No. Halaman 1. Diskripsi subunit protein pada fotosistem 1 (PSI) ……..………….... 27
2. Klasifikasi derajat dominansi berdasarkan nilai potensi rasio... 40
3. Rata-rata luas daun (cm2) dari berbagai intensitas cahaya rendah pada masing-masing genotipe kedelai…………... 52
4. Respon bobot daun spesifik (mg/cm2) masing-masing genotipe kedelai pada berbagai perlakuan intensitas cahaya ... 54
5. Repon kandungan klorofil a genotipe kedelai terhadap berbagai perlakuan intensitas cahaya... 56
6. Repon kandungan klorofil b genotipe kedelai terhadap berbagai perlakuan intensitas cahaya ..………..
58
7. Repon kandungan klorofil total dan rasio klorofil a/b genotipe kedelai terhadap berbagai perlakuan intensitas cahaya ..………
59
8. Repon kandungan rasio klorofil a/b genotipe kedelai terhadap
berbagai perlakuan intensitas cahaya …..………... 61
9. Nisbah fenotipe karakter yang terkait adaptasi terhadap suatu cekaman yang dikendalikan oleh gen mayor pada populasi bersegregasi F2 ………... 74
10. Keragaan karakter hasil dan morfo-fisiologi daun tetua toleran (Ceneng) dan peka (Godek) pada kondisi naungan 50%... 75
11. Koefesien korelasi fenotipik karakter morfo-fisiologi daun dan hasil pada populasi F2 hasil persilangan tetua toleran Ceneng dengan
tetua peka (Godek) ………. 76
12. Nilai rata-rata fenotipe, kemenjuluran (skewness), nilai normalitas, dan probabilitas karakter morfo-fisiologi pada populasi F2………… 79
13. Pendugaan jumlah gen minor (effective factor) dan tipe aksi gen yang mengendalikan karakter-karakter dengan pola sebaran kontinu
dan mengikuti kurva normal pada populasi F2……….... 83
14. Pendugaan jumlah gen mayor dan tipe aksi gen yang mengendalikan karakter-karakter klorofil pada populasi F2 ……….. 85
15. Nilai duga heritabilitas arti luas karakter-karakter yang terkait dengan adaptasi kedelai terhadap intensitas cahaya rendah….……... 87
16. Matriks tingkat homologi (%) sekuen lengkap basa nukleotida dan
asam amino JJ3 dengan tanaman lain………. 101
17. Tingkat homologi cDNA JJ3 dengan gen psaD beberapa spesies tanaman lain menggunakan domain terkonservasi sekuen basa
nukleotida dan asam amino………. 102
18. Diskripsi GSP (gene specific primer) yang digunakan untuk analisis ekspresi gen-gen yang terkait adaptasi kedelai terhadap cekaman
DAFTAR GAMBAR
No. Halaman
1. Bagan alir penelitian ……….. 7
2. Spektrum cahaya yang dapat diserap oleh pigmen tanaman, biasa
disebut photosynthetically active radiation (PAR) ……… 9
3. Lintasan reaksi pembentukan klorofil a dan klorofil b yang melibatkan gen-gen fotosintesis (A) dan struktur kimia klorofil a
dan klorofil b (B)……… 11
4. Model mekanisme penghindaran (avoidance) (A) dan mekanisme toleransi (tolerance) (B) untuk adaptasi tanaman terhadap intensitas
cahaya rendah………. 15
5. Skema bangun kloroplas. Kloroplas merupakan organel
semi-otonom pada sel tanaman. ……….. 20
6. Skema rantai transport elektron fotosintetik pada PS II dan PS I…... 21
7. Diagram skematik pusat reaksi PSII ... 24
8. Struktur keseluruhan PSI……… 28
9. Model redox control pada ekspresi gen fotosintesis pada bakteri, alga dan tanaman tingkat tinggi………... 33
10. Model sintesis, prosesing, transport, dan protein PSII intrinsik dan
ekstrinsik ……… 36
11. Histogram rata-rata luas daun genotipe kedelai pada masing-masing
intensitas cahaya rendah………. 51
12. Histogram rata-rata bobot daun spesifik (BDS) genotipe kedelai
pada masing-masing perlakuan intensitas cahaya. ……… 53
13. Histogram rata-rata klorofil a genotipe kedelai pada masing-masing
perlakuan intensitas cahaya ..………. 56
14. Histogram rata-rata klorofil b genotipe kedelai pada masing-masing
perlakuan intensitas cahaya..……….. 58
15. Histogram rata-rata klorofil total genotipe kedelai pada
masing-masing perlakuan intensitas cahaya.………...…. 59
masing-masing perlakuan intensitas cahaya……… 60
17. Histogram fenotipe karakter hasil per tanaman pada populasi F2
dengan kurva normal sebagai pembanding………. 79
18. Histogram fenotipe karakter luas daun pada populasi F2 dengan
kurva normal sebagai pembanding………. 80
19. Histogram fenotipe karakter bobot daun spesifik pada populasi F2
dengan kurva normal sebagai pembanding………. 80
20. Histogram fenotipe karakter klorofil a pada populasi F2 dengan
kurva normal sebagai pembanding………. 81
21. Histogram fenotipe karakter klorofil b pada populasi F2 dengan
kurva normal sebagai pembanding………. 81
22. Histogram fenotipe karakter klorofil total pada populasi F2 dengan
kurva normal sebagai pembanding………. 82
23. Histogram fenotipe karakter rasio klorofil a/b pada populasi F2
dengan kurva normal sebagai pembanding……… 82
24. (A). Sekuen lengkap basa nukleotida JJ3 hasil pemanjangan menggunakan metode PCR-RACE. (B). Asam amino hasil translasi dari sekuen lengkap basa nukleotida JJ3... 96
25. (A) Estimasi struktur sekuen lengkap JJ3, (B) Prediksi sekuen pengkodean, CDS lengkap, dan (C) prediksi sekuen peptida, (D) domain terkonservasi (conserved domain) berwarna merah dan
yang tidak terkonservasi (domain beragam) berwarna hitam………. 97
26. Open reading frame (ORF) atau coding sequence dari sekuen lengkap JJ3. Sekuen yang ditulis dengan huruf kecil merupakan CDS JJ3 dan huruf kapital merupakan deduksi asam amino... 98
27. Sebagian hasil pensejajaran (multi-alignment) sekuen basa
nukleotida cDNA JJ3 dengan spesies tanaman lain menggunakan
progran clustalW. ………... 103
28. Hasil pensejajaran sekuen lengkap asam amino cDNA JJ3 dengan
tanaman tingkat tinggi lain. ………... 104
29. Filogenetik cDNA JJ3 dengan gen psaD pada beberapa tanaman
berdasarkan urutan asam amino……….. 105
30. Pola ekspresi JJ3 dan CAB-3 pada kedelai toleran naungan (Ceneng) dan peka naungan (Godek) (A) serta kuantifikasi ekspresi
masing-masing gen (B). Hasil elektroforesis 1% agarose. Gen
ß-actin sebagai internal standar (house keeping gene)………... 115
31. Pola ekspresi gen PhyB dan ATHB-2 pada kedelai toleran naungan (Ceneng) dan peka naungan (Godek) (A) serta kuantifikasi ekspresi masing-masing gen (B). Hasil elektroforesis 1% agarose. Gen
DAFTAR LAMPIRAN
No. Halaman
1. Kandungan klorofil (mg/g berat basah sampel) ...………... 144
2. Penampilan warna daun beberapa genotipe kedelai pada berbagai intensitas cahaya rendah……….. 145
3. Diskripsi varietas Pangrango……….. 146
4. Diskripsi varietas Pangrango..………... 147
BAB I
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kedelai merupakan salah satu tanaman pangan penting di Indonesia karena memiliki kandungan gizi yang cukup tinggi. Kebutuhan kedelai di dalam negeri terus meningkat setiap tahun (sekitar 2 juta ton) seiring dengan kesadaran masyarakat yang semakin tinggi akan pentingnya produk berbahan baku kedelai. Di lain pihak, produksi kedelai nasional cenderung stagnan, sekitar 730 ribu ton per tahun. Oleh karena itu, untuk memenuhi kebutuhan kedelai nasional, pemerintah mengimpor sekitar 60 persen atau sekitar 700 ribu ton per tahun pada tahun 1998 bahkan meningkat mencapai rata-rata 1,2 juta ton per tahun sejak 2000 – 2004 (Badan Litbang Deptan 2005). Berbagai upaya pemerintah seperti program kedelai mandiri (prokema), gema palagung, dan program lainnya ternyata belum mampu meningkatkan produksi kedelai nasional. Untuk mengatasi kesenjangan tersebut maka pemerintah mencanangkan Program Swasembada Kedelai 2008 melalui peningkatan produktivitas dengan penerapan teknologi produksi dan juga melalui perluasan areal tanam.
Peningkatan produksi kedelai nasional melalui perluasan areal tanam memiliki potensi yang cukup besar, antara lain melalui penggunaan lahan di bawah tegakan tanaman perkebunan, hutan tanaman industri (HTI) melalui program agroforestri, atau tumpangsari dengan tanaman pangan semusim lainnya. Kendala utama pengembangan kedelai di bawah tegakan atau sistem tumpangsari tersebut adalah rendahnya intensitas cahaya akibat faktor naungan. Menurut Asadi dan Arsyad (1995); Asadi et al. (1997), intensitas cahaya berkurang hingga mencapai 75% di bawah tegakan tanaman perkebunan dan 33% di bawah tumpangsari dengan jagung atau sorgum. Tanaman kedelai memerlukan radiasi matahari yang optimum (sekitar 0.3 - 0.8 kal/cm2/menit setara 431-1152 kal/cm2/hari) dengan spektrum atau panjang gelombang berkisar 400-700 nm (disebut photosynthetically active radiation, PAR) untuk mendapatkan hasil bersih fotosintat yang tinggi (Kassam 1978; Salisbury dan Ross 1992). Selain berperan dominan pada proses fotosintesis, cahaya juga berfungsi sebagai
pengendali, pemicu, dan modulator respon morfogenesis khususnya pada tahap awal pertumbuhan tanaman (McNellis dan Deng 1995). Anderson (2000) juga menjelaskan bahwa tanaman yang tumbuh di lingkungan bercekaman tersebut sulit mengekspresikan potensial genetiknya secara utuh untuk tumbuh, berkembang dan berproduksi secara maksimum. Dilaporkan bahwa hasil kedelai menurun rata-rata 30-60% pada kondisi cekaman naungan. Handayani (2003) juga melaporkan bahwa akibat cekaman naungan 50%, hasil per hektar tanaman kedelai menurun 10 - 40%. Oleh karena itu diperlukan upaya pemuliaan untuk memperoleh genotipe atau varietas unggul baru kedelai yang mampu beradaptasi pada lingkungan bercekaman intensitas cahaya rendah.
Berbagai upaya pendekatan ke arah perbaikan adaptasi kedelai terhadap intensitas cahaya rendah sudah mulai dirintis sejak tahun 2001 oleh Kelompok Penelitian untuk Perbaikan Tanaman (Research Group for Crop Improvement,
RGCI) IPB melalui kajian aspek fisiologi, pemuliaan, dan molekuler (Sopandie et al. 2002, 2003a; Khumaida 2002; Trikoesoemaningtyas et al. 2003).
Kegiatan pemuliaan kedelai toleran naungan dimulai dengan pembentukan 12 populasi bersegregasi dengan metode restricted bulk hasil persilangan dialel lengkap dari empat tetua terpilih (Ceneng, Pangrango, Godek, Slamet). Analisis genetik karakter agronomi yang terkait adaptasi kedelai terhadap naungan sudah dilaporkan (Trikoesoemaningtyas et al. 2003). Seleksi terhadap karakter-karakter yang berkontribusi terhadap sifat adaptasi akan lebih efektif apabila didasari oleh hasil analisis genetik seperti pendugaan jumlah dan aksi gen serta daya waris gen-gen yang mengen-gendalikan karakter-karakter tersebut (Poehlman dan Sleper 1995; Roy 2000). Karakter daun merupakan karakter yang terlibat langsung dalam proses penerimaan, pengiriman signal cahaya sampai proses fotosintesis. Namun informasi genetik untuk aspek fisiologi dan morfologi daun yang terkait dengan adaptasi kedelai terhadap intensitas cahaya rendah masih sangat terbatas.
Aspek fisiologi adaptasi kedelai terhadap intensitas cahaya rendah sudah mulai dipelajari melalui respon spesifik pada berbagai tingkatan seperti adanya perubahan anatomi, morfologi, fisiologi, biokimia sampai tingkat molekuler dan sudah banyak dilaporkan (Sopandie et al. 2001; Khumaida 2002; Murchie et al. 2002; Alves de Alvarenga 2003; Juraimi et al. 2004). Pada tanaman padi gogo