Priming Nanopartikel Perak (AgNPs) untuk Peningkatan Produksi dan Mutu Benih Kedelai pada Cekaman Biotik dan Abiotik

Abstract

Kedelai (Glycine max L.) merupakan salah satu tanaman pangan penting di Indonesia setelah padi dan jagung, permintaannya cenderung meningkat tetapi produktivitasnya masih rendah. Di antara penyebabnya adalah perubahan iklim dan serangan patogen yang menimbulkan stres sistemik bagi tanaman kedelai. Nanopartikel perak (AgNPs) menarik perhatian banyak para peneliti untuk mengatasi permasalahan cekaman abiotik dan biotik yang dialami oleh tanaman, terutama yang berbasis biosintesis. Penggunaan formulasi AgNPs ini sangat perlu untuk dikaji bagaimana efek positif dan negatifnya bagi tanaman kedelai. Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan formulasi AgNPs berbasis ekstrak daun mimba, menguji keefektifannya dalam meningkatkan mutu fisiologis dan kesehatan benih, pertumbuhan dan hasil tanaman, serta ketahanan tanaman pada cekaman kekeringan, penyimpanan, dan infeksi virus. Biosintesis AgNPs dilakukan dengan mencampurkan larutan AgNO3 1 mM dan ekstrak daun mimba. Karakterisasi AgNPs menggunakan spektrofotometer UV-Vis, PSA, TEM, SEM-EDX, FTIR spectrometer, dan X-Ray Diffractometer. Keefektifan AgNPs pada perkecambahan dan kesehatan benih diuji dengan metode priming AgNP (4, 8, 12, dan 15 ppm). Konsentrasi yang terbaik dari pengujian tersebut digunakan untuk uji keefektifan AgNPs terhadap pertumbuhan, hasil, dan ketahanan tanaman kedelai pada berbagai tingkat cekaman kekeringan dengan menggunakan metode priming dan pelapisan benih. Selanjutnya priming dan pelapisan benih dengan AgNPs diuji keefektifannya terhadap daya simpan dan kesehatan benih kedelai pada penyimpanan terbuka (suhu 27º–29,7ºC, RH 62–79%, kemasan plastik) selama 6 bulan. Terakhir, keefektifan AgNPs diuji terhadap ketahanan tanaman kedelai pada infeksi CMV-S menggunakan metode penyemprotan daun (50 dan 60 ppm). Hasil percobaan pertama dimulai dengan karakterisasi partikel yang menunjukkan bahwa AgNPs berbentuk bulat, puncak absorbansi ?=414 nm, ukuran z-average 43,9 nm, indeks polidispersitas 0,322, zeta potential -28,8 mV. AgNPs dikonfirmasi terdiri atas 55,9% unsur Ag dengan struktur kristalit yang teratur, dan sisanya berupa unsur C, O, dan N berasal dari ekstrak daun mimba yang mengandung gugus hidroksil, karboksil dan amida, yang berfungsi sebagai pereduksi dan capping agent dalam proses biosintesis. Pengujian keefeektifan nanopriming dengan konsentrasi AgNP 15 ppm mampu meningkatkan viabilitas benih (potensi tumbuh maksimum), vigor benih (pemunculan radikula), dan mengurangi persentase benih mati. Hasil percobaan kedua menunjukkan bahwa aplikasi AgNP 15 ppm melalui priming dan pelapisan benih menyebabkan penurunan tinggi tanaman, bobot kering tajuk, bobot kering akar, dan volume akar. Tanaman mengalami stres oksidatif yang dibuktikan dengan meningkatnya kadar malondialdehida (MDA) setelah perlakuan AgNPs dan cekaman kekeringan. Aplikasi AgNPs meningkatkan ketahanan tanaman kedelai dengan mengendalikan sistem osmoregulasi (prolin) untuk mengurangi dampak negatif akibat stres oksidatif. Aktivitas enzim katalase (CAT) mengalami penurunan pada tingkat cekaman kekeringan sedang (KL 60%) dan berat (KL 40%). Hasil percobaan ketiga menunjukkan bahwa priming dan pelapisan AgNP 15 ppm memiliki efek positif pada tanaman kedelai dengan mempertahankan pertumbuhan tanaman dan hasil kedelai pada kondisi cekaman kekeringan. Priming dan pelapisan benih dengan AgNPs menyebabkan keterlambatan inisiasi pembungaan dibandingkan dengan tanpa AgNPs. Tanaman kedelai beradaptasi pada cekaman kekeringan dengan mengurangi jumlah daun dan meningkatkan klorofil daun (indeks hijau daun). Hasil percobaan keempat menunjukkan bahwa priming dan pelapisan benih dengan AgNPs belum mampu mempertahankan daya simpan benih kedelai, karena kadar air benih yang tinggi saat disimpan. Priming benih dengan AgNPs meningkatkan pemunculan radikula dan menekan elektrokonduktivitas dibandingkan dengan kontrol hanya pada 0 bulan periode simpan. Priming benih dengan AgNPs menurunkan insidensi cendawan terbawa benih, sedangkan pelapisan benih tidak menunjukkan berbeda signifikan dengan kontrol selama 6 bulan periode simpan. Hasil percobaan kelima menunjukkan bahwa perlakuan AgNPs dengan konsentrasi 60 ppm mampu memperpanjang waktu inkubasi, menekan insidensi penyakit, keparahan penyakit, dan titer virus. Penghambatan infeksi CMV-S ini terjadi karena adanya peran enzim peroksidase yang meningkat setelah diberi perlakuan AgNPs. Infeksi CMV-S pada tanaman kedelai menyebabkan penurunan kadar klorofil, tinggi tanaman, jumlah daun, jumlah polong, bobot polong, dan jumlah biji kedelai, dibandingkan dengan kontrol sehat. Perlakuan AgNP 60 ppm mampu mempertahankan kadar klorofil, pertumbuhan tanaman, dan hasil kedelai meskipun tanaman terinfeksi CMV-S.