1.PerkembangbiakanTanaman.pdf

PERKEMBANGBIAKAN TANAMAN Dr. Agr. Eko Setiawan, SP., M.Si. Penerbit: Sanksi Pelanggaran Undang-Undang Nomor 19 Tahun 2002 Tentang Hak Cipta Pasal 72 1. Barangsiapa dengan sengaja dan tanpa hak melakukan perbuatan sebagaimana dimaksud dalam pasal 2 ayat (1) atau pasal 49 ayat (1) dan ayat (2) dipidana dengan pidana penjara masing-masing paling singkat 1 (satu) bulan dan/ atau denda paling sedikit Rp.1.000.000,00 (satu juta rupiah), atau pidana penjara paling lama 7 (tujuh) tahun dan/ atau denda paling banyak Rp.5.000.000.000,00 (lima milyar rupiah). 2. Barangsiapa dengan sengaja menyiarkan, memamerkan, mengedarkan, atau menjual kepada umum suatu ciptaan atau barang hasil pelanggaran Hak Cipta atau Hak Terkait sebagaimana dimaksudkan dalam ayat (1), dipidana dengan pidana penjara paling lama 5 (lima) tahun dan/ atau denda paling banyak Rp.500.000.000,00 (lima ratus juta rupiah). PERKEMBANGBIAKAN TANAMAN Penulis: Dr. Agr. Eko Setiawan, SP., M.Si. Cetakan Pertama, Oktober 2015 Hak cipta dilindungi undang-undang Dilarang memperbanyak isi buku ini, baik sebagian maupun seluruhnya,dalam bentuk apapun tanpa izin tertulis dari Penerbit. Diterbitkan oleh UTMPRESS Jl.RayaTelang, PO Box 2 Kamal, Bangkalan-Madura Telp.(031) 3011146, Fax.(031) 3011506 ii Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT. atas selesainya penyusunan Buku Ajar Perkembangbiakan Tanaman ini dengan lancar. Sebagai mata kuliah wajib pada Program Studi Agroekoteknologi, mata kuliah Perkembangbiakan Tanaman belum banyak referensi yang tersedia. Untuk itu penulis memberanikan diri menulis materi mata kuliah ini yang memuat beberapa bahasan utama diantaranya mempelajari struktur dan bagian-bagian bunga dan jenis-jenis bakal buah, faktor-faktor yang mempengaruhi pembungaan, penyerbukan, perkecambahan serbuk sari, aplikasi penelitian biologi reproduksi, inisiasi dan perkembangan organ reproduksi, penyerbukan dan pembuahan, embriologi, perkembangan buah dan biji, pematangan dan penyebaran biji, variasi genetis, biologi reproduksi, manajemen penyerbukan dan pengolahan kebun. Mata kuliah ini mempunyai tujuan instruksional umum yaitu diharapkan pada akhir perkuliahan, mahasiswa mampu memahami dan menjelaskan tentang bagaimana cara mengembangbiakan atau memperbanyak suatu tanaman terutama secara generative. Untuk perkembangbiakan tanaman secara vegetative akan disajikan secara terpisah yang merupakan kelanjutan dari buku ini. Akhirnya kami mengucapkan semoga buku bahan ajar ini dapat bermanfaat bagi yang membaca. Dan masukan serta kritik untuk perbaikan buku sangat kami harapkan. Bangkalan, Oktober 2015, Dr. Agr. Eko Setiawan, SP., M.Si iii Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. DAFTAR ISI KATA PENGANTAR .........................................................................................iii DAFTAR ISI ...................................................................................................... v BAB I. PENDAHULUAN .............................................................................. 1 A. Potensi Tanaman dan Tumbuhan di Daerah Tropis .............................. 2 B. Iklim, Patogen Penyebab Penyakit Dan Hama ...................................... 3 C. Siklus Reproduksi Tanaman ................................................................... 3 BAB II. PEMBUNGAAN PERTAMA ............................................................. 5 BAB III. INISIASI PEMBUANGAAN ............................................................ 13 BAB IV. WAKTU DAN LETAK INISIASI PEMBUNGAAN ........................... 15 BAB V. FAKTOR-FAKTOR YANG MENYEBABKAN INISIASI PEMBUNGAAN .............................................................................................. 19 A. Temperatur / Suhu ................................................................................ 19 B. Stress Air ............................................................................................... 21 C. Intensitas cahaya .................................................................................. 22 D. Panjang Hari (Fotoperiodisitas) ............................................................ 22 E. Kelembaban .......................................................................................... 24 F. Kandungan Nutrisi................................................................................. 24 G. Teori Florigen ........................................................................................ 26 H. Peran Zat Pengatur Tumbuh ................................................................ 29 I. Interaksi antara Biji dan Daun............................................................... 31 J. Praktek Budidaya dan Pembentukan Kuncup Bunga .......................... 31 K. Girdling .................................................................................................. 32 L. Kombinasi Akar/Batang Bawah dengan Batang Atas .......................... 33 BAB VI. PERMASALAHAN DALAM PEMBUNGAAN ................................. 35 A. Kegagalan pohon untuk berbunga ....................................................... 35 B. Kegagalan penyerbukan ....................................................................... 35 C. Inkompatibilitas ..................................................................................... 36 D. Jumlah ovule per bunga........................................................................ 36 BAB VII. STRUKTUR ORGAN REPRODUKSI TANAMAN ......................... 37 A. Struktur Bunga ...................................................................................... 37 B. Masa Reseptif dan Kematangan Tepung Sari ..................................... 38 D. Penyerbukan dan Pembuahan ............................................................. 41 E. Perkembangan Buah dan Biji ............................................................... 43 F. Fase Ripening (Kematangan Buah Dan Biji) Tiga tipe buah pada Angiospermae: ...................................................................................... 44 BAB VIII. SPOROGENESIS DAN GAMETOGENESIS ................................ 47 A. Butir polen (gametofit jantan)................................................................ 49 BAB IX. PENYERBUKAN DAN VEKTOR ................................................... 53 A. Penyerbukan ......................................................................................... 53 B. Vektor .................................................................................................... 54 C. Struktur dari bunga................................................................................ 54 D. Struktur dari polen ................................................................................. 55 E. Hewan ................................................................................................... 55 BAB X. PERKEMBANGAN BUAH DAN BIJI ............................................. 59 v Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. A. B. C. D. E. F. G. Perkembangan ovul...............................................................................59 Keragaman struktur biji .........................................................................60 Buah hasil perkembangan ovari ............................................................61 Perkecambahan biji ...............................................................................63 Akar lateral .............................................................................................65 Reproduksi aseksual .............................................................................65 Reproduksi vegetatif buatan sebagai pendukung pertanian modern ...................................................................................................67 BAB XI. MERISTEM : STRUKTUR DAN FUNGSI ......................................71 A. Struktur Meristem ..................................................................................71 B. Pertumbuhan .........................................................................................72 C. Meristem Akar........................................................................................73 D. Meristem Tajuk ......................................................................................74 E. Laju Pembelahan di Meristem Akar ......................................................75 F. Laju Pembelahan di Meristem Tajuk .....................................................77 G. Kontrol dari Siklus Sel ...........................................................................78 H. Siklus Sel pada Apex yang Berbunga ...................................................79 I. Fungsi Meristem ....................................................................................80 J. Mekanisme Pembentukan Daun ...........................................................81 K. Penempatan Primordia Daun ................................................................82 BAB XII. FILOTAKSIS ...................................................................................85 A. Perubahan Dalam Inisiasi Primordia Bunga .........................................86 BAB XIII. PEMBELAHAN, POLARISASI, DAN DIFERENSIASI ...................89 A. Polaritas Pembelahan dan Arah Bidang Datar .....................................89 B. Sitoskeleton (kerangka sel) ...................................................................90 C. Pembesaran, Pendewasaan Sel dan Diferensiasi ...............................94 D. Diferensiasi Sel ................................................................................... 101 BAB XIV. EMBRIOGENESIS ...................................................................... 107 A. Polaritas Zigot ..................................................................................... 107 B. Pembentukan embrio dan suspensor ................................................ 108 C. Laju pembelahan sel .......................................................................... 109 D. Determinasi dan diferensiasi .............................................................. 111 E. Kapan sel mengalami determinasi? ................................................... 111 vi Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. BAB I. PENDAHULUAN Tujuan Instruksional Khusus : Mahasiswa dapat menjelaskan tanaman di daerah tropis permasalahan siklus reproduksi Cakupan utama dalam tulisan ini menyangkut siklus reproduksi. Sehingga batasan yang akan dibicarakan terbatas pada tanaman berbiji. Tanaman berbiji atau spermatophyte terbagi dua yaitu Angiospermae yang didalamnya ada dua kelompok besar dalam dunia tumbuhan yaitu monokotil dan dikotil. Selain angiospermae masih ada kelompok lagi yaitu gimnospermae yang juga akan disinggung dalam tulisan ini. Angiospermae kebanyakan adalah tanaman tahunan yang berumur lama. Tanaman angiospermae, terutama tanaman tahunan tadi banyak dimanfaatkan untuk kelompok atau instansi kehutanan. Tanaman-tanaman kehutanan baik untuk tujuan hutan industri maupun untuk tujuan konservasi di daerah tropika maupun sub tropika banyak mengusahakan perbanyakannya dengan menanam biji. Inilah salah satu permasalahan yang harus dipikirkan serta dipecahkan karena kalau usaha perbanyakan masih menggunakan biji maka akan dibutuhkan biji dalam jumlah yang besar dan dengan kualitas yang bagus, sementara produksi biji pada tanaman tahunan tersebut banyak sekali permasalahannya. Untuk mengatasi kendala perbanyakan biji sebenarnya dapat diatasi dengan perbanyakan secara monokultur dari teknik kultur jaringan. Tetapi alternative terakhir tersebut terdapat suatu resiko yang sangat berbahaya yaitu jika terkena serangan hama dan penyakit maka tanaman tersebut akan habis dan dari segi ekonomi sangat merugikan. Permasalahan produksi biji pada tanaman angiospermae khususnya pada tanaman tahunan diantaranya adalah : 1. 2. 3. 4. Tidak semua tanaman mampu menghasilkan biji. Tanaman menghasilkan biji tetapi biji yang dihasilkan jelek. Produksi benih rendah seperti Soreang sp. Adanya kesulitan perencanaan reboisasi dan rotasi. Kendala dalam usaha produksi benih diantaranya adalah: 1. Inisiasi bunga yang berlangsung secara periodic artinya tidak berlangsung secara kontinu dari segi waktu, produktivitas maupun kualitasnya. 1 Perkembangbiakan Tanaman 2. 3. 4. 5. 6. Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Rendanya penyerbukan secara alami. Rendahnya penyerbukan secara alaimi salah satu penyebabnya adalah karena rendahnya atau tidak adanya serangga penyerbuk. Fenomena Self Incompatibility (SI). Terjadinya kerontokan bunga sebelum menjadi buah. Gugur biji atau buah, salah satu penyebab terjadinya aborsi biji atau kerontokan buah adalah tidak cukupnya pasokan fotosintat akibat terjadinya persaingan memperoleh makanan. Faktor lain seperti biotik dan abiotik. Saat ini terdapat kecenderungan global pada bumi yang kita tempati ini, diantaranya adalah: lebih dari 800 juta penduduk di dunia ini mengalami kelaparan dan malnutrisi. Terdapat 1,5 milyar penduduk kekurangan air bersih. Lebih dari 2 milyar tidak mempunyai akses terhadap sumber energi modern. Akhir-akhir ini ada indikasi makin kuatnya global warming. Sumber energi seperti minyak bumi dan batu bara semakin berkurang. Kehilangan hutan sebesar 11,2 juta ha per tahun. Degradasi lahan lebih dari 2 milyar hektar. Untuk membuat terobosan dalam program pemuliaan untuk peningkatan produksi pertanian, diperlukan penelitian dalam berbagai aspek untuk sustainability diantaranya peningkatan fotosintesis, peningkatan efisiensi penggunaan air, nutrient dan input lain (development of low input varieties), serta diperlukan modifikasi mekanisme transpor dari asimilasi dalam tanaman. Produksi pangan sangat tergantung pada ketersediaan dan pengelolaan air. Secara global 2/3 penggunaan air digunakan untuk irigasi. Secara rata-rata (global) efisiensi penggunaan air baru mencapai 40%. Pengelolaan air perlu dititikberatkan pada berbagai permasalahan yang berhubungan dengan kekeringan, banjir, dan salinasi. A. Potensi Tanaman dan Tumbuhan di Daerah Tropis Kata tanaman dan tumbuhan sebenarnya akan menerangkan pada obyek yang hampir sama. Namun bisa dijelaskan ciri atau pembeda dari keduanya yaitu tumbuhan adalah vegetasi yang ada di alam dan belum dibididayakan untuk tujuan komersial, sedangkan tanaman sudah dibudidayakan oleh manusia untuk dikomersialkan. Tumbuhan yang ada dialam dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu tumbuhan yang tidak dikenal atau belum teridentifikasi tetapi memiliki potensi, dan yang kedua adalah yang sudah dikenal dan kita bisa mengumpulkan atau mengambilnya dari alam. Tanaman bididaya jika dilihat asal-usulnya dapat dibedakan menjadi dua yaitu berupa tanaman asli yang tumbuh pada daerah tertentu dan berupa tanaman introduksi. Jumlah spesies tanaman dan tumbuhan yang 2 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. berpotensi dikembangkan di daerah tropis sangat banyak yaitu lebih dari 2000 spesies. Keragaman spesies tumbuhan yang tinggi di hutan-hutan daerah humid tropis yang berarti kerapatan spesies yang rendah akan mengurangi aktivitas organisme pengganggu tanaman (OPT). Perkiraan kehilangan hasil akibat organisme pengganggu tanaman terutama hama sulit dilakukan, di India mencapai 13%. Infestasi organisme pengganggu tanaman pada hutan tropis merupakan suatu tingkat kompleksitas struktur hutan, habitat dan distribusi spesies. Ada 10.000 spesies hama di tropis, 90% aktif di humid tropis. Hanya sedikit spesies hama yang merupakan perusak berat. B. Iklim, Patogen Penyebab Penyakit Dan Hama Fotosinteis pada tanaman berkaitan erat dengan radiasi matahari serta suhu. Suhu yang tinggi akan menunjang pertumbuhan tanaman, tetapi kelembaban yang tinggi selama musim hujan justru akan menunjang perkembangan patogen, terutama fungi. Organisme pengganggu tanaman (OPT) dan penyakit lebih banyak terdapat di daerah tropis dibandingkan daerah temperate. Aphid yang menyerang pada tanaman kacang memerlukan cuaca yang hangat dan lembab. Penyebaran OPT, yaitu infestasi dan kerusakan yang ditimbulkan berhubungan langsung dengan iklim. Faktor pertama adalah hujan, air dan angin yang merupakan transpor organismeorganisme kecil seperti: fungi, bakteri, nematoda dan serangga. Faktor kedua yang menjadi pendukung penyebaran OPT adalah efektivitas pestisida yang beragam, atau bahkan lebih cepat rusak oleh energi matahari serta kelembaban yang cukup tinggi pada daerah tropis. Perubahan iklim mikro dapat membuat kondisi yang tidak sukai patogen, sebagai contoh pada sistem agroforestry dan multiple cropping, tetapi penelitian tentang hal tersebut masih kurang. C. Siklus Reproduksi Tanaman Pada kuncup vegetatif yang dorman, terutama pada tanaman yang ada dibelahan bumi utara dan mengalami 4 musim akan membentuk kuncup samping baru kemudian membentuk bunga baru (kuncup) pada musim penghujan. Tanaman gymnospermae mempunyai siklus dormansi kemudian perkembangan, terjadi penyerbukan, fertilisasi kemudian pembentukan biji dan selanjutnya pemasakan biji. Siklus reproduksi paling pendek pada tanaman gymnospermae bisa terjadi 18 bulan dan siklus terpanjang terjadi sekitar 27 bulan. Pada tanaman jati mempunyai siklus: 3 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Inisiasi kuncup pada Januari-April Fase I Perkembangan kuncup reproduksi, pada Mei-Juni Fase Dorman, Juli-September Fase II perkembangan, Oktober-Desember Puncak masa pembukaan / mekar (Januari – Mei) Terbentuk buah, Februari – Juli Pemasakan Pada tanaman manggis: 1. 2. 3. 4. Dormansi terjadi sekitar Februari – Juni, Ketika musim kemarau, Juli-Agustus, inisiasi terjadi Pecah tunas dan bunga mekar, September Perkembangan buah dan biji, Oktober-Desember. Terjadi overlapping antara fase I dengan pembungaan, proses pengisian biji. Soal-soal 1. Jelaskan pengertian siklus reproduksi. 2. Jelaskan permasalahan siklus reproduksi tanaman di daerah tropis. Daftar Pustaka Glover B.J. 2007. Understanding Flowers and Flowering: An Integrated Approach. Oxford University Press Inc., New York Russell, S.D. and C. Dumas. 1992. Sexual Reproduction in Flowering Plants. Academic Press, Inc. Suzuki, K., K. Ishii, S. Sakurai, S. Sasaki. 2006. Plantation Technology in Tropical Forest Science. Springer-Verlag, Tokyo. Williams, C.G. 2009. Conifer Reproductive Biology. Springer, New York. 4 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. BAB II. PEMBUNGAAN PERTAMA Tujuan Instruksional Khusus : Mahasiswa dapat menjelaskan kapan terjadinya pembungaan pertama pada tanaman serta mengetahui ciri-ciri tanaman juvenile. Pada umumnya tanaman hanya menghasilkan bunga bilamana telah dewasa (ukuran, umur), cukup besar dan mengandung banyak zat-zat cadangan makanan. Tanaman baru berkecambah atau masih terlalu muda biasanya tidak dapat berbunga, sehingga tumbuh vegetatif dulu yaitu membentuk bagian-bagian vegetatif seperti akar, batang dan daun. Pada saat menanam pohon buah, dalam hati kita tentu bertanyatanya kapan pohon ini mulai berbuah. Tahun depankah, dua tahun lagi, lima tahun lagi atau sepuluh tahun lagi? Kalau pohon terlalu lama untuk mulai berbuah, biasanya orang segan untuk menanamnya. Tergantung jenis bibit yang kita tanam, pohon buah ada yang relatif cepat menghasilkan dan ada yang sangat lambat untuk mulai berbuah. Pada Tabel dibawah dapat dilihat umur mulai berbuah beberapa jenis pohon buah-buahan yang bibitnya berasal dari biji maupun sambungan. Tanaman dapat berbuah seperti yang tertera dalam tabel kalau tempat menanamnya sesuai dengan kebutuhan hidup tanaman (agroekologinya cocok) dan tanaman dipelihara dengan baik (budidaya optimal). Kalau kita menanam pohon buah dengan bibit asal biji, kita terpaksa menunggu lama untuk dapat menikmati hasilnya, tetapi kalau kita menanam pohon dengan bibit asal cangkok atau sambungan waktu untuk mulai berbuah relatif pendek. Bibit pohon yang berasal dari biji harus melewati masa muda (juvenil) dahulu sebelum dia menjadi dewasa dan dapat berbuah. Sedangkan bibit asal cangkok, kalau induk yang kita cangkok adalah tanaman dewasa, maka cangkokan tersebut akan segera menghasilkan buah, karena tanaman ini juga sudah dewasa. Bibit yang berasal dari sambungan dan okulasi agak unik. Bibit ini dihasilkan dari penyambungan semai asal biji dengan batang atas atau mata tempel dari tanaman dewasa (ada juga pembibit yang nakal menggunakan batang atas dan mata tempel berasal dari tanaman yang belum dewasa, yang menyebabkan bibit sambungan lambat menghasilkan). Karena batang bawah Bari biji, dan biasanya baru berumur beberapa bulan, maka batang bawah belum dewasa. Sedangkan batang atasnya, karena berasal dari tanaman dewasa, dia juga dewasa. Setelah disambungkan, batang bawah akan mempengaruhi batang atas dan menyebabkan tanaman tidak segera 5 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. berbuah. Belum segera berbuahnya tanaman sambungan juga disebabkan karena belum terbentuknya tajuk yang dapat mendukung pertumbuhan buah. Setelah tajuk pohon cukup mendukung pertumbuhan buah, biasanya 3-5 tahun setelah bibit ditanam, pohon tersebut akan segera berbuah. Pada manggis, pohon basil sambung pucuk kadang-kadang segera berbunga sesudah penyambungan. Hal ini terjadi karena batang atas yang digunakan sudah terinduksi untuk berbunga saat diambil untuk disambungkan. Jika batang atas diambil dari pucuk yang berduri dan juvenil diokulasi ke batang bawah yang memasuki tahap dewasa akan mulai menghasilkan bunga lebih awal daripada batang atas tetap pada pohon induknya. Sebaliknya, batang dewasa dapat kembali pada fase juvenil saat mereka digunakan sebagai batang atas untuk okulasi. Batang atas pohon jeruk dewasa menghasilkan pucuk berduri jika diokulasi ke benih lemon sebagai batang bawah dan bagiah pucuk-basal baru akan berduri. Seperti makluk hidup lainnya, pohon buah mengalami siklus tumbuh dari embrio (dalam bjij), kecambah (atau bayi), yuwana (juvenil) dan dewasa. Masa muda tanaman ditandai belum mampunya tanaman tersebut untuk berbunga. Pada tanaman-tanaman tertentu juga ditandai dengan morfologi tanaman yang berbeda, seperti bentuk dan ukuran daun, adanya duri, dan kemudahannya berakar pada stek. Pada beberapa jenis jeruk dan apel misalnya, masa muda ditandai dengan adanya duri pada ranting yang muncul. Duri ini pendek dan tajam. Setelah pemanjangan pucuk berlangsung seiring dengan umur pohon, kuncup distal berkembang menjadi pucuk lateral dan spur (suatu modifikasi batang) dari duri. Daun pohon pecan juvenil sederhana dan berambut sedang yang dewasa majemuk dan rambutnya lebih sedikit. Stek batang dari bagian pohon juvenil akan menginisiasi akar lebih cepat daripada stek yang diambil dari bagian dewasa. Perubahan dari masa muda ke masa dewasa berlangsung perlahanlahan. Saat mulainya tanaman dapat berbunga disebut sebagai masa transisi. Masa transisi ini berlangsung tidak serentak pada semua bagian tanaman. Bagian bawah tanaman yang dekat dengan akar biasanya masih muda, sedangkan bagian yang jauh dari akar telah menjadi dewasa. Transisi dari juvenil ke dewasa merupakan suatu tahapan karena bagianbagian bawah tetap mempertahankan karakteristik juvenil sementara bagian atas pohon mulai berbunga. Bukti morfologi dan fisiologi menunjukkan bahwa ketiga fase perkembangan ada pada pohon dewasa, apakah itu tanaman pernah disambung atau tidak. Bagian batang yang berbatasan dengan akar tetap juvenil; beberapa ahli fisiologi menghubungkan fenomena ini dengan produksi hormon akar 6 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. yang ditranslokasikan ke atas. Perubahan peningkatan hormon ini dalam meristem apikal bertanggung jawab untuk transisi dari juvenil ke tahap dewasa. Pucuk apikal juvenil dan dewasa mempunyai tipe RNA yang berbeda. Kode genetik suatu klon tetap, perubahan ini mencerminkan represi dan ekspresi gen yang dibawa oleh hormon. Giberelin ditranslokasikan dari akar ke pucuk (Can et al. 1964). Setelah pohon tumbuh besar dan banyak cabang dibentuk, tidak hanya jarak dari akar ke pucuk terminal menjadi lebih panjang, tetapi juga jumlah pucuk terminal meningkat. Dengan demikian diperkirakan bahwa zat pengatur pertumbuhan yang berasal dari akar ini menjadi lebih encer/sehingga menjadi kurang efektif sebagai penghambat pembungan dan perangsang duri. Bukti untuk mendukung konsep hormon ini ditunjukkan oleh pengaruh asam gibberelat yang disemprotkan ke cabang almond, apricot, cherry dan plum. Aplikasi tunggal sebanyak 200 ppm pada awal musim pertumbuhan, saat bunga diinisiasi, akan menginduksi spur kembali ke duri dan menghambat pembentukan kuncup bunga untuk musim berikutnya. Panjangnya periode juvenil berbeda antar dan dalam spesies, tergantung genotip klon dan cara perbanyakan. Karakteristik ini diturunkan melalui sitoplasma sel telur. Dengan demikian jika suatu hibrida dibuat antara pohon induk betina yang mempunyai periode juvenil pendek dan induk jantan panjang, keturunan akan lebih mempunyai periode juvenil pendek seperti induk betinanya. Wellington (1924) menemukan bahwa keturunan benih yang berasal dari kultivar apel dengan periode juvenil panjang akan berbuah lambat. Batang atas diambil dari keturunan ini dan diokulasi ke batang bawah membutuhkan beberapa tahun sebelum mereka menginisiasi bunga. Okulasi dapat memperpendek periode juvenil dengan cara girdling sementara pada tempat penempelan, tetapi tidak mengatasi karakteristik pembawaan juvenil bibit. Bibit yang mulai berbunga lebih awal disebut precocious dan fenomena ini disebut prekositas. Contohnya adalah pada jeruk grapefruit yang dapat berbunga pada saat benih disemaikan. Tetapi, bunga tersebut hanya muncul sekali, sesudah itu bibit kembali kehilangan kemampuan berbunga sampai menjadi dewasa. 7 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Tabel 1. Perbedaan masa berbuah beberapa tanaman hortikultura dari perbanvakan vegetatif. No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Nama Umum Alpokat Cempedak Duku Durian Jambu air Jambu biji Jambu mete Jeruk keprok Jeruk manis Kedondong Mangga Manggis Matoa Melinjo Nangka Rambutan Sawo Sirsak Srikaya Sukun Belimbing Nama Botani Persea Americana Artocarpus integer Lansium domesticum Durio zibethinus Syzigium aqueum Psidium guajava Anacardium occidentale Citrus nobilis Citrus sinensis Spondias dulcis Mangifera indica Garcinia mangostana Pometia pinnata Gnetum gnemon Artocarpus Nephelium lappaceum Manilkara zapota Annona muricata Annona squamosa Artocarpus aetilis Averrhoa carambola Biji (tahun) Perbanyakan vegetatif (tahun) 7-10 7-10 12-15 12-15 7-10 2 7-10 4-6 6-8 7-8 7-10 12-17 10-15 7-10 7-10 7-10 7-10 5-7 7-8 7-10 5-6 4 3-5 5-6 5-6 3-5 1 3-5 1-2 2-3 4-5 3-4 6-7 6-7 3-4 3-5 3-4 3-4 1-2 3-5 3-5 2-3 Sumber: Purnomosidhi et al.. 2002. Zimmerman (1972) menemukan bahwa tanaman yang tumbuh pada cahaya yang terus-menerus lebih besar dan periode juvenilnya lebih pendek daripada tanaman yang tumbuh pada fotoperiode alami. Periode juvenil juga diperpendek dengan menginduksi tanaman ke dormansi dengan tidak memberikan air dan kemudian memaksanya tumbuh untuk beberapa siklus. Setelah sejumlah siklus pertumbuhan tertentu, tanaman tumbuh dan berbunga lebih awal daripada tanaman yang tidak diberikan stress. Berdasarkan hasil penelitian ini, Zimmerman menyimpulkan pohon mencapai tinggi kritis atau mempunyai jumlah buku tertentu, atau siklus tumbuh tertentu atau ketingian tertentu sebelum bunga diinisiasi. Benih apomistik atau yang embrionya berasal dari nuselus tumbuh normal melalui fase juvenil seperti benih zigotik. Tanaman yang berasal dari embrio nuselar akan berbunga pada umur yang sama dengan benih berasal dari embrio generatif. 8 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Panjang periode juvenil tidak mempengaruhi penanaman buah karena semua pohon komersial diperbanyak dengan penyambungan atau stek dengan menggunakan batang dewasa. Bergantung pada spesiesnya, bibit dari persemaian tetap tidak berbunga dua sampai lima tahun setelah ditanam di kebun. Pemangkasan yang berat selama periode pembentukan tajuk dapat menyebabkan penundaan awal pembungaan. "Top working" pada pohon dewasa memerlukan waktu beberapa tahun untuk pembentukan tajuk, sebelum pohon tersebut berbuah kembali. Pohon harus dijaga dalam fase vegetatif selama periode pembentukan tajuk, saat struktur rangka tajuk sedang berkembang. Dalam percobaan, fase vegetatif ini dapat ditiadakan pada manggis, jeruk, sawo, kedondong dan anggur karena primordia bunga atau bunga majemuk telah terinduksi pada beberapa bagian pucuk calon batang atas. Batang atas diambil dari daerah ini akan meneruskan pembungaan jika disambungkan ke batang bawah yang cocok. Fase juvenille sama dengan fase vegetatif yaitu fase pertumbuhan yang dimulai dari perkecambahan hingga tanaman menjadi besar. Selama tanaman itu masih muda (belum mencapai tingkat dewasa) dalam pertumbuhan selanjutnya tanaman hanya mengalami perubahan kuantitatif saja artinya ia akan menjadi besar lebih berat dan menimbun zat cadangan makanan lebih banyak terutama karbohidrat yang kelak dipakai sebagai bahan utama untuk pembentukan bunga. Tanaman dewasa mempunyai zat cadangan yang cukup banyak, maka tanaman dapat mengalami perubahan kualitatif menuju ke arah pembungaan. Fase I membentuk primordia bunga yaitu bakal tunas bunga yang akan membentuk kuncup bunga. Terbentuknya primordia bunga berarti tanaman mulai mengalami peralihan pertumbuhan dari fase vegetatif ke generatif. Tanaman muda tidak akan berbunga pada masa awal hidupnya karena sifat genetis bukan karena tidak ada kemampuan untuk berbunga. Saat pemberian perlakuan untuk pembungaan sebaiknya dilakukan terhadap tanaman pada fase vegetatif menjelang fase generatif. Tandatanda secara umum bahwa tanaman sedang membentuk primordia bunga antara lain: 1. Tumbuhnya tanaman makin lambat seolah-olah berhenti tumbuh. 2. Ruas-ruas batang yang tersusun semakin pendek. 3. Titik tumbuh mulai melebar 4. Bagian ujung batang mendapat bentuk setengah bulat atau seperti kerucut yang tumpul. 9 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Pembungaan pertama pada jenis Conifer umumnya berkisar antara 15-35 tahun. Sedangkan pada jenis berdaun lebar antara 1-45 tahun. Pada jenis-jenis Dipterocarpaceae di hutan alam, pembungaan pertama biasanya terjadi ketika pohon berumur 20-45 tahun atau setelah mencapai diameterminimal 30-40 cm. pada tanaman manggis, tanaman akan berbunga pertama kali pada umur 17 tahun atau kalau sudah mempunyai kurang lebih 17 pasang cabang. Pada jenis pohon yang ditanam, saat mulainya berbunga biasanya terjadi lebih awal. Seperti pada Shorea stenoptera dan S. pinanga di Kebun percobaan sudah mulai berbunga dan berbuah pada umur 8-10 tahun. Fenomena yang sering terjadi di hutan alam yaitu pohon akan mulai berbunga apabila kanopinya sudah tersembul dari kerumunan kanopi tegakan pohon yang lain. Dengan kata lain ketika kanopi mendapat cahaya matahari penuh. Masa pertumbuhan vegetative atau masa juvenile itu bukanlah kesatuan yang tetap, namun dapat sipengaruhi oleh keadaan luar. Penelitian dari masa vegetative ke pembentukan bunga pertama sebagian ditentukan oleh genotif atau faktor dalam yaitu sifat turun-menurun dan sebagian lagi oleh faktor-faktor luar seperti suhu, cahaya, air, pupuk dan lainya. Bila salah satu syarat tidak terpenuhi maka tanaman seringkali tidak mau berbunga dan akan tumbuh vegetative terus. Pada saat ini manusia berusaha untuk lebih memperpendek fase juvenile atau fase vegetative tersebut dengan berbagai perlakuan sehingga masa berbunga bisa dipercepat bahkan dipersering atau diperbanyak. Sebagai contoh Rhododendron dapat dipercepat pembungaan pertamanya hingga dua kali lebih cepat dengan menumbuhkan di bawah suhu 15-20 °C dan periode pencahayaannya yang terus menerus. Usaha untuk mempercepat masa berbunga ini sebagian berhasil pada jenis kayu lebar maupun daun jarum, namun untuk menerapkannya secara umum masih belum dapat dilaksanakan mengingat bahwa keberhasilannya dipengaruhi oleh banyak faktor. Soal-soal: 1. Jelaskan kapan terjadinya pembungaan pertama pada tanaman 2. Jelaskan tentang ciri-ciri tanaman juvenile. 10 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Daftar Pustaka Glover B.J. 2007. Understanding Flowers and Flowering: An Integrated Approach. Oxford University Press Inc., New York Russell, S.D. and C. Dumas. 1992. Sexual Reproduction in Flowering Plants. Academic Press, Inc. Williams, C.G. 2009. Conifer Reproductive Biology. Springer, New York. 11 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. BAB III. INISIASI PEMBUANGAAN Tujuan Instruksional Khusus : Mahasiswa menjelaskan tentang terjadinya inisiasi pembungaan Secara morfologi, perubahan apeks vegetatif menjadi bunga dari awal sampai akhir terjadi secara bertahap. Lang (1952) memisahkan proses pembentukan bunga menjadi 4 tahap: (1) induksi atau inisiasi bunga, diferensiasi primordia bunga; (2) penyusunan/organisasi bunga, diferensiasi bagian-bagian bunga secara individu; (3) pematangan bunga, biasa terjadi bersamaan dengan proses pertumbuhan bagian-bagian bunga, diferensiasi jaringan sporogen, meiosis, tepung sari dan perkembangan kantung embrio; (4) anthesis atau bunga mekar. Induksi bunga merupakan suatu tahapan ketika kuncup vegetatif dirangsang secara biokimia dan berubah menjadi pucuk reproduktif. Tidak ada perwujudan morfologi luar yang menandakan tahap ini terjadi. Sinyal visual pertama yang menandakan perubahan dari vegetatif ke apeks reproduktif yaitu pembentukan kubah apeks (apikal dome). Hal ini merupakan awal diferensiasi bunga atau periode penyusunan saat primordia masing-masing bagian bunga muncul di apeks yang menjadi reseptakel. Penggunaan istilah inisiasi bunga dan induksi bunga sinonim dengan differensiasi bunga membingungkan ahli-ahli tanaman. Dalam modul ini, definisi Lang mengenai inisiasi bunga sinonim dengan induksi bunga digunakan untuk memahami pembicaraan mengenai pembungaan. Inisiasi pembungaan didefinisikan sebagai suatu transisi dari apeks meristem vegetatif (tunas primordia daun) yang belum terdeterminasi menjadi apeks reproduktif atau apikal reproduksi (tunas primordia bunga) yang terdeterminasi yang akan berkembang menjadi bunga dan buah. Terminologi ini lebih menunjukkan pada suatu proses daripada suatu struktur yang spesifik. Inisiasi pembungaan merupakan tahap pertama setiap siklus reproduksi. Siklus reproduksi pohon penting untuk dipelajari dan diketahui karena banyaknya permasalahan yang terjadi selama proses pembungaan dan pembuahan sehingga berakibat terhadap penurunan produksi benih/buah. Masalah yang sering dijumpai antara lain: kegagalan dalam pembungaan, lamanya siklus reproduksi, serta lamanya fase vegetatif. Mulai berbunganya suatu tanaman bervariasi, biasanya tanaman mulai berbunga berbeda antara satu tanaman dengan yang lainnya. Lamanya fase vegetatif erat kaitannya dengan umur tanaman / pohon saat 13 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. mulai berbunga setelah melewati masa juvenille (fase vegetatif). Setiap jenis tanaman mempunyai tipe dan waktu inisiasi yang berbeda dimana tunas reproduksi mungkin muncul pada bagian ujung atau bagian samping dahan dan biasanya ditutupi dengan kelopak tunas. Pengetahuan mengenai letak dan waktu inisiasi bunga ini sangat bermanfaat untuk upaya merangsang atau meningkatkan pembungaan. Inisiasi terjadi karena karena terjadi perubahan pada apikal, perubahan ini bisa diamati karena adanya aktivitas DNA, karbohidrat dan lainnya yang dikenal dengan istilah Indeks Mitosis. Ada 2 lapisan untuk menghitung indeks mitosis yaitu tunica dan corpus. Pada bunga jati kita bisa melihat inisiasi bagian bunga apabila ada titik-titik berwarna merah, itu adalah primordia bunga. Inisiasi pembungaan merupakan perubahan morfologis dan terjadi sebenarnya jauh sebelum terlihat kuncup bunga (bisa 2-3 bulan sebelumnya, tergantung jenis tanamannya). Apabila sudah terlihat disebut bud development. Inisiasi sampai bunga muncul bervariasi tergantung dari jenisnya (4-5 bulan). Didaerah tropis antara inisiasi sampai berbunga waktunya singkat. Sedangkan di daerah temperate (iklim sedang) inisiasi sampai berbunga membutuhkan waktu sangat lama sekali karena ada waktu dormannya. Sebagai contoh pada kelapa sawit butuh waktu 2 tahun. Inisiasi berbunga lama sekali diduga karena suatu mekanisme tanaman untuk menghadapi lingkungan. Inisiasi pada tanaman gymnospermae hampir sama dengan angiospermae tetapi yang berbeda disini adalah pada suhu. Devoliasi adalah perubahan karbohidrat pada apikal meristem. Soal-soal: 1. 2. Jelaskan pengertian inisiasi pembungaan Jelaskan tentang terjadinya inisiasi pembungaan Daftar Pustaka Glover B.J. 2007. Understanding Flowers and Flowering: An Integrated Approach. Oxford University Press Inc., New York Russell, S.D. and C. Dumas. 1992. Sexual Reproduction in Flowering Plants. Academic Press, Inc. Williams, C.G. 2009. Conifer Reproductive Biology. Springer, New York. 14 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. BAB IV. WAKTU DAN LETAK INISIASI PEMBUNGAAN Tujuan Instruksional Khusus : Mahasiswa dapat menjelaskan tentang waktu dan letak inisiasi pembungaan Untuk mengetahui waktu dan letak inisiasi pembungaan maka pengetahuan mengenai phenologi pembungaan secara umum sangat penting dikuasai terlebih dahulu. Beberapa tanaman pada lokasi yang didtetapkan untuk penelitian harus diamati selama satu siklus reproduksi dan vegetatif secara lengkap. Catatan harus diperhatikan untuk tiap-tiap tanaman. Pengamatan dilakukan terhadap cabang-cabang di daerah tajuk dimana pembungaan secara normal terjadi. Pengamatan harus termasuk juga saat kuncup vegetatif mengembung dan membuka, lama waktu perpanjangan tunas, besarnya perpanjangan tunas lateral, waktu dan lamanya pembungaan dan waktu perkembangan biji, runjung atau buah. Sketsa atau foto dari tunas, cabang, bunga atau rangkaian bunga akan sangat berguna jika koleksi pesimen dibuat pada musim yang berurutan pada kurun waktu satu tahun. Biasanya sebagian besar perkembangan yang terjadi berada dalam tunas atau struktur bunga yang kompleks. Selanjutnya studi phenologi awal ini sangat berguna untuk memprediksi waktu dan letak (pada tunas, pada cabang dan pada tajuk) dimana kejadian perkembangan yang penting terjadi. Dengan menarik garis mundur dari suatu struktur yang telah masak (misalnya karangan bunga, tunas vegetatif dan tunas reprodukif yang kompleks) ke arah tunas, maka akan dengan secara tepat kita dapat memprediksi waktu dan lokasi tahapan awal yang penting dari inisiasi bunga dan perkembangannya. Studi untuk mengetahui waktu dan metode inisiasi bunga sebenarnya tidaklah sulit. Untuk itu diperlukan koleksi tunas dari beberapa jenis pohon pada umur reproduktif dalam setiap minggu atau dua minggu secara teratur. Tunas yang sedang tumbuh berkembang tersebut kemudian disayat membujur secara hati-hati dengan menggunakan pisau diseksi/silet yang tajam untuk melihat anatominya. Inisiasi bunga pada jenis berdaun lebar (kayu keras) umumnya lebih kompleks dan lebih sedikit dipelajari dibandingkan pada jenis berdaun jarum (Conifer). 15 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Untuk jenis tanaman hutan tropis hanya beberapa jenis yang pernah dilakukan studi phenologinya misalnya Dipterocarpaceae. Hambatan utama yang dihadapi biasanya pada saat pengumpulan tunas pada tajuk bagian atas pohon yang tinggi. Dalam mempelajari waktu dan letak inisiasi pembungaan ini perlu menetapkan jenis apa dan tahapan mana yang memerlukan mikroteknik yang rumit dan mikroskopik serta mana yang dapat dilakukan hanya dengan cara yang lebih sederhana atau diseksi (penyayatan dengan pisau diseksi biasa). Biasanya diseksi yang sederhana dan pengamatan tunas, bunga, dan buah dilakukan lebih dahulu dan ini cukup untuk menjawab beberapa pertanyaan. Sedangkan selanjutnya dengan menggunakan beberapa teknik mikro akan dapat menjawab atau melengkapi informasi yang lebih detail. Untuk mengetahui tahap paling awal dari proses inisiasi bunga biasanya mutlak diperlukan mikro teknik karena tahap ini biasanya terjadi di dalam tunas yang belum muncul. Tunas bisa muncul pada bagian ujung atau pangkal pucuk dan bisa sederhana terdiri vegetatif dan reproduktif. Untuk melakukan pengamatan mikroskopis melalui mikro teknik makan tunas disayat membujur pada kedua sisi yang berlawanan kemudian difiksasi dalam larutan FAA (Formaldehyde Acetic Acid), selanjutnya diembending (dibuat blok) dalam parafin. Kemudian dilakukan diseksi (disayat dengan mengunakan alat mikrotome) dan hasil sayatan diletakkan di atas slide glass ditutup cover glass (dibuat preparat) kemudian distaining (diberi pewarnaan) dengan mengunakan Safranin-Fast Green dan SafraninHemotoxylin. Hasilnya dapat dilihat di bawah mikroskop apakah termasuktingkat pertumbuhan awal atau sudah terjadi pembuahan. Soal-soal 1. 2. Jelaskan tentang waktu pembungaan Jelaskan letak inisiasi pembungaan Daftar Pustaka Finkeldey, R., Hattemer, H. 2007. Tropical Forest Genetics. Springer., Glover B.J. 2007. Understanding Flowers and Flowering: An Integrated Approach. Oxford University Press Inc., New York Roubik , D. W. 1992. Ecology and natural history of tropical bees. Cambridge University Press. 16 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Russell, S.D. and C. Dumas. 1992. Sexual Reproduction in Flowering Plants. Academic Press, Inc. Williams, C.G. 2009. Conifer Reproductive Biology. Springer, New York. 17 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. BAB V. FAKTOR-FAKTOR YANG MENYEBABKAN INISIASI PEMBUNGAAN Tujuan Instruksional Khusus : Mahasiswa dapat menjelaskan terjadinya inisiasi pembungaan. faktor-faktor yang menyebabkan Beberapa studi telah mencoba melihat hubungan antara faktor lingkungan dengan pembungaan sesuai letak geografis, pada tegakan hutan yang berbeda dan pada individu pohon, tapi ternyata masih merupakan masih merupakan hal yang sulit untuk mengidentifikasi mekanisme yang terjadi dan saling terkait. Induksi bunga adalah fase yang paling penting dalam proses pembungaan. Pada fase ini terjadi perubahan fisiologis atau biokimia pada mata tunas dari pertumbuhan vegetatif mengarah pada pertumbuhan generatif. Fase ini menjadi penting karena tidak ada perubahan morfologi yang nampak pada kuncup. Ada beberapa faktor yang berperan atau terkait dengan induksi pembungaan. Faktor tersebut meliputi (1) Faktor eksternal, ialah suhu, stress air, dan panjang hari, (2) Faktor internal, ialah kandungan nitrogen, karbohidrat, asam amino, dan hormon, serta (3) Faktor manipulasi oleh manusia seperti girdling/ringing, pemangkasan, pengeringan, pemangkasan akar, pelengkungan cabang, dan pemberian zat pengatur tumbuh. A. Temperatur / Suhu Panas minimum tertentu diperlukan untuk inisiasi bunga dan biasanya lebih tinggi daripada yang diperlukan untuk pertumbuhan vegetatif. Suhu musim panas yang tinggi menyebabkan banyaknya pembungaan, hal ini terbukti pada beberapa genus pohon. Suhu yang tinggi selama musim pertumbuhan akan meningkatkan inisiasi tunas reproduksi sehingga mungkin mempengaruhi berbagai proses metabolisme dalam tanaman seperti fostosintesis meningkat yang akan menyebabkan karbohidrat yang dihasilkan tinggi. Meningkatnya metabolisme karbohidrat menyebabkan transportasi protein dan lainnya ke daerah apikal. Suhu juga mendorong penyerapan air dan hara atau nutrisi dari tanah ke atas meningkat. Peningkatan suhu akan menyebabkan peningkatan transpirasi tanaman. Sensitivitas jaringan juga akan berubah yang memungkinkan perubahan jaringan dari vegetatif ke reproduktif. 19 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Suhu udara sangat dipengaruhi oleh ketinggian tempat dari permukaan laut dan jarak dari pantai. Sebagai contoh di Pusakanegara (daerah pantai) mempunyai suhu maksimum 32 °C dan minimum 22°C, sedangkan di Mojowarno (inland plain) suhu maksimum mencapai 33 °C pada bulan Oktober dan minimum hampir 20 °C pada bulan Juli-Agustus. Suhu kisaran harian di pantai antara 69°C sedangkan di pedalaman (inland plain) antara 8-12°C. Peran suhu dalam induksi pembungaan sangat penting untuk tanaman buah-buahan temperate dan sub-tropik. Adanya musim dingin menyebabkan terjadinya induksi bunga jeruk, apel, lengkeng dan buah lain. Stress suhu rendah akan menyebabkan tanaman menjadi dorman, sehingga pertumbuhan vegetatif berhenti. Pada tanaman semusim dikenal istilah vernalisasi, ialah perlakuan suhu rendah untuk induksi pembungaan. Vernalisasi adalah suatu proses yang dapat balik, artinya suatu biji atau tanaman yang telah divernalisasi akan kembali tumbuh vegetatif apabila terkena suhu tinggi, atau hari pendek atau fluks cahaya rendah. Peristiwa ini disebut devernalisasi. Tanaman yang telah didevernalisasi dapat divernalisasi lagi, disebut revernalisasi. Suhu udara di Indonesia dari bulan ke bulan relatif kecil variasinya. Sebelah utara equator suhu rata-rata bulanan mencapai maksimum sekitar bulan Mei dan suhu rata-rata bulanan terendah pada bulan Desember dan Januari (Medan). Disebelah selatan equator suhu maksimum pertama terjadi bulan April-Mei, dan maksimum kedua terjadi di akhir musim kemarau yaitu bulan Oktober (Surabaya). Lebih ke Selatan lagi maksimum pertama menjadi tidak jelas dan maksimum bulan Oktober menjadi lebih dominan (Kupang). Meskipun ada variasinya tetapi rata-rata suhu bulanan di permukaan laut hanya berfluktuasi antara 25.2°C (Medan,Januari) sampai 27.9°C (Kupang, Oktober). Di sebelah utara equator suhu maksimum terjadi pada bulan AprilJuli. Pada bulan Juni dan Juli suhu maksimum rata-rata bulanan relatif agak rendah di sebelah selatan equator yang disebabkan oleh anging tenggara yang dingin, tetapi suhu maksimum yang agak rendah juga terjadi pada bulan Januari dan Februari dimana suhu di siang hari agak rendah karena penutupan awan yang tinggi. Suhu minimum di daerah pantai dekat equator hampir tidak bervariasi, tetapi ke arah tenggara suhu minimum menurun tajam dari bulan Mei sampai Agustus. Meskipun suhu minimum di Pontianak (0 °LS) sepanjang tahun 24°C tetapi suhu minimum di Kupang (10 °LS) pada bulan DesemberJanuari (berawan, hujan dan radiasi surya rendah) dan menurun tajam dibawah 21°C pada bulan Juli-Agustus (langit cerah). 20 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Hasil penelitian Inoue (1987) menunjukkan bahwa pohon jeruk Satsuma Mandarin memerlukan akumulasi suhu di bawah 25°C sebanyak 750 °C-hari untuk dapat mengahasilkan 2 bunga per ranting. Pada pohon lengkeng di Jawa Tengah diperlukan akumulasi suhu < 26°C sebanyak 200 °C-hari ditambah 1-2 bulan kering untuk induksi pembungaan. Di Banyubiru (300 m dpl.) yang tidak dapat mengakumulasi suhu sebanyak itu hanya sedikit bunga yang terbentuk (Prawitasari, 2000). Evaporasi di Indonesia untuk daerah dataran rendah bervariasi antara 4 mm/hari pada musim hujan sampai 5 mm/hari pada musim kemarau. Namun di daerah yang lebih kering nilai evaporasi dari panci kias A mencapai 6.5 mm/hari pada akhir musim kemarau. B.Stress Air Stress air adalah faktor yang paling berperan dalam induksi bunga pohon buah-buahan tropika. Mangga memerlukan 2-3 bulan kering untuk induksi bunga, jeruk memerlukan 1-2 bulan. Pada jeruk nipis jika potensial air tanah -2.25 Mpa memerlukan waktu 4-5 minggu untuk induksi bunga, tetapi jika potensial air tanah -3.5 Mpa, hanya perlu waktu 2 minggu. Bulan kering yang diperlukan untuk induksi pembungaan rambutan tergantung pada varietasnya. Stress air tidak langsung menyebabkan tanaman berbunga, tetapi menyebabkan terjadinya induksi pembungaan. Bunga biasanya baru akan berdifferensiasi setelah tanaman lepas dari stress air. Jadi untuk terjadinya bunga, tanaman perlu mendapatkan lingkungan yang sesuai untuk pertumbuhan setelah bunganya terinduksi oleh stress air. Pada Geophila renaris (tanaman hutan) penurunan kadar air tanah 30-50 % mutlak diperlukan untuk induksi pembungaan. Bila stress air berlangsung selama 2 bulan maka bunga akan terbentuk setelah kondisi lingkungan normal, tetapi apabila stress air berlangsung selama 3 bulan, maka bunga terbentuk pada saat stress air terjadi (Bernier, Kinet dan Sachs, 1985). Pada tanaman mangga hal tersebut nampaknya juga terjadi. Hasil percobaan pada tanaman jeruk di Purworejo diketahui bahwa manipulasi stress air dapat menyebabkan pembungaan jeruk di luar musim. Manipulasi stress, air pada musim hujan dilakukan dengan pembuatan draenase sekeliling pertanaman dan penutupan lahan di bawah tajuk dengan mulsa plastik hitam-perak. Setelah 2 bulan perlakuan, mulsa plastik dibuka. Dua minggu setelah mulsa plastik dibuka, tanaman yang mendapat perlakuan segera berbunga sedangkan tanaman kontrol tetap tidak berbunga. Pada tanaman perlakuan muncul 52.25 tunas bunga dan 47.75 21 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. tunas vegetatif, sedangkan tanaman kontrol hanya menghasilkan 0.25 tunas bunga dan 55.75 tunas vegetatif. C. Intensitas cahaya Berkaitan dengan suhu, karena cenderung bukan merupakan faktor yang langsung mempengaruhi. Intensitas cahaya berkaitan dengan pembukaan tajuk, kemiringan, distribusi bunga pada tajuk dan keteduhan. Sebagai contoh pada perkebunan benih diatur jarak tanamnya cukup lebar memungkinkan tanaman itu menerima cahaya yang sama sehingga mampu menginisiasi bunga. Pada jenis Conifer penjarangan tajuk dapat meningkatkan pembungaan dan peneduhan akan mengurangi pembungaan. Pada tanaman jati, pembungaan terjadi pada bagian atas tajuk tingkat dominan dan ko-dominan yang terpapar cahaya matahari. Pada tajuk terbuka umumnya bunga jantan. Sedangkan pada tajuk tertutup terjadi penurunan pada bunga jantan dan peningkatan pada bunga betina. Hal tersebut penting untuk meningkatkan produkstivitas benih tegakan. Alasan mengapa meningkatnya cahaya dapat meningkatkan pembungaan belum jelas, namun hasilnya menunjukkan bahwa hal ini mungkin dapat dijadikan satu metode yang praktis yang dapat diterapkan untuk meningkatkan inisiasi bunga dibawah kondisi tertentu. D. Panjang Hari (Fotoperiodisitas) Periode pencahayaan adalah lamanya periode terang dan gelap relative. Lamanya periode pencahayaan ini belum secara jelas menunjukkan efek langsung pada pembungaan pohon bila dibandingkan dengan tanaman perdu. Periode pencahayaan ini nampaknya dapat mengontrol penghentian perpanjangan tunas dimana pada banyak species terjadi bersamaan dengan diferensiasi bunga. Dengan demikian lama pencahayaan secara tidak langsung mempengaruhi pembungaan dan penentuan jenis kelamin bunga dari tunas terutama pada jenis tanaman yang jantan dan betinanya tidak berdiferensiasi pada waktu yang sama. Lama pencahayaan yang tidak bervariasi pada daerah tropis nampaknya hanya sedikit berpengaruh atau bahkan tidak berpengaruh terutama pada jenis pohon berdaun lebar pada kondisi alam. Panjang hari cenderung merupakan faktor tidak langsung tetapi mempengaruhi pertumbuhan vegetatif. Pada hari pendek diharapkan akan menurunkan pertumbuhan vegetatif dan dirubah kearah pertumbuhan generatif, terjadi induksi. 22 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Penerimaan radiasi surya di Indonesia berkisar antara 278 (Cipanas) sampai 427 cal/cm 2/hari (Langrang). Pada musim hujan penerimaan radiasi surya berkisar antara 208 (Cipanas) sampai 431 cal/cm 2 /hari (Langrang), sedangkan pada musim kemarau berkisar antara 323 sampai 454 cal/cm 2 /hari. Gamer & Allard (1920) tidak sengaja menemukan bahwa hari yang pendek dan malam yang panjang memainkan peranan penting dalam pembungaan tembakau. Mereka menemukan bahwa tanaman tembakau Maryland Mammoth yang tumbuh secara vegetatif di musim panas menjadi berbunga saat ditumbuhkan di rumah kaca selama musim dingin. Panjang hari dan malam sebagai suatu unit disebut fotoperiode dan pengaruhnya dalam respon pembungaan disebut fotoperiodisme. Penemuan fotoperiodisitas (panjang hari) dan kaitannya dengan pembungaan tanaman merupakan penemuan penting dalam pengembangan teori pembungaan. Telah diketahui bahwa tanaman responsif terhadap panjang hari tertentu untuk induksi bunga. Dalam kaitan dengan panjang hari, tanaman dikelompokkan atas: (1) Tanaman hari pendek (SDP = short day plant), (2) tanaman hari panjang (LDP = long day plant), (3) tanaman netral (DNP = day neutral plant), (4) tanaman hari panjang-pendek (LSDP), (5) tanaman hari pendekpanjang (SLDP). Respon tanaman terhadap panjang hari ada yang mutlak atau kualitiatif, ada yang fakultatif atau kuantitatif. Tanaman hari pendek tidak berbunga (mutlak) atau pembungaannya terhambat (fakultatif) apabila panjang hari lebih panjang dari titk kritis tertentu. Titik kritis ini bisa 12 jam atau lebih atau kurang. Pada tanaman hari panjang pengertiannya ngan di atas hanya berbunga apabila panjang hari lebih panjang dari titik kn tertentu. Sedangkan tanaman yang netral pembungaannya tidak tergantung pada panjang hari. Tanaman hari panjang-pendek memerlukan hari panjang diikuti had pendek untuk berbunga. Penelitian selanjutnya menunjukkan bahwa yang berperan dalam pembungaan bukan panjang-pendeknya terang, tetapi panjang pendeknya gelap. Borthwick & Parker (1953) menemukan bahwa dengan tanaman hari pendek, penyelaan periode gelap yang panjang dengan 1 jam cahaya (intensitas 20-40 footcandle) di tengah malam akan mengembalikan pengaruh hari pendek dan menghambat pembungaan. Sedikit informasi yang tersedia tentang fotoperiodisme tanaman buah karena ukurannya besar dan biaya tinggi untuk ruangan pertumbuhan yang besar untuk mencukupi jumlah pohon untuk penelitian. Karakteristik pertumbuhan dan pembungaan menunjukkan bahwa beberapa pohon buah tidak responsif terhadap pengaruh fotoperiode. Laporan Moss (1996) 23 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. menunjukkan bahwa tanaman jeruk manis tidak dikontrol oleh panjang hari. Tanaman tersebut dapat berbunga pada panjang hari 16, 12, maupun 8 jam. Tetapi laporan Inoue (1989) pada jeruk Satsuma Mandarin menunjukkan bahwa tanaman tersebut pada suhu 15°C adalah tanaman hari pendek fakultatif. Nenas juga tanaman hari pendek fakultatif (Gowing, 1961). Nenas Smooth Cayenne berbunga pada panjang hari berapapun, tetapi pembungaan berlangsung lebih cepat pada panjang hari 8 jam. Demikian juga nenas Singapore Spanish (Wee dan Ng, 1968). Menurut Downs dan Piringer (1955) tanaman strawberi memerlukan panjang hari kurang dari 14 jam dan suhu kurang dan 15°C untuk induksi pembungaan. Pada melon dan timun panjang hari berpengaruh pada ekspresi seks. Hari panjang menyebabkan lebih banyak bunga betina yang terbentuk (Brantley dan Warrens, 1960). E. Kelembaban Di bawah kondisi alami, pengaruh kelembaban sangat sulit dipisahkan dari faktor-faktor yang lain. Kelembaban yang rendah sering berhubungan dengan peningkatan inisiasi tunas reproduksi tapi kelembaban rendah biasanya diikuti dengan suhu dan intensitas cahaya yang tinggi. Beberapa studi memperlihatkan korelasi positif antara peningkatan pembungaan dan kemungkinan adanya kelembaban yang rendah pada musim semi dan panas, biasanya karena curah hujan rendah. Studi pada Pinus monticola selama lebih dari 18 tahun menunjukkan bahwa penekanan kelembaban yang tinggi selama awal musim panas menghasilkan jumlah runjung yang tinggi. Akan tetapi pengurangan kelembaban pada akhir musim panas menjelang munculnya runjung menyebabkan kerusakan pada produksi runjung selanjutnya. Ketika hanya presipitasi (penguapan) diperhitungkan umumnya data tidak menunjukkan hubungan yang positif antara presipitasi rendah pada saat diferensiasi tunas reproduksi dan peningkatan produksi bunga. Kelembaban udara di Indonesia pada malam hari umumnya di atas 90%. Pada musim hujan kelerbaban udara pada siana hari di daerah pantai sekitar 80-85%, sedangkan pada musim kemarau turun menjadi sekitar 70% dan pads musim kemarau pada slang hari di daerah pedalaman kelembaban udara turun sampai 55%. F. Kandungan Nutrisi Dengan kondisi faktor-faktor lain yang sama, tanaman yang tumbuh pada tanah yang subur cenderung menghasilkan lebih banyak biji daripada 24 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. lokasi yang tidak subur. Selam ini hanya sedikit studi tentang tingkat nutrisi yang membedakan pengaruh-pengaruhnya terhadap inisiasi bunga, produksi benih dan kualitas benih. Nutrisi mineral yang nampaknya penting untuk pembungaan adalah Nitrogen (N) dan Phosphor (P) walaupun peranan yang spesifik dari mineral tersebut dalam pembungaan tidak jelas. Jauh sebelum pomologi berkembang sebagai suatu ilmu, ahli-ahli hortikultura dan penanam buah menghimpun informasi yang berhubungan dengan respon pohon buah terhadap pemangkasan dan penjarangan. Mereka memfokuskan khusus pada proses pembungaan dan pembuahan karena hidup orang-orang ini bergantung pada produksi buah dan nut. Ahliahli hortikultura sadar bahwa kultivar tertentu pada apel, pear dan spesies buah lain akan memproduksi hasil panen suatu tahun dan tahun berikutnya tidak berbuah, fenomena ini dikenal sebagai pembuahan berseling/altemate/bienial. Tahun saat pohon berbuah disebut on year dan tahun saat pohon mandul disebut off year. Pada kultivar yang bukan alternate, kira-kira setengah dari cabang atau spur pada pohon berdifferensiasi membentuk bunga dan menghasilkan panen setiap tahun. Hasil pohon relatif konstan. Kehadiran buah pada cabang mempunyai pengaruh kuat terhadap pembentukan bunga berikutnya pada cabang tersebut. Ahli-ahli hortikultura juga mengetahui bahwa pohon yang diberi pupuk nitrogen banyak akan berkembang lebat, pertumbuhan vegetatif vigor. Sedangkan penggundulan oleh serangga atau angin kencang hanya akan menghasilkan beberapa atau bahkan tidak ada bunga. Pengamatan bahwa pohon vigor memproduksi sedikit bunga membawa Krauss dan Kraybill (1918) untuk meneliti peranan nitrogen dalam pembentukan bunga. Meski datanya menunjukkan bahwa kandungan Nitrogen tinggi dan karbohidrat rendah pada tomat menyebabkan pembentukan buah yang jelek, status nutrisi tidak menghalangi tanaman dari differensiasi bunga. Pekerjaan mereka menstimulasi ketertarikan hubungan antara karbohidrat : nitrogen (C:N) pada beberapa spesies pohon buah-buahan dan menyebabkan meluasnya percobaan pemupukan dan pemangkasan di beberapa bagian di bumi. Gourley & Howlett (1947) menyimpulkan penemuan ini dan mengembangkan suatu model untuk pohon apel, sama dengan Krauss & Kraybill untuk tomat. Pohon apel termasuk kelas I jika karbohidrat kurang dan vegetatif lemah, nitrogen cukup dan tidak membentuk bunga; Kelas II jika karbohidrat agak kurang dan agak vigor karena pemupukan nitrogen. Pohon kategori ini jugs tidak berbunga. Pohon Kelas III mempunyai karbohidrat cukup dan nitrogen cukup memproduksi bunga banyak dan membentuk buah; sedangkan Kelas IV jika 25 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. kekurangan nitrogen, memproduksi sedikit bunga yang jarang membentuk buah. Kondisi pohon dapat diubah dari satu kelas ke kelas lainnya dengan pemangkasan dan pemupukan yang sesuai. Berdasarkan penelitiannya bahwa spur apel yang tidak berbuah mempunyai kar idrat lebih tinggi dibanding spur apel berbuah selama periode inisiasi bunga, Hooker (1920) menyimpulkan bahwa kekurangan karbohidrat menghambat pembentukan bunga. Baxter (1970) mengusulkan teori proses pembungaan berdasarkan pengaruh promotif dari fosfat dan nitrogen (Fritzsche et al. 1964, Grasmanis & Leeper 1967, Kobel 1954), yang menegaskan interaksi pengaruh gen, energi cahaya, elemen-elemen mineral, hormon dan penghambat pertumbuhan. Sachs & Hackett (1983) memformulasikan ide pengalihan nutrisi yang menyebabkan pucuk apeks menginisiasi primordia bunga. Mereka menemukan bahwa suatu senyawa kimia kompleks dialihkan ke apeks vegetatif pada kondisi tertentu. Bahan kimia ini mengaktifkan gen spesifik untuk menginisiasi morfogenesis, mengubah apeks menjadi bunga. G. Teori Florigen Ada dua teori dasar pembungaan yang terkait dengan hormon, yaitu (1) tumbuhan tidak berbunga kecuali ada kondisi yang menginduksi; (2) tumbuhan mempunyai potensi untuk selalu berbunga, tetapi ada kondisi yang menyebabkan pembungaan terhambat. Teori Penghambat Pembungaan Lona dan Von Denffert pada tahun 1940-1950 menghipotesiskan bahwa tanaman yang tumbuh pada kondisi yang tidak favorabel untuk berbunga menghasilkan satu atau beberapa penghambat pembungaan. Tanaman akan berbunga apabila berada pada kondisi yang dapat mencegah produksi zat penghambat pembungaan. Jadi induksi pembungaan berarti menurunkan konsentrasi dari zat penghambat pembungaan sampai di bawah ambang penghambatan. Teori ini didasarkan pada pengamatan tanaman LDP Hyoscyamus dan SDP Chenopodium amaranticolor. Kedua tanaman ini dapat berbunga pada kondisi non-induktif apabila dilakukan defoliasi dan pemberian gula. Pada bayam, daun yang tidak terinduksi disambungkan pada tanaman yang terinduksi dapat menyebabkan tanaman tersebut tidak berbunga. Teori kedua kemudian dikenal dengan teori florigen. Teori ini berawal dari pengamatan Julius Sachs (1888). Peneliti Jarman yang dikenal dalam fisiologi tanaman modern mengamati bahwa stek daun tanaman Begonia yang diambil dari induk yang berbunga akan segera berbunga, 26 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. tetapi bila diambil dari induk yang belum berunga juga akan lambat berbunga. Dia menyimpulkan ada zat pembentuk bunga (blutenbildenstoff) yang diduga disintesis di daun. Setelah meluasnya penelitian fotoperiodisitas, Chailakhyan (1968) menemukan bahwa bagian tanaman yang responsif terhadap fotoperiodisitas adalah daun. Dia menyimpulkan ada informasi yang dikirim dari daun yang mendapat fotoperiodisitas yang sesuai ke mata tunas yang menyebabkan mata tunas tersebut terinduksi untuk berbunga. Zat tesrebut diberi namai florigen, yang berarti pembawa sifat bunga dalam bahasa Yunani. Hormon pembungaan belum pernah diisolasi dan diidentifikasi. Beberapa ahli fisiologi menggunakan istilah stimulus bunga. Disini kata florigen dan stimulus bunga digunakan keduanya untuk mendeskripsikan zat yang mengaktivasi proses pembungaan. Bukti eksperimen dengan spesies herba mengindikasikan bahwa: 1. 2. 3. 4. Florigen hanya ditranslokasikan melalui jaringan hidup: di jaringan mesofil daun berlangsung dari sel ke sel sampai floem. Transportasi pada petiole dan ranting berlangsung dalam floem. Hal ini dibuktikan dengan percobaan girdling atau perlakuan pemanasan lokal yang dapat menghambat transportasi florigen. Translokasi bisa basipetal maupun akropetal. Pada percobaan dengan tanaman bercabang dua yang salah satu cabangnya diinduksi, ternyata kedua cabang dapat berbunga. Hal ini menunjukkan bahwa pada cabang yang diinduksi terjadi translokasi basipetal sedangkan pada cabang yang tidak terinduksi akropetal. Tidak ada pergerakan lateral dari florigen. Pada tanaman dengan filotaksi opposite dan salah satu dawn diinduksi, maka mata tunas pada daun yang terinduksi berbunga sedang mata tunas pada daun sebelahnya tidak berbunga. Florigen dapat ditranslokasikan melalui penyambungan. Pada percobaan penyambungan, tanaman yang terinduksi (misalnya tanaman hari pendek ditempatkan pada hari pendek) dijadikan donor dan tanaman yang tidak terinduksi (misalnya tanaman hari pendek ditempatkan pada hari panjang) dijadikan reseptor. Setelah penyambungan, reseptor yang tidak terinduksi bisa berbunga. Hal ini menunjukkan bahwa ada pergerakan florigen dari daun donor ke meristem reseptor yang neyebabkan reseptor berbunga. Dalam percobaan diketahui bahwa donor dapat berupa batang bawah, batang atas atau hanya selembar daun. Kekerabatan antara reseptor dengan donor bisa pada spesies yang berbeda, genus yang berbeda atau 27 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. fotoperiodisitas yang berbeda. Transportasi florigen dapat dihambat apabila pada reseptor terdapat daun dewasa yang terletak antara daun yang terinduksi dengan meristem target (Bernier et al, 1985). Stimulus bunga ditranslokasikan dari induk tanaman strawberry yang tumbuh pada kondisi hari pendek ke tanaman anak yang tumbuh pada kondisi tidak diinduksi (Hartman 1947), tetapi tidak terjadi jika tanaman anak berukuran sebesar tanaman induk (Guttridge 1969). Stimulus diberikan ke tanaman anak jika tanaman anak gundul atau disimpan dalam gelap, mengindikasikan bahwa florigen bergerak dengan gradien fotosintat. Dengan penutupan kuncup dan daun pada bayam, Knott (1934) menunjukkan bahwa daun merupakan sumber atau tempat sintesis stimulus bukannya kuncup. Dengan asumsi bahwa daun adalah penerima stimulus bunga, ahli pomologi menyelidiki dasar `alternate bearing' dengan pengguguran daun dan pencegahan buah pada spur dan cabang pada interval yang pendek. Spesies atau kultivar yang berbuah secara berselang (alternate) dari suatu tahun ke tahun berikutnya biasa digunakan untuk penelitian ini. Spur apel digugurkan daunnya (defoliated) dalam 40-60 hari setelah berbunga penuh, akan berbunga pada musim berikutnya; spur yang digugurkan daunnya setelah lebih dari 60 hari tidak berbunga (Magness 1927). Hal ini menunjukkan bahwa kira-kira 50 hari dibutuhkan untuk stimulus pembungaan untuk mencapai tingkat permulaan di kuncup apeks vegetatif. Setelah kuncup pada spur memperoleh tingkat florigen itu, kuncup akan distimulasi untuk berbunga. Pengguguran daun pada spur setelah periode kritis ini tidak berpengaruh terhadap proses pembungaan. Kekurangan vigor pada tanaman berasal dari kekurangan fotosintat karena pengguguran daun pada spur dapat menyebabkan tidak terjadi pembungaan karena kegagalan akumulasi pati (Harvey & Murneek 1921). Davis (1957) meeneliti pengaruh pengguguran bunga dan buah pada prune `Sugar' dengan interval 10 hari setelah berbunga penuh selama 80 hari. Dia menemukan bahwa semakin lama buah berada di atas pohon, pembungaan kembali pads musim berikutnya akan jelek. Kelambatan pengguguran buah selama 30 hari menghambat inisiasi bunga pada beberapa spur tapi dengan kelambatan 50 hari setelah berkembang penuh masih ada 5% spur yang kembali berbunga. Variabilitas spur buah untuk membentuk kuncup bunga untuk musim berikutnya berhubungan dengan paparan cahaya dimana lokasi di atas pohon akan menghasilkan lebih banyak bunga atau buah supaya efektif mencegah kembalinya pembungaan, pengguguran daun harus dilakukan selama periode inisiasi bunga. Setelah bagian-bagian bunga muncul, perlakuan tidak efektif 28 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. (Gourley & Howlett 1947). Pengaruh terbalik buah dan pengaruh promotif daun terhadap pembungaan menjelaskan mengapa spur menghasilkan buah pada tahun secara berselang. H. Peran Zat Pengatur Tumbuh 1) Peran Hormon Endogen Florigen ditranslokasikan dari daun ke kuncup menginduksi kuncup untuk menginisiasi bunga. Tetapi jika terdapat buah pada spur, florigen dialihkan ke buah yang sedang berkembang bersama dengan fotosintat lainnya sehingga mencegahnya mencapai kuncup. Sebaliknya, ada bukti bahwa buah mengeluarkan metabolitnya ke kuncup yang mencegah kuncup menginisiasi bunga. Luckwill (1970) memetik bunga dan buah apel Emneth Early yang sedang berkembang dengan interval mingguan dan ekstrak biji di bioassay untuk mengukur kadar hormon (Bioassay adalah cara penggunaan material biologi untuk mengukur perkiraan kuantitas zat pengatur tumbuh). Saat spur kembali berbunga pada musim berikutnya, spur dari buah yang dipetik 8 minggu setelah berbunga penuh menghasilkan sedikit bunga bahkan tidak ada bunga. Permulaan periode penghambatan kuncup bunga bersamaan dengan waktu saat kandungan giberelin dalam biji mulai meningkat. Tergantung pada jenis tanamannya, giberelin dapat menghambat pembungaan atau menginduksi pembungaan. Giberelin dapat menginduksi pembungaan pada olive, kubis, wortel, krisan, zinia dan impatiens. Pada tanaman jeruk, mangga, rambutan, apel, pear, peach dan kebanyakan pohon buah-buahan, giberelin dapat menghambat pembungaan. Penyempotan giberelin sintetis terbukti menghambat pembungaan pada jeruk mandarin (Inoue, 1990), jeruk manis (Monselise, 1973), jeruk nipis (Davenport, 1983) dan lemon (Nir et al., 1972). Penghambatan maksimum dari giberelin terhadap pembungaan jeruk terjadi pada: (1) menjelang induksi bunga, (2) pada saat stimulus pembungaan mengalir dari daun ke mata tunas, dan (3) antara differensiasi dengan munculnya bunga. Kemungkinan cara giberelin menghambat pembungaan jeruk adalah: (1) mengubah tipe tunas, dari tunas bunga yang pendek menjadi tunas vegetatif yang panjang; (2) secara tidak langsung dengan meningkatkan pertumbuhan tunas vegetatif, sehingga menekan pertumbuhan tunas generatif; (3) mengubah calon tunas generative menjadi tunas vegetatif kembali. Analisis zat perangsang pertumbuhan pada spur apel Cox's Orange Pippin yang berbuah dan tidak berbuah menunjukkan tingkat senyawa 29 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. auksin tinggi pada 5-10 minggu setelah berbunga penuh, saat stimulus bunga diperkirakan dikirim ke kuncup spur. Tingkat auksin pada spur yang berbuah turun pada minggu ke 7 tetapi kemudian naik lagi. Pada spur yang tidak berbuah, tingkat senyawa ini konstan. Kehadiran buah berbiji berhubungan dengan akumulasi zat perangsang pertumbuhan dalam spur selama periode kritis saat inisiasi bunga terjadi. Sejumlah giberelin disebarkan dari buah Laxtons Superb, kultivar yang berbuah secara berselang, lebih besar daripada Coxs Orange Pippin yang biasa terus berbuah, tetapi tingkat auksin Laxton Superb lebih rendah daripada Coxs Orange Pippin (Hoad 1979). 2) Pengatur Pertumbuhan Eksogen Grocowska (1968) mengeluarkan biji dari buah apel yang masih melekat di spur dan menggantinya dengan kapas yang sudah direndam dengan larutan asam indolasetat (IAA), asam naftalen asetat (NAA) dan asam giberelin (GA). Spur yang diperlakukan dengan 20 ppm IAA dan 500 ppm GA kembali berbunga sebanyak tanaman kontrol; sedangkan spur yang diperlakukan dengan 10 ppm NAA mempunyai bunga lebih banyak. Spur yang mendapat 1000 ppm GA menghasilkan bunga 1/3 lebih sedikit pada musim semi berikutnya. Aplikasi GA tinggi tidak sempuma menekan pembentukan bunga karena pertumbuhan buah dipacu, mengindikasikan bahwa hormon dimetabolisme in situ dan tidak diekspor Hal yang sama terjadi saat 14CO2 diberikan ke daun anggur muda yang diperlakukan dengan GA. Ukuran daun meningkat dan hanya sedikit radioaktif diekspor (Manivel 1973) menunjukkan bahwa GA menyebabkan daun bertindak sekaligus sebagai source dan sink. Perkiraan ekspor GA terbatas dari apel yang bijinya dikeluarkan terjadi berdasarkan penemuan . aplikasi penyemprotan GA 20-40 ppm selama periode inisiasi bunga menurunkan pembentukan kuncup bunga pada cherri, persik, plum, apel dan strawberry; pada 100-250 ppm penghambatan lengkap. Hoad (1979) mengkonfirmasikan bahwa auksin merangsang inisiasi bunga pada Coxs Orange Pippin. Auksin menyebabkan pengeluaran etilen (Maxie & Crane 1967) yang mempengaruhi permeabilitas membran sel dan menyebabkan diffusi zat perangsang pertumbuhan ke spur. Pengaruh auksin pada pembungaan tidak langsung. Aplikasi zeatin (sitokinin alami) dan benzyladenin (sitokinin sintetik) ke ujung petiol yang daunnya dipotong pada spur apel Egrement Russet mengatasi pengaruh defoliasi dalam inisiasi bunga. Persentase yang kembali berbunga pada spur yang diperlakukan dengan sitokinin lebih tinggi daripada yang diperlakukan dengan air (Hoad 1979, Ramirez 1979). Sulur anggur diperlakukan dengan zeatin dan benziladenin juga menginisiasi floret 30 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. in vitro dan in vivo (Mullins 1966, Srinivasan & Mullins 1978.1979). Induk tanaman SDP strawberry yang diberi zeatin tidak berbunga tetapi menghasilkan tanaman yang berbunga pada kondisi hari panjang (Ryugo, 1985) mengindisikan bahwa pembungaan distimulasi oleh zeatin dan ditranslokasikan melalui stolon. Hasil ini menunjukkan bahwa pembungaan bergantung pada keseimbangan hormon yang baik, apapun peranannya. I. Interaksi antara Biji dan Daun Chan & Chain (1967) menguji peranan biji dalam inisiasi bunga dengan penyerbukan buatan pada bunga apel Spencer Seedless, suatu kultivar yang tidak mempunyai petal. Secara normal kultivar ini buahnya tidak mempunyai biji karena bunganya tidak menarik lebah. Saat panen jumlah biji per buah dan per spur dicatat. Musim semi berikutnya, buah yang diproduksi pada spur yang sama menunjukkan bahwa lebih dari 95% spur yang menghasilkan buah partenokarpi akan kembali berbunga. Tetapi dalam spur yang menghasilkan 115 biji, kurang dari 20% spur yang berbunga kembali pada musim semi berikutnya. Saat jumlah biji per spurmelampaui 15, pembungaan hanya 1-2%. Huet (1978) mengatur jumlah daun pada spur pear Bartlett yang berbuah dan tidak berbuah. Dia menemukan peningkatan jumlah daun per spur mengurangi pengaruh hambatan biji terhadap pembungaan kembali. J. Praktek Budidaya dan Pembentukan Kuncup Bunga Ada beberapa faktor lain yang mungkin dapat mempengaruhi inisiasi bunga siantaranya pelukaan, stress air, kerusakan pembekuan, perompesan (penguguran) daun, penerasan dan pemangkasan akar. Bentuk pelukaan atau penerasan dapat menyebabkan stress terhadap tanaman yaitu dengan adanya penghambatan laju karbohidrat kea rah bawah dalam phloem. Hal ini sering mengakibatkan meningkatnya diferensiasi tunas reproduksi pada tahun berikutnya. Pengaruh lain yang tidak boleh diabaikan adalah faktor endogenous. Walaupun belum dimengerti semua alasan fisiologis untuk diferensiasi tunas reproduksi, tapi umumnya kita tahu yang berurutan. Hal ini disebabkan waktu diferensiasi tunas reproduksi bersamaan dengan pertumbuhan yang cepat dari buah atau runjung yang mana memerlukan nutrisi yang banyak. Akibatnya, perpanjangan kuncup dan perkembangan tunas reproduksi pada kuncup ini dihambat oleh buah yang telah ada. Sehingga biasanya setelah panen raya maka pada panen berikutnya akan mengalami penurunan produksi buah yang cukup drastis. Untuk tanaman yang pertama kali berbunga maka diperlukan: 31 Perkembangbiakan Tanaman 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Pemupukan, meningkatkan pupuk N, waktu pemberiannya sebelum inisiasi karena N tidak diperlukan setelah terjadi inisiasi. Menghambat karbohidrat dari kanopi ke akar. Contoh kulit pohon dikupas (girdling) atau batang pohon diikat sekuat-kuatnya. Kelembaban pada kadar air tanah. Contoh root pruning (pemangkasan akar) pada buah-buah tertentu. Pemangkasan, untuk mengurangi bagian yang tumbuh vegetative. Jarak tanam lebar Melakukan pelengkungan capang, contoh pada apel. Bagian yang melengkung merupakan tempat penumpukan karbohidrat. Devoliasi, contoh pada alpukad. Menghilangkan kuncup. Perlakuan zat pengatur tumbuh. K. Girdling Gourley & Howlett (1927) melaporkan pohon apel yang digirdling menghasilkan bunga lebih banyak pada musim semi berikutnya daripada yang tidak, menandakan stimulus bunga ditranslokasikan dalam floem dan diakumulasi di atas girdling. Huet (1972) menemukan cabang pear yang digirdling yang jumlah daunnya sama dengan cabang yang tidak digirdling, mempunyai kemampuan berbunga kembali lebih besar. Girdling atau ringing merupakan proses pe ilarigan dengan pisau 2-5 mm kulit kayu. Kulit kayu batang dikerat sampai kayu yang mengelilingi pohon. Girdling memotong sementara pergerakan fotosintat dari daun ke akar dan menyebabkan akumulasi karbohidrat dan hormon diatas tempat pengeratan. Akumulasi ini dalam pertumbuhan pucuk akan merangsang inisiasi bunga. Akar menyandarkan cadangan makanan untuk energi respirasi dan pertumbuhannya sampai pengeratan sembuh. Girdle harus dilakukan sebelum musim kemarau saat kambium lateral aktif membelah dan kulit mudah dihilangkan. Perlakuan paling efektif selama periode ini karena inisiasi kuncup bunga berlangsung. Penyembuhan luka cepat karena kalus terbentuk cepat, meminimalkan kerusakan pohon. Keratan akan sembuh dalam 1-2 bulan khususnya jika daerah yang dikerat ditutupi dengan lilin atau selotape hitam untuk mencegah desikasi. Dengan mengatur waktu ringing dapat diatur pula waktu berbunga, sehingga waktu panen juga dapat diatur. Ringing nampaknya hanya berpengaruh pada waktu munculnya bunga dan tidak berpengaruh pada jumlah malai yang terbentuk, jumlah bunga per malai maupun ukuran malai. 32 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Pada Percobaan II, walaupun pada off year tanaman yang diringing semuanya berbunga, sedangkan yang tidak diringing hanya 2 pohon yang berbunga. Dapat dibuktikan disini bahwa ringing dapat menginduksi pembungaan rambutan di luar musim, bahkan pada masa off year. Dari basil penelitian ini nampak bahwa pada tahun 2000 rambutan di Bogor mengalami off year; tanaman kontrol tidak berbunga, sedangkan tanaman yang diringing sudah mulai berbunga sejak bulan Juli. Ringing dapat menginduksi pembungaan rambutan diduga karena pengaruhnya pada beberapa hal berikut. Pertama, akan menghambat translokasi fotosintat dari tajuk ke akar, sehingga terjadi penumpukan karbohidrat di bagian tajuk. Penumpukan karbohidrat ini akan menyebabkan peningkatan nisbah C/N pada tajuk. Nisbah C/N yang tinggi pada tajuk penting dalam pembungaan. Walaupun beberapa penelitian tidak dapat mengkonfirmasi hipotesis tersebut, nampaknya pada rambutan penumpukan karbohidrat di bagian tajuk masih diperlukan untuk pembungaan. Beberapa penelitian (Kinet, Sach dan Bernier 1981) menunjukkan pentingnya peningkatan karbohidrat pada apeks untuk induksi pembungaan. Kedua, hambatan translokasi karbohidrat ke akar akan menyebabkan akar kekurangan energi untuk melakukan aktivitasnya. Dengan demikain fungsi akar dalam absorbsi air, unsur hara, dan sintesis hormon tumbuhan berkurang. Rendahnya absorbsi hara, terutama nitrogen akibat ringing akan menyebabkan nisbah C/N pada tajuk tanaman juga meningkat. Absorbsi air yang berkurang akan menyebabkan stress air fisiologis pada tanaman. Dan penelitian terdahulu (Goldschmidt and Monselise, 1972) diketahui bahwa stress air akan menginduksi bunga pads beberapa pohon buah-buahan. Stress air akan menyebabkan hidrolisis pati dan protein menjadi bentuk yang lebih sederhana yang akan digunakan tanaman untuk menginduksi bunga. Ketiga, terganggunya fungsi akar karena ringing akan menyebabkan berkurangnya sintesis hormon, termasuk giberelin. Poerwanto dan Inoue (1990) dan Ogata et al. (1996) telah membuktikan bahwa pada jeruk induksi pembungaan memerlukan penurunan aktivitas giberelin. L. Kombinasi Akar/Batang Bawah dengan Batang Atas Kultivar yang berbunga lebat diokulasi ke batang bawah yang kerdil akan berbunga lebih awal daripada yang diokulasi dengan batang bawah dengan perkecambahan standar. Kecepatan berbunga pohon ini disebabkan: (1) kemampuan kultivar batang atas terutama spur untuk menginisiasi bunga meski kondisi yang kurang baik; (2) pengaruh girdling pada tempat sambungan; (3) pertumbuhan akar terbatas. Akibat kombinasi 33 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. demikian, baik akar maupun batang atas tidak tumbuh vigor. Asimilat digunakan untuk mengakumulasi stimulus bunga, perkembangan buah dan pembentukan spur daripada 'untuk pertumbuhan pucuk vegetatif. Soal-soal: 1. 2. 3. Jelaskan faktor-faktor yang menyebabkan terjadinya pembungaan. Jelaskan peran stress air terhadap inisiasi pembungaan. Jelaskan mekanisme hormon terhadap inisiasi pembungaan. inisiasi Daftar Pustaka Finkeldey, R., Hattemer, H. 2007. Tropical Forest Genetics. Springer., Glover B.J. 2007. Understanding Flowers and Flowering: An Integrated Approach. Oxford University Press Inc., New York Jaenicke, H. and J. Beniest. 2002. Vegetative Tree Propagation in Agroforestry: Training Guidelines and References. Kul Graphics Ltd, Nairobi, Kenya. Roubik , D. W. 1992. Ecology and natural history of tropical bees. Cambridge University Press. Russell, S.D. and C. Dumas. 1992. Sexual Reproduction in Flowering Plants. Academic Press, Inc. Williams, C.G. 2009. Conifer Reproductive Biology. Springer, New York. 34 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. BAB VI. PERMASALAHAN DALAM PEMBUNGAAN Tujuan Instruksional Khusus : Mahasiswa dapat menjelaskan permasalahan dalam pembungaan. Produksi benih, buah atau runjung sangat bervariasi dari tahun ke tahun srta dari pohon ke pohon. Ada beberapa faktor yang menyebabkan terjadinya variasi ini. Untuk mengetahui faktor-faktor tersebut maka studi mengenai tahapan selama siklus reproduksi beserta permasalahannya perlu dilakukan, tidak hanya pada produksi benihnya saja. Masalah-masalah yang terjadi diantaranya adalah: A. Kegagalan pohon untuk berbunga Kegagalan ini merupakan yang paling sering terjadi yang menyebabkan produksi benih sedikit. Biasanya terjadi pada pohon denganpembungaan tidak langsung dimana inisiasi bunga terjadi bersamaan denganperkembangan buah/runjung yang berasal dari musim pembungaan sebelumnya. Perkembangan buah yang menuju ke pematangan itu menggunakan nutrisi yang ada, sehingga mengurangi atau menghambat inisiasi pembungaan. Kalaupun inisiasi terjadi, mungkin ada sejumlah struktur bunga yang gugur sebagai akibat dari aborsi pada berbagai tahap perkembangan. B. Kegagalan penyerbukan Biasanya merupakan faktor kedua yang menyebabkan penurunan produksi benih. Pada kebanyakan pohon di daerah tropis, penyerbukan dilakukan oleh binatang terutama serangga. Penyerbuk atau vektor harus ada dan aktif pada waktu bunga reseptif (siap melakukan penyerbukan). Penyerbukan oleh angin jarang terjadi pada tanaman hutan tropis. Hanya jenis berdaun jarum dan sedikit jenis berdaun lebar yang penyerbukannya dilakukan oleh angin. Melihat kondisi hutan alam dan iklim pada daerah tropis dimana pohon dari jenis yang sama biasanya tersebar, produksi polen sedikit, tajuk yang rapat serta kelembaban dan curah hujan yang tinggi menyebabkan kecilnya kemungkinan keberhasilan penyerbukan angin. Akibatnya produksi benih rendah pada jenis pohon tropis dengan penyerbukan angin. 35 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. C. Inkompatibilitas Inkompatibilitas adalah perbedaan fisiologis yang mencegah terjadinya penyerbukan atau perkembangan biji. Kasus ini sering terjadi pada tanaman tropis berdaun lebar. Inkompatibilitas ini bermanfaat untuk mengurangi homozygote, akan tetapi juga akan mengurangi produksi benih. Inkompatibilitas dapat terjadi pada berbagai tahap siklus reproduksi, seperti misalnya mencegah penempelan polen pada stigma, mencegah polen berkecambah atau menghambat pertumbuhan tabung polen (pollen tubes) pada stigma, stilus atau nucellus. D. Jumlah ovule per bunga Penurunan jumlah ovule dalam setiap bunga biasanya terjadi saat perkembangan ovule dan biji yaitu pada tahap prezygotik dan postzygotik. Ovule mungkin mati karena rendahnya viabilitas atau vigor polen atau juga karena kompetisi sumber makanan. Faktor lain mungkin beban genetis yang tinggi sehingga mengakibatkan gugurnya ovule, embrio atau biji. Jumlah ovule pada bunga yang menjadi embrio berbeda untuk setiap jenis. Untuk jenis Dipterocarps (Shorea sp) umumnya ovule berjumlah 5 namun yang menjadi embrio hanya satu, dan yang tersisa satu ini akan hidup sebagai hasil seleksi alam yang baik. Soal-soal: 1. Jelaskan permasalahan dalam pembungaan. 2. Jelaskan tentang inkompatibilitas dalam pembungaan. 3. Jelaskan tentang kegagalan penyerbukan. Daftar Pustaka Glover B.J. 2007. Understanding Flowers and Flowering: An Integrated Approach. Oxford University Press Inc., New York James, R.R. and T. L. Pitts-Singer. 2008. Bee Pollination in Agricultural Ecosystems. Oxford. Roubik , D. W. 1992. Ecology and natural history of tropical bees. Cambridge University Press. Russell, S.D. and C. Dumas. 1992. Sexual Reproduction in Flowering Plants. Academic Press, Inc. Williams, C.G. 2009. Conifer Reproductive Biology. Springer, New York. 36 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. BAB VII. STRUKTUR ORGAN REPRODUKSI TANAMAN Tujuan Instruksional Khusus : Mahasiswa mampu menjelaskan struktur dan bagian organ reproduksi tanaman Tanaman berbiji dikelompokkan menjadi 3 taxa: Angiospermae, Gymnospermae dan Pteridospermae. Pteridospermae hanya dijumpai dalam bentuk fosil dari awal periode karbon (Carboniferous period) (Darwin, 1903). Hingga saat ini Pteridospermae dianggap sebagai tanaman pertama yang memiliki ovule yang mampu membentuk biji. A. Struktur Bunga 1) Angiospermae 1. 2. 3. 4. 5. 6. Tersusun atas kelopak (sepal), mahkota (petal), putik (♀) dan benang sari (♂) Bisa berupa bunga sempurna (strukturnya lengkap) atau tak sempurna (salah satu/beberapa struktur penyusunnya tidak ada) Bisa berumah satu/monoecious (♀dan ♂dalam bunga/pohon yang sama) atau berumah dua/dioecious (♀dan ♂dalam pohon yang berbeda) Bisa bersifat hermafrodit (♀dan ♂lengkap dalam 1 bunga), masculus (hanya memiliki ♂), atau femineus (hanya memiliki ♀) 2) Gymnospermae 1. 2. 3. 4. Tipe strobili (cones) : strukturnya tersusun atas sumbu sentral (central axis) yang mendukung kelopak (bracts) dan sisik (scales) Organ jantan dan betina terpisah, tapi bisa berumah satu (monoecious): dalam pohon yang sama) atau berumah dua (dioecious) Pada bunga jantan (male/staminate cone), tiap scales (microsporophyll) berisi dua kantung tepung sari (pollen sac/microsporangia) 37 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. memiliki dua ovule (megasporangia) pada permukaan atasnya Pada bunga betina (female/ovulate cone), tiap scales (macrosporophyll) B. Masa Reseptif dan Kematangan Tepung Sari 1) Angiospermae a. Tepung sari Ketika tepung sari (pollen) matang, secara otomatis kepala sari (anthera) akan pecah dan menghamburkan butiran-butiran tepung sari yang matang. Kematangan tepung sari berhubungan dengan penurunan kadar air dan penyusutan jaringan pada kepala sari, yang merupakan fungsi higroskopis untuk membuka kantung tepung sari. Mekanisme ini diduga merupakan fungsi alami dari tanaman untuk menghamburkan tepung sarinya demi kepentingan penyebaran alam dan regenerasi (Griffin dan Sedgley, 1989). Butiran tepung sari tersusun atas empat komponen mendasar: 1. 2. 3. 4. exine atau lapisan dinding terluar mengandung protein intine atau lapisan dinding dalam mengandung protein pollenkit atau mantel akan memberi warna pollen colpi atau lubang germinasi mengandung lemak Secara visual, tepung sari yang matang dapat dideteksi dari perubahan warna dan kelekatan (stickiness) butiran-butirannya (Griffin dan Sedgley, 1989; Ghazoul, 1997). Perubahan warna permukaan butiran tepung sari dari kuning pucat menjadi kuning terang mengindikasikan 38 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. adanya peningkatan sporopollenin – bagian dari exine yang merupakan ciri spesifik dari suatu spesies yang mempengaruhi kenampakan luarnya; dan pollenkit yang basah, lengket dan berwarna; mengandung lemak, protein, karbohidrat, pigmen, senyawa fenolik dan ensim. Peningkatan kelekatan butiran tepung sari mengindikasikan bahwa tepung sari tersebut telah siap untuk berkecambah dengan melakukan proses hidrasi dan melepaskan protein. Mekanisme hidrasi inilah yang dianggap paling menentukan dalam mengawali terjadinya proses penyerbukan, yang merupakan rangkaian dari proses interaksi jantan-betina (male-female interaction), perkecambahan tepung sari (pollen germination) dan pembentukan buluh tepung sari (pollen tube growth) (Griffin dan Sedgley, 1989). b. Putik Masa reseptif putik biasanya ditandai dengan : 1. 2. 3. 4. perubahan warna putik menjadi lebih terang pembesaran pori-pori pada kepala putik tangkai putik berangsur menjadi lurus permukaan putik memproduksi sekresi Secara visual, reseptivitas putik dapat dideteksi dari perubahan kelekatan (stickiness), warna dan bentuk, baik pada kepala maupun tangkai putik (Griffin dan Sedgley, 1989; Owens dkk, 1991). Kepala putik yang reseptif tampak berwarna lebih terang dan lengket dikarenakan adanya peningkatan sekresi ekstraseluler (Ghazoul, 1997). Menurut Owens dkk (1991), sekresi ekstraseluler tersebut mengandung lemak dan protein. Sekresi ini berperan sebagai medium yang berfungsi untuk menangkap butiran tepung sari, serta merupakan penentu keberhasilan pembentukan buluh tepung sari (pollen tube) yang akan membawa sel kelamin jantan menuju ke ovary (Griffin dan Sedgley, 1989). Reseptifnya putik juga ditandai oleh perubahan warna permukaan putik dari hijau menjadi kuning terang, yang dimulai dari pangkal tangkai putik (stylus). Makin terangnya warna putik menunjukkan bahwa sel-sel epidermis terluar sedang berkembang untuk meningkatkan produksi sekresi, dan pori-pori membesar untuk meningkatkan kemampuan sekresi. Kepala putik (stigma) yang berangsur membengkak merupakan tanda bahwa jaringan transmisi yang ada pada bagian tersebut mulai memperbesar rongga-rongganya, untuk mempersiapkan diri dalam membentuk buluh tepung sari (pollen tube). Pembengkakan kepala putik 39 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. juga merupakan mekanisme alami untuk meningkatkan luas bidang penempelan tepung sari ketika terjadi proses penyerbukan. Tangkai putik yang berangsur-angsur menjadi lurus juga merupakan suatu mekanisme alami untuk mempersiapkan diri dalam membentuk buluh tepung sari (pollen tube). 2) Gymnospermae Masa reseptif biasanya ditandai dengan : 1. perubahan warna female cone menjadi lebih terang 2. scales terbuka perlahan-lahan dan akan tertutup kembali dalam waktu yang singkat. C. Perkembangan Organ Reproduktif 1) Angiospermae Jantan Betina 40 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. 2) Gymnospermae Jantan Betina D. Penyerbukan dan Pembuahan Interaksi jantan-betina (male-female interaction) merupakan tahapan pertama pada proses pembuahan, yaitu tahap ketika terjadi interaksi antara sekresi ekstraseluler yang diproduksi oleh kepala putik yang reseptif, dengan permukaan butiran tepung sari yang masak. 1) Angiospermae Putik memproduksi sekresi ekstraseluler yang mengandung protein, karbohidrat, lemak, enzim, fenol dan asam amino. Sekresi ini berfungsi sebagai : 1. Medium untuk menangkap butiran tepung sari 2. Pendeteksi kesesuaian antara putik dengan tepung sari Butiran tepung sari tersusun atas empat komponen mendasar: 1. exine atau lapisan dinding terluar 2. intine atau lapisan dinding dalam (no 1 dan 2 mengandung protein) 3. pollenkit atau mantel: memberi warna pollen 4. colpi atau lubang germinasi: mengandung lemak 41 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Proses interaksi : 1. Putik yang reseptif memproduksi sekresi ekstraseluler 2. Butiran tepung sari yang masak jatuh pada kepala putik 3. Proses hidrasi : butiran tepung sari menyerap sekresi putik melalui lubang germinasi 4. Hidrasi menyebabkan pollen membengkak, akhirnya lubang germinasi pecah dan membebaskan lemak 5. Exine dan intine membebaskan protein 6. Proses perkecambahan pollen : lubang germinasi mendorong protein dari exine masuk ke dalam pori-pori jaringan transmisi yang ada pada putik 7. Pembentukan pollen tube : formasi dinding pollen tube dimulai, selanjutnya protein dari intine ikut membentuk dinding pollen tube 8. Selama terjadinya interaksi ini, jaringan transmisi yang ada pada putik menebal dan memperbesar pori-porinya, untuk membuka jalan bagi pollen tube yang akan membentang dari kepala putik hingga mikrofil. 2) Gynospermae 1. Bunga betina memiliki dua ovule terbuka (telanjang) dalam tiap scales 2. 3. 4. 5. (macrosporophyll): yang berfungsi menangkap butiran tepung sari adalah permukaan jaringan integument. Ketika bunga betina mencapai reseptif, permukaan jaringan integument memproduksi sekresi ekstraseluler dan membentuk mikrofil terbuka. Ketika jaringan integument membentuk mikrofil terbuka, terjadi penebalan dan penyusutan pada jaringan scale yang menyebabkan scale membuka sesaat. Pada saat itulah butiran tepung sari menempel pada ujung nucellus. Proses hidrasi : pollen menyerap air dari jaringan integument, dan perkecambahan pollen terjadi pada ujung nucellus Pollen tube terbentuk dari intine 42 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. E. Perkembangan Buah dan Biji 1) Angiospermae 1. 2. Cadangan makanan berasal dari 2 polar nuclei (2n) + 1 inti generatif (n) = endosperm (3n). 3. Endosperm (3n) dan embrio (2n) sama-sama berkembang, biasanya endosperm berkembang terlebih dahulu untuk menjamin ketersediaan suplai makanan. 4. Endosperm berangsur mengecil karena diserap oleh embrio dan ditransfer ke cotyledon. a. Monocotyl : biji memiliki 1 cotyledon b. Dicotyl : biji memiliki 2 cotyledon. 2) Gymnospermae 1. Cadangan makanan berasal yang merupakan perkembangan gametophyte) = n dari dari endosperm tapetum (female 2. Karena endosperm (n) sudah terbentuk sebelum pembuahan, maka energi difokuskan untuk perkembangan embrio (2n). 43 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. F. Fase Ripening (Kematangan Buah Dan Biji) Tiga tipe buah pada Angiospermae: 1. Dry dehiscent fruit: buah bertipe kering, terbuka dengan sendirinya untuk menghamburkan biji pada saat biji tersebut masak 2. Dry indehiscent fruit : buah bertipe kering, tertutup (biasanya berbiji tunggal), dan pada saat masak biji tetap berada di dalam buah 3. Fleshy fruit : buah berdaging 44 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Soal-soal 1. 2. 3. 4. Jelaskan struktur reproduksi tanaman gymnospermae. Jelaskan bagian organ reproduksi tanaman gymnospermae. Jelaskan struktur organ reproduksi tanaman angiospermae. Jelaskan bagian organ reproduksi tanaman angiospermae. Daftar Pustaka Glover B.J. 2007. Understanding Flowers and Flowering: An Integrated Approach. Oxford University Press Inc., New York James, R.R. and T. L. Pitts-Singer. 2008. Bee Pollination in Agricultural Ecosystems. Oxford. Roubik, D. W. 1992. Ecology and natural history of tropical bees. Cambridge University Press. Russell, S.D. and C. Dumas. 1992. Sexual Reproduction in Flowering Plants. Academic Press, Inc. Williams, C.G. 2009. Conifer Reproductive Biology. Springer, New York. 45 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. BAB VIII. SPOROGENESIS DAN GAMETOGENESIS Tujuan Instruksional Khusus : 1. Mahasiswa dapat menjelaskan proses mikrosporogenesis dan mikrogametogenesis, 2. Mahasiswa dapat menjelaskan proses makrosporogenesis dan makrogametogenesis. Secara evolusi kesuksesan suatu organisme diukur dari kemampuannya menghasilkan keturunan yang fertil. Oleh sebab itu dari sudut pandang evolusi seluruh struktur dan fungsi dari organ tumbuhan diarahkan untuk memberikan dukungan dalam mekanisme reproduksi. Pada tumbuhan tinggi struktur yang secara khusus bertugas dalam proses reproduksi adalah bunga. Bunga memiliki ukuran yang sangat bervariasi, dari yang sangat kecil sampai ukuran yang luar biasa besar. Bunga terkecil berukuran kurang dari 0,1 mm dijumpai pada sejenis gulma mungil Wolffia columbiana yang ukuran total tumbuhannya hanya berkisar antara 0,5 – 0,7 mm. Sedangkan bunga terbesar di dunia adalah Rafflesia dari Indonesia dengan diameter lebih dari 1 m serta berat mencapai 9 kg. Bunga merupakan bagian paling menarik dari tumbuhan karena warnanya, tekstur maupun aroma yang dihasilkannya. Bunga merupakan modifikasi dari tunas yang mendukung bagianbagiannya, yaitu kelopak, mahkota, benang sari dan putik yang merupakan modifikasi dari daun dalam suatu susunan yang rapat. Kelopak (calyx) terdiri dari daun-daun kelopak (sepal). Kelopak terdapat pada bagian terluar dari bunga, menyelubungi bagian bunga lainnya, pada umumnya berwarna hijau, berfungsi untuk melindungi kuncup. Mahkota (corolla) terdiri dari daun mahkota (petal), bagian ini biasanya memiliki tekstur dan warna yang menarik. Warna mahkota sangat bervariasi dari warna-warna tunggal, kombinasi warna-warna pelangi atau bahkan hitam atau putih. Keragaman tekstur dan warna mahkota ditujukan untuk menarik perhatian serangga penyerbuk. Di sebelah dalam mahkota terdapat benangsari (stamen) yang terdiri atas tangkai sari (filament) yang mendukung kotak sari (anter). Benangsari merupakan alat kelamin jantan yang menghasilkan serbuk sari (polen). Polen dibentuk dan disimpan di dalam kotak sari. Bagian paling dalam dari bunga adalah putik (gynoecium). Putik terbentuk sebagai hasil 47 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. pelekatan daun-daun buah (carpel). Putik dapat terdiri dari satu atau beberapa daun buah. Putik terdiri atas 3 bagian yaitu: 1. Bagian paling bawah biasanya membengkak disebut bakal buah (ovari), 2. 3. yang mengandung bakal biji (ovul). Bagian tengah, berupa tangkai yang ramping disebut tangkai putik (style). Bagian paling ujung, disebut kepala putik (stigma), pada permukaan stigma ini butir-butir serbuk sari dari bunga yang sama atau bungabunga lain yang dibawa oleh angin ataupun serangga ditangkap pada peristiwa penyerbukan. Bentuk stigma sangat beragam ada yang kecil runcing, sedikit mengembung atau bercabang-cabang membentuk lengan-lengan. Tidak semua bunga memiliki bagian-bagian bunga berupa kelopak, mahkota, benangsari dan putik secara lengkap. Bunga yang mampunyai ke empat bagian tersebut disebut bunga lengkap, sebaliknya bila bunga kehilangan salah satu bagian tersebut disebut bunga tak lengkap. Ditinjau dari kelengkapan alat kelamin dikenal bunga sempurna dan bunga tak sempurna. Bunga disebut sempurna bila mengandung kedua alat kelamin yakni benangsari dan putik. Bunga demikian disebut juga bunga biseksual. Bila bunga hanya memiliki benang sari, atau putik saja disebut bunga uniseksual yang tergolong bunga tak sempurna. Bunga yang hanya mengandung putik tanpa benang sari disebut bunga betina, sedangkan bunga yang memiliki benangsari tanpa putik disebut bunga jantan. Pada beberapa tumbuhan seperti jagung bunga jantan dan bunga betina terdapat pada satu individu, tumbuhan demikian disebut tumbuhan berumah satu. Bila bunga jantan dan bunga betina terpisah pada individu yang berbeda seperti pada salak, asparagus dll, disebut tumbuhan berumah dua. Perkembangan gamet jantan dan betina: Tumbuhan dalam siklus hidupnya mengalami pergantian generasi haploid (n) dengan generasi diploid (2n). Akar, batang, daun dan sebagian besar struktur reproduktif dari tanaman mawar, jagung, mangga serta seluruh anggota Angiospermae gan Gimnospermae lainnya bersifat diploid. Tubuh tumbuhan yang bersifat diploid dikenal dengan sebutan sporofit. Pada Angiospermae sporofit menghasilkan struktur khusus berupa anter dan ovule yang sel-selnya akan mengalami meiosis. Anter atau kotak sari pada umumnya terdiri atas 4 kantong polen yang masing-masing berupa ruangan memanjang. Pada awal perkembangan anter mampu membelah dan disebut dengan mikrosporofil. 48 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Mikrosporofil mengalami pembelahan meiosis, setiap sel menghasilkan 4 sel haploid yang disebut mikrospora. Selamjutnya mikrospora mengalami pembelahan mitosis sehingga terbentuk 2 sel yaitu sel tabung dan sel generatif yang berukuran lebih kecil. Kedua sel yang berdampingan tersebut diselubungi oleh lapisan yang tebal dalam suatu struktur butiran yaitu butir serbuk sari (polen). Bila serbuk sari telah masak dinding anter membuka dan menebarkan butir-butir serbuk sari tersebut. Pada tumbuhan Angiospermae butir serbuk sari berfungsi sebagai gametofit jantan yang menghasilkan gamet jantan yaitu sel-sel sperma. Gamet betina berkembang di dalam suatu struktur di sebelah dalam ovari yang disebut ovul (bakal biji). Ovul memiliki 1 atau 2 lapis jaringan pelindung yang disebut integumen. Pada bagian ujung ovul, integumen tidak menyambung mengakibatkan terbentuk celah kecil yang disebut mikropil. Pada awal perkembangan ovul ini satu sel pada dinding dalam ovul yang disebut megasporofit membesar sebagai persiapan pembelahan meiosis. Megasporofit tertanam dalam jaringan yang disebut nuselus. Megasporofit yang mengalami pembelahan meiosis menghasilkan empat sel yang berderet; sel-sel ini bersifat haploid dan disebut megaspora. Tiga sel yang terdekat dengan mikrofil mengecil, sedangkan sel yang terjauh dari mikrofil membesar dan kemudian akan berkembang menjadi kantung embrio, setelah mengalami 3 tahap pembelahan mitosis. Perkembangan megaspora membentuk kantong embrio melalui beberapa tahap yaitu: 1. Megaspora mengalami 3 kali pembelahan mitosis menghasilkan sebuah 2. 3. kantung embrio dengan 8 inti. Inti-inti bermigrasi. Terbentuk dinding sel yang menyelubungi mikrosporosit ke tahap 4 sel melalui meiosis inti. Perkembangan A. Butir polen (gametofit jantan) Pada akhir proses tersebut sebuah sel telur dan dua sel sinergid berada pada kantung embrio yang terdekat dengan mikropil. Dua inti bermigrasi berada pada bagian tengah kantung embrio disebut inti kutub. Tiga inti berada pada ujung lain kantong embrio berseberangan dengan mikropil, membentuk 3 sel antipodal. Kantung embrio merupakan fase gametofit dalam siklus hidup tumbuhan berbunga, karena intinya bersifat haploid. 49 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Gambar Perkembangan butir serbuksari (polen) 50 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. B. Pembuahan ganda pada Angiospermae Tahap awal yang mendahului proses pembuahan adalah penyerbukan (polinasi), yaitu pengantaran butir serbuk sari ke kepala putik. Sebagian besar tumbuhan Angiospermae mengandalkan bantuan hewan, serangga, burung atau kelelawar dalam proses penyerbukan. Namun beberapa tumbuhan seperti rumput-rumputan melakukan penyerbukan dengan bantuan angin. Setelah penyerbukan, butir serbuk sari yang menempel pada stigma berkecambah membentuk tabung serbuk sari. Sel tabung bergerak ke tabung serbuk sari yang menuju bakal buah (ovari), sementara itu sel gametofit membelah secara mitosis menghasilkan 2 sel sperma. Saat tabung polen mencapai ovul, ujung tabung menembus kantung embrio melalui mikropil, kemudian melepaskan ke dua sel sperma. Satu sel sperma membuahi sel telur membentuk zigot yang bersifat diploid (2n), sedangkan sel sperma lainnya membuahi 2 inti kutub sehingga terbentuk sel triploid (3n). Sel ini akan membelah membentuk jaringan penyimpan cadangan makanan yang disebut endosperm. Selanjutnya endosperm akan menyediakan makanan bagi embrio yang berkembang dari zigot. Dua peristiwa fusi yang terjadi antara sel sperma dengan sel telur dan sel sperma dengan inti kutub inilah yang dikenal dengan pembuahan ganda pada Angiospermae. Sel antipoda serta sinergid biasanya mengalami degenerasi. Proses pembuahan selanjutnya akan diikuti dengan perkembangan buah dan biji. Soal-soal: 1. Jelaskan proses mikrosporogenesis dan mikrogametogenesis, 2. Jelaskan proses makrosporogenesis dan makrogametogenesis. Daftar Pustaka Glover B.J. 2007. Understanding Flowers and Flowering: An Integrated Approach. Oxford University Press Inc., New York James, R.R. and T. L. Pitts-Singer. 2008. Bee Pollination in Agricultural Ecosystems. Oxford. Roubik , D. W. 1992. Ecology and natural history of tropical bees. Cambridge University Press. Russell, S.D. and C. Dumas. 1992. Sexual Reproduction in Flowering Plants. Academic Press, Inc. Williams, C.G. 2009. Conifer Reproductive Biology. Springer, New York. 51 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. BAB IX. PENYERBUKAN DAN VEKTOR Tujuan Instruksional Khusus : Mahasiswa dapat menjelaskan proses penyerbukan dan vektornya. A. Penyerbukan Penyerbukan (polinasi) adalah transfer serbuksari / polen dari antera ke kepala putik (stigma). Kejadian ini merupakan tahap awal dari proses reproduksi agar proses polinasi berjalan sempurna, maka manajemen penyerbukan pada tanaman dalam satuan populasi harus dimengerti. Tujuan dari manajemen polinasi adalah untuk memastikan bahwa transfer polen yang diketahui genotifnya atau varietasnya sudah mencukupi untuk dapat menghasilkan biji / buah optimal dengan mutu yang baik pula. Pada garis besarnya, untuk memaksimalkan hasil maka tujuan manajemen polinasi adalah: 1. 2. 3. 4. Pemilihan lokasi kebun yang cocok Jenis kultivar yang ditanam Jarak tanam tanaman dalam kebun Manipulasi populasi vektor penyerbuk (serangga). Agar proses polinasi berjalan lancar dengan hasil optimal, maka ada beberapa hal yang perlu diperhatikan, antara lain: 1. Sistem penyilangan (breeding system) dan variasinya jenis kelamin 2. 3. 4. yang menentukan perlunya penyerbukan silang. Saat penyerbukan serbuk sari, reseptimatis stigma individu bunga, seluruh tanaman / pohon yang dikaitkan dengan aktivitas tanam serta musimnya vektor penyerbuk. Vektor yang berperan dalam penyerbukan. Pengaruh cuaca terhadap sinkronisasi pembungaan, penyebaran serbuk sari serta aktivitas vektor. Polen hanya bisa berkecambah (penyerbukan sukses) apabila pada waktu dan tempat yang tepat (spesifik). Contoh pada angyyospermae, jika polen tanaman jagung menempel pada tanaman tomat, maka tidak akan berkecambah karena tempatnya tidak sesuai walaupun waktunya tepat. Pada gymnospermae mempunyai reaksi seperti pada angiospermae. Mekanismenya belum diketahui secara pasti untuk perkecambahan inkompatible. 53 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. B. Vektor Proses polinasi senantiasa memerlukan vektor. Vektor polinasi meliputi penyerbuk alami ada 2 : 1. Biotik: hewan seperti siput, lintah bercula, laba-laba, tungau, burung, 2. serangga dan mamalia termasuk manusia Abiotik, dilakukan oleh tenaga alam seperti angin dan air. Diantara vektor tersebut, untuk tanaman tahunan yang paling dominan adalah angin dan serangga. Untuk membedakannya dapat dilihat dari stuktur bunganya, penyebaran serbuk sari dan ada tidaknya tamu bunga (flower visitors). Ciri-ciri tanaman yang diserbuki oleh faktor abiotik-biotik adalah: “Angin” (pada tanaman monoecious dan dioecious). Sebagian besar pada tanaman pangan. Yang memegang peranan penting adalah karakter tepung sari tanaman tersebut. Contoh: 1. 2. 3. 4. Jumlah tepung sari yang dihasilkan berlimpah Butir tepung sari kering dan ringan Hiasan bunga berukuran kecil Butirannya lepas. Karakter tersebut menyebabkan tepung sari mudah terbang tertiup angin dan menyebar sesuai dengan arah angin dan hinggap pada kepala putik sehingga penyerbukan alamipun terjadi. Contoh pada tanaman jagung. Bunga jantan jagung terletak di ujung tanaman, bunga betina (tongkolnya) di bagian tengah dimana bunga betina mempunyai rambut (kepala putik) yang sangat banyak jumlahnya. Bila angin bertiup, tepung sari terbawa angin dan hinggap di semua rambut tadi, sehingga penyerbukan dapat berlangsung. Golongan bunga yang penyerbukannya dibantu oleh angin dinamakan Anemophylous. C. Struktur dari bunga Bunga jantan terbentuk sedemikian rupa sehingga memungkinkan penyebaran serbuk sari ke udara secara maksimal. Kepala putik termodifikasi sedemikian rupa sehingga mampu menangkap serbuk sari dengan maksimal dan efisien. Bagian periant (hiasan bunga) mengalami reduksi sehingga kepala putik tampak menonjol untuk menangkap polen dengan mudah. Kepala putik biasanya sangat mampu menjaring serbuk sari dengan mudah. Serbuk sari umumnya masak secara serempak dalam satu populasi sehingga transfer serbuk sari tersebut dapat berhasil dengan baik. 54 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. D. Struktur dari polen Variasi penyebaran serbuk sari bunga pinus ditentukan oleh suhu harian. Sekalipun saat pembungaan tanaman ditentukan oleh faktor genetik, namun waktu absolut pembungaan bervariasi selama mingguan. Selanjutnya, masa penyebaran serbuk sari ditentukan oleh lingkungan dan bervariasi dari tahun ke tahun. Penyebaran serbuk sari selama periode pembungaan bervariasi dari hari ke hari, namun penyebaran maksimal terjadi pada saat cuaca hangat, kelembaban udara rendah, serta kondisi udara berangin. Arah angina juga menentukan arah penyebaran serbuk sari dan juga secara tidak langsung efektivitas penyerbukan. Pada cuaca hujan penyebaran polen terhambat. E. Hewan Ada beberapa binatang yang diketahui membantu proses penyerbukan tanaman, diantaranya semut, kutu, kumbang, kupu-kupu, lalat, nyamuk, ngengat, dan lebah. Dari semua binatang tersebut tentunya yang paling bermanfaat adalah lebah. Tanaman yang penyerbukannya dibantu oleh lebah disebut entomophylous. Karakter bunga tanaman entomophylous antara lain: 1. 2. 3. 4. 5. Mempunyai mahkota bunga yang warnanya mencolok / menarik. Menghasilkan cairan nectar, dimakan polennya. Tepung sarinya gumpal dan lengket. Untuk hewan lainnya : tempat berlindung sperti batang membentuk tumor, lubang kecil tempat semut, Tempat berkembangbiak. Tanaman yang proses penyerbukannya dengan bantuan hewan tampaknya berinteraksi secara mutual dengan hewan tersebut (simbiosis mutualisme). Dengan kata lain masing-masing komponen yang terlibat dalam polinasi memperoleh keuntungan timbal balik. Pollinator memerlukan makanan dari hasil kunjungannya terhadap bunga tanaman, dan untuk itu kunjungannya merupakan bagian dari aktivitas hidupnya. Keuntungan yang diperoleh vector biasanya adalah makanan dan tempat berlindung atau untuk memperlancar proses penyerbukan. Lebah mempunyai peranan yang sangat penting. Lebah madu mencari tepung sari dan nectar sebagai makanannya, kelebihan nectar disimpan dalam sarangnya sebagai madu. Oleh karena itu, sarang lebah terbuat dari komponen nectar dan tepung sari tersebut. Lebah mengumpulkan bahan tersebut dari bunga ke bunga. Badan lebah dilengkapi dengan organ yang berambut banyak, sehingga tepung sari 55 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. melekat dan dibawa berpindah dari satu bunga ke bunga lainnya. Aktivitas tersebut secara tidak langsung berarti membantu penyerbukan tanaman. Lebah bertindak sebagai simbion, karena selain memperoleh makanan sekaligus menghidupi anaknya dari tepung sari dan nectar tersebut. Lebah mengunjungi bunga karena 2 hal yaitu untuk mengumpulkan nectar dan tepung sari (polen) sebagai bahan makanan. Lebah tertarik ke bunga tersebut karena bau, warna dan bentuk bunga. Bila nectar banyak, dapat dipanen untuk dimanfaatkan madunya. Dalam melakukan penyerbukan lebah efisien dibandingkan hewan lainnya, karena lebah umumnya mencari makanannya secara kontinu dan diperlengkapi organ badaniah yang mendukung (berbulu dsb). Sedangkan hewan lain kurang diperlengkapi organ badaniah yang mendukung, selain itu mereka mencari makanannya secara incidental serta tidak kontinu. Oleh karena itu perannya kurang penting dibandingkan lebah dalam penyerbukan. Antheis kejadian bersamaan dengan produksi antraktant sehingga kalau antraktant bersamaan maka pollinator mengunjungi bunga tersebut. Misalnya, bunga membuka pagi maka antraktant diproduksi basah, maka kemungkinan diserbuki oleh serangga kecil. Karena polen berstruktur lengket (polen kit) menarik serangga. Polen efektif dibawa oleh serangga dapat dilihat dari bagian mana di bagian tubuh serangga yang lebih banyak polennya menempel (polen basket) pada bagian kaki serangga. Arah serangga ditentukan sekitar ±100 m2. 1. 2. 3. 4. 5. Semut : pohon disebelahnya Lalat / kumbang < 100 m Lebah (wasp), bee, beetle : ± 500 m Kupu-kupu / ngengat sangat bervariasi, maksimal 2 km. Burung dan kelelawar : 5 km Kita dapat menduga bunga diserbuki oleh apa, pada durian penyerbukan terjadi pada tengah malam maka penyerbukan dilakukan oleh ngengat dan kelelawar. Apabila penyerbukan terjadi dan pembuahan terjadi juga maka buah dan biji akan terbentuk. Apabila penyerbukan tidak terjadi maka bunga akan rontok, tetapi jika pembuahan terjadi juga tetapi biji tidak viable (zigot tidak berkembang). Model sexual dari bunga, tanaman dan populasi. Berdasarkan kelengkapan bunga jantan dan bunga betina: 1) Secara individu bunga: 1. Hermaprodit – bisexual: bunga jantan dan betina dalam 1 kuntum bunga. 56 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. 2. Distinous bunga jantan atau bunga betina 3. Pistilate: bunga betina 4. Staminate: bunga jantan 2) Secara individu tanaman 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Hermaphrodite: jantan dan betide di dalam 1 bunga ada jantan dan betina Monoecious: struktur bunga jantan dan betina terpisah, contoh tanaman jagung. Dioecious: jantan dan betina struktur terpisah, contoh lengkeng. Gynoecious: tanaman betina saja Androecious: tanaman jantan saja Gymnomonoecious : hermaphrodite dan tanaman betina Andromonoecious : hermaphrodite dan tanaman jantan Trimonoecious (polygamous): hermaphrodite, tanaman betina, tanaman jantan. Contoh tanaman kemiri Soal-soal: 1. 2. 3. Jelaskan proses penyerbukan pada tanaman. Jelaskan peran vektor dalam penyerbukan. Sebutkan dan jelaskan macam-macam vektor. Daftar Pustaka Delaplane, K. S. and D.F. Mayer. 2000. Crop pollination by bees. CABI Publishing. Glover B.J. 2007. Understanding Flowers and Flowering: An Integrated Approach. Oxford University Press Inc., New York James, R.R. and T. L. Pitts-Singer. 2008. Bee Pollination in Agricultural Ecosystems. Oxford. Roubik, D. W. 1992. Ecology and natural history of tropical bees. Cambridge University Press. Russell, S.D. and C. Dumas. 1992. Sexual Reproduction in Flowering Plants. Academic Press, Inc. 57 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. BAB X. PERKEMBANGAN BUAH DAN BIJI Tujuan Instruksional Khusus : Mahasiswa mampu menjelaskan tentang perkembangan pada buah dan biji. Buah dan biji telah lama dikenal sebagai sumber pangan utama bagi hewan dan manusia. Biji sangat kaya akan cadangan makanan yang dipersiapkan untuk mendukung pertumbuhan embrio. Sedangkan kandungan nutrisi yang tinggi pada buah dimaksudkan untuk memikat hewan agar memakan buah tersebut sehingga turut membantu dalam penyebaran biji. Peranan buah dan biji dalam kehidupan manusia tidak dapat diabaikan. Hal ini terlihat dari makanan pokok manusia yang sebagian besar berupa bijibijian seperti beras, jagung serta gandum. Nilai penting buah bagi manusia juga terlihat dari munculnya peraturan penggolongan buah dalam ketetapan Mahkamah Agung Amerika Serikat pada tahun 1893. Dalam aturan tersebut dibuat definisi tentang buah dan sayur. Berdasarkan definisi tersebut ditetapkan bahwa buah tomat bukan termasuk kelompok buahbuahan melainkan anggota kelompok sayuran. Hal tersebut tentu saja berbeda dengan penggolongan buah menurut pengertian botani. Secara botani buah adalah suatu struktur yang berkembang dari bakal buah (ovari) setelah proses fertilisasi. Menurut batasan tersebut buah tomat secara botani termasuk kelompok buahbuahan. A. Perkembangan ovul Biji melengkapi proses reproduksi yang telah dimulai di dalam bunga. Setelah fertilisasi zigot berkembang membentuk embrio. Endosperm primer yang bersifat triploid melakukan pembelahan sehingga berkembang membentuk massa multiselular yang kaya nutrisi disebut endosperm. Endosperm akan menyediakan makanan untuk perkembangan embrio menjadi kecambah yang mampu hidup mandiri. Selain itu lapisan selubung ovul yang disebut integumen juga berkembang membentuk kulit biji. Perkembangan embrio dimulai ketika zigot membelah menghasilkan 2 sel; fase ini masih disebut sebagai zigot. Selanjutnya sel yang jauh dari mikropil mengalami pembelahan secara terus menerus sehingga terbentuk kumpulan sel dengan struktur seperti bola yang merupakan stadium awal 59 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. dari embrio yang disebut juga proembrio. Pada saat yang bersamaan sel yang terdekat dengan mikropil memanjang kemudian membelah menghasilkan deretan sel yang merupakan suspensor berfungsi untuk mendorong embrio ke arah endosperm. Setelah itu embrio mulai membentuk kotiledon. Embrio memiliki 2 kotiledon, yang merupakan ciri utama embrio tumbuhan dikotil. Pada tumbuhan monokotil hanya dijumpai 1 kotiledon. Pada embrio terbentuk 2 kutub apikal yaitu calon akar (radikula) di satu ujung dan calon tajuk di ujung lainnya. Hasil akhir dari perkembangan embrionik di dalam ovul adalah sebuah biji yang masak. Dalam keadaan ini integumen akan kehilangan air dalam jumlah besar sehingga membentuk kulit biji resisten yang menyelubungi embrio berikut endospermnya. Pada saat tersebut perkembangan embrio terhenti dan biji mengalami dormansi. Embrio tetap bertahan pada kondisi tersebut sampai tiba saatnya perkecambahan biji. Dormansi biji merupakan suatu kondisi biji saat pertumbuhan dan perkembangan ditunda sementara. Keadaan ini perlu dalam upaya adaptasi. Dormansi biji memberikan kesempatan tumbuhan menyebarkan bijinya serta memberikan peluang hidup lebih besar bagi individu baru, sebab biji baru berkecambah setelah mendapatkan lingkungan misal keadaan suhu dan kelembaban yang sesuai. Embrio yang mengalami dormansi memiliki calon akar dan tajuk berukuran sangat kecil yang dilengkapi dengan meristem apikal. Meristem akan menghasilkan sel-sel yang akan memperpanjang embrio pada saat biji berkecambah. Embrio juga mengandung 3 lapis jaringan yang akan berkembang membentuk epidermis, korteks dan jaringan vaskular primer. B. Keragaman struktur biji Secara umum biji mengandung unsur-unsur yang sama, yaitu embrio dan cadangan makanan serta kulit biji yang menyelubunginya. Variasi terdapat antara tumbuhan dikotil dan monokotil, yaitu mengenai jumlah kotiledon yang dimilikinya. Akan tetapi diantara biji-biji berbagai tumbuhan dijumpai pula perbedaan mengenai tempat penyimpanan cadangan makanan. Pada sebagian besar tumbuhan nuselus dan endosperm sebagai tempat cadangan makanan hanya diperlukan pada tahap awal perkembangan embrio. Selanjutnya cadangan makanan ini diserap oleh kotiledon dan disimpan untuk mendukung perkembangan embrio pada saat perkecambahan biji. Pada biji-biji tersebut cadangan makanan terdapat dalam kotiledon. Namun pada beberapa tumbuhan dikotil endosperm tetap bertahan sebagai tempat cadangan makanan pada biji, misal pada bit gula 60 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. dan biji jarak (Ricinus communis). Keadaan ini lebih umum dijumpai pada tumbuhan monokotil. Pada bawang merah dan kelompok rumput-rumputan seperti padi dan jagung cadangan makanan pada biji terdapat pada endosperm. Biji rumput-rumputan merupakan buah kariopsis; yaitu buah kering yang mengandung 1 biji, dengan kulit buah yang menempel kuat pada kulit biji serta biji. Endosperm berpati merupakan penyusun utama biji dengan selubung aleuron yang mengandung lemak dan protein namun sangat sedikit atau bahkan tidak mengandung pati. Embrio rumput-rumputan memiliki sebuah sumbu dengan pucuk tunas dan pucuk akar pada ujungujungnya. Pucuk tunas dilindungi oleh suatu selubung yang disebut koleoptil, sedangkan radikula diselubungi oleh koleoriza. Pada rumputrumputan kotiledon mengalami perkembangan yang sangat spesifik disebut skutelum. Biji jagung merupakan salah satu contoh biji tipe rumputrumputan. Pada proses perkecambahan selsel pada lapisan luar skutelum menghasilkan enzim yang mencerna cadangan makanan pada endosperm. Zat-zat hasil perombakan tersebut kemudian ditranspor melalui endosperm menuju bagian-bagian embrio yang sedang tumbuh. Buncis merupakan tipe umum biji dikotil dengan cadangan makanan yang disimpan dalam kotiledon. Bila biji buncis dibuka yang tampak adalah embrio yang memanjang dengan 2 keping kotiledon yang tebal. Di sini tidak dijumpai endosperm. Embrio buncis terdiri atas 2 kotiledon yang gemuk dan sumbu embrio. Sumbu embrio terdiri atas akar embrionik atau radikula di satu ujung dan tunas embrionik atau epikotil di ujung lainnya. Hipokotil terdapat di bawah kotiledon. Biji jarak merupakan salah satu contoh biji dikotil yang memiliki endosperm. Pada biji ini embrio tertanam pada endosperm yang padat. Embrio terdiri atas 2 keping kotiledon yang tipis, hipokotil sangat pendek, serta epikotil dan radikula berukuran kecil. Selain cadangan makanan yang terdapat dalam endosperm, biji jarak juga memiliki keunikan lain, yaitu memiliki struktur khusus berupa tonjolan pada permukaan luar kulit biji yang disebut caruncle, merupakan jaringan yang memiliki banyak rongga yang berperan dalam absorbsi air pada tahap awal perkecambahan biji. C. Buah hasil perkembangan ovari Dalam pengertian sehari-hari istilah buah biasanya mengacu pada suatu struktur yang enak dimakan yang mengandung banyak cairan seperti apel, plum atau anggur. Sesungguhnya dalam pengertian botani, struktur yang biasa digolongkan dalam kelompok sayuran seperti buncis, terong, 61 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. labu dan ketimun serta biji-bijian seperti jagung, padi serta gandum adalah merupakan buah. Buah merupakan hasil perkembangan bakal buah (ovari) yang mengalami spesialisasi sebagai suatu bejana tempat biji berada. Bagi tumbuhan buah berfungsi untuk melindungi biji, membantu penyebarannya dan kadang-kadang juga merupakan faktor yang menentukan dalam perkecambahannya. Perkembangan buah diinisiasi oleh proses fertilisasi yang memacu perkembangan dinding bakal buah. Dalam butir pollen terkandung suatu stimulan khusus yaitu zat pengatur tumbuh yang merangsang tahap awal perkembangan buah. Kadang-kadang sejumlah kecil polen yang mati mampu menstimulasi perkembangan bakal buah menjadi buah. Namun pemacu perkembangan buah yang utama adalah biji yang sedang berkembang yang selanjutnya akan merangsang pembetukan zat pengatur tumbuh dalam jumlah lebih banyak oleh dinding bakal buah. Dinding buah yang merupakan perkembangan dari dinding bakal buah disebut perikarp. Secara umum perikarp dapat dibedakan menjadi 3 lapisan dari yang terluar ke bagian dalam yaitu eksokarp, mesokarp dan endokarp. Eksokarp merupakan lapisan kulit buah. Endokarp merupakan lapisan terdalam yang mengelilingi biji, kadang-kadang keras seperti batu misal pada kelapa. Pada buah apel mesokarp terletak di antara eksokarp dan endokarp, tebal berdaging. Namun pada beberapa buah, mesokarp sulit dibedakan. Perikarp yang sangat tipis dijumpai pada buah kering. Salah satu contoh proses perkembangan buah dapat dilihat dengan mengikuti tahap-tahap dalam perkembangan kacang polong. Selanjutnya daun mahkota bunga (petal) gugur, perubahan kandungan zat pengatur tumbuh menyebabkan bakal buah memulai perkembangan. Bakal buah membesar secara cepat dan dindingnya mulai menebal. Dalam proses pembentukannya kadang-kadang buah tidak semata-mata berasal dari bakal buah yang berkembang, namun terdapat juga bagian-bagian lain dari bunga yang turut membentuk buah. Bagian-bagian bunga seperti tangkai bunga, kelopak, benang sari, tangkai putik dan stigma atau bahkan sisa-sisa daun mahkota mungkin dijumpai pada buah. Pada kacang polong dapat dijumpai kelopak bunga yang tidak gugur pada proses perkembangan buah, melainkan tetap bertahan dan menjadi bagian dari buah. Dalam pembentukan buah, dinding bakal buah berkembang menjadi polong. Ovul yang berada di dalam bakal buah berkembang membentuk biji. Struktur kecil menyerupai kait pada ujung polong berasal dari bagian atas karpel. Sementara kelopak bunga tetap 62 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. bertahan pada dasar polong yang berwarna hijau. Bila polong dibiarkan terus berkembang warnanya akan berubah menjadi kecoklatan mengering kemudian merekah melepaskan biji-bijinya. Dalam beberapa kasus buah yang kita kenal bukan semata-mata berasal dari bakal buah. Pada buah apel, buah sesungguhnya yang berasal dari penebalan bakal buah hanyalah bagian tengah yang disebut “core”. Sedangkan bagian yang tebal berdaging dan lunak yang sehari-hari kita makan merupakan bagian dasar bunga yang bergabung dengan bakal buah yang turut membentuk buah. Berbeda dengan kacang polong yang mengering saat masak, buah berdaging seperti apel menjadi lunak akibat aktivitas enzim yang melemahkan dinding sel. Proses pemasakan juga mengubah warna buah dari hijau menjadi merah, jingga atau kuning. Selain itu buah juga menjadi manis akibat konversi asam-asam organik atau pati menjadi gula. Sebelum masak buah-buah seperti apel atau pir berasa asam karena kandungan asam yang tinggi. Buah-buah yang berdaging dan enak dimakan lebih-lebih yang dilengkapi dengan warna atau aroma menarik ini merupakan undangan bagi hewan untuk membantu penyebaran biji. Apel, kacang polong serta cherry merupakan contoh buah tunggal yaitu buah yang berkembang dari satu bunga dengan satu putik. Selain buah tunggal dijumpai pula buah agregat yang berkembang dari satu bunga dengan banyak putik, masing-masing putik berkembang menjadi 1 ‘buah tunggal’ yang disebut “achene”.Buah-buah tunggal bergabung dalam suatu dasar bunga yang berdaging membentuk buah yang kita kenal sehari-hari. Strawberry, raspberry serta blackberry merupakan contoh buah agregat. Tidak seperti kelompok buah yang dijelaskan terdahulu yang berasal dari satu bunga, buah majemuk berasal dari banyak bunga yang membentuk satu buah. Pada saat dinding bakal buah mulai menebal bakal buah - bakal buah ini menyatu membentuk satu buah. Salah satu contoh buah majemuk adalah nanas. Buah ini berkembang dari bunga-bunga yang terpisah. Pada nanas buah- buah tunggal yang berkembang dari masingmasing bunga tertanam dalam dasar bunga yang membengkak dan enak dimakan. Lembaran-lembaran seperti daun yang terdapat pada bagian atas buah sebenarnya adalah braktea. D. Perkecambahan biji Perkecambahan biji sering dilambangkan sebagai awal kehidupan, namun sebenarnya dalam biji telah terkandung bentuk miniatur dari tumbuhan, suatu struktur yang dilengkapi dengan akar dan pucuk embrionik. Dalam pengertian demikian perkecambahan bukan merupakan awal 63 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. kehidupan tumbuhan namun lebih merupakan kelanjutan dari pertumbuhan dan perkembangan yang tertunda selama dormansi biji. Tahap awal perkecambahan dimulai pada saat biji menyerap air. Penyerapan air merupakan tahap yang penting karena sebelumnya biji benarbenar kering, dengan kandungan air berkisar antara 5-10 %. Biji yang kering mengandung cadangan makanan berupa protein, lemak dan karbohidrat. Cadangan makanan tersebut dikemas dalam organel-organel yang disebut badan protein, badan lemak serta amiloplas. Biji yang telah menyerap air membesar sehingga mengakibatkan kulit biji robek. Peningkatan kandungan air dalam biji juga memacu pengaktifan enzimenzim dalam endosperm atau kotiledon yang kemudian merombak cadangan makanan menjadi molekul-molekul sederhana selanjutnya diangkut ke lokasi pertumbuhan pada embrio. Gejala awal dari perkecambahan biasanya terlihat dari pembengkakan radikula. Radikula ini menyerap air dengan cepat menyebabkan pembesaran sehingga kulit biji terkelupas dan kecambah mulai tumbuh. Perkecambahan biji dipengaruhi sejumlah faktor yang meliputi faktor internal maupun faktor eksternal. Faktor internal antara lain viabilitas biji. Selain itu banyak jenis biji-bijian yang memerlukan suatu periode dormansi sebelum terjadi perkecambahan. Faktor luar yang diperlukan untuk perkecambahan meliputi faktor-faktor lingkungan seperti ketersediaan air, oksigen serta cahaya (berkaitan dengan dormansi). Pada prinsipnya tahap-tahap perkecambahan biji pada semua tumbuhan sama, namun terdapat variasi mengenai munculnya tumbuhan di atas permukaan tanah. Pada kecambah buncis, kacang kapri, serta biji jarak proses ini diawali dengan munculnya struktur menyerupai kait yang menembus permukaan tanah. Struktur seperti kait pada kecambah buncis dan kacang kapri berasal dari organ yang berbeda. Pada buncis struktur tersebut berasal dari pemanjangan epikotil. Pada kondisi tersebut kotiledon dan pucuk tunas masih berada di bawah permukaan tanah, kemudian kait melurus sehingga terangkat ke permukaan tanah. Pelurusan hipokotil pada buncis mengangkat kotiledon dan pucuk tunas ke atas permukaan tanah. Tipe perkecambahan demikian disebut perkecambahan epigeal. Hal ini berbeda dengan perkecambahan kacang kapri dimana pelurusan epikotil tetap meninggalkan kotiledon di dalam tanah, sedangkan bagian yang terangkat hanyalah pucuk tunas dan daun pertama. Tipe perkecambahan seperti ini disebut perkecambahan hipogeal. 64 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Gambar Tipe perkecambahan biji, sebelah kiri perkecambahan epigeal pada buncis dan sebelah kanan perkecambahan hipogeal pada kacang kapri Sama seperti pada buncis tipe perkecambahan pada biji jarak (Ricinus communis) termasuk perkecambahan epigeal. Namun berbeda dengan pada jenis-jenis kacang-kacangan, kotiledon biji jarak pada awalnya berfungsi sebagai organ absorpsi yang membantu penyaluran makanan dari endosperm ke bagian kecambah yang mengalami pertumbuhan. Ketika cadangan makanan dalam endosperm habis kotiledon terlepas dari kulit biji, membesar menjadi hijau dan sementara waktu berfungsi dalam fotosintesis sebelum akhirnya layu dan mati. E. Akar lateral Pada rumput-rumputan seperti jagung, proses pemunculan kecambah ke permukaan tanah menunjukkan pola yang berbeda dengan kelompok tumbuhan di atas. Pada jagung cadangan makanan tersimpan dalan endosperm yang merupakan bagian terbesar dari biji tersebut. Kotiledon berukuran kecil, berfungsi untuk membantu penyerapan makanan dari endosperm. Bakal tunas dan bakal akar diselubungi oleh lapisan berbentuk tabung, masing-masing disebut koleoptil dan koleoriza. Perkecambahan diawali dengan munculnya akar primer yang tumbuh dengan cepat menembus koleoriza. Koleoptil memanjang sehingga muncul ke permukaan tanah, dan terus memanjang sampai berukuran 2-4 cm, kemudian diikuti munculnya daun pertama menembus koleoptil. Tunas kemudian tumbuh cepat dan melangsungkan fungsi fotosintesis. Pada jagung akar-akar cabang akan muncul pada ruas paling bawah dari batang, sehingga merupakan akar liar. F. Reproduksi aseksual 1) Reproduksi vegetatif alami Bila biji dinanam, tumbuhan yang diperoleh bisa jadi memiliki sifatsifat yang berbeda dari induknya. Pada proses pembentukan buah dan biji, polen dari satu tumbuhan membuahi bunga dari tumbuhan lain, tumbuhan 65 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. membawa karakter dari kedua tetuanya serta memunculkan kombinasi karakter yang beragam pada generasi berikutnya. Hal ini berbeda dengan fenomena yang terjadi pada reproduksi aseksual. Bayangkan bila beberapa jarimu terpisah dari tubuhmu, masing-masing jari tersebut tetap bertahan hidup dan akhirnya berkembang membentuk manusia yang merupakan kembaran dari dirimu sendiri. Keadaan seperti ini merupakan gambaran dari reproduksi aseksual, dimana keturunan berasal dari organisme tunggal tanpa melalui fertilisasi. Hasil dari perbanyakan seperti ini akan merupakan suatu klon yaitu suatu populasi yang terdiri dari organisme -organisme yang identik secara genetik. Reproduksi aseksual sering juga disebut reproduksi vegetatif, merupakan tipe reproduksi yang lazim pada tumbuhan. Reproduksi vegetatif meliputi fragmentasi yaitu pemisahan bagian tubuh tumbuhan yang diikuti dengan regenerasi membentuk individu utuh. Umbi bawang putih sesungguhnya merupakan batang di bawah tanah yang berfungsi sebagai penyimpan cadangan makanan. Sebuah umbi yang besar terdiri atas bagianbagian yang disebut siung (clove). Setiap siung bawang dapat tumbuh menjadi satu individu, seperti terlihat pada gambar calon-calon tunas mulai muncul pada beberapa siung umbi. Adapun selubung berwarna putih pada umbi tersebut sebenarnya adalah daun-daun yang menempel pada batang. Setiap tanaman kecil sebenarnya merupakan anakan yang muncul dari akar tumbuhan kayu merah pantai (coast redwood), salah satu kerabat dekat dari pohon Sequoia raksasa yang terkenal. Pada akhirnya salah satu dari kelompok anakan yang muncul dari akar ini akan tumbuh menjadi besar menggantikan induknya yang telah mati. Kelompok tumbuhan yang melingkar seperti cincin, merupakan klon dari semak creosote yang tumbuh di gurun Mojave California bagian selatan. Anakan dalam kelompok semak ini merupakan hasil reproduksi vegetatif dari akar. Klon ini berasal dari satu pohon yang tumbuh dari biji sekitar 12.000 tahun lalu. Pohon induk tentunya berada pada pusat cincin semak tersebut. Rumput jenis dunegross ini serta beberapa jenis rumput lainnya memperbanyak diri secara aseksual dengan membentuk tunas dan akar yang muncul dari geragih yang berada di bawah tanah. Sekelompok kecil rumput ini dapat menyebar dengan cara yang sama hingga memenuhi permukaan lahan. Reproduksi aseksual memiliki beberapa keuntungan. Tumbuhan tetua yang telah mampu menyesuaikan diri dengan lingkungannya dapat membentuk klon yang terdiri dari individu-individu yang merupakan 66 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. kembaran dari dirinya. Pada masa-masa awal kehidupannya keturunan vegetatif yang merupakan fragmen dewasa yang berasal dari tetuanya tidak terlalu beresiko menghadapi kondisi lingkungan dibandingkan dengan tumbuhan yang berasal dari kecambah. Reproduksi aseksual serta seksual memiliki peranan yang penting dalam evolusi adaptasi tumbuhan terhadap lingkungan. 2) Reproduksi vegetatif buatan Kemampuan tumbuhan melakukan reproduksi vegetatif telah lama dimanfaatkan manusia. Cara perbanyakan vegetatif buatan yang paling banyak dilakukan adalah melalui stek. Ada beberapa macam organ tumbuhan yang dapat digunakan untuk perbanyakan dengan cara stek, menurut organ yang digunakan dikenal stek batang, stek akar serta stek daun. Stek batang merupakan cara yang paling lazim digunakan, biasa dilakukan terhadap jenisjenis pohon dan semak. Stek akar sering dilakukan pada perbanyakan tanaman sukun. Stek daun banyak dilakukan pada beberapa tanaman hias berupa herba seperti African violet, Begonia, Peperomia serta beberapa tumbuhan lain yang berdaun tebal. Selain batang dan akar biasa, modifikasi dari ke dua bagian ini seperti rhizome dan umbi juga dapat digunakan dalam perbanyakan vegetatif buatan. Potongan rhizome atau umbi yang mengandung sekurangkurangnya 1 mata tunas dapat berkembang menjadi tumbuhan. Tumbuhan baru juga dapat diperoleh dengan memotong stolon pada tanaman seperti pada strawberry, sehingga anakan terpisah dari induknya. G. Reproduksi vegetatif buatan sebagai pendukung pertanian modern Kemampuan tumbuhan melakukan reproduksi vegetatif memberi peluang untuk produksi bibit tumbuhan dalam jumlah besar dengan tenaga dan biaya minimal. Sebagai contoh perbanyakan tanaman buah dan tanaman hias yang sebagian besar dilakukan dengan stek batang serta daun. Beberapa tumbuhan lain diperbanyak dengan anakan yang muncul dari akar misalnya, selain itu banyak tumbuhan penghasil umbi di perbanyak dengan potongan umbi. Belakangan ini kemampuan reproduksi vegetatif pada tumbuhan dimanfaatkan untuk melakukan perbanyakan klonal di dalam laboratorium. Potongan organ tumbuhan dapat ditanam pada media buatan yang sesuai yang mengandung unsur-unsur hara, vitamin serta zat pengatur tumbuh yang diperlukan. Potongan organ yang ditanam dalam media buatan dapat tumbuh menjadi satu atau beberapa tanaman atau membentuk massa dari sel 67 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. parenkima yang disebut kalus. Kalus yang diperoleh dapat dipotong-potong kemudian diregenerasikan menjadi tanaman atau embrio. Teknik pemeliharaan tumbuhan dengan menanam potongan tumbuhan di dalam medium buatan ini secara umum dikenal dengan teknik kultur jaringan tanaman. Dalam pelaksanaan teknik ini semua peralatan maupun tabungtabung serta media yang digunakan harus berada dalam keadaan steril. Alat-alat serta media biasa disterilkan dengan cara pengukusan bertekanan tinggi dengan alat autoklaf. Selain itu pelaksanaan pemotongan atau penanaman juga dilakukan di ruangan steril. Perbanyakan tanaman melalui kultur jaringan dapat menghasilkan tanaman dalam jumlah banyak secara cepat. Selain itu beberapa teknik yang dikembangkan lebih lanjut dapat mengatasi masalah dalam budidaya tanaman seperti menghasilkan bibit tanaman bebas penyakit, me nyediakan biji buatan serta memungkinkan perbaikan tanaman dengan rekayasa genetik. Untuk memperoleh tanaman bebas penyakit dikembangkan suatu teknik yang disebut kultur meristem (mericloning). Upaya ini dilakukan dengan mengambil sekelompok sel pada jaringan meristem dari tanaman sakit untuk ditanam dalam media kultur. Biasanya selain meristem turut diambil primordia daun termuda. Proses pemotongan jaringan dilakukan secara aseptik di bawah mikroskop khusus yang disebut dissecting microscope. Selanjutnya potongan meristem dipelihara pada media steril dalam tabung. Jaringan tersebut selanjutnya akan membesar kemudian berdeferensiasi dan beregenerasi membentuk tunas dan akar. Sebelum tunas dan akar terbentuk massa sel tersebut dipotong menjadi beberapa bagian baru kemudian diregenerasikan menjadi tanaman. Dengan cara demikian dalam waktu singkat diperoleh banyak tanaman dengan karakter sama dengan induknya namun bebas dari penyakit. Dengan teknik kultur jaringan, akhir-akhir ini dapat diproduksi biji buatan (artifisial). Mula-mula yang harus dilakukan adalah menghasilkan embrio. Pada umumnya embrio yang digunakan adalah embrio somatik yaitu embrio yang dikembangkan dari struktur somatik seperti batang, daun atau bagian-bagian vegetatif lain, jadi bukan berasal dari perkembangan zigot. Dalam laboratorium embrio seperti ini dapat diperbanyak dengan cepat melalui perbanyakan klonal. Massa embrio yang secara genetik identik ini kemudian dikemas dalam suatu selubung polisakarid yang mengandung cadangan makanan serta zat pengatur tumbuh yang diperlukan. Untuk menjamin kelangsungan hidup biji ini dapat juga ditambahkan pupuk, pestisida, maupun bakteri penambat nitrogen di dalam kemasan. 68 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Dengan menggunakan biji buatan petani mendapatkan keuntungan yaitu tanaman yang diperoleh memiliki karakter yang diharapkan serta terjamin keseragamannya sehingga memungkinkan pemanenan pada saat bersamaan. Kendala dari pemanfaatan biji buatan pada saat ini adalah biaya produksi yang tinggi, sehingga harganya lebih mahal dari biji yang diperoleh secara alami. Salah satu teknik kultur jaringan yang sering dimanfaatkan untuk rekayasa genetik adalah fusi protoplas. Fusi protoplas dilakukan untuk menggabungkan sifat-sifat tertentu dari 2 sel yang berasal dari 2 macam tumbuhan yang secara konvensional tidak dapat atau sulit untuk disilangkan. Yang dimaksud dengan protoplas adalah sel yang telah dihilangkan dindingnya. Untuk memperoleh protoplas, dinding sel dihancurkan dengan menambahkan enzim-enzim seperti selulase, pektinase dll. Protoplas yang diperoleh digabungkan untuk memperoleh hibrid sel. Penggabungan ini dapat dipacu dengan pemberian arus listrik, sinar laser ataupun senyawa kimia, misal larutan polietilen glikol. Hibrid sel yang diperoleh mengandung inti serta organelorganel dari ke 2 sel. Selanjutnya inti dari sel yang tidak diinginkan dapat dihancurkan dengan cara radiasi. Sel tersebut kemudian diregenerasikan menjadi tanaman dengan memberikan media yang mengandung unsur hara serta zat-zat pengatur tumbuh yang sesuai. Tumbuhan yang diperoleh dengan cara seperti ini disebut hibrid somatik. Tanaman hibrid somatik seringkali memiliki karakter yang kurang baik dibandingkan tetuanya, namun diperoleh pula beberapa tanaman yang berpotensi lebih unggul. Soal-soal 1. Jelaskan tentang perkembangan pada buah 2. Jelaskan tentang perkembangan biji. Daftar Pustaka Glover B.J. 2007. Understanding Flowers and Flowering: An Integrated Approach. Oxford University Press Inc., New York Jaenicke, H. and J. Beniest. 2002. Vegetative Tree Propagation in Agroforestry: Training Guidelines and References. Kul Graphics Ltd, Nairobi, Kenya. Russell, S.D. and C. Dumas. 1992. Sexual Reproduction in Flowering Plants. Academic Press, Inc. Suzuki, K., K. Ishii, S. Sakurai, S. Sasaki. 2006. Plantation Technology in Tropical Forest Science. Springer-Verlag, Tokyo. 69 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. BAB XI. MERISTEM : STRUKTUR DAN FUNGSI Tujuan Instruksional Khusus: Mahasiswa dapat menjelaskan tentang struktur dan fungsi pada jaringan meristem. A. Struktur Meristem Sistem Organ umum pada tanaman dibagi dua: 1. 2. Shoot system (diatas tanah) yang terdiri dari: daun (leaf), tunas (bud), batang (stem), bunga (flower) dan buah (fruit) jika ada. Root system (dibawah tanah): akar. Tanaman selalu dalam kondisi perkembangan terus menerus sehingga penting melihat ontogeni lengkap (perkembangan individu). Pada Angiospermae, ontogeninya komplek → terjadi perubahan generasi: sporofit dan gametofit. zigot → biji → kecambah → tanaman → berbunga → zigot Pembelahan mitotik menyebabkan perkembangan multiseluler → mempunyai informasi genetik dari zigot. Pada tanaman, dimungkinkan terjadinya mutasi somatik yang dapat diteruskan ke generasi selanjutnya. Mutasi dapat terakumulasi. Tanaman telah mengembangkan strategi untuk meng”counter” akumulasi mutasi somatik yang mengancam → membatasi meristem atau bagian meristem dalam aktifitas mitosis. Hal ini tergantung pada masa hidup tanaman. Perenial → perubahan pada bagian-bagian tertentu. Khimera → perubahan warna buah. Ontogeni sistem multiseluler → terstruktur dalam ruang dan waktu. Perkembangan merupakan kejadian komplek yang harus dibagi ke dalam bagian-bagian proses. Perkembangan meliputi empat yaitu: 1. Pertumbuhan : sistem menjadi besar 2. Diferensiasi : bagian-bagian sel menjadi beda : bentuk dan fungsi 3. Pembentukan pola: penyusunan non random (menjadi daun, bunga cabang dll) 4. Morfogenesis : perkembangan bentuk spesifik 71 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. B. Pertumbuhan 1. Definisi : Peningkatan ukuran 2. Pengukuran : l, d, ν, jumlah sel, fw, dw 3. Deskripsi : tergantung lingkungan (komposisi cahaya membuat berbeda). Pertumbuhan tanaman tidak terjadi secara seragam tetapi terbatas pada daerah terspesialisasi. Ada dua macam pertumbuhan: primer dan sekunder. Pertumbuhan primer terjadi pada ujung tajuk dan akar dan tunas lateral → tambah panjang. Potensi → indeterminate (tak tentu) dan determinate (tertentu). Pertumbuhan sekunder : tambah diameter, telah berhenti tumbuh memanjang. Keduanya berasosiasi dengan daerah sel yang membelah dengan cepat. Dengan bertambahnya pertumbuhan dan perkembangan tanaman, maka pembelahan sel dan multiplikasinya terbatas hanya dibagian tertentu saja. Bagian tersebut menunjukkan diferensiasi sedikit saja dan pada bagian tersebut terdapat jaringan yang karakternya tetap embrionik sehingga sel tetap mempunyai kemampuan berbelah. Jaringan embrionik tersebut pada mature plant body disebut meristem. Apakah meristem? A region of rapid mitosis, or cell division, which produces the new cell for root growth. Also known as the zone of cell division. Meristem : there are most important sites of growth and the originating site of cell differentiation. Plant cell are formed at meristems, and then develop into cell types which are grouped into tissues. Plants have only three tissue types: 1. 2. 3. Dermal; composed of epidermal cells, closely packed cells that secrete a waxy cuticle that aids in the prevention of water loss Ground; comprises the bulk of the primary plant body Vascular; transports foot, water, hormones and minerals within the plant. Vaskular tissue includes xylem, phloem, parenchyma, and cambium cells. Meristem mempunyai ciri-ciri: 1. 2. berdinding tipis, lebih isodiametrik dalam bentuknya dibandingkan jaringan mature. nukleus jelas, relative lebih banyak mengandung protoplasma dan vakuola kecil. 72 pertum Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Fokus: meristem akar dan tajuk. Tanaman terus menerus berkembang selama hidupnya. Struktur terbentuk secara berulang sehingga tanaman mempunyai konstruksi modular. 1. 2. Modul tajuk : buku, ruas, daun dan tunas lateral (fitomer) Modul akar : sepotong akar yang mengandung akar lateral Tanaman bertambah ukurannya dengan penambahan modul ekstra. Bagian yang memproduksi struktur berulang → meristem apikal (selfperpetuating region of relatively undefferentiated dividing cells). Meristem akar → sederhana dan berfungsi konstan (kelola diri dan produksi akar cabang) C. Meristem Akar Sederhana, berfungsi konstan (kelola diri, dan produksi akar cabang). Ujung akar tanaman tingkat tinggi tidak mempunyai sel apikal tunggal asal-usul semua sel → beberapa sel. Meristem akar Jagung → sel awal (initial) stele, korteks, epidermis dan tudung akar terlihat berbeda → minimum 4 sel awal. Dinding sel dari lapisan sebelah tersusun seperti barisan (staggered) → bukan dari lapisan awal yang sama. Setiap lapisan punya sel initialnya sendiri yang berbeda dengan lapisan lain. Pada setiap lapisan punya paling tidak terdapat tiga initials → minimum terdapat ± 12 sel promeristem (self perpetuating giving rise to the rest of the root devides very slowly) yang disebut juga Quiescent Center (QC)/ pusat yang relatif diam) membelah sangat lambat atau relatif tidak membelah, terletak antara apical meristem akar dan tudung akar) Diferensiasi sel dimulai dalam meristem. QC dapat diisolasi dari bagian akar yang lain karena mereka lebih resisten terhadap kerusakan jika akar diperlakukan dengan EDTA, mungkin karena struktur dinding sel mengandung Silikat. Dengan medium sesuai, QC yang terisolasi dapat membentuk akar pada bagian proksimal dan dapat membentuk tudung akar pada bagian distal QC sehingga membentuk initial tudung akar jika akar rusak. QC berfungsi sebagai initial sel (sel awal) yang diperlukan dan Patern generating center (pusat pola-pola yang diperlukan akar). Radikel yang baru muncul dari benih yang berkecambah dan akar sekunder muda tidak mempunyai QC tetapi berkembang saat akar tumbuh. Begitu sel-sel terdesak dari initial akar, mereka akan berdeferensiasi dan dewasa. 73 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Sel-sel tudung akar dibentuk oleh meristem tudung akar yang terspesialisasi. Produksi sel tudung akar yang terus menerus oleh meristem tudung akar berarti sel tudung akar yang tua secara progresif didesak ke arah ujung. Begitu dewasa sel tudung akar berdiferensiasi sehingga dapat merasakan (perceive) rangsangan gravitational (Geotropisme) dan mensekresikan mukopolisakarida (lendir) yang akan membantu akar ketika menembus tanah sehingga tidak terluka. Tudung akar juga melindungi meristem apikal dari pelukaan mekanik. Di belakang QC disebut daerah pemanjangan 1. 2. 3. tempat pertumbuhan akar cepat membelah dan memanjang diferensiasi dan pendewasaan Di belakang daerah pemanjangan ialah daerah rambut akar 1. 2. pemanjangan telah berhenti Akar cabang atau lateral muncul dari pembelahan lapisan perisikel di pinggir silinder vaskuler, tumbuh tegak lurus terhadap jaringan pembuluh, menekan sel korteks dan akhirnya memecah epidermis. D. Meristem Tajuk Terminal, tidak ditutupi struktur seperti tudung akar seperti pada meristem akar. Dilindungi oleh primordia daun yang sedang berkembang. Ada dua daerah (hipotesis) yaitu: 1. 2. Tunica : lapisan luar, satu sampai beberapa lapis sel Corpus : sel-sel daerah/bagian dalam Sel-sel tunica membelah terutama secara antiklinal yaitu tegak lurus terhadap permukaan, menghasilkan lapisan epidermal/sub epidermal batang dan daun. Corpus membelah secara antiklinal dan periklinal (paralel dengan permukaan sehingga menghasilkan ekspansi/pembesaran volume. Pembagian sel-sel initial → menurunkan sel tetua batang, primordia daun, tunas lateral dan bunga. Tunica (3 lapisan) dan Corpus merupakan lapisan histogenik (bagian yang menghasilkan jaringan di bawahnya/di sampingnya) 1. 2. Cabang batang → eksternal (tunas lateral) Cabang akar → internal Primordia daun dibentuk di samping apical dome (melengkung) 1. Nodes/buku → tempat primordia daun menempel pada batang 74 Perkembangbiakan Tanaman 2. Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Internodes → antara 2 nodes (ruas) Jika apex dengan dua primordia daun dipotong dan dikulturkan pada medium sesuai, tetapi tanpa auksin dan sitokinin mereka dapat terus tumbuh dan membentuk daun dengan susunan seperti tanaman intact. Apical domenya, tanpa primordia dapat terus tumbuh dan memproduksi daun baru hanya jika sitokinin dan auksin disuplai. Auksin dan sitokinin: 1. 2. 3. diperlukan untuk inisiasi daun, ada pada apex yang mempunyai daun muda dan diproduksi oleh daun muda. Apex mengalami transisi besar ketika ia menjadi floral. Strukturnya berubah, laju pertumbuhannya meningkat, ia memulai organ baru lebih cepat dan dalam susunan baru, ia membentuk organ jantan ♂ dan betina ♀ tempat terjadinya meiosis. Hal inilah yang menentukan pertumbuhan determinate. Bagaimana Laju Pembelahan Sel Dikendalikan Di Meristem? E. Laju Pembelahan di Meristem Akar Tanaman tingkat tinggi, laju pembelahan sel di promeristem dan initial (QC) lebih rendah dibanding turunannya pada table dibawah ini. Studi dengan autoradiograf pada potongan akar menunjukkan rendahnya inkorporasi [3H] timidin (prekursor DNA) karena rendahnya sintesis DNA. Tabel Laju pembelahan pada meristem akar HOURS G1 S G2 M C Quiescent Center 135 16 13 6 170.0 Root cap initials -0.3 7.6 5.3 1.4 14.0 Stele just outside QC 3.0 4.8 7.5 1.7 17.0 Stele 1000µm from QC 6.6 4.8 4.7 1.3 17.4 Cortex just outside QC 21.8 10.2 6.4 4.3 42.8 Cortex 1000µm from QC 8.7 3.3 5.1 1.5 18.6 Sel-sel yang membelah dengan cepat termasuk initial dari tudung akar terletak di luar QC. Karena sel-sel QC tumbuh dan membelah, 75 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. bagaimanapun pelannya, mereka secara bertahap didesak keluar untuk menjadi sel-sel meristem yang tumbuh dan membelah sebelum akhirnya mereka didesak lagi oleh sel-sel dari QC. QC memproduksi sel-sel awal dari tudung akar. Tudung akar menunjukkan adanya QC tapi tak ada tudung akar belum tentu ada QC. Sel-sel QC merupakan daerah terkonsentrasi sehingga memungkinkan mutasi kecil. QC meristem tertutup: terbesar, terlihat, batas jelas, dan dinding sel tebal antara QC dan tudung akar. Jika batas tudung akar terdiri atas dinding yang membesar lateral secara lambat, ini membatasi pertumbuhan sel-sel yang menempel (attached). Pada initial tudung akar ada beberapa pembelahan longitudinal, sehingga bagian pusat tudung akar terdapat columella suatu kolom sel yang didesak hanya ke arah ujung tudung oleh pertumbuhan yang lebih baru dari sel-sel tudung akar. Adanya columella pada tudung akar menunjukkan adanya QC (keterangan sebaliknya tidak berlaku). Pada akar dengan meristem terbuka, dimana ada lebih banyak keluwesan dalam lapisan sel menyediakan sel initial bekerja kapan saja, QC lebih terlihat berfluktuasi dalam ukuran dan aktivitasnya. Adanya QC pada akar dengan meristem terbuka dan tertutup menunjukkan QC tidak tergantung pada satu tipe organisasi akar atau adanya dinding tebal antara epidermis dan tudung akar. Tidak adanya QC pada akar muda menunjukkan QC tidak esensial untuk fungsi akar. QC akan berkembang seiring dengan menuanya dan membesarnya akar. Ketika tudung akar jagung secara hati-hati dihilangkan, akar tumbuh cepat namun berhenti merespon grafitasi sampai terbentuk tudung akar baru. Jika tudung akar dipotong longitudinal dan setengahnya dihilangkan, pembelahan sel dirangsang pada bagian QC yang bersebelahan dengan tudung yang hilang. 1. 2. 3. Tudung akar membatasi (restraint) terhadap pertumbuhan lateral dari ujung akar, → faktor mekanik penyebab adanya QC. Tudung akar mensekresi inhibitor pembelahan sel. QC: sumber beberapa hormon yang mensuplai akar dan pada konsentrasi supraoptimal dalam QC (tempat sintesis) sehingga menghambat pembelahan sel dan pertumbuhan. Sitokinin sebagai kandidat? Studi imunositokimia → sitokinin tidak terkonsentrasi pada QC. Sel-sel yang membelah cepat terletak di luar QC. Di QC sintesis DNA lambat. Sel-sel dalam QC membelah lebih jarang dibanding sel dalam meristem, sehingga dipreservasi sebagai cadangan sel yang mempunyai peluang kecil dalam perubahan genom selama replikasi DNA. Ketika ujung 76 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. akar rusak, QC dirangsang membelah dan berperan sebagai sumber sel untuk rekonstitusi meristem. Di alam, jika akar rusak, lebih mungkin diganti oleh akar baru lateral. Pada akar Jagung, sel QC membelah setiap 170 jam → ± 50x setahun. Jika sudah terdesak keluar QC, sel membelah 4-5x kemudian terdesak lebih jauh lagi. Promeristem tanaman → hidup beregenerasi, pohon dapat bertahuntahin lifespan dan membelah lebih banyak lagi. F. Laju Pembelahan di Meristem Tajuk Meristem tidak punya tudung dan tidak punya QC. Tumbuh dan membelah lebih lambat dibanding turunannya di sekitar (kiri- kanan) meristem. Tabel dibawah ini merupakan bukti pembelahan lebih lambat pada apical dome. Pada Helianthus dan Nicotiana, sel-sel bagian periferal apex menjadi terlabel ketika [3H] timidin diberikan, tetapi sel pada daerah pusat tidak terlabel. Daerah pusat tidak membelah dan tumbuh lambat atau tidak tumbuh sama sekali. Tanaman Oryza Pisum Trifolium Rudbeckia Datura Chrysanthemum Solanum Coleus Sinapsis Isoetes (pteridophyte) Polypodium (fern) Hookeria (mosa) Polytrichum (moss) a apical cell Cell cycle (hours) Summit Flanks 86 11 70 26 108 69 >40 30 76 36 140 70 117 74 237 125 288 157 >53 36 a 144 78 a >105 48 360 96 Pada Nicotiana, daerah pusat (central zone) apex yang terlabel oleh [ H] timidin, sementara apex beregenerasi, labelnya lama-kelamaan menghilang (berkurang/dissipated) dari semua sel kecuali daerah pusat yang belum terkonstitusi, karena tidak tumbuh dan membelah. Daun muncul/terinisiasi hanya pada samping meristem dan bukan pada 3 77 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. puncak/summit. Hanya pada saat akhir inisiasi bunga, puncak apex menjadi terisi/”occupied” oleh organ bunga. Pengendalian laju pembelahan apex tajuk terjadi dengan pembatasan laju pertumbuhan karena sifat struktur yang membatasi/mengekang (restrain). Mungkin ada juga inhibitor pembelahan sel yang diproduksi ujung meristem yang efeknya makin berkurang dengan bertambahnya jarak dari ujung, meskipun tidak ada bukti untuk argumen ini. Sel-sel pada puncak apex sering berbeda secara sitologis dibanding sel di bawahnya, sehingga disebut central zone, daerah pusat. 1. 2. 3. Ini tidak sama dengan daerah laju pembelahan lambat. Daerah pembelahan meritem tajuk > dari meristem akar, dan hampir semua tunas apikal. Pertumbuhan impresif. Pembelahan sel sering terjadi di internodes yang sedang tumbuh dan di procambium. G. Kontrol dari Siklus Sel Pada akar siklus sel dikendalikan oleh masuknya sel-sel ke dalam fase sintesis DNA (fase S) yang ditunjukkan oleh panjangnya G1 dibanding fase lain dari siklus sel. 1. 2. Shoot apex Chrysanthemum → G1 lebih lama (di puncak apex) seperti pada akar. Shoot apex Pisum → semua fase dari siklus sel lebih lama (dalam sel yang tumbuh lambat) dibanding mitosis. Jadi tidak ada aturan pasti tentang pengendalian siklus sel pada tajuk. Pada sel-sel akar tanaman, G1 tidak ada pada initial tudung akar, jadi tidak ada waktu minimum dalam G1 pada sel-sel ini. Karena sel-sel tanaman terikat satu sama lain, laju pemanjangan sel berdampingan akan sama. Pengendalian ukuran akar menyebabkan sel membelah dengan panjang/lama siklus yang mirip. Laju pemanjangan pada meristem akar sangat mirip untuk semua sel. Meristem akar tumbuh linear dan radial. Karena geometrinya, meristem tajuk dapat tumbuh ke berbagai arah. Mereka tidak selalu terus tumbuh pada laju sebelumnya tetapi sel di sekitarnya dapat tumbuh cepat kecuali bagianbagian yang dinding selnya menempel (shared) dengan sel yang tumbuh lambat. Shoot apex mustard/Sinapis vegetatif terdapat dua populasi 1. 2. 33 % → siklus sel 86 jam 67 % -→ siklus sel 206 jam, 78 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. beda G1, tercampur bersama dalam meristem Sel-sel dalam meristem akar dan tajuk asynchronous, tumbuh pada laju yang sama tetapi mengalami mitosis pada waktu yang berbeda sampai taraf tertentu. Synchrony dapat ditemukan pada sekelompok kecil sel yang merupakan produk sel ibu yang sama. Synchrony dapat diinduksi dalam meristem. H. Siklus Sel pada Apex yang Berbunga Laju pertumbuhan proporsional langsung terhadap laju pembelahan dan berbanding terbalik dengan panjangnya siklus sel → vegetatif. Apex tajuk tumbuh, ukuran sel meningkat pelan → secara esensial. Pada saat transisi ke pembungaan, laju pertumbuhan apex biasanya meningkat tetapi secara sementara begitu bunga terinisiasi dan mulai terbentuk, laju pertumbuhan menurun dan siklus sel memanjang meskipun inisiasi primordia bunga berlangsung cepat. Primordia organ bunga lebih kecil dibanding primordia daun saat diinisiasi, sehingga mensyaratkan pertumbuhan yang lebih kecil untuk membentuk satu primordium. Pada tanaman yang diinduksi dengan fotoperiode, sel apex tajuk menjadi tersinkronisasi seperti ditunjukkan oleh “gelombang” mitosis. Pada mustard, periode evokasi (antara datangnya stimulus pembungaan pada apex dan pemunculan/penampakan tunas bunga) dipenuhi oleh siklus sel sinkon sekitar 35 jam. Ini diikuti maxima dan minima dalam laju sintesis RNA dan peningkatan jumlah organel sebelum mitosis. Perlakuan yang mencegah atau menunda siklus sel sinkron juga akan mencegah atau menunda pembungaan → Jadi siklus sinkron (Synchronous cycle) diperlukan untuk pembungaan. Pada Silene, sinkonisasi terjadi sebelum inisiasi sepal dan dapat dicegah dengan menempatkan tanaman dalam gelap selama 48 jam setelah induksi. Tanaman masih tetap berbunga tetapi terlambat 48 jam → sinkronisasi tidak esensial untuk pembungaan. Siklus sel pada Silene juga diperpendek pada awal induksi bunga. Normalnya, 7 hari panjang diperlukan untuk induksi bunga secara penuh. Tetapi, 5 menit sinar infra merah (far-red) pada awal induksi menyebabkan siklus sel diperpendek dari 19 → 13 jam. 1. 2. proporsi sel beda fase dalam 1 jam ke G2 DNA synthesis doubled dalam waktu 30 menit. 79 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Sintesis DNA/Pemendekan siklus sel 1. 2. tidak diketahui apakah esensial indikator hal-hal lain yang esensial (perubahan metabolik) yang belum diketahui. Perubahan siklus sel saat pembungaan dapat ditiru (mimicked) dengan aplikasi sitokinin yang menyebabkan sel meninggalkan G2 dan membelah. Ini menyebabkan satu level sinkroni, yang hilang pada pembelahan berikutnya. Sitokinin tidak mempunyai efek terhadap sintesis DNA di apex. I. Fungsi Meristem 1) Pembentukan Cabang Pada Akar Dan Tunas Pada tanaman tingkat tinggi, tajuk bercabang oleh karena “outgrowth” dari tunas aksilar untuk membentuk tajuk samping yang baru. Sistem perakaran yang bercabang dibentuk oleh akar lateral. Akar lateral pada tanaman tingkat tinggi berasal dari perisikel, biasanya berjarak 1-2 cm dari ujung akar. Peningkatan basofil dari sel-sel perisikel (meningkatkan sintesis protein dan RNA) diikuti pembelahan periklinal dan berikutnya pembelahan antiklinal membentuk meristem baru. Tiap akar lateral berasal dari sekelompok 20-30 sel perisikel. Akarakar lateral diinisiasi di belakang ujung akar dari sel perisikel yang “latematuring” dan mungkin masih melewati siklus sel. Sel perisiklik menunda pendewasaan karena zat (auksin?) yang berdifusi dari xylem. Akar lateral adventif dapat distimulasi dengan mensupplai auksin yang pada akar Radish menyebabkan sel perisiklik pada G2 membelah dalam waktu 2 jam dan memulai siklus. Akar lateral dapat diinisiasi dengan meningkatkan konsentrasi auksin pada medium kultur. Munculnya akar-akar lateral dari kortek dari akar tetua difasilitasi dengan ‘breakdown’ sel-sel kortek. Akar lateral pada Vicia memerlukan karbohidrat dalam larutan di dalam lubang (cavity) yang terbentuk dalam kortek sebelum terbentuknya lateral muda. Adanya lubang menunjukkan sel akar tetua dirusak secara enzimatik lebih dulu dibanding lateral yang tumbuh. Dimana akar lateral terbentuk dekat ujung akar, sel-sel endodermal dan kortikel dapat terlibat dalam pembentukan meristem lateral. Sel-sel tersebut terlihat menjadi kurang dapat membelah dan tumbuh jika telah dewasa. Jadi semakin lateral diinisiasi di bagian belakang akar, maka mereka terbentuk semakin eksklusif. Hanya dari sel-sel perisiklik yang paling 80 Perkembangbiakan Tanaman sedikit/tidak berdiferensiasi meristimatiknya. Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. sehingga masih mempunyai potensi Pada tanaman tingkat tinggi, tajuk lateral berkembang dari meristem aksilar yang terbentuk pada aksil dari masing-masing primordia daun yang baru terbentuk. Tunas (bud) aksilar berkembang dari sel-sel superfisial dan oleh karena itu berasal dari luar (eksogen) → ujung tajuk. Pada akar, lateral terbentuk dari jaringan internal sehingga disebut endogenous. Tunas tajuk adventif, khususnya pada kalus, kadang-kadang muncul secara endogen. Tunas aksilar membentuk ‘apical dome’ dan mulai membentuk primordia daun yang posisinya biasanya dalam posisi dan orientasi relatif terhadap tajuk tetua/awal. Seringkali, pengendalian pertumbuhan tunas selanjutnya oleh apex utama → apical dominance. Dominansi apikal menjadi berkurang ketika tumbuh ke atas dan makin jauh dari tunas (apikal). 2) Pembentukan Daun Meristem tajuk berbeda dari meristem akar dalam pembentukan organ di kiri kanan (sisinya). Ini berkembang menjadi daun dan bunga. Pada akar tidak ada counterpart (pembanding) terhadap daun. Akar lateral analog dengan tunas aksilar pada tajuk. Bentuk meristem tajuk berubah ketika masing-masing daun diinisiasi di kiri kanan meristem. Ini menunjukkan pengendalian bentuk yang rigid (sementara pada meristem akar mengelola bentuk silindris) dapat sedikit relax sementara pada meristem tajuk. Ketika meristem tajuk akhirnya menjadi meristem bunga, organ-organ terbentuk dipuncaknya sehingga semua digunakan untuk membentuk bagian bunga dan pertumbuhan berakhir. Buku dan ruas diinisiasi pada saat yang sama dengan primordia daun. Pada Sambucus, ruas dan buku masing-masing diinisiasi dari satu lapisan sel dari apex tajuk. Pada Silene, terlihat empat lapis sel berasosiasi dalam satu daun, dua lapisan membentuk sel-sel buku dan dua yang lain membentuk selsel ruas. Tanaman lain mungkin mirip. Jadi, struktur meristem apikal pada tajuk terlihat tersusun rapi (ordered) dibanding yang terlihat pada preparat histologik. J. Mekanisme Pembentukan Daun Pada apex tajuk Kapri (Pisum) dan Clover (Trifolium), terdapat sedikit perbedaan dalam laju pertumbuhan di sekitar apex, hanya satu yang membentuk daun berikutnya. Laju pembelahan sel tinggi pada bagian aksial apex, yang tidak banyak berubah dalam ukuran dan bentuk saat primordia bunga mulai terbentuk. Fakta ini menunjukkan bahwa sebab utama 81 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. pembentukan primordia daun adalah perubahan arah dan bukan laju pertumbuhan. Ini terbukti dari perubahan ’plane of cell division’ pada apex Kapri ±16 jam sebelum primordia daun terlihat sebagai tonjolan kecil. Pada tempat tumbuh daun, pembelahan periklinal tampak dimana tidak ada apaapa sebelumnya. Pada apex Silene, tidak terlihat ada perubahan dalam ’plane of cell division’ ketika pasangan daun terbentuk, tetapi laju pertumbuhan dan laju pembelahan pada tempat daun muncul meningkat. Silene dan Pisum terlihat ’exemplify’ ekstrem yang berbeda dalam cara dimana arah pertumbuhan diubah ketika daun dibentuk. Pada Pisum, perubahan terjadi terutama pada ’division plane’ tanpa banyak perubahan pada laju pertumbuhan (kecuali sementara saat primordium mulai membentuk). Pada Silene, terdapat peningkatan laju pertumbuhan dan pembelahan tanpa banyak perubahan pada ’plane of cell division’. Apakah pertumbuhan atau ’division plane’ berubah, apex harus dapat menonjol pada tempat inisiasi daun. Apex dapat dipandang sebagai suatu sistem dimana daun terbentuk bukan karena imposisi (pembatasan) arah pertumbuhan yang baru, tetapi karena restriksi pertumbuhan ke semua arah telah dilepas/dibebaskan secara lokal. Agar daun terbentuk, permukaan harus dapat dibentuk (deformable). Ini memerlukan peningkatan plastisitas permukaan apapun orientasi mikrofibrilar dalam dinding sel atau laju pertumbuhan sel-sel di bawahnya. Tanpa pembelahan periklinal pada sel-sel ini, penonjolan pada tempat daun muncul tidak akan mungkin kecuali ada perubahan besar dalam bentuk sel sehingga mereka menjadi sangat memanjang ke arah axis yang baru. Terjadinya pembelahan periklinal dan laju pertumbuhan memadai pada tempat muncul daun dapat dipandang sebagai prasyarat untuk terbentuknya daun dan perubahan plastisitas permukaan sebagai penyebab. Perubahan orientasi mikrofibrilar dapat memfasilitasi perubahan arah pertumbuhan dan membantu menentukan bentuk organ yang baru muncul. Kandidat bagi ’outer restaining layer’ pada apex tajuk ialah epidermis yang mempunyai dinding sel luar yang tebal. Ia juga merupakan jaringan yang merespon auksin pada batang yang sedang memanjang. Apakah pertumbuhan epidermis pada tempat inisiasi daun dikendalikan oleh auksin → tidak diketahui. K. Penempatan Primordia Daun Apapun mekanisme inisiasi primordia daun, yang harus dipertimbangkan tidak hanya bagaimana primordia dibentuk, tetapi juga kapan dan dimana ditempatkan pada apex. Primordia daun diinisiasi hanya 82 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. pada sisi (kiri kanan, sekitar) apex. Jika inisiasi daun terjadi secara simultan di seputar apex, maka ‘collar’ akan terbentuk. Ini dapat dicapai dengan aplikasi TIBA, suatu transport inhibitor dari auksin ke apex dan mengganggu distribusi auksin sebagai faktor pengendali dalam penempatan primordia. TIBA akan meningkatkan konsentrasi auksin pada apex dengan cara mencegah tranportasi keluar apex. Ini konsisten dengan peningkatan konsentrasi auksin yang penting untuk pembentukan primordia. Untuk pembentukan primordium normal, peningkatan konsentrasi auksin harus dibatasi pada apex. 2,4-D, analog auksin, yang diaplikasikan pada apex dapat meningkatkan pembentukan daun → peran auksin dalam promosi pembentukan primordia daun. Ukuran primordium ketika diinisiasi menentukan banyaknya primordia yang dapat diakomodasi pada permukaan apex dan oleh karena itu merupakan penentu utama susunan primordia dan nantinya susunan daun. Susunan daun pada apex → filotaksi, menimbulkan pola yang konsisten dan dapat diprediksi. 1. 2. 3. 4. worled – putaran alternate – selang seling opposite – berlawanan spiral Pada filotaksi spiral, satu garis yang menghubungkan tempat menempel daun membentuk spiral. Susunan berbagai filotaksi terjadi 1/3, 2/5, 3/8 dan seterusnya, masing-masing fraksi merupakan sudut yang terbentuk oleh dua daun berurutan dalam satu batang (dilihat vertikal ke bawah). Titik super imposisi pada baris vertikal daun → orthostichies. Pada titik tumbuh, meskipun primordia daun tersusun spiral, orthostichies tidak terjadi. Melihat ke bawah apex, primordia tersusun dalam rangkaian kurva menurun, parastichies, dapat searah dan berlawanan jarum jam. Parastichy pada apex dapat menjadi orthostichy pada batang dewasa. Soal-soal 1. Jelaskan tentang struktur pada jaringan meristem. 2. Jelaskan tentang fungsi pada jaringan meristem. 83 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Daftar Pustaka Glover B.J. 2007. Understanding Flowers and Flowering: An Integrated Approach. Oxford University Press Inc., New York Russell, S.D. and C. Dumas. 1992. Sexual Reproduction in Flowering Plants. Academic Press, Inc. Suzuki, K., K. Ishii, S. Sakurai, S. Sasaki. 2006. Plantation Technology in Tropical Forest Science. Springer-Verlag, Tokyo. Williams, C.G. 2009. Conifer Reproductive Biology. Springer, New York. 84 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. BAB XII. FILOTAKSIS Tujuan Instruksional Khusus : Mahasiswa mampu menjelaskan tentang filotaksis. Pola daun pada aksis (poros) tajuk – khas tiap species. Filotaksis ditentukan selama pembentukan primordia daun pada apex vegetatif. Filotaksis 3/8 → 3 putaran 8 daun 1. 2. 3. Ada 8 orthostichies (garis vertikal) Sudut divergen 135o antara 2 daun berurutan 3/8 disebut fraksi divergen Fraksi divergen: ½, 1/3, 2/5, 3/8, 5/13, 8/21, 13/34, dan seterusnya. Prinsip dari sequen ini ialah pembilang (numerator) dan penyebut (denominator) dari fraksi divergen berikutnya selalu merupakan hasil dari penjumlahan pembilang dan penyebut dari 2 fraksi divergen sebelumnya. Pembilang dan penyebut merupakan bagian dari seri Fibonacci: 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34 ... Pada seri ini, masing-masing angka adalah jumlah dari 2 angka sebelumnya. Sequen utama akhirnya akan menuju suatu nilai pembatas yang disebut sudut divergen pembatas (limiting divergence angle). Analisis menunjukkan, divergensi yang lebih tinggi dari sequen utama mungkin tidak terjadi. Semua divergensi yang lebih tinggi didasarkan pada sudut divergen pembatas. Dalam susunan helikal atau spiral, primordia daun membentuk spiral dasar disebut ‘genetic spiral’, pada apex vegetatif tempat dimana primordia berikutnya dipisahkan oleh sudut divergen pembatas 137.5 °. Masing-masing primordia daun yang terbentuk pada tunas menyentuh dua primordia yang lebih tua. Primordia 4 dan 6 kontak untuk primordia 1 dengan mengikuti sequen kontak dari daun ke daun spriral juga terlihat (garis helikal, parastichies). Faktor mana (dengan adanya genetic spiral) menentukan primordium berikutnya diset pada sudut 137.5° dapat dijelaskan oleh hipotesis daerah penghambat (inhibitor zones). Primordia daun yang sudah ada pada meristem apikal membentuk daerah penghambat dimana primordia baru tidak dapat berkembang. Daerah penghambat ini relatif kecil. Ketika mereka pindah atau menjauh karena ekspansi dome vegetatif. Primordia baru daun dapat/mungkin berkembang. Dua kontak (P3 dan P5) dari primordia daun baru I1 menentukan posisi I1. Dasar dari pembentukan daerah penghambat tidak banyak diketahui. 85 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. A. Perubahan Dalam Inisiasi Primordia Bunga Organisasi pada apex umumnya berubah pada saat pembungaan. Pertumbuhan dini (precorious growth) dari tunas aksilar menunjukkan adanya ‘release dominasi apical’ pada saat pembungaan. Jika ini normalnya ditahan oleh auksin, ini menunjukkan pengurangan ketersediaan auksin pada apex saat pembungaan mulai. Tabel Perubahan organisasi apex tajuk saat pembungaan Pada tajuk 1. Pertumbuhan tunas aksilar secara dini yang memberikan perubahan dalam pola percabangan 2. Perubahan bentuk daun (pembentukan braktea) 3. Perubahan filotaksi, menyebabkan sistem yang lebih komplek Pada meristem apikal 1. 2. 3. 4. Laju pertumbuhan meningkat sementara Apex biasanya membesar Laju inisiasi primordia meningkat Perubahan yang terjadi secara seluler dan biasanya berhubungan dengan evokasi : - sintesis RNA dan protein baru - peningkatan mitokondria dan laju respirasi Pada bunga 1. Primordia lebih kecil pada saat inisiasi. 2. Perubahan susut divergen antar primordia sehingga susunan primordia (filotaksi) berubah menjadi ‘whorl’ (lingkaran/ putaran) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Ruas tertekan Hilangnya struktur aksilar Sekuen yang tepat dalam ‘whorl’ bunga Primordia berdiferensiasi sepanjang lintasan perkembangan yang baru Primordia menguasai puncak meristem Pembentukan bunga: interaksi primordia dari whorl yang berbeda Meiosis Berhentinya pertumbuhan sampai pembuahan 86 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Pada monokotil, bagian-bagian bunga kelipatan tiga (divergen 120 o antara primordia yang berurutan). Pada dikotil, bagian bunga kelipatan empat atau lima. Meskipun peningkatan laju pertumbuhan apex merupakan karakteristik transisi dari membuat organ daun ke organ bunga, perubahan kritikal adalah apical dome meningkat dalam luas permukaan relatif terhadap primordia saat inisiasi. Ini dapat terjadi: 1. Peningkatan luas permukaan apical dome lebih cepat dibanding sekitarnya dimana primordia diinisiasi. 2. Primordia menjadi lebih kecil pada saat inisiasi relatif terhadap permukaan apex terlepas dari apakah apex tumbuh lebih cepat atau lebih besar. Pengendalian ukuran primordia saat inisiasi → proses krusial dalam fungsi apex (tidak banyak diketahui). Pada saat sama, saat ukuran primordia berkurang, jumlah jaringan yang membentuk batang juga berkurang sehingga ruas tidak terbentuk. Ini disebabkan sel yang normalnya memanjang untuk membentuk ruas vegetatif tidak terbentuk dalam bunga yang sedang berkembang. Tabel Pengurangan ukuran primordia saat inisiasi selama pembentukan bunga (apical dome = 1) Luas primordial Ranunculus Daun 0.71 Sepal 0.23 Stamen 0.03 Impatiens Daun 0.41 Petal 0.26 Silene 87 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Daun 0.33 Sepal 0.07 Petal 0.04 Stamen 0.08 Soal-soal: 1. 2. Jelaskan tentang filotaksis. Jelaskan dalam perubahan primordial bunga. Daftar Pustaka Glover B.J. 2007. Understanding Flowers and Flowering: An Integrated Approach. Oxford University Press Inc., New York Russell, S.D. and C. Dumas. 1992. Sexual Reproduction in Flowering Plants. Academic Press, Inc. Williams, C.G. 2009. Conifer Reproductive Biology. Springer, New York. 88 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. BAB XIII. PEMBELAHAN, POLARISASI, DAN DIFERENSIASI Tujuan Instruksional Khusus : Mahasiswa mampu menjelaskan polarisasi dan diferensiasi. tentang proses pembelahan, A. Polaritas Pembelahan dan Arah Bidang Datar Pembesaran rambut akar, rhizoid, hifa terjadi pada apical dome → tip growth (pertumbuhan ujung). Pembesaran/pertumbuhan sel dalam organ multiseluler berlangsung seragam dari sebagian besar luas permukaan dinding sel primer → diffuse growth (di bagian yang mengalami pembesaran). 1. 2. Tip growth → sintesis dinding sel ≈ pembesaran sel Diffuse growth → pembesaran terjadi dari kombinasi antara ‘cell wall loosening’ dan ‘cell wall synthesis’. Sering dikendalikan hormon. Pengendali pertama adalah polaritas. Tanaman merupakan struktur aksial dan polar. Struktur aksial → tersusun simetrik dalam satu garis/aksis. Struktur polar → ujung-ujung aksis berbeda. Aksis utama ialah batang (utama) dan akar. Aksis subsider ialah cabang dan akar lateral. Polaritas terjadi pada beberapa tingkatan. Ujung akar secara morfologis berbeda dengan bagian di belakangnya. Ada perbedaan tingkat diferensiasi. Aksialitas dan polaritas merupakan kunci dalam perkembangan tanaman. Genom tanaman menentukan pola dan dimensi aksis tanaman. Bentuk pertumbuhan tanaman dapat dipengaruhi lingkungan (not inflexiby determined). Akan tetapi, polaritas tampaknya merupakan kejadian yang stabil. Jika stek diambil dari satu batang, akar tumbuh pada bagian dasar potongan dan tajuk pada bagian atas. Polaritas akan tetap terjadi/dikelola meskipun potongan tersebut dibalik sebelum regenerasi terjadi. Pada level seluler pembentukan dan pengelolaan polaritas merupakan bagian integral pengendalian pembelahan dan pembesaran sel. Tanaman merasakan (perceive) dan bereaksi terhadap informasi yang datang dari lingkungannya. Respon biasanya berupa pertumbuhan yang diarahkan. Sel harus dapat membentuk (establish) polaritas yang mengarahkan pembesaran berikutnya. Berbagai faktor eksternal dapat mengarahkan aksis pertumbuhan: suhu, intensitas cahaya, pH, ion, potensial elektrikal. → studi pada ‘apolar cell’ misal serbuk sari. 89 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Manifestasi paling awal dari polaritas adalah penampakan arus ionik yang mengalir lewat sel. Arus transeluler, yang sebagian besar disebabkan ion Ca2+ besarnya 100 pA (1 pA=10-12A) dan terjadi sebelum adanya tandatanda polaritas. Hal yang penting: tempat muatan positif mengalir ke dalam sel merupakan tempat pertumbuhan sel berikutnya. Arus ionik transeluler telah diamati pada sejumlah sel yang mengalami pertumbuhan ujung (tip growing) seperti pada rambut akar dan serbuk sari yang berkecambah tetapi belum ditemukan pada tanaman yang membesar dengan ‘diffuse growth’. Asal dan peran arus itu dalam membentuk dan mengelola polaritas sel tidak jelas. Arus dapat muncul karena pembukaan, penutupan atau redistribusi pompa dan saluran ion pada membran. Arus ionik menimbulkan perbedaan potensial elektrikal pada dua sisi membran sehingga mengubah sifat membran, misal distribusi protein dalam membran. Ia juga mengubah komposisi ion dalam sitosol yang efeknya tergantung ion dan tipe sel. Arus transeluler dapat menimbulkan medan listrik dalam sel yang dapat menginduksi pergerakan molekul atau organel bermuatan. Konsentrasi Ca 2+ rendah dalam sitosol → meningkat mempunyai efek yang besar. B. Sitoskeleton (kerangka sel) Sitosol tersusun dalam network 3-dimensi oleh protein fibrous yang disebut sitoskeleton. Jaringan (network) menunjukkan organisasi spatial bagi organel dan berkontribusi terhadap pergerakannya dalam sitosol. Ia berperan kunci dalam 1) mitosis, 2) meiosis, 3) sitokinesis, 4) deposisi dinding, 5) pemeliharaan bentuk dan 6) differensiasi sel. Tanaman mempunyai 3 tipe elemen sitoskeletol: 1) mikrotubul dan 2) mikrofilamen dan 3) intermediate filament. Masing-masing filamentous, diameter tertentu, panjang bervariasi. 1. Mikrotubul - ratusan ribu tubulin, 13 kolom protofilamen - silinder, berlubang, Φ luar 25 nm, tubulin. Sub unit tubulin dari mikrotubul tersusun atas rantai polipeptida yang mirip (α dan β tubulin) masingmasing BM 55.000 dalton. 2. Mikrofilamen → solid, Φ 7 nm, aktin (masing-masing molekul aktin terdiri atas satu peptida BM 42.000 dalton). 3. Filamen antara (intermediate filamen) Dalam kondisi fisiologis, tubulin berpolimerisasi menjadi mikrotubul dan aktin menjadi mikrofilamen. Pada kondisi seluler yang sesuai, masing90 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. masing polimer dapat juga terurai (dissasemble) menjadi sub unitnya. Laju assembly dan dissasemble dipengaruhi oleh konsentrasi relatif sub unit bebas dan terikat. Faktor lain yang mempengaruhi ‘assembly’ dan stabilitas komponen sitoskeletol: [Ca2+] sitosol tinggi → meningkatkan dissasemble mikrotubul. Mikrotubul membentuk 4 set struktur berurutan selama siklus sel: 1. 2. 3. 4. 5. Mikrotubul (MT) pada interfase. Sebelum pembelahan sel, MT menjadi pengumpul bersama di tengah sel untuk membentuk preprophase band. Preprophase band (PPB): band (pita lembaran) dimana ‘cell plate’ yang terbentuk setelah pembelahan sel akan bergabung dengan dinding sel. PPB selalu akurat dalam memprediksi posisi dan plane of cell division. Ketika mitosis mulai, PPB hilang dan diganti oleh ‘mitotic spindle’. Mitotic spindle (gelendong mitotik). Sebelum metafase, beberapa elemen gelendong menempel ke kromosom pada kinetokor yaitu daerah pada kromosom dimana penyusutan (dissasemble) MT terjadi. Karena ujung lain, MT tertanam pada kutub gelendong (ada MTOC). Penyusutan MT pada kinetokor menyebabkan kromosom pindah ke kutub gelendong. Laju penyusutan MT ≈ laju kromosom pindah ke kutub. Pada telofase, gelendong hilang tetapi MT terletak melintang di ekuator membentuk fragmoplas. Fragmoplas terdiri atas 2 set MT ber-interdigitasi (berlawanan, terpolarisasi) sepanjang daerah dimana nantinya akan terbentuk daerah dataran sel (cell plate). MT fragmoplas menjadi gumpalan ke arah perifer dari ‘cell plate’ (yang terlihat mendorong ke samping). Cell plate terbentuk dari fusi vesikel yang berisi materi dinding sel. Cell plate akan meluas dan bergabung dengan dinding yang sudah ada di sisi-sisinya dari sel induk persis pada posisi yang sebelumnya ditempati PPB. Note: sitokinesis → proses 1 sel terpisah menjadi 2 sel anak. Sesudah terbentuknya dinding sel yang baru, fragmoplas menghilang. Dalam sel anak, MT rupanya berasosiasi dengan permukaan nukleus. MT tersebut terlihat ‘radiase’ dari amplop nukleus yang dianggap sebagai ‘MT nucleating center’ (tempat dimana MT terbentuk dari kristalisasi protein tubulin). MT tumbuh dan meluas dengan sangat cepat dan membungkus sel dengan membentuk susunan helix. MT tersebut menjadi terhubungkan dengan jembatan protein ke membran. Orientasi MT kortikal (dekat/di bawah membran) sesuai dengan orientasi mikrofibil selulosa pada lapisan terdalam dinding sel di luar membran. 91 Perkembangbiakan Tanaman 1. 2. Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Pada beberapa sel yang tidak match → karena MT mengalami perubahan terbaru, tetapi mikrofibril baru yang berorientasi sama belum terbentuk. Tidak match? → match-nya koinsiden dan tidak harus (obligatory) atau tidak fungsional. Pandangan umum: MT dengan cara tertentu mengarahkan orientasi mikrofibril dinding sel mungkin karena komplek pembuat selulosa pada sisi luar membran hanya dapat bergerak paralel dengan MT dan tidak dapat melintas (cross over) dataran membran tempat MT menempel pada sisi dalam. Mikrofilamen mikrofilamen tersusun atas aktin. Cytochalasin B, merusak → merusak pergerakan nukleus dan cytoplasmic streaming. Mikrofilamen → bagian sitoskeleton yang menempatkan dan menggerakkan nukleus. Mikrotubul → pembentukan gelendong mitotik, orientasi mikrofibril selulosa → jadi korelasi polaritas pertumbuhan sel. Mikrofilamen → posisi nukleus sebelum pembelahan, posisi cell plate. Jadi, ‘plane of cell division’ dan arah pertumbuhan sel dan oleh karena itu bentuk organ dikendalikan Sitoskeleton. Pada sel-sel yang mengalami tip growing, tanda morfologis pertama terkait dengan terbentuknya polaritas sel ialah stratifikasi organel termasuk akumulasi vesikel kecil pada tempat tumbuh nanti. Pada zigot ganggang coklat (Fucus), distribusi asimetrik terjadi sebelum polaritas sel menjadi pasti/stabil. Pemberian cahaya unilateral pada zigot menyebabkan masuknya arus positif pada bagian ternaungi. Beberapa jam setelah induksi, stratifikasi dapat diubah oleh perlakuan berikutnya dari arah yang berbeda. Selama fase ini vesikel terakumulasi pada calon tempat terbentuknya rhizoid pada sisi gelap sel. Berikutnya, vesikel akan bergabung dengan membran dan mengeluarkan isinya → muncul rhizoid. Penghambatan sintesis protein (dengan perlakuan cycloheximide) menunda pembentukan rhizoid tetapi tidak menghentikan terbentuknya polaritas. Ini menandakan, meskipun pembentukan rhizoid memerlukan sintesis protein baru, pembentukan polaritas tidak! Terkait dengan redistribusi komponen yang telah ada. Stabilisasi polaritas dicegah oleh cytochalasin B yang merusak mikrofilamen (salah satu komponen sitoskeleton). Fiksasi polaritas yang diinduksi cahaya pada zigot Fucus memerlukan adanya dinding sel. Penghilangan dinding dengan pemberian enzim pencerna dinding sel tidak mencegah induksi polaritas oleh cahaya 92 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. unilateral tetapi mencegah stabilasi aksis. Orientasi aksis embrionik (poros embrio) tetap labil sampai dinding sel baru disintesis. Dari informasi di atas, rangkaian kejadian terbentuknya polaritas sel ialah: arus ionik yang muncul akan menginisiasi pembentukan gradien Ca 2+ intraseluler. Peningkatan [Ca] dalam sel membantu mengorganisasi dan menstabilisasi komponen mikrofilamen yang selanjutnya mengarahkan vesikel ke ujung yang sedang tumbuh. Deposisi dinding sel dapat memfiksasi polaritas sel mungkin dengan berinteraksi dengan protein transmembran. Sebagian besar sel tanaman membesar dengan memperluas semua permukaan → diffuse growth. Sel-sel pada batang dan akar cenderung memanjang → pertumbuhan memanjang. Sel yang memanjang dapat/mempunyai potensi mengubah arah pembesaran pada kondisi lingkungan atau hormonal spesifik. Dinding sel menahan pengambilan air oleh sel tanaman yang menyebabkan tekanan turgor meningkat. Tekanan turgor internal diarahkan keluar (merata ke semua arah). Jika dinding sel primer cenderung meregang merata (equal) ke semua arah, karena susunan random (isotropik) dari komponen-komponen strukturalnya, sel akan mengembang secara radial untuk membentuk spere. Tetapi sebagian besar dinding sel tanaman terdiri atas susunan non-random (anisotropik) dari mikrofibril selulosa. Pada dinding sel berbentuk silindrik (batang dan akar), mikrofibril selulosa dideposisi secara tranverse (melingkar) terhadap aksis memanjang sel. Mikrofibril selulosa mempunyai tekanan (tensile strength) yang sangat besar, ekspansi dinding terjadi tegak lurus terhadap arah mikrofibril paling dominan. Sel memanjang dengan penambahan menyamping yang minimal. Masing-masing lapisan dinding sel meregangkan dan menipis selama pembesaran sel. Orientasi mikrotubul menjadi pola orientasi mikrofibril selulosa yang baru dideposisi. Bukti: coalignment (kesejajaran) mikrotubul dengan mikrofibril baru dan studi deposisi setelah perlakuan drug yang menyebabkan perusakan mikrotubul. Bukti lain: mikroskopis (anatomi preparat) + imunofluoresen (dengan antigen). Sudut mikrotubul pada sitoplasma periferal sel tanaman → sesuai dengan mikrofibril yang baru didepositkan dinding sel sebelahnya. Coaligment arah tranverse → susunan yang paling umum. Pada tipe sel seperti kolenkim, mikrofibril berganti/selang seling tranverse dan longitudinal → mikrotubul terlihat paralel ke mikrofibril yang paling baru didepositkan. Jika sel tanaman diperlakukan dengan kolkisin menyebabkan disassembly pada mikrotubul, sel akan kehilangan kendali terhadap 93 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. orientasi deposisi selulosa. Pada tanaman tingkat tinggi, hilangnya mikrotubul menyebabkan deposisi mikrofibril selulosa secara random. Pemanjangan sel terarah dihilangkan, sel memanjang merata ke segala arah. Bagaimana mikrotubul kortikal mempengaruhi deposisi selulosa → belum diketahui, meskipun beberapa mekanisme telah disarankan/ dibuat. Hipotesis: 1. 2. 3. Komplek selulosa sintetase bergerak pada dataran membran, mikrofibril terbentuk memanjang di belakangnya. Mikrotubul terikat ke komponen di membran. Pada model lain, mikrotubul sebagai elemen penunjuk (guidance element) menciptakan channel dan barrier dalam membran dimana selulosa sintetase bergerak, yang digerakkan oleh gaya yang ditimbulkan oleh polimerisasi dan kristalisasi mikrofibril selulosa. Mikrotubul ikut serta dalam pemunculan gerak sekaligus penunjuk (guidance). Sangat sedikit pengetahuan detil tentang detil asosiasi mikrotubulplasma membran atau properties dari membran sel tanaman. C. Pembesaran, Pendewasaan Sel dan Diferensiasi 1) Batas Pembelahan Sel Meristem apikal pada tajuk dan akar merupakan sumber sel-sel untuk pemanjangan yang kontinyu dari badan tanaman. Ketika mengukur pertumbuhan, lebih baik menggunakan meristem sebagai titik awal/acuan, dibandingkan daerah yang kurang/tidak terlibat pertumbuhannya. Kita dapat melihat bahwa sel-sel digantikan (displaced away) dari titik tumbuh karena pertumbuhan sel meristem apikal. Ketika mereka digantikan, sel-sel tersebut berdiferensiasi menjadi sistem jaringan epidermis kortex dan stele (dan tudung akar pada akar) dan menjadi tipe sel yang berbeda –xylem, phloem, serat, pith, dsb. Begitu sel lewat dan jauh dari meristem, mereka berhenti membelah, mereka membesar, bervakuola dan berhenti tumbuh. Pertumbuhan sel seperti ini umum untuk semua sel dan tipe jaringan yang diikuti dengan hilangnya aktivitas meristematik dan berakhir dengan berhentinya pertumbuhan dan disebut dengan pendewasaan sel (cell maturation). Ini menekankan bahwa meskipun ia dapat dianggap sebagai diferensiasi umum sel-sel di belakang meristem. Ia merupakan proses yang tumpang tindih (superimposed) dalam diferensiasi sel dan tipe jaringan. Begitu sel-sel terdesak ke belakang, mereka membelah empat dan lima kali. Panjang siklus sel tidak banyak berubah. Pada basal, ujung, ujung 94 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. proximal dari meristem, pembelahan sel berhenti. Ini terjadi bukan karena siklus sel yang lambat tetapi sel keluar dari siklus dan berhenti pada G1 atau G2 (yaitu pre dan post DNA synthesis dari interfase). Proporsi sel pada G1 dan G2 dalam daerah pendewasaan akar merupakan karakteristik dari satu spesies. Pada tudung akar, sel-sel segera berhenti sesudah 2 kali pembelahan dan sel berdiferensiasi dengan cepat ketika mereka digantikan atau terdesak keluar dari tudung akar. Untuk menjelaskan berhentinya pembelahan sel pada bagian proksimal dari meristem, telah diusulkan ada 2 hormon yang berinteraksi mengatur laju dan kelangsungan pembelahan sel. ABA dan auksin mungkin meningkat secara basipetal sepanjang akar dan keduanya berkorelasi terbalik dengan laju pertumbuhan akar. Berhentinya pembelahan pada sel yang mengalami pendewasaan merupakan hasil perubahan metabolik pada sel-sel ini. Ia juga merupakan hasil kontak seluler yang berkurang. Pada Azolla, frekuensi plasmodesmata berkurang pada xylem dan phloem ketika sel dewasa. 2) Pembesaran dan Pendewasaan Sel Pendewasaan sel dapat dipelajari paling mudah pada akar karena tumbuh 1-dimensi (panjang). Sequen spatial sel dari meristem ke bagian dewasa dari akar merepresentasikan sequen dalam waktu. Dengan membedakan sel-sel pada jarak yang lebih besar dari promeristem, dimungkinkan untuk mengikuti pertumbuhan dan pendewasaan sel-sel ratarata. Analisis pertumbuhan akar: 1. 2. Akar dipotong masing-masing 1 mm panjang. Dengan mengukur jumlah sel per bagian, jumlah protein per bagian dst., perubahan komposisi seluler dengan meningkatnya jarak dari ujung akar dapat ditemukan. Karena waktu untuk didesak dari satu bagian ke bagian berikutnya berbeda terus menerus sepanjang daerah yang membesar, jarak tidak sama dengan skala waktu linier. Asumsi yang perlu ialah apapun umur dan panjang akar, sel selalu mencapai tahap perkembangan yang sama pada jarak tertentu dari ujung akar. Meskipun ini pendekatan (aproksimasi), karena akar bibit berubah dalam laju dan karakteristik pertumbuhannya selama mereka tumbuh, hal ini cukup mendekati. Metode ini membedakan sel-sel berbeda dengan sejarah berbeda pada saat bersamaan. Idealnya, sel yang sama seharusnya dibedakan pada waktu yang berbeda selama pertumbuhannya. Pertumbuhan sel akar dapat diposisikan pada skala waktu sesungguhnya jika kita tahu laju penggantian sel sepanjang akar dan waktu untuk penggantian dari bagian satu ke bagian berikutnya. 95 Perkembangbiakan Tanaman 3. 4. Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Erickson dkk telah menandai akar dengan lampu (hitam) dan kemudian membuat record photographic yang kontinyu begitu mereka tumbuh (ke bawah) pada ruang lembab. Dari photographic trace, laju penggantian dari tanda dan laju relatif pemanjangan sel dihitung. Dari hitungan jumlah sel pada bagian yang dihancurkan, laju produksi sel juga dihitung. Pada meristem (terminal 2-3 mm), pembelahan dan pemanjangan sel merupakan proses tumpang tindih (superimposed) antara pembelahan dan pemanjangan sel dan bukan eksklusif. Pada akar yang tumbuh pada laju yang konstan, jumlah sel (n) yang keluar dari meristem setiap jam juga akan konstan. Jumlah sel yang sama (n) akan didesak/gantikan pada titik manapun pada daerah yang membesar. Oleh karena itu, panjang sel (n) akan merepresentasikan pertumbuhan satu jam. Packet analysis. Karena dinding sel tumbuh terus menerus selama sel membesar, kelompok sel-sel anak dapat dibedakan karena mereka dikelilingi oleh dinding relatif tebal dari sel ibunya/tetua. Pembelahan berikutnya memproduksi dinding sel baru pada sel tetua, dinding terbaru adalah yang paling tipis. Oleh karena itu, umur relatif dari sel-sel dalam ‘packet’ sel tetua dapat dideduksi. Karena packet cukup mudah dibedakan dari yang lain selama akar tumbuh, kemajuan packet sel-sel dari meristem ke sel dewasa dapat juga dideduksi. Jika dikombinasikan dengan pengukuran laju pemanjangan akar menyeluruh dan frekuensi jumlah sel anak per’packet’, laju pembelahan dan pemanjangan dapat diketahui. Dengan membedakan akar pada waktu suksesif selama pertumbuhannya, record tentang perkembangan sel dapat dibuat. Panjang siklus sel yang diperoleh dengan cara ini sebanding (dapat dipadankan) dengan yang diperoleh dengan label radioaktif. Miripnya nilai-nilai pertumbuhan sel yang diturunkan dari ‘packet analysis’ dan teknik lain menunjukkan (meskipun dengan kelemahan masing-masing), dalam prakteknya memberikan hasil yang dapat diterima. Sel-sel membesar ketika mereka terdesak ke belakang dari ujung akar. Meskipun pemanjangan sel terjadi pada semua sel, ia lambat pada QC, tetapi sangat cepat pada daerah pemanjangan akar di belakang meristem. Pemanjangan sel tiba-tiba berhenti pada 10 mm (atau kurang) dari ujung akar. Tiap sel pada daerah pembelahan yang tidak membelah pada laju yang sama dengan tetangganya atau keluar dari siklus sel untuk satu atau dua siklus akan menjadi lebih panjang dibanding tetangganya. Ini karena selama sel pada jarak tertentu di belakang meristem akan memanjang pada laju yang sama. Mereka dihubungkan bersama oleh 96 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. dinding sel mereka yang tidak slip. Pada tiap jaringan, semua sel sama panjangnya. Sel yang sangat panjang sangat jarang ada. Ini artinya sel-sel bertetangga dalam satu jaringan mempunyai siklus sel dengan lama yang sama dan mengalami jumlah pembelahan sel yang sama sebelum pemanjangan final. Sel-sel tersebut, ketika mereka membesar, juga mensintesis dan mengakumulasikan bahan dinding sel, protein dan asam nukleat. Data ini ratarata untuk sel dan tipe jaringan berbeda pada suatu jarak dari ujung akar. Ini merupakan gambaran sederhana karena meskipun semua sel memanjang pada laju yang sama tetapi mereka membesar secara radial dan tangensial pada laju yang berbeda pada jaringan yang berbeda. Pembelahan sel berhenti lebih cepat pada stele dan kortex dibanding pada epidermis. Oleh karena itu, sel-sel terpanjang terdapat pada stele dan terpendek sering pada epidermis. Komposisi protein, seperti ditunjukkan oleh tes imunologi dan gel elektroforesis ekstrak akar, berubah ketika sel dewasa dan juga berbeda dari jaringan ke jaringan. Perubahan yang dijumpai sejauh ini terutama kuantitatif dibanding kualitatif. Beberapa perubahan dapat disebabkan bukan oleh perubahan dalam tipe sel tertentu tetapi perubahan proporsi dari tipe sel berbeda, masing-masing mungkin mempunyai struktur dan komposisi berbeda tetapi relatif konstan. Penjelasan tersebut mungkin (sebagian) disebabkan perubahan lintasan respirasi selama pendewasaan sel. Lintasan pentosa fosfat meningkat (perlunya) dibanding glikolisis saat sel membesar. Ini dikaitkan dengan peningkatan proporsi jaringan vaskuler dimana lintasan pentosa fosfat mendominasi. Pada tajuk, sel-sel menunjukkan perubahan yang mirip dengan yang terjadi pada akar selama pembesaran. Tajuk berbeda dalam hal daerah pertumbuhan cepat lebih panjang (extended) dibanding di akar. Sebagian besar tunas apikal terdiri atas sel-sel yang membelah dan tumbuh dan pemanjangan sel berlanjut ke ruas yang sedang memanjang. Pengendalian pemanjangan sel, khususnya oleh auksin, telah dipelajari secara ekstensif pada tajuk. Sel dapat membesar dan memanjang secepat pertumbuhan dinding selnya. Laju pembesaran sel (dv/dt) tergantung pemelaran dinding (wall extensibility = m) dan tekanan pada dinding oleh tekanan turgor (P) yang melebihi wall yield threshold (Y). Dv = m(P-Y) dt 97 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Perubahan kimia dalam struktur dinding yang memungkinkan pengendoran dinding (wall loosening) dan oleh karena itu meningkatkan ‘m’ tidak diketahui dengan pasti, tetapi hampir pasti melibatkan pemecahan dan pembentukan kembali ‘cross linkages’ antara polisakarida dinding dan protein dinding. Jika proses ini tidak dapat terjadi lagi maka pertumbuhan dinding berhenti. Tekanan turgor (P) dapat ditingkatkan dengan sintesis solut di dalam sel sehingga menurunkan potensial osmotik dan (pada potensial air konstan) secara otomatis meningkatkan tekanan turgor (P). Wall yield threshold (Y) merupakan sifat dinding tergantung strukturnya. Perubahan dalam pemelaran dinding (m) telah diukur dengan teknik ekstensiometer. Sepotong jaringan yang dimatikan dengan metanol dipanjangkan pada laju tetap dalam alat ekstensiometer dan ekstensibilitas plastis dinding diukur dari laju dimana ‘tension’ dalam dinding meningkat. Ekstensibilitas plastis bukan ukuran langsung m tetapi proposional terhadap EP. Oleh karena itu, teknik ini dapat digunakan untuk mendeteksi perubahan dalam m dan perkiraan besarnya. Perlakuan terhadap jaringan hidup dapat menyebabkan perubahan terukur dalam ekstensibilitas plastis. Hormon yang mempunyai efek konsisten dalam meningkatkan ekstensibilitas dinding (m) adalah auksin. Biasanya perlu memotong jaringan dan menghilangkan sumber auksin normal agar efek dapat ditunjukkan. Auksin bekerja dalam dua fase yang mungkin overlap: 1. 2. Initial growth response (1-2 jam pertama) – FASE AWAL Prolonged growth response (3-6 jam atau lebih). Keduanya dapat dimulai dalam 10-20 menit setelah (mulai) aplikasi auksin. Pada fase awal, sekresi proton keluar sel ke dinding sel meningkat, Ph dinding sel turun, pengendoroan dinding sel dirangsang. Efek pengendoran dari ion H+ dapat ditiru dengan menempatkan jaringan pada bufer Ph rendah (Ph 4). Penurunan pH dinding dapat mengaktifkan hidrolisa polisakarida karena banyak enzim yang terdapat dalam dinding sel mempunyai kisaran Ph optimum 4-6. Xyloglukan hemiselulosa pada dinding sel terdegradasi sebagian jika jaringan diperlakukan dengan IAA atau buffer pH 4. Ekstrusi proton ke dinding sel dapat menginisiasi pemanjangan sel yang diinduksi auksin tetapi keberlanjutannya tergantung pada efek auksin lain dalam mengubah ekspresi gen dan menyebabkan sintesis enzim baru sehingga menyebabkan kondisi metabolik baru dalam sel. Satu faktor pengendor dinding yang lain mungkin pembuangan ion Ca 2+ yang menghambat pengendoran sel. Auksin terlihat paling efektif dalam merangsang pemanjangan sel tanaman tingkat tinggi dimana dinding mempunyai struktur 98 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. polilamelat. Auksin diperlukan pada sel tersebut agar merangsang pengendoran sel sehingga pemanjangan terjadi. Mekanisme pemanjangan sel pada akar dimana auksin sering menghambat pemanjangan lebih jarang diteliti dibanding jaringan tajuk. Perlu diingat, bahwa pada akar, daerah utama pemanjangan sel adalah daerah di belakang ujung akar dimana terdapat arus ion keluar yang umumnya proton. Apakah auksin ditransportkan basipetal dari tajuk yang bertanggung jawab tidak diketahui. Secara umum, terdapat korelasi negatif antara laju pertumbuhan dan kandungan IAA seperti terlihat pada akar jagung. Sel-sel pada batang yang paling responsif adalah sel-sel epidermal. Pemanjangan sel epidermal menentukan pemanjangan batang secara keseluruhan. Pada jaringan dalam dari koleoptil, ekstensibilitas dinding (m) tidak terlihat mengubah tetapi panjang jaringan yang akan memanjang karena pengambilan air setelah ‘peeling’ terlihat tetap mendahului dalam pemanjangan koleoptil, dengan asumsi pemeliharan turgor dengan sintesis solut. Pada batang, sel-sel pada pith terutama responsif terhadap giberelin. Pertumbuhan batang (dan akar?) mungkin tergantung kerjasama antara selsel bagian luar yang responsif terhadap auksin dan sel-sel bagian dalam yang responsif terhadap giberelin. 3) Pendewasaan sel: bagaimana ia dikendalikan? Pembesaran dan pendewasaan tidak dikendalikan oleh posisi dari sel pada akar karena proses-proses ini dapat berlanjut dalam isolasi dari bagian lain akar. Potongan akar dari daerah 2-4 mm di belakang ujung akar, dimana pembelahan akar telah berhenti dan laju pemanjangan mencapai ± maksimal dapat dikulturkan dalam larutan berisi hanya 2% sukrosa. Sel potongan akar akan terus memanjang seperti pada akar ‘intact’ tetapi tidak ada sintesis konstituen seluler (kecuali bahan dinding sel) karena mereka tidak mempunyai sumber nitrogen. Meskipun tidak terdapat peningkatan protein, aktivitas enzim pada bagian terisolasi masih berubah seperti pada akar ‘intact’ dan tipe sel normal berdiferensiasi. Karena ujung dan dasar tidak ada, pemanjangan yang berlanjut dan diferensiasi sel-sel bukan merupakan fungsi dari posisi mereka pada akar. Proses ini kelihatannya otomatis dan self-sustaining, tergantung metabolisme oksidatif dan diset ketika sel-sel meninggalkan meristem. Implikasinya ialah bahwa event (kejadian) pendewasaan berlangsung seiring dengan waktu seperti diatur oleh jam yang dimulai dalam sel ketika sel-sel meninggalkan meristem. 99 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Dukungan dari ide ini datang dari akar-akar yang tumbuh pada laju yang berbeda. Pada akar yang tumbuh lambat, diferensiasi sel lebih dekat dengan meristem apical dibanding pada akar yang tumbuh cepat seperti diharapkan jika diferensiasi sel tergantung waktu sejak mereka meninggalkan meristem dibanding posisi mereka dalam akar. Dukungan bukti lain datang dari akar dengan meristem terpotong dimana inisiasi akar lateral terjadi pada waktu yang diharapkan dalam sel yang tepat. Ini menunjukkan bahwa posisi terhadap ujung akar terlihat tidak relevan. Eksperimen dengan tudung akar telah menunjukkan situasinya lebih kompleks. Pada akar yang diperlakukan dengan kolkisin, tudung akar tidak membelah atau membuat sel-sel baru. Oleh karena itu sel tidak berubah posisinya relatif terhadap masing-masing tetapi mereka menjadi endopoliploid dengan berjalannya waktu. Pada akar yang tidak diperlakukan tetapi dengan tudung yang diiris, mucilage dibentuk oleh sel-sel pada permukaan tidak tergantung di luar atau di dalam tudung, oleh karena itu tidak tergantung waktu sejak mereka meristematik. Karakteristik sitoplasmik sel-sel seperti terlihat pada mikroskup elektron tetap dipunyai menurut posisi asli pada tudung akar. Perkembangan sitoplasmiknya dihentikan ketika pergantian (displacement) tidak terjadi lagi. Pada tudung akar, terlihat event nuklear ditentukan waktu sedangkan perkembangan sitoplasmik ditentukan oleh posisinya. Jika sel memasuki satu fase perkembangan yang tergantung pada suatu ‘timing mechanism’, bagaimana ‘nature’ dari jam dan bagaimana ia diset untuk jalan? Satu set enzim dan protein disintesis (atau dirusak) masing-masing pada laju berbeda tetapi konstan, sehingga komposisi relatif dari konstituen sel berubah. Jadi pendewasaan dapat diprogram: sintesis bagian protein dirangsang ketika sel meninggalkan meristem dan berhenti ketika metabolisme berubah ke kondisi yang tidak lagi mendukung pertumbuhan, mungkin terjadi di dinding sel. Hipotesis ini berasumsi tidak terdapat perubahan aktivitas gen relatif selama proses pendewasaan. Sebagai alternatif, ada mekanisme’cascade’ dimana perubahan pertama mengubah aktivitas gen yang kemudian mengubah tipe protein yang disintesis. Ini akan ‘imply’ perubahan regulasi yang kontinyu dari aktivitas gen. Sebagai analogi dengan pemasakan buah, yang dianggap sebagai pendewasaan sel lanjutan, kita berharap gen-gen diregulasi sebagai fungsi dari waktu selama pendewasaan sel. Mungkin sebagai hasil perubahan jumlah beberapa zat pengatur tumbuh di dalam sel sebagai fungsi waktu. Pada akar, mungkin terdapat gradien [auksin] dan [ABA] meningkat secara basipetal. Karena peningkatan konsentrasi masing-masing dapat 100 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. menghambat pemanjangan akar dan ABA dapat menurunkan ekstensibilitas dinding, mereka dapat terlibat dalam merangsang pendewasaan sel. Tetapi, ini tidak mungkin terlibat pada segmen akar terisolasi kecuali jika mereka diproduksi saat sel-sel berdiferensiasi. Pada tajuk, auksin menurun secara basipetal dan tidak terdapat gradien ABA. Meski hormon ini dapat memodifikasi pendewasaan sel, mereka tidak mungkin menjadi pengendali utama kecuali jika pembesaran dan pendewasaan sel dikendalikan dengan cara berbeda pada akar dan tajuk. Pendewasaan merupakan ‘norma’ pada semua bagian tanaman yang tumbuh terbatas seperti daun, ruas, organ bunga dan buah. Pada daun, sel-sel dewasa pertama kali pada bagian ujung, pendewasaan berlangsung ke arah bagian bawah daun. Pada daun rumput-rumputan, selsel bagian dasar daun tetap meristematik karena daun berbentuk linier. Ia dapat dipotong menjadi bagian berurutan sehingga pendewasaan dapat diikuti seperti pada akar. Pada daun wheat, perkembangan sel-sel dan plastid-plastid telah diikuti pada saat sel mengalami pendewasaan. D. Diferensiasi Sel Tipe sel tanaman dibedakan oleh karakteristik morfologi yang terlihat di bawah mikroskup cahaya: posisi, bentuk dan ukuran sel, struktur dinding sel, isi sel (organel, pati, pigmen, produk sekunder). Hanya struktur dinding dan isi sel yang nyata tergantung langsung pada perbedaan biokimia dan molekuler dalam sel. Ukuran sel dapat merefleksikan perbedaan molekuler: sel-sel besar (khususnya vessel xylem yang sedang berkembang) menjadi poliploid dan pada embrio sel-sel suspensor menjadi politene dengan meningkatkan jumlah DNA per sel dan kopi genom ganda. 1) Perubahan struktur dinding sel. a. Sintesis dinding sel Perkembangan penebalan dinding secara lokal merupakan karakteristik pada elemen xylem. Tracheid dan vessel xylem menunjukkan gradasi pola dinding, semuanya disebabkan penebalan tidak merata dari dinding sel sekunder. Komponen utama daerah menebal ialah selulosa. Pelabelan imunofluorescen menunjukkan band penebalan dinding pada elemen xylem yang sedang berkembang didahului oleh pola mikrotubul yang ada di bawahnya. Mikroskup elektron pada sel lain menunjukkan MT terletak paralel terhadap mikrofibril selulosa pada penebalan tersebut. Kolkisin → 101 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. penebalan dinding sel tidak teratur. Mikrofibril diarahkan oleh MT dalam penempatan orientasi. Selama diferensiasi elemen xylem pada suspensi Zinnia, ada peningkatan aktivitas peroksidase dan PAL (Phenylalanine Ammonia Lyase). Enzim tersebut penting untuk sintesis lignin yang diinkorporasikan ke dalam dinding sel xylem. Tetapi sintesis lignin tidak esensial untuk diferensiasi xylem. Lignin menyebabkan rigiditas sel. Jika PAL dihambat, pembentukan lignin dicegah, sel colaps. Penghambatan PAL tidak menghambat proses diferensiasi lainnya. PAL marker yang baik bagi diferensiasi sel tetapi tidak adanya aktivitas PAL bukan berarti diferensiasi xylem tidak ada. b. Degradasi dinding sel Pada vessel xylem, dinding ujung sel rusak dan hilang dan pada sieve tube phloem (tabung saring), rusaknya dinding sel terbatas pada dinding ujung tetapi hanya sebagian dan berhenti ketika lubang ayak (sieve pores) telah terbentuk. Mengapa hanya ujungnya saja yang terpengaruh enzim litik? Dinding ujung xylem berbeda dalam komposisi jika dibandingkan dinding sisi terutama terdiri atas pektin dan hemiselulosa (terutama) dan sangat sedikit selulosa, tanpa lignin. Oleh karena itu, mereka dapat dirusak secara selektif dengan enzim yang tepat. Membran pada dinding ujung juga berbeda dalam struktur dan sifat dibanding dinding sisi dari sel. Ada arus ion yang ditimbulkan pada ujung akar yang sedang tumbuh. Ini dapat terlibat dalam polarisasi diferensiasi pada elemen vaskuler yang sedang berkembang. 2) Perubahan isi sel a. Perubahan isi organel Diantara tanda-tanda pertama diferensiasi sel pada meristem ialah perubahan komposisi organel dalam sel. Sel yang membentuk primordia daun muda meningkat dalam jumlah plastida dan mitokondria. ‘Lucipient pith’ tidak meningkatkan jumlah plastid per sel tetapi plastid membesar saat sel membesar dan bervakuola. Karena jumlah plastida per sel meningkat pada daun, ini berarti replikasi plastid lebih cepat dibanding replikasi sel. Pada pith, replikasi plastid sejalan dengan replikasi sel karena jumlah plastida per sel tetap konstan tetapi replikasi mitokondria lebih cepat. Contoh ini menunjukkan bahwa pembelahan sel, replikasi plastida dan mitokondria dikendalikan secara terpisah. 102 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. b. Perusakan isi sel Contoh paling nyata lisis adalah xylem dimana sel dewasa telah kehilangan seluruh isi sel dan mati. Pada phloem, proses lisis berhenti setengah jalan. Nukleus mengalami diintegrasi pada sieve tube (tabung ayak), tonoplas hilang, sehingga sitoplasma dan vakuola menjadi campur. Diktiosom hilang. Pada mitokondria, membran internal berkurang dan endoplasmik retikulum menjadi lebih vesikuler. Enzim callose sintesis masih tetap ada karena callose terbentuk ketika phloem terluka. Protein phloem (protein-P yang mencirikan) terlihat meningkat jumlahnya. Proses lisis menunjukkan aktifitas enzim litik dalam sel phloem dan xylem yang sedang mengalami diferensiasi. Pembentukan pori ayak (sieve pores) telah diikuti dengan mikroskup tetapi secara biokimia sedikit sekali diketahui kecuali ‘callose synthesis’ terjadi. Pada monokotiledon arboresen, seperti pohon palm, yang tidak mempunyai kambium, tabung ayak phloem terus berfungsi tanpa nukleus sepanjang hidup pohon tersebut. c. Perubahan komunikasi antar sel : plasmodesmata Sitoplasma sel-sel berdampingan dihubungkan lewat dinding sel oleh plasmodesmata untuk membentuk simplas. Mikroinjeksi senyawa fluorescen yang diketahui ukurannya ke dalam sel menunjukkan plasmodesmata normalnya tidak memungkinkan lewatnya molekul >850 dalton. Tetapi, partikel lebih besar mungkin lewat plasmodesmata karena beberapa enzim (mis. Rnase) dan virus dapat lewat dari sel ke sel. Batas eksklusi untuk pergerakan lewat plasmodesmata mungkin berubah selama perkembangan, tetapi apakah ini penting untuk perkembangan tidaklah jelas. Jumlah plasmodesmata per dinding sel dapat meningkat atau berkurang selama perkembangan tanaman. Pada akar Azolla, ada kehilangan plasmodesmata secara umum begitu semua tipe sel berkembang dan dewasa. Tetapi, kehilangan dipercepat pada elemen xylem yang sedang berkembang. Pada sel xylem, plasmodesmata telah hilang karena dimusnahkan sebelum penebalan dinding sekunder mulai dibuat. Plasmodesmata juga hilang pada elemen ayak phloem yang sedang berkembang kecuali beberapa yang tinggal pada dinding transverse (melintang) dan diubah menjadi pori ayak. Semua sel pada akar Azolla menjadi lebih terisolasi secara simplastik ketika mereka berkembang. d. Biokimia diferensiasi xylem dan phloem Ekstraksi diferensial pada bagian/potongan akar bawang Bombay menunjukkan perbedaan komposisi dinding sel selama diferensiasi jaringan. 103 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Sel kortex mengandung selulosa relatif tinggi dan rendah dalam pektin. Pada jaringan vaskuler relatif kaya akan pektin dan miskin selulosa dan kemudian pada perkembangannya hemiselulosa menjadi lebih banyak. Tudung akar berbeda dari lainnya (dari akar) dengan mempunyai banyak selulosa dan polisakarida non selulosik. Biokimia diferensiasi sel telah dipelajari terutama pada sel xylem dan phloem sekunder karena dapat diperoleh dalam jumlah mencukupi pada berbagai tahap perkembangan agar komposisi kimia dan aktivitas enzim dapat diukur. Pada potongan melintang kayu suatu pohon, xylem yang terbentuk paling baru dan termuda terdapat pada kambium dan kemajuan radial ke arah pusat batang mengikuti kemajuan perkembangan dari xylem tidak terdeferensiasi ke terdiferensiasi penuh. Satu radial plug yang diambil dari pohon dapat dipotong menjadi bagian-bagian, jarak dari kambium merepresentasikan sequen dari perkembangan. Perlu diingat bahwa ini studi diferensiasi pada jaringan (xylem) yang berisi bebrapa tipe sel yang berbeda. Saat sel-sel xylem sekunder berdiferensiasi, kandungan pektin dinding berkurang dan kandungan xyloglukan meningkat. Pektin merupakan karakteristik dinding primer. Pada transisi antara pembentukan dinding primer ke sekunder, ada sedikit/tidak ada perubahan dalam sintesis pektin tetapi peningkatan nyata dalam sintesis hemiselulosa dan selulosa. Ini terlihat dari aktivitas enzim yang inter-konversi UDP-gula yang membentuk prekusor untuk mensintesis polisakarida. Epimerase yang membentuk prekusor pektin paling aktif pada kambium dan paling tidak aktif pada xylem terdiferensiasi, tetapi aktivitas enzim masih dapat ditunjukkan bahkan ketika tidak ada pektin yang disintesis. Epimerase tidak dapat menjadi pengendali sintesis pektin. Hemiselulosa pada xylem angiosperm dibentuk hampir seluruhnya dari xylans (terbentuk dari UDP-D-glukosa dan UDP-D-xilosa) sedangkan pada gymnospermae, mereka mengandung galakto glukomanan tinggi (terbentuk dari UDP-D-galaktosa dan UDP-L-arabinosa). Enzim yang mensintesis UDP-Dglukosa dan UDP-D-xilosa meningkat 3 kali selama diferensiasi xylem angiospermae (Syncamore dan Poplar) tetapi berkurang pada Pinus dan Pir. Meskipun enzim Epimerase tersebut secara umum paling aktif ketika mereka diperlukan, mereka aktif selamanya. Aktivitasaktivitas enzim Epimerase tidak menjadi pengendali utama sintesis polisakarida. Sementara itu, enzim-enzim pensintesis gula meningkat pesat aktivitasnya. Asam poligalakturonat sintase (terlibat dalam sintesis pektin) menurun ketika sel berkembang dan sintesis pektin menjadi lambat dan 104 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. berhenti. Sebaliknya, kandungan xilan sel meningkat ketika mereka berkembang. Aktivitas xilan sintase meningkat 15 kali pada Syncamore dan 4 kali pada Poplar. Aktivitas PAL (penting untuk sintesis lignin) meningkat 10x. Aktivitas glukomanan sintase pada Pinus meningkat 4x. Perubahan aktivitas enzim sintase berkorelasi dengan laju sintesis komponen dinding, oleh karena itu kandidat yang baik sebagai agen pengendali dalam sintesis dinding sel pada diferensiasi xylem disebut glukonan sintase. e. Tahap awal diferensiasi sel Studi sel insitu dalam bentuk potongan dengan metode histokimia mempunyai 2 keuntungan. Sel-sel individu dan tipe-tipe sel dapat dipelajari dan posisi dimana diferensiasi tipe sel tertentu akan terjadi pada meristem dan jaringan muda dapat diprediksi. Perkembangan dapat diikuti dari tahap paling awal. Aktivitas esterase dapat divisualisasikan secara histokimia dan merupakan karakteristik jaringan vaskuler khususnya xylem. Aktivitas esterase di akar dapat dirunut sejak inisial di daerah QC. Pada batang, diferensiasi sel tidak dapat dilacak ke initial seperti halnya pada akar. Pertama kali, ia terlihat didaerah ‘apical dome’ meskipun aktivitas esterase dapat dideteksi dalam’apical dome’ dan mungkin menandakan diferensiasi prokambial awal seperti pada akar. Prokambium pertama kali dapat dideteksi pada apex tajuk Kapri sejak ada peningkatan lokal dalam laju pembelahan sel. f. Perubahan nuklear selama diferensiasi sel. Perubahan inti paling nyata terjadi pada elemen vessel xylem yang sedang berkembang. Sel-sel ini mudah dilihat pada akar jagung yang dapat dirunut ke QC. Pembelahan sel berhenti segera setelah meninggalkan daerah awal (initial) tetapi pertumbuhan berlanjut, demikian juga replikasi DNA sejalan dengan pertumbuhan sehingga sel-sel ini menjadi poliploid kadang-kadang sampai 64n. Setiap putaran replikasi DNA disertai dengan peningkatan kandungan ribosoma sel sehingga sintesis protein menyesuaikan. Ini cara sel mereplikasi gen termasuk gen Rna yang kelihatannya penting agar sel-sel dapat membesar. Sel-sel ini merupakan salah satu alasan mengapa sel menjadi dewasa. Jika ada volume sitoplasmik dan sel maksimum yang dapat didukung sejumlah DNA tertentu, berhentinya pembelahan sel pada sisi proksimal meristem memberi batas pada pertumbuhan selanjutnya. Elemen vessel xylem bukan satu-satunya sel yang menjadi poliploid saat mereka dewasa. Sel-sel yang tersebar pada jaringan khususnya dalam kortex dapat menjadi poliploid. Kejadian ini kurang umum terjadi pada 105 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. monokotil dibanding dikotil dan lebih jarang di tajuk dibanding di akar. Sejauh ini tidak ada peran dari poliploidisasi, mungkin satu bentuk diferensiasi sel individu yang tumpang tindih dengan diferensiasi jaringan secara keseluruhan. Pembesaran sel pada suspensor beberapa embrio (misal Leguminose) terkait dengan replikasi DNA tanpa pembelahan sel tetapi dalam kasus ini sel-sel menjadi multinukleat atau kromosom menjadi politen seperti kromosom raksasa pada kelenjar saliva Drosophila. Ketika sel yang mengalami pendewasaan berhenti membelah, mereka keluar dari siklus sel di G1 dan G2. Sel-sel pada jaringan berbeda pada akar cenderung mengakumulasi bagian-bagian berbeda dari interfase ketika dewasa. Species yang berbeda mempunyai karakteristik berbeda dalam proporsi G1 dan G2. Kondisi nutrisi akar saat sel mengalami pendewasaan dapat mempengaruhi proporsi sel berhenti pada G1 Dan G2. Signifikasi pada sel yang ‘parkir’ pada satu bagian interfase dibanding bagian lain tidak banyak diketahui. Rekonstruksi tiga dimensi dari potongan seri dari nukleus wheat (gandum) yang difoto dengan mikroskup elektron menunjukkan bahwa pada nukleus interfase, kromosom tidak hanya campur seperti ‘tangle of string’ tetapi dalam susunan spatial. Spesifik, ditahan oleh penempatan ke membran nukleus. Ini dapat berubah selama diferensiasi dan organ atau tipe sel berbeda mempunyai genom dengan susunan spatial berbeda sehingga menyebabkan kombinasi gen berbeda ‘next to each other’ dan mungkin merangsang interaksi gen yang baru. Soal-soal: 1. 2. 3. Jelaskan tentang proses pembelahan. Jelaskan tentang polarisasi. Jelaskan tentang diferensiasi. Daftar Pustaka Glover B.J. 2007. Understanding Flowers and Flowering: An Integrated Approach. Oxford University Press Inc., New York Russell, S.D. and C. Dumas. 1992. Sexual Reproduction in Flowering Plants. Academic Press, Inc. Williams, C.G. 2009. Conifer Reproductive Biology. Springer, New York. 106 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. BAB XIV. EMBRIOGENESIS Tujuan Instruksional Khusus : Mahasiswa dapat menjelaskan tentang embriogenesis. Banyak proses perkembangan tanaman di’highlihgt’ pada proses yang terjadi selama embriogenesis. Perkembangan embrio Capsella (Sherperd’s Purse) sering digunakan sebagai contoh khas. A. Polaritas Zigot Embrio muncul dari pertumbuhan dan pembelahan sel dari telur yang dibuahi. Pada tanaman berbiji, telur dan zigot berada pada lingkungan yang polar yaitu lingkungan dari ujung telur, satu ujung berhadapan dengan dinding kantong embrio bagian mikropil tempat tabung polen masuk, dan ujung lain menonjol ke dalam kantong embrio yang berisi cairan (hormon dan metabolit). Zigot terlihat polar, yaitu mempunyai poros yang ujung-ujungnya berbeda. Ia mempunyai vakuola besar pada ujung dekat mikropil dan sitoplasma padat dengan nukleus pada ujung dekat kantong embrio. Ini aksentuasi polaritas yang sudah ada pada telur sebelum dibuahi, jadi bukan hasil posisi tempat nukleus yang membuahi masuk dari tabung polen. Apakah polaritas telur hasil dari polaritas lingkungan? Tidak diketahui. Polaritas telur diteruskan ke struktur embrio karena pembelahan pertama normalnya tranverse, memotong sel terminal sitoplasmik padat yang menghasilkan embrio dan sel basal yang banyak bervakuola (yang menghasilkan suspensor). Pada embrio beberapa species, pembelahan pertama longitudinal, apakah ini menunjukkan polarisasi lateral zigot, tidak diketahui, tetapi kelihatannya meragukan. Pada Angiospermae, embrio mungkin dalam tekanan oleh cairan kantong embrio. Pada embriogenesis in vitro, perkembangan teratur terlihat dirangsang oleh konsentrasi solut yang tinggi pada medium yang mirip dengan konsentrasi tinggi pada kantong embrio. Tekanan tinggi yang diberikan kepada embrio yang sedang berkembang (secara fisik) dapat membantu mencegah pembesaran sel dini. Secara fisik mengendalikan pertumbuhan embrio sehingga orientasi ‘plane of cell division’ lebih tepat. Polaritas suspensi sel dimana sel berada pada lingkungan apolar, sel biasanya menjadi terpolarisasi oleh perkembangan poros yang panjang. Apakah ini tergantung stimulus luar, atau berkembang spontan dalam sel, 107 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. dan apakah perkembangan polaritas esensial untuk perkembangan embrio atau muncul sebagai akibat perkembangan tidak banyak diketahui. Polaritas fisiologi dan morfologi adalah karakteristik semua tanaman dan dapat dipelajari pada level seluler. Hanya pada sel-sel yang membentuk kalus tidak terorganisasi polaritas tidak ada. B. Pembentukan embrio dan suspensor Pembelahan sel pertama pada embrio menghasilkan sel terminal yang berkembang menjadi proembrio dan sel basal yang menghasilkan suspensor. Suspensor yang memanjang mendorong embrio yang berkembang ke kantong embrio dan endosperm yang merupakan sumber metabolit bagi embrio. Polaritas lingkungan embrio dipertahankan karena satu ujung embrio bebas pada kantung embrio atau endosperm dan lainnya menempel pada suspensor. Polaritas embrio sebagian mungkin disebabkan sumber nutrien yang berlawanan yang dianggap hasil dari supplai dari kantung embrio pada ujung satu dan dari suspensor dari ujung lainnya. Kelihatannya ini ide menarik, tetapi tidak mungkin. Zigot dan embrio muda tertutup oleh kutikel, yang menunjukkan kantung embrio dan endosperm bukan permukaan absortif dan saluran transport ke embrio lewat suspensor. Juga sel berasal dari suspensor kemudian berkembang menjadi sel transfer yang menunjukkan adanya aliran penting material ke dalam dan lewat suspensor. Pada Phaseolus, suspensor relatif besar dan dapat diisolasi dengan embrio muda masih menempel dalam kondisi tidak rusak. Sampai dengan tahap hati (heart stage), suspensor berfungsi sebagai suplier zat-zat ke embrio, tetapi begitu kotiledon telah terbentuk mereka mengambil alih organ absortif utama bagi embrio sebelum poros utama dan daerah utama embrio telah dipetakan (fungsinya), embrio tergantung pada suspensor untuk supplai nutrien. Suspensor mungkin tidak esensial bagi embrio adventif yang tidak punya suspensor, pada kultur tumbuh seperti yang terjadi pada Citrus yang menunjukkan poliembrioni dan hanya zigot yang mempunyai suspensor serta embrio yang berasal dari aksesori tidak punya. Suspensor terlihat tidak punya peran dalam perkembangan embrio kecuali mensuplai embrio muda dengan hormon dan mendorongnya ke medium yang kaya nutrien dalam kantung embrio. Ia dapat menyumbang GA ke embrio sampai tahap hati karena tidak adanya suspensor. Pada kultur embrio muda dapat diganti dengan suplai GA pada medium kultur. Tansfer bahan ke embrio dari suspensor tidak hanya terjadi ketika mereka kontak organik, dalam kultur juga efektif. Kontinuitas simplas 108 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. suspensor dan embrio lewat plasmodesmata yang menghubungkan mereka dapat memfasilitasi perkembangan. Tidak ada kontak simplastik antara sel basal dengan kantung embrio. Dasar dari sel basal mungkin tidak punya plasmodesmata tetapi berkembang sebagai sel transfer. Tidak adanya plasmodesmata menunjukkan bahwa embrio dan suspensornya merupakan entitas simplas yang terisolasi di dalam tanaman tetua. Apakah isolasi ini penting untuk perkembangan embrio merupakan hal yang masih diperdebatkan. Akan tetapi, embrio dan suspensor pada tanaman yang normal merupakan contoh dari diferensiasi dari sel saudara yang berdampingan dari sel tetua yang sama. 2 kelompok sel yang saling komplemen dalam pertumbuhan dan fungsi, meskipun umumnya berkomplementasi satu sisi dengan embrio berkontribusi nol atau sedikit untuk suspensor. C. Laju pembelahan sel Sel-sel pada suspensor tidak bertambah jumlahnya secepat proembrio. Jumlahnya terbatas, tidak seperti jumlah sel proembrio yang potensinya tidak terbatas menjadi tanaman dewasa. Laju dan lama pembelahan sel berbeda antara proembrio dan suspensor. Pada mutan Arabidopsis yang pada saat embrio globular berhenti tumbuh dan aborsi, suspensor tumbuh terus membentuk rantai dua atau lebih file (tumpukan) 15-50 sel. Potensi tumbuh dari suspensor hanya telihat ketika efek menghambat proembrio dihilangkan. Apakah secara umum mempunyai efek menghambat pada suspensor dan apakah ini penjelasan terhadap laju pembelahan yang berbeda, tidak diketahui. Ketika embrio berkembang, ia juga berubah bentuk dari ‘globular’ menjadi hati ketika kotiledon terbentuk. Pembelahan sel terlihat lebih sering pada kotiledon yang berkembang dibanding embrio. Sesudah pembelahan pertama zigot (tranversal), pembelahan berikutnya pada sel terminal biasanya pada dataran yang berbeda, yaitu longitudinal. Tetapi pada sel basal yang membentuk suspensor, pembelahan kedua dan selajutnya pada dataran yang sama dengan pembelahan pertama. Oleh karena itu, transversal. Kelompok sel terminal terus membelah pada dataran lain untuk membentuk masa sel yang disebut embrio globular yang nempel pada suspensor. Pembelahan pada berbagai dataran (planes) dalam proembrio merefleksikan pertumbuhan isotropik (sebanding ke semua arah) dan pembelahan transversal dalam suspensor merefleksikan pertumbuhan linear. Apakah arah pertumbuhan mengarahkan dataran pembelahan atau dataran pembelahan mengarahkan pertumbuhan? Pada beberapa embrio dipanjangkan, tetapi non seluler dan multinukleat (misal pada Orobus dan 109 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. Pisum). Ini menunjukkan bahwa dataran pembelahan sel mungkin hasil dari arah umum pertumbuhan dan bukan sebagai sebab. Pada proembrio Capsella, pembelahan sel secara suksesif/berturutan pada dataran yang persis dan dapat diprediksi, paling tidak ± 5 pembelahan pertama. Sesudah itu pembelahan lebih sulit diikuti. Apa yang menyebabkan pembelahan diorientasikan dengan tepat? Jika bentuk menyeluruh embrio globular merupakan hasil pengendalian pada embrio secara menyeluruh, maka posisi dinding sel sebagai konsekuensi batasan fisik dan struktural dalam embrio. Partisi antara satu sel dengan selsel anaknya menurut aturan sederhana dapat memproduksi pola yang terlihat pada embrio globular. Pada Capsella, masing-masing pembelahan normal seperti pada pembelahan sebelumnya sampai pembentukan protoderm (epidermis embrio) yang terbentuk pada tahap 16 sel dan kemudian membelah secara antiklinal (pembelahan yang normal terhadap permukaan) sampai embrio dewasa atau bibit terbentuk. Pada suspensor, pembelahan secara transversal, menghasilkan kelompok sel dengan lebar satu sel pada Capsella. Dataran pembelahan berubah pada pembelahan selanjutnya pada embrio tetapi tetap konstan pada suspensor. Pengendalian dataran pembelahan tidak hanya terkait erat dengan bentuk jaringan yang dihasilkan tetapi juga ‘nasib’ (fate) perkembangannya. Perubahan pada dataran pembelahan pada embrio menempatkan beberapa pertanyaan yang lebih luas: sampai seberapa jauh bentuk suatu organ disebabkan oleh perbedaan dataran pembelahan dibanding laju pertumbuhan? Apakah dataran pembelahan merupakan sebab atau akibat dari bentuk organ? Apakah laju pertumbuhan meristem dikendalikan oleh siklus sel atau siklus sel dikendalikan oleh laju pertumbuhan umum? Karena laju dan dataran pembelahan terlibat dalam munculnya bentuk tanaman, dinding sel merupakan organel yan penting. Pada tanaman, dinding sel tidak hanya ‘encapsulate’ sejarah perkembangan suatu organisme tetapi juga memberikan kerangka struktural permanen yang menjadi basis pertumbuhan selanjutnya. Karena bentuk tanaman diturunkan dan sebagai aksi gen, aktivitas gen terekspresi sebagian pada posisi dan dataran dinding sel yang tergantung pada orientasi ‘mitotic spindle’. Arsitektur seluler 3-dimensi, peletakan dinding, sifat diferensial dinding sel dalam sel yang sama memerlukan penjelasan tentang aksi gen. Dataran pembelahan sel akhirnya merupakan hasil dari aksi gen, tetapi bagaimana? 110 Perkembangbiakan Tanaman Dr. Agr. Eko Setiawan. S.P. M.Si. D. Determinasi dan diferensiasi Kotiledon terbentuk dari bagian atas embrio. Galur/turunan sel asal dapat dirunut kembali ke embrio tahap sel-sel dan nasib perkembangannya dapat diprediksi. Ini dapat dilakukan pada Capsella karena pola teratur pembelahan sel pada embrio muda dan terlihatnya batas dinding sel antara bagian berbeda dari embrio selama dia tumbuh. Nasib sel dapat diprediksi pada tahap 8-sel menurut posisinya pada embrio sehingga embrio menunjukkan perkembangan mosaik. Tetapi ini tidak berarti bahwa nasib sel telah ‘fixed’ pada tahap ini. E. Kapan sel mengalami determinasi? Determinasi ialah proses dimana nasib perkembangan sel telah menjadi tetap (fixed). Sebelum determinasi, sel, jaringan atau organ dapat diubah ke lintasan perkembangan lain, tetapi begitu ‘determined’ nasibnya sudah pasti dan tidak mungkin mengubah lintasan perkembangan. Cara menentukan apakah sel telah mengalami determinasi ialah dengan ‘provokasi’ sel agar berkembang ke arah lain dengan menempatkannya pada kondisi eksperimental berbeda. Jika tidak dapat diubah ke perkembangan lain, mereka dikatakan mengalami determinasi → pada embrio hewan, katak yang embrionya punya kuning telur. Yang pertama kali mengalami determinasi ialah pola regional (diferensiasi menjadi ektoderm, mesoderm dan endoderm) progresif ke sistem organ dan akhirnya tipe sel. Perkembangan embrio tanaman secara umum hampir sama dengan embrio amphibi. Soal-soal: 1. 2. Jelaskan tentang embriogenesis. Jelaskan tentang determinasi. Daftar Pustaka Glover B.J. 2007. Understanding Flowers and Flowering: An Integrated Approach. Oxford University Press Inc., New York Russell, S.D. and C. Dumas. 1992. Sexual Reproduction in Flowering Plants. Academic Press, Inc. Williams, C.G. 2009. Conifer Reproductive Biology. Springer, New York. 111 ! ! !Tentang!Penulis!! ! ! ! Dr.$Agr.$Eko$Setiawan,$SP.,$M.Si.$Lahir$di$Desa$Pagerwojo$(Blitar)$tanggal$15$Maret$ 1978.$ Seluruh$ pendidikan$ dasar$ dan$ menengah$ ditempuh$ penulis$ di$ Blitar.$ Pada$ tahun$ 1996$ lewat$ jalur$ PMDK$ melanjutkan$ pendidikan$ ke$ Universitas$ Brawijaya,$ menjadi$mahasiswa$teladan$3$FP$pada$tahun$1999,$kemudian$lulus$menjadi$Sarjana$ Pertanian$di$bidang$Hortikultura$pada$tahun$2000,$setelah$itu$bekerja$sebagai$dosen$ di$ Universitas$ Widya$ Kartika$ Surabaya.$ Dua$ tahun$ kemudian$ penulis$ melanjutkan$ pendidikan$di$Jurusan$Agronomi$dan$memperoleh$gelas$Magister$Sains$(M.Si.)$pada$ tahun$2005$dari$Sekolah$Pascasajana$IPB.$Tahun$2008$diterima$sebagai$dosen$PNS$di$ Fakultas$ Pertanian$ Universitas$ Trunojoyo$ Madura.$ Tahun$ 2009$ memperoleh$ Beasiswa$ Studi$ Lanjut$ Luar$ Negeri$ dari$ Dirjen$ DIKTI$ ke$ Okayama$ University,$ Japan$ dan$ menyelesaikan$ Ph.D$ dalam$ bidang$ Bioscience$ (2012).$ Penulis$ pernah$ ditugasi$ sebagai$ Ketua$ Satuan$ Urusan$ Internasional$ (SUI)$ Universitas$ Trunojoyo$ Madura$ tahun$ 2013.$ Tahun$ 2013W2016$ penulis$ menjadi$ Ketua$ Program$ Studi$ Agroteknologi$ UTM.$ Buku$ pertama$ PERKEMBANGBIAKAN$ TANAMAN$ diterbitkan$ oleh$ UTM$ Press$ tahun$2015.!