Proses perkecambahan benih merupakan rangkaian komplek dari perubahan-perubahan morfologi, fisiologi dan biokimia, merupakan tahap awal perkembangan suatu tumbuhan, khususnya tumbuhan berbiji. Dalam tahap ini, embrio di dalam biji yang semula berada pada kondisi dorman mengalami sejumlah perubahan fisiologis yang menyebabkan ia berkembang menjadi tumbuhan muda. Tumbuhan muda ini dikenal sebagai kecambah.
Kecambah adalah tumbuhan (sporofit) muda yang baru saja berkembang dari tahap embrionik di dalam biji. Tahap perkembangan ini disebut perkecambahan dan merupakan satu tahap kritis dalam kehidupan tumbuhan. Kecambah biasanya dibagi menjadi tiga bagian utama, yaitu radikula (akar embrio), hipokotil, dan kotiledon (daun lembaga). Dua kelas dari tumbuhan berbunga dibedakan dari cacah daun lembaganya yaitu monokotil dan dikotil. Tumbuhan berbiji terbuka lebih bervariasi dalam cacah lembaganya. Kecambah pinus misalnya dapat memiliki hingga delapan daun lembaga. Beberapa jenis tumbuhan berbunga tidak memiliki kotiledon, dan disebut akotiledon.
Kecambah sering digunakan sebagai bahan pangan dan digolongkan sebagai sayur-sayuran. Khazanah boga Asia mengenal tauge sebagai bagian dari menu yang cukup umum. Kecambah dikatakan makanan sehat karena kaya akan vitamin E namun dikritik pula karena beberapa kecambah membentuk zat antigizi. Kecambah jelai yang dikenal sebagai malt digunakan sebagai salah satu bahan baku bir. Malt juga digunakan sebagai bagian dari minuman sehat karena mengandung maltosa yang lebih rendah kalori daripada sukrosa.
Proses Perkecambahan
Para ahli fisiologis benih menyatakan bahwa perkecambahan adalah munculnya radikula menembus kulit benih. Para agronomis menyatakan bahwa perkecambahan adalah muncul dan berkembangnya struktur penting embrio dari dalam benih dan menunjukkan kemampuannya untuk menghasilkan kecambah normal pada kondisi lingkungan yang optimum.
Perkecambahan diawali dengan penyerapan air dari lingkungan sekitar biji, baik tanah, udara, maupun media lainnya. Perubahan yang teramati adalah membesarnya ukuran biji yang disebut tahap imbibisi. Biji menyerap air dari lingkungan sekelilingnya, baik dari tanah maupun udara (dalam bentuk embun atau uap air). Efek yang terjadi adalah membesarnya ukuran biji karena sel biologi. sel-sel embrio membesar dan biji melunak.
Morfologi Kecambah
Dalam biologi benih, dilihat dari keberadaan kotiledon atau organ penyimpanan, perkecambahan dapat dibagi menjadi dua macam, yaitu perkecambahan epigeal dan perkecambahan hipogeal. Perkecambahan epigeal ditunjukkan oleh benih dari golongan kacang-kacangan dan pinus, sedangkan perkecambahan hipogeal ditunjukkan oleh benih dari golongan koro-koroan, dan rerumputan.
Perkecambahan Epigeal
Perkecambahan epigeal adalah perkecambahan yang menghasilkan kecambah dengan kotiledon terangkat ke atas permukaan tanah . Dalam proses perkecambahan, setelah radikel menembus kulit benih, hipokotil memanjang melengkung menembus ke atas permukaan tanah. Setelah hipokotil menembus permukaan tanah, kemudian hipokotil meluruskan diri dan dengan cara demikian kotiledon yang masih tertangkup tertarik ke atas permukaan tanah juga. Kulit benih akan tertinggal di permukaan tanah, dan selanjutnya kotiledon membuka dan daun pertama (plumula) muncul ke udara. Beberapa saat kemudian, kotiledon meluruh dan jatuh ke tanah. Beberapa contoh benih dengan perkecambahan epigeal adalah kedelai, kacang tanah, kacang hijau, dan lamtoro.
Perkecambahan Hipogeal
Perkecambahan hipogeal adalah perecambahan yang menghasilkan kecambah dengan kotiledon tetap berada di bawah permukaan tanah. Dalam proses perkecambahan, plumula dan radikel masing-masing menembus kulit benih. Radikel menuju ke bawah dilindungi oleh koleoriza, dan plumula menuju ke atas dilindungi oleh koleoptil. Setelah kolepotil menembus permukaan tanah dari bawah mencapai udara, lalu membuka dan plumula terbebas dari lindungan koleoptil dan terus tumbuh dan berkembang, sedangkan koleotil sendiri berhenti tumbuh . Beberapa contoh benh dengan perkecambahan hipogeal adalah padi, jagung, dan sorgum.
Proses Perkecambahan
Proses perkecambahan merupakan suatu rangkaian kompleks dari perubahan-perubahan morfologi, fisiologi dan biokimia., tahapan dalam perkecambahannya terdiri dari:
1. Proses Penyerapan Air (imbibisi)
Proses penyerapan air atau imbibisi berguna untuk melunakkan kulit biji dan menyebabkan pengembangan embrio dan endosperma. Hal ini menyebabkan pecah atau robeknya kulit biji. Selain itu, air memberikan fasilitas untuk masuknya oksigen ke dalam biji. Dinding sel yang kering hampir tidak permeabel untuk gas, tetapi apabila dinding sel di-imbibisi oleh air, maka gas akan masuk ke dalam sel secara difusi.
Apabila dinding sel kulit biji dan embrio menyerap air, maka suplai oksigen meningkat kepada sel-sel hidup sehingga memungkinkan lebih aktifnya pernapasan. Sebaliknya CO2 yang dihasilkan oleh pernapasan tersebut lebih mudah mendifusi keluar. Beberapa faktor yang mempengaruhi kecepatan penyerapan air oleh biji yaitu:
1) Permeabilitas kulit biji
2) Konsentrasi air
3) Suhu
4) Tekanan hidrostatik
5) Luas permukaan biji yang kontak dengan air
6) Daya intermolekuler
7) Komposisi kimia
8) Aktivasi enzim
Aktivasi enzim terjadi setelah benih berimbibisi dengan cukup. Enzim-enzim yang teraktivasi pada proses perkecambahan ini adalah enzim hidrolitik seperti :
o α-amilase, yang merombak amylase menjadi glukosa
o ribonuklease, yang merombak ribonukleotida
o endo-β-glukanase, yang merombak senyawa glukan
o fosfatase, yang merombak senyawa yang mengandung P
o lipase, yang merombak senyawa lipid
o peptidase, yang merombak senyawa protein.
2. Perombakan cadangan makanan
Pada proses ini, ada dua proses yang akan terjadi yakni :
· Katabolisme karbohidrat
Melalui proses ini, ATP akan dihasilkan untuk keperluan perkecambahan dan pertumbuhan kecambah selanjutnya.
Skema proses katabolisme karbohidrat
· Metabolisme lemak
Lemak akan dirombak oleh enzim lipase dan enzim lainnya.
Skema proses metabolisme lemak.
3. Inisiasi pertumbuhan embrio
Proses ini terjadi setelah semua proses imbibisi, aktivasi enzim, dan katabolisme cadangan makanan berjalan. Proses ini ditandai oleh :
· Meningkatnya bobot kering embryonic axis
· Menurunnya bobot kering endosperma
4. Munculnya radikel
Munculnya radikel adalah tanda bahwa proses perkecambahan telah sempurna. Proses ini akan diikuti oleh pemanjangan dan pembelahan sel-sel. Proses pemanjangan sel ada dua fase yakni :
· Fase 1 (fase lambat) dimana pemanjangan sel tidak diikuti dengan penambahan bobot kering
· Fase 2 (fase cepat), yang diikuti oleh penambahan bobot segar dan bobot kering.
5. Pemantapan kecambah
Kecambah mulai mantap setelah ia dapat menyerap air dan berfotosintesis (autotrof). Semula, ada masa transisi antara masih disuplai oleh cadangan makanan sampai mampu autotrof. Saat autotrof dicapai proses perkecambahan telah sempurna (makna agronomis).
Faktor Yang Mempengaruhi Perkecambahan
· Kemasakan benih
Biji yang di panen sebelum tingkat kemasakan fisiologisnya tercapai, tidak mempunyai viabilitas tinggi. Diduga pada tingkatan tersebut benih padi belum memiliki cadangan makanan yang cukup dan juga pembentukan embrio yang belum sempurna.
· Ukuran benih
Di dalam jaringan penyimpanannya, benih padi memiliki karbohidrat, protein, lemak dan mineral. Dimana bahan-bahan ini diperlukan sebagai bahan baku dan energi bagi embrio oada saat perkecambahan. Diduga bahwa benih yang berukuran besar dan berat mengandung cadangan makanan lebih banyak dibandingkan dengan benih yang kecil, mungkin pula embrionya lebih besar.
· Dormansi
Suatu biji dikatakan dorman apabila benih itu sebenarnya viabel (hidup) tetapi tidak mau berkecambah walaupun diletakkan pada keadaan lingkungan yang memenuhi syarat bagi perkecambahannya. Tipe dormansi pada padi adalah “after ripening”.
· Hormon
Tidak semua hormon tumbuhan (fitohormon) bersifat mendukung proses perkecambahan. Ada beberapa fitohormon yang menghambat proses perkecambahan.
Fitohormon yang berfungsi merangsang perkecambahan antara lain :
a. Auksin, yang berperan untuk :
· Mematahkan dormansi biji dan akan merangsang proses perkecambahan biji. Perendaman biji dengan auksin dapat membantu menaikkan kuantitas hasil panen.
· Memacu proses terbentuknya akar.
b. Giberelin, yang berperan dalam mobilisasi bahan makanan selama fase perkecambahan. Pertumbuhan embrio selama perkecambahan bergantung pada persiapan bahan makanan yang berada di dalam endosperma. Untuk keperluan kelangsungan hidup embrio maka terjadilah penguraian secara enzimatik yaitu terjadi perubahan pati menjadi gula yang selanjutnya ditranslokasikan ke embrio sebagai sumber energi untuk pertumbuhannya. Peran giberelin diketahui mampu meningkatkan aktivitas enzim amilase.
c. Sitokinin, yang akan berinteraksi dengan giberelin dan auksin untuk mematahkan dormansi biji. Selain itu, sitokinin juga mampu memicu pembelahan sel dan pembentukan organ.
Fitohormon yang berfungsi sebagai penghambat perkecambahan antara lain :
a. Etilen, yang berperan menghambat transportasi auksin secara basipetal dan lateral. Adanya etilen dapat menyebabkan rendahnya konsentrasi auksin dalam jaringan. Meskipun begitu, etilen juga mampu menstimulasi perpanjangan batang, koleoptil dan mesokotil.
b. Asam absisat (ABA), yang bersifat menghambat perkecambahan dengan menstimulasi dormansi biji . Selain itu, asam absisat akan menghambat proses pertumbuhan tunas.
· Air
Air salah satu syarat penting bagi berlangsungnya proses perkecambahan biji . Dua faktor penting yang mempengaruhi penyerapan air oleh biji adalah :
a. Sifat dari biji itu sendiri, terutama kulit pelindungnya.
b. Jumlah air yang tersedia pada medium di sekitarnya.
Tingkat pengambilan air juga dipengaruhi oleh temperatur, temperatur yang tinggi menyebabkan meningkatnya kebutuhan akan air.
Fungsi air pada perkecambahan biji antara lain :
a. Air yang diserap oleh biji berguna untuk melunakkan kulit biji dan menyebabkan pengembangan embrio dan endosperma hingga kulit biji pecah atau robek.
b. Sebagai fasilitas masuknya oksigen ke dalam biji melalui dinding sel yang di-imbibisi oleh air sehingga gas dapat masuk ke dalam sel secara difusi.
c. Air berguna untuk mengencerkan protoplasma sehingga dapat mengaktifkan sejumlah proses fisiologis dalam embrio seperti pencernaan, pernapasan, asimilasi dan pertumbuhan. Proses-proses tersebut tidak akan berjalan secara normal, apabila protoplasma tidak mengandung air yang cukup.
d. Sebagai alat transportasi larutan makanan dari endosperma kepada titik tumbuh pada embryonic axis, yang mana diperlukan untuk membentuk protoplasma baru.
· Temperatur
Temperatur merupakan syarat penting yang kedua bagi perkecambahan benih. Tetapi ini tidak bersifat mutlak sama seperti kebutuhan terhadap air untuk perkecambahan, dimana biji membutuhkan suatu level “hydration minimum” yang bersifat khusus untuk perkecambahan.
Dalam proses perkecambahan dikenal adanya tiga titik suhu kritis yang berbeda yang akan dialami oleh benih. Dan tiga titik suhu kritis tersebut dikenal dengan istilah suhu cardinal yang terdiri atas :
a. Suhu minimum, yakni suhu terkecil di mana proses perkecambahan biji tidak akan terjadi selama periode waktu perkecambahan. Bagi kebanyakan benih tanaman, termasuk padi, kisaran suhu minimumnya antara 0 – 5oC. Jika benih berada di tempat yang bersuhu rendah seperti itu, maka kemungkinan besar benih akan gagal berkecambah atau tetap tumbuh namun dalam keadaan yang abnormal.
b. Suhu optimum, yakni suhu di mana kecepatan dan persentase biji yang berkecambah berada pada posisi tertinggi selama proses perkecambahan berlangsung. Temperatur ini merupakan temperatur yang menguntungkan bagi berlangsungnya perkecambahan benih. Suhu optimum berkisar antara 26,5 – 35oC.
c. Suhu maksimum, yakni suhu tertinggi di mana perkecambahan masih mungkin untuk berlangsung secara normal. Suhu maksimum umumnya berkisar antara 30 – 40oC. Suhu di atas maksimum biasanya mematikan biji, karena keadaan tersebut menyebabkan mesin metabolisme biji menjadi non aktif sehingga biji menjadi busuk dan mati.
· Oksigen
Faktor oksigen berkaitan dengan proses respirasi. Pada saat perkecambahan berlangsung, proses respirasi akan meningkat disertai dengan meningkatnya pengambilan oksigen dan pelepasan karbon dioksida, air dan enersi yang berupa panas. Terbatasnya oksigen yang dapat dipakai akan mengakibatkan terhambatnya proses perkecambahan benih.
Perkecambahan biji dipengaruhi oleh komposisi udara sekitarnya. Umumnya biji akan berkecambah pada kondisi udara yang mengandung 20% O2 dan 0,03% CO2.
Padi memiliki kemampuan untuk berkecambah pada keadaan yang kurang oksigen. Biji padi dapat berkecambah baik di tempat dengan kelembaban tinggi, bahkan bisa berkecambah 4 – 5 cm di bawah permukaan air, hanya saja yang lebih dahulu akan keluar bukan radikel melainkan plumulanya. Jadi, dapat disimpulkan bahwa padi dapat menggunakan energi lebih baik untuk perkecambahannya dari pernapasan anaerob.
· Cahaya
Pengaruh cahaya akan berkaitan langsung dengan lama penyinaran harian matahari (fotoperiodesitas). Padi dapat berkecambah pada keadaan bercahaya ataupun gelap (tidak bercahaya). Hubungan antara pengaruh cahaya dan perkecambahan benih dikontrol oleh suatu sistem pigmen yang dikenal sebagai fitokrom, yang tersusun dari chromophore dan protein. Chromophore adalah bagian yang peka pada cahaya. Fitokrom memiliki dua bentuk yang sifatnya reversible (bolak-balik) yaitu fitokrom merah yang mengabsorbsi sinar merah dan fitokrom infra merah yang mengabsorbsi sinar infra merah. Bila pada benih yang sedang berimbibisi diberikan cahaya merah, maka fitokrom merah akan berubah menjadi fitokrom infra merah, yang mana menimbulkan reaksi yang merangsang perkecambahan. Sebaliknya bila diberikan cahaya infra merah, fitokrom infra merah akan berubah menjadi fitokrom merah yang kemudian menimbulkan reaksi yang menghambat perkecambahan. Dalam keadaan tanpa cahaya, dengan adanya oksigen dan temperatur yang rendah, proses perubahan itu akan berlangsung lambat. Pada keadaan di alam, cahaya merah mendominasi cahaya infra merah sehingga pigmen fitokrom diubah ke bentuk fitokrom infra merah yang aktif.
( Dari berbagai sumber )
