0.3 0.5 0.2 0.2 0.3 0.2 0.3 0.4 Mekanisme fisiologi dan pewarisan sifat toleransi kedelai (Glycine max (L) Merrill) terhadap intensitas cahaya rendah

Perbedaan aktivitas enzim rubisco pada enam kultivar kedelai yang ditumbuhkan pada intensitas cahaya berbeda juga dilaporkan oleh Holbrook et al. 1994; dalam intensitas cahaya rendah, aktivitas enzim rubisco pada kultivar toleran lebih tinggi dibandingkan dengan kultivar peka. Aktivitas enzim rubisco yang tinggi pada genotipe toleran diduga disebabkan karena genotipe toleran memiliki laju transpor elektron yang lebih tinggi Tabel 9 sehingga dapat dihasilkan energi ATP dan NADPH yang lebih banyak. Ketersediaan energi ATP dan NADPH yang banyak memungkinkan regenerasi RuBP yang merupakan substrat enzim rubisco Taiz dan Zeiger 2002, Hopkins dan Hüner 2004 lebih cepat. Transpor elektron yang tinggi pada genotipe toleran dapat berlangsung karena didukung oleh kandungan klorofil terutama klorofil b Tabel 4 lebih tinggi yang berasosiasi dengan protein pemanen cahaya untuk membentuk kompleks antena size yang lebih tinggi. Kandungan klorofil b yang tinggi dimungkinkan karena genotipe toleran memiliki volume stack grana yang lebih besar Khumaida 2002, Tyas 2006, Sopandie 2006.

0.0 0.1

0.2 0.3

0.4 0.5

0.6 0.7

Intensitas Cahaya 100 Intensitas Cahaya 50 Aktivitas Rubisco nMg Ceneng Godek Gambar 19 Aktivitas enzim rubisco pada genotipe toleran Ceneng dan genotipe peka Godek dalam intensitas cahaya 100 dan 50; Gambar dalam intensitas cahaya yang sama dengan huruf sama tidak berbeda nyata menurut uji t 95; Angka dalam kurung = persentase terhadap kontrol intensitas cahaya 100 Aktivitas enzim rubisco juga dipengaruhi intensitas cahaya melalui Malkin dan Niyogi 2000: 1 peningkatan pH stroma kloroplas dari sekitar 7 menjadi 8 karena adanya pengangkutan H + yang didorong oleh cahaya dari stroma 79 62 a b a a menuju saluran tilakoid; aktivitas enzim rubisco lebih tinggi pada pH 8, 2 pengangkutan Mg 2+ dari saluran tilakoid menuju stroma mengikuti perubahan pH; ini penting karena enzim rubisco memerlukan Mg 2+ untuk melaksanakan aktivitasnya secara maksimum. Berdasarkan penjelasan di atas dapat diduga bahwa dalam intensitas cahaya rendah, aktivitas enzim rubisco yang tinggi pada genotipe toleran Ceneng disebabkan genotipe tersebut dapat menangkap cahaya yang cukup tinggi sehingga memungkinkan pencapaian kondisi pH yang sesuai untuk mendorong pengangkutan Mg 2+ ke stroma sehingga aktivitas enzim rubisco meningkat. Regenerasi RuBP sebagai substrat enzim rubisco lebih cepat pada keadaan terang daripada keadaan gelap, karena aktivitas daur Calvin untuk regene rasi RuBP membutuhkan ATP dan NADPH; keduanya merupakan produk yang bergantung pada cahaya Taiz dan Zeiger 2002, Hopkins dan Hüner 2004. Dengan demikian, dapat diduga bahwa dalam intensitas cahaya rendah, aktivitas enzim rubisco yang tinggi pada genotipe toleran Ceneng disebabkan genotipe tersebut dapat menangkap cahaya yang cukup tinggi sehingga memungkinkan tingginya aktivitas daur Calvin. Daur Calvin yang tinggi memungkinkan laju regenerasi RuBP yang tinggi sehingga penyediaan substrat bagi aktivitas enzim rubisco juga lebih tinggi. Aktivitas enzim rubisco juga dipengaruhi oleh enzim rubisco aktivase yang berfungsi untuk mengaktifkan enzim rubisco. Khumaida et al. 2002 dalam studi molekulernya telah membuktikan bahwa pada tanaman kedelai toleran naungan terdapat korelasi yang positif antara ekspresi gen rbcL yang mengkode enzim rubisco dengan rca yang mengkode enzim rubisco activase. Ini berarti, dalam intensitas cahaya rendah genotipe toleran Ceneng memiliki rca yang lebih tinggi sehingga memungkinkan aktivitas enzim rubisco yang lebih tinggi pula. Peranan enzim rubisco sangat vital, mengkatalisis pembentukan 3-PGA dari CO 2 dan RuBP dalam siklus Calvin fotosinteis. Karena itu, daun kedelai yang memiliki aktivitas enzim rubis co rendah akan menyebabkan terhambatnya proses fotosintesis June et al. 2004 sehingga produk atau bagian yang akan dipanen menjadi rendah. Sebaliknya, kedelai dengan aktivitas enzim rubisco yang tinggi akan meningkatkan laju fotosintesis sehingga produk atau bagian yang akan dipanen lebih tinggi. Aktivitas enzim rubisco baik pada Ceneng maupun Godek berubah-ubah mengikuti perubahan intensitas cahaya periode singkat Gambar 20. Tetapi, tampak pada Gambar tersebut bahwa pada semua kondisi pencahayaan, aktivitas enzim rubisco dalam genotipe toleran Ceneng lebih tinggi dibanding genotipe peka Godek. Hal ini menunjukkan bahwa regulasi aktivitas enzim rubisco pada berbagai kondisi intensitas cahaya dalam genotipe toleran dapat dipertahankan pada level yang lebih tinggi. Sejalan dengan hasil penelitian ini, Sassenrath-Cole dan Pearcy 1994 menjelaskan bahwa aktivitas enzim rubisco sangat tergantung pada cahaya, meningkat sangat cepat apabila dipindahkan dari intensitas cahaya rendah ke intensitas cahaya tinggi. Sebaliknya, aktivitas enzim rubisco mengalami penurunan yang sangat lambat apabila dipindahkan dari intensitas cahaya tinggi ke intensitas cahaya rendah. Hasil yang sama juga dilaporkan oleh Jufri 2006.

0.0 0.1

0.1 0.2

0.2 0.3

0.3 L0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 Aktivitas rubisco mMg Ceneng Godek Gambar 20 Aktivitas enzim rubisco pada genotipe toleran Ceneng dan genotipe peka Godek dalam berbagai intensitas cahaya periode singkat; Angka dalam kurung merupakan persentase dibulatkan terhadap kontrol L 2 ; L0 = 5 hari cahaya 0; L 1 = 5 hari cahaya 50, L 2 = 5 hari cahaya 100, L 3 = 5 hari cahaya 100 + 3 hari cahaya 50 ; L 4 = 3 hari cahaya 100+ 3 hari cahaya 50 + 2 hari cahaya 100; L 5 =3 hari cahaya 50 + 2 hari cahaya 100 + 3 hari cahaya 0; L 6 = 2 hari cahaya 100 + 2 hari cahaya 0 + 2 hari cahaya 100; L 7 = 2 hari cahaya 0 + 2 hari caha ya 100 + 2 hari cahaya 0 77 79 136 114 91 86 127 107 100 93 86 79 82 79 Aktivitas Enzim Sucrose Phosphate Synthase SPS Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada intensitas cahaya 100, Ceneng memiliki aktivitas SPS yang lebih tinggi meskipun tidak berbeda nyata dengan Godek. Pada intensitas cahaya 50, aktivitas SPS pada Ceneng lebih tinggi dan berbeda nyata dengan Godek Gambar 21. Pada intensitas cahaya 50 aktivitas SPS berkurang, yang berarti bahwa pada intensitas cahaya rendah, aktivitas SPS menurun. Hasil yang sama juga ditemukan oleh Cheikh dan Brenner 1992, yang diduga berhubungan dengan rendahnya substrat hasil fotosintesis karena pada intensitas cahaya rendah laju fotosintesis rendah. Vivekanandan 1997 juga menyebutkan bahwa aktivitas SPS ditingkatkan oleh adanya cahaya, sebaliknya akan menurun jika kekurangan cahaya. Aktivitas SPS pada genotipe toleran masih mencapai 73 kontrol sedangkan genotipe peka hanya mencapai 42 kontrol. Perbedaan ini disebabkan karena dalam kondisi intensitas cahaya rendah, genotipe toleran masih memiliki kemampuan yang lebih tinggi dalam melakukan proses fotosintesis dibanding genotipe peka. Laju fotosintesis yang tinggi memungkinkan akumulasi substrat sehingga aktivitas SPS lebih tinggi. Adanya hubungan antara aktivitas SPS dengan laju fotosintensis sejalan dengan penelitian Laut et al. 2000 pada padi gogo.

0.0 0.1

0.1 0.2

0.2 0.3

0.3 0.4

Intensitas Cahaya 100 Intensitas Cahaya 50 Aktivitas SPS mMg Ceneng Godek Gambar 21 Aktivitas enzim SPS pada genotipe toleran Ceneng dan genotipe peka Godek dalam intensitas cahaya 100 dan 50; Gambar dalam intensitas cahaya yang sama dengan huruf sama tidak berbeda nyata menurut uji t 95; Angka dalam kurung = persentase terhadap kontrol intensitas cahaya 100 a a a b 73 42

0.0 0.1

0.1 0.2

0.2 0.3

0.3 0.4

L0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 Aktivitas SPS nmolg bb Ceneng Godek Gambar 22 Aktivitas enzim SPS pada genotipe toleran Ceneng dan genotipe peka Godek dalam berbagai intensitas cahaya periode singkat; Angka dalam kurung merupakan persentase dibulatkan terhadap kontrol L 2 ; L = 5 hari cahaya 0; L 1 = 5 hari cahaya 50, L 2 = 5 hari cahaya 100, L 3 = 5 hari cahaya 100 + 3 hari cahaya 50 ; L 4 = 3 hari cahaya 100+ 3 hari cahaya 50 + 2 hari cahaya 100; L 5 =3 hari cahaya 50 + 2 hari cahaya 100 + 3 hari cahaya 0; L 6 = 2 hari cahaya 100 + 2 hari cahaya 0 + 2 hari cahaya 100; L 7 = 2 hari cahaya 0 + 2 hari cahaya 100 + 2 hari cahaya 0 Pada berbagai kondisi intensitas cahaya periode singkat, aktivitas SPS juga ikut berubah Gambar 22 ; suatu fenomena bahwa aktivitas SPS diinduksi oleh cahaya seperti yang dijelaskan oleh Vivekanandan 1997. Tampak pada Gambar tersebut bahwa genotipe toleran Ceneng dapat mempertahankan aktivitas SPS pada level yang lebih tinggi dibandingkan dengan genotipe peka Godek. Jadi, genotipe toleran Ceneng lebih mampu mempertahankan aktivitas SPS apabila terekspose pada intensitas cahaya sub-optimum. Sebaliknya, genotipe peka Godek sangat rentan terhadap perubahan intensitas cahaya; penurunan aktivitas SPS sangat tinggi apabila ditumbuhkan pada intensitas cahaya rendah. Aktivitas Enzim Malate dehydrogenase MDH Malate dehydrogenase MDH merupakan enzim kunci dalam siklus asam sitrat TCA, mengkatalisis tahap akhir dari siklus TCA yaitu mengoksidasi malat menjadi asam oksalo asetat OAA dan menghasilkan NADH Dennis dan Blakeley 2000. Ini berarti, tahap oksidasi malat oleh MDH menjadi salah satu 59 45 62 55 76 90 83 100 72 50 76 70 69 55 titik kendali laju siklus TCA dan karena itu dapat menentukan keseluruhan laju respirasi. Semakin tinggi aktivitas MDH semakin cepat laju TCA sehingga respirasi secara keseluruhan berjalan lebih cepat. Sebaliknya, semakin rendah aktivitas MDH kecepatan siklus TCA semakin rendah sehingga secara keseluruhan kecepatan respirasi juga berkurang. Pada intensitas cahaya 100, genotipe toleran Ceneng memiliki aktivitas MDH lebih rendah 81.96 µMmenit tetapi tidak berbeda nyata dengan genotipe peka Godek 114.83 µMmenit. Sedangkan, pada intensitas cahaya 50, genotipe toleran Ceneng memiliki aktivitas MDH yang lebih rendah 48.94 µMmenit = 60 kontrol dan berbeda nyata dengan Godek 75.99 µMmenit 66 kontrol Gambar 23. Genotipe toleran Ceneng memiliki aktivitas MDH lebih rendah dibanding genotipe peka Godek. Berdasarkan uraian di atas, dapat dikemukakan bahwa dalam kondisi intensitas cahaya rendah genotipe toleran Ceneng akan memiliki laju respirasi yang lebih rendah sehingga memungkinkan fotosintesis bersih lebih tinggi. Ini berarti genotipe toleran Ceneng lebih efisien dalam menggunakan cahaya. Mengurangi laju respirasi melalui pengurangan aktivitas enzim- enzim repirasi seperti MDH merupakan salah satu strategi dalam efisiensi penggunaan cahaya Patterson 1980. 20 40 60 80 100 120 140 Intensitas Cahaya 100 Intensitas Cahaya 50 Aktivitas MDH uMmenit Ceneng Godek Gambar 23 Aktivitas enzim MDH pada genotipe toleran Ceneng dan genotipe peka Godek dalam intensitas cahaya 100 dan 50; Gambar dalam intensitas cahaya yang sama dengan huruf sama tidak berbeda nyata menurut uji t 95; Angka dalam kurung = persentase terhadap kontrol intensitas cahaya 100 60 66 a a a b Aktivitas MDH juga mengalami perubahan seiring dengan perubahan kondisi cahaya periode singkat Gambar 24. Pada semua kondisi intensitas cahaya periode singkat, aktivitas MDH pada genotipe peka Godek lebih tinggi dibandingkan dengan genotipe toleran Ceneng. Gambar 24 juga menjelaskan bahwa kema mpuan genotipe peka Godek untuk menurunkan aktivitas MDH pada saat intensitas cahaya rendah atau gelap sangat rendah. Hal ini menunjukkan bahwa genotipe peka Godek memiliki aktivitas MDH yang tetap tinggi meskipun pada kondisi intensitas cahaya rendah. Sebaliknya, genotipe toleran Ceneng memiliki kemampuan yang sangat tinggi untuk mengurangi aktivitas MDH ketika terekspose pada intensitas cahaya rendah atau kondisi gelap. Fenomena demikian menunjukkan bahwa genotipe toleran Ceneng meregulasi aktivitas MDH pada level yang lebih rendah apabila terpajan pada intensitas cahaya rendah, yang berarti bahwa aktivitas respirasi pada Ceneng akan lebih rendah.

0.00 0.02