Zat pengatur pertumbuhan tanaman (PGR)merupakan cara yang hemat biaya untuk meningkatkan pertahanan tanaman dalam kondisi stres. Studi ini meneliti kemampuan duaPGRPenelitian ini menggunakan tiourea (TU) dan arginin (Arg) untuk mengurangi stres garam pada tanaman gandum. Hasil penelitian menunjukkan bahwa TU dan Arg, terutama bila digunakan bersama, dapat mengatur pertumbuhan tanaman di bawah stres garam. Perlakuan tersebut secara signifikan meningkatkan aktivitas enzim antioksidan sekaligus menurunkan kadar spesies oksigen reaktif (ROS), malondialdehida (MDA), dan kebocoran elektrolit relatif (REL) pada bibit gandum. Selain itu, perlakuan ini secara signifikan menurunkan konsentrasi Na+ dan Ca2+ serta rasio Na+/K+, sementara secara signifikan meningkatkan konsentrasi K+, sehingga menjaga keseimbangan ion-osmotik. Lebih penting lagi, TU dan Arg secara signifikan meningkatkan kandungan klorofil, laju fotosintesis bersih, dan laju pertukaran gas pada bibit gandum di bawah stres garam. TU dan Arg yang digunakan sendiri atau dalam kombinasi dapat meningkatkan akumulasi bahan kering sebesar 9,03–47,45%, dan peningkatan terbesar terjadi ketika keduanya digunakan bersama. Kesimpulannya, penelitian ini menyoroti bahwa menjaga homeostasis redoks dan keseimbangan ion penting untuk meningkatkan toleransi tanaman terhadap stres garam. Selain itu, TU dan Arg direkomendasikan sebagai potensizat pengatur pertumbuhan tanaman,terutama bila digunakan bersama-sama, untuk meningkatkan hasil panen gandum.
Perubahan iklim dan praktik pertanian yang cepat meningkatkan degradasi ekosistem pertanian1. Salah satu konsekuensi paling serius adalah salinisasi lahan, yang mengancam ketahanan pangan global2. Salinisasi saat ini mempengaruhi sekitar 20% lahan pertanian di seluruh dunia, dan angka ini dapat meningkat menjadi 50% pada tahun 20503. Stres garam-alkali dapat menyebabkan stres osmotik pada akar tanaman, yang mengganggu keseimbangan ion dalam tanaman4. Kondisi buruk tersebut juga dapat menyebabkan percepatan penguraian klorofil, penurunan laju fotosintesis, dan gangguan metabolisme, yang pada akhirnya mengakibatkan penurunan hasil panen tanaman5,6. Selain itu, efek serius yang umum terjadi adalah peningkatan pembentukan spesies oksigen reaktif (ROS), yang dapat menyebabkan kerusakan oksidatif pada berbagai biomolekul, termasuk DNA, protein, dan lipid7.
Gandum (Triticum aestivum) adalah salah satu tanaman serealia terpenting di dunia. Gandum bukan hanya tanaman serealia yang paling banyak ditanam, tetapi juga tanaman komersial yang penting8. Namun, gandum sensitif terhadap garam, yang dapat menghambat pertumbuhannya, mengganggu proses fisiologis dan biokimia, dan secara signifikan mengurangi hasil panennya. Strategi utama untuk mengurangi dampak stres garam meliputi modifikasi genetik dan penggunaan regulator pertumbuhan tanaman. Organisme hasil rekayasa genetika (GM) adalah penggunaan pengeditan gen dan teknik lain untuk mengembangkan varietas gandum yang toleran terhadap garam9,10. Di sisi lain, regulator pertumbuhan tanaman meningkatkan toleransi garam pada gandum dengan mengatur aktivitas fisiologis dan kadar zat yang berhubungan dengan garam, sehingga mengurangi kerusakan akibat stres11. Regulator ini umumnya lebih diterima dan banyak digunakan daripada pendekatan transgenik. Regulator ini dapat meningkatkan toleransi tanaman terhadap berbagai stres abiotik seperti salinitas, kekeringan, dan logam berat, serta mendorong perkecambahan biji, penyerapan nutrisi, dan pertumbuhan reproduktif, sehingga meningkatkan hasil dan kualitas tanaman. 12 Zat pengatur pertumbuhan tanaman sangat penting untuk memastikan pertumbuhan tanaman dan menjaga hasil panen serta kualitas karena ramah lingkungan, mudah digunakan, hemat biaya, dan praktis. 13 Namun, karena modulator ini memiliki mekanisme kerja yang serupa, penggunaan salah satunya saja mungkin tidak efektif. Menemukan kombinasi zat pengatur pertumbuhan yang dapat meningkatkan toleransi garam pada gandum sangat penting untuk pemuliaan gandum dalam kondisi yang tidak menguntungkan, meningkatkan hasil panen, dan memastikan ketahanan pangan.
Belum ada penelitian yang menyelidiki penggunaan gabungan TU dan Arg. Belum jelas apakah kombinasi inovatif ini dapat secara sinergis meningkatkan pertumbuhan gandum di bawah tekanan garam. Oleh karena itu, tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan apakah kedua regulator pertumbuhan ini dapat secara sinergis mengurangi efek buruk tekanan garam pada gandum. Untuk tujuan ini, kami melakukan percobaan bibit gandum hidroponik jangka pendek untuk menyelidiki manfaat aplikasi gabungan TU dan Arg pada gandum di bawah tekanan garam, dengan fokus pada keseimbangan redoks dan ionik tanaman. Kami berhipotesis bahwa kombinasi TU dan Arg dapat bekerja secara sinergis untuk mengurangi kerusakan oksidatif yang disebabkan oleh tekanan garam dan mengelola ketidakseimbangan ionik, sehingga meningkatkan toleransi garam pada gandum.
Kandungan MDA dalam sampel ditentukan dengan metode asam tiobarbiturat. Timbang secara akurat 0,1 g bubuk sampel segar, ekstrak dengan 1 ml asam trikloroasetat 10% selama 10 menit, sentrifugasi pada 10.000 g selama 20 menit, dan ambil supernatan. Ekstrak dicampur dengan volume yang sama dari asam tiobarbiturat 0,75% dan diinkubasi pada 100 °C selama 15 menit. Setelah inkubasi, supernatan diambil dengan sentrifugasi, dan nilai OD pada 450 nm, 532 nm, dan 600 nm diukur. Konsentrasi MDA dihitung sebagai berikut:
Mirip dengan perlakuan 3 hari, aplikasi Arg dan Tu juga secara signifikan meningkatkan aktivitas enzim antioksidan bibit gandum pada perlakuan 6 hari. Kombinasi TU dan Arg masih yang paling efektif. Namun, pada 6 hari setelah perlakuan, aktivitas keempat enzim antioksidan pada kondisi perlakuan yang berbeda menunjukkan tren penurunan dibandingkan dengan 3 hari setelah perlakuan (Gambar 6).
Fotosintesis merupakan dasar akumulasi bahan kering pada tumbuhan dan terjadi di kloroplas, yang sangat sensitif terhadap garam. Stres garam dapat menyebabkan oksidasi membran plasma, gangguan keseimbangan osmotik seluler, kerusakan ultrastruktur kloroplas36, menyebabkan degradasi klorofil, menurunkan aktivitas enzim siklus Calvin (termasuk Rubisco), dan mengurangi transfer elektron dari PS II ke PS I37. Selain itu, stres garam dapat menginduksi penutupan stomata, sehingga mengurangi konsentrasi CO2 daun dan menghambat fotosintesis38. Hasil kami mengkonfirmasi temuan sebelumnya bahwa stres garam mengurangi konduktansi stomata pada gandum, yang mengakibatkan penurunan laju transpirasi daun dan konsentrasi CO2 intraseluler, yang pada akhirnya menyebabkan penurunan kapasitas fotosintesis dan penurunan biomassa gandum (Gambar 1 dan 3). Yang perlu diperhatikan, aplikasi TU dan Arg dapat meningkatkan efisiensi fotosintesis tanaman gandum di bawah stres garam. Peningkatan efisiensi fotosintesis sangat signifikan ketika TU dan Arg diaplikasikan secara bersamaan (Gambar 3). Hal ini mungkin disebabkan oleh fakta bahwa TU dan Arg mengatur pembukaan dan penutupan stomata, sehingga meningkatkan efisiensi fotosintesis, yang didukung oleh penelitian sebelumnya. Misalnya, Bencarti dkk. menemukan bahwa di bawah tekanan garam, TU secara signifikan meningkatkan konduktansi stomata, laju asimilasi CO2, dan efisiensi kuantum maksimum fotokimia PSII pada Atriplex portulacoides L.39. Meskipun tidak ada laporan langsung yang membuktikan bahwa Arg dapat mengatur pembukaan dan penutupan stomata pada tanaman yang terpapar tekanan garam, Silveira dkk. menunjukkan bahwa Arg dapat meningkatkan pertukaran gas di daun dalam kondisi kekeringan22.
Singkatnya, penelitian ini menyoroti bahwa meskipun memiliki mekanisme kerja dan sifat fisikokimia yang berbeda, TU dan Arg dapat memberikan ketahanan yang sebanding terhadap stres NaCl pada bibit gandum, terutama bila diaplikasikan bersamaan. Aplikasi TU dan Arg dapat mengaktifkan sistem pertahanan enzim antioksidan pada bibit gandum, mengurangi kandungan ROS, dan menjaga stabilitas lipid membran, sehingga mempertahankan fotosintesis dan keseimbangan Na+/K+ pada bibit. Namun, penelitian ini juga memiliki keterbatasan; meskipun efek sinergis TU dan Arg telah dikonfirmasi dan mekanisme fisiologisnya telah dijelaskan sampai batas tertentu, mekanisme molekuler yang lebih kompleks masih belum jelas. Oleh karena itu, penelitian lebih lanjut tentang mekanisme sinergis TU dan Arg menggunakan metode transkriptomik, metabolomik, dan metode lainnya diperlukan.
Kumpulan data yang digunakan dan/atau dianalisis selama penelitian ini tersedia dari penulis terkait atas permintaan yang wajar.
Waktu posting: 19 Mei 2025