Mekanisma pertahan tumbuhan terhadap perosak

Pakar biologi tumbuhan telah mengenal pasti strategi yang digunakan oleh tumbuh-tumbuhan untuk mengenalpasti dan menghalang serangan serangga perosak. Apabila serangga memakan sesuatu tumbuhan, bahagian pencernaan protein tumbuhan bertukar menjadi elisitor peptida yang dirembeskan ke dalam tumbuhan. Tumbuhan ini mengenalpasti elisitor ini dan melancarkan "serangan kimia" defensif.

Tumbuh-tumbuhan mungkin kelihatan tenang, tetapi tanaman bunga dan sayur-sayuran akan melancarkan perang terhadap musuh-musuh mereka jika mereka diganggu. "Mereka sebenarnya melakukan lebih banyak daripada saya dan anda kerana mereka statik, kerana mereka tidak boleh lari dan bersembunyi apabila sesuatu menyerang mereka," kata Eric Schmelz, pakar fisiologi tumbuhan USDA. Beliau berkata, cara terbaik untuk melindungi tanaman adalah untuk memikirkan bagaimana mereka melindungi diri mereka sendiri.

"Apa yang kita belajar adalah bagaimana tumbuh-tumbuhan menggunakan bahan kimia untuk membantu mempertahankan diri," kata Schmelz. Bahan kimia ini menyeru serangga lain untuk memberikan bantuan. Tumbuh-tumbuhan tidak dapat merasakan ulat memakan mereka, tetapi ia menyedari bahan kimia daripada jus pencernaan yang keluar dari mulut ulat itu. Apabila mengesan sesuatu yang tidak kena, tumbuhan itu mengeluarkan bau untuk menarik serangga lain bagi menghilangkan masalah ini. "Gigitan kecil pada tumbuhan dari ulat yang sangat kecil akan memulakan proses ini," jelas Schmelz.

Penyelidik berharap untuk mengetahui lebih lanjut tentang tumbuh-tumbuhan menggunakan proses kimia bagi melindungi diri mereka sendiri. Maklumat ini boleh membantu mengurangkan penggunaan racun perosak. "Jika kita boleh mempunyai tumbuhan yang menghasilkan tindak balas pertahanan yang lebih kukuh apabila serangga mula mengunyah, perosak yang mungkin tidak lagi menjadi masalah. Kita mungkin tidak memerlukan racun perosak," kata Schmelz. Bukan sahaja serangga boleh mengesan bau tumbuh-tumbuhan yang dikeluarkan untuk perlindungan, tetapi ramai petani mendapati "tentera" cacing berada di kebun jagung mereka. Tumbuhan mengeluarkan bau yang sangat manis. Dan tumbuh-tumbuhan bertindak balas terhadap setiap serangan yang berbeza, mengeluarkan bau yang berbeza untuk menarik serangga yang berbeza bagi membantu mempertahankan mereka.

LATARBELAKANG: Tumbuh-tumbuhan kelihatan seperti organisma yang paling aman, tetapi mereka tetap mempunyai bentuk mekanisme pertahanan mereka sendiri: mereka mengeluarkan toksin atau bahan kimia yang tidak menentu sebagai tindak balas kepada serangga pemakan tumbuhan. Untuk pertama kalinya, penyelidik di US Department of Agriculture's Center for Medical, Agricultural, and Veterinary Entomology di Gainesville, Florida, telah mengenal pasti bagaimana tumbuh-tumbuhan bertindak balas apabila mereka berada di bawah serangan. Penemuan ini boleh membawa kepada pembangunan dan manipulasi genetik tumbuh-tumbuhan dengan perlindungan yang lebih baik terhadap perosak.

MEKANISMA PERTAHANAN TERBAIK: Protein yang sudah ada dalam tumbuh-tumbuhan dimakan oleh serangga menyerang. Di dalam proses pencernaan protein, serangga menukar makanan ini ke dalam bahan kimia jenis baharu, yang seterusnya dirembeskan kembali ke tumbuhan apabila serangga ni memakan tumbuhan tersebut kembali. Tumbuh-tumbuhan mengenali rembesan sebagai sejenis isyarat 'SOS', dan melancarkan kimia pertahanan mereka. Walaupun penyelidik telah lama mengetahui bahawa sesetengah tumbuhan boleh membezakan antara penyerang serangga yang berbeza, mereka tidak mampu untuk menerangkan sepenuhnya semua potensi interaksi ini. Terdapat sekurang-kurangnya empat juta jenis serangga dan 230,000 spesis tumbuhan berbunga, dan isyarat pertahanan tumbuhan boleh berlaku pada tahap kesan yang terlalu kecil untuk mudah dikesan. Sebelum penyelidikan menunjukkan bahawa bakteria dan kulat, sebagai contoh, boleh mencetuskan pelbagai isyarat amaran kimia dalam tumbuh-tumbuhan, yang bertindak balas dengan meningkatkan hormon bagi mengawal tindak balas pertahanan. Tetapi sehingga kini, penyelidik tidak tahu isyarat kimia tersebut bertindak sebagai penggera, atau bagaimana. Ternyata bahawa enzim pencernaan serangga penyerang itu boleh berinteraksi dengan tumbuhan, menjana respons pertahanan.

BAHAN PENTING: Para saintis USDA menghabiskan masa selama tiga tahun menganalisis tindak balas biokimia cowpea, sejenis kekacang yang digemari oleh serangga yang dikenali sebagai ulat ratus. Mereka menjalankan lebih 10,000 bio-assay daun, bagi mengumpulkan satu liter rembesan ulat. Mereka mengenal pasti kelas tertentu peptida kecil, atau isyarat pertahanan tumbuhan - sebagi bantuan bertindak balas terhadap serangan serangga. Peptida asid amino-11 dipanggil inceptin, memainkan peranan penting dalam amaran tumbuhan cowpea yang diserang oleh ulat ratus. Penyelidik USDA juga mengenal pasti dua serpihan peptida berkaitan tetapi tidak banyak yang mencetuskan tindak balas pertahanan yang serupa kepada cowpea dengan tiada kesan yang jelas. Tambahan pula, mereka menunjukkan bahawa peptida inceptin dan yang berkaitan mencetuskan kadar kenaikan phytohormone kepada cowpea untuk mencetuskan pertahanan, dan mengenal pasti ciri-ciri kritikal struktur protein yang membolehkan ia berfungsi sebagai isyarat pertahanan tumbuhan.

Pengurusan jerami padi

Jerami padi adalah sisa tanaman padi yang sering diabaikan dan akhirnya dibakar kerana tidak diperlukan. Pembakaran jerami mencemarkan alam sekitar, malah menyebabkan kehilangan nutrien penting.

Rajah 1: Jerami dan tunggul padi yang dibakar (sumber: MARDI)

Rajah 2: Nutrien yang keluar dari tanah sawah selepas tuai (sumber: MARDI)

Kajian-kajian yang dijalankan menunjukkan jerami padi sangat penting bagi membekalkan semula nutrien kepada tanah untuk digunakan oleh tanaman padi pada musim yang akan datang. Mengembalikan jerami ke dalam sawah melalui pereputan mikrob dapat membantu mengekalkan kesuburan dan kesihatan tanah, menaikkan pH tanah dan meningkatkan aktiviti mikrob yang baik kepada tanah.

Rajah 3: Jerami yang reput di dalam tanah dapat membekalkan nutrien kepada tanaman (sumber: MARDI)

Rajah 4: Kajian oleh Prof Iswandi Anas (sumber: Mak Tam)

Jika anda masih belum tahu bagaimana membuat IMO2 dan FPJ kangkung, anda boleh muat turun Panduan Natural Farming di sini. Atau rujuk di sini bagi ilustrasi bergambar pembuatan IMO1 dan IMO2. Kadar penggunaan yang disyorkan ialah 100 ml IMO2 dan 100 ml FPJ kangkung dicampur bersama 20 liter air dan disembur kepada jerami. Jerami akan direputkan oleh mikrob dan nutrien penting daripada jerami ini boleh digunakan oleh padi.

Rajah 5: Jerami yang disembur dengan IMO dibajak ke dalam tanah

Unsur yang paling tinggi dalam jerami padi ialah silikon atau silika (Si). Silika diperlukan untuk pembentukan daun, batang dan akar yang kukuh dan pembentukan lapisan sel epidermis bersilika yang tebal untuk lebih tahan terhadap penyakit kulat dan bakteria serta serangga perosak.

Silika menjadikan daun padi tegak dan ini akan meningkatkan kecekapan penggunaan cahaya dan seterusnya kecekapan penggunaan N. Kekurangan silika menyebabkan daun menjadi lembut dan longlai serta saling bertindih dan mengurangkan aktiviti fotosintesis dan mengurangkan hasil padi. Selain itu, kekurangan silika juga menjadikan pokok mudah dijangkiti penyakit seperti karah atau bintik perang. Kekurangan yang serius akan mengurangkan bilangan tangkai/m² dan biji bernas setangkai selain pokok mudah rebah.

Dengan mengembalikan jerami padi kepada tanah, petani dapat menjimatkan kos pembajaan dan kawalan perosak.

Bacaan tambahan:
Memasukkan jerami segar ke dalam tanah siri 2 dan;
Memasukkan jerami segar ke dalam tanah siri 1

Kajian berkenaan phyllochron - Teknik SRI

Dalam artikel Model Tillering Katayama, ada dinyatakan berkenaan phyllochron. Phyllochron adalah selang masa, atau tempoh masa, memisahkan pertumbuhan permulaan bagi dua daun pada tiller yang sama. Ia adalah satu sifat yang berubah-ubah, yang berkaitan dengan suhu (jumlah suhu purata harian). Phyllochron mempengaruhi jumlah effective tillers yang memberi pengaruh yang besar kepada hasil padi.

Satu kajian telah dibuat oleh Universiti Pertanian Tamil Nadu bagi mengenalpasti fasa perkembangan phyllochron melalui teknik tapak semaian dan kaedah SRI menggunakan alat rolling marker (klik di sini untuk melihat bagaimana alat ini digunakan). Kajian ini melaporkan bahawa pengeluaran tiller boleh dioptimumkan dengan mengubah anak benih pada usia yang lebih muda berbanding dengan kaedah penanaman ubahsuai nurseri. Bilangan maksimum anak padi yang dihasilkan oleh tanaman padi adalah berkadar songsang dengan panjang phyllochron. Jadi, lebih singkat tempoh masa phyllochron, lebih tinggi bilangan anak (tillers).

Pemodelan phyllochron yang pertama kali diterbitkan pada tahun 1951 apabila Katayama membentangkan kaedah-kaedah pertumbuhan yang beliau kaji melalui kemunculan daun pada batang utama dan anak tanaman padi, gandum dan barli. Terdapat ciri yang telah terbina di dalam pembangunan fisiologi bagi tanaman padi yang mana pengeluaran tiller berlaku secara kerap dan berurutan yang digambarkan melalui phyllochron. Hasil kajian ini telah mewujudkan suatu model yang dinamakan Model Tillering Katayama. Berkelaar (2001) melaporkan bahawa untuk tillering maksimum, tumbuhan perlu melengkapkan sebanyak mungkin phyllochron semasa fasa vegetatif. Setiap tiller akan menghasilkan dua lagi phyllochron di bawah keadaan yang sesuai (Singh et al., 2007). Apabila anak benih dipindahkan secara berhati-hati di peringkat awal pertumbuhan, trauma kerosakan akar yang berlaku semasa mencabut dikurangkan berikutan pertumbuhan pesat phyllochron pendek.

Mobasser et al. (2007) memerhatikan benih tanaman padi yang tinggal dalam tempoh yang lama di nurseri menyebabkan pertumbuhan tunas tiller utama pada nod lebih rendah yang membawa kepada kemerosotan pengeluaran tiller. Apabila benih tidak ditanam terlalu dalam, proses penapakan dan beranak akan bermula lebih awal bagi kaedah tabur terus. Tetapi, anak padi yang dipindahkan mengambil sedikit masa untuk beranak kerana ia memerlukan lebih banyak masa untuk pulih daripada "kejutan" pemindahan. Apabila benih padi dipindahkan pada masa yang tepat dari segi umur, tillering dan pertumbuhan akan berjalan seperti biasa (Mobasser et al, 2007), dan hanya bilah daun menjadi kurang dihasilkan semasa tempoh vegetatif yang membawa kepada hasil yang kurang jika pemindahan dilewatkan. Bilangan maksimum anak padi yang dihasilkan oleh tanaman padi adalah berkadar songsang dengan panjang phyllochron (Katayama, 1951), yang bergantung kepada tahap stress. Jarak yang lebih luas, ketersediaan radiasi solar, suhu sederhana, pengudaraan tanah, dan bekalan nutrien menggalakkan phyllochron yang pendek yang meningkatkan bilangan anak padi dalam tanaman padi (Anon, 2004).

Sawah padi SRI akan kelihatan sangat teruk selama sebulan atau lebih selepas pemindahan, kerana anak padi kelihatan begitu nipis dan kecil dengan jarak tanaman yang besar. Dalam bulan pertama tanaman padi sedang bersedia untuk beranak, dan pada bulan kedua, proses beranak (pengeluaran tiller) bermula. Pada bulan ketiga, sawah akan "meletup" dengan pertumbuhan tiller yang pesat. Untuk memahami mengapa, anda perlu memahami konsep phyllochron, satu konsep yang terpakai kepada ahli keluarga rumput, termasuk bijirin seperti beras, gandum dan barli (Itoh et al., 2001). Penyokong SRI mengesyorkan pemindahan benih semasa phyllochron ketiga, pada peringkat tumbuhan ini mempunyai hanya dua daun, untuk mengelakkan pengurangan dalam tiller berikutnya dan menggalakkan pertumbuhan akar. Pemindahan awal dalam amalan SRI menggalakkan perkembangan tiller pada tanaman padi.

Temuan kajian - Perkembangan tiller mengikut jarak tanaman

Rajah 1: Model Tillering Katayama

Rajah 2: Jarak tanaman 25cm x 25 cm (berbentuk petak)

Rajah 3: Jarak tanaman 25cm x 25cm (berbentuk segitiga zig-zag)

Rajah 4: Jarak tanaman 25cm x 35cm (berbentuk oblong)

Keseluruhan proses boleh dijelaskan melalui demonstrasi yang mudah

Phyllochron adalah tempoh masa antara kemunculan satu phytomer (set tiller, daun dan akar yang muncul dari tumbuhan) dan kemunculan seterusnya. Pemodelan phyllochron pertama kali diterbitkan pada tahun 1951 apabila Katayama membentangkan kaedah-kaedah pertumbuhan daun di batang utama bagi anak padi, gandum dan barli.

Pertumbuhan tiller akan ditunjukkan menggunakan cincin yang diperbuat daripada paip plastik. Daun dari tumbuhan yang kelihatan berumput akan ditampal pada cincin. Setiap cincin akan menunjukkan tempoh pertumbuhan (phyllochron). Jadi phyllochron kedua akan mengeluarkan satu tiller, sementara phyllochron kesepuluh dalam kaedah tanaman berbentuk petak ialah 8, zig zag 9, dan oblong 10. Model ini membantu kita menjelaskan mengapa perlu untuk pemindahan tunggal anak benih bagi meningkat bilangan anak.

Rajah 5: Perkembangan tiller pada tanaman padi mengikut tempoh pertumbuhan (phyllochron)

Semasa peringkat pertumbuhan phyllochron kedua, tiller pertama muncul dari pangkal utama pokok, dan kemudian tiller kedua muncul pada peringkat keempat phyllochron. Cincin penanda akan menunjukkan tempoh pertumbuhan (phyllochron). Jadi, pada peringkat cincin phyllochron ke-12 kaedah tanaman dalam bentuk petak menghasilkan 19 tiller, zig zag 22, dan oblong 29. Jika pemindahan dilakukan sebulan selepas benih ditanam di nurseri, tumbuhan sudah berada phyllochron keempat yang mana sudah terlewat.

Pemindahan benih akan meletakkan stress kepada anak benih. Anak benih tersebut perlu menumpukan tenaga dan nutrien untuk pertumbuhan sel bagi memulihkan trauma semasa pemindahan dan tiller tidak akan terbentuk dalam tempoh ini. Jika pemindahan tidak dilakukan dengan baik, tumbuhan hanya akan membentuk tiller pada peringkat akhir phyllochron kelima yang akan menjejaskan fasa beranak aktif dan pada ketika itu, kita tidak boleh mengharapkan lebih daripada 16 anak padi yang akan muncul.

Bagi kaedah SRI, pemindahan perlu dilakukan semasa peringkat phyllochron kedua atau ketiga untuk anak benih pulih dengan lebih cepat dari trauma serta tekanan semasa pemindahan.

Faktor yang boleh menggalakkan tillering

• Penanaman awal (anak benih muda yang masih melekat biji).
• Mengurangkan trauma semasa pemindahan anak benih.
• Menanam anak benih tunggal dengan jarak yang luas.
• Membuat pengudaraan tanah dan membuang rumpai menggunakan alat landak.
• Kaedah pengairan secara berselang kering-basah.
• Saliran di pertengahan musim (pada usia padi 45-50 hari).

Rajah 6: Jadual Model Tillering Katayama

Seperti yang kita dapat lihat dari jadual Katayama di atas, tiller pertama muncul dari batang utama pada phyllochron keempat. De Laulanié telah mendapati bahawa jika anak benih padi dipindahkan selepas daripada phyllochron ketiga, tumbuhan yang terhasil akan kehilangan semua tiller dari baris pertama yang mewakili kira-kira 40% daripada jumlah anak padi, dan sebarang kelewatan pemindahan selanjutnya membawa kepada kerugian besar kepada jumlah anak padi (Persatuan Tefy Saina, 1992).

Kadar pengeluaran (production) tiller padi adalah lebih cepat dari penubuhan (establishment) tiller maksimum (ketika umur 35-40 hari) dan akan menjadi perlahan selepas itu, tetapi pengeluaran tiller akan berterusan sehingga peringkat berbunga (Vergara, 1979). Huang et al. (1996) dan Quyen et al. (2004) mendapati bahawa tiller yang bermula lewat berkembang pada kadar yang lebih perlahan, akhirnya mati kerana bekalan nutrien tidak mencukupi dan kekurangan cahaya akibat teduhan.

Hasil dan perbincangan

Memindahkan anak benih juga mewujudkan tahap tekanan tertentu, yang mana akan mempengaruhi kadar perkembangan phyllochron selepas diubah (Yamamoto et al., 1995). Pemindahan benih muda boleh mengurangkan tekanan dalam tempoh yang singkat berbanding dengan benih yang lebih tua (Yamamoto et al., 1998) kerana kandungan nitrogen yang tinggi (Yamamoto et al., 1998), dan keupayaan tumbuhan untuk menjana kadar pembangunan phyllochron yang lebih cepat (Anon, 2004). Kandungan nutrien yang tinggi dalam endosperma semasa phyllochron kedua dan ketiga menyokong pemulihan yang lebih cepat kepada benih muda, dan apabila anak benih dipindahkan selepas peringkat phyllochron keempat mengambil sedikit masa lagi untuk pemulihan dari kejutan pemindahan (Yamamoto et al., 1998). Itulah sebab mengapa anak benih perlu dipindahkan ketika bijinya masih melekat. Krishna dan Biradarpatil (2009) mendapati bahawa tanaman padi akan mempunyai phyllochron yang pendek dan mempunyai anak padi yang banyak apabila benih dengan usia kurang daripada 12 hari dipindahkan (peringkat dua daun). Keputusan menunjukkan phyllochron terjejas dengan corak penanaman berbeza. Jarak yang luas mempunyai kesan yang besar ke atas peringkat phyllochron pada tanaman padi.

Superweed - ancaman kepada keselamatan makanan

Superweed (rumpai super) adalah terma yang digunakan bagi menggambarkan rumpai yang resistan kepada racun. Superweed merupakan tumbuhan hibrid yang mengandungi gen untuk resistan kepada racun: dihasilkan secara tidak sengaja oleh kacukan silang diantara tanaman yang diubahsuai secara genetik dengan tumbuhan liar.

Superweed kini merupakan ancaman terbesar dalam industri pengeluaran makanan

Superweed yang resistan kepada racun perosak mengancam ladang tanaman di dunia amnya dan Amerika Syarikat khususnya dalam kadar yang terlalu pantas. Pada hari ini, dianggarkan 12 juta ekar tanaman makanan di AS menghadapi masalah superweed. Ini menyebabkan generasi tumbuhan baharu mempunyai genetik untuk menahan dos berganda serta tambahan toksik bahan kimia di dalam racun pembunuh rumpai.

Rumpai ini boleh pergi setapak lagi daripada sekadar mampu bertahan satu atau dua atau tiga jenis racun pembunuh rumpai tertentu. Tekanan kimia yang sengit boleh menyebabkan mereka berubah untuk beradaptasi dan membina kerintangan kepada semua kelas bahan kimia.

"Jenis rintangan yang dipilih oleh tumbuhan ini akan berbeza daripada apa yang kita lihat pada masa lalu," kata pakar agroekologi Bruce Maxwell dari Montana State University. "Tumbuhan akan memilih jenis rintangan yang lebih berasaskan metabolisma, dan mungkin menjadi rintang kepada semua jenis racun rumpai."

Superweed dilihat sebagai wabak yang cepat merebak yang mampu mengambil alih tanah ladang AS tidak lama lagi dan sukar untuk dihentikan dengan mudah; dan petani dan pegawai-pegawai kerajaan perlu mengubah amalan sedia ada jika pengeluaran makanan hendak dilindungi, menurut pakar industri. "Ini adalah masalah yang kompleks," kata saintis rumpai David Shaw dalam ucapan Sidang Kemuncak Kebangsaan Pakar Rumpai di Washington yang merumuskan satu pelan untuk mengatasi masalah superweed.

Generasi baharu tanaman bioteknologi mencetuskan kontroversi kepada Jabatan Pertanian AS (USDA) apabila Dow memperkenalkan jagung yang "dikurniakan" dengan gen yang membolehkan ia bertolak ansur dengan racun glifosat pada dos yang tinggi yang dikenali sebagai Roundup dan racun 2,4-D.

Kembali kepada pertengahan tahun 1990-an, apabila Roundup-ready seed membenarkan petani untuk menyembur racun Roundup terus ke ladang tanpa perlu takut ia akan merosakkan tanaman, 2,4-D dan lain-lain bahan kimia menjadi tidak popular. Mereka adalah lebih toksik dan kurang berkesan daripada glifosat dan petani dengan senang hati menggantikan mereka dengan rawatan tunggal Roundup bagi semua kegunaaan.

Tanaman yang dicipta untuk bertahan glifosat (Roundup-ready variety) yang dicipta oleh Monsanto kini terdiri daripada 94 peratus kacang soya, 73 peratus daripada kapas, dan 72 peratus daripada jagung yang ditanam di AS. Glifosat diaplikasikan pada kadar tujuh kali lebih tinggi daripada semua racun herba lain yang digabungkan dalam ladang kacang soya dan 1.6 kali kadar dalam ladang kapas, menurut Cropnosis sebuah syarikat perunding pertanian.

Bagi tanaman padi, tiga syarikat gergasi kimia pertanian mencipta varieti padi yang resistan kepada racun. Monsanto pada 2000-2001 telah memperkenalkan Roundup Ready rice, yang resistan kepada glifosat (Roundup). Bayer memperkenalkan LibertyLink rice yang merupakan padi transgenik yang mempunyai kerintangan kepada glufosinate (Libertylink). BASF mengeluarkan produk yang popular kini iaitu Clearfield (kod nama IMITR - imidazolinone tolerant rice) yang dihasilkan melalui proses mutagenesis dengan kaedah kacukan silang. Clearfield rice resistan kepada racun imidazolinone (nama dagangan: On Duty).

Di AS, sebanyak 20 tanaman ubahsuaian genetik berada di bawah pertimbangan peraturan persekutuan, dimana 13 daripadanya direka untuk menentang pelbagai jenis racun rumpai. Mereka mencadangkan pada masa depan di mana lebih banyak tanah ladang dirawat dengan racun rumpai dalam dos yang semakin tinggi, dan telah dikritik oleh para aktivis dan penyelidik yang bimbang mengenai bahaya bahan kimia kepada kesihatan manusia dan alam sekitar.

"Kerintangan berlaku, terutamanya apabila wujud tekanan pemilihan kepada tumbuhan; sebahagian besarnya dari satu atau dua taktik untuk mengatasi bahan kimia racun perosak," kata ahli ekologi rumpai Daud Mortensen dari Penn State University. "Tumbuhan diprogramkan untuk melindungi diri mereka dari sebatian memudaratkan dalam beberapa cara yang menarik."

Januari lalu, Mortensen dan Maxwell bersama menulis "Navigating a Critical Juncture for Sustainable Weed Management," yang menerangkan dua kaedah bagaimana superweed terhasil.

Pertama, selepas mutasi genetik membantu enzim rumpai memecahkan komponen sebatian kimia tertentu daripada racun rumpai A atau mencegah bahan kimia daripada memasuki sel-sel, tumbuhan tersebut melakukan kacukan silang dengan tumbuhan yang lain yang resistan kepada racun rumpai B. Keturunannya mewarisi kedua-dua pertahanan (A+B).

Kira-kira 108 strain daripada 38 spesies rumpai telah menjadi resistan kepada pelbagai jenis racun rumpai. Adaptasi ini jauh lebih sukar untuk dikendalikan, kata Mortensen dan Maxwell.

Jumlah global bagi populasi rumpai yang resistan kepada dua atau lebih jenis racun rumpai. Gambar: Mortensen et al./BioScience

Tumbuhan boleh menjalani perubahan dalam bagaimana mereka menyahtoksik sendiri atau menjalankan proses metabolisme bagi penguraian bahan-bahan asing, menjadikannya lebih cekap membuang toksin atau toksin tersebut tersangkut di dalam struktur sel pembendung yang dipanggil vacuoles. Penyesuaian yang terhasil menyediakan pertahanan spektrum luas terhadap bahan kimia yang banyak, bukan hanya mereka yang mengalami mutasi.

Penambahbaikan kepada sistem kerintangan tidak berlaku dengan mudah, memerlukan mutasi yang banyak dan sering menjejaskan kadar pertumbuhan dan kesihatan am tumbuhan. Tetapi Mortensen dan Maxwell mengatakan bahawa, secara paradoks, peningkatan penggunaan racun rumpai berganda secara serentak akan menjadikan mereka lebih cenderung untuk mewujudkan kerintangan.

Dalam ladang yang dirawat dengan satu racun rumpai, sebagai contoh, rumpai memperlahankan pertumbuhannya untuk menjana kerintangan metabolik yang lebih baik. Tetapi jika ladang yang dirawat dengan racun rumpai yang pelbagai, rumpai yang spesifik akan terhapus, meninggalkan mutan metabolik untuk bersaing dengan satu sama lain. Ekstrapolasi dinamik ini yang berlaku di kawasan yang luas, tahun demi tahun, memberi implikasi yang dahsyat. Walaupun situasi ini jarang berlaku, pakar rumpai tidak memandang rendah terhadap potensi rumpai ini.

Maklumat pada pakej benih jagung Pioneer yang mempunyai kerintangan kepada racun rumpai dan racun serangga. (Orin Hargraves/Flickr)

Di Australia, penyelidik telah mengenal pasti strain Lolium, rumpai yang biasa dikenali sebagai ryegrass, dengan penyesuaian detoksifikasi yang memberi kerintangan kepada tujuh mod tindakan racun rumpai yang berbeza. Penyesuaian ini dibangunkan secara semulajadi dan bukannya sebagai akibat daripada penggunaan racun rumpai, tetapi menunjukkan petanda ia boleh dilakukan.

Kesan kerintangan ini tidak dapat disambungkan kepada tekanan racun rumpai, Maxwell berpendapat ia mungkin tidak dapat dikesan kerana rumpai yang disembur akan kelihatan layu dan hampir mati. Mereka yang mencari rumpai dengan ketahanan semulajadi memberi tumpuan kepada strain yang kelihatan sihat. Maxwell mencadangkan persampelan dibuat dengan mengambilkira rumpai yang terjejas oleh racun kerana menurut beliau; "jenis rintangan lain yang tidak meyakinkan wujud di dalam tumbuhan. Mutan ini adalah di luar sana. Mereka menjadi lebih kerap. Tidak lama selepas itu, jika kita mula pensampelan dengan betul, kita akan menemui mereka dengan lebih kerap."

Ketika penggunaan racun rumpai pengganti meningkat, begitu juga risiko membunuh tanaman berdekatan secara tidak sengaja. Ketika musim panas, aplikasi racun rumpai Dicamba (BASF) dan 2,4-D (Dow) kedua-dua cenderung untuk meruapkan, menukar bahan kimia ke dalam wap yang boleh hanyut ke tanah yang berdekatan. (Volatiliti bukan suatu masalah dengan glifosat, yang juga kurang memberi ancaman kepada air daripada racun rumpai lain kerana ia mengikat kepada tanah). Itulah risiko yang besar untuk tanaman berturut-turut, seperti anggur, sayur-sayuran, dan bunga. Untuk menangani kebimbangan ini, Dow telah mencipta 2,4-D yang kurang meruap - mengkehendaki racun diaplikasi bersama benih sebagai satu pakej, kata Tim Hassinger, Naib Presiden Perniagaan Tanaman Global Dow. BASF juga sedang membangunkan produk Dicamba yang kurang meruap untuk disesuaikan dengan produk tanaman Monsanto, kata Nevin McDougall, Naib Presiden Kanan BASF. Dari kaca mata penganalisa pertanian, kerintangan rumpai kepada Roundup membuka peluang syarikat lain seperti Dow, Dupont, Bayer, BASF dan Syngenta menghidupkan semula produk lama mereka untuk bersaing dengan Monsanto.

Stephen Powles Pengarah Australian Herbicide Resistance Initiative dianggap sebagai salah seorang daripada pakar-pakar terkemuka di dunia pada kerintangan racun rumpai berkata, "adalah tidak mungkin bagi racun perosak menekan evolusi tumbuhan kepada pembangunan gen yang resistan kerana mutasi merupakan proses yang terlalu rumit." Tetapi Pat Tranel dari University of Illinois, pakar kerintangan racun rumpai terkemuka, berkata "ia (kerintangan kepada racun) kelihatan munasabah. Idea corak kerintangan luas telahpun didokumenkan."

"Ia benar-benar sukar untuk meramalkan apakah rintangan balas anda akan dapat jika anda menggunakan tanaman yang resistan secara besar-besaran dan menggunakannya setiap tahun, seperti yang dilakukan dengan tanaman yang resistan kepada glifosat, kerana anda akan lebih cenderung untuk mendapatkan rintangan metabolik, "kata pakar fisiologi tumbuhan USDA Stephen Duke. "Ia membuatkan evolusi (kerintangan kepada racun rumpai) yang akan berlaku menjadi lebih mudah."

Pakar mencadangkan tanaman yang resistan kepada racun tidak digunakan berulang kali - musim ke musim dan tahun ke tahun. Kerintangan akan lebih mudah terjadi dalam amalan mono kultur seperti tanaman padi, jagung, kacang soya dan gandum. Duke memberi amaran bahawa sukar untuk menyatakan berapa lama masa yang diambil untuk rintangan metabolik berkembang. Beliau menambah, apabila rintangan metabolik terhasil, amat sukar untuk mengatasinya.

"Hanya kerana tumbuhan menghasilkan rintangan metabolik tidak bermakna ia secara automatik akan menjadi resistan kepada semua racun rumpai. Masih ada perbezaan dari segi keupayaan untuk menangani bahan kimia yang berbeza, kata Mark Peterson dari Dow Agro Science.

Peterson mempertahankan pendekatan yang digunakan Enlist (racun rumpai keluaran Dow), dan berkata evolusi rumpai berpandukan bagaimana racun rumpai digunakan, tanpa mengira sama ada tanaman konvensional atau tanaman yang resistan. "Terdapat pelbagai cara untuk menggunakan segala peralatan dalam kotak alatan, sama ada ia racun rumpai yang berbeza atau racun rumpai dalam bentuk kombinasi dengan amalan yang lain yang akan menyukarkan rumpai untuk membentuk kerintangan" kata Peterson.

Reformis pertanian industri mengesyorkan apa yang dikenali sebagai pengurusan rumpai bersepadu, satu set taktik kitaran penanaman yang diubahsuai, penggunaan herbisid yang bijak, pilihan benih yang khusus pada lokasi - bertujuan untuk mengawal rumpai dengan kos kepada alam sekitar yang minima. Kerana teknik kawalan rumpai akan berbeza-beza di antara tahun dan musim, rintangan akan berubah secara perlahan-lahan.

Penggunaan racun rumpai dalam tanaman kacang soya di Amerika Syarikat. Gambar: Mortensen et al./BioScience

"Sebagai ahli agronomi dan petani, kita telah melupakan prinsip asas kawalan perosak bersepadu dan pengurusan," kata James Gray, pengarah eksekutif pertanian industri menyokong Pasukan Petugas 2,4-D. Menurut Gray, industri telah mengambil iktibar akibat kebergantungan kepada glifosat, dan Dow akan membuat pengurusan rumpai bersepadu sebagai sebahagian daripada sistem Enlist.

"Akan ada usaha untuk mengingatkan pengamal untuk memikirkan mekanisme terbaik bagi setiap ladang dan tidak hanya bergantung kepada penggunaan yang berubah-ubah dari satu racun rumpai kepada racun rumpai yang lain," katanya. "Adalah penting untuk kami menguruskan penggunaan yang wajar bagi sebatian ini."

Buat masa ini, bagaimanapun, penyelidik bukan industri kelihatan sangsi dengan perubahan syarikat korporat ini.

Maxwell dan Mortensen menyedari penyelidikan pertanian dan industri berat yang berat sebelah ke arah penyelesaian berasaskan racun rumpai, dengan pengaruh yang boleh diramal kepada penyelidik akademik dan kerajaan yang sering bergantung kepada sokongan industri. Satu survey yang dijalankan oleh penyelidik saintis rumpai menemui bagi setiap dua orang yang bekerja bagi racun rumpai, hanya seorang bekerja mengkaji pendekatan kawalan bersepadu.

"Terus terang, mereka tidak mendapat wang apabila mereka memperkenalkan strategi kawalan bersepadu," kata Tranel. "Monsanto atau Syngenta tidak lagi membuat wang daripada seorang petani yang menanam tanaman penutup bumi. Paradigma semasa kami begitu banyak bergantung kepada racun kimia. Itulah alat yang kita gunakan, yang paling kos efektif sekarang. Sehingga masalah ini (resistan kepada racun rumpai) belum wujud, mereka akan terus bergantung kepada racun kimia dan tidak akan beralih".

Genetik Pada Metabolisma Padi

Satu kajian besar-besaran menganalisis sebatian metabolik dalam padi yang dijalankan oleh penyelidik di Pusat Sains Pertanian RIKEN (PSC) dan bersama kolaborasi mereka telah mengenalpasti 131 metabolit padi dan menjelaskan faktor genetik dan persekitaran yang mempengaruhi pengeluarannya.

Sebagai salah satu tanaman ruji yang paling penting, beras memainkan peranan penting dalam membekalkan nutrien yang diperlukan untuk menjaga kesihatan penduduk dunia. Nilai pemakanan tanaman padi ditentukan oleh jenis dan kuantiti metabolit yang dikandungnya, yang amat dipengaruhi oleh faktor persekitaran dan genetik. Memahami faktor-faktor ini adalah penting untuk meningkatkan nilai pemakanan, tetapi hubungan kompleks antara gen dan metabolisme tumbuhan membuatkan cabaran yang getir.

Di tengah-tengah cabaran ini yang dipanggil - quantitative train loci (QTL), terbentang jujukan DNA yang mengandungi pautan kepada gen bagi sifat fenotip, dalam kes ini tahap metabolit. Di dalam membiakbaka padi yang menghasilkan lebih daripada satu metabolit khusus (contohnya metabolit yang meningkatkan nilai pemakanan), anda perlu tahu kawasan DNA yang terlibat dan apakah peranannya. Ini amat sukar kerana tahap metabolit dikawal oleh QTL yang pelbagai dan juga dipengaruhi oleh alam sekitar.

Untuk menyelesaikan masalah ini, penyelidik di PSC bekerjasama dengan rakan sejawat mereka di National Institute of Agrobiological Science (NIAS) untuk menganalisis metabolomik QTL (mQTL) bijian beras menggunakan saluran spektroskopi jisim yang dibangunkan di PSC. Analisis 85 talian eksperimen padi yang dibiakkan khas untuk analisis QTL, yang disediakan oleh penyelidik NIAS dan dituai pada tahun 2005 dan 2007, telah menghasilkan sebanyak 759 isyarat metabolit. Daripada ini, pasukan penyelidik mengenal pasti 131 metabolit, termasuk asid amino, lipid, dan flavonoid, dan mengenal pasti sejumlah 801 mQTL di sekitar genom beras.

Penemuan yang paling penting pasukan ini menunjukkan bahawa kebanyakan peringkat metabolit padi dipengaruhi oleh faktor persekitaran, walaupun genetik adakalanya boleh memainkan peranan yang lebih penting: kawalan terselaras asid amino telah dikaitkan dengan "hotspot" mQTL pada 3 kromosom, manakala variasi tahap flavenoid telah dikaitkan dengan faktor genetik. Diterbitkan dalam The Plant Journal, penemuan ini menjanjikan masa depan yang lebih cepat, teknik pembiakan yang lebih berkesan bagi padi, dan menandakan satu langkah utama ke arah dunia untuk mendapat makanan yang cukup dan lebih sihat.

Jaringan metabolik padi 

Save and Grow - a policy maker's guide to the sustainable intensification of smallholder crop production

FAO menjalankan kempen Save and Grow di seluruh dunia dengan memberi fokus kepada meningkatkan pengeluaran makanan, menjimatkan input serta sumber seperti air, baja, tanah dan kapital serta memelihara alam sekitar dan ekosistem semulajadi. Buku ini boleh dimuat turun di sini: Save and Grow.

Revolusi Hijau membawa kepada lonjakan kuantum dalam pengeluaran makanan dunia yang dirangsang oleh keselamatan makanan. Bagi kebanyakan negara, walau bagaimanapun, pengeluaran tanaman secara intensif telah mengurangkan sumber semula jadi yang menjadi asas kepada pertanian, sekaligus menjejaskan produktiviti masa hadapan. Dalam usaha untuk memenuhi permintaan yang dijangka meningkat untuk 40 tahun akan datang, petani di negara membangun mesti menggandakan pengeluaran makanan, tetapi cabaran yang lebih menakutkan ialah gabungan kesan perubahan iklim dan persaingan yang semakin sengit untuk tanah, air dan tenaga. Buku ini memaparkan satu paradigma baharu: Sustainable Crop Production Intensification (SCPI), yang menghasilkan lebih pengeluaran dari kawasan atau tanah yang sama dan pada masa yang sama menyokong pemuliharaan sumber, mengurangkan kesan negatif terhadap alam sekitar dan meningkatkan modal semulajadi dan aliran perkhidmatan ekosistem. Salah satu kaedah yang digariskan dalam menjimatkan penggunaan sumber disamping meningkatkan pengeluaran pertanian serta memelihara alam sekitar di dalam buku ini ialah System of Rice Intensification (SRI).

Terdapat 7 bab utama dalam buku ini iaitu:

1. The challenge
To feed a growing world population, we have no option but to intensify crop production. But farmers face unprecedented constraints. In order to grow, agriculture must learn to save.

2. Farming systems
Crop production intensification will be built on farming systems that offer a range of productivity, socio-economic and environmental benefits to producers and to society at large.

3. Soil health
Agriculture must, literally, return to its roots by rediscovering the importance of healthy soil, drawing on natural sources of plant nutrition, and using mineral fertilizer wisely.

4. Crops and varieties
Farmers will need a genetically diverse portfolio of improved crop varieties that are suited to a range of agro-ecosystems and farming practices, and resilient to climate change.

5. Water management
Sustainable intensification requires smarter, precision technologies for irrigation and farming practices that use ecosystem approaches to conserve water.

6. Plant protection
Pesticides kill pests, but also pests’ natural enemies, and their overuse can harm farmers, consumers and the environment. The first line of defence is a healthy agro-ecosystem.

7. Policies and institutions
To encourage smallholders to adopt sustainable crop production intensification, fundamental changes are needed in agricultural development policies and institutions.

Model Tillering Katayama

Ulangkaji: Terdapat 3 fasa pertumbuhan padi.

Vegetative phase (fasa tampang) (Hari 1 - 60)
Fasa vegetatif atau fasa tampang merupakan tempoh tanaman padi berkembang bermula dari biji benih (jika ditanam secara tabur terus) atau anak benih (jika ditanam secara mengubah) sehingga ke peringkat tillering (beranak). Dalam tempoh ini, anak benih akan mula menapak pada tanah dengan membentuk akar dan daun. Fasa vegetatif dikarakteristikkan oleh tillering aktif, peningkatan dalam ketinggian tumbuhan dan pembentukan daun pada jangka masa yang tetap. Tiller yang aktif mengeluarkan panicle (tangkai) dipanggil tillers yang berkesan (effective tillers) manakala yang tidak mempunyai panicle dipanggil tillers tidak berkesan (non effective tillers). Bilangan tillers tidak berkesan adalah sifat yang dikaji dengan teliti dalam pembiakan tumbuhan kerana ia tidak diingini. Walau bagaimanapun, pembentukan tillers banyak dipengaruhi oleh pelbagai faktor seperti keadaan tanah, cuaca, pengairan dan amalan agronomi.

Reproductive phase (fasa reproduktif) (Hari 60 - 90)
Fasa pertumbuhan pembiakan (reproduktif) dikarakteristikkan oleh pemanjangan stem (yang meningkatkan ketinggian tumbuhan), penurunan dalam bilangan tillers, kemunculan daun terakhir (flag leaf), booting (peringkat padi bunting), heading (terbit) dan peringkat spikelet berbunga. Pembentukan panikel ialah peringkat kira-kira 20 - 25 hari sebelum terbit (biasanya berlaku padi hari ke 50 - 55 selepas tanam) dan boleh diperiksa dengan memotong sedikit stem batang untuk melihat perkembangannya. Peringkat spikelet berbunga bermula dengan padi terbit dan biasanya padi memerlukan 10 hingga 14 hari untuk terbit sepenuhnya. Secara agronominya, padi terbit diistilahkan apabila 50% panikel telah keluar dari stem.

Maturation/Ripening stage (fasa matang/masak) (Hari 90 - 110~120)
Peringkat matang ialah peringkat spikelet (biji padi) mengisi dan masak yang dibahagikan kepada beberapa fasa; peringkat susu, peringkat mengeras dan peringkat masak (menguning).

Untuk padi memberikan prestasi terbaik, 4 faktor penting yang perlu diberi perhatian:

1. Seedling establishment (penapakan anak benih [berlaku dalam fasa vegetatif] - peringkat anak benih membentuk akar serta daun dan menapak pada tanah);
2. Tillering (beranak [berlaku dalam fasa vegetatif] - peringkat pokok mengeluarkan anak yang menentukan jumlah anak yang efektif dan berpotensi untuk mengeluarkan panikel);
3. Panicle initiation (pembentukan panikel atau tangkai [berlaku dalam fasa reproduktif] - peringkat pokok membentuk panikel yang akan menentukan panjang tangkai dan jumlah biji [spikelet] pada tangkai);
4. Grain filling (pengisian biji [berlaku dalam fasa matang] - peringkat mengisi yang akan menentukan berat biji padi).

[Tamat ulangkaji]

Soalannya, daripada 4 faktor di atas (penapakan, beranak, pembentukan tangkai dan pengisian) yang manakah faktor yang paling PENTING dan KRITIKAL dalam menentukan hasil padi yang tinggi?

Ada yang berpendapat peringkat penapakan anak benih merupakan faktor kritikal dalam penentuan hasil. Ini kerana penapakan menentukan kepadatan tanaman dan keupayaan tanaman untuk segera menghasilkan akar dan daun bagi pertumbuhannya. Penapakan awal juga penting kerana dikatakan dapat mengelakkan persaingan dengan padi angin dan rumpai.

Pendapat kedua memberi penekanan kepada fasa beranak sebagai faktor kritikal dalam pebentukan hasil. Ini kerana tillers yang dihasilkan oleh pokok padi merupakan penentu kepada jumlah anak yang efektif (yang boleh mengeluarkan panikel) bagi meningkatkan hasil padi. Jadi amat penting untuk memastikan pokok padi beranak semaksima mungkin.

Pendapat ketiga menyatakan pembentukan panikel adalah faktor kritikal dalam menentukan hasil yang tinggi. Dengan sebab itu, masa pembajaan pada usia 50 hingga 55 hari dapat menghasilkan panikel yang lebih panjang dan jumlah spikelet yang lebih banyak.

Pendapat keempat pula menyatakan pengisian biji merupakan faktor kritikal dalam menentukan hasil yang tinggi. Ini kerana faktor pengisian dan spikelet yang masak dengan sempurna dapat menjamin hasil yang baik dan berkualiti. Oleh sebab itu, nutrien dan air yang mencukupi amat diperlukan dalam tempoh pengisian.

Biasanya penyelidik dan ahli agronomi mengambil jalan tengah -- gabungan keempat-empat faktor ini adalah penting dalam memberikan prestasi yang baik pada tanaman padi untuk memberi hasil yang tinggi.

Namun begitu, dalam tahun-tahun kebelakangan ini, penyelidik dan pakar-pakar agronomi mula menyelidik dan membincangkan faktor tillering pokok padi. Petikan artikel yang bertajuk Control of tillering in rice (Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences, China National Rice Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Institute of Plant Physiology and Ecology, Chinese Academy of Sciences and National Center for Gene Research, Chinese Academy of Sciences);

Hasil kerja Henri de Laulanié (1992), yang bertanggungjawab memperkenal dan mengembangkan kaedah SRI di Madagascar serta Didier Moreau (1993) yang merupakan penulis buku L'analyse de l'élaboration du rendement du riz: les outils du diagnostic (The analysis of the development of the rice yield: diagnostic tools) membawa kepada perkembangan sebuah model yang unik. Moreau mendapati kadar hasil meningkat dengan ketara dengan peningkatan dalam tillering, tetapi sebab yang tepat bagi peningkatan ini tidak dapat dijelaskan. Beliau membuat analisis dengan mengambil kira bilangan besar tillers yang dihasilkan apabila padi dipindahkan di usia awal (8 hingga 12 hari iaitu sebelum daun keempat muncul). Hasilnya, satu model yang dinamakan "Katayama's tillering model."

Hasil kerja de Laulanié dan Moreau telah membuka mata pakar agronomi dan penyelidik berkenaan betapa pentingnya memindahkan anak pokok padi pada usia muda serta kesannya kepada perkembangan tillers. Dalam entri sebelum ini, Padi SRI - Soalan Lazim, eksperimen oleh JP Dobelmann di Marovoay pada tahun 1964 (sebelum kemunculan kaedah SRI), anak benih berusia 10 hari yang ditanam di tapak semaian dapog dipindahkan dengan segera dengan jarak 30 x 20 cm menunjukkan purata sebanyak 20 tillering bagi setiap pokok, memberi perspektif baharu dalam kaedah tanaman padi yang menunjukkan faktor tillering merupakan faktor kritikal dalam menentukan hasil padi.

Model Tillering Katayama

Jadual 1: Jumlah tillers mengikut susunan kemunculannya pada 12 phyllochron

Nota: Corak spatial susunan daun dipanggil phyllotaxy, masa antara kemunculan daun (leaf initiation) dipanggil plastochron dan kadar kemunculan daun dari putik adalah phyllochron. Phyllochron adalah selang masa, atau tempoh masa, memisahkan pertumbuhan permulaan bagi dua daun pada tiller yang sama. Ia adalah satu sifat yang berubah-ubah, yang berkaitan dengan suhu (jumlah suhu purata harian). Phyllochron membentuk kalendar pertumbuhan padi.

Jadual genealogi di atas menunjukkan 12 phyllochron yang akan membentuk 84 tillers. Seperti yang dijawab dalam Padi SRI - Soalan Lazim, jika petani benar-benar dapat mengeksploitasikan tillers, hasil padi 30 tan/ha tidak mustahil. Namun begitu, kebanyakan tanaman padi tidak pernah melengkapkan jadual ini. Biasanya tanaman padi hanya membentuk tiller pada peringkat phyllochron kelima atau keenam yang menyebabkan bilangan anak merosot kerana ditanam dalam keadaan yang tidak ideal (dalam keadaan terendam dalam air yang dalam, ditanam terlalu rapat, tanah yang berasid dan lain-lain). Ini menunjukkan jika padi ditanam dalam keadaan yang ideal, jumlah anak akan bertambah yang membawa kepada jumlah effective tillers yang banyak untuk memberikan hasil yang tinggi.

Gambarajah 1: Pokok padi yang mempunyai 12 baris phyllochron yang membentuk 84 tiller

Kesan daripada Model Katayama

Pertumbuhan secara eksponential: Ini telah disahkan oleh beberapa petani [dengan tanaman melebihi 100 tillers]. Jadual 1 di atas telah menerangkan model pertumbuhan tillers secara eksponential.

Kadar pengeluaran tillers baharu dan perkembangan yang tersirat pada semua tillers: Kita biasanya berfikir padi menghasilkan tillers baharu di bahagian yang agak tetap kepada bilangan tillers yang telah sedia wujud. Untuk melihatnya, kita perlu membandingkan bilangan tillers sedia ada pada akhir phyllochron sebelumnya dengan bilangan tillers baharu dalam phyllochron seterusnya (berturut-turut 8), untuk setiap phyllochron bermula dari kelima. Ini memberikan set pecahan, yang mempunyai nisbah purata kira-kira 1.66:

3/2 = 1.5
5/3 = 1.66
8/5 = 1.6
12/8 = 1.625
21/12 = 1.615
33/20 = 1.65
53/31 = 1.7

(Nota: 3/2 = 3 tillers dibahagi dengan 2 phyllochron. Begitu juga angka berikutnya)

Angka-angka ini menunjukkan kadar yang agak malar di mana tillers baharu dihasilkan. Setiap phyllochron menghasilkan kira-kira dua pertiga jumlah tillers. Nisbah ini bermula agak rendah (1.5) dan menjadi lebih tinggi (1.7 dan 1.75), walaupun range nilainya agak sempit.

Faktor tillering dalam padi SRI

Pengumpulan semua 12 phyllochron ke dalam 4 kumpulan memberi nilai pendidikan dan psikologi untuk penyebaran SRI. Ia boleh dihuraikan seperti berikut: "Pada bulan pertama proses tillering, padi SRI seolah-olah kosong. Apa yang berlaku ialah tillers sedang menyediakan diri mereka untuk pertumbuhan. Pada bulan kedua, padi SRI membuat persiapan lanjut, dan tillering perlahan-lahan berkembang. Pada bulan ketiga, apabila padi SRI mula mengisi, kadar tillering "meletup" (tumbuh dengan hebat).

Pemindahan awal menggalakkan tillering

Marilah kita kembali kepada kaedah penanaman padi (fokus utama kepada padi SRI), yang terdiri daripada penanaman anak benih -- penanaman satu demi satu dengan pemindahan pada usia yang muda. Apakah halangan-halangan yang boleh menghalang tillers utama yang pertama dari tumbuh? Pelbagai trauma (dipanggil "tekanan" dari segi pembiakan tanaman) boleh terjadi pada anak benih padi yang dipindahkan. Trauma pada akar biasanya berlaku jika anak benih tidak segera dipindahkan.

Hubungan yang telah kita lihat antara bilangan tillers yang sedia ada dan bilangan baharu yang akan tumbuh mencadangkan bahawa usaha pengeluaran yang tinggi benar-benar berorientasikan kepada penghasilan tillers baharu semasa tillering. Padi biasanya menumpukan tenaga dan nutrien yang tersedia untuk pertumbuhan sel bagi memulihkan kesan trauma. Jika kesan trauma dapat diminimumkan dengan cara mengubah anak benih yang muda (8 hingga 12 hari) dengan segera (kurang dari 2 jam) tanaman padi tidak akan memerlukan banyak nutrien dan tenaga untuk memulihkannya dari trauma atau kejutan pemindahan. Nutrien dan tenaga ini boleh digunakan bagi menghasilkan tillers.

Jika pemindahan anak benih memberi kesan trauma yang besar, tiada tillering akan berlaku sekurang-kurangnya dua minggu atau kadangkala lebih. Selepas itu, persaingan antara tumbuh-tumbuhan berhampiran bersama-sama akan menghalang tillering. Selain daripada fisiologi atau tegasan iklim, serangan perosak dan penyakit juga akan menjejaskan proses tillering. Berapa harikah yang diperlukan untuk tananam padi pulih daripada trauma pemindahan disebabkan oleh cara yang berbeza di mana operasi ini boleh dilaksanakan? Ini kerana penyelidik akan bertanya soalan ini: Apabila amalan pemindahan yang berbeza-beza sebagai faktor, apakah perbezaan dari segi hasil?

Pengalaman pakar menunjukkan lebih muda sesuatu tanaman dipindahkan, lebih pendek tempoh untuk pulih (catch-up) daripada trauma selepas pemindahan. Sebaliknya, lebih tua tanaman itu dipindahkan, tempoh catch-up akan menjadi lebih panjang. Anak benih yang berusia 10 hari atau 12 hari, jika dipindahkan dengan berhati-hati, tidak memerlukan tempoh sepanjang hari untuk pulih dan berfungsi. Ini tidak bermakna bahawa anak benih itu dapat pulih sepenuhnya dalam masa satu hari tetapi pemindahan awal mengurangkan risiko kerosakan anak benih. Pemindahan pada usia muda dapat mengembalikan hubungan anak benih dengan tanah, menggantikan pucuk yang hilang, mungkin menyesuaikan saluran edaran, memperbaharui stok rizab nutrien yang telah digunakan semasa pemindahan, dan kemudian menyambung semula fungsi keseluruhan sistem akar.

Pengurusan air dan pengubahsuaian kaedah tanaman padi melalui SRI

Umum mengetahui bahawa tanaman padi memerlukan sistem pengairan kerana padi merupakan tanaman di dalam air. Namun begitu persepsi ini telah dibuktikan kurang tepat melalui amalan tanaman padi menggunakan kaedah SRI seperti yang pernah ditulis - Padi bukannya tumbuhan akuatik dan Asas Utama Tanaman Padi SRI.

Keperluan air dilihat semakin mendesak terutama sekali sumber air untuk tanaman padi terpaksa berkongsi untuk memenuhi keperluan domestik dan industri. Jadi tanaman padi SRI dilihat sebagai "silver bullet" untuk mengurangkan beban bekalan air. "Sistem ini dapat meningkatkan hasil padi, mengurangkan keperluan benih dan mengurangkan keperluan air 25 hingga 50%". Sumber : Wikipedia

Mengikut amalan konvensional, sawah padi di Malaysia memerlukan 29,473 meter padu air sehektar setahun. Purata keperluan air bagi mengeluarkan hasil padi kasar sebanyak 2.3 kg mm^-1. Bagaimana jika kaedah tanaman padi SRI dapat mengurangkan keperluan air sehingga 50%? Kaedah ini tidak sukar untuk dilaksanakan sebenarnya. Dengan hanya membiarkan tanah lembab sahaja selama 45 hari (sehingga peringkat beranak maksimum) dan kemudian air dimasukkan sekadar 2 cm ketika peringkat mengisi dan dibiarkan sehingga 10 hari sebelum menuai.

Saya menjangkakan jika 15 hingga 20% kawasan Barat Laut Selangor ditanam menggunakan kaedah SRI, masalah kekurangan bekalan air di sawah mungkin dapat diselesaikan. 

Jadual dan rajah (klik pada gambar untuk paparan lebih besar)

Jadual 1: Keperluan air dalam tanaman padi konvensional

Rajah 1: Keseimbangan air bagi keperluan tanaman padi

Jadual 2: Perbandingan diantara tiga jenis pengairan dalam sawah

Kesan penggunaan baja kimia dengan unsur nitrogen terhadap populasi bena perang

Secara teori dan praktikal, biodiversiti mempunyai peranan yang relevan di dalam masalah pertanian kotemporari yang membenarkan pembentukan kumpulan berfungsi bagi memandu proses utama ekosistem. Salah satu daripada proses penting agroekosistem ialah kitaran perosak, kerana biodiversiti sangat berkait rapat dengan kerintangan tumbuhan-perumah, kaedah pengawalan perosak, agen kawalan biologi semulajadi, dan impak serta kestabilan kepada asas ekologi kepada pengawalan perosak.

Penanaman padi yang semakin berkembang pesat telah membuka ruang kepada peningkatan hasil, tetapi pada masa yang sama memberi kerosakan kepada biodiversiti, dan hasilnya pertambahan populasi serangga perosak dan penyakit tanaman. Biodiversiti telah terbukti berkait rapat dengan insiden serangan perosak di dalam ekosistem tanaman padi dan terjejas teruk akibat penggunaan baja nitrogen yang berlebihan.

Bena perang, Nilaparvata lugens, sememangnya telah wujud sejak sekian lama sebagai perosak di dalam tanaman padi. Ketika 1970-an dengan bermulanya Revolusi Hijau, sistem tanaman dan amalan kultural menumpukan sepenuh perhatian kepada hasil yang tinggi dengan mengaplikasikan baja kimia untuk varieti padi dan menyebabkan bena perang berubah daripada perosak minor kepada perosak major. Malah penggunaan baja kimia terutama sekali nitrogen yang berlebihan mengakibatkan populasi Sogatella furcifera (bena belakang putih) dan Laodelphax striatellus (satu lagi jenis bena perang) turut bertambah.

Dr. K.L Heong seorang pakar entemologi dari IRRI telah membuat satu simulasi berkenaan dengan kaitan aplikasi baja berunsurkan nitrogen dengan peningkatan populasi bena perang. Simulasi ini dimuatkan dalam satu terbitan; Planthoppers: new threats to the sustainability of intensive rice production systems in Asia. Los Baños (Philippines): International Rice Research Institute bertajuk: Are planthopper problems caused by a breakdown in ecosystem services?

Satu lagi kajian yang dibuat di Filipina dan China menunjukkan perkaitan penggunaan baja kimia nitrogen ke atas populasi bena perang. Tiga kadar nitrogen digunakan dalam kajian tersbut, 0 kg/ha, 100 kg/ha dan 200 kg/ha. Penyelidik bersetuju penggunaan baja kimia nitrogen yang berlebihan mengakibatkan serangan dua jenis bena perang, N. lugens dan S. furcifera yang berleluasa seperti di dalam Graf 1 dan 2.

Graf 1: Insiden serangan bena perang N.lugens berdasarkan kadar N kg/ha

Graf 2: Insiden serangan bena perang S.furciferaberdasarkan kadar N kg/ha

Kajian juga mendapati populasi beberapa spesis predator/pemangsa bena perang merosot dengan penggunaan nitrogen yang berlebihan. Ini termasuklah populasi labah-labah Tetragnatha sp. dan Araneus sp. seperti yang ditunjukkan dalam Graf 3.

Graf 3 : Populasi dua jenis labah-labah pemangsa Tetragnatha sp. dan Araneus sp. berdasarkan kadar N kg/ha

Kajian juga menyimpulkan terdapat kemungkinan nitrogen memberi stimulasi yang kuat kepada bena perang. Bena perang merupakan penghisap tanaman dan penggunaan baja nitrogen yang berlebihan menyebabkan populasi bena perang bertambah akibat daripada sumber makanan (pokok padi) yang banyak. Kedapatan pucuk daun yang lembut akibat daripada penggunaan nitrogen yang berlebihan juga menyukarkan labah-labah bersarang.

Penggunaan baja kimia nitrogen yang berlebihan bukan sahaja akan menambah populasi perosak, malah menyebabkan kesan buruk kepada alam sekitar. Tumbuhan tidak akan mengambil kesemua unsur nitrogen yang diberi melalui baja kimia mengakibatkan lebihan baja kimia akan meresap jauh ke dalam tanah dan mencemari air bawah tanah. Selain itu, dalam keadaan sawah digenangi air, proses kitaran nitrogen akan menukar baja kimia nitrogen kepada nitrus oksida dan metana yang menyebabkan kesan rumah hijau kepada bumi.

Selain itu, masalah rumpai dan persaingan rumpai dan tumbuhan akan lebih kerap terjadi dan menyebabkan petani terpaksa mengeluarkan kos bagi meracun. Lebihan air sawah yang mengandungi baja kimia biasanya dibuang melalui parit akan mencemarkan sungai atau sumber air, membunuh kehidupan akuatik disamping menyuburkan rumpai di dalam sungai atau parit.

Sebagai kesimpulan, petani perlu memastikan keperluan sebenar baja nitrogen yang hendak digunakan. Penggunaan baja nitrogen dalam kadar 65 - 80 kg/ha didapati mencukupi bagi membekalkan nutrien dan mengurangkan kesan pencemaran. Penggunaan bersama baja organik lebih digalakkan bagi memperbaiki diversiti dan menambah populasi organisma dalam tanah yang penting bagi tanaman dan keseimbangan ekologi.

Kaedah-kaedah mengawal populasi bena perang yang boleh dipraktikkan oleh petani:

• Mengawal rumpai yang menjadi perumah sekunder
• Memotong dan memusnahkan jerami
• Mengurangkan jumlah baja berunsur nitrogen
• Menjarakkan tanaman supaya tidak terlalu padat

Padi bukannya tumbuhan akuatik

Satu penemuan penting di dalam SRI ialah tanaman padi bukan merupakan tumbuhan akuatik. Walaupun pokok padi boleh hidup dalam keadaan akarnya tenggelam di dalam air, sebenarnya pokok padi bukan “direka” atau dicipta untuk hidup di dalam air. Mungkin ramai yang skeptikal dengan fakta ini. Ia samalah juga jika saya memberikan fakta yang saya dapat dari sebuah buku mengenai penjagaan kucing; banyak kucing sebenarnya alah (alergik) kepada ikan. Pelik bukan?

Inovasi SRI banyak bertentangan dengan amalan biasa penanaman padi. Amalan penanaman secara SRI menggunakan anak benih padi yang muda (12 hingga 15 hari) ditanam di atas tanah yang lembab dan bukannya di dalam air. Mengikut amalan biasa bertanam padi di dalam sawah, kedalaman air di sawah ditentukan mengikut fasa pertumbuhan pokok padi seperti berikut;

Penyediaan tanah/bajak basah : tepu air
Peringkat mengubah/menanam : tepu air sehingga 5 cm
Peringkat pengakaran (10 hingga 30 hari) : 10 cm
Peringkat beranak (30 hari ke atas) : 5 cm
Peringkat tillering : 0 cm (tanah dibiar tepu)
Peringkat pembentukan panicle : 5 cm
Peringkat bunting : 10 cm
Peringkat terbit tangkai : 10 cm
Peringkat berbunga : 10 cm
Peringkat mengisi (susu) : 5 cm
Peringkat masak beku/menguning : 2.5 cm
Peringkat masak (sedia dituai) : 0 cm

Tanaman padi yang ditanam di dalam air akan mengubah fisiologinya mengikut persekitaran. Akarnya membentuk poket udara (yang dikenali sebagai aerenchyma) yang membenarkan oksigen daripada luar sampai kepada akar. Tetapi, penanaman padi di dalam air bukannya satu keadaan ideal bagi padi kerana akar padi sebenarnya memerlukan oksigen terus dari udara. Tanaman padi di dalam air juga boleh menggangu pemindahan nutrien dari tanah kepada batang dan daun.

Dengan kaedah SRI, tanah hanya perlu dibiarkan lembab ketika peringkat pertumbuhan. Apabila sampai kepada peringkat reproduktif (berbunga dan menghasilkan biji padi serta peringkat pengisian), air dinaikkan sedikit di antara 1 hingga 2 cm di atas permukaan tanah. Ini kerana di peringkat reproduktif, keperluan air bagi padi meningkat untuk pengisian padi. Air akan dikeluarkan kira-kira 10 hingga 25 hari sebelum menuai.

Apa yang menakjubkan, pokok padi akan mendapat banyak kebaikan jika tanah hanya dibiarkan kering atau sedikit lembab, sekurang-kurangnya di permukaan tanah. Ini kerana oksigen dari udara akan mudah masuk ke dalam tanah dan digunakan oleh akar. Apabila air tidak tepu di dalam tanah, akar padi akan tumbuh dengan lebih banyak untuk mencari air. Apabila terlalu banyak air, akar padi akan menjadi “malas” dan tidak akan membesar. Ini akan menghadkan keupayaan akar untuk menyerap nutrien dari tanah.

Apabila tanah tidak dibanjiri air sepanjang tempoh penanaman, masalah rumpai akan terjadi. Jadi, kerja-kerja merumpai perlu dijalankan di sepanjang tempoh penanaman supaya tidak menimbulkan persaingan kepada padi untuk air dan nutrien.