Dengan ini menyatakan bahwa Disertasi Analisis Parameter Genetik dan Pengembangan Kriteria Seleksi bagi Pemuliaan Tanaman Nenas (Ananas comosus (L.) Merr.) di Indonesia adalah karya saya sendiri dengan arahan komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun yang tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Bogor, Juli 2008
Muhammad Arif Nasution NIM A361020191
iii
ABSTRACT
MUHAMMAD ARIF NASUTION. GENETIC PARAMETER ANALYSIS AND
DEVELOPMENT OF SELECTION CRITERIA FOR PINEAPPLE
IMPROVEMENT (Ananas comosus (L.) Merr.) IN INDONESIA. Supervised by
ROEDHY POERWANTO, SOBIR, MEMEN SURAHMAN, and
TRIKOESOEMANINGTYAS
Information of genetic variability, heritability and correlation between quantitative characters with yields is very important to support Pineapple Hybridization Program in Indonesia. This study has been conducted in four topics namely: (1) estimation of genetic parameters at some quantitative characters of pineapple germplasm, (2) study on correlation between some quantitative characters of pineapple germplasm, (3) study on genetic variability of pineapple crosses based on morphology and RAPD markers, (4) multivariate analysis and selection of the PKBT ‘Queen’ x ‘Smooth Cayenne’ hybrid collection for superior high yield and fruit quality.
The objectives of the first topic were to examined the genetic variability and heritability of the agronomic characters of germplasm collection. A total of 26 accessions of pineapple germplasm collection were used in this study. The results of the research showed that the leaf number, leaf length, number of hapas, days to flowering, days to harvest, peduncle length, peduncle diameter, fruit weight, fruit length, number of spirals, flesh thickness, total acid and vitamin C content have wide genetic variability. The leaf number, leaf length, number of hapas, number of suckers, days of flowering, days to harvest, fruit length, number of spirals, flesh thickness, total acid and vitamin C content have high heritability value. The characters which have high genetic gain (> 50%) were peduncle length and vitamin C content.
The objective of the second topic was to study the genetic correlation between morphological characters and fruit components characters base on path analysis. The results of this research showed that the foliage attitude and spines leaf associated with flesh thickness. The correlation analysis showed that plant height, leaf number and wide leaf have positively and significantly correlated with fruit diameter. The fruit diameter together plant height, canopy diameter and leaf width have positive and significant correlation with fruit weight. Based on path analysis, plant height, diameter and leaf width have positive direct effect on fruit weight. The result also showed that number of leaves and leaf length have indirect effect on fruit weight. The foliage attitude and spines leaf characters can be used as selection criteria to improve flesh thickness and canopy diameter, while the number of leaf, and length of leaf can be used as selection criteria to improve fruit weigh.
The third topic was aimed to study the genetic variability of pineapple crosses based on morphology and RAPD markers. The study was conducted on 30 genotypes of F1-pineapple plants from crossing of ‘Smooth Cayenne’ x ‘Queen’ by cluster analysis which was computed based on morphological and RAPD data. The results showed that different similarity coefficient of phenotypic (0.06-0.86) and RAPD (0.38- 0.81) markers. Furthermore, to assess the patterns of variation, principal component analysis have been done using 85 morphological characters,
concurrence analyses failed to make a similar grouping of RAPD markers with morfological markers (r = 0.7864). The result of partial correlation analysis between qualitative traits and DNA profile, at 95-99% confidence showed that DNA fragment OPE7 line 5 tends to associate with silvery-white of sepal colour and golden yellow of fruit colour when ripe. The DNA SBR4 line 4, significantly associated with spine characters which occur irregularly along both margins of leaves.
The purpose of the fourth topic was to develop good criteria for increasing yields and improving fruit quality. A total of 195 genotypes obtained from crossing of ‘Queen’ x ‘Smooth Cayenne’ were used for multivariate analysis. The results showed that the fruit length, fruit diameter and spiral number can be used as good criteria for improvement of yields. All of the morphological characters controlled by nuclear genes, except the peduncle diameter. Crossing combination between JBSMSC2 and JBBMQH6 resulted in heterosis and heterobeltiosis value for size and fruit quality. There were 39 genotypes of superior variety candidates of pineapple hybrids can be obtained by independent culling level selection, truncation selection, and selection index.
Key words: genetic parameter, correlation, morphology marker, RAPD marker, heterosis, good criteria, independent culling level selection, truncation selection, and selection index.
v
RINGKASAN
MUHAMMAD ARIF NASUTION. Analisis Parameter Genetik dan Pengembangan Kriteria Seleksi bagi Pemuliaan Tanaman Nenas (Ananas comosus
(L.) Merr.) di Indonesia. Dibimbing oleh ROEDHY POERWANTO, SOBIR, MEMEN SURAHMAN, dan TRIKOESOEMANINGTYAS.
Dalam rangka mendukung program pemuliaan nenas dilakukan serangkaian percobaan mempergunakan 26 aksesi koleksi plasma nutfah nenas PKBT IPB dan 195 nenas hasil persilangan ‘Queen’ x ‘Smooth Cayenne’ dari program hibridisasi nenas PKBT IPB. Penelitian bertujuan untuk: (1) menduga parameter genetik dan heritabilitas serta hubungan beberapa karakter agronomi aksesi nenas koleksi plasma nutfah PKBT IPB, (2) mengetahui hubungan kekerabatan antara genotipe hasil persilangan berdasarkan penanda morfologi, penanda RAPD dan penanda gabungan morfologi-RAPD dan (3) mempelajari korelasi dan keragaman karakter agronomi hibrida hasil persilangan dan dilanjutkan dengan melakukan seleksi untuk mendapatkan nenas hibrida unggul. Penelitian dilakukan sejak bulan Mei 2003 sampai Desember 2007.
Hasil karakterisasi terhadap 26 aksesi nenas menunjukkan bahwa beberapa karakter komponen buah yang penting pada tanaman nenas memiliki keragaman genetik dan heritabilitas luas, yaitu diameter pedunkulus, bobot tanaman, panjang buah, jumlah spiral, tebal daging buah, total asam dan kadar vitamin C, kecuali bobot buah memiliki heritabilitas sedang. Terdapat beberapa karakter vegetatif yang dapat dijadikan kriteria seleksi langsung, untuk meningkat bobot buah, yaitu tinggi tanaman, diameter tajuk dan lebar daun, sedangkan kriteria seleksi tidak langsung dapat digunakan jumlah daun dan panjang daun masing-masing melalui tinggi tanaman dan diameter tajuk. Seleksi pada karakter panjang pedunkulus, diameter pedunkulus, panjang buah, jumlah spiral, tebal daging buah dan vitamin C dapat meningkatkan bobot buah dibanding dengan seleksi langsung terhadap bobot buah.
Studi korelasi antara karakter morfologi dan karakter komponen buah nenas menggunakan analisis korelasi person dan sidik lintas. Hasil analisis menunjukkan bahwa karakter kedudukan daun dan daun berduri berasosiasi dengan tebal daging buah. Tinggi tanaman, jumlah daun, dan lebar daun berkorelasi positif dan nyata dengan diameter buah. Diameter buah, tinggi tanaman, diameter tajuk, dan lebar daun berkorelasi positif dan nyata terhadap bobot buah. Hasil sidik lintas menunjukan bahwa tinggi tanaman, diameter tajuk, dan lebar daun mempunyai pengaruh langsung positif terhadap bobot buah. Jumlah daun dan panjang daun mempunyai pengaruh tidak langsung terhadap bobot buah melalui tinggi tanaman dan diameter tajuk. Duduk daun terbuka dan karakter duri pada daun dapat dijadikan kriteria seleksi untuk perbaikan karakter tebal daging buah. Karakter diameter tajuk, jumlah daun dan panjang daun dapat dipilih sebagai kriteria seleksi untuk perbaikan bobot buah.
Analisis gerombol dipergunakan untuk mengetahui pola pengelompokan 30 hibrida nenas hasil persilangan. Hasil analisis gerombol keseluruhan genotipe tersebut berdasarkan penanda morfologi, RAPD dan gabungan morfologi-RAPD, dapat dikelompokkan menjadi dua kelompok pada derajat kesamaan genetik masing-masing 30%, 61% dan 47%. Analisis komponen utama dipergunakan
morfologi, 105 pola pita RAPD dan gabungan morfologi-RAPD. Hasil analisis keselarasan diperoleh bahwa penanda morfologi memiliki nilai r yang sesuai, RAPD memiliki nilai r yang lemah (kurang sesuai), sedangkan data gabungan memiliki nilai r kurang sesuai (lemah). Hasil analisis korelasi parsial antara karakter kualitatif dan profil RAPD (Primer), pada taraf kepercayaan 95-99% menunjukkan bahwa fragmen DNA OPE7 pita 5 cenderung berasosiasi dengan karakter kelopak warna putih perak dan sekaligus berasosiasi dengan warna daging buah kuning emas. DNA SBH8 pita 3 berasosiasi dengan karakter duri yang tidak merata di sepanjang tepi daun.
Berdasarkan analisis multivariate terhadap 195 populasi genotipe F1 hasil persilangan diperoleh bahwa karakter panjang buah, diameter buah dan jumlah spiral dapat digunakan sebagai kriteria yang efektif ke arah perbaikan hasil tanaman nenas. Kecuali diameter pedunkulus, semua karakter yang amati dikendalikan oleh gen-gen yang berada di dalam inti sel. Kombinasi persilangan antara JBSMSC2 x JBBMQH6 menghasilkan nilai heterosis dan heterobeltiosis untuk karakter ukuran dan kualitas buah. Hasil seleksi dengan nenggunakan berbagai model seleksi terhadap 195 hibrida diperoleh 32 kandidat nenas varietas unggul. Prosedur seleksi dimulai dari model seleksi “independent culling level” dengan seleksi awal berdasarkan bobot buah (tanpa mahkota) yang memiliki ukuran diatas 1000 g. Berdasarkan kriteria bobot buah tersebut diperoleh 121 hibrida terpilih dari 195 hibrida yang ada. Selanjutnya dilakukan truncation selection untuk mendapatkan nilai cut-off dan arah seleksi, yang digunakan untuk menyeleksi beberapa hibrida yang memiliki variabel seleksi rendah untuk menentukan proporsi seleksi yang lebih baik. Variabel bobot buah dengan arah seleksi adalah nilai bobot buah yang lebih besar dari nilai cut-off = 985 g ( lebih dari 985 g). Selanjutnya untuk bobot mahkota, jumlah spiral, diameter buah, panjang buah, tebal daging buah, diameter hati, total asam, vitamin C, TPT, panjang pedunkulus dan diameter pedunkulus, arah seleksi dan nilai cut-offnya masing-masing ( < 190 g, < 21.65 cm, > 9, > 10.88 cm, > 13 cm, > 3.8 cm, < 2.92 cm, < 3.73%, > 30.27 dan > 16.9 oBrix, < 18 cm dan > 2.5 cm). Berdasarkan kriteria diatas, kemudian diperoleh sembilan kandidat nenas unggul. Model seleksi indeks juga digunakan untuk seleksi 195 hibrida, melalui index tidak terboboti diperoleh 23 hibrida kandidat nenas varietas unggul, sedangkan melalui index seleksi terboboti juga diperoleh 23 hibrida, 15 hibrida yang diperoleh sama dengan yang diperoleh melalui indeks seleksi tidak terboboti. Sehingga secara keseluruhan diperoleh 39 hibrida kandidat varietas nenas unggul.
Kata kunci: parameter genetik, korelasi, penanda morfologi, penanda RAPD, independent culling level, truncation selection, indeks seleksi, heterosis.
vii