Respon Morfo-fisiologi dan Analisis Profil Metabolit Cabai Rawit (Capsicum frutescens L.) terhadap Cekaman Salinitas

Abstract

Indonesia sebagai Negara Kepulauan memiliki wilayah pesisir pantai yang dapat berpotensi mengalami intrusi air laut. Intrusi air laut akan menyebabkan tanah menjadi salin karena kadar garam meningkat. Tanah salin menyebabkan pertumbuhan dan perkembangan tanaman terhambat, serta dapat menyebabkan kematian pada tanaman. Penanganan sejak dini diperlukan untuk mengatasi masalah salinitas yang semakin meluas. Di Indonesia, kebutuhan cabai rawit masih belum tercukupi karena terjadi peningkatan konsumsi cabai rawit. Peningkatan kebutuhan cabai rawit dapat dilihat dari inflasi harga cabai rawit setiap tahun. Jadi untuk mencukupi kebutuhan masyarakat, budidaya cabai rawit perlu ditingkatkan sebagai salah satu upaya meminimalisir inflasi harga. Kendala saat ini adalah lahan optimal untuk budidaya cabai rawit sudah mulai berkurang, sehingga lahan sub-optimal seperti lahan salin dapat menjadi lahan alternatif untuk dimanfaatkan. Salah satu cara memanfaatkan lahan salin adalah dengan menggunakan varietas cabai rawit yang toleran terhadap cekaman salinitas. Akan tetapi, perakitan varietas membutuhkan informasi mengenai respon cabai rawit terhadap cekaman salinitas. Oleh karena itu, penelitian ini dilakukan untuk mengamati respon morfologi, fisiologi, dan mengidentifikasi senyawa-senyawa metabolit dari empat genotipe cabai rawit pada kondisi cekaman salinitas. Penelitian ini diawali dengan melakukan penapisan cepat pada 31 genotipe cabai rawit dari spesies C. frutescens dengan taraf salinitas 15-16 mS cm-1. Berdasarkan hasil penapisan cepat, empat genotipe dipilih untuk pengujian lebih lanjut, yaitu dua genotipe dari kategori peka (CSR1 dan CRK1) dan dua genotipe dari kategori moderat (Sigantung dan CR10). Keempat genotipe ditanam di dalam rumah kaca Tajur 2, IPB dengan menggunakan rancangan kelompok lengkap teracak dua faktor. Faktor pertama adalah genotipe (Sigantung, CR10, CSR1, dan CRK1) dan faktor kedua adalah taraf salinitas (0-1, 2-4, 5-7, dan 8-10 mS cm-1). Masing-masing tanaman diamati respon morfologi dan fisiologi di fase vegetatif dan generatif, serta dilakukan juga analisis profil metabolit menggunakan organ daun. Analisis profil metabolit dilakukan dengan menggunakan instrumen LC-MS. Pendekatan metabolomik ini menggunakan analisis metabolit tak-tertarget. Jadi, senyawa-senyawa yang ditemukan beragam dan tidak ditentukan. Analisis metabolit tak-tertarget adalah langkah paling awal untuk mengetahui profil senyawa-senyawa metabolit yang ditemukan pada kondisi cekaman salinitas. Selanjutnya, indeks sensitivitas cekaman (ISC) digunakan untuk mengetahui tingkat sensitivitas masing-masing genotipe cabai rawit terhadap cekaman salinitas. Analisis ISC menggunakan peubah morfologi dan fisiologi pada fase generatif, yaitu panjang akar, tinggi tanaman, jumlah daun, bobot per buah, bobot buah per tanaman, konsentrasi CO2 interseluler, laju fotosintesis, laju transpirasi, konduktansi stomata, kadar air relatif, dan kadar klorofil. Hasil percobaan menunjukkan adanya penurunan nilai amatan yang signifikan pada semua peubah morfologi dan fisiologi. Respon morfologi terhadap salinitas menunjukkan adanya pengaruh interaksi yang signifikan antara genotipe dan salinitas, yaitu pada tinggi tanaman, panjang akar, bobot basah akar, bobot kering akar, lebar tajuk, bobot basah tajuk, jumlah daun, jumlah buah masak, bobot per buah, bobot buah per tanaman. Adapun respon fisiologi menunjukkan bahwa genotipe hanya berpengaruh nyata pada laju transpirasi dan kadar klorofil pada fase vegetatif, sedangkan pada fase generatif konsentrasi CO2 interseluler dan kadar air relatif. Faktor salinitas berpengaruh secara signifikan pada semua peubah fisiologi yang diamati, di fase vegetatif maupun generatif. Adapun pengaruh interaksi antara genotipe dan salinitas hanya terdapat pada laju transpirasi di fase vegetatif. Adapun hasil analisis metabolit tak-tertarget menunjukkan bahwa luteone 4',7-O-diglucoside adalah senyawa yang paling tinggi kelimpahannya pada perlakuan G3P4, G5P3, G6P3, dan G5P4 dibandingkan dengan kelimpahan senyawa lainnya. Luteone 4',7-O-diglucoside ditemukan juga pada tanaman kontrol. Kondisi ini diduga terjadi karena peran aktif senyawa luteone 4’,7-O-diglucoside dalam respon tanaman terhadap serangan patogen. Adapun senyawa asam benzoat, L-asparagin, dan sarsasapogenin merupakan senyawa yang kelimpahannya paling rendah pada tanaman kontrol. Akan tetapi, seiring dengan meningkatnya perlakuan salinitas yang diberikan, kelimpahan senyawa-senyawa ini juga semakin meningkat. Berdasarkan penelitian ini, senyawa sarsasapogenin, benzoic acid, dan L-asparagine diduga menjadi senyawa yang ikut berperan dalam mekanisme adaptasi tanaman terhadap cekaman salinitas. Sementara itu, analisis indeks sensitivitas cekaman (ISC) menunjukkan bahwa empat genotipe cabai rawit dikategorikan menjadi dua kategori, yaitu genotipe peka dan moderat terhadap salinitas. Pada taraf salinitas 5-7 mS cm-1, Genotipe Sigantung, CR10, dan CRK1 digolongkan moderat karena memiliki nilai ISC masing-masing sebesar 0,86; 0,92; dan 0,97, sedangkan CSR1 termasuk kategori peka karena memiliki nilai ISC 1,29. Adapun taraf salinitas 8-10 mS cm-1, keempat genotipe digolongkan peka terhadap salinitas karena nilai ISC berkisar 1,02-1,07. Oleh karena itu, pada penelitian ini diperoleh informasi bahwa taraf salinitas 5-7 mS cm-1 menjadi taraf salinitas yang dapat ditoleransi oleh Sigantung, CR10, dan CRK1. Adapun taraf salinitas 8-10 mS cm-1 telah menyebabkan penurunan produktivitas cabai rawit paling rendah dan menyebabkan kematian pada genotipe Sigantung dan CSR1. Adanya kesamaan respon antara genotipe Sigantung dan CR10 pada penapisan cepat dan uji lanjut pada taraf salinitas 5-7 mS cm-1 menunjukkan bahwa penapisan cepat dapat dijadikan acuan untuk seleksi lebih awal dalam mengetahui tingkat toleransi genotipe-genotipe cabai rawit terhadap cekaman salinitas. Sementara itu untuk performa produksi, Sigantung memiliki performa bobot per buah dan bobot buah per tanaman tertinggi, diikuti genotipe CRK1 dan CR10. Oleh karena itu, Sigantung, CRK1, dan CR10 direkomendasikan sebagai genotipe-genotipe yang agak tahan terhadap cekaman salinitas, sehingga dapat direkomendasikan untuk penelitian lebih lanjut dalam pengembangan perakitan varietas cabai rawit yang toleran salinitas.

Indonesia, as an archipelagic country, has a coastal area that can experience seawater intrusion. Seawater intrusion will cause the soil to become saline due to increased salinity. Saline soil causes stunted plant growth and development and can cause plant death. Early treatment is needed to overcome the increasingly widespread salinity problem. In Indonesia, the need for cayenne pepper is still not fulfilled because the need for cayenne pepper is increasing. The increase in the demand for cayenne pepper can be seen in the price inflation of cayenne pepper every year. So, to meet the needs of the community, the cultivation of cayenne pepper needs to be increased to minimize price inflation. The current obstacle is that the optimal land for cayenne pepper cultivation has begun to decrease, so that sub-optimal land such as saline land can be an alternative land to be utilized. One way to utilize saline land is to use cayenne pepper varieties that are tolerant to salinity stress. However, assembling varieties requires information on the response of cayenne pepper to salinity stress. Therefore, this study was conducted to observe morphological and physiological responses and identify metabolites of four genotypes of cayenne pepper under salinity stress conditions. This study was initiated by conducting a rapid screening on 31 genotypes of cayenne pepper species C. frutescens with a salinity level of 15-16 mS cm-1. Based on the results of rapid screening, four genotypes were selected for further testing, namely two genotypes from the sensitive category (CSR1 and CRK1) and two genotypes from the moderate category (Sigantung and CR10). The four genotypes were grown in Tajur 2 greenhouse, IPB using a two-factor randomized complete block design. The first factor was the genotype (Sigantung, CR10, CSR1, and CRK1), and the second was the salinity level (0-1, 2-4, 5-7, and 8-10 mS cm-1). Each plant was observed morphological and physiological responses in the vegetative and generative phases and also analyzed the metabolite profile using leaf organs. Metabolite profile analysis was performed using the LC-MS instrument. This metabolomics approach uses non-targeted metabolite analysis. Thus, the compounds found were diverse and unspecified. Untargeted metabolite analysis is the first step to determining the profile of metabolites found under salinity stress conditions. Furthermore, the stress sensitivity index (ISC) was used to determine the sensitivity level of each cayenne pepper genotype to salinity stress. ISC analysis using morphological and physiological variables in the generative phase, namely root length, plant height, number of leaves, weight per fruit, fruit weight per plant, intercellular CO2 concentration, photosynthesis rate, transpiration rate, stomata conductance, relative water content, and chlorophyll content. The experimental results showed a significant decrease in the observed values for all morphological and physiological variables. Morphological responses to salinity showed a significant interaction effect between genotype and salinity, namely on plant height, root length, root wet weight, root dry weight, canopy width, canopy wet weight, number of leaves, number of ripe fruits, weight per fruit, weight fruit per plant. The physiological response showed that the genotype only significantly affected the transpiration rate and chlorophyll content in the vegetative phase, while the intercellular CO2 concentration and relative water content in the generative phase. The salinity factor significantly affected all observed physiological variables in the vegetative and generative phases. The interaction effect between genotype and salinity is only found in the rate of transpiration in the vegetative phase. The results of the untargeted metabolite analysis showed that luteone 4',7-O-diglucoside was the compound with the highest abundance in the treatment G3P4, G5P3, G6P3, and G5P4 compared to the abundance of other compounds. Luteone 4',7-O-diglucoside was also found in control plants. This condition is thought to occur because of the active role of luteone 4',7-O-diglucoside compound that plays an active role in plant response to pathogen attacks. The compounds benzoic acid, L-asparagine, and sarsasapogenin had the lowest abundance in the control plants. However, as the salinity treatment increased, the abundance of these compounds also increased. Based on this research, the compounds sarsasapogenin, benzoic acid, and L-asparagine are suspected of playing a role in plant adaptation to salinity stress. Meanwhile, analysis of the stress sensitivity index (ISC) showed that the four genotypes of cayenne pepper were categorized into two categories, namely sensitive and moderate genotypes to salinity. The salinity level of 5-7 mS cm-1, the Sigantung, CR10, and CRK1 genotypes were classified as moderate because they each had an ISC value of 0.86; 0.92; and 0.97, while CSR1 is included in the sensitive category because it has an ISC value of 1.29. As for the salinity level of 8-10 mS cm-1, the four genotypes were classified as sensitive to salinity because the ISC values ranged from 1.02-1.07. Therefore, in this study, information was obtained that the salinity level of 5-7 mS cm-1 is the salinity level that Sigantung, CR10, and CRK1 can tolerate. The salinity level of 8-10 mS cm-1 has caused the lowest decrease in cayenne pepper productivity and caused death in the Sigantung and CSR1 genotypes. The similarity of responses between the Sigantung and CR10 genotypes on rapid screening and further testing at a salinity level of 5-7 mS cm-1 indicates that rapid screening can be used as a reference for early selection in determining the tolerance level of cayenne pepper genotypes to salinity stress. Meanwhile, in terms of production performance, Sigantung had the highest weight per fruit and fruit per plant, followed by genotypes CRK1 and CR10. Therefore, Sigantung, CRK1, and CR10 are recommended as genotypes that are somewhat resistant to salinity stress, so they can be recommended for further research in the development of assembling varieties of cayenne pepper that are tolerant of salinity.