18

4REKAYASA FISIOLOGI TANAMAN UNTUK MENINGKATKAN

KUALITAS BENIH MELALUI PENGATURAN NUTRISI

Yustina Sri Sulastri

Dosen Kopertis Wil. I dpk di Fakultas Pertanian Unika St. Thomas SU

Abstrak: Kebutuhan akan benih yang bermutu nampaknya sudah menjadi persoalan yangmendesak harus diatasi, sementara pengadaannya masih didominasi oleh pihak swasta bahkanimpor dari luar negeri terutama benih-benih sayuran hibrida. Ada beberapa faktor selain genetikyang dapat menentukan komposisi kimia benih yang berkaitan dengan kualitas benih yang baikyakni melalui pengaturan nutrisi. Penetapan dosis mungkin sudah banyak dilakukan padakebutuhannya untuk suatu proses produksi tanaman, tetapi masih jarang atau bahkan belumdimulai penerapannya untuk sampai ke produksi benih. Beberapa hasil penelitian menunjukkanbahwa penelusuran kandungan unsur hara dalam jaringan tanaman pada fase pertumbuhantanaman tertentu secara bertahap menunjukkan bahwa beberapa unsur tertentu akanmempunyai makna spesifik berkaitan dengan proses pertumbuhannya. Pentingnya pemberianunsur hara secara seimbang dan khusus untuk produksi benih fase pembentukan bunga,anthesis, produksi benang sari, fertilisasi dan keberhasilannya; adalah fase-fase kritis yang sangatpenting diperhatikan sehubungan dengan kebutuhannya akan hara tertentu selama produksibenih.Kata kunci: Produksi benih, benih berkualitas, pengaturan nutrisi, unsur hara berimbang,

pemberian secara bertahap

PendahuluanSemakin banyaknya benih impor yang

masuk ke Indonesia dalam rangkapemenuhan kebutuhan akan benihkhususnya benih sayuran yang berkualitasadalah suatu keadaan yang harus kitamaklumi bersama karena selainkualitasnya yang lebih baik juga karenapenyediaannya di dalam negeri sendirimasih belum memadai. Produksi benihberkualitas masih terbatas seperti yangdikemukakan dalam Mugnisjah danSetiawan (1995) bahwa situasi perbenihanpadi dan palawija di Indonesia dan diPulau Jawa pengadaan benih bermutudari tanaman-tanaman yang mendapatperhatian berlebih dari Pemerintah masihjauh dari mencukupi. Sementara produksibenih sayuran berkualitas di dalam negerimasih didominasi oleh perusahaan swastayang notabene sumber plasma nutfahnyaberasal dari negara asing, sehinggaketergantungan ini memupuk kondisi tidakterperhatikannya pengadaan benihsayuran asli Indonesia. Sumber genetik asli

Indonesia yang semakin tidak dikenalisekarang ini adalah keadaan yangsangat ironis karena dengan masuknyajenis-jenis sayuran asing justrumendominasi usaha-usaha perbaikantanaman untuk aklimatisasi dan ujiadaptasinya bagi iklim Indonesia. Sebagaicontoh benih kubis yang banyakdigunakan adalah Green Cornet atau KK-Cross, sedangkan pada semangkaadalah Sugarbaby dibandingkan denganSengakaling atau Bajulmati. Bukti bahwasemakin hilangnya kepercayaan masya-rakat kita pada benih-benih dalam negeriasli genetik Indonesia terutama karenakualitasnya.

Potensi tanaman untuk dapatmencapai kualitas tertentu sebenarnyasangat bervariasi, contohnya terjadi padapotensi produksi tomat, rata-rata produksitomat dari daerah tropis adalah 2-10ton/ha, sangat kontras dengan hasil yangdicapai di Korea yang mencapai 20to/ha, 40 ton/ha di Amerika, 50 ton/ha diJepang, dan lebih dari 130 ton/ha di

JURNAL PENELITIAN BIDANG ILMU PERTANIAN Volume 3, Nomor 1, April 200519

Belanda, bahkan dengan fasilitas greenhouse dapat mencapai 160 ton/ha diBelanda (Uexkull, 1978 dalam Andayani,1999).

Terlepas dari bagaimana keadaanagrokli-matnya dan cara bercocoktanamnya, yang harus kita perhatikanadalah ada beberapa usaha dalambudidaya tanaman yang mampu meraihpotensi produksi yang tinggi baik dari segikuantitas maupun kualitas dari produksi didaerah tropis. Salah satu usaha perbaikantanaman yang kita kenal selain melaluipemuliaan tanaman (plant breeding)adalah melalui rekayasa fisiologi tanamandengan pengelolaan nutrisi bagipertumbuhan dan perkembangannya.Seperti yang dikemukakan oleh Copeland(1976) bahwa pada dasarnya komposisikimia benih ditentukan oleh faktorgenetiknya, akan tetapi faktor lingkungandan praktek budidaya dalam hal initermasuk pemupukan juga dapatmemberi pengaruh terhadap komposisikimia benih.

Sebenarnya sejak kurang lebih 2000tahun yang lalu telah dipahami bahwamanfaat penambahan unsur-unsurmineral seperti abu atau kapur ke dalamtanah dapat memperbaiki pertumbuhantanaman. Kemudian disusul dengandikukuhkannya mineral nutrition sebagaidisiplin ilmu tersendiri oleh Justus von Liebig(18031873) karena peran danmanfaatnya yang penting terhadappertumbu-han tanaman. Dalamperkembangannya kemudian unsur-unsurmineral yang disebut esensial sebanyak 6(enam) hara makro dan 11 (sebelas) haramikro termasuk nikel (Ni), dan silikat (Si)diaplikasikan untuk perbaikan kualitastanaman termasuk untuk kualitas produksibenih.

Upaya perbaikan produksi dan kualitastanaman melalui penggunaan benihyang berkualitas tinggi memberikanprospek tersendiri. Jenis benih hibridasayuran yang selama ini dianggap jenisyang berkualitas tinggi masih dipenuhi daribenih-benih hibrida impor. Untuk dapatmemulai mandiri dalam pemenuhan

kebutuhan benih sekaligus mengantisipasipengaruh buruk dari globalisasi makaproduksi benih dari genetik asli Indonesiaharus segera dimulai. Konsekuensinyaadalah bagaimana kita dapat mendirikansistem terpadu untuk produksi benihberkualitas tinggi yang tentunya harusdidukung oleh berbagai pihak yangterkait. Secara teknis, kontribusi yangsegera dapat diaplikasikan adalah upayaproduksi benih yang berkualitas tinggimelalui pengaturan nutrisinya.

Fungsi Analisa Tanah dan JaringanTanaman untuk Efektivitas Pemupukan

Dalam praktek budidaya tanamanmasih banyak yang tidak menghiraukankeberadaan hara (nutritional status) didalam tanah sebelum tanaman itudiusahakan. Akibatnya, sebuah contohpemberian pupuk N yang berlebihanpada tanah yang kekurangan K akanmenekan produksi tanaman. Kelebihan Nitu menimbul-kan T/R (Top/Root) ratiomenjadi tinggi dan mengakibatkanterjadinya penimbunan nitrat dan sukrosapada daun (Hocking dan Meyer, 1990dalam Westerman dkk. 1990) sehinggatanaman mudah rebah. Demikiansebaliknya apabila kekurangan N makaterjadi pengura-ngan asimilat dan biladisertai kekurangan fosfat makarendahnya N akan menyebabkanpertum-buhan tanaman menjaditerhambat.

Pendataan mengenai pemetaanlahan dan propertinya, pemetaankomoditas, sejarah pertanaman, dankebutuhan agroinput untuk produksitanaman yang optimal adalah salah satudata dasar yang sangat diperlukan untukmendukung ketelitian penetapan pupuksuplemen yang lebih efisien. Begitupundengan usaha produksi benih yangdimulai dari pelestarian plasmanutfahsumber tetua dan penggandaannya,proses hibridisasinya, dan uji adaptasinyasampai dengan penggandaannya secarakomersial; semuanya tidak terlepas danupaya perbaikannya melalui pengaturannutrisi-nya yang lebih efektif dan efisien.

20

Analisa jaringan tanaman terhadapunsur-unsur mineral yang ada di akar,batang, daun, bunga, buah, dan biji akanmenentukan seberapa banyak atauberapa kadar yang mampu diserap olehtanaman dengan alokasinya (nutrientpartitioning) ke bagian-bagian tanamanyang lain. Menurut Munson dan Nelson(1990) dalam Westerman dkk. (1990)bahwa analisa jaringan tanaman adalahpenjelasan mengenai komposisi unsur-unsur hara pada tanaman atau seporsiunsur-unsur hara esensil yang diperlukanuntuk pertumbuhan tanaman. Sebagaigambaran, dari dua macam tanamanyang pertumbuhannya baik dan yangtidak baik, apabila keduanya dianalisajaringannya maka akan dapat diketahuikadar unsur mineral tertentu untuk keduapertumbuhan yang berbeda tersebut.Kemudian dilanjutkan denganpembandingan antara kadar yang adadalam jaringan tanaman bagian yangkita panen dengan yang ada dalambagian biomassa lain yang tertinggal. Dariitu kita dapat mengetahui efektifitaspemanfaaan unsur hara oleh bagiantanaman (nutrient uptake) yang kitapanen tersebut.

Untuk lebih menjelaskan efektifitaspemanfaatan unsur hara tertentu yangdapat dialokasikan ke bagian tanamanyang kita panen pada fase tertentu(misalnya bagian daun untuk seladapada umr 21 hari, bagian buah untuktomat pada umur 90 hari, bagian akaruntuk wortel pada umur 24 hari, dansebagainya) maka dari setiap bagiantanaman pada fase tertentu itu kitaanalisa jaringannya kemudian kita ketahuiberapa banyak hara yang ada di jaringantersebut kemudian hasil analisa jaringantanaman ini kita bandingkan degankandungan hara di dalam tanah dimanatanaman tersebut di usahakan makakekurangannya bisa kita tambahkansebagai dosis pupuk suplemen yangtepat untuk perbaikan kualitas tanamantermasuk untuk yang kita hasilkan lebihbaik.

Tahapan proses penetapan dosis yangakurat mungkin sudah banyak dilakukanpada kebutuhannya untuk suatu prosesproduksi tanaman (crop production),tetapi masih jarang atau bahkan belumdimulai penerapannya untuk sampai keproduksi benih (seed production). Selamaini produksi benih yang ditekuni secaraprofesional khususnya sayuran masih padaskala penelitian atau kalaupun ada padaskala komersil masih didominasi olehswasta yang lebih intern.

Beberapa Fase Kritis pada Proses ProduksiBenih

Karakteristik pembungaan tanamansumber tetua dan tanaman untukhibridisasi sangat penting dalam sebuahrekayasa persilangan secara tradisionalkarena dengan bunga dan bagian-bagiannya yang sempurna kita dapatmelakukan rekayasa persilangan duamacam atau lebih jenis tanaman. Padatanaman yang sulit atau tidak berpotensiuntuk berbunga normal maka ditempuhdengan cara persila-ngan sel somatik,persilangan transgenik atau penggunaanteknologi mutakhir lain melaluibioteknologi.

Khusus pada persilangan yangdilakukan secara tradisional yaitu carahibridisasi yang lebih tepat guna, masihbanyak ditemukan kendala-kendalaterutama karena keterbatasanpemahaman terhadap karakteristikpembunga-an masing-masing jenistanaman tersebut berhubungan denganproses persilangan dan keberhasilanfertilisasinya. Sebuah contoh padaproduksi benih hibrida semangka, bungabetina akan mekar sempurna sekitar pukul06.00 sampai pukul 09.00 (untuk daerahtropis, atau musim panas di daerah subtropis) dan kelopak bunganya akanmenutup kembali di siang hari sekitarpukul 13.00. Hibridisasinya sebaiknyadilakukan pada saat bunga jantan yangmekar hari itu juga. Ditambah lagibanyaknya faktor eksternal lain yangharus dikendalikan agar dapat

JURNAL PENELITIAN BIDANG ILMU PERTANIAN Volume 3, Nomor 1, April 200521

memaksimalkan prosentase keberhasilanpersilangan untuk produksi benih hibrida.

Salah satu faktor penting yangmempunyai respon terkendali bagi prosesproduksi benih hibrida adalah memahamipengaturan nutrisi yang tepat terutamaterhadap fase kritis pembungaan. Fase-fase kritis yang dimaksud adalah antaralain meliputi:1. Pembentukan bunga (flower

formation)2. Kesempurnaan bagian-bagian bunga3. Fase pertumbuhan dan perubahan

pada bagian-bagian bunga4. Proses emaskulasi sumber bunga

jantan5. Kecukupan benangsari dalam jumlah

dan kualitas6. Kesiapan stigma menerima

benangsari7. Daya kecambah benangsari8. Proses fertilisasi dan pemasakannya9. Pemasakan buah dan biji

Pada tanaman tertentu dimana untukmemproduksi benihnya harus ditempuhdengan pemandulan sumber bungajantan (male sterility), atau penggunaanlebah madu sebagai penyerbuk(pollinator), adanya sistem selfincompatibility pada brassica, perlakuanvernalisasi, dan sebagainya; proses-prosestersebut mempunyai respon spesifikterhadap efektivitas nutrisi yang diberikan.

Pengaruh Nutrisi Penting terhadapProduksi dan Kualitas Benih

1. Pentingnya keseimbangan nutrisi bagiproduksi benihPada prinsipnya cara budidaya

tanaman untuk tujuan konsumsi dan untuktujuan produksi benih terdapatperbedaan yang mendasar terutamayang ditujukan untuk proses pembentukanbiji dan pemasakannya (seed formationand maturity). Fase pembentukan bunga,anthesis, produksi benang sari, fertilisasidan keberhasilannya; adalah fase-fasekritis yang sangat penting diperhatikansehubungan dengan kebutuhannya akan

hara tertentu selama produksi benih.Sebagai contoh, pentingnya ketersediaankalsium (Ca) pada saat pembentukanbuah tomat sangat ditentukan olehketepatan kadar P yang ada pada saatitu. Tingginya pemberian pupuk P untukmerang-sang pembungaan bila diberikanpada kadar Ca yang tinggi pula makaakan menekan ketersediaan Ca sehinggabanyak gejala buah tomat yangterserang busuk buah (blossom end rot)sampai hampir mencapai 40% sehinggaproduksi benih pun menjadi lebih rendah(Andayani, 1994 dalam Andayani 1999).

Serapan hara harian oleh tanamansangat bervariasi tergantung pada fasepertumbuhan-nya. Pada Tabel 1menunjukkan bahwa pada fasepemasakan buah tomat, unsur N masihdibutuhkan dalam jumlah cukup banyak,berbeda dengan P dan K yang mulaiberkurang pada periode pascapembungaan tandan ketiga yaitu umur64 76 hari setelah tanam.

Tabel 1. Perkiraan serapan hara harian olehtomat yang ditumbuhkan dengan sistemmedia pasir dan irigasi teknis (Bar Tosef, 1977dalam Andayani 1999 )

HST Serapan (mg/tanaman/hari)

N P K

2564 65 7 1036476 90 17 15576111 65 5 85

111180 105 6 85HST : Hari setelah tanam

Seperti halnya untuk produksi buahbahwa unsur-unsur N, P, dan K adalahunsur hara yang dibutuhkan juga selamaproduksi benih. Selain itu, Ca jugamerupakan unsur hara lain yang pentingterutama untuk proses fertilisasi(Marschner, 1986). Namun oleh karena Camempunyai reaksi antagonis dengan Pmaka dalam aplikasinya harusdiperhatikan juga tentang keseimbangandari keduanya secara tepat. Hasilpenelitian yang dilakukan oleh Andayani(1994) dalam Andayani (1999)

22

menunjukkan dosis relatif pupuk P dalambentuk P2O5 sebanyak 200% dari dosisyang diaplikasikan untuk produksi buahtomat dikombinasikan dengan 50% dosispupuk Ca adalah dosis kombinasi yangterbaik untuk produksi benih hibridatomat. Menurutnya pada keadaandimana kandungan P tinggi tersebutapabila dosis Ca diberikan tinggi jugamaka akan menurunkan produksi benihsampai 43% karena pada kandungan Pyang tinggi keterse-diaan Ca menjaditertekan dan mungkin disebabkan pulakarena sifat Ca sendiri yang immobile.

Unsur hara mikro yang selama inibelum terperhatikan, ternyata sangatpenting untuk produksi benih.Molybdenum (Mo) yang disemprotkansebagai pupuk daun dapatmenanggulangi turunnya produksi benih(Mengel dan Kirkby, 1987). KekuranganBoron (B) saat perkecambahanbenangsari pada saat fertilisasi (Pollentube growth) menurunkan jumlah bijibernas (Marschner, 1986). Keduanyaberpengaruh terhadap terhambatnyapembu-ngaan dan pembentukan biji.Terlebih lagi benih-benih yang diproduksipada kondisi kekurangan B mempunyaidaya tumbuh yang rendah dan banyakmenghasilkan kecambah yang tidaknormal.

Demikian pula dengan N yang selamaini dipahami untuk merangsangpertumbuhan vegetatif, ternyataberperan penting untuk pertumbuhangeneratif tanaman. Marschner (1986) jugamenyatakan bahwa kekurangan N padasaat pembungaan menyebabkanbanyak-nya bunga yang rontok sehinggajumlah buah yang diharapkan jugaberkurang dan secara simultanmengurangi produksi benih.

Jadi pemupukan berimbang denganmem-perhatikan waktu pemberian secarabertahap sesuai dengan fasepertumbuhan kritis suatu tanamandilengkapi dengan pupuk mikro yangpenting akan berpengaruh terhadapfertilisasi yang sempurna dan produksibenih akan lebih terkoreksi dengan baik.

2. Pengaruh Pemberian Pupuk Nitrogensecara Bertahap (Nitrogen Partitioning)terhadap Produksi BenihN selain berpengaruh terhadap

pertumbu-han vegetatif tanaman,ternyata berpengaruh pula terhadapkeseimbangan antara pertumbu-hanvegetatif dan generatif. Aplikasi dosispupuk N yang lebih tinggi pada saatpembentukan calon bunga tomat tandanketiga (kurang lebih umur 42 hari setelahtanam) berpengaruh nyata terhadapkenaikan berat kering buah dan benih(Andayani, 1995 dalam Andayani 1999).

Sebagaimana telah disebutkanbahwa kekurangan N pada saat aktifnyapembungaan menyebabkan banyakbunga yang rontok sehingga buah yangterbentuk juga sedikit dan produksi benihsecara simultan juga rendah. KandunganN yang dianalisa dari buah tomat umur60 80 hari setelah tanam, dipengaruhisecara nyata oleh pemberian N padaumur 42 hari yaitu ditandai denganmeningkatnya berat kering buah.Kemudian ini berpengaruh nyata pulaterhadap berat kering benih. Padaperlakuan aplikasi dosis N dua kali lipatlebih tinggi (pada standar 50% dosisaplikasi produksi buah) meningkatkanberat kering benih antara 15 20%. Tetapibila N tinggi itu diberikan pada awalpertumbuhan vegetatif dan diturun-kanpada saat aktifnya pembungaan makaberat kering benih turun secara drastissebanyak 38% (Andayani, 1997 dalamAndayani 1999). Hal itu ditandai denganmeningkatnya jumlah benih tidak bernasterutama dari tandan ketiga dimana saatpengisian biji (seed filling) kandungan Ndalam jumlah terbatas sehingga jumlahbenih hampa meningkat.

Dosis N yang berada pada level 50%dosis aplikasi produksi buah adalah baikuntuk produksi benih terutama apabiladialikasikan secara bertahap pada saataktifnya pembunga-an. Aplikasinya dilapangan, pemberian pupuk N secarabertahap tersebut sebagai pupuk susulan(top dressing) sebanyak 2-3 kali. Konversiserupa dapat dimungkinkan untuk

JURNAL PENELITIAN BIDANG ILMU PERTANIAN Volume 3, Nomor 1, April 200523

sayuran lain dengan prosespenetapannya yang serupa yaitu denganmempertimbangkan fase pertumbuhankritis tanaman dimana saat itu ketepatannutrisi lebih menentukan proses fisiologitanaman yang lebih baik.

3. Hubungan Kandungan Nitrogen dalamJaringan Tanaman terhadap KualitasBenihPada tanaman yang diperlakukan

dengan pemupukan P tinggi dan Nbertahap dimana mengutamakanpenambahan dosis pada saat aktifpembungaan menghasilkan benih yangberkualitas terbaik (5-6 g benih/tanaman).Ternyata, dosis N yang lebih tinggidiberikan pada saat kuncup bungatandan ketiga terbentuk (flower budformation) berpengaruh terhadapstimulasi kenaikan berat kering daunteratas (upper leaves dry weight)sehingga distribusi asimilat lebih tercukupibagi buah yang terbentuk saat itu.Kenaikan berat kering benih mempunyaikorelasi positif dengan kenaikan beratkering buah tomat, sehingga secarasimultan berat kering benihpunmeningkat.

Kemudian dari analisa lebih lanjut,benih yang mempunyai daya tumbuhtinggi (daya tumbuh dikategorikansebagai salah satu indikator kualitasbenih) ternyata kandungan N total dalambenih juga tinggi. Korelasi positif antarakandungan N dalam benih dengan dayatumbuhnya, dimana semakin tinggikandungan N semakin tinggi pula dayatumbuhnya.

Hasil penelitian Andayani (1998) dalamAndayani (1999) diperoleh bahwakenaikan kandungan N dalam benihsangat berperan ter-hadap pembentukanprotein benih. Kandungan protein terlarut(soluble protein) pada benih yang cepatberkecambah lebih tinggi dibanding-kanpada yang lambat berkecambah. Proteinterlarut tersebut diduga sebagai enzimprotein yang sangat dibutuhkan untukawal perkecam-bahan. Sedangkan padabenih yang lambat berkecambah

jumlahnya sangat terbatas (hanya kira-kira 20% nya). Jadi ketepatan pemberianhara N berperan penting dalampembentukan protein benih terutamauntuk enzim protein. Ditambahkan jugabahwa asam amino pada benih yangcepat berkecambah ternyata ada 3(tiga) macam asam amino yangterdeferensiasi dengan sangat jelassampai hari ketiga dan diduga sebagaiasparagin, glutamin dan provilin. Ketigaasam amino tersebut sangat berperanuntuk pembentukan klorofil daun yaituawal pembentukan plumula kecambah(Andayani, 1998 dalam Andayani, 1999).

Kesimpulan

1. Kualitas benih dapat ditingkatkanmelalui pengaturan nutrisi denganmemperhatikan terlebih dahulu statushara di dalam tanah dan jaringantanaman dengan cara pemberianyang berimbang baik unsur haramakro maupun mikro.

2. Aplikasinya di lapangan khusus untukproduksi benih dimana prosesemaskulasi, ekstraksi benangsari, danfertilisasinya adalah penentu kualitasbenih yang dihasil-kan maka padafase tersebut harus lebih mendapatperhatian dan mensyaratkankandungan hara (nutritional status)yang lebih prima.

3. Penelusuran kandungan unsur hara(nutritional status) dalam jaringantanaman pada fase pertumbuhantanaman tertentu secara bertahapmenunjukkan bahwa beberapa unsurtertentu akan mempunyai maknaspesifik berkaitan dengan prosespertumbuhannya.

24

Daftar Pustaka

Andayani, A., 1999. Pengaturan NutrisiUntuk Kualitas Benih Hibrida dalamPengembangan Sayuran. KertasKerja yang disampaikan padaSeminar Nasional Perbenihan UGMYogyakarta.

Copeland, L.O., 1976. Principles of SeedScience and Technology. BurgessPublishing Company, Minneapolis,Minnesota.

Marschner, H., 1986. Mineral Nutrition inHigher Plants. Academic Press Inc.Orlando, Florida

Mengel, K. dan E. A. Kirkby, 1987. Principlesof Plant Nutrition. International Potash

Institute. Worblaufen-Bern/Switzerland.

Mugnisjah, W.Q. dan A. Setiawan. 1995.Pengantar Produksi Benih. PT RajaGrafindo Persada, Jakarta.

Westerman, R.L., J.V. Baird, N.W.Christensen, P.E. Fixen dan D.A.Whitney, 1990. Soil Testing and PlantAnalysis. Third Edition. Soil ScienceSociety of America Inc. Madison,Wisconsin, USA.