Zat pengatur tumbuh tanaman (ZPT)merupakan cara yang hemat biaya untuk meningkatkan pertahanan tanaman dalam kondisi stres. Penelitian ini menyelidiki kemampuan duaPGR (Produk Pertanian), tiourea (TU) dan arginin (Arg), untuk mengurangi stres garam pada gandum. Hasil penelitian menunjukkan bahwa TU dan Arg, terutama bila digunakan bersama-sama, dapat mengatur pertumbuhan tanaman di bawah stres garam. Perlakuan keduanya secara signifikan meningkatkan aktivitas enzim antioksidan sekaligus menurunkan kadar spesies oksigen reaktif (ROS), malondialdehid (MDA), dan kebocoran elektrolit relatif (REL) pada bibit gandum. Selain itu, perlakuan ini secara signifikan menurunkan konsentrasi Na+ dan Ca2+ serta rasio Na+/K+, sekaligus meningkatkan konsentrasi K+ secara signifikan, sehingga menjaga keseimbangan ion-osmotik. Lebih penting lagi, TU dan Arg secara signifikan meningkatkan kandungan klorofil, laju fotosintesis bersih, dan laju pertukaran gas 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-sama. Sebagai kesimpulan, 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 calonzat pengatur tumbuh tanaman,terutama bila digunakan bersama-sama, untuk meningkatkan hasil gandum.
Perubahan iklim dan praktik pertanian yang cepat meningkatkan degradasi ekosistem pertanian. Salah satu konsekuensi paling serius adalah salinisasi lahan, yang mengancam ketahanan pangan global. Salinisasi saat ini memengaruhi sekitar 20% lahan pertanian di seluruh dunia, dan angka ini dapat meningkat menjadi 50% pada tahun 2050. Stres garam-alkali dapat menyebabkan stres osmotik pada akar tanaman, yang mengganggu keseimbangan ion tanaman. Kondisi buruk tersebut juga dapat mempercepat kerusakan klorofil, menurunkan laju fotosintesis, dan mengganggu metabolisme, yang pada akhirnya mengakibatkan penurunan hasil panen. Selain itu, dampak serius yang umum terjadi adalah peningkatan pembentukan spesies oksigen reaktif (ROS), yang dapat menyebabkan kerusakan oksidatif pada berbagai biomolekul, termasuk DNA, protein, dan lipid.
Gandum (Triticum aestivum) merupakan salah satu tanaman serealia terpenting di dunia. Gandum bukan hanya tanaman serealia yang paling banyak ditanam, tetapi juga merupakan tanaman komersial yang penting8. Namun, gandum sensitif terhadap garam, yang dapat menghambat pertumbuhannya, mengganggu proses fisiologis dan biokimianya, serta mengurangi hasil panennya secara signifikan. Strategi utama untuk memitigasi dampak stres garam meliputi modifikasi genetik dan penggunaan zat pengatur tumbuh. Organisme hasil rekayasa genetika (GM) adalah penggunaan penyuntingan gen dan teknik lainnya untuk mengembangkan varietas gandum toleran garam9,10. Di sisi lain, zat pengatur tumbuh tanaman meningkatkan toleransi garam pada gandum dengan mengatur aktivitas fisiologis dan kadar zat terkait garam, sehingga mengurangi kerusakan akibat stres11. Zat pengatur ini umumnya lebih diterima dan digunakan secara luas dibandingkan pendekatan transgenik. Zat pengatur ini dapat meningkatkan toleransi tanaman terhadap berbagai stres abiotik seperti salinitas, kekeringan, dan logam berat, serta mendorong perkecambahan biji, penyerapan hara, dan pertumbuhan reproduksi, sehingga meningkatkan hasil dan kualitas tanaman. 12 Zat pengatur tumbuh tanaman sangat penting untuk memastikan pertumbuhan tanaman dan mempertahankan hasil serta kualitasnya karena ramah lingkungan, mudah digunakan, hemat biaya, dan praktis. 13 Namun, karena modulator-modulator ini memiliki mekanisme kerja yang serupa, penggunaan salah satunya saja mungkin tidak efektif. Menemukan kombinasi zat pengatur tumbuh yang dapat meningkatkan toleransi garam pada gandum sangat penting untuk pemuliaan gandum dalam kondisi buruk, meningkatkan hasil, dan memastikan ketahanan pangan.
Belum ada penelitian yang mengkaji penggunaan kombinasi TU dan Arg. Belum jelas apakah kombinasi inovatif ini dapat secara sinergis mendorong pertumbuhan gandum di bawah tekanan garam. Oleh karena itu, tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan apakah kedua zat pengatur tumbuh ini dapat secara sinergis meringankan dampak buruk tekanan garam pada gandum. Untuk tujuan ini, kami melakukan percobaan pembibitan gandum hidroponik jangka pendek untuk mengkaji manfaat aplikasi kombinasi 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 akibat tekanan garam dan mengelola ketidakseimbangan ionik, sehingga meningkatkan toleransi garam pada gandum.
Kadar MDA sampel ditentukan dengan metode asam tiobarbiturat. Timbang 0,1 g bubuk sampel segar secara akurat, ekstrak dengan 1 ml asam trikloroasetat 10% selama 10 menit, sentrifus pada kecepatan 10.000 g selama 20 menit, dan kumpulkan supernatan. Ekstrak dicampur dengan asam tiobarbiturat 0,75% dengan volume yang sama dan diinkubasi pada suhu 100 °C selama 15 menit. Setelah inkubasi, supernatan dikumpulkan dengan sentrifugasi, dan nilai OD pada 450 nm, 532 nm, dan 600 nm diukur. Konsentrasi MDA dihitung sebagai berikut:
Serupa dengan perlakuan 3 hari, pemberian Arg dan Tu juga secara signifikan meningkatkan aktivitas enzim antioksidan bibit gandum pada perlakuan 6 hari. Kombinasi TU dan Arg masih 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 dalam 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 mengonfirmasi 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 (Gbr. 1 dan 3). Khususnya, aplikasi TU dan Arg dapat meningkatkan efisiensi fotosintesis tanaman gandum di bawah stres garam. Peningkatan efisiensi fotosintesis khususnya signifikan ketika TU dan Arg diterapkan secara bersamaan (Gbr. 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. Sebagai contoh, 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 pada daun dalam kondisi kekeringan22.
Singkatnya, studi ini menyoroti bahwa meskipun mekanisme aksi dan sifat fisikokimianya berbeda, TU dan Arg dapat memberikan ketahanan yang sebanding terhadap stres NaCl pada bibit gandum, terutama bila diterapkan bersamaan. Aplikasi TU dan Arg dapat mengaktifkan sistem pertahanan enzim antioksidan bibit gandum, mengurangi kandungan ROS, dan menjaga stabilitas lipid membran, sehingga menjaga fotosintesis dan keseimbangan Na+/K+ pada bibit. Namun, studi 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, studi 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 saat ini tersedia dari penulis terkait berdasarkan permintaan yang wajar.
Waktu posting: 19 Mei 2025