inovasi pertanian tahan kekeringan dengan insersi gen tanaman c4

INOVASI PERTANIAN TAHAN KEKERINGAN DENGAN INSERSI GEN TANAMAN C4 KE DALAM TANAMAN
C3 SEBAGAI SOLUSI PERMASALAHAN KETERSEDIAAN PANGAN DI INDONESIA
Moh. Mualliful Ilmi
[email protected]
Undergraduate Student of Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
Kebutuhan bahan pangan terutama beras akan terus meningkat sejalan dengan pertambahan jumlah
penduduk dan peningkatan konsumsi perkapita akibat peningkatan pendapatan. Indonesia merupakan
salah satu negara di dunia yang memiliki kebutuhan yang tinggi terhadap beras. Bahkan Indonesia
memiliki konsumsi beras per kapita terbesar di dunia. Setiap orang Indonesia mengkonsumsi sekitar 140
kilogram beras per tahun.
Kebutuhan beras yang tinggi menjadikan Indonesia sebagai Negara improtir beras, padahal menjadi
produsen beras terbesar ketiga di dunia, setelah Cina dan India. Sehingga untuk mengurangi impor,
seringkali dilakukan berbagai upaya dilakukan untuk mencapai swasembada beras.
Para petani kecil mengkontribusikan sekitar 90% dari produksi total beras di Indonesia, setiap petani itu
memiliki lahan rata-rata kurang dari 0,8 hektar.
Produksi beras (Juta Ton)
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
60.3
64.4
66.4
65.4
69.1
71.3
70.9
75.0
Tabel 1. Produksi Beras Indonesia
Sumber: FAO dan Kementerian Pertanian
Salah satu hal yang menghambat upaya swasembada adalah kekeringan khsusunya pada saat terjadi
Elnino. Pada table 1, Produksi pada tahun 2015 adalah Angka Ramalan 1 (Aram I) BPS yang
memperkirakan produksi padi naik 5,85 persen atau 4,15 juta ton menjadi 74,99 juta ton Gabah Kering
Giling (GKG) dibanding tahun lalu sebesar 70,85 juta ton GKG. Ternyata pada Aram II BPS
memperkirakan produksi padi sebanyak 75,55 juta ton GKG sehingga terjadi penurunan 560 ribu ton
GKG.
Penurunan Target perkiraan produksi yang dilakukan oleh BPS dikarenakan terjadinya El nino pada Bulan
Agustus hingga Oktober 2015, Pengaruh El nino secara statistik dihitung oleh Bambang Irawan sebagai
deviasi produktivitas. pada kejadian El nino, deviasi produktivitas padi menjadi semakin besar yaitu 0.23% pada kondisi normal dan -0.73% pada El nino. (Irawan, 2015). Deviasi tersebut terjadi dikarenakan
turunnya pasokan air terutama pada saat El nino pada musim kemarau.
Problem terbesar pada lingkugan atau cuaca kering adalah ketersediaan air, sehingga resistensi tanaman
padi sangat menentukan deviasi produktivitasnya. Berbeda dengan padi, tanaman jagung memiliki
memiliki Deviasi yang lebih kecil, dikarenakan tanaman jagung lebih resisten terhadap lingkungan
kering.
Variabel
Kondisi Iklim
Padi
Normal
-0,22
Elnino
-0,73
Elnino
-0,50
Deviasi produktivitas
Dampak produktivitas
Tabel 2. Pengaruh Iklim terhadap deviasi produktivitas padi
Sumber : Bambang Irawan
Tanaman padi memiliki resistensi kecil terhadap lingkungan yang kering dan panas, hal tersebut karena
padi merupakan tanaman jenis C3. selain melakukan kegiatan fotosintesis, tanaman C3 juga melakukan
fotorespirasi. Fotorespirasi merupakan proses perombakan komponen organik menjadi energi yang
dibutuhkan untuk proses pertumbuhan dan perkembangan tanaman.
Secara umum fotosintesis terjadi melalui 2 tahap reaksi, yaitu : Reaksi terang dan reaksi gelap, pada
reaksi terang, terjadi proses konversi energi cahaya menjadi energi kimia dan menghasilkan oksigen
(O2), sedangkan pada Reaksi gelap terjadi seri reaksi siklik yang membentuk gula dari bahan dasar CO2
dan energi (ATP dan NADPH) dengan bantuan enzim Rubisco (pada tanaman C3). Energi yang digunakan
dalam reaksi gelap ini diperoleh dari reaksi terang.. Dalam reaksi gelap terjadi Siklus Calvin yang
membentuk senyawa antara. 3PGA.
Tanaman C3 mempunyai efisiensi fotosintesis yang rendah karena enzim Rubisco mempunyai peran
ganda, yaitu untuk pengikatan CO2, dan pengaktifan oksigenase dalam Fotorespirasi. Karena memiliki
peran ganda, rubisco terkadang memberikan efek yang buruk. Hal tersebut terjadi pada saat cuaca
panas dan kering, dimana tanaman C3 menghasilkan gula lebih sedikit dikarenakan terbatasnya CO2.
Sehingga Rubisco menangkap O2 dan O2 menggantikan CO2 memasuki siklus calvin dan dihasilkan
produk dua karbon (CO2), proses ini dinamakan foto respirasi. Proses ini membutuhkan ATP, padahal
seharusnya proses yang melibatkan siklus calvin menghasilkan ATP. sehingga efisiensi fotosintesis
rendah.
Berbeda dengan tanaman C3, Tanaman C4 memiliki karakteristik dan Keistimewaan tersendiri, Tanaman
C4 Mempunyai dua tipe sel fotosintesis, yaitu mesofil dan bundle-sheath, sehingga CO2 yang dihasilkan
dari siklus Calvin di Bundel Sheath ditangkap kembali dan dipergunakan di mesofil.
Tanaman C4 memiliki ketahanan pada lingkungan yang panas dan kering, berbeda dengan tranaman C3
yang hanya tahan pada lingkugan panas dan lembab. Selain itu, hal yang berbeda dari tanaman C4
adalah Fiksasi CO2 pada tanaman ini dilakukan oleh enzim PEPC memiliki afinitas terhadap CO2 lebih
tinggi dibandingkan pada tanaman C3, yaitu enzim Rubisco. Sehingga Tidak ada fotorespirasi yang
terukur dan proses fotosintesis sangat efisien. Salah satu contoh tanaman C4 adalah jagung. Oleh karena
itu, pada saat El nino Tanaman jagung memiliki Deviasi Produktivitas lebih kecil dari padi.
Perbedaan karakteristik Antara tanaman C3 dan C4 dapat menjadi jalan keluar untuk meningkatan
efisiensi fotosintesis tanaman C3 yang dapat meningkatkan produktivitas padi khsusunya pada musim
kemarau, Karena Selama ini Penanganan masalah produksi padi belum mampu mengatasi masalah yang
kompleks dan juga tidak efisien (Kartaatmadja dan Fagi, 2000), selama ini usaha-usaha yang dilakukan
dalam meningkatkan produksi pangan masih tetap seperti waktu-waktu sebelumnya.
Jalan keluar tersebut dapat diperoleh dengan cara mengintroduksi gen-gen yang terlibat dalam
fotosintesis pada tanaman C4 yaitu PEPC (fiksasi CO2 + karboksilasi PEP — OAA), PEPCK (dekarboksilasi
OAA — PEP) dan PPDK (fosforilasi piruvat — PEP) ke dalam tanaman C3 yang memiliki enzim rubisco dan
reaksi gelap yang lebih pendek
Introduksi tersebut akan menjadikan tanaman C3 memiliki enzim PEP Karboksilasi yang lebih resisten
terhadap CO2 sehingga memiliki daya ikat yang tinggi dan menjadikan proses fotosintesis yang lebih
efisien, selain itu penyimpanan karbondioksida dapat dilakukan sehingga dapat menjadikan tanaman
lebih resisten terhadap lingkungan yang mengharuskan untuk menutup stomata dikarenakan harus
menghambat laju evaporasi.
Solusi ini relatif baru, karena selama ini solusi yang ada menitikberatkan pada pembuatan bibit yang
unggul yang sedikit tahan terhadap kekeringan, bukan pada akar masalah yakni pada proses fotosintesis
yang efisien. Selain itu, teknik ini dapat diterapkan pada tanaman padi jenis apapun, sehingga untuk
tanaman padi yang unggul dengan waktu tanam lebih pendek dan buah yang lebih besar dapat
ditingkatkan ketahanannya dengan teknik ini. Sehingga, melalui Introduksi gen tanaman C4 ke tanaman
C3 diharapkan dapat menyelesaikan permasalahan menyelesaikan permasalahan produksi padi di
Indonesia.
Daftar Pustaka
Campbell.2011.Biology. San Fransisco: Pearson Education
Irawan, Bambang. . Dampak El nino dan La nina Terhadap Produksi Padi dan Palawija. Kartaatmadja, S.
dan A. Fagi. 2000. Pengelolaan Tanaman Terpadu: Konsep dan Penerapan. Dalam. Makarim et al. (Eds).
Tonggak Kemajuan Teknologi Produksi Tanaman Pangan. Konsep dan Stategi Peningkatan Produksi
Pangan. Simposium Penelitian Tanaman Pangan IV. Bogor 22-24 November 1999.
Mariska , Prof. Riset Dr. Ika. Mekanisme Fisiologi Pertumbuhan dan Perkembangan Tanaman. Kuliah
Umum Senin, 20 Agustus 2012
Tawang, A.et.al.2003.Stabilization of Upland Agriculture under El-Nino Include Climatic Risk : Regional
and Farm Level Risk Management and Coping Mechanisms in the Kedah-Perlis Region, Malayse. United
Nations CGPRT Centre
Sasa J, Mulyadi.2000. Tonggak Kemajuan Teknologi Tanaman Pangan. Symposium penelitian pangan IV.
Bogor:Pusat penelitian dan Tanaman Pangan.
Suartha, I.G.D. 2002. Padi Hibrida Solusi Tepat dalam Menjawab Krisis Pangan Nasional. Majalah
Pertanian ABDI TANI. Vol.3/No.1. Edisi X.
Sumaryanto, B. Irawan.et. al.2011.Dampak perubahan Iklim terhadap Kerawanan Pangan Temporer.
Bogor : Pusat Sosial Ekonomi dan Kebijakan Pertanian