Pertumbuhan Benih Kedelai pada Sistem Tumpangsari Jalur Estafet dalam Kaitannya dengan Kuantitas Cahaya Rasio Red dan Far Red

BAB I

PENDAHULUAN

1.    Latar Belakang

Pertumbuhan tanaman adalah proses kenaikan volume yang bersifat irreversibel (tidak dapat balik), dan terjadi karena adanya pertambahan jumlah sel dan pembesaran dari tiap-tiap sel, organ atau seluruh organisme. Pada proses pertumbuhan tanaman biasa disertai dengan terjadinya perubahan bentuk. Pertumbuhan dapat diukur dan dinyatakan secara kuantitatif. Perkembangan tanaman adalah perubahan teratur dan progresif dari perkecambahan benih, tanaman muda, dewasa, berbunga dan berbuah.

Pertumbuhan dan perkembangan tanaman dipengaruhi oleh beberapa faktor, baik faktor internal maupun faktor eksternal. Faktor internal terdiri dari gen dan hormon tanaman. Pertumbuhan dan perkembangan tanaman dimulai dari transkripsi dan tranlasi selektif gen. Sedangkan faktor ekternal terdiri dari cahaya, temperatur, total radiasi cahaya, ketersediaan air dan nutrisi. Cahaya merupakan faktor eksternal yang penting dalam mengatur pertumbuhan dan perkembangan tanaman, yang berperan baik dalam proses perkecambahan biji (pada beberapa tamanan), perbungaan (fotoperiodisme), regulasi terhadap hormon auksin, serta berperan dalam fotosintesis.

  Cahaya yang berperan penting dalam pertumbuhan dan perkembangan tanaman diantaranya adalah cahaya merah (red) dan merah jauh (far-red). Tanaman dapat responsif terhadap cahaya, hal ini karena adanya phytochrome  dan criptochrome. Phytochrome terdapat di dalam sitoplasma atau ada juga yang terdapat di membran sel. Phytochrome mampu menangkap cahaya red dan far-red. Cahaya red dan far-red yang akan mengubah phytochrome, apakah phytochrome itu akan menjadi phytochrome red (PR) atau menjadi phytochrome far-red (PFR). Phytochrome banyak berperan dalam proses pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Cahaya red  akan mengubah phytochrome red (PR) menjadi phytochrome far-red (PFR), dan cahaya far-red akan mengubah phytochrome far-red (PFR) menjadi phytochrome red (PR). Phytochrome far-red (PFR) ini akan memperkuat radikula dan melunakkan testa sehingga terjadi proses perkecambahan. Selain itu phytochrome far-red (PFR) juga berperan dalam merusak ABA (Asam Absisat) serta membantu mensintesis GA (Giberelin) dan Sitokikin.

Pentingnya akan faktor cahaya dalam pertumbuhan dan perkembangan tanaman, maka perlu dikaji lebih dalam lagi akan peranan cahaya  terhadap pertumbuhan dan perkembangan tanaman  terutama pada tanaman pangan, karena tanaman pangan seperti tanaman padi, jagung dan kedelai menjadi kebutuhan pokok penduduk di negara-negara berkembang seperti di Indonesia.

Pada kesempatan kali ini, penulis ingin mengangkat tema: “Pertumbuhan Benih Kedelai pada Sistem Tumpangsari Jalur Estafet dalam Kaitannya dengan Kuantitas Cahaya Rasio Red dan Far Red” yang penulis kutip dari journal yang berjudul: “Growth of soybean seedlings in relay strip intercropping systems inrelation to light quantity and red:far-red ratio”. Sebuah artikel hasil penelitian yang telah dilakukan oleh Feng Yang, et al dari tahun 2011 sampai dengan tahun 2013 di daerah Sichuan, Cina meneliti tentang pertumbuhan benih kedelai yang ditanam dengan menggunakan sistem tumpangsari jalur estafet dalam kaitannya dengan kualitas dan kuantitas cahaya red dan far-red.

Dilatar belakangi oleh meningkatnya jumlah penduduk di China, mengakibatkan  urbanisasi dan industrialisasi tumbuh pesat, sehingga permintaan akan kebutuhan makanan juga meningkat, namun hal ini berakibat semakin menurunnya jumlah lahan yang dapat digunakan. Sehingga agar pertanian tetap berjalan dan dapat menghasilkan produk yang memuaskan,  maka para peneliti  meneliti tentang pertumbuhan benih kedelai dengan penanaman sistem tumpang sari dan dilihat pengaruh pertumbuhannya dari faktor cahaya red dan far-red.

Penelitian  yang dilakukan oleh  Feng Yang, et al dari tahun 2011 sampai dengan tahun 2013 di daerah Sichuan, Cina ini dilakukan dengan metode eksperimen yang dilakukan pada tahun 2011-2013, dengan pengujian hipotesisinya menggunakan uji annova satu arah dan Pearson Korelasi Regresi  Linier.

Tujuan penelitiannya adalah: (i) untuk membandingkan sifat-sifat cahaya di lingkungan kanopi kedelai-kacang kedelai tunggal tanam (monokultur) dan jagunf-kedelai sistem tumpangsari; (ii) untuk menyelidiki parameter perbedaan morphologi pada dua sistem tanam; (iii) menganalisis hubungan antara karakteristik morphologi dan cahaya dari lingkungan untuk menilai kontribusi relatif kualitas cahaya (rasio R/FR) dan kuantitas cahaya  atau transmisi radiasi aktif photosynthetically (PAR) untuk pertumbuhan benih kedelai di sistem tumpangsari.

BAB II

KAJIAN TEORETIK

1.  Cahaya Red dan Far-Red

Cahaya menurut Newton (1642 - 1727) terdiri dari partikel-partikel ringan berukuran sangat kecil yang dipancarkan oleh sumbernya ke segala arah dengan kecepatan yang sangat tinggi. Sementara menurut Huygens ( 1629 - 1695), cahaya adalah gelombang seperti halnya bunyi. Perbedaan antara keduanya hanya pada frekuensi dan panjang gelombangnya saja. Cahaya merupakan bentuk energi yang dikenal sebagai energi elektromagnetik, yang juga disebut radiasi.

Cahaya yang berperan dalam proses pertumbuhan dan perkembangan pada tanaman diantaranya adalah cahaya red dan far-red. Cahaya Red sangat penting untuk reproduksi tanaman. Pigmen phytochrome menyerap bagian red dan far-red dari spektrum cahaya dan mengatur perkecambahan biji, perkembangan akar, umbi dan umbi formasi, dormansi, berbunga dan produksi buah. Oleh karena itu, cahaya red penting untuk stimulasi pembungaan dan pembuahan.

Spektrum cahaya tampak adalah satu-satunya spektrum gelombang elektromagmnetik yang dapat dilihat semuanya terdiri dari tujuh spektrum warna yaitu: merah-jingga-kuning-hijau-biru-nila-ungu. Cahaya merah memiliki panjang  gelombang terpanjang tetapi frekuensi terkecil serta ungu panjang gelombang terpendek tapi frekuensi terbesar. Dalam rentang spektrum gelombang elektromagnetik, cahaya atau cahaya tampak hanya menempati pita sempit di atas cahaya inframerah. Spektrum frekuensi cahaya tampak berisi frekuensi dimana mata manusia peka terhadapnya. Frekuensi cahaya tampak membentang antara 40.000 dan 80.000 GHz (1013) atau bersesuaian dengan panjang gelombang antara 380 dan 780 nm (10-9). Cahaya yang kita rasakan sehari-hari berada dalam rentang frekuensi ini. cahaya juga dihasilkan melalui proses dalam skala atom dan molekul berupa pengaturan internal dalam konfigurasi elektron.

2.  Phytochrome

Phytochrome adalah reseptor cahaya, suatu pigmen yang digunakan oleh tumbuhan untuk menyerap/mendeteksi cahaya. Phytochrome adalah khromoprotein yang mengandung khromofor dan apoprotein. Khromofor dan apoprotein mengalami perpindahan formasi dalam bentuk phytochrome red (Pr) dan phytochrome far-red (Pfr), diketahui phytochrome paling kuat menyerap cahaya red dan far-red.

Phytochrome merupakan senyawa yang paling banyak dikenal dan merupakan penerima cahaya terpenting pada tumbuhan. Phytochrome dan penerima cahaya lainnya mengatur berbagai proses morfogenesis yang bermula dari perkecambahan biji dan perkembangan kecambah, serta mencapai puncaknya pada pembentuk bunga dan biji baru.

Phytochrome pada tanaman mempunyai dua bentuk yaitu Pr dan Pfr yang dapat mengalami trasformasi yang reaksinya dapat bolak-balik dan mempengaruhi fungsi fisiologi dari tanaman. Apabila cahaya  red diabsorbsi maka Pr akan berubah menjadi bentuk aktif Pfr. Pfr diduga merupakan bentuk aktif yang berpengaruh pada proses pertumbuhan dan perkembangan tanaman.

Beberapa respon terhadap phytochrome terjadi pada waktu yang singkat, hal ini berhubungan dengan fenomena membran. Interaksi membrane-phytochrome dapat menyebabkan perubahan aliran ion. Perubahan ion ini akan menginduksi Phenylalanine Amino Lyase (PAL). Penambahan PAL akan meningkatkan poliribosom yang selanjutnya akan menyebabkan penambahan metabolism protein. Pada saat gelap, maka Pfr akan berubah bentuk menjadi bentuk Pr.

3.  Tumpang Sari

Tumpang sari adalah suatu bentuk pertanaman campuran (polyculture) berupa pelibatan dua jenis atau lebih tanaman pada satu areal lahan tanam dalam waktu yang bersamaan atau agak bersamaan. Tumpang sari yang umum dilakukan adalah penanaman dalam waktu yang hampir bersamaan untuk dua jenis tanaman budidaya yang sama, seperti jagung dan kedelai, atau jagung dan kacang tanah. Dalam kepustakaan, hal ini dikenal sebagai double-cropping. Penanaman yang dilakukan segera setelah tanaman pertama dipanen (seperti jagung dan kedelai atau jagung dan kacang panjang) dikenal sebagai tumpang gilir (relay cropping).

Tumpang sari dapat pula dilakukan pada pertanaman tunggal (monokultur) suatu tanaman perkebunan besar atau tanaman kehutanan sewaktu tanaman pokok masih kecil atau belum produktif. Hal ini dikenal sebagai tumpang sela (intercropping). Jagung atau kedelai biasanya adalah tanaman sela yang dipilih.

Sistem tanam tumpangsari adalah menanam beberapa jenis tanaman dalam satu lahan. Ada tiga jenis bertanam tumpangsari yakni tumpngsari campuran, tumpangsari baris dan tumpang sari pita/jalur. Pada system tanam tumpangsari campuran di atas lahan yang sama ditanam dua atu lebih tanaman secara bersama-sama dengan tidak memperhatikan jarak tanam. Pada system tanam tumpngsari baris di atas lahan yang sama ditanam dua atau lebih tanaman dengan mempertimbangkan baris-baris dan jarak tanam tertentu. Sedangkan dalam system tanam tumpangsari pita/jalur di atas lahan yang sama ditanam dua atau lebih tanaman  dalam jalur-jalur yang ditentukan. Sistem tumpangsari jenis terakhir ini sering disebut sebagai system surjan. Sistem tumpangsari memberikan beberapa manfaat bagi petani yakni antara lain mengurangi biaya pengolahan lahan, mudah dalam menanggulangi hama, memudahkan proses pembersihan atau penyiangan dan yang terakhir adalah meningkatkan hasil produksi atau panen.

Pada makalah ini, sistem tumpangsari yang dilakukan adalah sistem tumpangsari jalur estafet yang melibatkan tanaman jagung dan kedelai. Dimana sistem tumpang sari ini lalu dibandingkan dengan sistem yang monokultur dari tanaman jenis kedelai saja. Selanjutnya dihubungkan juga dengan adanya keterkaitan antara  sistem tumpangsari jalur estafet dengan kondisi lingkungan terutama pengaruh adanya canopy terhadap intensitas cahaya red dan far-red yang masuk dan diterima oleh tanaman kedelai.

Keuntungan yang diperoleh dari pertanian sistem tumpangsari ini adalah selain lebih efisien karena dapat memperoleh hasil panen lebih dari satu jenis dalam satu waktu, juga diperoleh manfaat lain yaitu: mengurangi tumbuhnya gulma, mengurangi munculnya hama dan serangga, serta tanaman akan lebih tahan terhadap penyakit.

Pola penanaman tumpangsari jagung-kedelai ini dapat menginduksi perubahan dalam lingkungan iklim mikro di dalam kanopi, terutama dalam intensitas cahaya. Namun penelitian ini hanya menjelaskan perubahan morphologi di bawah kondisi yang ternaungi atau rasio R/FR rendah.  

BAB III

PEMBAHASAN

1.  Lingkungan Cahaya

Cahaya merupakan faktor abiotik yang sangat penting bagi tanaman. Dalam produksi pertanian, cahaya sebagian akan dipantulkan, diserap, dan sebagian lagi dikirimkan oleh daun tanaman (Aphalo et al, 1999). Secara bersamaan, proporsi cahaya yang dipantulkan, diserap, dan ditransmisikan tergantung pada panjang gelombang dan pola pertumbuhannya. Radiasi cahaya R/FR pada spectral panjang gelombang antara 400-1000 nm mengalami penurunan yang signifikan pada sistem tumpang sari dibandingkan dengan sistem monokultur. Fenomena lainnya adalah rasio rendah dari cahaya R (655-665 nm) dan cahaya FR (725-735 nm) kerena selektif  penyerapan  dari klorofil  (Pessarakli, 2001). Rasio R/FR dalam sistem tumpangsari jagung-kedelai signifikan lebih rendah 0,55-0,85 dibandingkan dengan sistem monokultur.

Selain itu, PAR sangat signifikan hasilnya karena cahaya dipantulkan dan sebagian lagi diserap oleh daun jagung, menguragi jumlah PAR untuk benih kedelai. Hasil ini sesuai dengan penelitian yang lain pada sistem tumpangsari gandum-kapas.

2.  Pertumbuhan Benih

Kualitas dan kuantitas cahaya dapat memicu tanggapan tanaman terhadap morphologinya (Kurepin et al, 2007). Pertumbuhan akar ,mengalami perubahan respon dalam lingkungan cahaya dengan rasio R/FR yang rendah (Ruberti et al, 2012). Banyak laporan menunjukkan bahwa shading conditions meningkatkan tinggi tanaman dan mengurangi diameter batang (Morelli dan Ruberti, 2002; Nagasuga dan Kubota, 2008). Perbedaan signifikan di tinggi benih, diameter batang, dan panjang akar diamati di bawah relay jagung-kedelai sistem tumpangsari dibandingkan dengan kedelai sistem tanam tunggal. Hasil penelitian,  menunjukkan bahwa perubahan pada kualitas dan jumlah cahaya di sistem tumpangsari jagung-kedelai baik secara langsung mempengaruhi karakteristik morphologi tanaman kedelai (Yang Feng et al, 2014).

3.  Hubungan antara Lingkungan Cahaya dan Parameter Morphologi

Rasio R/FR dan hubungan karakteristik pada morphologi antara  rasio R/FR dan pertumbuhan dan perkembangan benih  kedelai pada pola tanam yang berbeda tersebut yang sistem tumpangsari jagung-kedelai jalur estafet, rasio R/FR dihitung dengan membagi total radiasi dari lampu merah (R, 655-665 nm) dengan total radiasi cahaya jauh-merah (FR, 725-735 nm) (Pecot et al, 2005; Hertel et al, 2012). Hubungan  antara kedelai karakteristik morphologi dan  rasio R/FR, benih  tinggi pada rasio R/FR menurun, sedangkan karakteristik yang lain berkurang. Sebuah hubungan negatif antara peningkatan tinggi benih dan penurunan R/FR rasio (r = -0,94, P = 0,002 untuk 2012; r = -0,91, P = 0,004 untuk 2013) ditemukan. hasil yang signifikan dimana diamati untuk hubungan yang lain parameter dan R/FR (P <0,01). Koefisien korelasi antara karakteristik morphologi dengan kalori dan rasio R/FR untuk data 2012 dan 2013 setswere semua lebih tinggi dari 0,88 (P <0,01).

PAR transmisi dan karakteristik morphologi mengidentifikasi parameter dimana pertumbuhan tanaman itu sensitif ke transmitansi PAR, hubungan antara transmitansi PAR dan parameter morphologi merupakan hubungan karakteristik morphologi dengan transmisi PAR yang sama dengan R/FR. Menunjukkan hubungan yang signifikan antara transmisi PAR dan parameter morphologi. Koefisien korelasi untuk panjang akar minimal untuk 2012 (r = 0,81, P = 0,02) dan 2013 (r = 0,85, P = 0,01) data tersebut dibandingkan dengan parameter lain untuk PAR.

Tanaman yang tumbuh di bawah naungan tamanam tetangganya yang lebih tinggi biasanya menerima rasio R/FR yang telah berubah dan mengurangi PAR (Kurepin et al, 2012). Hasil penelitian Yang Feng  et al pada tahun 2014, menunjukkan bahwa ada korelasi yang sangat signifikan antara pertumbuhan benih dengan rasio R/FR dan transmisi PAR. Sehingga dapat diketahui bahwa ada hubungan  yang signifikan  antara karakteristik morphologi yakni pertumbuhan benih kedelai dengan rasio R/FR dan transmisi PAR.

4.  Prospek Konsekuensi dari Respon Tanaman pada Tahap Level Kanopi

Tanaman yang tumbuh pada naungan kanopi, biasanya menerima cahaya yang mengalami perubahan kualitas (rasio R/FR). Karena rasio R/FR menentukan keadaan phytochrome photoequilibrium yang mengontrol berbagai respon photomorphogenetic tanaman sebagai percepatan pertumbuhan ekstensi, daun terbelakang dan mengurangi percabangan (Leuchner et al, 2007). Dengan demikian  rasio R/FR biasanya menggunakan parameter penting untuk membangun model struktur fungsional tanaman, yang memungkinkan kita untuk menganalisis konsekuensi perubahan dalam arsitektur tanaman untuk fungsi individual organ (Evers et al, 2005; Chelle et al, 2007).

Hasil penelitian Yeng Fang, 2014 menegaskan bahwa ada korelasi yang berhubungan antara rasio R/FR dan karakteristik morphologi dari kondisi tumpangsari kedelai. Secara bersamaan, juga menunjukkan hasil yang signifikan untuk hubungan pertumbuhan benih dan transmisi PAR. Oleh karena itu penilaian rasio R/FR dan transmisi PAR sistem tumpangsari kanopi kedelai pada tahappertumbuhan  deferensiasi sangat penting untuk mengintegrasikan tanggapan kuantitas cahaya pada tanaman dan kualitas dalam model tiga dimensi di alam.

BAB IV

KESIMPULAN

(1). Radiasi spektrum, rasio R/FR, dan PAR dari kanopi kedelai  tersebut menurun di sistem tumpangsari jalur estafet jagung-kedelai dibandingkan dengan monokultur kedelai. Rasio R/FR dan transmisi PAR mengalami penurunan jarak yang menurun antara jagung dan kedelai kondisi tumpang sari.

(2) Kualitas dan kuantitas radiasi kedelai yang ternaungi memicu respon morphologi. Ketinggian benih kedelai meningkat secara signifikan dalam kondisi sistem tumpangsari dibandingkan dengan yang  monokulture. Sedangkan  hasil bersebrangan ditemukan untuk diameter batang, panjang akar, biomassa di atas tanah, biomassa total akar, dan ratio. Selain ujung akar, yang mengalami  morphogenesis benih kedelai, respon terhadap lingkungan cahaya yang berubah akibat dari perbedaan jarak antara jagung dan kedelai baris dalam sistem tumpangsari.

(3) Ada hubungan yang signifikan dari parameter morphologi benih kedelai dengan rasio R/FR dan transmisi PAR sistem estafet tumpangsari kedelai-jagung, terutama rasio R/FR kanopi kedelai. Ini menunjukkan bahwa jumlah efek dari PAR dan rasio R/FR mempengaruhi pertumbuhan benih kedelai pada pola spasial yang berbeda dari sistem tumpangsari.

(4) Penelitian yang dilakukan Fang Yang  et al  2014, juga menunjukkan bahwapertumbuhan benih kedelai lebih sensitif terhadap rasio R/FR dan PAR di sistem tumpangsari. Hasil ini akan memberikan dukungan untuk menjelaskan lebih lanjut mekanisme respon fisiologis benih kedelai-kacang stres teduh. 

DAFTAR PUSTAKA

1.     Daftar Pustaka Kajian Utama

Yang F., Huang S., Gao R., Liu W., Yong T., Wang X., Wu X., and Yang W. 2014. Growth of soybean seedlings in relay strip intercropping systems inrelation to light quantity and red:far-red ratio. Field Crops Research, Science Direct Elsevier journal . (155, 245-253).

2.     Daftar Pustaka Penunjang

Aphalo, P.J., Ballaré, C.L., Scopel, A., 1999. Plant-plant signaling, the shade-avoidance response and competition. J. Exp. Bot. 50, 1629–1634.

Kurepin, L.V., Emery, R.J.N., Pharis, R.P., Reid, D.M., 2007. Uncoupling light quality from light irradiance effects in Helianthus annuus shoots: putative roles for plant hormones in leaf and internode growth. J. Exp. Bot. 58, 2145–2157.

 Kurepin, L.V., Walton, L.J., Hayward, A., Emery, R.J.N., Reid, D.M., Chinnappa, C.C., 2012. Shade light interaction with salicylic acid in regulating growth of sun (alpine) and shade (prairie) ecotypes of Stellaria longipes. Plant Growth Regul. 68, 1-8.

Leuchner, M., Menzel, A., Werner, H., 2007. Quantifying the relationship between light quality and light availability at different phenological stages within a mature mixed forest. Agric. Forest Meteorol. 142, 35–44.