Seleksi Plasma Nutfah Kedelai Toleran Kekeringan secara In Vitro dan Ex Vitro serta Karakterisasi Mekanisme Toleransinya terhadap Kekeringan

Widoretno, Wahyu and Indriyani, Serafinah and Mastuti, Retno (2007) Seleksi Plasma Nutfah Kedelai Toleran Kekeringan secara In Vitro dan Ex Vitro serta Karakterisasi Mekanisme Toleransinya terhadap Kekeringan. Project Report. Fakultas MIPA - Universitas Brawijaya, Malang. (Unpublished)

Abstract

Stres kekeringan merupakan salah satu faktor lingkungan yang membatasi produksi kedelai. Tanaman mengembangkan mekanisme morfologi, fisiologi dan biokimia yang berbeda untuk mengatasi stress kekeringan. Kemampuan bertahan hidup di dalam kondisi stress tergantung pada kemampuan tanaman untuk menerima stimulus, menghasilkan dan meneruskan sinyal dan menginisiasi berbagai macam perubahan fisiologis dan biokimia. Akumulasi prolin dan gula pada tanaman tinggi merupakan respon fisiologis terhadap stress kekeringan. Prolin dan gula dianggap memegang peran penting dalam mekanisme pertahanan sel yang mengalami stress kekeringan. Stres kekeringan tidak hanya menginduksi akumulasi prolin dan gula, tetapi juga dapat menyebabkan peningkatan produksi reactive oxygen species (ROS) yang dapat menyebabkan kerusakan pada lipid membran, protein dan asam nukleat yang dapat dapat menyebabkan kematian sel. Tanaman mengembangkan mekanisme proteksi enzimatis yang dapat memulung (scavenge) ROS dan mencegah pengaruh merusak dari radikal bebas. Enzim antioksidan seperti superoksid dismutase (SOD), katalase (CAT) dan peroksidase (POX) merupakan enzim yang berperan penting dalam memulung ROS. Berdasarkan permasalahan di atas, tujuan dari penelitian hibah bersaing pada tahun ke tiga ini adalah: (1) mengamati pengaruh stress kekeringan pada fase pertumbuhan vegetatif kedelai pada kandungan prolin dan gula total terlarut serta aktivitas enzim antioksidan (SOD, CAT dan POX), (2) mempelajari perubahan aktivitas enzim oksidatif pada kecambah kedelai yang mengalami stress kekeringan, (3) mengamati apakah aktivitas enzim antioksidan tertentu merupakan indikator untuk toleransi kekeringan dari tanaman kedelai. Studi ini juga dapat memberikan informasi yang bermanfaat terhadap pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme toleransi kekeringan. Pemahaman tentang mekanisme toleransi terhadap cekaman kekeringan akan dapat membantu program pemuliaan kedelai untuk toleransi terhadap cekaman kekeringan. Karakterisasi mekanisme untuk toleransi terhadap stres kekeringan dilakukan dengan analisis karakter fisiologis (prolin dan gula total terlarut) dan biokimia (aktivitas SOD, CAT dan POX). Analisis fisiologis (prolin dan gula total terlarut) dan biokimia (aktifitas SOD, katalase dan peroksidase) untuk toleransi terhadap cekaman kekeringan akan dilakukan pada populasi tanaman kedelai yang ditanam dalam kondisi stres PEG dan non-stres PEG pada fase perkecambahan atau fase vegetatif. Analisis dilakukan pada genotipe kelompok toleran dan peka kekeringan. Analisis dilakukan menggunakan berbagai metode standar untuk melakukan analisis terhadap berbagai karakter fisiologis dan biokimia tanaman. Penurunan potensial air pada fase pertumbuhan vegetatif kedelai mampu meningkatkan akumulasi prolin dan gula total terlarut. Peningkatan akumulasi prolin dan gula total terlarut dalam kondisi stres kekeringan bervariasi diantara genotip kedelai yang diuji. Akumulasi prolin dapat digunakan sebagai indikator toleransi kekeringan, sedangkan peningkatan akumulasi gula total terlarut dalam kondisi stres kekeringan tidak berkorelasi dengan tingkat toleransi varietas kedelai terhadap stres kekeringan. Varietas toleran mengalami peningkatan akumulasi prolin lebih tinggi dengan kecenderungan memiliki pola yang teratur, dibandingkan dengan varietas peka. Penurunan potensial air selama fase pertumbuhan vegetatif kedelai juga menyebabkan perubahan aktivitas enzim SOD dan POX pada jaringan daun dan akar. Perubahan aktifitas SOD dan POX di bawah kondisi stres kekeringan sangat dipengaruhi oleh varietas kedelai yang diuji dan besarnya penurunan potensial air. Perubahan aktivitas SOD dan POX pada jaringan daun di bawah kondisi stres kekeringan berkorelasi dengan tingkat toleransi varietas terhadap stres kekeringan. Penurunan potensial air menyebabkan peningkatan aktifitas SOD pada jaringan daun dari varietas toleran Dieng dan Tidar tetapi menurunkan aktifitas SOD pada varietas peka. Sebaliknya penurunan potensial air menurunkan aktivitas POX pada jaringan daun dari verietas toleran dan meningkatkan aktivitas POX pada varietas peka. Perubahan aktifitas SOD, CAT dan POX di bawah kondisi stres kekeringan pada fase perkecambahan juga dipengaruhi oleh varietas kedelai yang diuji dan besarnya penurunan potensial air. Pada potensial -0,67 Mps, penurunan aktivitas SOD pada jaringan daun dan aktivitas peroksidase pada jaringan akar dari varietas toleran lebih rendah dibandingkan dengan varietas peka. Sedangkan aktivitas CAT pada jaringan hipokotil dan akar antara varietas toleran dan peka tidak menunjukkan pola yang jelas.

English Abstract

Drought stress is one of the most important environmental factors limiting soybean production. Plant have developed different morphological, physiological and biochemical mechanism to withstand drought stress. Survival under this stressful condition depends on the plant's ability to perceive the stimulus, generate and transmit the signals, and initiate various physiological and chemical changes. Proline and sugar accumulation in higher plants is a characteristic physiological response to drought stress. Proline is considered to play an important role in defense mechanisms of stressed cells. Drought stress not only induces accumulation of ABA, proline and sugar, but it also causes an enhancement in the generation of reactive oxygen species (ROS) which may cause damage to membrane lipids, proteins and nucleic acids, leading to the death of the cells Plants have evolved enzymatic protection mechanisms that efficiently scavenge ROS and prevent damaging effects of free radicals. Antioxidant enzymes such as superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and peroxidase (POX) are involved in the scavenging of ROS. The ability to adjust their antioxidant systems to changing ROS concentrations may be vital to all species under stress conditions. Based on the reasons, the objectives in the third years of Penelitian Hibah Bersaing were (1) to observe the effects of drought stress at vegetative stage of soybean on proline and soluble sugar total contents and antioxidant enzyme activities, (2) to study the change in antioxidative enzyme activities in drought-stressed seedling of soybean (3) to investigate whether the activity of certain antioxidant enzymes was indicative of the drought tolerance of soybean plants. The study also may provide useful information for better understanding the mechanism of drought tolerance. Understanding of mechanism for drought stress tolerance will support breeding program for drought stress tolerance in soybean. Characterization of the mechanism for drought stress tolerance was conducted by analysis of physiological (proline and soluble total sugar) and biochemical characters (activities of SOD, CAT and POX) of plant. Analysis of proline, soluble total sugar, and activities of SOD, CAT and POX were conducted on stressed and non-stresed plants at germination or vegetative stages. The analysis will be done on tolerant and sensitive varieties. The proline and soluble total sugar and the activities of antioxidant enzymes were measured by standart methods to analyze for physiological and biochemical characters. Drought stress or decreasing water potensial at vegetative stage of soybean increased proline and soluble total sugar. Increasing the content of proline and soluble total sugar were varying among tested soybean genotypes. Accumulation of proline could be used as an indicator for drought stress tolerance of soybean. The accumulation of proline on tolerant genotypes was higher than sensitive ones and had regular pattern. While the accumulation of soluble total sugar of soybean under drought stress condition could not be used as an indicator for drought stress tolerance of soybean. Decreasing of water potential during soybean vegetative phase caused change of SOD and POX activities on leave and root tissues. The change of SOD and POX under drought stress condition depends on tested varieties and level of water potential decreasing. There were correlations between the change of SOD and POX activities on leave tissues and variety tolerance level to drought stress. Decreasing of water potential could raise SOD activity on Dieng and Tidar tolerant varieties; however it reduced that enzyme activity on sensitive variety. In other hand, POX activity on leave tissues of tolerant variety decreased as lower potential water, but increased on sensitive variety. The change of SOD, CAT and POX under drought stress condition at germination stage was influenced by kind of tested varieties and level of water potential. Water potential at -0,67 Mpa reduced SOD activity on leave tissues and POX activity on root tissues from tolerant varieties less than sensitive varieties. However, there were no CAT activity pattern significantly on hypocotyls and root tissues between tolerant and sensitive varieties.

Item Type:	Monograph (Project Report)
Identification Number:	PEN/633.34/WID/s/2007/020800492
Subjects:	600 Technology (Applied sciences) > 633 Field and plantation crops > 633.3 Legumes, forage crops other than grasses and legumes > 633.34 Soybeans
Divisions:	Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam > Biologi
Depositing User:	soegeng sugeng
Date Deposited:	17 Sep 2018 01:46
Last Modified:	17 Jun 2022 02:04
URI:	http://repository.ub.ac.id/id/eprint/12030

Text 020800492-OK.pdf Download (13MB)

Actions (login required)

View Item