Potensi Bakteri Pelarut Silika dalam Meningkatkan Toleransi Cekaman Kekeringan pada Tanaman Jagung (Zea mays)

Abstract

Pemanasan iklim global berakibat pada periode hujan yang lebih pendek dan periode kering yang lebih panjang sehingga meningkatkan proses evaporasi. Diperkirakan frekuensi dan intensitas cekaman kekeringan akan semakin meningkat dibanyak wilayah. Cekaman kekeringan disebut sebagai stress lingkungan yang paling membatasi produktivitas tanaman pangan seperti jagung, yang umum dibudidayakan pada lahan kering. Silika (Si) dilaporkan berperan penting dalam mitigasi cekaman kekeringan dan merupakan unsur kedua terbanyak di kerak bumi. Namun karena sifat kelarutannya rendah, bentukan silika yang dapat tersedia bagi tanaman (H4SiO4) sangat rendah di tanah. Bakteri pelarut silika (BPS) memiliki peranan penting meningkatkan ketersediaan Si bagi tanaman. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis aktivitas pelarutan Si dari koleksi isolat unggul milik PPKS unit Bogor yang sebelumnya telah diisolasi dari tanah fraksi pasir perkebunan kelapa sawit di Kalimantan Tengah dan mengamati pengaruh BPS meningkatkan toleransi kekeringan pada tanaman jagung. Penelitian ini dilakukan dengan beberapa tahap, yakni peremajaan isolat, analisis aktivitas pelarutan Si menggunakan metode standar 4500-SiO2 D Heteropoly blue, kemudian isolat BPS dengan aktivitas pelarutan Si terbaik diaplikasikan pada tanaman jagung yang dikondisikan cekaman kekeringan adaptasi dari sistem Snow dan Tingey. Aktivitas pelarutan silika terbaik didapatkan dari isolat Pseudomonas fluorescens-B41 sebesar 81,93 ppm, 4,85 ppm dan 2,67 ppm masing-masing untuk substrat Mg-trisilika, feldspar, dan kuarsa. Hasil percobaan rumah kaca menunjukkan untuk tinggi tanaman pemberian BPS secara beda nyata lebih baik dibandingkan dengan kontrol tanpa bakteri, dengan hasil tertinggi sebesar 152,6 cm dan 152,4 cm untuk perlakuaan P1B1 dan P2B1. Kekerasan batang juga meningkat secara signifikan dengan pemberian BPS jika dibandingkan dengan kontrol tanpa bakteri dengan hasil tertinggi sebesar 29,25 dan 28,75 untuk perlakuan P2B2 dan P2B1. Hasil ini secara umum berkorelasi positif dengan kandungan silika di daun. Kandungan klorofil daun pada perlakuan BPS terutama BPS B41 secara signifikan meningkat jika dibandingkan dengan tanpa perlakuan bakteri, dengan nilai tertinggi pada perlakuan P2B1 yakni 39,97 µg cm-2. Pemberian BPS secara umum meningkatkan jumlah maupun lebar pori stomata dibandingkan dengan kontrol, hasil analisis relatif water content (RWC) juga menunjukkan tanaman jagung dengan aplikasi BPS lebih dapat mempertahankan tekanan turgor daun dalam kondisi cekaman kekeringan. Pengujian dengan sap flow meter menunjukkan aplikasi BPS B41 dapat menurunkan laju transpirasi di xilem dan menghemat penggunaan air sampai dengan 84% untuk kondisi kekeringan sedang. Hasil diatas menunjukkan indikasi pemberian BPS dapat meningkatkan toleransi tanaman jagung dalam menghadapi cekaman kekeringan dengan mengoptimalkan penggunaan air dan pengurangan transpirasi melalui pelapisan silika amorf di jaringan xilem dan kutikula daun.

Kata kunci: asam monosilika, akuaporin, cekaman kekeringan, sap flow

Global climate warming results in shorter rainy periods and longer dry periods, increasing the evaporation process. Thus, it is estimated that the frequency and severity of drought stress will increase in many regions. Drought is an environmental stress that has the most impact on decreasing yields, especially for maize which is mostly cultivated on dry land. Silica (Si) plays an important role in mitigating drought stress and is the second most abundant element in the earth’s crust. However, due to its low solubility, Si that available for plants (H4SiO4) is considered low in soil. Silica solubilizing bacteria (SSB) have an essential role in increasing the availability of silica for plants. This study aimed to analyze the silica solubilizing activity potential isolate collection from PPKS unit Bogor, which previously had been isolated from the sandy soil of oil palm plantations in Central Kalimantan, and observe the effect of SSB increasing drought tolerance in maize. This research was carried out in several stages, starting from re-culturing potential SSB isolate and analyzing silica solubilizing activity using the 4500-SiO2 D heteropoly blue standard method. Then SSB isolates with the best silica solubilizing activity was applied to maize with drought stress condition adapted from Snow and Tingey system. The best silica solubilizing activity obtained from Pseudomonas fluorescens-B41 were 81,93 ppm, 4,85 ppm, and 2,67 ppm for Mg-trisilicate, feldspar, and quartz, respectively. The greenhouse experiment result for maize height showed SSB significantly increased maize height, with the highest result 152,6 cm and 152,4 cm for P1B1 and P2B1, respectively. Maize stem hardness increased significantly with SSB application compared to control at 29,25 and 28,75 for P2B2 and P2B1, respectively. This result has a positive correlation with silica content in the leaves. Chlorophyll content with SSB treatment, especially SSB B41, significantly increased compared to control, with the highest value 39,97 µg cm-2 in P2B1. In general, the stomata number and width increase in maize with SSB treatment. The result of relative water content also showed that maize with SSB treatment was more able to maintain leaf turgor pressure under drought stress. Test with sap flow meter shows that maize with SSB treatment can reduce transpiration rate in xylem and save water usage up to 84% for moderate drought conditions. The above result indicates that the SSB application can increase maize tolerance in dealing with drought stress by optimizing water usage and reducing transpiration by coating xylem tissue and leaf cuticles with amorphous silica.

Keywords: aquaporin, drought stress, mono silicic acid, sap flow