisis varian dengan taraf kepercayaan 5 %, boila ada beda nyata antar perlakuan dilanjutkan dengan uji DMRT. kemudian dibuat hubungan regresi antara lengas tanah-prolin, lengas tanah-berat kering, prolin-luas daun, dan prolin-berat kering, serta dihitung LAI (Leaf Area Index), NAR (Net Assimilation Rate), CGR (Crop Growth Rate), dan HI (Harvest Index). Persamaan regresi dibuat antara LAI-NAR, LAI-CGR, dan LAI-HI, grafik luas daun, jumlah daun, serta histogram berat segar dan berat kering total dibuat berdasarkan data tersebut. 

Pembahasan 

Air bagi tanaman berfungsi sebagai Pelarut dan medium reaksi kimia, medium transpor, medium untuk memberikan turgor pada sel, hidrasi dan netralisis muatan pada molekul-molekul koloid, bahan baku untuk fotosintesis, dan transpirasi. Hasil panen tanaman pangan dapat sangat menurun pada kekeringan jika cekaman air menurunkan aktifitas fotosintesis melalui luas permukaan fotosintesis, penutupan stomata, dan pengurangan aktifitas protoplasma.

Kekeringan terjadi pada tanaman bila tidak terdapt lengas tersedia dalam tanah yang dapat digunakan oleh tanaman. Lengas tanah dapat menjadi tidak tersedia jika persentasenya lebih rendah dari pada persen lengas tanah pada kondisi titik layu permanen tanaman tersebut. pada kondisi kekeringan air mungkin saja masih ada dalam tanah namun terikat sangat kuat oleh partikel tanah atau terlalu cepat mengalami perkolasi. Kekeringan karena air terikat kuat oleh partikel tanah biasanya terjadi pada jenis tanah dengan kelempungan sedang sampai berat, sedangkan kekeringan karena air terlalu cepat mengalami perkolasi umumnya terjadi pada jenis tanah pasiran. Dari pengukuran kadar lengas metode gravimetri diketahui lengas tanah pada perlakuan kurang air 4% lebih rendah dari pada perlakuan cukup air, namun tidak berbeda nyada berdasarkan uji DMRT α 5%.

Hasil ekonomis kacang tanah yang utama yaitu bagian buahnya/plong dalam kondisi kering. Tanaman kacang tanah kurang air memiliki berat kering buah yang tinggi dari pada tanaman kacang tanah yang cukup air. Tanaman kacang tanah pada fase pengisian buah tidak membutuhkan air terlalu banyak karena dapat membuat dominasi pertumbuhan vegetatif. Dominasi pertumbuhan vegetatif dapat mengakibatkan tanaman kacang tanah yang cukup air lambat dalam pengisian buahnya. 

Indeks panen tanaman kacang tanah yang cukup air dan kurang air tidak berbeda nyata. Indeks panen dengan indeks luas daun pada tanaman Kacang Tanah cukup air menunjukkan adanya korelasi positif yang erat. Namun peningkatan indeks panen kacang tanah cukup air karena peningkatan luas daun tidak terlalu besar. Nilai LAI tanaman Kacang Tanah (Arachis hypogaea) cukup air lebih tinggi dari pada perlakuan kurang air yaitu sebesar 5,83 tetapi memiliki nilai HI yang lebih rendah yaitu 0,16. Hal ini berarti produksi tanaman ykacang tanah tidak tergantung pada kecukupan air dan luas daunnya.

Pada tanaman Kacang Tanah yang kurang air hubungan indeks luas daun dan indeks panen berkorelasi negatif dengan erat. Peningkatan indeks luas daun diikuti dengan penurunan indeks panen yang cukup besar. Selain karena dimungkinkannya terjadi mutual shading, jika indeks luas daun melampaui batas kritis maka bisa jadi terdapat pula luasan daun yang tidak efektif sebagai produsen asimilat karena tidak tersedianya air untuk fotosintesis. Hal ini dapat memberikan dampak negatif bagi panen tanaman. Nilai indeks luas daun tanaman Kacang Tanah kurang air lebih rendah daripada perlakuan cukup air yaitu sebesar 4,82 tetapi memiliki nilai indeks panen yang lebih tinggi yaitu 0,18. Hal ini berarti indeks luas daun ini sudah sedikit melampaui indeks luas daun kritis tanaman kacang tanah pada kondisi tanah kurang air.

Tanaman kacang tanah yang kekurangan air pada umur 8 mst memiliki berat kering tajuk yang lebih besar dari pada yang cukup air, tetapi sebaliknya pada umur 10 mst. Tanaman Kacang Tanah cukup air mengalami peningkatan berat kering tajuk dari 19,291 gram pada 8 mst menjadi 20,09 gram pada 10 mst. Sedangkan Tanaman Kacang Tanah kurang air mengalami penurunan berat kering tajuk dari 24,47 gram pada 8 mst menjadi 19,28 gram pada 10 mst. Penurunan berat kering tajuk tanaman yang kurang air dimungkinkan karena kurangnya pasokan air untuk proses fotosintesis sehingga terjadi penurunan laju asimilasi. 

Tanaman Kacang Tanah umur 8 mst dan 10 mst yang kurang air memiliki berat kering akar lebih besar dari pada yang cukup air. Berat kering tanaman perlakuan kurang air mengalami peningkatan dari 2,70 gram pada 8 mst menjadi 2,93 gram pada 10 mst. Hal ini merupakan salah satu mekanisme adaptasi tanaman terhadap kondisi cekaman kekeringan. Pertumbuhan akar menjadi lebih dominan dari pada tajuk agar dapat mencari air pada solum tanah yang lebih dalam dan air yang diperoleh tidak cepat hilang.

Kadar lengas tanah dan berat kering tanaman kacang tanah pada kondisi tanah cukup air memiliki korelasi negatif yang lemah. Peningkatan kadar lengas juga diikuti dengan sedikit penurunan berat kering tanaman. Rerata kadar lengas tanaman Kacang Tanah cukup air lebih tinggi daripada perlakuan kurang air yaitu 5,83%, tetapi menghasilkan berat kering tanaman yang lebih rendah yaitu sebesar 26,86 gr. 

Kadar lengas tanah dan berat kering tanaman kacang tanah pada kondisi tanah kurang air memiliki korelasi positif yang erat. Peningkatan kadar lengas juga diikuti dengan peningkatan berat kering tanaman yang cukup besar. Rerata kadar lengas tanaman Kacang Tanah kurang air lebih rendah dari pada perlakuan cukup air yaitu 2,21%, tetapi menghasilkan berat kering tanaman yang lebih tinggi yaitu sebesar 33,37 gr. Hal ini merupakan salah satu tanda adanya perubahan fisiologi tanaman pada kondisi kurang air. Tanaman dalam kondisi kurang air memiliki respon adaptasi tersendiri sehingga lebih mampu menyesuaikan diri dengan lingkungan yang tercekam.

Hubungan antara kadar prolin dengan berat kering tanaman Kacang Tanah cukup air menunjukkan adanya korelasi positif sangat erat. Peningkatan kadar prolin diikuti dengan peningkatan berat kering tanaman yang tidak begitu besar. Kadar prolin tanaman Kacang Tanah cukup air lebih rendah dari pada perlakuan kurang air yaitu sebesar 30,05 µ mol prolin/gr namun berat kering total lebih tinggi yaitu sebesar 26,86 gram. Kadar prolin yang rendah dalam jaringan tanaman biasanya mengindikasikan bahwa tanaman tidak kekurangan air.

Adanya korelasi negatif yang cukup erat antara kadar prolin dan berat kering tanaman kacang tanah yang kekurangan air. Peningkatan kadar prolin diikuti dengan penurunan berat kering total yang tidak terlalu besar. Kadar prolin tanaman Kacang Tanah kurang air lebih tinggi dari pada perlakuan cukup air yaitu sebesar 55,13 µ mol prolin/gr dan perlakuan ini menghasilkan berat kering tanaman yang lebih tinggi pula yaitu sebesar 33,37 gram. Kadar prolin tinggi mengindikasikan bahwa tanaman tersebut dalam keadaan kurang air. Hal ini dimungkinkan karena peningkatan kadar prolin pada tanaman yang kekurangan air meningkatkan asimilasi, meskipun lajunya masih terkait dengan luas daun awal sebelum tanaman mengalami cekaman.

Peningkatan indeks luas daun diikuti dengan sangat sedikit peningkatan laju pertumbuhan tanaman yang cukup air. Hubungan kedua variabel ini cukup erat karena pada kondisi cukup air dan semua faktor lingkungan terpenuhi kesesuaiannya, tanaman terpacu metabolismenya. Peningkatan hasil fotosintesis juga mengindikasikan peningkatan laju pertumbuhan tanaman. Indeks luas daun rata-rata tanaman cukup air sebesar 5,83 dan nilai laju pertumbuhan tanaman pada tanaman cukup air sebesar 0,023 kg/m²/minggu. 

Ada hubungan nyata yang positif antara indeks luas daun dengna laju pertumbuhan tanaman yang kurang air. Setiap peningkatan indeks luas daun diikuti dengan peningkatan laju pertumbuhan tanaman pada tanaman Kacang Tanah (Arachis hypogaea) kurang air. Hubungan ini lebih erat dari pada tanaman yang cukup air. Indeks luas daun rata-rata tanaman kurang air sebesar 4,82 sedangkan laju pertumbuhan tanamannya sebesar 0,194 kg/m²/minggu. Hal ini terkait hubungannya dengan indeks panen mengindikasikan bahwa pada nilai indeks luas daun ini tanaman masih dapat tumbuh dengan optimal namun asimilat tidak lagi diprioritaskan untuk pengisian buah melainkan untuk pertumbuhan akar. Pengalihan prioritas ini bisa jadi karena tuntutan evapotranspirasi yang lebih tinggi jika luas daun meningkat, sehingga akar harus mencari air lebih banyak.

Adanya korelasi negatif antara indeks luas daun dengan laju asimilasi bersih pada tanaman Kacang Tanah cukup air. Setiap peningkatan indeks luas daun akan menurunkan laju asimilasi bersihya. Nilai indeks luas daun rata-rata tanaman cukup air sebesar 5,83 dan nilai laju asimilasi bersihnya sebesar 0,0004 g/cm²/minggu. Terjadinya pertumbuhan yang cepat juga dapat menyebabkan cepatnya indeks luas daun kritis tercapai. Setelah indeks luas daun kritis tercapai maka laju asimilasi akan menurun seperti pada grafik (Gambar 13). 

Setiap peningkatan indeks luas daun pada tanaman Kacang Tanah kurang air akan menurunkan laju asimilasi bersihya. Nilai indeks luas daun rata-rata tanaman kurang air lebih kecil dari tanaman cukup air yaitu sebesar 4,82 tetapi nilai laju asimilasi bersihya pada tanaman kurang air lebih besar yaitu sebesar 0,0048 g/cm²/minggu. Hal ini terjadi karena indeks luas daun dalam keadaan optimum sehingga daun antar tajuk dapat memanfaatkan dengan optimal cahaya yang ada. Keadaan ini dapat meningkatkan hasil fotosintesis yang dihasilkan tanaman per satuan luas daun per satuan waktu. 

Pada perlakuan tanaman kacang tanah cukup air kadar prolin yang meningkat diikuti dengan peningkatan luas daun. Kadar prolin tanaman Kacang Tanah cukup air lebih rendah daripada perlakuan kurang air yaitu sebesar 30,05 µ mol prolin/gr tetapi perlakuan ini memiliki luas daun yang lebih tinggi yaitu sebesar 2333,8 cm². Pada umumnya tanaman pada kondisi cukup air memiliki luas daun yang lebih besar untuk meningkatkan transpirasi sehingga dapat menyeimbangkan kadar lengas di tanah dengan kadar air di udara.

Berbeda dengan tanaman yang cukuo air, pada perlakuan tanaman kacang tanah yang kurang air kadar prolin yang meningkat diikuti dengan penurunan luas daun. Kadar prolin tanaman Kacang Tanah kurang air lebih tinggi daripada perlakuan cukup air yaitu sebesar 55,13 µ mol prolin/gr tetapi perlakuan ini memiliki luas daun yang lebih rendah yaitu sebesar 1928 cm². Tanaman yang memiliki kadar prolin tinggi berarti menunjukkan bahwa tanaman tersebut dalam kondisi tercekam kekeringan. Pada kondisi cekaman kekeringan biasanya tanaman juga mengurangi luas daun. Hal ini bertujuan untuk mengurangi laju transpirasi tanaman.

Pada umumnya hubungan pertambahan kadar lengas tanah diiringi dengan penurunan kadar prolin dalam tanaman. Prolin diproduksi dalam jaringan tanaman sebagai bentuk ketahanan tanaman dalam menghadapi cekaman kekeringan, meskipun dalam kondisi normal prolin juga diproduksi dalam jumlah sedikit. Pada tanaman yang cukup air, setiap peningkatan kadar lengas tanah diikuti dengan sedikit penurunan kadar prolin. Nilai kadar lengas tanah tanaman Kacang Tanah  cukup air lebih tinggi daripada perlakuan kurang air yaitu sebesar 5,83% sehingga perlakuan ini memiliki kadar prolin yang lebih rendah yaitu sebesar 30,05 µ mol prolin/gr.

Pada umumnya hubungan pertambahan kadar lengas tanah diiringi dengan penurunan kadar prolin dalam tanaman. Prolin diproduksi dalam tanaman sebagai bentuk ketahanan tanaman dalam menghadapi cekaman kekeringan. Tanaman Kacang Tanah pada kondisi kurang air akan menghasilkan prolin lebih banyak. Namun dalam praktikum ini tanaman yang kurang air peningkatan kadar lengas tanah diikuti dengan penurunan kadar prolin. Hal ini dimungkinkan karena produksi prolin telai mencapai kadar maksimum, sehingga kekeringan yang lebih berat tidak akan mampu lagi ditoleransi melalui peningkatan prolin.

Berdasarkan histogram kadar prolin diketahui bahwa tanaman Kacang Tanah kurang air memiliki kadar prolin yang lebih tinggi dibandingkan dengan tanaman yang cukup air. Prolin yang bertindak sebagai ospmoprotectan yang mengendalikan hyperosmotic stress. Prolin bekerja menjaga turgor sel dan pertumbuhan akar, pada kondisi potensial osmotik yang rendah propuksi prolin ditingkatkan. Jumlah prolin yang meningkat pada suatu varietas tanaman yang mengalami cekaman kekeringan juga merupakan indikasi toleransi terhadap cekaman kekeringan karena prolin berfungsi sebagai senyawa penyimpan N, osmoregulator dan protektor enzim tertentu.

Kesimpulan
  

Tanaman kacang tanah pada kondisi kurang air tidak menurun produksinya karena dapat beradaptasi membentuk senyawa prolin yang lebih tinggi dari pada senyawa prolin yang dihasilkan kacang tanah pada kondisi cukup air.

Download File .doc

Daftar Pustaka

 Clanssen, W. 2005. Proline as a measure of stress in tomato plants. Plant Science 168: 241-248.

 Fitranty, N., F. Nurilmala, D. Santoso, H. Minarsih. 2003. Agrobacterium neutransfer gen PSCS ke dalam kalus tebu klon PS851. Menara Perkebunan 71: 16-27.

 Gardner, F. P., R. B. Pearce, R. L. Mitchell. 1991. Physiologi of Crop Plants (Fisiologi Tanaman Budidaya, alih bahasa : Herawati Susilo). Universitas Indonesia Press, Jakarta.

 Hong, Z., Lakkineni, Zhaang, D. P. S. Verma. 2000. Removal of feedback intifition of b1-proline-5-carboxylate of plants from osmotic stress. Plant Physiology 122: 1129-1136.

 Hong-Bo, S. C., Li-Ye, C. A. Jakel, Z. Chang-Xing. 2008. Water deficit stress induced anatomical changes in higher plants. C. R. Biologies 311: 215-225.

 Islami, T., W. H. Utomo. 1995. Hubungan Air, Tanah, dan Tanaman. IKIP Semarang Press, Semarang.

 Khaerana, M. Ghulamahdi, dan E. D. Purwakusumah. 2008. Pengaruh cekaman kekeringan dan umur panen terhadap pertumbuhan dan kandungan xanthorrhizal temulawak (Curcuma xanthorrhiza roxb.) Bul. Agron. 36: 241-247.