Kultur In vitro Kalus dengan Perlakuan Chromium terhadap Tingkat Embriogenesis dan Respon Gen Enzim Antioksidan pada Tanaman Padi (Oryza sativa L.)

Abstract

Padi lokal Indonesia merupakan plasma nutfah yang diduga memiliki tingkat toleransi tinggi terhadap berbagai cekaman. Plasma nutfah yang ditanam selama beribu-ribu tahun dapat beradaptasi pada lingkungan yang terkena berbagai cekaman. Cekaman lingkungan yang masif terjadi yaitu adanya industrialisasi yang melepaskan berbagai senyawa logam aktif. Senyawa logam aktif tersebut dapat mencemari lingkungan persawahan. Salah satu senyawa logam aktif adanya industrialisasi yaitu chromium (Cr). Cr memiliki efek fitotoksik pada tanaman dengan menghambat pertumbuhan dan perkembangan tanaman hingga menyebabkan kebocoran elektrolit sel yang disebabkan oleh produksi Reactive Oxygen Species (ROS) yang berlebihan. Sel memproduksi ROS dalam jumlah normal sebagai produk samping selama metabolisme aerobik berlangsung. Ketika terkena cekaman abiotik seperti logam berat, sel memproduksi ROS dalam jumlah banyak yang berakibat pada kerusakan hingga kematian sel. Tanaman padi lokal Indonesia diteliti dengan dua metode secara in vivo dan in vitro. Metode in vivo dilakukan sebagai kajian pendahuluan untuk melihat respon perkecambahan benih padi terhadap cekaman Cr. Metode in vitro dilakukan dengan melihat respon tanaman pada tingkat seluler dengan membentuk kalus pada media induksi dan diregenerasikan pada media regenerasi hingga menghasilkan planlet. Kalus yang tahan terhadap cekaman Cr dapat tumbuh dan berkembang sampai menjadi planlet. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh cekaman Cr pada tingkat embriogenesis dan respon gen enzim antioksidan serta gen metabolit terhadap kalus padi lokal Indonesia. Kajian pendahuluan pada metode in vivo dilakukan dengan merendam 10 varietas benih padi dengan tanpa perlakuan (kontrol) dan perlakuan 100 μM Potassium Dichromate (K2Cr2O7). Setelah 7 hari berkecambah diperoleh benih pada perlakuan kontrol tumbuh dan berkembang dengan baik, radikula berwarna putih dan panjang, plumula berwarna hijau dan panjang. Berbeda dengan benih yang dikecambahkan pada perlakuan Cr, didapatkan radikula pendek dan berwarna kecoklatan, plumula hijau kekuningan dengan ukuran lebih pendek dibandingkan perlakuan kontrol. Hal ini membuktikan bahwa Cr menghambat perkecambahan tanaman terutama pada bagian akar karena Cr terakumulasi pada akar tanaman. Pengaruh cekaman Cr dilihat secara detil pada tingkat seluler dengan metode in vitro. Metode in vitro dimulai dengan menginduksi kalus pada media N6 dengan penambahan hormon 2,4-D 2 ppm sehingga diperoleh kalus yang berumur 2 MST. Kalus 2 MST dipindahkan pada media MS dengan penambahan hormon NAA 0,02 ppm dan kinetin 2 ppm. Kalus yang berumur 2 MST diamati tingkat embriogenesisnya menggunakan pewarnaan ganda sitokimia sel dengan senyawa Acetocarmine dan Evans Blue. Kalus yang tahan terhadap cekaman Cr menyerap Acetocarmine lebih banyak daripada Evans Blue. Varietas dengan persentase Acetocarmine lebih tinggi pada perlakuan Cr yaitu varietas pucuk, padi koran, pontianak, mendalet, menta, widas, dan cisadane. Regenerasi kalus 2 MST diamati dengan menghitung persentase green spot dan browning pada kalus. Green spot menjadi tolak ukur tanaman beregenerasi karena nantinya akan tumbuh menjadi tunas. Kalus yang tahan terhadap cekaman Cr dicirikan kalus embriogenik dengan persentase green spot tinggi, kalus melewati tahapan regenerasi yang terdiri atas fase globular; skutelar, koleoptilar, kalus tumbuh dan berkembang hingga menjadi planlet. Varietas dengan ciri tahan terhadap cekaman Cr yaitu pucuk. Sedangkan varietas widas merupakan varietas yang tidak tahan dicirikan dengan kalus tidak beregenerasi dan mengalami browning pada perlakuan Cr. Gen pengkode sifat ketahanan yaitu gen enzim antioksidan (Mn SOD, Cu/ZnSOD, Cytosolic APX, CAT, GPOD, OsAPX1, OsCATA) dan metabolit (GABA-T, P5CS) diekspresikan pada varietas yang tahan. Hasil yang diperoleh yaitu beberapa gen terkespresi aktif kecuali pada gen CAT dan gen OsCATA. Persentase band dikalkulasi menggunakan aplikasi ImageJ dan diperoleh hasil persentase ketebalan band pada perlakuan Cr lebih rendah dibandingkan kontrol yang menandakan bahwa Cr tidak berpengaruh pada aktivasi enzim antioksidan.