Pemberian Beberapa Jenis Antioksidan terhadap Peningkatan Ketahanan Salinitas pada Turunan F4 Kedelai berdasarkan Aktivitas Enzim Peroksidase (POD) dan Superoksida Dismutase (SOD)

5

TINJAUAN PUSTAKA

Botani Tanaman
Klasifikasi tanaman kedelai adalah sebagai berikut : Kingdom : Plantae,
Divisio : Spermatophyta, Sub Divisio : Angiospermae, Class : Dicotyledonae, Ordo :
Leguminales,

Famili

:

Leguminoseae,

Genus:

Glycine,

Species : Glycine max L. Merill. (Stennis, 2005).
Kedelai memiliki akar tunggang bercabang dan berserat yang baik. Sistem akar

lateral cukup luas, mencapai 45 cm dalam 4-5 minggu. Kondisi tanah yang kering
akar dapat tumbuh lebih dalam untuk menyerap air dan unsur hara. Tanaman kedelai
juga memiliki hubungan simbiosis dengan bakteri pengikat nitogen pada akar kedelai
yaitu Bradyrhizobium spp. (Belfield, et al., 2011)
Kedelai adalah tanaman setahun yang tumbuh tegak (70-150 cm), menyemak,
berbulu halus (pubescens), dengan sistem perakaran luas. Tipe pertumbuhan batang
dapat dibedakan menjadi terbatas (determinate), tidak terbatas (indeterminate), dan
setengah terbatas (semi-indeterminate). Daun tanaman kedelai merupakan daun
majemuk trifolia yaitu berdaun tiga (Rubatzky dan Yamaguchi, 1998; Andrianto dan
Indarto, 2004).
Bunga kedelai termasuk bunga sempurna dengan tipe penyerbukan sendiri.
Waktu berbunga tergantung kepada kultivar dan iklim. Banyaknya polong tergantung
pada jenisnya. Ada jenis kedelai yang menghasilkan banyak polong, ada pula yang
sedikit. Berat masing-masing biji pun berbeda-beda, ada yang bisa mencapai berat 50500 gram per 100 butir biji. Selain itu, warna biji juga berbeda-beda. Perbedaan warna
biji dapat dilihat pada belahan biji ataupun pada selaput biji, biasanya kuning atau

5
Universitas Sumatera Utara

6

hijau transparan (tembus cahaya). Ada pula biji yang berwarna gelap kecoklatcoklatan sampai hitam atau berbintik-bintik (Rubatzky dan Yamaguchi, 1998;
Andrianto dan Indarto, 2004).
Syarat Tumbuh
Iklim
Suhu optimal untuk pertumbuhan kedelai adalah 20- 30°C. Optimal suhu tanah
untuk perkecambahan dan awal pertumbuhan bibit adalah 25- 30°C. Pada suhu yang
lebih tinggi dari 30°C, fotorespirasi cenderung mengurangi hasil fotosintesis. Tanaman
ini pada umumnya dapat beradaptasi terhadap berbagai jenis tanah dan menyukai
tanah yang bertekstur ringan hingga sedang, dan berdrainase baik. Tanaman ini peka
terhadap kondisi salin (Belfield, et al., 2011;Rubatzky dan Yamaguchi, 1998).
Suhu, panjang hari dan varietas dapat menjadi penting dalam menentukan awal
berbunga dan perkembangan tahap reproduksi selanjutnya. Suhu rendah menghambat
dan suhu tinggi meningkatkan reproduksi. Hari yang panjang (malam pendek)
menghambat

dan

hari

pendek

mempercepat

awal

tahap

reproduksi

(Ashlock and Purcell, 2010).
Tanah
Kedelai dapat tumbuh baik pada berbagai jenis tanah asal drainase dan aerase
tanah cukup baik. Tanah-tanah yang cocok yaitu alluvial, regosol, grumosol, latosol
dan andosol. Pada tanah-tanah podsolik merah kuning dan tanah yang mengandung
banyak pasir kwarsa, pertumbuhan kedelai kurang bagus. Kecuali kalau diberi
tambahan

pupuk

organik

atau

kompos

dalam

jumlah

yang

cukup

(Andrianto dan Indarto, 2004).

6
Universitas Sumatera Utara

7

Kedelai termasuk tanaman yang mampu beradaptasi terhadap berbagai
agroklimat, menghendaki tanah yang cukup gembur, tekstur lempung berpasir dan liat.
Toleransi pH yang baik sebagai syarat tumbuh yaitu antara 5,8-7 namun pada tanah
dengan pH 4,5 pun kedelai masih dapat tumbuh baik (Sumarno dan Manshuri, 2007;
Prihatman, 2000).
Pengaruh Salinitas terhadap Tanaman
Lahan salin adalah lahan pasang surut yang secara temporer atau permanen
memiliki salinitas tinggi, dengan nilai ESP (Exchangeable Sodium Percentage) <
15%atau nilai EC (Electrical Conductivity) > 4 dS/m. Terdapat dua macam bentuk
salinitas tanah, yaitu salinitas primer dan sekunder. Salinitas primer terbentuk akibat
akumulasi garam terlarut dalam tanah atau air tanah melalui proses alami yang
berlangsung dalam jangka waktu lama. Salinitas sekunder terbentuk akibat aktivitas
manusia yang mengubah keseimbangan tata air tanah, antara air yang digunakan (air
irigasi atau air hujan) dengan air yang digunakan oleh tanaman dan penguapan.
Penyebab utama salinitas sekunder adalah pembukaan lahan dan penggantian vegetasi
tahunan dengan tanaman semusim, pengairan menggunakan air berkadar garam tinggi
atau keterbatasan air irigasi (El-Hendawy, 2004).
Salinitas mempengaruhi tanaman dengan cara yang berbeda seperti efek
osmotik, toksisitas spesifik-ion dan atau gangguan nutrisi. Mekanisme salinitas

mempengaruhi tanaman tergantung pada banyak faktor termasuk spesies, genotipe,
umur tanaman, kekuatan ionik dan komposisi solusi salinitas, dan organ yang
bersangkutan (Lauchi and Grattan, 2007).

7
Universitas Sumatera Utara

8

Penurunan produksi pertanian pada tanah salin yang sangat besar dipengaruhi
oleh gangguan pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Pengaruh salinitas secara
langsung terhadap pertumbuhan tanaman meliputi :
−

Pengurangan potensial osmotik pada larutan tanah yang akan mengurangi jumlah
air yang tersedia bagi tanaman yang menyebabkan kering fisiologis, untuk
mengatasi masalah ini tanaman harus menjaga potensial osmotik internal untuk
mencegah air keluar dari akar ke tanah di sekitar tanaman.

−

Toksisitas akibat berlimpahknya ion Na+ dan Cl- di dalam sel, pengaruh
keracunan meliputi terganggunya struktur enzim dan makromolekul lain,
kerusakan organel sel dan membran plasma, gangguan fotosintesis, respirasi dan
sintesis protein.

−

Ketidakseimbangan hara pada tanaman menyebabkan terganggunya penyerapan
dan atau transport hara ke tajuk menyebabkan defisiensi hara.

(Evelin et al., 2009).
Tingginya konsentrasi garam menyebabkan gangguan pada seluruh siklus
hidup kedelai. Tingkat toleransi kedelai pada berbagai varietas kedelai bervariasi
menurut tingkat pertumbuhan. Perkecambahan biji kedelai akan terhambat pada
konsentrasi garam rendah. Konsentrasi garam yang lebih tinggi secara nyata akan
menurunkan persentase perkecambahan. Pengaruh garam pada tahap awal dan
penurunan persentase perkecambahan lebih menonjol pada varietas yang sensitif
dibandingkan varietas toleran. Sifat-sifat agronomi kedelai sangat dipengaruhi oleh
salinitas yang tinggi, diantaranya :

1.

Pengurangan tinggi tanaman, ukuran daun, biomassa, jumlah ruas, jumlah cabang,
jumlah polong, bobot tanaman dan bobot 100 biji

8
Universitas Sumatera Utara

9

2.

Penurunan kualitas biji

3.

Penurunan kandungan protein biji

4.

Menurunkan kandungan minyak pada biji kedelai

5.

Nodulasi kedelai

6.

Mengurangi efisiensi fiksasi nitrogen

7.

Menurunkan jumlah dan bobot bintil akar

(Phang et al., 2008).
Cekaman Oksidatif
Reactive Oxygen Species (ROS) merupakan radikal bebas yang sangat
berbahaya bagi makhluk hidup. Pada tanaman ROS terbentuk dalam sel melalui
beberapa cara yaitu : 1) Produksi fotokimia di atmosfer akibat pencemaran udara, 2)
Penyumbangan elektron langsung ke oksigen ketika terjadi fotosintesis terutama pada

kondisi cahaya yang tinggi dan konsentrasi CO2 pada kloroplas yang rendah, 3)
Respon terhadap kondisi cekaman seperti kekeringan, suhu tinggi, salinitas, ozon dan
serangan mikroba (Pritchard et al. 2000).
ROS yang terbentuk akan berbahaya bagi sel tanaman karena ia dapat
mengoksidasi membran lipid dan aparatus fotosintesis. Melalui berbagai reaksi
metabolisme tanaman oksigen dapat diubah menjadi bentuk molekul yang sangat
reaktif seperti singlet oksigen (1O2), hidrogen peroksida (H2O2), superoksida (O2-) dan
radikal hidroksil (OH). Superoksida dapat berubah bentuk menjadi hidrogen peroksida
(H2O2), radikal ini dapat menyebabkan kerusakan melalui beberapa cara yaitu
memutus ikatan rantai protein, merusak membran lemak dan bereaksi dengan DNA
sehingga menyebabkan mutasi sel (Sgherri and Navari-Izzo, 1995).

9
Universitas Sumatera Utara

10

Gambar 1.

Mekanisme pembentukan

(Sairam and Tyagi, 2004)

molekul

ROS

pada

tanaman

Terbentuknya H2O2 di kloroplas terjadi karena terhambatnya proses
fotosintesis menyebabkan tanaman kelebihan energi elektron yang ditangkap oleh
pusat reaksi tidak dapat dilepas atau dipantulkan secara aman sehingga merusak
perangkat Fotosistem II pada kloroplas dan membran lipid (Kader, 2001).
Sistem antioksidan di dalam sel tumbuhan menyediakan perlindungan melawan
pengaruh racun dari oksigen spesies yang aktif. Komponen penting dari sistem
pelindungan itu adalah pertahanan secara enzimatis, seperti SOD dan katalase yang
dapat menghindari O2

-

dan H2O2 selain metabolit seperti askorbat, glutation dan

tokoperol yang berfungsi untuk mengatur tingkat keaktifan oksigen pada jaringan
tanaman (Bosch and Alegre, 2002).
Enzim Peroksidase
Peroksidase termasuk ke dalam enzim golongan oksidoreduktase yaitu enzim
yang mengkatalis reaksi oksidasi-reduksi. Radikal bebas yang terbentuk dari proses
respirasi aerobik, misalnya radikal hidroksida (OH), superoksida (O2), dan hidrogen
peroksida (H2O2), dapat merusak fraksi lipid pada membran dan menghasilkan lipid

10
Universitas Sumatera Utara

11

peroksida dan selanjutnya terurai menjadi senyawa produk oksidasi sekunder yang
toksik (Dumet and Benson, 2000).

Gambar 2. Beberapa enzim antioksidan yang diproduksi tanaman untuk
menghindari dampak ROS (Pessarakli, 2011)
Molekul-molekul toksik tersebut dibatasi jumlahnya di dalam sel oleh sejumlah
enzim. Superoksida dipecahkan oleh SOD dimana dalam proses tersebut dihasilkan
hidrogen peroksida (H2O2) yang kemudian diuraikan oleh peroksidase. Peroksidase
memecahkan H2O2 menjadi air ketika mengoksidasi sejumlah substrat. Dengan
demikian peroksidase adalah enzim golongan oksidoreduktase yang menggunakan
H2O2 sebagai akseptor elektron untuk mengkatalis berbagai reaksi oksidatif.
Peroksidase tanaman tersebar dalam jaringan tanaman dan terutama ditemukan pada
peroksisom. Enzim peroksidase berkaitan erat dengan sejumlah proses fisiologi yang
meliputi lignifikasi penyembuhan luka, oksidasi fenol, dan pertahanan terhadap
patogen (Quiambao and Rojah, 2000).
Enzim Superoksida Dismutase
SOD merupakan sistem pertahanan pertama dalam menanggulangi kerusakan
yang disebabkan oleh ROS dengan mengkatalisis O2- menjadi H2O2. Di tanaman,
terdapat tiga SOD, yaitu Fe-SOD, Mn-SOD, CuZn-SOD. CuZn-SOD adalah yang
11
Universitas Sumatera Utara

12

paling banyak dan ditemukan di sitosol, peroksisom, kloroplas dan apoplas. Fe-SOD
banyak terdapat di plastida, Mn-SOD terdapat di matriks mitokondria dan peroksisom
(Pessarakli, 2011).
Pada tanaman tahunan diketahui terdapat 3 bentuk SOD. Ketiga bentuk SOD
ini berbeda dalam ko-faktor logam dan letaknya pada sub seluler. SOD yang terletak
pada sitosol dan kloroplas yaitu CuZn- SOD, pada mitokondria yaitu Mn-SOD dan
pada kloroplas yaitu Fe-SOD (Aroca et al., 2001).
Antioksidan
Asam askorbat
Asam askorbat atau vitamin C merupakan salah satu bentuk antioksidan yang
secara alami terdapat pada tumbuhan. Askorbat merupakan senyawa metabolit utama
pada tumbuhan yang memiliki fungsi sebagai antioksidan, yang melindungi tanaman
dari kerusakan oksidatif yang dihasilkan dari metabolisme aerobik, fotosintesis dan
berbagai polutan (Smirnoff, 1996).
Aktivitas antioksidan asam askorbat dikaitkan dengan ketahanan tanaman
terhadap stres oksidatif. Kemudian tingkat endogen asam askorbat menjadi sangat
penting dalam regulasi perkembangan penuaan. Dapat disimpulkan bahwa tanaman
yang disemprotkan asam askorbat dapat menunda penuaan daun dengan sistem
peroksida atau fenolik atau askorbat yang terlibat dalam pengurangan ROS yang
dihasilkan selama penuaan daun (Farouk, 2011).
Asam askorbat telah dilaporkan berperan penting dalam mengurangi efek
negatif salinitas terhadap pertumbuhan dan metabolisme tanaman. Secara umum,
pengaruh asam askorbat dalam mencegah dampak buruk dari stres salinitas berasal
dari aktivasi beberapa reaksi enzimatik. Selanjutnya, efek positif asam askorbat dalam

12
Universitas Sumatera Utara

13

mengatasi dampak buruk dari stres garam dikaitkan dengan stabilisasi dan
perlindungan

terhadap pigmen fotosintetik dan organ fotosintesis dari kerusakan

oksidatif (Khan et al., 2006 ).
Asam salisilat
Asam salisilat (SA) merupakan hormon tanaman yang umum menghasilkan
senyawa fenolik dan hormon tanaman endogen potensial yang memainkan peran
penting dalam pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Peran SA secara intensif
dipelajari dalam respon tanaman terhadap cekaman biotik. Beberapa tahun terakhir
keterlibatan SA dalam penanggulangan cekaman abiotik telah banyak diteliti (El
Tayeb, 2005; Ahmad et al. 2011). Namun peran yang sebenarnya dari SA pada
cekaman abiotik tetap belum terpecahkan. Beberapa metode aplikasi (merendam benih
sebelum tanam, menambah solusi hidroponik, irigasi, atau penyemprotan dengan
larutan SA) telah dilakukan untuk melindungi berbagai spesies tanaman terhadap stres
abiotik dengan menginduksi berbagai proses yang terlibat dalam mekanisme toleransi
stres (Horvath et al. 2007).
El Tayeb (2005) menemukan bahwa aplikasi SA untuk jelai memicu respon
pre-adaptif terhadap stres garam, meningkatkan sintesis Chl a, b dan mempertahankan
integritas membran yang menyebabkan peningkatan pertumbuhan tanaman. SA pada
perlakuan awal tanaman menunjukkan kekurangan Ca2+ dan kelebihan akumulasi K+,
dan gula larut dalam akar dalam kondisi salin. Jagung diberi perlakuan dengan SA
menunjukkan

peningkatan

pertumbuhan,

penurunan

peroksidasi

lipid

dan

permeabilitas membran yang meningkat karena stres garam (Gunes et al. 2007).

13
Universitas Sumatera Utara

14

α- Tokoferol
Tokoferol dikenal sebagai vitamin E. Golongan senyawa ini mempunyai
peranan penting terutama dikaitkan dengan sifatnya sebagai antioksidan

(Winarno,

1992). Dalam proses melumpuhkan radikal bebas, tokoferol menjadi pelopor, diikuti
oleh asam askorbat (Kumalaningsih, 2006).
Tokoferol biasanya terdapat dalam bentuk α-tokoferol, γ-tokoferol, dan
sejumlah kecil δ-tokoferol (Burry et al., 2003). α-Tokoferol menunjukkan aktivitas
vitamin E paling tinggi (Winarno, 1992) sehingga biasanya dianggap paling penting.

14
Universitas Sumatera Utara