Deteksi Vigor Biokimiawi dan Vigor Fisiologi untuk Fenomena Pemulihan Vigor pada Tingkat Awal Deteriorasi dan Devigorasi Benih Kedelai (Glycine max (.L) Merr.) melalui Proses Invigorasi
DETEKSI VIGOR BlOKlMlAWl DAN VIGOR FlSlOLOGl
UNTUK FENOMENA PEMULIHAN VIGOR PADA TINGKAT AWAL
DETERIORASI DAN DEVIGORASI BENlH KEDELAI
(Glycine max (L.) Merr.) MELALCll PROSES INVIGORASI'
Oleh
ENY WlDAJATl
AGR. 93510
PROGRAM PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
1999
DAFTAR SINGKATAN
ATP
= Adenosine
triphosphate
D
= Nilai
Dl3
= Daya Berkecambah
DMRT
= Duncan Multiple Range Test
DNA
= Deoxyribonucleic acid
GDH
= Glutamat dehidrogenase
KCT
= Kecepatan Turnbuh
KST
= ~ e s e r e m ~ a k Tumbuh
an
MDH
= Malat
dehidrogenase
MPC
= Mesin
Pengusang Cepat
PK-r
= Periode
Konservasi sebelurn tanam
PKs
= Periode
Konservasi sebelum simpan
UKDdp
= Uji
VDS
= Vigor
vg
= Vigor
VKT
= Vigor
vgbiok
= Vigor Biokimiawi
Delta
Kertas Digulung didirikan dalam plastik
Daya Simpan
Kekuatan Tumbuh
~gfiriol
= Vigor
VP
vss
= Viabilitas Potensial
= Vigor
Fisiologi
Sesungguhnya
RINGKASAN
ENY WIDAJATI. Deteksi Vigor Biokimiawi dan Vigor Fisiologi untuk Fenomena
Pemulihan Vigor Pada Tingkat Awal Deteriorasi dan Devigorasi Benih Kedelai
(Glycine max (L.) Merr.) Melalui Proses Invigorasi. (Di bawah bimbingan
SJAMSOE'OED SADJAD sebagai ketua,
M.S. SAENI,
MAGGY T.
SUHARTONO, SATRlYAS ILYAS dan BAMBANG S. PURWOKO masingmasing sebagai anggota)
Tujuan penelitian adalah mempelajari proses deteriorasi
dan
devigorasi
yang ditengarai oleh asam fitat, P teresterifikasi oleh mitokondria, aktivitas enzim
fitase, aktivitas enzim peroksidase
di dalarn benih kedelai yang memungkinkan
untuk dijadikan indikator vigor biokimiawi maupun DB dan KSTsebagai indikator
mutu fisiologi.
Tujuan lainnya adalah mempelajari tingkat pulih vigor sebagai
kriteria analisis benih dalam variasi benih yang mengalami deteriorasi dan
devigorasi. Penelitian ini juga bertujuan untuk mempelajari mekanisme invigorasi
pada lot benih yang pulih vigor dengan indikasi fisiologi dan indikasi biokimiawi.
Penelitian ini juga bertujuan untuk mempelajari aplikasi fenomena invigorasi pada
lot-lot benih yang diduga sudah mundur namun masih dalam batasan pulih vigor,
sehingga dapat ditentukan apakah lot benih tersebut dapat digunakan untuk tujuan
blending.
Benih yang digunakan adalah benih kedelai varietas Wilis. Penelitian terdiri
dari dua seri yaitu ; 1) Studi kriteria analisis vigor benih dengan mekanisme pulih
vigor d m 2) Pemanfaatan invigorasi untuk deteksi tingkat pulih vigor.
Penelitian
pertarna mempelajari mekanisme pulih vigor, hubungan antara parameter vigor
fisiologi dan biokimiawi sebagai indikasi pulih vigor dan konsumsi energi selarna
perkecambahan. Penelitian kedua mempelajari aplikasi pulih vigor untuk kriteria
analisis vigor b e ~ dan
h aplikasi pulih vigor dalam seed blending. Proses invigorasi
dapat diindikasikan
oleh parameter
~,f'r'o'dan ~,b'"'.Invigorasi
diindikasikan
dengan meningkatnya tolok ukur DB, KST, aktivitas enzim peroksidase, aktivitas
enzim fitase, jurnlah P teresterifikasi dan menurunnya asam fitat benih. Berdasarkan
tolok ukur tersebut lot benih yang memiliki DB lebih tinggi dari 92 % dan lebih
rendah dari 77 % mengalami proses invigorasi sangat kecil. Proses invigorasi yang
besar terjadi pada lot benih dengan kisaran DB 77-92%, pada kisaran tersebut
perlakuan osmotic priming PEG 6000 dapat meningkatkan DB sampai 14%. Proses
invigorasi juga ditunjukkan
oleh meningkatnya ketebalan
pita protein pada
elektroforesis benih yang diberi perlakuan osmotic priming PEG 6000 maupun
KH2P04.
Tolok ukur DB, KST, aktivitas enzim peroksidase, asam fitat dan P
teresterifikasi
dapat digunakan untuk
maupun devigorasi.
deteksi ragam viabilitas benih deteriorasi
Aktivitas enzim peroksidase, P teresterifikasi, DB dan KST
menurun sejalan dengan meningkatnya proses deteriorasi dan devigorasi. Pada benih
yang mengalami deteriorasi dan devigorasi lanjut menunjukkan kandungan asam
fitat tetap tinggi.
Diternukan adanya korelasi yang tinggi antara
v,~~
dengan
' ~ ' v,b'ok,kecuali
pada tolok ukur P teresterifikasi pada beberapa taraf deteriorasi. Aktivitas enzim
peroksidase dan P teresterifikasi memiliki korelasi positif dengan tolok ukur DB dan
KST, sedangkan asam fitat memiliki korelasi negatif dengan kedua tolok ukur
tersebut.
Tingkat pulih vigor dapat digunakan untuk kriteria analisis benih vigor tinggi
dan sedang. Berdasarkan tolok ukur DB, KST,aktivitas enzim peroksidase dan asam
fitat, lot benih vigor tinggi memiliki DB lebih tinggi dari 93 % dan lot benih vigor
sedang memiliki kisaran DB 78 - 92 %.
Pada simulasi kondisi sub optimum
berdasarkan tolok ukur KST lot benih yang digunakan pada penelitian ini termasuk
kriteria vigor sedang.
Tingkat pulih vigor dapat digunakan untuk deteksi viabilitas blended seed lot
dengan tolok ukur asam fitat dan KST. Blending antara benih vigor tinggi dan vigor
sedang dapat &lakukan. Untuk benih v i g o ~tinggi (DB sekitar 95 %) clan benih vigor
sedang (DB sekitar 80 %) batas rasio blending yang dapat diterima adalah 85%: 15%;
80%:20% dan 75%:25%.
SUMMARY
ENY WIDAJATI. Biochemical and Physiological Vigor Detection for Vigor
Recovery in Early Deterioration and Devigoration of Soybean Seed (Glycine m a x
(L.)
Merr)
through
SJAMSOE'OED
the
Invigoration
SADJAD
as
Mechanism.
chairman,
M.S.
(Under
supervision
of
SAENI,
MAGGY
T.
SUHARTONO, SATRIYAS ILYAS and BAMBANG S. PUWOKO as members
of advisory committe).
The objectives of the experiment
were to study the mechanism of
deterioration and devigoration indicated by phosphorous metabolism; to obtain the
analysis criteria of seed viability; and to obtain the optimum ratio of blended seed.
The experiments were conducted at Seed Science and Technology Laboratory, Plant
Molecular and Cellular Biology
Laboratory of IUC for Biotechnology, Bogor
Agricultural University from January 1997 to October 1998.
Wilis was the cultivar
used throughout the experiment. The experiments
consisted of 1) study of seed vigor criteria based on vigor recovery mechanism and
2) application of invigoration to detect level of vigor recovery. The first step of this
experiment was conducted to study vigor recovery mechanism; and relationship
between the physiological and biochemical parameters as vigor recovery indicators
and the energy consumption during seed germination. The second step of this
experiment was conducted to study vigor recovery application for seed vigor criteria
and to detect vigor recovery in relation to seed blending.
The germination capacity, uniformity of seedling growth, activity of
peroxidase and phytic acid content were found as parameters capable of detecting
seed viability of deteriorated or devigorated seed lots. Invigoration was indicated by
increase in germination capacity,
uniformity of seedling growth and activity of
peroxidase, and decrease in phytic acid content. Vigor recovery level could be used
to analyze seed viability.
Seed lots with germination capacity higher than 92 %
or less than 77 % showed insignificant vigor recovery. The highest vigor recovery
level of 14% germination capacity was obtained by the medium seed lot (77-92 %
germination capacity). Mechanism of seed invigoration was detected by increase in
thickness of protein band in SDS-PAGE analysis of protein extracted from cotyledon
of 4 day old seedling.
There was high correlation between physiological and biochemical vigor
parameters. The activity of peroxidase and esterified P showed positive correlation
with
gemination capacity and uniformity of seedling growth, while phytic acid
content showed negative correlation.
Vigor recovery could be used as criteria for vigor analysis. Based on analysis
of germination capacity, uniformity of seedling growth, phytic acid content, activity
of peroxidase and esterifed P, high vigor seed lot was determined for those showing
germination capacity higher than 93 %, while such level for medium vigor seed lot
ranged from 78-92%.
Vigor recovery could be used to detect the optimum ratio for blended seed.
The accepted blending ratios for high vigor (95 % germination) and medium vigor
seed lots (80 % germination) were 85%:15%; 80%:20% and 75%:25% based on
phytic acid content and uniformity of seedling growth.
DETEKSI VIGOR BlOKlMlAWl DAN VIGOR FtSlOLOGl
UNTUK FENOMENA PEMULIHAN VIGOR PADA TINGKAT AWAL
DETERlORASl DAN DEVlGORASl BENlH KEDELAI
(Glycine max (L.)Merr.) MELALUI PROSES INVlGORASl
Oleh :
ENY WIDAJATI
AGR 93510
Disertasi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh
gelar Doktor dalam Ilmu-ilmu Pertanian
pada
Program Pascasarjana lnstitut Pertanian Bogor
PROGRAM PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
1999
.6
C
UNTUK FENOMENA PEMULIHAN VIGOR PADA TINGKAT AWAL
DETERIORASI DAN DEVIGORASI BENlH KEDELAI
(Glycine max (L.) Merr.) MELALCll PROSES INVIGORASI'
Oleh
ENY WlDAJATl
AGR. 93510
PROGRAM PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
1999
DAFTAR SINGKATAN
ATP
= Adenosine
triphosphate
D
= Nilai
Dl3
= Daya Berkecambah
DMRT
= Duncan Multiple Range Test
DNA
= Deoxyribonucleic acid
GDH
= Glutamat dehidrogenase
KCT
= Kecepatan Turnbuh
KST
= ~ e s e r e m ~ a k Tumbuh
an
MDH
= Malat
dehidrogenase
MPC
= Mesin
Pengusang Cepat
PK-r
= Periode
Konservasi sebelurn tanam
PKs
= Periode
Konservasi sebelum simpan
UKDdp
= Uji
VDS
= Vigor
vg
= Vigor
VKT
= Vigor
vgbiok
= Vigor Biokimiawi
Delta
Kertas Digulung didirikan dalam plastik
Daya Simpan
Kekuatan Tumbuh
~gfiriol
= Vigor
VP
vss
= Viabilitas Potensial
= Vigor
Fisiologi
Sesungguhnya
RINGKASAN
ENY WIDAJATI. Deteksi Vigor Biokimiawi dan Vigor Fisiologi untuk Fenomena
Pemulihan Vigor Pada Tingkat Awal Deteriorasi dan Devigorasi Benih Kedelai
(Glycine max (L.) Merr.) Melalui Proses Invigorasi. (Di bawah bimbingan
SJAMSOE'OED SADJAD sebagai ketua,
M.S. SAENI,
MAGGY T.
SUHARTONO, SATRlYAS ILYAS dan BAMBANG S. PURWOKO masingmasing sebagai anggota)
Tujuan penelitian adalah mempelajari proses deteriorasi
dan
devigorasi
yang ditengarai oleh asam fitat, P teresterifikasi oleh mitokondria, aktivitas enzim
fitase, aktivitas enzim peroksidase
di dalarn benih kedelai yang memungkinkan
untuk dijadikan indikator vigor biokimiawi maupun DB dan KSTsebagai indikator
mutu fisiologi.
Tujuan lainnya adalah mempelajari tingkat pulih vigor sebagai
kriteria analisis benih dalam variasi benih yang mengalami deteriorasi dan
devigorasi. Penelitian ini juga bertujuan untuk mempelajari mekanisme invigorasi
pada lot benih yang pulih vigor dengan indikasi fisiologi dan indikasi biokimiawi.
Penelitian ini juga bertujuan untuk mempelajari aplikasi fenomena invigorasi pada
lot-lot benih yang diduga sudah mundur namun masih dalam batasan pulih vigor,
sehingga dapat ditentukan apakah lot benih tersebut dapat digunakan untuk tujuan
blending.
Benih yang digunakan adalah benih kedelai varietas Wilis. Penelitian terdiri
dari dua seri yaitu ; 1) Studi kriteria analisis vigor benih dengan mekanisme pulih
vigor d m 2) Pemanfaatan invigorasi untuk deteksi tingkat pulih vigor.
Penelitian
pertarna mempelajari mekanisme pulih vigor, hubungan antara parameter vigor
fisiologi dan biokimiawi sebagai indikasi pulih vigor dan konsumsi energi selarna
perkecambahan. Penelitian kedua mempelajari aplikasi pulih vigor untuk kriteria
analisis vigor b e ~ dan
h aplikasi pulih vigor dalam seed blending. Proses invigorasi
dapat diindikasikan
oleh parameter
~,f'r'o'dan ~,b'"'.Invigorasi
diindikasikan
dengan meningkatnya tolok ukur DB, KST, aktivitas enzim peroksidase, aktivitas
enzim fitase, jurnlah P teresterifikasi dan menurunnya asam fitat benih. Berdasarkan
tolok ukur tersebut lot benih yang memiliki DB lebih tinggi dari 92 % dan lebih
rendah dari 77 % mengalami proses invigorasi sangat kecil. Proses invigorasi yang
besar terjadi pada lot benih dengan kisaran DB 77-92%, pada kisaran tersebut
perlakuan osmotic priming PEG 6000 dapat meningkatkan DB sampai 14%. Proses
invigorasi juga ditunjukkan
oleh meningkatnya ketebalan
pita protein pada
elektroforesis benih yang diberi perlakuan osmotic priming PEG 6000 maupun
KH2P04.
Tolok ukur DB, KST, aktivitas enzim peroksidase, asam fitat dan P
teresterifikasi
dapat digunakan untuk
maupun devigorasi.
deteksi ragam viabilitas benih deteriorasi
Aktivitas enzim peroksidase, P teresterifikasi, DB dan KST
menurun sejalan dengan meningkatnya proses deteriorasi dan devigorasi. Pada benih
yang mengalami deteriorasi dan devigorasi lanjut menunjukkan kandungan asam
fitat tetap tinggi.
Diternukan adanya korelasi yang tinggi antara
v,~~
dengan
' ~ ' v,b'ok,kecuali
pada tolok ukur P teresterifikasi pada beberapa taraf deteriorasi. Aktivitas enzim
peroksidase dan P teresterifikasi memiliki korelasi positif dengan tolok ukur DB dan
KST, sedangkan asam fitat memiliki korelasi negatif dengan kedua tolok ukur
tersebut.
Tingkat pulih vigor dapat digunakan untuk kriteria analisis benih vigor tinggi
dan sedang. Berdasarkan tolok ukur DB, KST,aktivitas enzim peroksidase dan asam
fitat, lot benih vigor tinggi memiliki DB lebih tinggi dari 93 % dan lot benih vigor
sedang memiliki kisaran DB 78 - 92 %.
Pada simulasi kondisi sub optimum
berdasarkan tolok ukur KST lot benih yang digunakan pada penelitian ini termasuk
kriteria vigor sedang.
Tingkat pulih vigor dapat digunakan untuk deteksi viabilitas blended seed lot
dengan tolok ukur asam fitat dan KST. Blending antara benih vigor tinggi dan vigor
sedang dapat &lakukan. Untuk benih v i g o ~tinggi (DB sekitar 95 %) clan benih vigor
sedang (DB sekitar 80 %) batas rasio blending yang dapat diterima adalah 85%: 15%;
80%:20% dan 75%:25%.
SUMMARY
ENY WIDAJATI. Biochemical and Physiological Vigor Detection for Vigor
Recovery in Early Deterioration and Devigoration of Soybean Seed (Glycine m a x
(L.)
Merr)
through
SJAMSOE'OED
the
Invigoration
SADJAD
as
Mechanism.
chairman,
M.S.
(Under
supervision
of
SAENI,
MAGGY
T.
SUHARTONO, SATRIYAS ILYAS and BAMBANG S. PUWOKO as members
of advisory committe).
The objectives of the experiment
were to study the mechanism of
deterioration and devigoration indicated by phosphorous metabolism; to obtain the
analysis criteria of seed viability; and to obtain the optimum ratio of blended seed.
The experiments were conducted at Seed Science and Technology Laboratory, Plant
Molecular and Cellular Biology
Laboratory of IUC for Biotechnology, Bogor
Agricultural University from January 1997 to October 1998.
Wilis was the cultivar
used throughout the experiment. The experiments
consisted of 1) study of seed vigor criteria based on vigor recovery mechanism and
2) application of invigoration to detect level of vigor recovery. The first step of this
experiment was conducted to study vigor recovery mechanism; and relationship
between the physiological and biochemical parameters as vigor recovery indicators
and the energy consumption during seed germination. The second step of this
experiment was conducted to study vigor recovery application for seed vigor criteria
and to detect vigor recovery in relation to seed blending.
The germination capacity, uniformity of seedling growth, activity of
peroxidase and phytic acid content were found as parameters capable of detecting
seed viability of deteriorated or devigorated seed lots. Invigoration was indicated by
increase in germination capacity,
uniformity of seedling growth and activity of
peroxidase, and decrease in phytic acid content. Vigor recovery level could be used
to analyze seed viability.
Seed lots with germination capacity higher than 92 %
or less than 77 % showed insignificant vigor recovery. The highest vigor recovery
level of 14% germination capacity was obtained by the medium seed lot (77-92 %
germination capacity). Mechanism of seed invigoration was detected by increase in
thickness of protein band in SDS-PAGE analysis of protein extracted from cotyledon
of 4 day old seedling.
There was high correlation between physiological and biochemical vigor
parameters. The activity of peroxidase and esterified P showed positive correlation
with
gemination capacity and uniformity of seedling growth, while phytic acid
content showed negative correlation.
Vigor recovery could be used as criteria for vigor analysis. Based on analysis
of germination capacity, uniformity of seedling growth, phytic acid content, activity
of peroxidase and esterifed P, high vigor seed lot was determined for those showing
germination capacity higher than 93 %, while such level for medium vigor seed lot
ranged from 78-92%.
Vigor recovery could be used to detect the optimum ratio for blended seed.
The accepted blending ratios for high vigor (95 % germination) and medium vigor
seed lots (80 % germination) were 85%:15%; 80%:20% and 75%:25% based on
phytic acid content and uniformity of seedling growth.
DETEKSI VIGOR BlOKlMlAWl DAN VIGOR FtSlOLOGl
UNTUK FENOMENA PEMULIHAN VIGOR PADA TINGKAT AWAL
DETERlORASl DAN DEVlGORASl BENlH KEDELAI
(Glycine max (L.)Merr.) MELALUI PROSES INVlGORASl
Oleh :
ENY WIDAJATI
AGR 93510
Disertasi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh
gelar Doktor dalam Ilmu-ilmu Pertanian
pada
Program Pascasarjana lnstitut Pertanian Bogor
PROGRAM PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
1999
.6
C