Dokumen tersebut membahas tentang indikator stres pada tanaman dan respons fisiologis tanaman terhadap berbagai jenis stres lingkungan seperti salinitas, kekeringan, dan polusi. Tanaman dapat merespons stres melalui akumulasi senyawa osmotik seperti prolin, glisin betain, dan trehalosa, serta meningkatkan produksi antioksidan seperti asam askorbat dan glutathion untuk melindungi diri dari kerusakan oksidatif.

1. Indikator-Indikator Senyawa Pada Kejadian Stres
Tanaman
Bagaimana Kaitan Stres Lingkungan dan Fisiologi Tanaman?
Pengaruh signifikan akibat perubahan iklim seperti penggurunan, peningkatan salinitas tanah,
peningkatan CO₂, ketidakseimbangan hara (toksisitas dan defisiensi mineral), dan efek polutan
menyebabkan perubahan dramatis pada lingkungan lahan pertanian. Saat ini, beberapa tempat di
belahan dunia mengalami krisis keterbatasan pasokan makanan di mana pertumbuhan populasi terus
meningkat. Peneliti diharuskan untuk memfokuskan solusi yang dapat membantu tanaman mengatasi
stres yang disebabkan oleh kondisi lingkungan tersebut.
Gambar 1. Tanaman yang dipengaruhi dan tidak terpengaruhi stres lingkungan.
Stres pada tanaman adalah suatu keadaan fisiologis yang disebabkan perubahan lingkungan ekstrem
atau konstan yang mengubah pola fisiologis dan adaptif tanaman. Jenis perubahan lingkungan
umumnya disebut dengan faktor abiotik yang terdiri dari variasi suhu, kelembaban, garam, pH tanah,
radiasi, polutan dan kerusakan mekanis. Semua stres lingkungan ini menghasilkan reaksi fisiologis
dalam skala seluler dan molekuler. Stres abiotik ini juga menyebabkan kerugian besar dalam bidang

2. agrikultur di seluruh dunia karena berdampak negatif terhadap perkembangan dan produktivitas
tanaman.
Respons terhadap stres abiotik terjadi pada semua level organisasi. Respons level seluler terhadap
stres meliputi penyesuaian sistem membran, modifikasi dinding sel, perubahan siklus sel, pembelahan
sel, dan sintesis molekul endogen spesifik. Molekul endogen yang disintesis umumnya memiliki berat
molekul rendah untuk mengatur respon pelindung tanaman terhadap stres, misalnya asam salisilat,
asam jasmonat, etilen, dan asam absisat.
Pada level molekuler, respons juga mencakup ekspresi gen yang diinduksi stres yang berperan dalam
perlindungan tanaman secara langsung terhadap stres. Gen yang diinduksi stres abiotik dapat dibagi
menjadi dua kelompok besar sesuai fungsi produknya.
1. Kelompok pertama yaitu gen yang mengekspresikan protein, seperti protein enzimatik dan
struktural. Gen-gen protein tersebut dapat mengekspresikan protein membran, enzim
biosintesis osmolit, enzim detoksifikasi (glutathione S-transferases, hidrolase, superoksida
dismutase, askorbat peroksidase) dan protein protektif makromolekul (LEA, chaperon,
mRNA binding protein).
2. Kelompok kedua terdiri dari berbagai protein regulator dan proteinase transduksi sinyal.
Contoh protein regulator yaitu, faktor transkripsi, protein kinase, reseptor protein kinase,
ribosom-protein kinase dan transkripsi-regulasi protein kinase, dll. Contoh proteinase
transduksi sinyal, misalnya fosfoesterase, fosfolipase C, dll. Semua jenis protein yang
dihasilkan gen kelompok ini terlibat dalam mekanisme non-enzimatis produksi senyawa
seperti prolin, glutathione (GSH), asam askorbat, karotenoid, flavonoid, dan tokoferol, yang
berfungsi mengurangi kerusakan oksidatif dengan menetralkan ROS. Flavonoid utama,
seperti flavonol (kaempferol dan quercetins) dan antosianin (sianidin) dapat meningkat
respons stres kekeringan sehingga toleransi stres meningkat..
Salinitas tanah yang tinggi merupakan salah satu faktor lingkungan penting yang membatasi distribusi
dan produktivitas tanaman. Faktor ini dapat mengurangi kemampuan tanaman untuk mengambil air
dari tanah, sehingga menyebabkan penurunan laju pertumbuhan karena distribusi sinyal hormonal
yang dihasilkan oleh akar terganggu. Dalam mengatasi masalah ini, strategi utama yang dilakukan
adalah dengan menanam kultivar tahan garam pada lahan tersebut. Terdapat beberapa strategi untuk
meningkatkan toleransi stres abiotik pada pada tanaman:
a. organisme hasil rekayasa genetika (GMO), termasuk tanaman transgenik, cisgenik, dan
intragenik;
b. program pemuliaan tradisional;
c. teknologi pemuliaan baru (NBT), termasuk penggunaan strategi Clustered Regularly
Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR / Cas); dan
d. aplikasi biostimulan.

3. Bagaimana Respons Tanaman Terhadap Stres?
Metode paling efisien dalam mengatasi stres salinitas adalah melalui pendekatan transgenik.
Penelitian transgenik mendorong perubahan level ekspresi gen natif atau dengan memasukkan gen
eksogen untuk target sifat yang diinginkan. Hasil stres salinitas yaitu aktivasi gen diinduksi-garam,
seperti faktor transkripsi, bZIP, LEA, RING zinc-finger serta produksi dan akumulasi osmolit.
Akumulasi osmolit mampu mengurangi dampak merugikan dari stres salinitas dengan menurunkan
potensi air sel atau dengan melindungi berbagai struktur seluler dan protein. Enzim katalis dalam
proses biosintesis osmolit dianggap sebagai efektor toleransi stres salinitas. Osmolit umum yang
disintesis antara lain, prolin, glisin-betain, trehalosa, dan alkohol gula (manitol dan sorbitol).
1. Prolin
Prolin adalah asam amino yang secara luas ditemukan pada tumbuhan tingkat tinggi. Asam amino ini
berperan sebagai respons terhadap tekanan lingkungan terutama stres salinitas/osmotik dan biasanya
terakumulasi dalam jumlah besar. Fungsi prolin yaitu berkontribusi pada stabilisasi protein, membran
dan struktur subselular dalam sitosol, serta melindungi fungsi seluler dengan memungut ROS. Prolin
juga diketahui menginduksi ekspresi gen responsif stres salinitas. Akumulasi prolin dapat disebabkan
oleh sintesis de novo dan/atau degradasi dari glutamat dan ornithine. Enzim yang berperan dalam
sintesis proline yaitu pyrroline-5-carboxylate synthetases (P5CS) dan pyrroline-5-carboxylate
reductases (P5CR). Ornithine adalah prekursor alternatif untuk prolin selain dari glutamat.
2. Glisin Betain
Glisin betain (GB) adalah turunan amonium kuaterner tersubstitusi-N dari glisin yang ditemukan pada
bakteri, archaebacteria hemofilik, invertebrata laut, mamalia dan tanaman. Pada tanaman, GB
terakumulasi dalam jumlah besar sebagai respons terhadap stres abiotik, terutama terhadap stres
salinitas/osmotik. Pada tumbuhan tingkat tinggi, GB disintesis dan diakumulasi dalam kloroplas dari
serin melalui etanolamin, kolin, dan betain aldehid. Pada kloroplas GB berperan penting dalam
penyesuaian dan perlindungan membran tilakoid. Dengan konsentrasi yang lebih rendah, GB secara
efektif mampu menstabilkan struktur kuartener enzim dan protein kompleks.
3. L-Triptofan
Stres abiotik mampu menghambat perkembangan dan pertumbuhan tanaman dengan mengganggu
aktivitas akar dan hormon auksin. Salah satu cara mengatasi masalah ini adalah dengan aplikasi
L-triptofan (β-3-indolila alanin). L-triptofan merupakan asam amino esensial yang berfungsi sebagai
prekursor biosintesis auksin (hormon pertumbuhan). Pengaruh pemberian L-triptofan dapat dilihat
pada studi Paprika merah (Capsicum annuum) dan bit gula (Beta vulgaris) dengan kondisi stres
salinitas tinggi. Tanaman yang diberi L-triptofan mengalami peningkatan tinggi tanaman, panjang
akar, tunas, dan akar, disamping peningkatan kadar klorofil dan karotenoid. Selain itu, bobot buah
yang dihasilkan lebih tinggi.

4. 4. Trehalose
Trehalose adalah disakarida non-reduksi yang terdiri dari dua molekul glukosa dihubungkan oleh
ikatan α, α (1-1). Disakarida ini diketahui berperan sebagai protektan stres abiotik pada berbagai
organisme, termasuk bakteri, jamur, invertebrata dan tumbuhan. Proteksi yang diberikan trehalose
bekerja dalam stabilisasi susunan membran dan lipid, serta dalam stabilisasi makromolekul biologis.
Biosintesis trehalosa pada tanaman dikatalisis oleh dua enzim utama: trehalose-6-phosphate synthase
(TPS) dan trehalose-6-phosphate phosphatase (TPP). Pada studi menggunakan beras dan jagung,
trehalose eksogen secara berturut-turut dapat memulihkan bibit padi dari cekaman salinitas dan
mengurangi dampak stres salinitas pada aktivitas metabolisme bibit jagung.
5. Glutathione (GSH)
Glutathione atau GSH (γ-l-glutamyl-l-cysteinylglycine) adalah tripeptida dengan berat molekul
rendah yang dapat ditemukan hampir pada berbagai organisme. Molekul GSH terdiri dari asam amino
esensial glutamin, sistein, dan glisin, meskipun beberapa tanaman menunjukkan variasi lain yang
disebut homoglutathione dengan sifat biologis yang sama. Fungsi utama GSH pada tanaman selama
stres abiotik adalah detoksifikasi ROS, pembentukan fitokelatin pengikat logam berat, detoksifikasi
metilglioksal, dan sebagai reservoir sistein.
6. Asam sitrat
Asam sitrat (CA) merupakan intermediet awal dari siklus TCA, disintesis oleh sitrat sintase dari
kondensasi oksaloasetat dan asetil KoA. Molekul ini merupakan antioksidan ringan yang juga dapat
mengikat logam seperti Cu, Pb, dan aluminium dalam kondisi stres logam berat dan salinitas. Masalah
yang disebabkan oleh salinitas dapat diatasi dengan aplikasi CA pada agrikultur. Misalnya,
penambahan CA ke aliran irigasi tomat di tanah berkapur (konsentrasi CaCO₃ tinggi) mampu
meningkatkan serapan dan asimilasi Zn, Na, Ca, dan N pada daun, serta Mn, Na, Mg, dan P pada
buah. Pada studi tanaman jagung (Zea mays) yang ditanam di tanah dengan salinitas tinggi, irigasi
dengan CA 100-200 ppm mampu memulihkan tinggi tanaman, kandungan klorofil a dan b,
pertumbuhan meningkat, serta peningkatan hasil panen.
7. Asam Lipoat (LA)
Asam lipoat (asam 6,8-tioktat atau asam 1,2-dithiolane-3-pentanoat) adalah antioksidan yang
mengandung sulfur kuat yang berperan sebagai kofaktor dalam beberapa kompleks multi-enzim yang
terlibat dalam metabolisme primer. Sifat antioksidan LA telah digunakan untuk memberi manfaat
pada produksi tanaman. Misalnya, pada tanaman kanola di bawah kondisi stres salinitas, aplikasi LA
dapat mengurangi tingkat peroksidasi lipid, meningkatkan kandungan sistein, meningkatkan aktivitas
POD dan CAT, serta meningkatkan hasil panen.

5. 8. Asam Askorbat (AA)
Asam askorbat (AA) atau vitamin C adalah metabolit sekunder yang disintesis secara de novo dari
beberapa jalur metabolisme, seperti jalur D-glukosa, L-galaktosa, asam uronat, L-gulosa, dan
myo-inositol. Metabolit sekunder ini adalah kofaktor untuk berbagai enzim dengan fungsi dapat
menetralkan ROS, memperbaiki molekul organik teroksidasi, dan mengatur proses fisiologis (seperti
pembelahan sel, pertumbuhan, perkembangan, dan toleransi stres) pada tanaman. Aplikasi AA pada
tanaman dapat meningkatkan toleransi banyak spesies terhadap berbagai stres abiotik. Pada tanaman
quinoa (Chenopodium quinoa) pada stres kekeringan, penurunan tunas dan panjang akar, DW, kadar
klorofil, dan total karotenoid terjadi, sekaligus peningkatan H₂O₂ dan kadar gula larut. Pemberian AA
pada quinoa tersebut mampu meningkatkan toleransi terhadap stres kekeringan secara drastis, seperti
yang ditunjukkan oleh perbaikan metabolisme, biokimia, morfologi dan produksi panen.
9. Alkohol Gula Lainnya
1.) Manitol
Manitol adalah gula alkohol yang terdistribusi luas dan banyak ditemukan pada berbagai jenis
spesies tanaman dan organisme. Manitol disintesis di daun dari mannose-6-phosphate
menggunakan dua enzim mannose-6-phosphate reductase (M6PR) dan mannitol-6-phosphate
phosphatase. Selain perannya sebagai produk fotosintesis utama dan karbohidrat translokasi,
manitol berfungsi sebagai zat terlarut atau osmoprotektan dalam toleransi stres salinitas dan
osmotik. Tanaman transgenik yang menggunakan gen berhubungan dengan manitol yaitu
Nicotiana tabacum, Populus tomentosa dan tanaman lain direkayasa secara genetik melalui
introduksi mtlD.
2.) Sorbitol
Sorbitol adalah gula alkohol enam karbon dan berfungsi sebagai osmoprotektan dalam
memberikan toleransi terhadap tekanan abiotik dan biotik. Sehingga sorbitol berperan penting
dalam penyesuaian osmotik di bawah kondisi kekeringan, dingin dan salinitas. Sintesis
sorbitol terjadi dalam daun sumber yaitu ketika glukosa-6-fosfat diubah menjadi
sorbitol-6-fosfat oleh sorbitol-6-fosfat dehidrogenase (S6PDH). Setelah itu, sorbitol-6-fosfat
digunakan untuk membentuk sorbitol melalui sorbitol-6-fosfatase melalui defosforilasi.
3.) Protein LEA
Kelimpahan embriogenesis akhir LEA Protein Late (LEA) pertama kali dijelaskan hampir 30
tahun yang lalu pada biji kapas, di mana protein tersebut secara khusus diproduksi dan
terakumulasi selama perkembangan embrio akhir. Ekspresi protein LEA berkorelasi dengan
perkembangan toleransi terhadap stres kekeringan, pembekuan, dan salinitas. Istilah
“kelimpahan embriogenesis akhir” telah digunakan selama lebih dari 20 tahun untuk
mendeskripsikan gen/protein tersebut.

6. Apa Saja Assay Kit Terkait Stres Tanaman?
Berikut kami PT INDOGEN INTERTAMA (indogen.id) menyediakan kit Elabscience dalam
pengujian stres terhadap tanaman:
Tabel 1. Marker Penelitian Stres pada Tanaman.
Katalog Deskripsi Ukuran
E-BC-K033-M Vitamin E (VE) Colorimetric Assay Kit 96T / 48T
E-BC-K033-S Vitamin E (VE) Colorimetric Assay Kit 100Assays / 50Assays
E-BC-K034-M Vitamin C (VC) Colorimetric Assay Kit 96T / 48T
E-BC-K034-S Vitamin C (VC) Colorimetric Assay Kit 100Assays / 50Assays
E-BC-K177-S Proline (Pro) Colorimetric Assay Kit 100Assays / 50Assays
E-BC-K259-M Polyphenol Oxidase (PPO) Activity Assay Kit 96T / 48T
E-BC-K259-S Polyphenol Oxidase (PPO) Activity Assay Kit 100 Assays / 50Assays
E-BC-K284-M Plant Flavonoids Colorimetric Assay Kit 96T / 48T
E-BC-K284-S Plant Flavonoids Colorimetric Assay Kit 100Assays / 50Assays
E-BC-K353-S Ascorbate Peroxidase (APX) Activity Assay Kit 100Assays / 50Assays
E-BC-K354-S Total Phenols Colorimetric Assay Kit (Plant Samples) 100Assays / 200Assays
E-BC-K522-S Phenylalnine Ammonia Lyase (PAL) Activity Assay Kit 100 assays / 50Assays

7. REFERENSI:
1. dos Reis SP, Lima AM, de Souza CRB. 2012. Recent Molecular Advances on Downstream
Plant Responses to Abiotic Stress. International Journal of Molecular Sciences. 13;
8628-8647. [link]
2. Godoy F, Olivos-Hernández K, Stange C, Handford M. 2021. Abiotic Stress in Crop Species:
Improving Tolerance by Applying Plant Metabolites. Plants (Basel). 10(2): 186. [link]
3. Takahashi F, Kuromori T, Urano K, Yamaguchi-Shinozaki K, Shinozaki K. 2020. Drought
Stress Responses and Resistance in Plants: From Cellular Responses to Long-Distance
Intercellular Communication. Front Plant Sci. 11: 556972. [link]
Artikel Terkait:
1. Indikator-Indikator Senyawa Pada Kejadian Stres Tanaman [link]
2. Assay Kit Untuk Industri Sereal dan Dietary Fiber dari Megazyme [link]
3. Fitokimia: Ekstraksi, Isolasi dan Identifikasi Senyawa Bioaktif Ekstrak Tanaman [link]
4. Fitokimia Bagian 2: Ekstraksi, Isolasi dan Identifikasi Senyawa Bioaktif Ekstrak Tanaman
[link]
PT. INDOGEN INTERTAMA
Jl. Raya Cilangkap No. 111 RT 004/001
Cilangkap Cipayung Jakarta Timur 13870
Telp/Fax : 021-84310148
Mobile : +6281387927402
Email : marketing.indogen@gmail.com
Website : www.indogen.id