Eksplorasi Teknologi Self-DNA sebagai Alternatif Bioherbisida : Studi In Vitro pada Tanaman Model Duckweed (Lemna perpusilla Torr. dan Spirodela polyrhiza (L.) Scleid.)

Abstract

SUSI MULIANTI LUBIS. Eksplorasi Teknologi Self-DNA sebagai Alternatif Bioherbisida : Studi In Vitro pada Tanaman Model Duckweed (Lemna perpusilla Torr. dan Spirodela polyrhiza (L.) Schleid.). Dibimbing oleh DWI ANDREAS SANTOSA dan DWI GUNTORO. Pengendalian gulma masih didominasi oleh penggunaan herbisida sintetis yang dalam jangka panjang berpotensi menimbulkan berbagai permasalahan lingkungan dan agronomis. Salah satu pendekatan yang mulai mendapat perhatian adalah pemanfaatan DNA ekstraseluler, khususnya self-DNA, yaitu DNA yang berasal dari spesies yang sama dengan organisme penerima. Berbagai penelitian menunjukkan bahwa self-DNA dapat menghambat pertumbuhan tanaman secara spesifik, namun informasi mengenai respons tanaman akuatik terhadap self-DNA serta mekanisme fisiologis yang mendasarinya masih terbatas. Penelitian ini bertujuan menganalisis pengaruh self-DNA, non-self-DNA, dan mixed-DNA terhadap pertumbuhan dan respons stres oksidatif pada dua spesies duckweed, yaitu L. perpusilla dan S. polyrhiza, sebagai dasar ilmiah pengembangan bioherbisida berbasis DNA. Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Unggulan dan Kerjasama Biotech Center IPB University pada Juli 2025 hingga Januari 2026. Penelitian terdiri atas tiga tahapan, yaitu penentuan konsentrasi DNA yang paling efektif menghambat pertumbuhan, percobaan kultur spesies tunggal, dan percobaan kultur campuran. Uji pendahuluan dilakukan menggunakan sembilan konsentrasi DNA (0–2000 ng µL?¹). Berdasarkan hasil skrining, konsentrasi 1000 ng µL?¹ menghasilkan penghambatan pertumbuhan tertinggi pada kedua spesies sehingga digunakan pada percobaan berikutnya. Parameter yang diamati meliputi jumlah daun, jumlah akar, panjang akar, biomassa segar, biomassa kering, reactive oxygen species (ROS), aktivitas superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), catalase (CAT), dan kandungan malondialdehyde (MDA). Hasil penelitian menunjukkan bahwa self-DNA secara konsisten menghasilkan penghambatan pertumbuhan yang lebih kuat dibandingkan non-self-DNA maupun mixed-DNA. Pada kedua spesies, perlakuan self-DNA menurunkan jumlah daun, jumlah akar, panjang akar, biomassa segar, dan biomassa kering dibandingkan perlakuan lainnya. Penghambatan tertinggi terjadi pada konsentrasi 1000 ng µL?¹, sedangkan peningkatan konsentrasi hingga 1500–2000 ng µL?¹ tidak meningkatkan efek inhibisi secara proporsional. Pola tersebut menunjukkan bahwa respons tanaman terhadap self-DNA bergantung pada dosis, tetapi tidak mengikuti hubungan linier sederhana. Pada percobaan kultur spesies tunggal, L. perpusilla menunjukkan tingkat sensitivitas yang lebih tinggi dibandingkan S. polyrhiza. Penurunan pertumbuhan paling jelas terlihat pada perkembangan akar dan akumulasi biomassa. Sebaliknya, perlakuan non-self-DNA umumnya menghasilkan respons yang mendekati kontrol dan tidak menimbulkan penghambatan pertumbuhan yang kuat. Hasil tersebut menunjukkan bahwa efek yang diamati tidak semata-mata disebabkan oleh keberadaan DNA ekstraseluler, tetapi berkaitan dengan identitas sumber DNA. Percobaan kultur campuran menunjukkan bahwa efek penghambatan self-DNA tetap berlangsung ketika kedua spesies tumbuh bersama dalam satu sistem kultur. Biomassa terendah pada masing-masing spesies tetap ditemukan pada perlakuan DNA yang berasal dari spesies yang sama. Temuan ini menunjukkan bahwa efek penghambatan yang dimediasi oleh self-DNA tetap terdeteksi meskipun terdapat interaksi antarspesies dalam campuran tanaman. Analisis fisiologis menunjukkan bahwa perlakuan self-DNA menghasilkan akumulasi ROS tertinggi pada kedua spesies. Peningkatan ROS diikuti oleh meningkatnya aktivitas enzim antioksidan SOD, POD, dan CAT sebagai respons pertahanan terhadap stres oksidatif. Meskipun demikian, kandungan MDA juga meningkat pada perlakuan self-DNA, menunjukkan bahwa peningkatan kapasitas antioksidan belum sepenuhnya mampu mencegah terjadinya kerusakan oksidatif pada membran sel. Keterkaitan antara peningkatan ROS, aktivasi sistem antioksidan, dan akumulasi MDA mengindikasikan bahwa penghambatan pertumbuhan yang diamati berkaitan erat dengan terjadinya stres oksidatif pada jaringan tanaman. Penelitian ini menunjukkan bahwa self-DNA berperan sebagai sinyal biologis yang mampu memengaruhi pertumbuhan dan kondisi fisiologis tanaman akuatik secara spesifik terhadap spesies asalnya. Temuan ini memperluas pemahaman mengenai fenomena self-DNA inhibition pada tanaman akuatik serta memberikan dasar ilmiah bagi eksplorasi pemanfaatan self-DNA sebagai kandidat bioherbisida yang lebih selektif dan berpotensi ramah lingkungan. Namun demikian, kajian lebih lanjut pada tingkat molekuler, organisme non-target, dan kondisi lapangan masih diperlukan sebelum penerapannya dapat dipertimbangkan secara lebih luas.

Kata kunci : DNA ekstraseluler, enzim antioksidan, malondialdehida, reactive oxygen species, stres oksidatif