Rumah Tani – Tanaman padi (Oryza sativa L.) memiliki kemampuan adaptasi yang menarik ketika menghadapi genangan air. Meskipun air menjadi kebutuhan utama dalam budidaya padi, banjir yang menenggelamkan seluruh bagian tanaman justru dapat menghambat pertumbuhan, mengganggu proses respirasi, bahkan menyebabkan kematian tanaman.
Namun, sejumlah varietas padi memiliki mekanisme fisiologis khusus untuk menghadapi kondisi tersebut. Para peneliti menemukan dua strategi utama yang bekerja dengan mekanisme berbeda, yaitu quiescence strategy atau strategi bertahan dengan menekan pertumbuhan serta escape strategy atau strategi melarikan diri dengan mempercepat pemanjangan batang.
Kedua strategi tersebut memanfaatkan perubahan aktivitas hormon tanaman, terutama etilen dan giberelin (GA). Perbedaan respons hormon inilah yang menentukan apakah tanaman padi akan menghemat energi selama terendam atau justru mengalokasikan cadangan energinya untuk tumbuh lebih tinggi hingga mencapai permukaan air.
Penelitian mengenai kedua mekanisme tersebut memberikan dasar penting bagi pengembangan varietas padi tahan banjir. Melalui pemahaman terhadap gen SUB1A, SNORKEL1, dan SNORKEL2, pemulia tanaman dapat mengembangkan varietas yang sesuai dengan karakteristik genangan di wilayah pertanian.
Mengapa Tanaman Padi Mengalami Stres Ketika Terendam Banjir?
Masyarakat sering mengenal padi sebagai tanaman yang tumbuh di lingkungan berair. Akan tetapi, kemampuan tersebut tidak berarti semua varietas padi mampu bertahan ketika air menutupi seluruh bagian tanaman.
Genangan yang terlalu dalam menghambat pertukaran gas antara tanaman dan atmosfer. Air juga memperlambat perpindahan oksigen, karbon dioksida, dan etilen sehingga jaringan tanaman mengalami perubahan kondisi fisiologis.
Ketika air menenggelamkan daun dan batang, tanaman menerima oksigen dalam jumlah terbatas. Kondisi ini menyebabkan jaringan mengalami hipoksia, yaitu keadaan ketika ketersediaan oksigen berada di bawah kebutuhan normal sel.
Keterbatasan cahaya juga menghambat fotosintesis. Akibatnya, tanaman kesulitan menghasilkan energi dan harus memanfaatkan cadangan karbohidrat yang tersimpan dalam jaringan.
Selain itu, genangan memicu penumpukan hormon etilen. Hormon ini berperan sebagai sinyal yang membantu tanaman mengenali kondisi lingkungan di sekitarnya.
Pada varietas padi tertentu, peningkatan etilen mengaktifkan gen yang mengatur respons terhadap banjir. Aktivasi gen tersebut kemudian mengarahkan tanaman menuju salah satu dari dua strategi adaptasi.
1. Strategi Quiescence: Padi Menghemat Energi Selama Terendam
Quiescence strategy merupakan mekanisme adaptasi yang memungkinkan tanaman padi bertahan menghadapi banjir dengan membatasi pertumbuhan selama periode genangan.
Tanaman yang menggunakan strategi ini tidak berusaha memperpanjang batang untuk mencapai permukaan air. Sebaliknya, tanaman menekan pertumbuhan daun dan batang agar tidak menghabiskan cadangan energi secara berlebihan.
Para peneliti mengidentifikasi gen SUB1A-1 sebagai pengendali penting mekanisme tersebut. Gen ini termasuk kelompok Ethylene Response Factor (ERF) yang mengatur ekspresi berbagai gen ketika tanaman menghadapi tekanan lingkungan.
Lokus SUB1 berada pada kromosom 9 tanaman padi. Para peneliti mengidentifikasi sumber gen toleransi ini pada varietas lokal FR13A dari India.
Baca Juga : Indonesia Negara Agraris, Mengapa Masih Impor Beras? Ini Penyebabnya
Bagaimana Gen SUB1A-1 Mengatur Respons Tanaman?
Ketika banjir menenggelamkan tanaman secara menyeluruh, etilen mulai terakumulasi di dalam jaringan. Penumpukan tersebut terjadi karena tanaman meningkatkan produksi etilen sekaligus menghadapi hambatan pelepasan gas ke atmosfer.
Peningkatan etilen kemudian merangsang ekspresi gen SUB1A-1. Protein SUB1A-1 selanjutnya mengatur sejumlah proses molekuler yang menekan pertumbuhan tanaman.
Salah satu mekanisme utamanya melibatkan hormon giberelin.
Giberelin merupakan hormon tumbuhan yang membantu mengatur pemanjangan batang, pembelahan sel, perkecambahan, serta berbagai proses pertumbuhan lainnya.
Pada kondisi normal, giberelin mendorong pertumbuhan jaringan tanaman. Namun, selama tanaman mengalami genangan total, SUB1A-1 menekan respons jaringan terhadap hormon tersebut.
Protein SUB1A-1 meningkatkan kestabilan dua protein regulator, yaitu SLR1 (SLENDER RICE 1) dan SLRL1 (SLR1-LIKE 1). Kedua protein tersebut termasuk kelompok DELLA yang berfungsi menghambat sinyal giberelin.
Akibatnya, tanaman membatasi pemanjangan daun dan batang selama air masih menutupi seluruh bagian tanaman.
Penghematan Cadangan Karbohidrat
Pembatasan pertumbuhan memberikan keuntungan penting bagi tanaman, yaitu mengurangi penggunaan cadangan karbohidrat.
Tanaman padi menyimpan karbohidrat nonstruktural atau non-structural carbohydrates (NSC) dalam bentuk gula dan pati. Cadangan tersebut menjadi sumber energi ketika tanaman tidak mampu menghasilkan fotosintat secara optimal.
Tanaman yang menerapkan strategi quiescence menekan aktivitas penguraian pati sehingga cadangan energi tidak cepat habis.
Baca Juga : Beras SPHP Oplosan 600 Ton Terungkap, Amran Copot 8 Pejabat Bulog dan Bapanas
Meskipun demikian, sel tanaman tetap membutuhkan energi untuk mempertahankan aktivitas metabolisme dasar. Dalam kondisi oksigen terbatas, tanaman meningkatkan proses metabolisme anaerobik atau respirasi tanpa oksigen yang melibatkan enzim seperti alkohol dehidrogenase (ADH) dan piruvat dekarboksilase (PDC).
Mekanisme ini membantu tanaman mempertahankan fungsi sel selama periode terendam, meskipun proses tersebut menghasilkan energi jauh lebih sedikit dibandingkan respirasi aerobik.
Pemulihan Setelah Air Surut
Strategi penghematan energi memberikan keuntungan ketika banjir mulai surut.
Tanaman masih memiliki sebagian cadangan karbohidrat untuk mendukung pembentukan daun baru dan mengaktifkan kembali proses fotosintesis.
SUB1A-1 juga membantu tanaman mengendalikan dampak stres setelah genangan. Protein ini mengaktifkan sejumlah respons perlindungan yang membatasi kerusakan akibat spesies oksigen reaktif atau reactive oxygen species (ROS).
ROS dapat meningkat ketika jaringan tanaman kembali menerima oksigen setelah periode hipoksia. Jika tanaman tidak mampu mengendalikan peningkatan ROS, senyawa tersebut dapat merusak membran sel, protein, dan komponen penting lainnya.
SUB1A-1 turut membantu menekan penuaan daun atau senesens serta mendukung pemulihan fotosintesis setelah air surut.
Mekanisme ini menjelaskan mengapa varietas yang membawa gen SUB1A-1 memiliki peluang lebih besar untuk bertahan dan melanjutkan pertumbuhan setelah mengalami banjir singkat.
2. Strategi Escape: Padi Memperpanjang Batang untuk Mencapai Permukaan Air
Berbeda dengan strategi quiescence, escape strategy menggunakan pendekatan pertumbuhan cepat untuk menghadapi genangan yang terus meningkat.
Tanaman padi rawa dalam atau deepwater rice mengembangkan kemampuan memperpanjang batang agar daun bagian atas tetap berada di atas permukaan air.
Strategi ini sangat berguna pada ekosistem rawa dan daerah dataran rendah yang mengalami genangan dalam selama beberapa bulan.
Ketika permukaan air naik secara bertahap, tanaman merangsang pertumbuhan ruas batang atau internodus. Proses tersebut memungkinkan bagian tajuk tetap memperoleh akses terhadap udara dan cahaya.
Peran Gen SNORKEL1 dan SNORKEL2
Penelitian yang diterbitkan dalam jurnal Nature pada 2009 oleh Hattori dan rekan-rekannya berhasil mengidentifikasi dua gen penting dalam mekanisme tersebut, yaitu SNORKEL1 (SK1) dan SNORKEL2 (SK2).
Kedua gen tersebut termasuk kelompok Ethylene-Responsive Factor (ERF). Keduanya mengatur respons pertumbuhan batang ketika tanaman menghadapi genangan air dalam.
Ketika air menenggelamkan tanaman, etilen terakumulasi di dalam jaringan. Sinyal tersebut membantu menstabilkan faktor transkripsi OsEIL1 yang kemudian mengaktifkan ekspresi SK1 dan SK2.
Aktivasi kedua gen tersebut memperkuat respons pemanjangan internodus melalui jalur hormon giberelin.
Namun, penelitian terbaru menunjukkan bahwa mekanisme pemanjangan batang tidak hanya melibatkan SK1 dan SK2. Beberapa gen lain, seperti GA20ox2/SD1, ACE1, dan DEC1, juga berperan dalam mengatur pembentukan serta pemanjangan ruas batang.
Giberelin Memacu Pemanjangan Batang
Pada padi rawa dalam, tanaman meningkatkan produksi sekaligus sensitivitas terhadap hormon giberelin.
Salah satu komponen penting dalam proses tersebut adalah gen GA20ox2 yang mengatur pembentukan giberelin aktif.
Pada genotipe padi rawa dalam tertentu, aktivitas gen tersebut mendukung peningkatan produksi GA1 dan GA4. Kedua hormon ini mendorong pertumbuhan internodus, dengan GA4 memiliki kemampuan lebih besar dalam memicu pemanjangan batang.
Selanjutnya, gen ACE1 membantu merangsang pembelahan sel pada daerah meristem interkalar di sekitar buku batang.
Sementara itu, penurunan aktivitas gen DEC1 mengurangi hambatan terhadap pemanjangan internodus.
Kombinasi aktivitas berbagai gen tersebut menghasilkan pertumbuhan batang yang sangat cepat ketika tanaman menghadapi genangan dalam.
Seberapa Cepat Batang Padi Dapat Memanjang?
Kemampuan pemanjangan batang menjadi salah satu karakteristik paling menarik dari padi rawa dalam.
Menurut tinjauan ilmiah Ashikari, Nagai, dan Bailey-Serres yang terbit dalam jurnal Plant Physiology pada Januari 2025, tanaman padi rawa dalam dapat meningkatkan tinggi batang hingga sekitar 20–25 sentimeter per hari dalam kondisi yang mendukung.
Baca Juga : Petani Jual Hasil Panen Langsung ke E-Commerce, Benarkah Lebih Untung daripada Tengkulak?
Kemampuan tersebut memungkinkan tanaman mengikuti kenaikan permukaan air secara bertahap.
Dalam beberapa ekosistem rawa dalam di Asia, genangan dapat mencapai kedalaman sekitar 5 meter. Padi rawa dalam tertentu bahkan mampu tumbuh hingga ketinggian sekitar 6 meter selama menghadapi kondisi tersebut.
Batang yang memanjang juga mendukung sistem transportasi oksigen. Tanaman padi memiliki jaringan berongga dan saluran udara yang disebut aerenkima.
Jaringan tersebut membantu mengalirkan oksigen dari daun yang berada di atas permukaan air menuju bagian batang dan akar yang masih terendam.
Dengan mekanisme ini, tanaman dapat mempertahankan fungsi jaringan meskipun sebagian besar tubuhnya berada di bawah air.
Risiko Strategi Escape
Strategi escape membutuhkan investasi energi yang besar karena tanaman harus terus membentuk dan memperpanjang jaringan batang.
Proses tersebut membutuhkan pasokan hasil fotosintesis serta cadangan karbohidrat untuk mendukung pembelahan dan pemanjangan sel.
Karena itu, keberhasilan strategi ini sangat bergantung pada kemampuan tanaman mengikuti kecepatan kenaikan permukaan air.
Apabila air naik lebih cepat daripada pertumbuhan batang, daun tanaman tetap berada di bawah permukaan air. Kondisi tersebut dapat memperpanjang paparan hipoksia dan menghambat fotosintesis.
Sebaliknya, ketika tanaman berhasil mencapai permukaan air, daun bagian atas dapat kembali memperoleh cahaya dan udara untuk mendukung metabolisme.
Dengan demikian, strategi escape sangat bergantung pada pola kenaikan air, kondisi pertumbuhan, serta kemampuan genetik tanaman dalam merespons genangan.
3. Perbedaan Strategi Quiescence dan Escape pada Tanaman Padi
Kedua mekanisme tersebut menunjukkan bahwa tanaman padi menggunakan pendekatan fisiologis yang berbeda untuk menghadapi tekanan genangan.
Strategi quiescence mengutamakan penghematan energi selama tanaman terendam, sedangkan strategi escape mengutamakan pertumbuhan cepat untuk mempertahankan akses terhadap udara.
Berikut perbandingan karakteristik utama keduanya berdasarkan penelitian fisiologi dan genetika tanaman padi.
| Parameter | Quiescence | Escape |
| Gen utama | SUB1A-1 | SNORKEL1 dan SNORKEL2 |
| Ekosistem | Sawah rawan banjir mendadak | Rawa dalam dan kawasan banjir berkepanjangan |
| Karakter genangan | Terendam total dalam waktu relatif singkat | Air naik bertahap dan dapat bertahan beberapa bulan |
| Respons etilen | Mengaktifkan SUB1A-1 | Mengaktifkan jalur OsEIL1 dan gen SK |
| Respons giberelin | Menekan sensitivitas terhadap GA | Meningkatkan produksi dan respons terhadap GA |
| Pertumbuhan batang | Membatasi pemanjangan batang dan daun | Memacu pemanjangan internodus |
| Penggunaan energi | Menghemat cadangan karbohidrat | Mengalokasikan energi untuk pertumbuhan cepat |
| Tujuan fisiologis | Bertahan sampai air surut | Mempertahankan daun di atas permukaan air |
| Contoh varietas atau kelompok | Swarna-Sub1 dan IR64-Sub1 | Padi rawa dalam (deepwater rice) |
Perbedaan durasi dan kemampuan pertumbuhan berdasarkan penelitian:
| Indikator | Quiescence | Escape |
| Kemampuan menghadapi genangan | Umumnya sekitar 10–14 hari terendam total | Genangan dapat berlangsung beberapa bulan |
| Laju pemanjangan | Menekan pemanjangan selama terendam | Hingga 20–25 cm per hari |
| Kedalaman genangan | Banjir yang menenggelamkan seluruh tanaman dalam waktu singkat | Genangan dalam yang dapat mencapai sekitar 5 meter |
Angka tersebut menggambarkan karakteristik dari penelitian dan ekosistem tertentu, bukan batas mutlak bagi seluruh varietas padi. Faktor genetik, umur tanaman, intensitas cahaya, kondisi air, dan lingkungan turut memengaruhi keberhasilan adaptasi.
Baca Juga : Hilirisasi Pertanian Dorong Produk Kelapa dan Rempah Lokal Tembus Pasar Ekspor
4. Pemanfaatan Gen SUB1A dan SNORKEL dalam Pemuliaan Tanaman Padi
Pemahaman terhadap kedua strategi tersebut membuka peluang bagi pengembangan varietas padi yang lebih tahan terhadap perubahan pola genangan.
Pemulia tanaman dapat memanfaatkan informasi genetik untuk memasukkan karakter toleransi banjir ke dalam varietas yang memiliki produktivitas dan kualitas gabah sesuai kebutuhan petani.
Pengembangan Varietas Padi dengan Gen SUB1A
Salah satu keberhasilan pemuliaan tanaman padi terjadi melalui pemindahan lokus SUB1 ke varietas unggul yang sebelumnya rentan terhadap banjir.
Para peneliti menggunakan teknik marker-assisted backcrossing (MABC) untuk memasukkan gen toleransi banjir tanpa harus mengubah sebagian besar karakter unggul varietas penerima.
Program tersebut menghasilkan beberapa varietas populer, antara lain:
- Swarna-Sub1, hasil pengembangan dari varietas Swarna di India.
- IR64-Sub1, hasil pengembangan dari varietas IR64.
- Ciherang-Sub1, versi toleran genangan dari varietas Ciherang.
- Samba Mahsuri-Sub1, hasil pengembangan varietas Samba Mahsuri.
Varietas yang membawa SUB1A-1 umumnya mampu bertahan ketika mengalami perendaman total selama sekitar 10–14 hari, bergantung pada kondisi genangan dan lingkungan.
Keunggulan tersebut memberikan kesempatan bagi tanaman untuk mempertahankan cadangan energi dan memulai kembali pertumbuhan setelah air surut.
Pengembangan Padi Rawa Dalam dengan Gen SNORKEL
Berbeda dengan program SUB1A, pemuliaan yang memanfaatkan gen SNORKEL berfokus pada kemampuan tanaman menghadapi genangan dalam yang berlangsung lama.
Peneliti dapat memanfaatkan SK1 dan SK2 bersama lokus lain yang mengatur pemanjangan batang untuk mengembangkan tanaman dengan karakteristik padi rawa dalam.
Salah satu tantangan utamanya terletak pada pengaturan tinggi tanaman. Pemulia harus menjaga agar tanaman memiliki kemampuan memanjang ketika air naik, tetapi tidak mengalami pemanjangan berlebihan ketika kondisi lingkungan kembali normal.
Karakter tersebut penting karena pertumbuhan batang yang tidak sesuai kondisi lingkungan dapat mengganggu stabilitas tanaman dan kebutuhan energi.
Penelitian Hattori dan rekan-rekannya menunjukkan bahwa penggabungan beberapa lokus pengatur pemanjangan internodus dapat meningkatkan kemampuan padi dalam merespons genangan dalam.
Temuan tersebut memberikan dasar untuk pengembangan varietas yang sesuai dengan karakteristik ekosistem rawa dan daerah pertanian yang mengalami banjir musiman.
Baca Juga : Mengapa Padi Tahan Genangan? Ini Rahasia Adaptasi yang Membuatnya Mampu Bertahan di Dalam Air
Mengapa Pemilihan Gen Harus Menyesuaikan Kondisi Lahan?
Tidak semua lahan pertanian menghadapi pola banjir yang sama.
Sebagian sawah mengalami banjir mendadak yang menenggelamkan tanaman selama beberapa hari. Sementara itu, kawasan rawa dan dataran rendah tertentu menghadapi kenaikan air secara bertahap dengan durasi genangan yang lebih panjang.
Perbedaan kondisi tersebut menentukan karakter adaptasi yang perlu dikembangkan.
Gen SUB1A memberikan keuntungan pada kondisi perendaman total dalam waktu relatif singkat, tetapi tidak secara otomatis memberikan toleransi terhadap genangan stagnan yang berlangsung lama.
Sebaliknya, kemampuan pemanjangan batang pada padi rawa dalam lebih sesuai untuk mengikuti kenaikan permukaan air secara bertahap.
Para peneliti juga terus mengembangkan kombinasi karakter genetik lain untuk menghadapi berbagai bentuk tekanan lingkungan, termasuk toleransi terhadap genangan stagnan dan kekurangan oksigen selama perkecambahan.
Kajian-kajian tersebut menunjukkan bahwa pemuliaan padi tahan banjir memerlukan pendekatan yang mempertimbangkan karakter genetik tanaman sekaligus pola hidrologi lahan pertanian.
Baca Informasi Lengkap Lainnya Seputar Dunia Pertanian Hanya di Buletin Pertanian Agrinow!
