Tiang logam 3,6 meter dengan lengan panjang yang terentang menandakan ladang kedelai Midwestern untuk memantau pancaran cahaya yang tak tampak yang dipancarkan oleh tanaman. Cahaya ini bisa mengungkap kinerja fotosintesis tanaman selama musim tanam, menurut penelitian yang baru diterbitkan oleh University of Illinois
“Penampilan fotosintetik adalah ciri utama untuk dipantau karena secara langsung menghasilkan potensi,” kata Kaiyu Guan, asisten profesor di Fakultas Pertanian, Konsumen, dan Ilmu Lingkungan (ACES) dan peneliti utama penelitian ini. “Metode ini memungkinkan kita untuk secara cepat dan nondestruktif memantau seberapa baik tanaman tampil dalam berbagai kondisi seperti sebelumnya.”
Diterbitkan di Journal of Geophysical Research – Biogeosciences, tim Illinois yang dipimpin oleh Guofang Miao, seorang peneliti postdoctoral di ACES dan penulis utama makalah ini, melaporkan musim tanam pertama yang terus menerus untuk menggunakan data fluoresensi sinar matahari (SIF) untuk menentukan bagaimana kedelai merespon tingkat cahaya yang berfluktuasi dan tekanan lingkungan.
“Sejak penemuan baru-baru ini menggunakan sinyal SIF satelit untuk mengukur fotosintesis, para ilmuwan telah mengeksplorasi potensi untuk menerapkan teknologi SIF ke ekosistem pertanian yang lebih baik,” kata kolaborator studi Carl Bernacchi, seorang profesor sains tanaman di Carl R. Woese Institute for Biologi Genomik (IGB). “Penelitian ini memajukan pemahaman kita tentang fisiologi tanaman dan SIF pada skala lokal, yang akan membuka jalan bagi pengamatan satelit untuk memantau kesehatan tanaman dan hasil panen di lahan pertanian yang luas.”
Fotosintesis adalah proses dimana tanaman mengubah energi cahaya menjadi gula dan karbohidrat lainnya yang akhirnya menjadi makanan atau biofuel kita. Namun, satu sampai dua persen energi cahaya yang diserap tanaman dipancarkan sebagai cahaya fluoresens yang sebanding dengan laju fotosintesis.
Peneliti menangkap proses ini dengan menggunakan sensor hyperspectral untuk mendeteksi fluktuasi fotosintesis selama musim tanam. Mereka merancang studi terus menerus ini untuk lebih memahami hubungan antara cahaya yang diserap, cahaya fluoresens yang dipancarkan , dan laju fotosintesis. “Kami ingin mengetahui apakah hubungan proporsional ini konsisten di berbagai ekosistem, terutama antara tanaman dan ekosistem liar seperti hutan dan sabana,” kata Miao.
“Kami juga menguji penerapan teknologi ini pada fenotip tanaman -karakter struktural, biokimiawi, fisiologis, dan perilaku- untuk menghubungkan ciri-ciri utama dengan gen yang mendasarinya,” kata rekan penulis Katherine Meacham, seorang peneliti postdoctoral di IGB.
“Teknologi SIF dapat membantu kita mengubah fenotip dari usaha manual yang membutuhkan tim peneliti besar dan peralatan mahal untuk proses otomatis yang efisien,” kata rekan penulis Caitlin Moore, juga peneliti postdoctoral di IGB.
Jaringan sensor SIF telah digunakan di seluruh AS untuk mengevaluasi lahan pertanian dan ekosistem alami lainnya. Laboratorium Guan telah meluncurkan dua sistem SIF jangka panjang lainnya di Nebraska untuk membandingkan sawah tadah hujan dan irigasi dalam rotasi jagung-kedelai. “Dengan menerapkan teknologi ini ke berbagai daerah, kita dapat memastikan keefektifan alat ini dalam kondisi pertumbuhan yang tak terhitung jumlahnya untuk segudang tanaman,” kata Xi Yang, asisten profesor di University of Virginia, yang merancang sistem pemantauan SIF studi ini.
“Kemampuan kami untuk menghubungkan data SIF pada daun, kanopi dan skala regional akan memfasilitasi perbaikan model yang memperkirakan hasil panen,” kata Guan. “Tujuan utama kami adalah memantau efisiensi fotosintesis setiap bidang di seluruh dunia untuk mengevaluasi kondisi panen dan memperkirakan hasil panen pada skala global secara real time.”