2 tinjauan pustaka

 3 Hipotesis
1. Terdapat keterkaitan antara morfologi dan fisiologi tertentu dengan toleransi
terhadap kekeringan
2. Terdapat perbedaan respon galur - galur padi terhadap cekaman kekeringan
2 TINJAUAN PUSTAKA
Botani dan Morfologi Tanaman Padi
Tanaman padi diklasifikasikan ke dalam Divisio Spermatophyta, dengan
Sub divisio Angiospermae, termasuk ke dalam Kelas Monocotyledoneae, Ordo
adalah Poales, Famili adalah Graminae, Genus adalah Oryza Linn, dan
Speciesnya adalah Oryza sativa L (Vaughan 1989). Di Indonesia pada mulanya
tanaman padi diusahakan didaerah tanah kering dengan sistim ladang, akhirnya
orang berusaha memantapkan basil usahanya dengan cara mengairi daerah yang
curah hujannya kurang. Tanaman padi yang dapat tumbuh dengan baik di daerah
tropis ialah Indica, sedangkan Japonica banyak diusakan di daerah sub tropika
(Mahyuddin dan Hermanto 2001).
Padi (Oryza sativa L.) termasuk golongan tumbuhan Graminae dengan
batang yang tersusun dari beberapa ruas. Ruas-ruas ini merupakan bumbung
kosong yang ditutup oleh buku dan panjang ruasnya tidak sama. Ruas yang
terpendek berada di pangkal batang, ruas yang kedua dan seterusnya lebih panjang
dari ruas-ruas yang lebih bawah. Pada buku bagian bawah dari ruas, tumbuh daun
pelepah yang membalut ruas sampai buku bagian atas. Tepat pada buku bagian
atas ujung daun pelepah meperlihatkan percabangan dimana cabang yang
terpendek menjadi ligule (lidah) daun, dan bagian yang terpanjang dan terbesar
menjadi helaian daun. Daun pelepah itu menjadi ligule dan pada helaian daun
terdapat dua embel sebelah kiri dan kanan yang disebut auricular. Auricular dan
ligule yang kadang-kadang berwarna hijau dan ungu dapat digunakan sebagai alat
untuk mendeterminasi dan identifikasi suatu varietas (Siregar 1987). Daun
pelepah yang membalut ruas yang paling atas batang umumnya disebut daun
bendera. Tepat dimana daun pelepah teratas menjadi ligule dan daun bendera,
disitulah timbul ruas yang menjadi bulir padi. (De Datta 1981).
Bunga padi adalah bunga telanjang artinya mempunyai perhiasan bunga.
Berkelamin dua jenis dengan bakal buah yang diatas. Jumlah benang sari ada 6
buah, tangkai sarinya pendek dan tipis, kepala sari besar serta mempunyai dua
kandung serbuk. Putik mempunyai dua tangkai putik dengan dua buah kepala
putik yang berbentuk malai dengan warna pada umumnya putih atau ungu
(Hanum 2008). Pada dasar bunga terdapat ladicula (daun bunga yang telah
berubah bentuknya). Ladicula berfungsi mengatur dalam pembuahan palea, pada
waktu berbunga ia menghisap air dari bakal buah, sehingga mengembang.
Pengembangan ini mendorong lemma dan palea terpisah dan terbuka (Grist 1975).
Buah padi yang sehari-hari kita sebut biji padi atau bulir/gabah, sebenarnya
bukan biji melainkan buah padi yang tertutup oleh lemma dan palea. Lemma dan
4 palea serta bagian lain akan membentuk sekam atau kulit gabah, lemma selalu
lebih besar dari palea dan menutupi hampir 2/3 permukaan beras, sedangkan sisi
palea tepat bertemu pada bagian sisi lemma. Gabah terdiri atas biji yang
terbungkus sekam. Sekam terdiri atas gluma rudimenter dan sebagian dari tangkai
gabah (pedicel) (Badan Litbang 2009).
Batang padi tersusun dari rangkaian ruas–ruas dan diantara ruas yang satu
dengan ruas yang lainnya dipisahkan oleh satu buku. Ruas batang padi di
dalamnya berongga dan bentuknya bulat, dari atas ke bawah ruas buku itu
semakin pendek. Ruas yang terpendek terdapat di bagian bawah dari batang dan
ruas–ruas ini praktis tidak dapat dibedakan sebagai ruas–ruas yang berdiri sendiri.
(De Datta 1981; Yoshida 1981).
Tanaman padi membentuk rumpun dengan anakannya, biasanya anakan
akan tumbuh pada dasar batang. Pembentukan anakan akan terjadi secara
bersusun, yaitu: 1) anakan pertama (primer), anakan primer ini tumbuh di antara
dasar batang dan daun sekunder, sedangkan pada pangkal batang anakan primer
terbentuk perakaran. Anakan primer ini tetap melekat pada batang utama hingga
masa pertumbuhan berikutnya. Namun dalam mendapatkan zat makanan, anakan
tersebut tidak tergantung pada batang utama sebab memiliki perakaran sendiri. 2)
anakan kedua (sekunder), anakan ini tumbuh pada batang bawah anakan primer,
yaitu pada buku pertama dan juga membentuk perakaran sendiri. 3) anakan ketiga
(tersier), anakan tersier ini tumbuh pada buku pertama pada batang anakan
sekunder dengan bentuk yang serupa dengan anakan primer dan sekunder
(Yoshida 1981; Siregar 1987).
Peranan Air Bagi Tanaman
Air adalah salah satu komponen fisik yang sangat vital dan dibutuhkan
dalam jumlah besar untuk pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Sebanyak
85-90 % dari bobot segar sel-sel dan jaringan tanaman tinggi adalah air (Maynard
dan Orcott 1987). Gardner et al. (1991) menjelaskan fungsi air bagi tanaman yaitu
: (1) sebagai senyawa utama pembentuk protoplasma, (2) sebagai senyawa pelarut
bagi masuknya mineral-mineral dari larutan tanah ke tanaman dan sebagai pelarut
mineral nutrisi yang akan diangkut dari satu bagian sel ke bagian sel lain, (3)
sebagai media terjadinya reaksi-reaksi metabolik, (4) sebagai reaktan pada
sejumlah reaksi metabolisme seperti siklus asam trikarboksilat, (5) sebagai
penghasil hidrogen pada proses fotosintesis, (6) menjaga turgiditas sel dan
berperan sebagai tenaga mekanik dalam pembesaran sel, (7) mengatur mekanisme
gerakan tanaman seperti membuka dan menutupnya stomata, membuka dan
menutupnya bunga serta melipatnya daun-daun tanaman tertentu, (8) berperan
dalam perpanjangan sel, (9) sebagai bahan metabolisme dan produk akhir
respirasi, serta (10) digunakan dalam proses respirasi. Peran air yang sangat
penting tersebut menimbulkan konsekuensi bahwa langsung atau tidak langsung,
kekurangan air pada tanaman akan mempengaruhi semua proses metaboliknya
sehingga dapat menurunkan pertumbuhan tanaman.
Pada keadaan normal, tumbuhan membutuhkan keseimbangan potensial air
antara tanah-akar-daun-atmosfer. Keseimbangan ini berarti gradien potensial air
antara bagian-bagian tersebut yang memungkinkan tumbuhan untuk melakukan
transpor air dan hara dari akar ke daun. Air akan mengalir dari potensial air tinggi
5 ke potensial air rendah yang dipengaruhi oleh proses transpirasi (Taiz dan Zeiger
2002).
Proses transpirasi di daun terutama terjadi pada siang hari dan dipengaruhi
oleh cahaya matahari. Ketika terjadi proses transpirasi pada tumbuhan, maka
tekanan turgor akan mengalami penurunan. Penurunan ini menyebabkan potensial
air di daun lebih rendah daripada di akar, sehingga akan mempermudah aliran air
di xilem dari akar sampai daun. Peningkatan aliran air ini dibutuhkan untuk
tumbuhan sel tanaman. Aliran air ke sel akan mengakibatkan perbesaran dan
pemanjangan sel, sehingga sel dapat tumbuh (Kramer dan Boyer 1995). Setiap
tanaman harus dapat menyeimbangkan antara proses kehilangan air dan proses
penyerapannya, bila proses kehilangan air tidak diimbangi dengan penyerapan
melalui akar maka akan terjadi kekurangan air didalam sel tanaman yang dapat
menyebabkan berbagai kerusakan pada banyak proses dalam sel tanaman (Taiz
dan Zeiger 2002).
Menurut Adisarwanto (2005) jumlah air yang dibutuhkan tanaman untuk
pertumbuhannya berbeda-beda pada tiap jenis tanaman. Menurut Yoshida (1981)
tanaman padi membutuhkan air sebanyak 180-300 mm/bulan agar berproduksi
dengan baik, bila kebutuhan ini tidak terpenuhi maka proses pertumbuhan dan
perkembangan tanaman akan terganggu.
Kelembaban Tanah
Kelembaban tanah merupakan air yang terikat secara adsorbtif pada
permukaan butir-butir tanah. Penyerapan air oleh perakaran tanaman tergantung
pada persediaan kelembaban air dalam tanah (Dwidjoseputro 1985). Penurunan
kelembaban tanah menyebabkan penurunan gerakan air dari sistem tanah ke
tanaman dan atmosfir. Fenomena tersebut disebut fungsi reduksi (Van Genuchten
1987; Homaee 1999 dalam Sulistyono dan Yanuar 2007) yaitu semakin besar
penurunan kelembaban tanah menyebabkan evapotranspirasi semakin besar.
Selama interval irigasi, evapotranspirasi mengurangi potensial osmotik dan matrik
dari larutan tanah, akibatnya akan menurunkan absorbsi air oleh akar. Kedua
faktor tersebut berubah dengan waktu dan tingkat cekaman tergantung dari
ketahanan tanaman (Shalhevert 1994 dalam Sulistyono dan Yanuar 2007).
Interval pemberian air sangat berpengaruh terhadap kelembaban tanah, baik untuk
setiap jenis tanaman maupun fase pertumbuhannya, apabila air diberikan setiap
hari, kelembaban tanah masih diatas 30 % volume, sehingga pemberian air
tersebut tidak efisien. (Kurnia et al. 2002).
Dalam tanah, air berada di dalam ruang pori di antara padatan tanah. Jika
tanah dalam keadaaan jenuh air, semua ruang pori akan terisi oleh air. Jumlah air
yang disimpan dalam tanah merupakan jumlah air maksimum disebut kapasitas
penyimpanan air maksimum (Kurnia et al. 2002). Nilai kapasitas simpan ini
tergantung pada jenis tanah dan zona perakaran. Kadar air tersedia berbeda-beda
untuk setiap tekstur tanah. Tanah yang bertekstur pasir mempunyai luas
permukaan yang kecil sehingga sulit menyerap atau menahan air dan unsur hara,
sedangkan tanah yang bertekstur liat mempunyai luas permukaan yang besar
sehingga kemampuan tanah untuk menahan air dan menyediakan unsur hara
tinggi (Hamim 2007).
6 Kapasitas lapang adalah keadaan tanah yang cukup lembab yang
menunjukan air terbanyak yang dapat ditahan oleh tanah terhadap gaya tarik
gravitasi. Air yang dapat ditahan oleh tanah tersebut terus menerus diserap oleh
akar tanaman atau menguap sehingga tanah makin lama makin mengering, saat
akar tanaman tidak mampu lagi menyerap air tersebut sehingga tanaman menjadi
layu (titik layu permanen) (Dwidjoseputro 1985).
Kandungan air tanah antara kapasitas lapang dan titik layu permanen
disebut total air tanah tersedia TAW (Total Available Water). Titik kritis adalah
batas minimum air tersedia yang dipertahankan agar tidak habis mengering
diserap tanaman hingga mencapai titik layu permanen. Titik kritis ini berbeda
untuk berbagai jenis tanaman, tanah, iklim serta diperoleh berdasarkan penelitian
di lapangan (Lakitan 2000). Kandungan air antara kapasitas lapang dan titik kritis
disebut RAW (Readily Available Water). Perbandingan antara RAW dengan total
air tanah yang tersedia dipengaruhi oleh iklim, evapotranspirasi, tanah, jenis
tanaman dan tingkat pertumbuhan tanaman (Allen et al. 1998). Evapotranspirasi
adalah kombinasi dari dua proses yaitu proses kehilangan air pada permukaan
tanah disebut evaporasi dan proses kehilangan air dari tanaman Selama air
tersedia, evapotranspirasi akan berlangsung pada laju maksimum yang mungkin
dan hanya tergantung pada jumlah energi yang tersedia (Allen et al. 1998).
Respon Tanaman terhadap Cekaman Kekeringan
Cekaman kekeringan merupakan faktor lingkungan yang menyebabkan air
tidak tersedia bagi tanaman, yang dapat disebabkan antara lain oleh tidak
tersedianya air di daerah perakaran tanaman dan permintaan air yang besar di
daerah daun dimana laju evapotranspirasi melebihi laju absorbsi air oleh akar
tanaman (Hamim 2004; Jaleel et al. 2009).
Dalam menghadapi cekaman kekeringan, tanaman umumnya melakukan
respon dan modifikasi baik bersifat morfologis maupun fisiologis. Secara
morfologis, beberapa respon tanaman dalam menghadapi cekaman kekeringan
antara lain : penurunan laju pertumbuhan daun, pembentukan lapisan lilin pada
epidermis daun, mempercepat penuaan daun, dan peningkatan kerapatan rambut
daun (Banziger et al. 2000; Hamim 2007). Secara fisiologis, yaitu penutupan
stomata daun, penyesuaian tekanan osmotik, akumulasi asam amino prolin
(Hamim 2007). Respon tanaman padi terhadap cekaman kekeringan tergantung
pada tingkat, waktu kekeringan, fase tumbuh, organ tanaman dan genotipe.
Tingkat cekaman kekeringan berkaitan dengan nilai potensial air tanah, yang
berkaitan erat dengan fase tumbuh tanaman padi (Yu et al. 2008).
Menurut Morgan (1984) tipe cekaman kekeringan sangat beragam mulai
dari radiasi matahari yang diterima tanaman cukup tinggi sampai pada lahan
bermasalah yang mengalami defisit air, dan kelembaban udara sangat rendah di
lingkungan yang kering. Kekurangan air secara internal pada tanaman berakibat
langsung pada penurunan pembelahan dan pembesaran sel.
Periode kekeringan pada fase tumbuh yang berbeda akan menunjukkan
respon yang berbeda. Menurut Lafitte (2003) fase pembungaan adalah fase yang
sangat sensitif terhadap kekeringan, diikuti dengan fase gametogenesis (booting)
dan pengisian bulir, sementara menurut Wopereis et al. (1996) bahwa stres
7 kekeringan pada awal fase vegetatif berpengaruh langsung pada penundaan
pembungaan dan pematangan, dan kekeringan pada fase reproduktif menyebabkan
penurunan hasil terutama karena penurunan bobot gabah dan peningkatan
persentasi gabah hampa.
Cekaman kekeringan dapat menghambat pertumbuhan tanaman.
Penghambatan pertumbuhan ini salah satunya dapat dilihat pada perluasan daun.
Penurunan luas daun merupakan respon pertama tanaman terhadap kekeringan.
Keterbatasan air akan menghambat perpanjangan sel yang secara perlahan akan
menghambat pertumbuhan luas daun. Luas daun yang kecil mengakibatkan
rendahnya transpirasi, sehingga menurunkan laju suplai air dari akar ke daun. Jika
kondisi ini dibiarkan terus menerus, lama kelamaan akan terjadi absisi daun (Taiz
and Zeiger 2002).
Tumbuhan dapat tumbuh dan berkembang dengan baik salah satunya
ditentukan oleh besarnya potensial air. Potensial air (Ψw) merupakan sistem yang
menggambarkan tingkah laku air dan pergerakan air dalam tanah dan tubuh
tumbuhan yang didasarkan atas suatu hubungan energi potensial dengan satuan
ukur bar atau pascal/pa. Potensial air tanah berhubungan langsung dengan
kapasitas lapangan dan titik layu permanen. Energi potensial air tanah (Ψtanah)
pada kapasitas lapang yaitu -0.1 sampai -0.3 bar, sedangkan (Ψtanah) pada titik layu
permanen berkisar -15 sampai -50 bar, tergantung dari tanaman. Adapun
pengertian dari kapasitas lapangan adalah air yang tersimpan dalam tanah yang
tidak dapat mengalir ke bawah karena gaya gravitasi, sedangkan titik layu
permanen yaitu kondisi air tercekam sehingga tanaman akan layu dan tidak akan
segar kembali (Gardner et al. 1991).
Air yang tersedia dalam tanah adalah selisih antara air yang terdapat pada
kapasitas lapang dan titik layu permanen. Diatas kapasitas lapang air akan
meresap ke bawah atau menggenang, sehingga tidak dapat dimanfaatkan oleh
tanaman. Di bawah titik layu permanen tanaman tidak mampu lagi menyerap air
karena daya adhesi air dengan butir tanah terlalu kuat dibandingkan dengan daya
serap tanaman. Cekaman kekeringan pada tanaman disebabkan oleh kekurangan
suplai air di daerah perakaran dan permintaan air yang berlebihan oleh daun
dalam kondisi laju evapotranspirasi melebihi laju absorbsi air oleh akar tanaman.
Serapan air oleh akar tanaman dipengaruhi oleh laju transpirasi, sistem perakaran,
dan ketersediaan air tanah (Lakitan 1996; Shen et al. 2009).
Secara umum tanaman akan menunjukkan respon tertentu bila mengalami
cekaman kekeringan. Respon tanaman terhadap stres air sangat ditentukan oleh
tingkat stres yang dialami dan fase pertumbuhan tanaman saat mengalami
cekaman, bila tanaman dihadapkan pada kondisi kering terdapat dua macam
tanggapan yang dapat memperbaiki status air, yaitu (1) tanaman mengubah
distribusi asimilat baru untuk mendukung pertumbuhan akar dengan menekan
pertumbuhan tajuk, sehingga dapat meningkatkan kapasitas akar menyerap air
serta menghambat perluasan daun untuk mengurangi transpirasi; (2) tanaman akan
mengatur derajat pembukaan stomata untuk menghambat kehilangan air lewat
transpirasi (Mansfield dan Atkinson 1990; Lestari 2005).
Stomata berperan penting sebagai alat untuk adaptasi tanaman terhadap
cekaman kekeringan. Stomata berfungsi sebagai jalan keluar masuknya udara
maupun uap air, umumnya stomata akan membuka di siang hari untuk mengambil
karbondioksida (CO2) yang digunakan untuk proses fotosintesis, stomata akan
8 menutup pada malam hari saat karbondioksida tidak diperlukan. Ukuran stomata
berubah-ubah karena sel-sel penutup tersebut mengembang dan mengempis saat
air masuk atau keluar secara osmosis (Brodribb dan Holbrook 2003). Pergerakan
pori stomata disebabkan oleh perubahan pada volume sel penjaga yang diatur oleh
keluar masuknya ion K+ dan ion-ion lain ke sel penjaga selama proses pembukaan
dan penutupan stomata. (Moore et al. 1998, Hopkins 1999 dalam Anggraeni
2010).
Cekaman kekeringan menyebabkan tanaman mengalami penurunan laju
fotosintesis akibat penurunan konduktansi stomata (Morison dan Lawlor 1999;
Hamim 2004; Hamim 2005). Pada kondisi cekaman kekeringan, maka stomata
akan menutup sebagai upaya untuk menahan laju transpirasi (Lestari 2005).
Berkaitan dengan faktor tanaman, salah satu aspek fisiologi yang secara tidak
langsung mempengaruhi pertumbuhan dan daya hasil tanaman pada kondisi
cekaman kekeringan adalah kandungan klorofil tanaman. Klorofil merupakan
penyerap (absorber) energi radiasi matahari dan sebagai organel yang dapat
mengubah energi radiasi menjadi energi kimia (Daubenmire 1974 dalam
Elfarisma 2000). Klorofil merupakan faktor internal tanaman yang sangat
mempengaruhi efisiensi dan laju fotosintesis. Tanaman yang memiliki kandungan
klorofil tinggi akan sangat efisien dalam penggunaan energi radiasi matahari
untuk melaksanakan proses fotosintesis. Tanaman tersebut juga akan mampu
memanfaatkan energi matahari semaksimal mungkin (Lawlor 1987).
Klorofil merupakan molekul organik yang kompleks. Struktur dasar klorofil
a dan b adalah seperti porfirin, terdiri dari empat cincin pirol dengan atom Mg di
tengahnya. Rumus empiris klorofil a dan b adalah C55H72O5N4Mg dan
C55H70O6N4Mg. Perbedaan kedua rumus tersebut terletak pada cincin ketiga,
dimana pada posisi tersebut klorofil a memiliki satu gugus metil (-CH3)
sedangkan klorofil b memiliki gugus aldehid (-CHO) (Moher dan Schopfer 1995).
Respon tanaman terhadap kekeringan berkaitan dengan akumulasi asam
amino prolin. prolin merupakan senyawa yang umum diakumulasi berbagai jenis
tanaman yang mengalami cekaman kekeringan (Hamim 2004), pada beberapa
spesies tanaman seperti Amaranthus edulis, hal tersebut tidak terjadi (Hamim
2003). Kandungan prolin yang tinggi pada umumnya berbanding lurus dengan
tingkat cekaman kekeringan yang ditunjukkan oleh penurunan potensial air
(Iannucci et al. 2002). Oleh karena hal tersebut, besarnya kandungan prolin
diduga menunjukkan bahwa tanaman telah mengalami kekeringan yang sangat
berat (Hamim 2003).
Mekanisme Tanaman terhadap Cekaman Kekeringan
Setiap tumbuhan memiliki mekanisme yang berbeda dalam menangggapi
kondisi lingkungan yang tidak optimal, untuk mempelajari mekanisme tersebut
diperlukan kajian fisiologi. Tanaman yang tahan kekeringan mengembangkan
sejumlah strategi yang berhubungan dengan proses fisiologi. Berdasarkan
kemampuan genetiknya, daya adaptasi tumbuhan terhadap cekaman lingkungan
berbeda-beda. Menurut Pugnaire et al. (1999), bergantung responnya terhadap
kekeringan, tanaman dapat diklasifikasikan menjadi (1) tanaman yang
menghindari kekeringan (drought avoiders) tanaman yang membatasi aktivitasnya
9 pada periode air tersedia antara lain dengan meningkatkan jumlah akar,
perkembangan daun menjadi lebih sempit dan mempunyai lapisan kutikula tebal
termasuk jumlah stomata pada epidermis bagian bawah, dan kemampuan stomata
menutup dengan cepat (Courtois dan Lafitte 1999). Arrandeau (1989) menyatakan
bahwa drought avoiders berkaitan dengan kemampuan tanaman mempertahankan
status air tanaman terutama potensial air daun tetap tinggi dengan cara menyerap
air lebih banyak atau menggunakan air yang lebih lambat sehingga air menjadi
lebih tersedia (2) tanaman yang mentoleransi kekeringan (drought tolerators)
tanaman yang mentoleransi kekeringan mencakup penundaan dehidrasi atau
mentoleransi dehidrasi, penundaan dehidrasi mencakup peningkatan sensitivitas
stomata
Salisbury dan Ross (1995) menyatakan bahwa pada kondisi potensial air
rendah mengakibatkan pembentukan klorofil terhambat, terjadi penutupan
Mekanisme menutup dan membukanya stomata tersebut merupakan bentuk
penyesuaian tanaman dalam mempertahankan kadar air (mencegah transpirasi
yang berlebih) pada kondisi stres air atau cekaman kekeringan, mekanisme
penutupan stomata tersebut tergantung dari tekanan turgor sel tanaman, atau
karena perubahan konsentrasi karbondioksida (CO2) (Lakitan 2000). Kadar air
relatif (KAR) daun merupakan parameter ketahanan tanaman menghadapi
cekaman kekeringan. Proses fotosintesis pada sebagian besar tanaman akan mulai
tertekan bila nilai kadar air relatif daun lebih rendah dari 70 persen, sehingga
tanaman memerlukan pengaturan dalam tubuhnya (Quilambo 2004).
Prolin merupakan asam amino bebas yang disintesis tanaman dalam
jaringan floem, akar dan biji (Simpson 2001). Kandungan prolin di dalam
jaringan juga meningkat seiring terjadinya cekaman. Pada kondisi cekaman
kekeringan, beberapa tanaman memiliki mekanisme adaptasi berupa kemampuan
untuk mensintesis senyawa osmoprotektan (Ronde et al. 2000). Peranan prolin
yaitu sebagai osmoregulator atau sebagai protektor enzim tertentu (Yoshiba et al.
1997) dan memproteksi denaturasi protein, dan menjaga kestabilan membran
fosfolipid. Oleh karena itu, kandungan prolin akan meningkat seiring dengan
lamanya cekaman (Wijana 2001; Ashri 2006).
Biosintesis prolin diawali dengan asam glutamat dan prosesnya melalui
intermediet Δ1-pyroline-5-carboxylic (P5CS). Tahapannya adalah gugus γ-caboxyl
pada asam glutamat direduksi ke dalam sebuah aldehid, tahapan ini diperlukan
ATP untuk transfer pospat dalam menghasilkan γ-glutamyl phoshate. Selanjutnya
dihasilkan glutamic-γ-semialdehyde dengan bantuan elektron donor seperti
NADH atau NADPH. Kedua tahapan reaksi tersebut dikatalis oleh enzim
komplek, kemudian melalui reaksi spontan glutamic-γ-semialdehyde diproses
lebih lanjut menjadi Δ1-pyroline-5-carboxylic dan tahapan akhir dihasilkan prolin
dengan bantuan NADH atau NADPH sebagai elektron donor. Enzim yang bekerja
dalam pembentukan prolin adalah Δ1-pyroline-5-carboxylic reduktase (Yoshida
et al. 1997).