Pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan

           Perkembangan dan pertumbuhan merupakan hal yang berbeda pada semua makhluk, termasuk tanaman. Perkembangan merupakan seuatu proses pendewasaan di mana hal ini tidak dapat diukur (perkembangan kualitatif). Pada sel-sel, sel berkembang sesuai spesialisasi mereka masing-masing (berkembang dan terstruktur sesuai fungsi masing-masing). Berbeda dengan itu, pertumbuhan merupakan sesuatu yang dapat di ukur seperti tinggi, panjang, lebar, dll (Kuantitatif). Pertumbuhan merupakan sesuatu yang irreversible atau tidak dapat dibalik maupun ulang. Pada sel, hal ini dapat dilihat pada pembesaran sel (mitosis).

Pada sel yang berkembang akan terjadi 3 dalam tahap, yaitu pembelahan sel (cleavage), morfogenesis, dan diferensiasi sel. Pembelahan sel merupakan tahap duplikasi sel menjadi banyak dan menjadi salah satu faktor utama perkembangan. Perkembangan oleh pembelahan sel dimulai sejak zigot (pada manusia) menjadi jaringan embrional hingga menjadi manusia, sedangkan pada tumbuhan, dimulai dari zigot pada bakal biji menjadi kotiledon, akar, dll. Morfogenesis merupakan perkembangan bentuk, seperti biji berkecambah, akar menjadi sistem akar, dan tunas menjadi tunas tumbuhan. Differensiasi sel merukapan proses di mana sel dijadikan memiliki fungsi-fungsi biokimia dan morfologi khusus, seperti embrio yang berkembang dan memiliki struktur dan fungsi khusus saat dewasa.
Pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan tumbuhan dibagi menjadi perkembangan bakal biji & bakal buah, perkecambahan, dan pertumbuhan.

Tahapan pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan

1.Tahap Awal Pertumbuhan

Pertumbuhan pada biji telah dimulai pada saat proses fisika, kimia, dan biologi mulai berlangsung. Mula-mula terjadi proses fisika saat biji melakukan imbibisi atau penyerapan air sampai biji ukurannya bertambah dan menjadi lunak. Saat air masuk ke dalam biji, enzim-enzim mulai aktif sehingga menghasilkan berbagai reaksi kimia. Kerja enzim ini antara lain, mengaktifkan metabolisme di dalam biji dengan mensintesis cadangan makanan sebagai persediaan cadangan makanan pada saat perkecambahan berlangsung yang dipakai untuk berkecambah.

2.Perkecambahan

Perkecambahan adalah munculnya plantula (tanaman kecil) dari dalam biji yang merupakan hasil pertumbuhan dan perkembangan embrio.

Pada perkembangan embrio saat berkecambah, bagian plumula tumbuh dan berkembang menjadi batang, sedangkan radikula menjadi akar. Tipe perkecambahan ada dua macam, tipe itu sebagai berikut.

Tipe perkecambahan di atas tanah (Epigeal), Tipe ini terjadi, jika plumula muncul di atas permukaan tanah, sedangkan kotiledon tetap berada di dalam tanah. Tipe perkecambahan di bawah tanah (hipogeal) Tipe ini terjadi, jika plumula dan kotiledon muncul di atas permukaan tanah.

Makanan untuk pertumbuhan embrio diperoleh dari cadangan makanan karena belum terbentuknya klorofil yang diperlukan dalam fotosintesis. Pada tumbuhan dikotil makanan diperoleh dari kotiledon, sedangkan pada tumbuhan monokotil diperoleh dari endosperm.

 3. Pertumbuhan Primer

Setelah fase perkecambahan, diikuti pertumbuhan tiga sistem jaringan meristem primer yang terletak di akar dan batang. Pada fase ini tumbuhan membentuk akar, batang, dan daun. Tiga sistem jaringan primer yang terbentuk sebagai berikut. 

a.    Protoderm, yaitu lapisan terluar yang akan membentuk jaringan epidermis. 

b.    Meristem dasar yang akan berkembang menjadi jaringan dasar yang mengisi lapisan korteks pada akar di antara style dan epidermis. 

c.    Prokambium, yaitu lapisan dalam yang akan berkembang menjadi silinder pusat, yaitu floem dan xilem.

A.      Pertumbuhan primer pada akar

Akar muda yang keluar dari biji segera masuk ke dalam tanah, selanjutnya membentuk sistem perakaran tanaman. Pada ujung akar yang masih muda, terdapat empat daerah pertumbuhan sebagai berikut.

a. Tudung akar (kaliptra)

Tudung akar atau kaliptra berfungsi sebagai pelindung terhadap benturan fisik ujung akar terhadap tanah sekitar pertumbuhan. Fungsi lain ujung akar, yaitu memudahkan akar menembus tanah karena tudung akar dilengkapi dengan sekresi cairan polisakarida. Perbedaan antara tudung akar dikotil dan monokotil sebagai berikut :

Pada tudung akar dikotil, antara ujung akar dengan kaliptra tidak terdapat batas yang jelas dan tidak memiliki titik tumbuh pada kaliptra tersebut. 

Pada tudung akar monokotil, antara ujung akar dan kaliptra terdapat batas yang jelas atau nyata dan mempunyai titik tumbuh tersendiri yang disebut kaliptrogen. Sel-sel kaliptra yang dekat dengan ujung akar mengandung butir-butir tepung yang disebut kolumela.

b.      Meristem

Meristem merupakan bagian dari ujung akar yang selnya senantiasa mengadakan pembelahan secara mitosis. Meristem ini terletak di belakang tudung akar. Pada tumbuhan dikotil, sel-sel tudung akar yang rusak akan digantikan oleh sel-sel baru yang dihasilkan oleh sel-sel me-ristem primer dari perkembangan sel-sel meristem apikal.

c.  Daerah pemanjangan sel

Daerah pemanjangan sel terletak di belakang daerah meristem. Sel-sel hasil pembelahan meristem tumbuh dan berkembang memanjang pada daerah ini. Aktivitas pertumbuhan dan perkembangan memanjang dari sel mengakibatkan pembelahan sel di daerah ini menjadi lebih lambat dari bagian lain. Pemanjangan sel tersebut berperan penting untuk membantu daya tekan akar dan proses pertumbuhan memanjang akar.

d.    Daerah diferensiasi

Pada daerah ini, sel-sel hasil pembelahan dan pemanjangan akan mengelompok se-suai dengan kesamaan struktur. Sel-sel yang memiliki kesamaan struktur, kemudian akan memperoleh tugas membentuk jaringan tertentu.

B. Pertumbuhan Primer pada Batang

Pertumbuhan dan perkembangan primer pada batang meliputi daerah pertumbuhan (titik tumbuh), daerah pemanjangan, dan daerah diferensiasi. Meristem apikal pada batang dibentuk oleh sel-sel yang senantiasa membelah pada ujung tunas yang biasa disebut kuncup. Di dalam kuncup, ruas batang dan tonjolan daun kecil (primordia) memiliki jarak sangat pendek karena jarak internodus (antarruas) sangat pendek. Pertumbuhan, pembelahan, dan pemanjangan sel terjadi di dalam internodus.

4. Pertumbuhan Sekunder

Setelah meristem primer membentuk jaringan permanen, kemudian meristem sekunder mengalami pertumbuhan sekunder. Pertumbuhan sekunder hanya terjadi pada tumbuhan dikotil, yaitu pembentukan kambium yang terbentuk dari parenkim atau kolenkim.

Jika sel kambium membelah ke arah luar, akan membentuk sel floem, sebaliknya jika sel kambium membelah ke arah dalam akan membentuk xilem. Xilem dan floem yang terbentuk dari aktivitas kambium disebut xylem sekunder dan floem sekunder. Pertumbuhan xilem dan floem tersebut menyebabkan batang bertambah besar dan terbentuk lingkaran tahun yang dipengaruhi oleh aktivitas pada musim kemarau dan musim penghujan.

Faktor yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan

Ada banyak faktor yang mempengaruhi pertumbuhan tanaman dalam lingkungannya. Pengaruh ini dapat datang dari luar maupun dalam tanaman yang mengalami pertumbuhan itu sendiri.

A.    Faktor Luar (Eksternal)

Faktor luar dapat dipengaruhi oleh ketersediaan makanan, air, kelembapan, dan cahaya.

1.      Makanan merupakan sumber energi serta materi untuk menghasilakan berbagai komponen sel. Tanaman membutuhkan 9 makroelemen (unsur mineral) atau bahan organic, yaitu: karbon, oksigen, hidrogen, nitrogen, sulfur, fosfor, kalsium, kalium, dan magnesium. Jika tanaman tidak mendapat unsur-unsur tersebut sesuai keperluan, pertumbuhan tanaman dapat terganggu dan bahkan tanaman dapat mati.

2.      Air merupakan senyawa yang sangat dibutuhkan tanaman. Air sering digunakan untuk fotosintesis, menjaga kelembapan, serta mengaktifkan enzim agar terjadi reaksi enzimatik.

3.      Kelembapan juga mempengaruhi pertumbuhan tanaman. Tanah serta udara yang lembab sangat baik untuk pertumbuhan tanaman. Hal ini disebabkan oleh banyaknya air yang dapat diserap serta pengurangan penguapan.

4.      Cahaya dapat menghambat pertumbuhan, tetapi merupakan hal yang dibutuhkan dalam pertumbuhan tanaman. Cahaya jika terkena pada batang tumbuhan dapat mengurangi auksin, tetapi cahaya juga merangsang pembungaan pada tanaman tertentu. Salah satu hormone yang dipengaruhi oleh cahaya adalah hormon fitokrom. Hormon fitokrom adalah protein dengan kromatofora yang mirip dengan fikosianin. Tumbuhan dibedakan menjadi 3 jenis menurut fotoperiodismenya:

1.      Tumbuhan hari pendek, contohnya aster, krisan, dan dahlia.

2.      Tumbuhan hari panjang, contohnya bayam, kentang, dan gandum.

3.      Tumbuhan hari netral, contohnya mawar, bunga matahari, dan kapas.

B.     Faktor Dalam (Internal)

Faktor internal merupakan pengaruh yang terjadi dari dalam tanaman. Pengaruh ini dapat berupa genetik maupun fisiologis. Pengaruh oleh gen sudah sangat jelas dalam tanaman. Sebuah tanaman akan bertumbuh sesuai dengan gen dari dalam dirinya yang diturunkan oleh induk tanaman tersebut (faktor hereditas). Berbeda dengan itu, faktro fisiologis meliputi enzim (sebagai biokatalisator untuk mempercepat reaksi metabolisme), vitamin, dan hormon.

Hormon yang mempengaruhi pertumbuhan tanaman ada beberapa dan dibagi menjadi 2 kelompok, yang memicu pertumbuhan serta yang menghambat pertumbuhan.

1.      Pemicu Pertumbuhan

Hormon yang dapat memicu pertumbuhan terdiri dari auksin, giberelin, kalin, dan sitokinin.

a.       Hormon auksin berperan dalam pemanjangan, pembelahan, dan diferensiasi sel. Selain itu pada buah tanpa biji (partenokarpi), hormone ini berpengaruh dalam pengguguran daun peran dalam dominansi apical. Proses ini disebut sebagai absisi.

b.      Hormon giberilin memiliki peran dalam perkecambahan dan perkembangan embrio. Giberilin juga membantu pembentukan biji dan buah. Hal penting lainnya mengenai hormone ini ialah hormone ini bersinergis (bekerja sama) dengan auksin.

c.       Hormon etilen berperan dalam pematangan buah dan kerontokan daun. Akan tetapi, jika jumlah etilen melebihi jumlah hormone auksin dan giberilin, penghambatan terhadap pmbentukan organ tumbuhan justru terjadi. Hal unik dari etilen adalah, jika hormone ini bekerja sama dengan auksin, dapat mempercepat pembentukan bunga.

d.      Hormon sitokinin berperan dalam sitokinesis. Beberapa fungsi dari sitokinin adalah:

1.    Merangsang bentuk akar serta cabang dan batang serta cabang-cabangnya juga.

2.    Mengatur pertumbuhan daun dan pucuk.

3.    Berperan dalam perbesaran daun muda.

4.    Mengatur pembentukan bunga dan buah.

5.    Penghambat penuaan tanaman. Hal ini dilakukan dengan cara merangsang proses transportasi garam-garam mineral dan asam amino ke daun.

2.       Penghambat Pertumbuhan

Hormon penghambat pertumbuhan terdiri dari asam absisat, kalin, asam traumalin, dan gas etilen.

1.      Asam absisat merupakan inhibitor yang adalah antagonis dengan auksin dan giberelin. Asam Absisat juga berperan dalam penuaan tanaman.

2.      Hormon kalin dapat menghambat dalam organogenesis. Hormon ini juga dibagi menjadi 4 sesuai hambatan yang dilakukan:

a.    Rizokalin: pembentukan akar.

b.    Kaulokalin: pembentukan batang.

c.    Filokalin: pembentukan daun.

d.   Antokalin: pembentukan bunga.

3.      Asam traumalin dapat menghambat regenerasi sel dalam tanaman. Hal ini menyebabkan tumbuhan tidak dapat tumbuh dengan baik dan dapat mati.

Bibit unggul merupakan salah satu upaya untuk meningkatkan hasil pertanian. Bibit yang unggul dapat timbul secara alami dan secara campur tangan manusia.  Pemuliaan tanaman pada dasarnya adalah kegiatan memilih atau menyeleksi dari suatu populasi untuk mendapatkan genotipe tanaman yang memiliki sifat-sifat unggul yang selanjutnya akan dikembangkan dan diperbanyak sebagai benih atau bibit unggul. Namun demikian, kegiatan seleksi tersebut seringkali tidak dapat langsung diterapkan, karena sifat-sifat keunggulan yang dimaksud tidak seluruhnya terdapat pada satu genotipe saja, melainkan terpisah pada genotipe yang lainnya. Misalnya, suatu genotipe mempunyai daya hasil yang tinggi tapi rentan terhadap penyakit, sedangkan genotipe lainnya memiliki sifat-sifat lainnya (sebaliknya). Jika seleksi diterapkan secara langsung maka kedua sifat unggul tersebut akan selalu terpisah pada genotipe yang berbeda. Oleh sebab itu untuk mendapatkan genotipe yang baru yang memiliki kedua sifat unggul tersebut perlu dilakukan penggabungan melalui rekombinasi gen.

Persilangan merupakan salah satu cara untuk menghasilkan rekombinasi gen. Secara teknis, persilangan dilakukan dengan cara memindahklan tepung sari kekepala putik pada tanaman yang diinginkan sebagai tetua, baik pada tanaman yang menyerbuk sendiri (self polination crop) maupun pada tanaman yang menmyerbuk silang (cross polination crop).

Reproduksi merupakan kemampuan mahluk hidup untuk memperbanyak diri. Reproduksi dapat dibedakan menjadi dua, yaitu reproduksi seksual (reproduksi melalui peleburan gamet tetua) dan reproduksi aseksual (reproduksi tanpa peleburan gamet tetua).

Penyerbukan adalah jatuhnya serbuk sari kekepala putik. Sedangkan pembuahan adalah bergabungnya gamet jantan dan gamet betina. Kriteria klasifikasi yang dipergunakan hanya berdasarkan tingkat penyerbkan sendiri dan penyerbukan silang. Polonasi sendiri sudah barang tentu hanya merupakan salah satu system perbanyakan tanaman dan hanya sebagai salah satu jalan dimana populasi dapat dikawinkan. Didalam group penyerbukan silang jumlah persilangan dari luar adalah sangat penting karena ia memepengaruhi dalam kontaminasi stok pemuliaan. Ada perbedaan yang besar antara jumlah persilangan dengan luar didalam species dari suatu kelompok. Jumlah persilangan dari varietas yang diberikan juga dipengaruhi oleh keadaan lingkungan yang berubah. (R.W. Allard, 1992)

Penyerbukan dapat dibedakan atas dua cara yaitu:

1.      Penyerbukan sendiri

Penyerbukan sendiri adalah jatuhnya serbuk sari dari anter ke stigma pada bunga yang sama atau stigma dari bunga yang lain pada tanaman yang sama atau klon yang sama. Prinsipyang memungkinkan terjadinya penyerbukan penyerbukan sendiri adalah kleistogami yaitu pada waktu terjadi penyerbukan bunga yang belum mekar  atau tidak terbuka, misalnya pada kedelai, padi, tembakau dan lain-lain. Jumlah penyerbukan silang yang mungkin terjadi pada 5 tanaman-tanaman tersebut berkisar antara 0% - 4 atau 5%.

Terjadinya penyerbukan sendiri disababkan oleh :

a.                   Bunga tidak membuka.

b.                  Serbuk sari sudah matang dan jatuh sebelum bunga terbuka.

c.                   Stigma dan stamen tersembunyi oleh organ bung yang sudah terbuka.

d.                  Stigma memanjang melalui tabung staminal segera sesudah anter membuka.

e.                   Bunga matang serempak.

Penyerbukan diawali oleh pembungaan proses ini disebut anthesis.

Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan pada kegiatan persilangan buatan, yaitu:

1.                  Periode bunga tertua jantan dan betina

Pengaturan waktu tanam yang perlu dilakukan sedemikian rupa sehingga saat
      keluarnya  bunga hampir serentak antara kedua tetua yang disilangkan.

2.                  Waktu emaskulasi dan persilangan. (M. Nasir, 2001)

Metode pemuliaan yang terbukti telah berhasil terhadap species perbanyakan sendiri
      berada pada kategori sebagai berikut :

1.                  Seleksi galur murni

Seleksi ini digunakan untk memilih varietas baru dari varietas yang dahulu telah melewati petani dari generasi ke generasi. Sebagian besar tanaman diseleksi dari varietas tersebut dan dapat diharapkan bersifat homozigot dan inilah titik awal dari perkembangan pemuliaan.

2.                  Seleksi massal

Seleksi ini  berbeda dengan seleksi galur murni dalanjumlah tanaman dimana tidak hanya sebatang yang diseleksi untuk mendapatkan varietas baru. Varietas yang dikembangkan dengan cara ini mencakup beberapa genotipe yang lebih banyak dibandingkan populasi induknya.

3.                  Metode hibridisasi, dengan pemisahan secara :

a. Metode catatan terhadap galur asal usul

Metode silsilah digunakan secara luas oleh pemuliaan tanaman saat ini.menurunkan namanya dari catatan yang disimpan oleh pendahulunya. Seleksi ini keunggulanya didasarkan pada keadaan fisik dan sifat yang lain dari individu.

b. Metode curah

Metode ini digunakan jika seleksi buatan dilakukan selama perbanyakan massal, pemilihan iini biasanya didasarkan atas tabiat dari individu tanaman.

c. Metode persilangan kembali

Dalam metode ini diulang manjadi induk yang dikehendaki selama seleksi di kerjakan terhadap sifat karakteristik yang sedangdipindahkan dari dari satu donor induknya.(R.W. Allard, 1992)

2.                  Penyerbukan silang

Penyerbukan silang adalah jatuhnya serbuk sari dari anter ke stigma bunga yang berbeda. Contoh dari persilangan ini adalah ubi kayu, alfalfa, jagung, padi liar ,dan lain-lain.

Terjadinya penyerbukan silang disebabkan oleh:

a.       Gangguan mekanis terhadap penyerbukan sendiri.

b.      Perbedaan periode matang sebuk sari dan kepala putik.

c.       Sterilitas dan inkompatibilitas

d.      Adanya bunga monocious dan diocious.

Jagung adalah tipe monocious, staminate terdapat diujung batang dan pistilate pada batang. Serbuk sari mudah diterbangkan angin sehingga penyerbukan lebih dominan meskipun penyerbukan sendiri bisa terjadi 5% atau lebih. (Anonim)

Ada perbedaan besar dalam hal penyerbukan pengontrolan polinasi silang dan juga kemudahan pengontrolan polinasi silang oleh pemulia tanaman. Beberapa species mempunyai sifat tidak serasi dan dapat dikawinkan tanpa adanya kesulitan  terhadap sifat yang tidak cocok.

Metode penting yang sesuai dengan penyerbukan silang antara lain:

1.                  Seleksi massal

Seleksi ini merupakan cara yang penting dalam pengembanan macam-macamvarietas yang disilangkan.Dalam seleksi ini jumlah yang dipilih banyak untuk memperbanyak generasi berikutnya .

2.                  Pemuliaan persilangan kembali

Metode ini digunakan dengan species persilangan luar yang nilainya sama baiknya dengan species yang berpolinasi sendiri.

3.                  Hibridisasi dari galur yang dikawinkan

Varietas hibrida tergantung dari keunggulan keragamanyang mencirikan hibrid F1 diantara genotipe tertentu.Tipe genotipe yantg disilangkan melahirkan galur-galur, klon, strain, dan varietas.

4.                  Seleksi berulang

Seleksi yang diulang, genotip[e yang diinginkan dipilih dari genotipe ini atau turunan sejenisnya disilangkan dengan luar semua kombinasi yang menghasilkan populasi untuk disilangkan.

5.                  Pengembangan varietas buatan.

2.1.            Persilangan

Persilangan merupakan salah satu cara untuk menghasilkan rekombinasi gen. Secara teknis, persilangan dilakukan dengan cara memindahkan tepung sari ke kepala putik pada tanaman yang diinginkan sebagai tetua, baik pada tanaman yang menyerbuk sendiri (self polination crop) maupun pada tanaman yang menmyerbuk silang (cross polination crop). Keberhasilan persilangan sangat ditentukan oleh pemulia tanaman mengenai tehnik persilangan itu sendiri maupun pada pengetahuan akan bunga, misalnya: Stuktur bunga, Waktu berbunga, Saat bunga mekar, Kapan bunga betina siap menerima bunga jantan (tepung sari), dan Tipe penyerbukan (Tim.2013).

Hibridisasi (persilangan) adalah penyerbukan silang antara tetua yang berbeda susunan genetiknya. Pada tanaman menyerbuk sendiri hibridisasi merupakan langkah awal pada program pemuliaan setelah dilakukan pemilihan tetua. Umumnya program pemuliaan tanaman menyerbuk sendiri dimulai dengan menyilangkan dua tetua homozigot yang berbeda genotipenya. Pada tanaman menyerbuk silang, hibridisasi biasanya digunakan untuk menguji potensi tetua atau pengujian ketegaran hibrida dalam rangka pembentukan varietas hibrida. Selain itu, hibridisasi juga dimaksudkan untuk memperluas keragaman (Nasir. M, 2001).

Persilangan memiliki beberapa tujuan, yaitu: (1) Menggabungkan semua sifat baik ke dalam satu genotipe baru; (2) Memperluas keragaman genetik; (3) Memanfaatkan vigor hibrida; atau (4) Menguji potensi tetua (uji turunan). Dari keempat tujuan utama ini dapat disimpulkan bahwa hibridisasi memiliki peranan penting dalam pemuliaan tanaman, terutama dalam hal memperluas keragaman dan mendapatkan varietas unggul yang diinginkan. Seleksi akan efektif apabila populasi yang diseleksi mempunyai keragaman genetik yang luas (Muhammad. 2005).

Tanaman jagung mempunyai komposisi genetik yang sangat dinamis karena cara penyerbukan bunganya menyilang. Fiksasi gen-gen unggul (favorable genes) pada genotipe yang homozigot justru akan berakibat depresi inbreeding yang menghasilkan tanaman kerdil dan daya hasilnya rendah. Tanaman yang vigor, tumbuh cepat, subur, dan hasilnya tinggi justru diperoleh dari tanaman yang komposisi genetiknya heterozigot. Varietas hibrida merupakan generasi pertama hasil persilangan antara tetua berupa galur inbrida. Varietas hibrida dapat dibentuk pada tanaman menyerbuk sendiri maupun menyerbuk silang. Jagung merupakan tanaman pertama yang dibentuk menghasilkan varietas hibrida secara komersial (Allard, R. W, 1992).