Respon Fisiologi Dan Morfologi Tembakau Transgenik Pembawa Kandidat Gen Toleran Aluminium Terhadap Cekaman Aluminium
RESPON FISIOLOGI DAN MORFOLOGI TEMBAKAU TRANSGENIK
PEMBAWA KANDIDAT GEN TOLERAN ALUMINIUM
TERHADAP CEKAMAN ALUMINIUM
AHMAD ZULKIFLI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Respon Fisiologi dan
Morfologi Tembakau Transgenik Pembawa Kandidat Gen Toleran Aluminium
terhadap Cekaman Aluminium adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi
mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2015
Ahmad Zulkifli
NRP G353110091
RINGKASAN
Ahmad Zulkifli. Respon Fisiologi dan Morfologi Tembakau Transgenik Pembawa
Kandidat Gen Toleran Aluminium terhadap Cekaman Aluminium. Dibimbing
oleh MIFTAHUDIN dan YOHANA C. SULISTYANINGSIH.
Padi merupakan salah satu sumber makanan pokok yang saat ini banyak
ditanam di lahan marginal, seperti tanah masam, sebagai akibat konversi lahan
pertanian menjadi pemukiman dan industri. Penanaman padi pada tanah masam
terkendala dengan pH tanah yang rendah (pH 3.5-5) dan keracunan aluminium
(Al). Semakin asam pH tanah maka semakin tinggi kelarutan ion Al trivalen pada
tanah sehingga dapat menghambat pertumbuhan dan perkembangan serta
menurunkan produksi tanaman padi.
Keracunan Al dapat menghambat pembelahan sel, pemanjangan dan
perluasan sel akar. Pada periode cekaman Al yang lebih lama dapat menyebabkan
pertumbuhan akar terhambat, akar pendek, tebal dan menggulung sehingga
mengganggu penyerapan unsur hara baik makro maupun mikro. Beberapa
tanaman pertanian memiliki mekanisme toleransi terhadap cekaman Al.
Mekanisme toleransi terhadap cekaman Al tersebut dikendalikan secara genetik.
Pada gandum, mekanisme toleransi terhadap cekaman Al berupa sekresi asam
malat dan asam sitrat yang masing-masing dikendalikan oleh gen ALMT1 dan gen
MATE, serta mekanisme pengeluaran Al dari akar tanaman gandum yang
dikendalikan oleh gen Alt1. Pada padi sekresi asam sitrat dikendalikan oleh gen
OsFRDL4. Gen OsFRDL4 dan gen-gen lain yang responsif Al diregulasi oleh gen
ART1, yang ekspresinya tidak diinduksi oleh Al. Hal ini mengindikasikan bahwa
terdapat gen lain yang ekspresinya diinduksi oleh Al dan meregulasi gen ART1.
Gen B11 merupakan kandidat gen toleran Al yang diisolasi dari padi lokal
Indonesia var. Hawara Bunar. Gen B11 diharapkan dapat meningkatkan toleransi
tanaman padi terhadap cekaman Al pada tanah masam. Gen B11 perlu diverifikasi
melalui pendekatan fisiologi dan morfologi disamping pendekatan molekuler
untuk membuktikan apakah gen B11 merupakan gen yang benar-benar
bertanggung jawab dalam mekanisme toleransi terhadap cekaman Al. Pendekatan
fisiologi dan morfologi dapat dilakukan melalui pengamatan respon fisiologi dan
morfologi pada tanaman model seperti tembakau yang telah ditransformasi
dengan gen B11. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari respon fisiologi dan
morfologi dari tembakau transgenik yang mengoverekspresikan gen B11 terhadap
cekaman Al.
Cekaman Al diberikan untuk mengetahui respon fisiologi dan morfologi
tembakau transgenik pembawa gen B11. Kecambah tembakau transgenik yang
lolos seleksi antibiotik higromisin 50 µg/ml dan tembakau tipe liar ditanam pada
media 1/6 MS agar 0.5% (w/v) yang mengandung 0 (pH: 5.80±0.05), 0 (pH:
4.1±0.05), 300, dan 555 µM Al (pH: 4.00 ±0.05 setelah penambahan Al) selama
tujuh minggu untuk mengetahui respon morfologi berupa panjang akar, bobot
basah, dan bobot kering tembakau setelah cekaman. Untuk mengetahui pengaruh
cekaman Al terhadap ujung akar dan rambut akar dilakukan dengan cara
menanam biji tembakau transgenik dan tipe liarnya pada media 1/6 MS agar 0.5%
(w/v) yang mengandung 0 dan 50 µM Al selama 20 hari dan selanjutnya diamati
kerusakan ujung akar dan rambut akar dengan mikroskop cahaya dan Scanning
Electron Microscope (SEM). Respon fisiologi berupa peroksidasi lipid dan sekresi
asam organik dilakukan dengan cara menanam kecambah tembakau transgenik
yang lolos seleksi antibiotik higromisin dan tipe liarnya pada media MS cair
secara aseptik selama tiga minggu, selanjutnya diadaptasi dalam larutan yang
mengandung 500 µM CaCl2 pH 4.1±0.05 selama 24 jam. Setelah diadaptasi,
tembakau transgenik dan tipe liarnya dipindahkan ke dalam larutan yang
mengandung 300 µM Al dalam 500 µM CaCl2 pH 4.1±0.05 selama 24 jam.
Pengamatan peroksidasi lipid secara kualitatif dilakukan dengan cara
pewarnaan Schiff’s pada ujung akar, sedangkan pengamatan peroksidasi lipid
secara kuantitaif dilakukan dengan cara mengukur kandungan MDA pada ujung
akar dengan menggunakan spektofotometer. Sekresi asam organik akar tembakau
transgenik dan tipe liarnya diukur dengan menggunakan HPLC. Tembakau
transgenik dan tipe liarnya yang lolos seleksi antibiotik higromisisn juga ditanam
di tanah asam Podzolik Merah Kuning, Jasinga dan tanah Latosol Darmaga di
rumah kaca untuk mengetahui respon morfologi berupa tinggi tanaman, jumlah
daun, jumlah cabang buah, dan jumlah buah.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa tembakau transgenik yang dicekam Al
selama tujuh minggu memiliki akar yang lebih panjang dari pada tembakau tipe
liar. Selain itu bobot basah dan bobot kering biomasa tembakau transgenik lebih
tinggi dari pada tipe liarnya. Hasil analisis peroksidasi lipid menunjukkan nilai
MDA tembakau tipe liar yang lebih tinggi dibanding tembakau transgenik. Nilai
MDA yang tinggi pada ujung akar tembakau tipe liar mengindikasikan adanya
kerusakan membran sel pada ujung akar akibat cekaman oksidatif. Mekanisme
toleransi tembakau transgenik terhadap cekaman Al dimungkinkan berupa sekresi
asam sitrat dari akar, karena jumlah sekresi asam sitrat tembakau transgenik lima
kali lebih banyak daripada tembakau tipe liar, sedangkan jumlah sekresi asam
malat tembakau transgenik tidak berbeda nyata dengan tembakau tipe liar. Hasil
percobaan rumah kaca menunjukkan bahwa tinggi tanaman dan jumlah buah
tembakau transgenik berbeda nyata (P
PEMBAWA KANDIDAT GEN TOLERAN ALUMINIUM
TERHADAP CEKAMAN ALUMINIUM
AHMAD ZULKIFLI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Respon Fisiologi dan
Morfologi Tembakau Transgenik Pembawa Kandidat Gen Toleran Aluminium
terhadap Cekaman Aluminium adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi
mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2015
Ahmad Zulkifli
NRP G353110091
RINGKASAN
Ahmad Zulkifli. Respon Fisiologi dan Morfologi Tembakau Transgenik Pembawa
Kandidat Gen Toleran Aluminium terhadap Cekaman Aluminium. Dibimbing
oleh MIFTAHUDIN dan YOHANA C. SULISTYANINGSIH.
Padi merupakan salah satu sumber makanan pokok yang saat ini banyak
ditanam di lahan marginal, seperti tanah masam, sebagai akibat konversi lahan
pertanian menjadi pemukiman dan industri. Penanaman padi pada tanah masam
terkendala dengan pH tanah yang rendah (pH 3.5-5) dan keracunan aluminium
(Al). Semakin asam pH tanah maka semakin tinggi kelarutan ion Al trivalen pada
tanah sehingga dapat menghambat pertumbuhan dan perkembangan serta
menurunkan produksi tanaman padi.
Keracunan Al dapat menghambat pembelahan sel, pemanjangan dan
perluasan sel akar. Pada periode cekaman Al yang lebih lama dapat menyebabkan
pertumbuhan akar terhambat, akar pendek, tebal dan menggulung sehingga
mengganggu penyerapan unsur hara baik makro maupun mikro. Beberapa
tanaman pertanian memiliki mekanisme toleransi terhadap cekaman Al.
Mekanisme toleransi terhadap cekaman Al tersebut dikendalikan secara genetik.
Pada gandum, mekanisme toleransi terhadap cekaman Al berupa sekresi asam
malat dan asam sitrat yang masing-masing dikendalikan oleh gen ALMT1 dan gen
MATE, serta mekanisme pengeluaran Al dari akar tanaman gandum yang
dikendalikan oleh gen Alt1. Pada padi sekresi asam sitrat dikendalikan oleh gen
OsFRDL4. Gen OsFRDL4 dan gen-gen lain yang responsif Al diregulasi oleh gen
ART1, yang ekspresinya tidak diinduksi oleh Al. Hal ini mengindikasikan bahwa
terdapat gen lain yang ekspresinya diinduksi oleh Al dan meregulasi gen ART1.
Gen B11 merupakan kandidat gen toleran Al yang diisolasi dari padi lokal
Indonesia var. Hawara Bunar. Gen B11 diharapkan dapat meningkatkan toleransi
tanaman padi terhadap cekaman Al pada tanah masam. Gen B11 perlu diverifikasi
melalui pendekatan fisiologi dan morfologi disamping pendekatan molekuler
untuk membuktikan apakah gen B11 merupakan gen yang benar-benar
bertanggung jawab dalam mekanisme toleransi terhadap cekaman Al. Pendekatan
fisiologi dan morfologi dapat dilakukan melalui pengamatan respon fisiologi dan
morfologi pada tanaman model seperti tembakau yang telah ditransformasi
dengan gen B11. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari respon fisiologi dan
morfologi dari tembakau transgenik yang mengoverekspresikan gen B11 terhadap
cekaman Al.
Cekaman Al diberikan untuk mengetahui respon fisiologi dan morfologi
tembakau transgenik pembawa gen B11. Kecambah tembakau transgenik yang
lolos seleksi antibiotik higromisin 50 µg/ml dan tembakau tipe liar ditanam pada
media 1/6 MS agar 0.5% (w/v) yang mengandung 0 (pH: 5.80±0.05), 0 (pH:
4.1±0.05), 300, dan 555 µM Al (pH: 4.00 ±0.05 setelah penambahan Al) selama
tujuh minggu untuk mengetahui respon morfologi berupa panjang akar, bobot
basah, dan bobot kering tembakau setelah cekaman. Untuk mengetahui pengaruh
cekaman Al terhadap ujung akar dan rambut akar dilakukan dengan cara
menanam biji tembakau transgenik dan tipe liarnya pada media 1/6 MS agar 0.5%
(w/v) yang mengandung 0 dan 50 µM Al selama 20 hari dan selanjutnya diamati
kerusakan ujung akar dan rambut akar dengan mikroskop cahaya dan Scanning
Electron Microscope (SEM). Respon fisiologi berupa peroksidasi lipid dan sekresi
asam organik dilakukan dengan cara menanam kecambah tembakau transgenik
yang lolos seleksi antibiotik higromisin dan tipe liarnya pada media MS cair
secara aseptik selama tiga minggu, selanjutnya diadaptasi dalam larutan yang
mengandung 500 µM CaCl2 pH 4.1±0.05 selama 24 jam. Setelah diadaptasi,
tembakau transgenik dan tipe liarnya dipindahkan ke dalam larutan yang
mengandung 300 µM Al dalam 500 µM CaCl2 pH 4.1±0.05 selama 24 jam.
Pengamatan peroksidasi lipid secara kualitatif dilakukan dengan cara
pewarnaan Schiff’s pada ujung akar, sedangkan pengamatan peroksidasi lipid
secara kuantitaif dilakukan dengan cara mengukur kandungan MDA pada ujung
akar dengan menggunakan spektofotometer. Sekresi asam organik akar tembakau
transgenik dan tipe liarnya diukur dengan menggunakan HPLC. Tembakau
transgenik dan tipe liarnya yang lolos seleksi antibiotik higromisisn juga ditanam
di tanah asam Podzolik Merah Kuning, Jasinga dan tanah Latosol Darmaga di
rumah kaca untuk mengetahui respon morfologi berupa tinggi tanaman, jumlah
daun, jumlah cabang buah, dan jumlah buah.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa tembakau transgenik yang dicekam Al
selama tujuh minggu memiliki akar yang lebih panjang dari pada tembakau tipe
liar. Selain itu bobot basah dan bobot kering biomasa tembakau transgenik lebih
tinggi dari pada tipe liarnya. Hasil analisis peroksidasi lipid menunjukkan nilai
MDA tembakau tipe liar yang lebih tinggi dibanding tembakau transgenik. Nilai
MDA yang tinggi pada ujung akar tembakau tipe liar mengindikasikan adanya
kerusakan membran sel pada ujung akar akibat cekaman oksidatif. Mekanisme
toleransi tembakau transgenik terhadap cekaman Al dimungkinkan berupa sekresi
asam sitrat dari akar, karena jumlah sekresi asam sitrat tembakau transgenik lima
kali lebih banyak daripada tembakau tipe liar, sedangkan jumlah sekresi asam
malat tembakau transgenik tidak berbeda nyata dengan tembakau tipe liar. Hasil
percobaan rumah kaca menunjukkan bahwa tinggi tanaman dan jumlah buah
tembakau transgenik berbeda nyata (P