Respon Tanaman Sorgum terhadap Aplikasi Mikoriza Arbuskula pada Gradien Konsentrasi N dan P serta Kekeringan

Abstract

Perubahan iklim berdampak pada meningkatnya kekeringan yang berdampak langsung pada produktivitas tanaman pertanian. Salah satu tanaman yang memiliki toleransi cukup luas terhadap cekaman abiotik adalah sorgum. Produktivitas dan toleransi tanaman sorgum terhadap cekaman kekeringan dapat ditingkatkan melalui aplikasi fungi mikoriza arbuskula (FMA) dan didukung dengan aplikasi hara optimal. Oleh sebab itu, pada penelitian ini dilakukan kajian secara agronomis, fisiologis, dan biokimia untuk mengetahui mekanisme FMA dalam meningkatkan toleransi tanaman sorgum terhadap cekaman kekeringan pada kondisi hara N dan P yang optimal. Benih sorgum yang digunakan terdiri dari dua aksesi yaitu aksesi Super 2 dan Konawe Selatan (KS). Media tanam yang digunakan adalah zeolit steril (kasar dan halus). FMA yang digunakan pada penelitan ini yaitu Glomus mosseae. Rancangan percobaan yang digunakan pada uji gradien konsentrasi N dan P adalah Rancangan Acak Kelompok (RAK) dengan rincian: aksesi sorgum [aksesi Super 2 (A), aksesi Konawe Selatan (B)]; gradien konsentrasi N dan P [kontrol (NP0), TSP 125% (NP1), TSP dan urea 100% (NP2), TSP 75% (NP3), TSP 50% (NP4), TSP 12,5% (NP5), urea 125% (NP6), urea 75% (NP7), urea 50% (NP8), dan urea 12,5% (NP9)]; dan FMA [tanpa FMA (M0) dan dengan FMA (M1)]. Kombinasi dari 3 poin tersebut didapatkan 40 perlakuan dan dilakukan ulangan sebanyak 3 kali. Untuk perlakuan kekeringan dilakukan sebanyak 2 siklus dengan menahan pemberian air selama 6 hari. Rancangan percobaan yang digunakan untuk uji kekeringan pada tanaman sorgum adalah Rancangan Acak Kelompok Faktorial (RAKF) dengan 3 faktor yang digunakan yaitu aksesi sorgum [aksesi Super 2 (A1) dan aksesi KS (A2)], FMA [tanpa FMA (M0) dan dengan FMA (M1)], dan perlakuan kekeringan [tanpa kekeringan (K0) dan dengan kekeringan (K1)]. Jumlah perlakuan dari kombinasi faktor tersebut adalah 8 dan dilakukan 3 kali ulangan. Data kuantitatif dianalisis menggunakan perangkat lunak Microsoft Excel 2010 dan SAS 9.0. Analisis ragam atau Analysis of Variance (ANOVA) dilakukan pada taraf 5%. Hasil analisis ragam yang berbeda nyata dilanjutkan dengan uji Duncan Multiple Range Test (DMRT) pada taraf 5%. Hasil penelitian pada uji gradien konsentrasi N dan P menunjukkan bahwa aplikasi FMA pada tanaman sorgum dapat menurunkan penggunaan pupuk urea mencapai 50% dan TSP mencapai 25% pada aksesi Super 2. Sedangkan pada aksesi KS mencapai 50% untuk pupuk urea dan TSP dibandingkan kontrol positif (urea dan TSP 100%). Hal tersebut dapat diketahui berdasarkan tinggi tanaman, jumlah daun, dan biomassa tanaman sorgum yang meningkat secara maksimal pada pemberian dosis urea 50% dan TSP 75% untuk aksesi Super 2 serta dosis urea 50% dan TSP 50% untuk aksesi KS. Namun, diketahui bahwa peningkatan pertumbuhan tanaman sorgum tidak berkorelasi dengan kolonisasi akar tanaman sorgum oleh FMA yang dapat diketahui bahwa persentase tertinggi pada kedua aksesi didapatkan pada pemberian dosis urea 12,5% dan TSP 12,5%. Dosis optimal yang telah didapatkan tersebut kemudian diaplikasikan pada uji kekeringan tanaman sorgum. Aplikasi FMA serta hara N dan P pada dosis optimal dapat meningkatkan toleransi tanaman sorgum melalui mekanisme peningkatan kandungan air relatif daun. Selain itu, dapat diketahui pula bahwa adanya aplikasi FMA meningkatkan kadar klorofil daun, kandungan manitol, dan total aktivitas enzimatik serta menurunkan kadar prolin dan peroksidasi lipid yang mengarah pada meningkatnya kandungan hara N dan P serta pertumbuhan tanaman sorgum yang dapat dilihat berdasarkan tinggi tanaman, panjang akar dan biomassa tanaman. Apabila dilihat berdasarkan faktor aksesi, dapat diketahui bahwa aksesi KS memiliki sifat fisiologis, biokimia, dan pertumbuhan yang lebih baik dibandingkan aksesi Super 2. Berdasarkan hasil tersebut, dapat diketahui bahwa aksesi KS memiliki toleransi yang lebih tinggi terhadap cekaman kekeringan yang dapat disebabkan karena aksesi KS memiliki kandungan lignin yang tinggi dan berdampak pada kedapnya dinding sel terhadap air, pengurangan transpirasi air, serta keseimbangan osmotik sel yang lebih terjaga saat dihadapkan pada cekaman kekeringan.

Climate change has an impact on increasing drought, which has a direct impact on agricultural crop productivity. Sorghum is one of the plants with a fairly broad tolerance to abiotic stress. The productivity and tolerance of sorghum to drought stress can be increased by applying arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and supported by optimal nutrients. Therefore, in this study, agronomic, physiological, and biochemical studies were carried out to determine the AMF mechanism to increase the tolerance of sorghum to drought stress under optimal N and P nutrient conditions to support sorghum growth. The growing medium used was sterile zeolite (coarse and fine). The AMF used in this research is Glomus mosseae. The experimental design used in the N and P concentration gradient assessment was a randomized complete block design with details: sorghum accessions [Super 2 accession (A), Konawe Selatan accession (B)]; concentration gradient of N and P [control (NP0), TSP 125% (NP1), TSP and urea 100% (NP2), TSP 75% (NP3), TSP 50% (NP4), TSP 12,5% (NP5), urea 125% (NP6), urea 75% (NP7), urea 50% (NP8), and urea 12,5% (NP9)], and AMF [without AMF (M0) and with AMF (M1)]. The combination of these 3 points were 40 treatments with 3 replications. The drought assessment was carried out in 2 cycles by stopping irrigation for 6 days. The experimental design for drought assessment on sorghum was a factorial randomized complete block design with 3 factors, which is sorghum accessions [Super 2 accession (A1) and South Konawe accession (A2)], AMF [without AMF (M0) and with AMF (M1)], and drought treatment [without drought (K0) and with drought (K1)]. The number of treatments from the combination of these factors was 8 with 3 replication. Quantitative data were analyzed using Microsoft Excel 2010 and SAS 9.0. Analysis of Variance (ANOVA) was carried out at a level of 5%. The analysis was followed by Duncan Multiple Range Test (DMRT) with a level of 5%. The results of the N and P concentration gradient assessment showed that the application of AMF to sorghum could reduce the use of urea by 50% and TSP by 25% in Super 2 accession. Meanwhile, in KS accession could reduce urea and TSP up to 50% compared to positive control (urea and TSP 100%). This can be seen based on plant height, leaf number, and plant biomass which increased significantly at optimal dose of 50% urea and 75% TSP for Super 2 accession and 50% urea and 50% TSP for KS accession. However, it was known that the increase in sorghum growth was not correlated with root colonization which could be seen that the highest percentages in both accessions were obtained at 12,5% urea and 12,5% TSP. The optimal dose that has been obtained is then applied to the drought test of sorghum plants. Application of AMF and optimal N and P nutrients can increase the tolerance of sorghum plants through the mechanism of increasing leaf relative water content. Other than that, it can be seen that the application of AMF increased leaf chlorophyll content, mannitol content, and total enzymatic activity as well as decreased proline and lipid peroxidation content which led to an increase in N and P nutrient content and sorghum plant growth which could be seen based on plant height, root length, and plant biomass. Based on accession factor, it can be seen that KS accession have better physiological, biochemical, and growth than Super 2 accession. KS has a high lignin content and impacts the cell wall impermeable, reduces water transpiration, and a maintain cell osmotic balance when faced with drought stress.