fisiologi benih sebagai prinsip dasar dalam pengujian viabilitas...
TRANSCRIPT
FISIOLOGI BENIH SEBAGAI PRINSIP DASAR DALAM PENGUJIAN VIABILITAS BENIH
Oleh :
Eny Widajati
Disampaikan di WEBINAR “Fisiologi Benih dan Hasil Validasi Metode ISTA” di BBPPMBTPH 6 Nopember 2020
VIABILITAS BENIH
Viabilitas benih merupakan fokus utama mutu benih
Viabilitas benih adalah kemampuan hidup benih
• Diukur berdasarkan aktivitas metabolisme benih
• Diukur berdasarkan kemampuan tumbuh benih menjadi kecambah normal
Beberapa konsep perkecambahan benih1. suatu sekuen proses morfogenetik sebagai transformasi dari embrio menjadi
kecambah (Berlyn, 1972)
2. Suatu perubahan benih yang tidak aktif pada kadar air rendah menjadi aktif bermetabolisme dan mulai muncul menjadi kecambah dari pertumbuhan embrio (Mayer dan P.Mayber, 1975)
3. serangkaian proses dari benih yang semula tidak aktif menjadi aktif dan tumbuh (Heydecker, 1980)
4. serangkaian proses metabolik yang menghasilkan perkembangan embrio dan munculnya kecambah (Marcos-Filho, 1986)
5. Reaktivasi embrio, retaknya kulit benih dan munculnya bibit (Copeland dan McDonald, 1995)
Jann dan Amen (1980) :
• Aspek mofologi : perkecambahan adalah transformasi dari embrio menjadi bibit
• Aspek fisiologi : perkecambahan adalah serangkaian proses metabolisme dan pertumbuhan
• Aspek biokemis : perkecambahan terkait pada proses oksidatif dan sintesis serta proses-proses biokimia pada pertumbuhan dan perkembangan tanaman
Perubahan morfologi embrio menjadi kecambah
Perkecambahahan dari perspektif teknologi benih : kriteria kecambah normal
Metabolisme Perkecambahan
1. Imbibisi:
*Permeabilitas kulit benih
* Komposisi kimia benih
* Suhu
* Konsentrasi air
2. Reaktivasi:
* enzim
* respirasi
* organel sel
* sintesis RNA dan protein
3. Inisiasi pertumbuhan embrio
4. Retaknya kulit benih: munculnya akar menembus kulit benih (emerge)
5. Pertumbuhan kecambah
Proses imbibisi
Peran air dalam perkecambahan benih
• Air berperan penting dalam reaksi biokimia baik anabolisme (sintesis) dan katabolisme ( hidrolisis cadangan makanan)
• Sel-sel yang aktif melakukan metabolisme memiliki kandungan air sebanyak 70 % dari bobot protoplasmanya
• berperan dalam mempertahankan integritas membran sel
• berperan dalam aktivitas enzim
Bewley dan Black (1994)
Nonogaki et al.(2010)
Contoh : ketika kadar air total benih jagung mencapai 75 % , kadar air embrio mencapai 261
% sedangkan bagian yang lain hanya 50%. Hidrasi endosperm lebih lambat.
Waktu yang diperlukan untuk setiap fase imbibisi dipengaruhi oleh :
1. Komposisi substrat2. Permeabilitas kulit benih3. Ukuran benih4. Kondisi saat imbibisi ( suhu, kadar air awal, ketersediaan air dan oksigen )
ME : megagametophyteC : cotyledonsHP : hypocotylM : meristematic region RC : root capSC : seed coat.
Proses imbibisi benih pinusTerskikh et al. (2005)
https://www.researchgate.net/figure/Comparison-of-cultivated-and-wild-pea-seeds-Macrograph-of-modern-cultivated-pea
Comparison of cultivated and wild pea seedsA. Macrograph of modern cultivated
pea cv. Cameor with transparent testa
B. Wild Pisum sativum subsp. elatiusJI64 with pigmented testa and visiblerough (gritty) testa surface
Transversal section of toluidine bluestained seed coatC. Domesticated Pisum sativum cv. Cameor. Scalebars = 3 mm
D. Wild Pisum sativum subsp. elatiusJI64. Scalebars = 50 mm
Wolk et al. (1989)
Mekanisme rehidrasi membran selCrowe et al. ( 1989 )
Transisi membran membentuk fase Liquid crystalline selama proses rehidrasi benih
suhu rendah Suhu lebih tinggi Benih dihidrasi melalui uap air
Sintesis enzim amilaseBewley et al. ( 2013 )
Sintesis dan aktivitas
enzim amilase
Higgins et al. ( 1976 )
Gubler et al. ( 1995 )
Perubahan pada kotiledon pea : starch and dextrin (●)oligosaccharides (○)free sugars (▲)
protein (Ñ)
Aktivitas :Starch phosphorylase (○)amylase (●)
Juliano and Varner ( 1969 )
Proses perkecambahan benih funegreek:a. Sebelum terjadi mobilisasi cadangan makananb. Galaktomanan mulai larut. Bagian yang terang
di endosperm mulai dari aleuron merupakan sumber enzim hidrolitik
c. Endosperm mulai habis, lapisan aleuron mengalami disintegrasi
SC : Seed coatC : CotiledonE : endospermA : Aleuron
Hidrolisis dan mobilisasicadanganmakananbenih
Hidrolisis dan mobilisasi cadangan makanan benih
Transmission electron micrographs of the heavy mitochondrial population obtained by subcellular fractionation of( a ) dry maize embryos, ( b ) 24 h after the start of imbibition (HAI) embryos, still germinating
( c ) germinated embryos at 48 HAI. With time the internal structure of the mitochondria becomes more defined. Arrows indicate examples of poorly differentiated mitochondria; dotted arrows point to poorly developed internal cristae, the site of oxidative phosphorylation.Bar: 500 nm. Logan et al. (2001) dan Howell K.A. et al. (2006)
Logan et al. (2001)Howell K.A. et al. (2006)
Kreb’s Cycle(Tricarboxylic acid cycle)
Prinsip dasar dalam viabiltas :1. uji tetrazolium 2. Pengujian viabiltas dengan mengukur
jumlah CO2 yang diproduksi
Reaksi ion hidrogen dengan senyawa 2,3,5-triphenil tetrazolium khlorida
N-N-C6H5 N-N-C6H5
// //
C6H5-C +2e +2H+ C6H5-C + HCl
N=N-C6H5 N=N-C6H5
Cl
2,3,5-triphenil tetrazolium khlorida Formazan
H+
Analisis viabilitas : 1. Mengukur jumlah produksi ATP2. Mengukur jumlah O2 yang
dikonsumsi
Time of imbibition (h)
Distribusi ATP pada benih tomat a. Benih non dorman 24 jam setelah
imbibisib. Benih dorman setelah 5 hari imbibisi
Spoelstra et al. ( 2002 )
Peran hormon dalam perkecambahan dan dormansi benih (Khan, 1981)
• Micropylar endosperm menyebabkan hambatan perkecambahan
http://www.seedbiology.de/dormancy.asp
Temperatur Kardinal
- Temperatur maksimum; suhu paling tinggi
dimana benih masih mampu berkecambah.
- Temperatur optimum; suhu dimana diperoleh
perkecambahan terbesar dalam waktu
paling singkat
- Temperatur minimum; suhu paling rendah
dimana benih masih mampu berkecambah
Pengaruh temperatur terhadap metabolisme benih
B. Species in which the non-after-ripened seeds have maximum germination at high temperatures(a)Chenopodium rubrum(b) Chenopodium filicifolium,(c) Datura stramonium(d) Polygonum persicaria(e) Gnaphalium uliginosum;
(A) species which the non-after-ripened seeds have maximum germination at low temperatures(a) Juncus bufonius(b) Veronica hederifolia
(c) Polygonum convolvulus(d) Campanula rapunculoides(e) Delphinium consolida
(f) Fumaria officinalis(g)Arenaria serpyllifolia(From Vegis 1963).
Temperatur kardinal beberapa spesies
spesies Temperature (o C)
minimum optimum maximum
Zea mays 8 -10 32 - 35 40 - 44
Oryza sativa 10 - 12 30 -37 40 -42
Triticum
sativum3 - 5 15 - 30 35 – 40
Avena sativa 3 - 5 25 - 30 30 - 40
Cahaya
Pergaruh cahaya terhadap perkecambahan tergantung :
- Intensitas: optimum 100-200 ft candle (ftc)
- Kualitas:
* 660-700 nm: cahaya merah, menstimulirperkecambahan (optimum 670 nm).
* > 700 nm : cahaya infra merah atau far red
menghambat perkecambahan
* < 290 nm : menghambat
* 290-400 nm: tidak jelas
* 400 nm : cahaya biru, menghambat
perkecambahan
Faktor cahaya terhadapperkecambahan
Copeland dan McDonald (1995)
Pengaruh gas terhadap metabolisme dan perkecambahan
Komposisi gas di atmosfer: 20% O2, 0.03%CO2, 79% N2 dll
Magneschi and Perata ( 2009 )
Medium Perkecambahan/Kondisi Tanah
Pengaruh kondisi tanah sebagai medium perkecambahandisebabkan oleh faktor :
1. Abiotik
- Sifat fisik tanah : aerasi, kapasitas memegang air,
tekanan omosis
- Kimia tanah :salin (kadar garam tinggi)
adanya nitrat, nitrit
2. Biotik
- Inhibitor tanah karena adanya aktivitas mikroorganisme,
bahan organik (dekomposisi daun Eucalyptus, jerami
padi)
- eksudat yang dikeluarkan akar kecambah Caumarona
oderata (caumarin)
Tipe perkecambahan hipogealBewley et al. ( 2013)
Tipe perkecambahan epigeal
Onion
Peperomiaperuviana
Fisiologi Dormansi
Klasifikasi tipe dormansi benih menurut Nikolaeva (1977)
Tipe Penyebab Teknik pematahan
Endogenous dormansi
1 Fisiologi Mekanisme hambatan fisiologi
perkecambahan
Stratifikasi suhu
tinggi/rendah
2 Morfologi Embrio yang belum berkembang
sempurna
Kondisi yang tepat
untuk perkembangan
embrio
3 Morfofisiologi Sebab kombinasi diatas Stratifikasi suhu
tinggi/rendah
Exogenous dormansi
1 Fisik Kulit benih impermeabel terhadap air Membuka struktur
khusus
2 Kimia Inhibitor perkecambahan Pencucian
3 Mekanik Struktur yang menghambat pertumbuhan Skarifikasi
Mekanisme utama dormansi benih (Bradbeer, 1989)
A. Dormansi yang disebabkan penutup embrio (perikarp, testa, perispermadan endosperma)
1. Pertukaran gas terhambat
2. Penyerapan air terhambat
3. Penghambatan mekanis
4. Inhibitor (water-soluble) di dalam penutup embrio
B. Dormansi embrio
1. Embrio belum berkembang dan berdiferensiasi
2. Kegagalan dalam memobilisasi cadangan makanan ke embrio
3. Defisiensi zat pengatur tumbuh
4. Adanya inhibitor
________________________________________________________________________
Nondeepphysiological dormancy
Struktur penupup(endosperm, kulitbenih, dinding buah)
a. Struktur penutup yang menyebabkanmasuknya oksigen kurang, adanya senyawafenol yang mengikat O2
b. Struktur penutup yang mengandunginhibitor.
c. Hambatan fisik yang menyebabkan embriotidak mampu menembus kulit benih
d.Interaksi Embrio-struktur penutup
Intermediate PD Pemisahan embrio akanmenghasilkan kecambahnormal
Proses stratifikasi butuh waktu 6 bulan.Perlakuan GA dibutuhkan untukmenggantikan stratifikasi suhu rendahPenyimpanan kering pada suhu kamar
Deep PD Pemisahan embrio tidakmenghasilkan kecambahnormal
Membutuhkan stratifikasi yang lama 7 – 18 mingguGA tidak mampu mematahkan dormansi padabenih utuh
Nondeepphysiological dormancy
Oryza sativaAvena fatuaSetaria faberiLycopersicon esculentum
Intermediate PD PolygonumAcer negundoFraxinus americana
Deep PD Malus domesticaImpatiens parvifloraPrunus persica
Struktur kulit benih yang impermeabel
Dormansi karena kulit benih yang keras sehingga menghambat radikula menembus kulit benih
Beberapa famili yang diidentifikasi memiliki dormansi fisik
• Anacardiaceae• Bixaceae
• Cannaceae
• Cistaceae
• Cochlospermaceae
• Convolvulaceae• Cucurbitaceae
• Dipterocarpaceae
• Geraniaceae
• Leguminosae
• Malvaceae• Nelumbonaceae
• Rhamnaceae
• Sarcolaenaceae
• Sapindaceae
Embrio rudimenter
• Magnoliaceae
• Ranunculaceae
• Papaveraceae
• Aquifoliaceae
