Identifikasi Padi Amfibi Berdasarkan Karakter Morfofisiologi

Abstract

Padi merupakan makanan pokok bagi masyarakat Indonesia dan sebagian besar penduduk dunia. Tanaman padi membutuhkan banyak air di sepanjang fase hidupnya untuk berproduksi optimal. Perubahan iklim menjadi tantangan besar dalam upaya meningkatkan produktivitas padi. Keterbatasan air bagi tanaman merupakan salah satu dampak utama dari perubahan iklim. Tantangan utama dalam budi daya padi saat ini adalah bagaimana meningkatkan produksi di tengah keterbatasan air. Mitigasi yang paling cepat untuk mengatasi hal tersebut adalah memilih benih yang mampu beradaptasi baik di berbagai kondisi lahan, baik lahan sawah maupun lahan kering. Padi yang memiliki potensi berproduksi tinggi pada lingkungan sawah dan lingkungan kering disebut sebagai padi amfibi. Terminologi amfibi digunakan untuk jenis padi dengan kemampuan tumbuh dan berproduksi baik di lingkungan kering dan basah. Penelitian mengenai morfologi dan fisiologi padi amfibi masih terbatas. Pendekatan morfologi dan fisiologi digunakan untuk memahami lebih dalam identifikasi jenis padi yang dapat berproduksi stabil pada kondisi sawah maupun kondisi kering. Penelitian ini terdiri atas tiga tahap percobaan. Secara umum tujuan penelitian ini adalah untuk mengidentifikasi padi yang termasuk kedalam kelompok amfibi didasarkan pada karakter morfologi dan fisiologi. Percobaan pertama bertujuan untuk menganalisis renspon morfologi, fisiologi dan hasil beberapa varietas padi pada sistem sawah dan sistem kering serta identifikasi potensi varietas padi dengan hasil stabil pada dua sistem tersebut. Sepuluh varietas padi yang digunakan pada percobaan pertama yaitu padi sawah yang terdiri atas Inpari 32, Inpari 43, IPB 3S, Ciherang, Way Apo Buru, IR64, Intani 602 dan Mapan 05 serta padi gogo yang terdiri atas Inpago 10 dan IPB 9G. Percobaan menggunakan rancangan kelompok lengkap teracak satu faktor yaitu varietas padi. Dua lokasi percobaan yang digunakan adalah kondisi sawah (sistem sawah) dan kondisi kering (sistem kering). Varietas padi ditanam pada dua lokasi tersebut pada waktu bersamaan lalu dibandingkan respon morfologi dan fisiologinya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa tinggi tanaman dan rasio anakan produktif terhadap anakan total menurun pada sistem kering, umur berbunga dan umur panen pun lebih lambat dibanding penanaman sistem sawah. Panjang malai, jumlah gabah per malai dan hasil panen menurun pada sistem kering dibanding sistem sawah dan presentase gabah hampa meningkat pada sistem kering. IPB 9G, Inpago 10, IPB 3S, Inpari 32 dan Inpari 43 termasuk varietas agak toleran kekeringan dengan nilai indeks sensitivitas kekeringan (ISK) 0,69; 0,72; 0,71; 0,96; dan 1,00. Nilai koefisien stabilitas hasil padi (bi) yang stabil ditunjukkan oleh varietas IPB 3S, IPB 9G, Inpago 10, Inpari 32 dan Inpari 43 dengan nilai 0.67; 0,68; 0,71; 0,79; dan 0,94. IPB 3S, Inpago 10, IPB 9G Inpari 32 dan Inpari 43 diduga memiliki potensi berproduksi stabil pada kondisi tergenang dan kering. Identifikasi padi yang diduga amfibi pada percobaan ini menggunakan nilai stabilitas hasil padi di lahan sawah dan lahan kering sebagai indikator. Percobaan kedua bertujuan mengkaji renspon morfologi dan fisiologi padi amfibi pada sistem sawah dan kering yang ditambahkan dengan cekaman kekeringan pada fase reproduktif. Empat varietas padi dari percobaan pertama yaitu IPB 3S, IR 64, Inpago 10 dan IPB 9G ditanam menggunakan pot di rumah kaca. Rancangan yang digunakan adalah split plot dengan petak utama sistem sawah (T1), sistem sawah dengan cekaman kekeringan (T2), sistem kering (T3) dan sistem kering dengan cekaman kekeringan (T4), anak petaknya adalah varietas padi. Perlakuan cekaman kekeringan dilakukan saat tanaman berumur 55 hari setelah tanam (HST) dengan menghentikan pemberian air pada pertanaman sistem sawah dan sistem kering sampai tanaman mengalami penggulungan daun penuh. Hasil menunjukkan perlakuan cekaman kekeringan yang dilakukan menunjukkan penggulungan daun varietas padi dalam 8 hari. Perlakuan kekeringan pada sistem sawah maupun sistem kering belum menunjukkan perbedaan yang nyata pada karakter morfologi dan fisiologi padi. Perlakuan sistem kering berbeda nyata dengan sistem sawah. Hasil padi pada sistem kering lebih rendah dari sistem sawah. IPB 9G dan Inpago 10 menunjukkan tingkat penggulungan daun paling rendah selama perlakuan cekaman kekeringan. Hasil per pot dan panjang akar tertinggi pada semua kondisi perlakuan ditunjukkan oleh IPB 9G. Skor penggulungan daun dan panjang akar yang lebih tinggi pada IPB 9G digunakan untuk memperkuat indikator penciri padi amfibi. Percobaan ketiga bertujuan menyelidiki hubungan antara kandungan antioksidan pada daun seperti asam amino prolin, enzim APX (ascorbat peroxidase), enzim SOD (superoxide dismutase) dan peroksida lipid MDA (malondialdehid), dengan hasil padi yang stabil pada penanaman sistem sawah, sistem kering dan dengan cekaman kekeringan pada keduanya. Percobaan dilakukan dengan rancangan split plot menggunakan petak utama sama dengan percobaan kedua dan perlakuan cekaman kekeringan juga dilakukan pada saat tanaman padi berusia 55 HST. Anak petak yang digunakan Adalah dua varietas padi yaitu IPB 9G dan IR 64. Hasil menunjukkan kandungan prolin dan enzim SOD lebih tinggi didapatkan pada varietas IPB 9G pada sistem kering dengan cekaman kekeringan. Kandungan MDA lebih tinggi pada IR 64. IPB 9G memproduksi lebih banyak prolin dan enzim SOD untuk menekan kerusakan selama kekeringan sehingga kerusakan yang ditunjukkan oleh MDA lebih sedikit. Varietas IPB 9G menunjukkan lebih tinggi pada panjang malai, jumlah gabah per malai, bobot 100 butir gabah dan hasil per pot dibanding IR64. IR 64 lebih tinggi pada jumlah malai dan presentase gabah hampa. Korelasi tidak nyata terjadi antara hasil panen dan kandungan antioksidan. Namun, asam amino prolin berkorelasi negatif dengan MDA dan enzim SOD berkorelasi positif dengan enzim APX. Simpulan umum penelitian ini adalah morfologi dan fisiologi beberapa varietas padi memberikan renspon berbeda terhadap kekeringan. Secara umum padi amfibi memiliki ciri lebih tahan kering dengan indikator skor penggulungan daun yang lebih rendah dan akar yang lebih panjang dari jenis padi lainnya. Mekanisme adaptasi padi amfibi pada sistem sawah dan sistem kering diduga melibatkan asam amino prolin dan enzim SOD yang melindungi tanaman dari kerusakan akibat kekeringan.

Rice is a staple food for Indonesia and most of the world's population. Rice plants require much water throughout their life cycle to produce optimally. Climate change is a significant challenge to increasing rice productivity. Limited water is one of the main impacts of climate change. The main challenge in rice cultivation is increasing production amidst limited water. The fastest mitigation is by selecting seeds that can adapt well to various land conditions, including both paddy fields and dry land. Rice that has the potential for high production in paddy fields and dry environments is called amphibious rice. Amphibious is used for types of rice that can grow and produce well in dry and wet environments. Research on the morphology and physiology of amphibious rice is still limited. Morphological and physiological approaches are used to gain a deeper understanding of the identification of rice types that can produce stably in both paddy and dry conditions. The study consists of three experimental stages. In general, the study aims to identify the amphibious rice group based on morphological and physiological characteristics. The first experiment aimed to identify and analyze the morphological, physiological, and yield renspones of several rice varieties in the paddy field and dry land, and identify potential rice varieties with stable yields in the two systems. Ten rice varieties were used: lowland rice, including Inpari 32, Inpari 43, IPB 3S, Ciherang, Way Apo Buru, IR64, Intani 602, and Mapan 05; and upland rice, including Inpago 10 and IPB 9G. The experiment used a randomized complete block design with one factor, rice varieties. The two conditions of the experimental location were used, including paddy field conditions (paddy system) and dry conditions (dry system). The rice varieties were planted in the two locations simultaneously, then compared in terms of morphological and physiological characteristics. The results showed that plant height and the ratio of productive tillers to total tillers decreased in the dry system, and flowering age and harvesting age were later than in the paddy field system. Panicle length, number of grains per panicle, and yield decreased in the dry system compared to the paddy field system; the percentage of empty grains increased in the dry system. IPB 9G, Inpago 10, IPB 3S, Inpari 32, and Inpadi 43 are moderately drought-tolerant varieties with drought sensitivity index (DSI) values of 0,69, 0,72, 0,71, 0,96, and 1.00. The most stable rice yield stability values were shown by the IPB 3S, IPB 9G, Inpago 10, Inpari 32, and Inpari 43 varieties with values of 0,67, 0,68, 0,71, 0,79, and 0,94. IPB 3S, Inpago 10, IPB 9G, Inpari 32, and Inpari 43 are allegedly to have the potential for stable production in paddy systems and dry land. Identification of amphibious rice can use the stability of rice yields in paddy fields and dry lands as an indicator. The second experiment aimed to study rice's morphological and physiological renspones in rice fields and dry systems, with drought stress added during the reproductive stage. Four rice varieties from the first experiment, IPB 3S, IR 64, Inpago 10, and IPB 9G, were planted using pots in a greenhouse. The design used was a split plot with the main plots of the paddy field system (T1), paddy field system with drought stress (T2), dry system (T3), and dry system with drought stress (T4), while the subplots were rice varieties. Drought stress treatment was carried out when the plants were 55 days after planting (DAP) by stopping the provision of water to the paddy field and the dry system until the plants reached full leaf rolling. The results showed that the drought stress treatment for 8 days in the paddy field and dry systems did not show significant differences in the morphological and physiological characteristics. In contrast, the dry system differed significantly from the paddy field system. Yields in dry conditions were lower than in flooded field conditions. IPB 9G and Inpago 10 showed the lowest leaf rolling score during the drought stress treatment. IPB 9G showed the highest yield per pot and root length in all treatment conditions. The indicators of amphibious rice were strengthened by leaf rolling score and higher root length characters on IPB 9G. The third experiment aimed to investigate the relationship between antioxidants such as proline, lipid peroxide MDA (malondialdehyde), amino acid proline, APX enzyme (ascorbate peroxidase), and SOD enzyme (superoxide dismutase) with yield in the paddy field system, dry system, and drought treatment. The experiment was conducted with a split-plot design using subplots of two rice varieties, IPB 9G and IR 64. The main plot was the same as the second experiment, and drought stress treatment was carried out when the rice plants were 55 DAP. The results showed that the highest proline and SOD enzyme content was found in the IPB 9G, while MDA and APX enzymes in IR 64. IPB 9G produces more proline and SOD enzymes to suppress damage caused by drought so that it produces less MDA. IPB 9G showed higher panicle length, number of grains per panicle, weight of 100 grains of rice and yield per pot compared to IR64, where IR 64 had a higher number of panicles and a higher percentage of empty grains. There was no significant correlation between yield and antioxidant content. However, the amino acid proline was negatively correlated with MDA, while the SOD enzyme was positively correlated with the APX enzyme. This study concludes that the morphology and physiology of several rice varieties respond differently to drought. Amphibious rice is characterized by greater drought tolerance, with lower leaf rolling scores and longer roots than other rice varieties. The adaptation mechanisms of amphibious rice in both wet and dry systems are thought to involve the amino acid proline and the enzyme SOD, which protect the plant from drought damage.