Detection of Metabolites In Shoot, Root, and Root Exudates of Soybean under Different Potassium Status

TANTRIANI, Dr. Ir. Benito Heru Purwanto, MP., M.Agr; Prof. Dr. Keitaro Tawaraya; Nasih Widya Yuwono, SP., MP.

2016 | Skripsi | S1 ILMU TANAH

Kalium (K) adalah makronutrien penting bagi pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Efek yang komprehensif dari status kalium pada metabolit kedelai tidak diketahui. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memperjelas efek konsentrasi kalium pada pertumbuhan berbagai kultivar kedelai dan untuk mendeteksi metabolit kedelai pada status kalium yang berbeda menggunakan metabolit teknik profiling. Dua kultivar kedelai (Glycine max cv. Satonohohoemi dan Glycine max cv. Tachinagaha) ditanam secara hidroponik dalam kondisi ruang pertumbuhan (16/8 jam siang/malam pada suhu 270C) pada kondisi kekurangan K (6 mg K L-1), normal K ( 60 mg K L-1) dan keracunan K (120 mg K L-1). Parameter agronomi, ekstrak tajuk, ekstrak akar, dan eksudat akar diukur dan dikumpulkan pada 7 dan 14 hari setelah tanam (HST). Selanjutnya, metabolit ditentukan menggunakan capillary electrophoresis/time-of flight mass spectrometry (CE-TOF/MS). Sebuah penurunan yang signifikan dari biomassa tanaman pada konsentrasi K rendah muncul pada 7 HST di Tachinagaha. Kadar K pada tajuk dan akar lebih tinggi pada kultivar yang toleran terhadap konsentrasi K rendah jika dibandingkan dengan kultivar yang peka pada 7 dan 14 HST karena berat kering tajuk dan akar lebih tinggi pada kultivar K-toleran. Satonohohoemi memiliki 206, 166, dan 45 metabolit yang diidentifikasi dalam tajuk, akar, dan eksudat akar. Selanjutnya 206, 171, dan 39 metabolit dari Tachinagaha diidentifikasi dalam tajuk, akar, dan eksudat akar. Hanya 23-27% metabolit dalam ekstrak akar terdeteksi dalam eksudat akar dari kedua kultivar. Akibatnya ada tanggapan yang berbeda di jalur metabolisme seperti glikolisis, siklus krebs, asam amino dan poliamin pada kondisi kekurangan K dan keracunan K. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa konsentrasi K rendah dan K tinggi sebagian besar mempengaruhi metabolit pada tajuk dan akar daripada eksudat akar tanaman kedelai.

Potassium (K) is an essential macronutrient for plant growth and development. Comprehensive effect of potassium status on metabolites of soybean are unknown. The objective of this study was to clarify the effect of the potassium concentration on growth of different soybean cultivars and to detect metabolites of soybean under different potassium status using a metabolites profiling technique. Two soybean cultivars (Glycine max cv. Satonohohoemi and Glycine max cv. Tachinagaha) were grown hydroponically in growth chamber condition (16/8 h day/night regime at 27oC) under low K (6 mg K L-1), normal K (60 mg K L-1) and high K (120 mg K L-1) concentrations. Agronomic parameters, shoot extracts, root extracts, and root exudates were measured and collected from 7 and 14 days after transplanting (DAT). Further, the metabolites were determined by capillary electrophoresis/time-of flight mass spectrometry (CE-TOF/MS). A significant decrease of plant biomass in low-K concentration appeared at 7 DAT in Tachinagaha. Shoot and root K-contents were higher in low K-tolerant than low K-sensitive cultivars at 7 and 14 DAT and hence shoot and root dry matter in low K-tolerant cultivar were higher. Satonohohoemi had 206, 166, and 45 metabolites identified in shoot, root, and root exudates, respectively. Furthermore 206, 171, and 39 metabolites of Tachinagaha were identified in shoot, root, and root exudates, respectively. Only 23-27% metabolites in the root extracts were detected in the root exudates of both cultivars. As a consequence there were different responses in metabolic pathways such as glycolysis, TCA cycle, amino acid and polyamines metabolism under low-K and high-K concentrations. These findings indicate that low-K and high-K concentrations mostly affect shoot and root than root exudates metabolites in soybean plant.

Kata Kunci : potassium, soybean, metabolites, cultivar, CE-TOF/MS