Studio Toleransi Salinitas Pada Beberapa Galur Mutan Padi: Pendekatan Morfofisiologi dan Biokimia

Abstract

Salinitas menjadi salah satu faktor pembatas utama dalam budidaya padi, terutama pada lahan marginal seperti wilayah pesisir dan daerah beririgasi yang mengalami intrusi air laut. Peningkatan kadar garam dalam tanah berdampak negatif terhadap pertumbuhan dan produktivitas padi melalui gangguan fisiologis dan biokimia tanaman, termasuk stres osmotik dan toksisitas ionik. Di tengah kebutuhan produksi pangan yang semakin meningkat akibat pertumbuhan populasi, identifikasi genotipe padi yang toleran terhadap salinitas menjadi langkah strategis dalam menghadapi tantangan perubahan iklim dan degradasi lahan. Atomita 2 merupakan varietas padi hasil pemuliaan yang dilepas pada tahun 1983 dan diindikasikan awal toleran terhadap salinitas. Namun, temuan spesifik terkait toleransi salinitas pada padi Atomita 2 hasil mutasi belum diungkapkan. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan menentukan galur mutan potensial padi varietas Atomita 2 yang toleran cekaman salinitas dan mengidentifikasi respon morfologi, fisiologi dan biokimia pada generasi M4 terhadap cekaman salintas. Ada dua tahapan percobaan dalam penelitian ini yang dilakukan di rumah kaca: (1) Penapisan galur mutan potensial padi varietas Atomita 2 yang toleran terhadap cekaman salinitas konsentrasi 60 mM dan 120 mM NaCl pada fase bibit, (2) Identifikasi respon morfofisiologi dan biokimia galur mutan padi varietas Atomita 2 terhadap cekaman salinitas pada fase reproduktif. Percobaan pertama menggunakan rancangan Augmented – RKLT (Rancangan Kelompok Lengkap Teracak) dengan dua konsentrasi NaCl untuk seleksi yaitu 60 mM dan 120 mM. Benih disemai secara hidroponik dalam larutan Yoshida, diseleksi menggunakan perlakuan salinitas selama dua minggu sebelum ditransplantasikan di media tanah. Pengamatan mencakup skoring toleransi salinitas, tinggi tanaman, panjang akar, jumlah anakan, bobot kering tajuk, dan jumlah malai per rumpun. Percobaan kedua menggunakan rancangan Split Plot -RKLT dengan tiga tingkat konsentrasi salinitas (0, 60, dan 120 mM NaCl) sebagai petak utama dan 10 genotipe padi sebagai anak petak, yang diulang empat kali. Penanaman dilakukan dalam ember berisi campuran tanah dan pupuk kandang, dengan perlakuan salinitas diberikan satu kali pada fase inisiasi malai. Parameter yang diamati meliputi karakter morfologi (tinggi tanaman, anakan, bobot biomassa, dan komponen hasil), fisiologi (laju fotosintesis, konduktansi stomata, laju trasnpirasi, kadar air relatif, klorofil, dan kerapatan stomata), serta biokimia (aktivitas enzim APX dan CAT, kadar prolin, dan MDA), untuk mengevaluasi respon tanaman padi terhadap cekaman salinitas. Hasil penelitian pertama menunjukkan seleksi salinitas menggunakan 60 mM NaCl pada 105 genotipe padi didapatkan sebanyak 38 genotipe yang mampu bertahan hidup dengan skor 1, 3, dan 5. Jumlah tanaman padi dengan skor 1 (sangat toleran) ada 20 genotipe, skor 3 (toleran) ada 8 genotipe, dan 10 genotipe yang mendapatkan skor 5 (cukup toleran). Sedangkan tanaman padi dengan skor 7 (rentan) sebanyak 3 genotipe dan sisanya (64 genotipe) berada pada skor 9 (sangat rentan). Sementara itu, seleksi dengan 120 mM NaCl terhadap 105 genotipe padi yang berbeda, didapatkan hanya 3 genotipe yang hidup. Terdapat 2 genotipe memiliki skor 1 yaitu A77 dan A90, sedangkan pada skor 3 hanya 1 genotipe yaitu A69. Hasil penelitian pertama juga menunjukkan bahwa peningkatan konsentrasi NaCl menyebabkan penurunan tinggi tanaman dan panjang akar secara signifikan. Hasil penelitian kedua menunjukkan perbedaan respon morfologi, fisiologi, dan biokimia terhadap cekaman salinitas, yang mencerminkan variasi tingkat toleransi. Tanaman menunjukkan respon morfologi berupa penurunan tinggi tanaman, jumlah anakan, bobot basah tajuk, jumlah malai, jumlah gabah total, jumlah gabah isi, bobot 100 butir, dan bobot gabah per rumpun. Penurunan laju fotosintesis, konduktansi stomata, laju transpirasi, skor SPAD, serta peningkatan kerapatan stomata dan kadar air daun merupakan respon fisiologi tanaman padi terhadap cekaman salinitas. Peningkatan konsentrasi NaCl menyebabkan akumulasi senyawa biokimia, termasuk aktivitas enzim antioksidan (APX dan CAT), prolin, dan MDA, yang mengindikasikan respon adaptif tanaman terhadap cekaman salinitas terkait dengan detoksifikasi ROS. Genotipe mutan Atomita 90 dan Atomita 146 menunjukkan toleransi salinitas yang lebih tinggi dibandingkan induknya (Atomita 2) dan Pokkali. Nilai STI Atomita 90 yang lebih tinggi dari induknya dan Pokkali pada 60 mM NaCl, dan secara fisiologis mempunyai laju fotosintesis dan kerapatan stomata tertinggi, serta kenaikan prolin tertinggi. Sementara itu, Atomita 146 mempunyai nilai STI tertinggi pada 120 mM NaCl, yang didukung oleh laju transpirasi, konduktansi stomata, laju transpirasi, dan kerapatan stomata tertinggi, serta akumulasi MDA yang rendah dan aktifitas enzim APX paling tinggi. Penelitian ini memberikan kontribusi penting dalam proses seleksi awal galur padi toleran salinitas dan dapat digunakan sebagai dasar pemuliaan tanaman padi untuk lahan marginal. Ke depannya, perlu dilakukan penelitian lanjutan untuk menguji stabilitas toleransi salinitas dan potensi hasil dari galur-galur mutan potensial Atomita 2.

Salinity is one of the major limiting factors in rice cultivation, especially in marginal areas such as coastal zones and irrigated lands affected by seawater intrusion. Elevated soil salinity negatively impacts rice growth and productivity by disrupting physiological and biochemical processes in plants, including osmotic stress and ionic toxicity. Amidst increasing food production demands due to population growth, identifying salinity-tolerant rice genotypes is a strategic step to address climate change and land degradation challenges. Atomita 2 is a rice variety resulting from breeding released in 1983, which was initially indicated to be tolerant to salinity. However, specific findings related to salinity tolerance in the mutation?based Atomita 2 rice variety have not been revealed. Therefore, this study aims to identify potential mutant lines of the Atomita 2 rice variety that are tolerant to salinity stress and to characterize their morphological, physiological, and biochemical responses at the M4 generation under salinity stress. This research consisted of two experimental stages conducted in a greenhouse: (1) Screening of potential mutant lines of Atomita 2 salinity tolerance at 60 mM and 120 mM NaCl in the seedling phase, (2) Identification of morpho?physiological and biochemical responses of mutant lines of Atomita 2 under salinity stress in the reproductive phase. The first experiment used an Augmented Randomized Complete Block Design (Augmented RCBD) with two NaCl concentrations for selection: 60 mM and 120 mM. Seeds were germinated hydroponically in Yoshida solution and subjected to salinity treatment for two weeks before being transplanted into soil media. Observed parameters include salinity tolerance scoring, plant height, root length, number of tillers, shoot dry weight, and number of panicles per clump. The second experiment employed a split-plot RCBD with three salinity concentrations (0, 60, and 120 mM NaCl) as the main plot and ten rice genotypes as subplots, replicated four times. Plants were grown in buckets containing a mixture of soil and manure, and salinity treatments were applied once during panicle initiation. Observed parameters included morphological traits (plant height, tiller number, biomass, and yield components), physiological traits (photosynthetic rate, stomatal conductance, transpiration rate, relative water content, cholorophyll content, and stomatal density), and biochemical parameters (activities of APX and CAT enzymes, proline, and MDA) to asses the plant response to salinity stress. The results of the first experiment showed that screening with 60 mM NaCl identified 38 tolerant genotypes among 105 tested, with 20 genotypes rated as highly tolerant (score 1), 8 as tolerant (score 3), and 10 as moderately tolerant (score 5). Three genotypes were rated as susceptible (score 7), while the remaining 64 were highly susceptible (score 9). In the 120 mM NaCl treatment, only three genotypes survived: two with a score of 1 (A77 and A90) and one with a score of 3 (A69). Higher NaCl concentrations significantly reduced plant height and root length. The second experiment showed that genotypic variation in morphological, physiological, and biochemical responses to salinity indicated different levels of tolerance. Morphological responses include reduction in plant height, tiller number, shoot fresh weight, number of panicles, total grain number, filled grain number, 100-grain weight, and grain weight per clump. Physiological responses under salinity stress included decreased photosynthetic rate, stomatal conductance, transpiration rate, and SPAD score, along with increased stomatal density and leaf water content. Increasing NaCl concentrations induced the accumulation of biochemical compounds, including the activities of antioxidant enzymes (APX and CAT), proline, and MDA, which indicated the plant’s adaptive response to salinity stress. The mutant genotypes Atomita 90 and Atomita 146 showed higher salinity tolerance than their parent (Atomita 2) and the salt-tolerant variety Pokkali. Atomita 90 showed a higher Salt Tolerance Index (STI) at 60 mM NaCl, as supported by the high photosynthetic rate, stomatal density, and proline accumulation. Meanwhile, Atomita 146 showed the highest STI value at 120 mM NaCl, with the highest transpiration rate, stomatal conductance, stomatal density, and APX enzyme activity, and low MDA accumulation. This study provides an important contribution to the early-stage selection of salinity-tolerant rice lines and serves as a basis for rice breeding programs in marginal lands. Further research is needed to assess the stability of salinity tolerance and the yield potential of promising Atomita 2 mutant lines.