Respon Tanaman terhadap

Cekaman Lingkungan

Minggu ke-4R. Soedradjad

Lektor Kepala bidang Pengelolaan Sumberdaya Alam

Lingkungan

Biotik Abiotik

Suhu

Tinggi

Rendah

Air

Defisit air

Asam

Logam Berat

Kelebihan Air

Kimia

Garam

Gas

Pestisida

Radiasi

InframerahUltraviolet

Visible

Fisika

Angin

Suara

Panas

1. Luas areal lahan pertanian subur semakin sempit, akibat alih fungsi lahan.

2. Lahan pertanian lebih mengarah pada lahan non-subur, seperti lahan pertanian tepi pantai (lahan salin), lahan marginal, lahan masam (gambut) dan lahan kering.

Mengapa Lingkungan Abiotik dipelajari?

3. Potensi hasil pertanian padi sawah semakin berkurang, sehingga petani lebih memilih pertanian non-padi (misalnya hortikultura)

4. Potensi lahan pertanian untuk padi lahan kering baru berkisar 5,6% dari hasil padi total nasional (dari padi sawah 94,4%).

Respon tanaman terhadap Cekaman lingkungan Abiotik:

1. Avoidance (Menghindar)2. Tolerance (Bertahan)3. Sensitive (Peka), 4. Susceptible (Rentan)

Lingkungan hidup adalah kesatuan ruang dengan semua benda, daya, keadaan, dan makhluk hidup, termasuk manusia dan perilakunya, yang mempengaruhi alam itu sendiri, kelangsungan perikehidupan, dan kesejahteraan manusia serta makhluk hidup lain.

(pasal 1 Undang-Undang Nomor 32 Tahun 2009 tentang Perlindungan dan Pengelolaan Lingkungan Hidup)

Cekaman adalah Ketidakmampuan suatu organisme (tumbuhan, hewan atau manusia) untuk merespon ancaman fisik atau emosional.

1. AVOIDANCE (mekanisme tanaman untuk tahan)

Avoidance adalah bentuk ketahanan tanaman agar faktor-faktor luar tidak mempengaruhi pertumbuhannya dengan cara:

1. Membuat lilin,

2. Membuat bulu daun lebih banyak atau tebal,

3. Penebalan stomata.

Ketahanan

Avoidance

Avoid-Tolerance

Escape

1. Escape (meloloskan diri)2. Avoidance (Tahan)3. Tolerance (Menenggang)4. Sensitive (Peka), 5. Susceptible (Rentan)

Bentuk Ketahanan Tanaman terhadap Cekaman Lingkungan Abiotik:

Lapisan lilin atas (epidermis atas) berfungsi untuk melindungi sel-sel daun dari gangguan (misalnya penguapan yang

berlebihan karena musim kering)

Dengan memperbanyak dan menebalkan bulu daun, maka fungsi daun tidak terganggu karena gangguan fisik maupun

biologis.

Hasil SEM epidermis daun Nicotiana alata, terlihat trichomes (seperti rambut) dan stomata

Dengan menebalkan stomata, maka fungsi fisiologis daun tidak terganggu secara fisik, kimiawi maupun biologis.

Anatomi Daun

2. TOLERANCE(Menenggang)

1. Bentuk ketahanan tanaman dimana tanaman menerima faktor luar untuk mempengaruhi sistem metabolismenya, namun hanya sampai batas tertentu sehingga tanaman tidak sampai mati dan masih mampu berproduksi.

2. Mekanismenya dapat dalam bentuk ekskresi, eksudasi ke vacuole (NaCl), ke Rhizosphere (Al).

Perbedaan Avoidance dan Tolerance

Tahan1. Kondisi antara di dalam

dan luar adalah Sama2. Membentuk sekat /

barier antara didalam dan diluar sel (dalam bentuk lapisan, cairan atau rongga)

3. Tidak terdapat perubahan sistem / alur metabolisme pertumbuhan, sehingga produksinya ≥ 80%.

Tolerance1. Terdapat perbedaan antara

diluar dan didalam sel2. Tidak terdapat sekat / barier

didalam dan diluar sel (cairan, eksudasi spt asam malat, dan rongga seperti pada ketahanan terhadap NaCl),

3. Terdapat perubahan/ hambatan alur metabolisme (< 80% produksinya)

Toleran Kekeringan Toleran Tanah Masam Toleran Tanah Salin

Model-Model Toleransi Tanaman

3. SensitiveSensitive (peka) adalah suatu bentuk ketidak ketahanan tanaman terhadap faktor-faktor abiotik.

Kontrol Kekeringan Kontrol KekeringanKedelai Toleran Kedelai Peka

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

42.00 57.25

71.6756.17

7.53

4.82

7.16

3.25

Panjang Akar S/R ratio

Panj

ang

Aka

r (cm

)

Shoo

t/Ro

ot R

atio

Tanaman yang Sensitive (peka) terhadap kekeringan akan lebih responsif terhadap gangguan.

PERBEDAAN Sensitive (Peka) dan Susceptible (Rentan)

Pekasuatu bentuk ketidak ketahanan tanaman

terhadap faktor abiotik.

Rentansuatu bentuk ketidak ketahanan tanaman

terhadap faktor biotik.

Cekaman Lingkungan Utama terhadap Tanaman:

1. Kekeringan;

2. Salinitas;

3. Tanah Masam.

1. Penurunan Hasil akibat Cekaman Kekeringan

(Sumber: Gozo, 2006)

Kekeringan

Akar (Root)

ShootDifusi CO2 dan Fotosintesis menurun

Partisi karbohidrat turun

Pertumbuhan dan Hasil turun

Produksi Asam Absisik (ABA)

Dehidrasi

Turgor sel turun

Stomata Menutup

Respon Tanaman terhadap Kekeringan

1. Pengguguran daun,2. Pengurangan luas

dan tebal daun,3. Perubahan sudut

duduk daun,4. Faktor-faktor akar.

1. Kutikula daun,2. Penyesuaian osmosis,3. Perilaku stomata,4. Fotosintesis,5. Translokasi,6. Penimbunan Proline.

Perubahan Morfologis : Perubahan Fisiologis :

Mekanisme toleransi tanaman sebagai respon terhadap cekaman kekeringan:

1. Kemampuan tanaman tetap tumbuh pada kondisi kekurangan air yaitu dengan menurunkan luas daun ( Berat Kering Daun turun) dan memperpendek siklus tumbuh,

Kontrol Kekeringan Kontrol KekeringanKedelai Toleran Kedelai Peka

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

6.63

3.57

9.24

2.24

0.880.740000000000

001

1.28999999999999

0.690000000000001

BK Tajuk BK Akar

Bera

t Ker

ing

Taju

k (g

)

Bera

t Ker

ing

Aka

r (g)

Sumber: Hamim, dkk., 1996

2. Kemampuan akar untuk menyerap air di lapisan tanah paling dalam akar semakin panjang!

Kontrol Kekeringan Kontrol KekeringanKedelai Toleran Kedelai Peka

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

42.0057.25

71.67

56.17

7.53

4.82

7.16

3.25

Panjang Akar S/R ratio

Panj

ang

Aka

r (cm

)

Shoo

t/Ro

ot R

atio

Sumber: Hamim, dkk., 1996

Jenis Tanaman Peka terhadap Kekeringan

3. kemampuan untuk melindungi meristem akar dari kekeringan dengan meningkatkan akumulasi senyawa tertentu seperti glisin, betain, gula

alkohol atau prolin untuk osmotic adjustment ,

Kontrol Kekeringan Kontrol KekeringanKedelai Toleran Kedelai Peka

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

5.00

1.88

3.773.26

4.77Ka

dar P

rolin

Dau

n (u

mol

/g)

Semakin kering kadar Prolin meningkat, berhubungan dengan peran besar prolin sebagai osmoprotektan sehingga toleransi tanaman terhadap kekeringan

meningkat (Hamim, dkk., 1996)

4. Mengoptimalkan peranan stomata untuk mencegah hilangnya air melalui daun.

Keterangan:

A. Tanaman Padi Somaklon (hasil Rekayasa Genetik) yang kerapatan stomatanya rendah tahan kekeringan.

B. Tanaman Padi dari Biji (induk) yang kerapatan stomatanya tinggi tidak tahan kekeringan.

A B

(Sumber: Lestari, 2006)

Pengaruh Cekaman Kekeringan Terhadap Hasil Rimpang Temulawak (Curcuma xanthorrhiza roxb.)

(Sumber: Khaerana, dkk., 2008)

Keterangan: KL = Kapasitas Lapang dan MSP = Minggu Sebelum Panen

100% KL 50%-2MSP 50%-4MSP 50%-6MSPKadar Lengas Tanah (%)

7.80

8.00

8.20

8.40

8.60

8.80

9.00

9.20

9.40

9.60

9.809.52

9.65

8.98

8.54

Bera

t Ker

ing

Rim

pang

(g/t

anam

an)

Makin Kering

2. Lingkungan salin

3. cekaman osmotik (osmotic stress),

4. keracunan (toxicity stress), dan

5. cekaman oksigen (low oxygen pressure stress).

menyebabkan 3 bentuk cekaman terhadap tumbuhan, yaitu:

Onrizal. 2005. Adaptasi tumbuhan Mangrove pada Lingkungan Salin dan Jenuh Air. Fakultas Pertanian, Universitas Sumatera Utara.

Adaptasinya:1. Adanya kelenjar garam pada golongan secreter

dan kulit yang mengelupas pada golongan non-secreter sebagai tanggapan terhadap lingkungan yang salin.

2. Sistem perakaran yang khas, dan lentisel sebagai tanggapan terhadap tanah yang jenuh air.

3. Struktur dan posisi daun yang khas sebagai tanggapan terhadap radiasi sinar matahari dan suhu yang tinggi.

golongan secreter

golongan non-secreter

Sistem perakaran yang khas

Struktur dan posisi daun

3. Tanah MasamSebaran Tanah Masam di Dunia.

Sebab tanah menjadi masam:

1. Curah Hujan yang tinggi,2. Erosi tanah,3. Pelindihan, dan 4. Bahan induk tanah.

Ciri tanah masam:1. Berbau busuk,2. Permukaan air “berkarat”, dan3. Banyak tumbuh lumut.Tanaman Jagung yang

Tumbuh Beradaptasi di Tanah Masam

Akibat tanah masam:1. Ion Al, Mn dan Fe meningkat

Tanaman keracunan kemampuan berkecambah menurun, bibit mudah mati dan pertumbuhan terhambat,

2. Ion Fe mengikat (terutama) ion P dan K,

3. Tanaman mudah diserang Hama dan Penyakit,

4. Aktivitas mikroorganisme tanah terganggu,

Keracunan Fe

Keracunan K

Kekurangan Fe

1. Gejala pertama yang tampak dari keracunan Al adalah sistem perakaran yang tidak berkembang (pendek dan tebal) sebagai akibat penghambatan perpanjangan sel.

2. Beberapa pengaruh buruk keberadaan Al tersebut antara lain:

a. terjadi gangguan penyerapan hara,

b. Bergabung dengan dinding sel, dan

c. menghambat pembelahan sel.

Mekanisme Aluminium (Al) meracuni Tanaman

1. Kondisi suatu lahan kering dan lahan marginal masam, maka dapat menyebabkan kondisi lahan menjadi masam;

2. Aluminium dapat pula menyebabkan kondisi suatu lahan menyebabkan jadi masam;

3. Muatan potensial ionisasi Al 3+ adalah mempunyai muatan potensial ionisasi paling besar, sehingga mampu berkompetensi dengan unsur lain seperti unsur hara N, P, K dan lain-lain;

4. Kondisi tersebut dapat menyebabkan senyawa essensial seperti N, P dan K tidak dapat diserap oleh tanaman, sehingga tanaman kekurangan N dalam bentuk nitrat (NO3-), (PO4-) dan lain-lain.

Mekanisme Al merusak membrane dinding dan meracuni sel

Sumber : Cumming and Taylor (1990) Stress Respons In Plants. P.329-356

Tugas Kelompok!Membuat makalah (maksimum 2 halaman) yang menjelaskan tentang Dampak Cekaman Salinitas terhadap Produksi dan Produktivitas Tanaman.

1. Ketik 1 spasi;2. Contoh diambil dari jurnal (dilampirkan);3. Tugas terdiri atas PENDAHULUAN (20);

CONTOH (wajib diambil dari jurnal) (30); PEMBAHASAN (membahas contoh yang didapat berdasarkan teori di buku) (25); KESIMPULAN (10) dan PUSTAKA (15).

Sebelum kuliah dua (2) Kelompok Persentasi !

NatriumSalinitas tanah merupakan ancaman yang serius dan terus

meningkat terhadap produksi dan produktivitas pertanian, karena > 40% lahan beririgasi di Indonesia menunjukkan peningkatan

konsentrasi garam, diantaranya NaCl.

Catatan:1. Garam adalah senyawa ionik yang terdiri atas kation (ion positif) dan

anion (ion negatif) sehingga membentuk senyawa tanpa muatan (netral).

2. Komponen ionik dapat berupa senyawa anorganik (misal Cl-); organik (misal asetat, CH3COO-); monoatomik (misal F-) dan poliatomik (misal sulfat, SO4

2-).

3. Contoh: a. reaksi basa dan oksida asam: 2NaOH + Cl2O 2 NaClO + H2O.b. reaksi asam dan oksida basa: 2 HNO3 + Na2O 2 NaNO3 + H2O.