Mekanisme_toleransi_dan_ketahanan_tanama.docx

TUGAS TERSTRUKTUR EKOFISOLOGI TANAMAN

Mekanisme Toleransi dan Ketahanan Tanaman Pada Kondisi Tanah Masam

Kiki Seftyanis A1D015024

KEMENTERIAN RISET, TEKNOLOGI, DAN PENDIDIKAN TINGGI UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN FAKULTAS PERTANIAN PURWOKERTO 2018

Tanah masam adalah tanah yang pada keseluruhan penampang kontrolnya mempunyai pH- H2O kurang dari 5,5 atau pH- CaCl2 kurang dari 5,0. Di Indonesia, tanah masam mempunyai penyebaran sangat luas mulai dari dataran rendah sampai dataran tinggi dengan bentuk wilayah datar sampai bergunung, umumnya beriklim basah (curah hujan tinggi >2.000 mm tahun-1) dan dapat terbentuk dari berbagai macam bahan induk tanah. Kendala utama yang sering dijumpai pada tanah masam di lahan kering beriklim basah adalah selain reaksi tanah yang masam, juga miskin hara, kandungan bahan organik rendah, kandungan besi dan aluminium tinggi melebihi batas toleransi tanaman serta peka erosi sehingga tingkat produktivitasnya rendah (Subardja, 2007).

Sumber : (Quintal et al., 2017). Pengasaman tanah adalah fenomena yang ditentukan oleh alam dan faktor antropogenik. Dekomposisi bahan organik, ketidakseimbangan siklus N, S, dan C, kelebihan penyerapan kation anion dan fiksasi N oleh legum mempengaruhi konsentrasi proton [HC] dalam larutan tanah. Faktor antropogenik seperti penggunaan pupuk (nitrogen, fosfor, dan kalium, NPK), penggunaan pengoksidasi dan aerosol (H2S, H2SO4, HF, dan Cl2), dan emisi gas (CO2, NO2, dan SO2) ke atmosfer

dengan

menggunakan

energi

fosil

menimbulkan

pencemaran

lingkungan. Molekul semacam itu menemukan jalan ke tanah dan air tubuh dalam

bentuk hujan asam, menyebabkan pengasaman tanah dan pelepasan Al ion dalam bentuk mudah diserap oleh sistem akar tanaman, yang sangat luar biasa beracun. Kekurangan nutrisi (P, Mg, dan K) dan toksisitas oleh logam lain (Mn dan Fe) dapat terjadi (Quintal et al., 2017).

Sumber : (Quintal et al., 2017).

Sumber : (Brunner and Sperisen, 2013).

Sumber : (Magalhaes, 2006). Rentang konservasi toleransi Al pada tanaman seperti yang dianugerahkan oleh pelepasan malat alaktivasi yang dikodekan oleh ALMT1. (A) Protein ALMT1 adalah transporter malat Alaktivasi yang terletak di plasma sel akar membran genotipe toleran (6). (B) pemetaan Genetik menunjukkan bahwa homolog ALMT1 fungsional hadir dalam spesies Triticeae (3, 8, 9, 10) dan padi (12). (C) Fungsional itu konservasi ALMT1 meluas ke dicot, Arabidopsis. Tanda tanya pada B menunjukkan bahwa diduga Homolog ALMT1 fungsional (protein merah pada membran plasma) belum ditemukan di jagung dan sorgum (Magalhaes, 2006). 1. Tanaman Padi

Sumber : (Qian et al., 2016).

Pada kondisi kering yang terjadi dengan tanaman padi antara lain cekaman kekeringan, keracunan Al dan defisiensi P (Sutaryo dan Tri, 2010). Mekanisme pengurangan keracunan Al menggunakan bahan biochar dengan efek jangka pendek dan efek jangka panjang sesuai gambar diatas menjelaskan bahwa akumulasi Al dan hilangnya pencucian Si selama proses pengasaman tanah terjadi secara bersamaan, yang menyebabkan banyak lahan subur di dunia menderita Si deplesi dan keracunan Al. Oleh karena itu, Si bisa menjadi cara potensial untuk merekonstruksi senyawa aluminosilikat dengan Al, sehingga meringankan keracunan Al dan lebih memecahkan masalah pengasaman tanah. Studi saat ini menunjukkan bahwa biosilicon dari jerami padi biochar berfungsi peran ganda untuk keracunan Al dalam tanah masam dengan mengurangi konsentrasi larutan Al karena partikel Si dalam biochar dan mempromosikan pembentukan senyawa Al-Si di jaringan akar tanaman. Pengurangan konsentrasi Al ditukar tanah dengan adsorpsi biochar adalah mekanisme pengalihan jangka pendek untuk keracunan Al, sedangkan mekanisme toleransi baru melalui pembentukan senyawa Al-Si dalam epidermis akar padi. Selanjutnya, jumlah yang tinggi dan pelepasan perlahan biosilikon dari padi biochar jerami dapat menjadi sumber Si berkelanjutan yang potensial untuk rekonstruksi aluminosilikat di tanah masam dan jaringan tanaman (Qian et al., 2016).

Sumber : (Yamaji et al., 2009).

Keracunan Aluminium (Al) adalah faktor pembatas utama produksi tanaman pada tanah asam, tetapi beberapa spesies tanaman padi telah berevolusi dengan cara detoksifikasi Al. Gambar diatas menjelaskan transkripsi jenis jari zinc tipe C2H2 (untuk transkripsi Al resistance faktor 1), yang secara khusus mengatur ekspresi gen yang terkait dengan toleransi Al pada padi (Oryza sativa). ART1 adalah konstitutif diekspresikan dalam akarnya, dan level ekspresi tidak terpengaruh oleh perlakuan Al. ART1 dilokalisasi dalam nukleus dari semua sel akar. Sebuah uji ragi satu hibrida menunjukkan bahwa ART1 memiliki potensi aktivasi transkripsional dan berinteraksi dengan wilayah promoter STAR1, faktor penting dalam toleransi beras Al. Analisis microarray mengungkapkan 31 transkrip hilir diatur oleh ART1, termasuk STAR1 dan 2 dan beberapa homolog gen toleransi Al di tanaman lain. Beberapa dari ini gen yang terlibat dalam detoksifikasi internal dan eksternal Al pada tingkat sel yang berbeda, hal ini yang menjadikan tanaman mendetoksifikasi aluminium untuk bertahan hidup di lingkungan yang asam (Yamaji et al., 2009). 2. Tanaman Jagung

Sumber : (Daspute et al., 2017). Modul stop1 dan peraturan ALMT1 dimana modul sensitif terhadap proton rhizotoxicity1 (stop1) yang terdiri dari protein stop1-l (dalam Arabidopsis, stop1; dalam aluminium factor transkripsi resisten 1), OA transporter aluminium aktifkan malate transporter1 (ALMT1), transporter malat; multidrug dan ekstrusi

senyawa beracun, transporter sitrat, dan aluminium sensitif 3 (ALS3) dilestarikan di berbagai spesies tanaman. Modul ini mencakup berbagai gen al toleransi dan mungkin hc toleransi gen (kotak merah muda), yang memainkan peran penting dalam Al detoksifikasi, homeostasis ion (transportasi dan metabolisme), stabilisasi dinding sel dan peran lain untuk toleransi. Di arabidopsis, stop1 mengatur ekspresi stop2. Sementara stop2 hanya mengatur ekspresi gen toleransi H+. Gen pengatur stop1 seperti ALMT1 diaktifkan oleh berbagai rangsangan lingkungan (Al, H, P, MAMP dan pola molekuler terkait mikroba) (Daspute et al., 2017).

Sumber : (Daspute et al., 2017). Pengaturan transkripsi pertumbuhan akar responsif fitohormon di bawah tekanan Al. Al menginduksi penghambatan pertumbuhan akar, yang dikaitkan dengan peningkatan sintesis etilen diikuti oleh akumulasi auksin (IAA) dan asam jasmonic (JA). Peristiwa ini terjadi dalam rentang jangka pendek (3 jam), yang terkait dengan PIN-FORMED (PIN2). Akhirnya, jalur yang diaktifkan IAA dan JA kemungkinan menghambat pertumbuhan akar. IAA dan asam absisat mengaktifkan aluminium aktifkan malat transporter1 (ALMT1) ekspresi, yang dapat meningkatkan toleransi Al (Daspute et al., 2017).

Sumber : (Suwardi, 2013). 3. Tanaman Kedelai

Sumber : (Jaiswal et al., 2018). Gambar diatas menjelaskan pengaruh aluminium pada nodus legum di bawah kondisi tanah masam. Legum nodula dilaporkan lebih sensitif terhadap keracunan Al daripada tanaman yang menerima mineral N, meskipun

pertumbuhan kedelai menurun sebesar 54% pada 10 μM Al, pertumbuhan rhizobial dihambat pada 50 μM Al, microsymbiont dan infeksi. Produksi pektin asam Al juga bisa meningkat dengan penebalan dinding sel dan kekakuan benang infeksi (Jaiswal et al., 2018).

Sumber : (Quintal et al., 2017).

DAFTAR PUSTAKA

Brunner, I. and C. Sperisen. 2013. Aluminum exclusion and aluminum tolerance in woody plants. Forest Soils and Biogeochemistry. (4): 1-12. Doi: 10.3389/fpls.2013.00172. Daspute, A. A., A. Sadhukhan, M. Tokizawa, Y. Kobayashi, Sanjib, K. Panda, and H. Koyama. 2017. Transcriptional Regulation of Aluminum-Tolerance Genes in Higher Plants: Clarifying the Underlying Molecular Mechanisms. Frontiers in Plant Science. (8): 1-12. Doi: 10.3389/fpls.2017.01358. Jaiswal, S. K., J. Naamala, and F. D. Dakora. 2018. Nature and mechanisms of aluminium toxicity, tolerance and amelioration in symbiotic legumes and rhizobia. Biology and Fertility of Soils. (54): 309-318. https://doi.org/10.1007/s00374-018-1262-0. Magalhaes, J. V. 2006. Aluminum tolerance genes are conserved between monocots and dicots. PNAS. 103 (26): 9749-9750. Doi: 10.1073_pnas.0603957103. Qian, L. B. Chen, and M. Chen. 2016. Alleviation Mechanisms of Aluminum Phytotoxicity via Released Biosilicon from Rice Straw-Derived Biochars. Scientific Reports. (6): 29346. Doi: 10.1038/srep29346. Quintal, E. B., C. E. Magaña, I. E. Machado, and M. M. Estévez. 2017. Alumunium a friend or foe of higher plants in acid soils. Frontiers in Plant Science. (8): 1-18. Doi: 10.3389/fpls.2017.01767. Subardja, D. 2007. Karakteristik dan pengelolaan tanah masam dari batuan volkanik untuk pengembangan jagung di Sukabumi, Jawa Barat. Jurnal Tanah Dan Iklim. (25): 59-68. ISSN 1410 – 7244. Sutaryo, B., dan T. Sudaryono. 2010. Keragaan fenotip dan beberapa parameter genetic hasil dan karakter agronomi enam padi hibrida di lahan kering masam. Agrin. 14. (2): 114-122. ISSN: 1410-0029. Suwardi. 2013. Uji genotipe jagung hibrida umur genjah toleran lahan masam di Kalimantan Selatan. Seminar Nasional Serealia. Balai Penelitian Tanaman Serealia. Hal: 148-154. Yamaji, N., C. F. Huang, S. Nagao, M. Yano, Y. Sato, Y. Nagamura, and J. F. Ma. 2009. A Zinc Finger Transcription Factor ART1 Regulates Multiple Genes Implicated in Aluminum Tolerance in Rice. The Plant Cell. (21): 3339-3349. Doi: 10.1105/tpc.109.070771.