ABSTRAK
LINDA SOFIANI. Pengaruh Iradiasi Sinar Gamma Pada Polen Kelapa Genjah Salak. Dibimbing oleh ALEX HARTANA dan HADISUNARSO.
Tanaman kelapa digolongkan ke dalam dua tipe yaitu kelapa Dalam dan kelapa Genjah. Kelapa Genjah Salak berasal dari Kalimantan Selatan, memiliki karakteristik cepat berbunga dibandingkan kelapa Dalam. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh iradiasi sinar gamma pada polen kelapa Genjah Salak terhadap viabilitas polen dan kromosom polen. Viabilitas polen diamati dari tiap perlakuan dengan tiga ulangan. Semakin tinggi dosis radiasi yang diberikan menyebabkan viabilitas kecambah polen kelapa Genjah Salak semakin menurun. Viabilitas daya kecambah polen menjadi tinggal setengahnya (LD50)berada pada dosis iradiasi 5-10 Gy, dan daya
kecambah polen kelapa Genjah Salak dari 31% menjadi 14-19%. Jumlah kromosom dalam polen yang diiradiasi dosis 5-15 Gy meningkat (>16), akan tetapi pada dosis iradiasi 20-30 Gy jumlah kromosom menurun (10-11). Polen kelapa yang diiradiasi sebagai bahan penyerbukan buatan, sebaiknya dengan dosis kurang dari 5 Gy.
ABSTRACT
LINDA SOFIANI. The Effect of Gamma Irradiation on Salak Dwarf Coconut Pollen. Supervised by ALEX HARTANA and HADISUNARSO.
Coconut plants are classified into two types namely Tall coconut and Dwarf coconut. Salak Dwarf coconut derived from South Kalimantan, the characteristic of Salak Dwarf Coconut is that is grow faster than Tall coconut. The objective of this research is to analyze the effect of gamma irradiation on pollen viability and chromosomes of Salak Dwarf coconut pollen. Pollen viability and chromosome pollen of Salak Dwarf coconut pollen were observed using microscope. The higher dosage of gamma irradiation, the lower pollen germination. At lethal doses of (LD50)
1
PENDAHULUAN
Tanaman kelapa merupakan tumbuhan di daerah sepanjang garis khatulistiwa, termasuk ke dalam famili Palmae, dengan genus Cocos
yang hanya memiliki satu spesies: Cocos nucifera L. Kelapa digolongkan menjadi dua tipe yaitu kelapa Dalam dan kelapa Genjah. Beberapa populasi kelapa Genjah diberi nama sesuai dengan nama tempat tumbuhnya, warna buah dan tipe tanaman kelapa, seperti Genjah Kuning Nias berasal dari Nias, Genjah Kuning Bali berasal dari pulau Bali yang keduanya berbuah kuning (Liyanage & Corputy 1976).
Kelapa Genjah Salak berasal dari desa Pematang Panjang, Kalimantan Selatan (Liyanage & Corputy 1976). Kelapa Genjah Salak memiliki karakteristik mulai berbuah pada umur 2 sampai 4 tahun, bentuk buah bulat dan berukuran kecil, warna kulit buah umumnya hijau, pohon lebih pendek dibandingkan kelapa Dalam, dan keragaman genetiknya rendah karena pada umumnya menyerbuk sendiri (Santos 1983). Salah satu cara peningkatan keragaman tanaman dapat dilakukan melalui induksi mutasi radiasi sinar gamma (Micke & Donini 1993).
Efek iradiasi dipengaruhi oleh dosis iradiasi sinar yang digunakan. Radiosensitivitas polen dapat ditentukan berdasarkan nilai LD50 (Lethal Dose 50), yaitu dosis iradiasi yang menyebabkan viabilitas polen tinggal 50% dari nilai viabilitas polen semula (polen kering tanpa iradiasi sinar gamma). Dosis optimum yang dapat menghasilkan mutan terbanyak biasanya terjadi di sekitar LD50 (Ibrahim 1999). Tingkat radiosensitivitas dapat diamati dari adanya hambatan pertumbuhan atau letalitas dan perubahan struktur kromosom (Banerji & Datta 1992).
Mutasi merupakan perubahan genetik, baik gen tunggal, sejumlah gen ataupun susunan kromosom. Mutasi dapat terjadi pada setiap bagian tanaman terutama bagian yang aktif melakukan pembelahan sel sehingga terjadi keragaman genetik. induksi mutasi merupakan salah satu metode penting dalam upaya perbaikan tanaman dan pemuliaan tanaman (Ahloowalia dan Malusznsky 2001). Mutasi dapat dibedakan atas mutasi gen, mutasi kromosom dan mutasi genom. Mutasi kromosom meliputi mutasi struktur kromosom: delesi, duplikasi, inversi, dan translokasi (Gardner et al. 1991), berdasarkan perubahan banyaknya kromosom mutasi dikelompokkan kedalam Euploidi dan Aneuploidi.
Iradiasi polen kelapa Genjah Salak diharapkan menimbulkan mutasi yang akan menyebabkan terjadinya keragaman jika polen tersebut digunakan untuk menyerbuki pohon kelapa lainnya. Polen merupakan struktur gamet jantan, tersusun atas dua lapisan yaitu
exine dan intine. Exine merupakan lapisan luar yang tersusun atas sapropolenin yang berfungsi mencegah serbuk sari dari dehidrasi.
Intine merupakan lapisan bagian dalam yang tersusun atas selulosa dan mirip dengan konstruksi dinding sel.
Salah satu program pemuliaan tanaman adalah meningkatkan keragaman genetik tanaman. Keragaman genetik dapat dilakukan dengan cara induksi mutasi sinar gamma. Mutasi buatan dapat menimbulkan perubahan genetik polen baik ke arah positif maupun negatif, dan dapat diwariskan pada generasi berikutnya. Mutasi yang terjadi ke arah perbaikan sifat tanaman merupakan mutasi yang dikehendaki oleh pemulia tanaman pada umumnya.
Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh iradiasi sinar gamma pada polen kelapa Genjah Salak terhadap viabilitas polen dan kromosom polen.
BAHAN DAN METODE
Bahan
Polen kelapa Genjah Salak segar berasal dari tandan bunga kelapa yang belum mekar. Polen yang telah dikeringkan dengan oven hingga kadar air 5-6%, dan polen kering yang sudah diiradiasi sinar gamma di Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Isotop dan Radiasi (P3TIR) BATAN. Bahan-bahan kimia untuk pewarnaan kromosom yang digunakan adalah aceto orcein, etanol absolut, asam asetat dan HCl. Iradiator yang digunakan untuk iradiasi polen adalah gamma Chamber 4.000A (sumber 60Co).
Metode
I. Iradiasi Polen. Polen yang diiradiasi berasal dari polen kering dengan kadar air 5-6%. Iradiasi polen menggunakan sinar gamma dengan dosis: 0 (kontrol), 5, 10, 15, 20, 25, dan 30 Gy. Pada bulan Juli 2010 laju dosis sinar gamma 81,90 krad/jam dengan aktivitas 1.023,7645.
PENDAHULUAN
Tanaman kelapa merupakan tumbuhan di daerah sepanjang garis khatulistiwa, termasuk ke dalam famili Palmae, dengan genus Cocos
yang hanya memiliki satu spesies: Cocos nucifera L. Kelapa digolongkan menjadi dua tipe yaitu kelapa Dalam dan kelapa Genjah. Beberapa populasi kelapa Genjah diberi nama sesuai dengan nama tempat tumbuhnya, warna buah dan tipe tanaman kelapa, seperti Genjah Kuning Nias berasal dari Nias, Genjah Kuning Bali berasal dari pulau Bali yang keduanya berbuah kuning (Liyanage & Corputy 1976).
Kelapa Genjah Salak berasal dari desa Pematang Panjang, Kalimantan Selatan (Liyanage & Corputy 1976). Kelapa Genjah Salak memiliki karakteristik mulai berbuah pada umur 2 sampai 4 tahun, bentuk buah bulat dan berukuran kecil, warna kulit buah umumnya hijau, pohon lebih pendek dibandingkan kelapa Dalam, dan keragaman genetiknya rendah karena pada umumnya menyerbuk sendiri (Santos 1983). Salah satu cara peningkatan keragaman tanaman dapat dilakukan melalui induksi mutasi radiasi sinar gamma (Micke & Donini 1993).
Efek iradiasi dipengaruhi oleh dosis iradiasi sinar yang digunakan. Radiosensitivitas polen dapat ditentukan berdasarkan nilai LD50 (Lethal Dose 50), yaitu dosis iradiasi yang menyebabkan viabilitas polen tinggal 50% dari nilai viabilitas polen semula (polen kering tanpa iradiasi sinar gamma). Dosis optimum yang dapat menghasilkan mutan terbanyak biasanya terjadi di sekitar LD50 (Ibrahim 1999). Tingkat radiosensitivitas dapat diamati dari adanya hambatan pertumbuhan atau letalitas dan perubahan struktur kromosom (Banerji & Datta 1992).
Mutasi merupakan perubahan genetik, baik gen tunggal, sejumlah gen ataupun susunan kromosom. Mutasi dapat terjadi pada setiap bagian tanaman terutama bagian yang aktif melakukan pembelahan sel sehingga terjadi keragaman genetik. induksi mutasi merupakan salah satu metode penting dalam upaya perbaikan tanaman dan pemuliaan tanaman (Ahloowalia dan Malusznsky 2001). Mutasi dapat dibedakan atas mutasi gen, mutasi kromosom dan mutasi genom. Mutasi kromosom meliputi mutasi struktur kromosom: delesi, duplikasi, inversi, dan translokasi (Gardner et al. 1991), berdasarkan perubahan banyaknya kromosom mutasi dikelompokkan kedalam Euploidi dan Aneuploidi.
Iradiasi polen kelapa Genjah Salak diharapkan menimbulkan mutasi yang akan menyebabkan terjadinya keragaman jika polen tersebut digunakan untuk menyerbuki pohon kelapa lainnya. Polen merupakan struktur gamet jantan, tersusun atas dua lapisan yaitu
exine dan intine. Exine merupakan lapisan luar yang tersusun atas sapropolenin yang berfungsi mencegah serbuk sari dari dehidrasi.
Intine merupakan lapisan bagian dalam yang tersusun atas selulosa dan mirip dengan konstruksi dinding sel.
Salah satu program pemuliaan tanaman adalah meningkatkan keragaman genetik tanaman. Keragaman genetik dapat dilakukan dengan cara induksi mutasi sinar gamma. Mutasi buatan dapat menimbulkan perubahan genetik polen baik ke arah positif maupun negatif, dan dapat diwariskan pada generasi berikutnya. Mutasi yang terjadi ke arah perbaikan sifat tanaman merupakan mutasi yang dikehendaki oleh pemulia tanaman pada umumnya.
Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh iradiasi sinar gamma pada polen kelapa Genjah Salak terhadap viabilitas polen dan kromosom polen.
BAHAN DAN METODE
Bahan
Polen kelapa Genjah Salak segar berasal dari tandan bunga kelapa yang belum mekar. Polen yang telah dikeringkan dengan oven hingga kadar air 5-6%, dan polen kering yang sudah diiradiasi sinar gamma di Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Isotop dan Radiasi (P3TIR) BATAN. Bahan-bahan kimia untuk pewarnaan kromosom yang digunakan adalah aceto orcein, etanol absolut, asam asetat dan HCl. Iradiator yang digunakan untuk iradiasi polen adalah gamma Chamber 4.000A (sumber 60Co).
Metode
I. Iradiasi Polen. Polen yang diiradiasi berasal dari polen kering dengan kadar air 5-6%. Iradiasi polen menggunakan sinar gamma dengan dosis: 0 (kontrol), 5, 10, 15, 20, 25, dan 30 Gy. Pada bulan Juli 2010 laju dosis sinar gamma 81,90 krad/jam dengan aktivitas 1.023,7645.
2
kuadran agar memudahkan cara penghitungan jumlah polen yang diamati. Kemudian polen dikecambahkan dengan cara menetesi polen dengan larutan perkecambahan (1,5 g glukosa dan 0,02 g asam borat dalam 100 ml akuades) selama 2-3 jam, kemudian kecambah diamati setiap 30 menit sekali setelah polen dikecambahkan. Penghitungan viabilitas polen dilakukan untuk setiap perlakuan iradiasi dengan 3 ulangan perkecambahan polen.
Viabilitas Polen (VP) dihitung dengan menggunakan persamaan:
Jumlah polen berkecambah Jumlah polen yang diamati
III. Pengamatan Kromosom. Pembuatan preparat kromosom mengikuti metode yang digunakan Perera et al. (2008) dengan sedikit modifikasi, tanpa menggunakan larutan kolkisin dan dilakukan perkecambahan polen terlebih dahulu.
Perkecambahan polen kering dilakukan pada selang 5 menit sekali selama 2,5 jam, sehingga diperoleh fase-fase mitosis. Media perkecambahan menggunakan media cair.
Setelah polen berkecambah, polen campuran difiksasi dengan campuran larutan asam asetat : etanol absolut (3:1) selama 1,5 jam, kemudian dihidrolisis dengan larutan HCl 1N selama 20 menit pada suhu 600C. Pewarnaan polen dilakukan dengan perendaman di dalam aceto orcein 2% selama 15 menit, ditutup menggunakan kaca penutup dan ditekan. Preparat dipukul-pukul dengan ujung pinsil berkaret dan dilewatkan 2-3 kali di atas api. Pengamatan kromosom menggunakan mikroskop cahaya dengan perbesaran 400x dan 1000x.
Pada polen segar, pembuatan preparat tanpa dikecambahkan terlebih dahulu. Polen yang digunakan berasal dari manggar yang belum mekar agar diperoleh fase-fase mitosis.
Waktu dan tempat
Penelitian dilaksanakan sejak bulan Februari hingga Desember 2010 di Laboratorium Biologi Tumbuhan, Pusat Penelitian Sumberdaya Hayati dan Bioteknologi (PPSHB), IPB.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Iradiasi sinar gamma mempengaruhi kemampuan viabilitas polen kelapa Genjah Salak berkecambah. Polen dikatakan berkecambah apabila tabung polen yang terbentuk telah mencapai paling sedikit sama dengan diameter polen (Widiastuti & Palupi 2007).
Penghitungan kecambah polen kelapa Genjah Salak dilakukan selama 2 - 2,5 jam pengamatan. Viabilitas kecambah polen kelapa Genjah Salak kering tanpa diiradiasi sinar gamma (dosis 0 Gy) 31%. Iradiasi sinar gamma terhadap polen kelapa Genjah Salak kering menurunkan viabilitas polen berkecambah. Semakin tinggi dosis iradiasi sinar gamma yang diberikan, menyebabkan viabilitas kecambah polen kelapa Genjah Salak semakin menurun (Tabel 1).
Dosis letal (LD50) polen kelapa Genjah
Salak berada pada selang dosis 5-10 Gy. Pada dosis letal (LD50) 5-10 Gy viabilitas
kecambah polen kelapa Genjah Salak setengah (50%), dari persentase viabilitas kecambah polen yang semula 31% menjadi 19-14%.
Tabel 1. Pengamatan viabilitas polen kelapa Genjah Salak tanpa iradiasi (dosis 0 Gy) dan yang diiradiasi
Dosis (Gy) Viabilitas (%) 0 5 10 15 20 25 30 31 19 14 11 10 6 5
Polen merupakan jaringan hidup yang dapat mengalami kematian. Penurunan viabilitas kecambah polen terjadi selain akibat perlakuan iradiasi sinar gamma, juga dipengaruhi oleh faktor cahaya, suhu, kelembaban, dan penyimpanan setelah diiradiasi (Ahnstroem 1977). Berdasarkan pengamatan bentuk polen kering, rendahnya persentase viabilitas polen kelapa Genjah Salak tanpa iradiasi, disebabkan jumlah polen fertil (Gambar 1) lebih sedikit dibandingkan polen steril (Gambar 2).
kuadran agar memudahkan cara penghitungan jumlah polen yang diamati. Kemudian polen dikecambahkan dengan cara menetesi polen dengan larutan perkecambahan (1,5 g glukosa dan 0,02 g asam borat dalam 100 ml akuades) selama 2-3 jam, kemudian kecambah diamati setiap 30 menit sekali setelah polen dikecambahkan. Penghitungan viabilitas polen dilakukan untuk setiap perlakuan iradiasi dengan 3 ulangan perkecambahan polen.
Viabilitas Polen (VP) dihitung dengan menggunakan persamaan:
Jumlah polen berkecambah Jumlah polen yang diamati
III. Pengamatan Kromosom. Pembuatan preparat kromosom mengikuti metode yang digunakan Perera et al. (2008) dengan sedikit modifikasi, tanpa menggunakan larutan kolkisin dan dilakukan perkecambahan polen terlebih dahulu.
Perkecambahan polen kering dilakukan pada selang 5 menit sekali selama 2,5 jam, sehingga diperoleh fase-fase mitosis. Media perkecambahan menggunakan media cair.
Setelah polen berkecambah, polen campuran difiksasi dengan campuran larutan asam asetat : etanol absolut (3:1) selama 1,5 jam, kemudian dihidrolisis dengan larutan HCl 1N selama 20 menit pada suhu 600C. Pewarnaan polen dilakukan dengan perendaman di dalam aceto orcein 2% selama 15 menit, ditutup menggunakan kaca penutup dan ditekan. Preparat dipukul-pukul dengan ujung pinsil berkaret dan dilewatkan 2-3 kali di atas api. Pengamatan kromosom menggunakan mikroskop cahaya dengan perbesaran 400x dan 1000x.
Pada polen segar, pembuatan preparat tanpa dikecambahkan terlebih dahulu. Polen yang digunakan berasal dari manggar yang belum mekar agar diperoleh fase-fase mitosis.
Waktu dan tempat
Penelitian dilaksanakan sejak bulan Februari hingga Desember 2010 di Laboratorium Biologi Tumbuhan, Pusat Penelitian Sumberdaya Hayati dan Bioteknologi (PPSHB), IPB.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Iradiasi sinar gamma mempengaruhi kemampuan viabilitas polen kelapa Genjah Salak berkecambah. Polen dikatakan berkecambah apabila tabung polen yang terbentuk telah mencapai paling sedikit sama dengan diameter polen (Widiastuti & Palupi 2007).
Penghitungan kecambah polen kelapa Genjah Salak dilakukan selama 2 - 2,5 jam pengamatan. Viabilitas kecambah polen kelapa Genjah Salak kering tanpa diiradiasi sinar gamma (dosis 0 Gy) 31%. Iradiasi sinar gamma terhadap polen kelapa Genjah Salak kering menurunkan viabilitas polen berkecambah. Semakin tinggi dosis iradiasi sinar gamma yang diberikan, menyebabkan viabilitas kecambah polen kelapa Genjah Salak semakin menurun (Tabel 1).
Dosis letal (LD50) polen kelapa Genjah
Salak berada pada selang dosis 5-10 Gy. Pada dosis letal (LD50) 5-10 Gy viabilitas
kecambah polen kelapa Genjah Salak setengah (50%), dari persentase viabilitas kecambah polen yang semula 31% menjadi 19-14%.
Tabel 1. Pengamatan viabilitas polen kelapa Genjah Salak tanpa iradiasi (dosis 0 Gy) dan yang diiradiasi
Dosis (Gy) Viabilitas (%) 0 5 10 15 20 25 30 31 19 14 11 10 6 5
Polen merupakan jaringan hidup yang dapat mengalami kematian. Penurunan viabilitas kecambah polen terjadi selain akibat perlakuan iradiasi sinar gamma, juga dipengaruhi oleh faktor cahaya, suhu, kelembaban, dan penyimpanan setelah diiradiasi (Ahnstroem 1977). Berdasarkan pengamatan bentuk polen kering, rendahnya persentase viabilitas polen kelapa Genjah Salak tanpa iradiasi, disebabkan jumlah polen fertil (Gambar 1) lebih sedikit dibandingkan polen steril (Gambar 2).
3
Gambar 1 Polen fertil Gambar 2 Polen steril
Iradiasi sinar gamma berpengaruh menghambat pembelahan dan jumlah sel (Harten 1998). Iradiasi sinar gamma selain menurunkan viabilitas polen kelapa Genjah Salak berkecambah, juga menyebabkan perubahan struktur kromosom jika dibandingkan dengan kromosom polen kelapa Genjah Salak yang tidak diiradiasi.
Iradiasi sinar gamma menyebabkan perubahan kromosom. Pada tingkat kromosom perubahan atau mutasi dapat menyebabkan perubahan struktur dan perubahan jumlah kromosom (Gardner et al.
1991). Banyaknya kromosom dari dalam sel dapat diamati pada waktu pembelahan mitosis dan meiosis. Pembelahan meiosis digunakan untuk mengamati tingkah laku kromosom berpasangan dan menghitung jumlah kromosom pada pembentukan gamet.
Jumlah kromosom tanaman kelapa 2n=32. Jumlah kromosom polen kelapa Genjah Salak normal tanpa diiradiasi sinar gamma n=16 (Perera et al. 2008). Iradiasi sinar gamma menginduksi perubahan struktur kromosom polen kelapa Genjah Salak.
Pemberian dosis iradiasi sinar gamma 5-30 Gy menyebabkan perubahan struktur kromosom. Iradiasi sinar gamma sering digunakan dalam pemuliaan tanaman untuk meningkatkan variabilitas, yang diharapkan dapat menghasilkan mutan baru.
Apabila struktur kromosom yang terwarnai oleh aceto orcein dianggap sebagai perubahan kromosom akibat iradiasi sinar gamma, maka iradiasi menyebabkan perubahan banyaknya kromosom. Dosis iradiasi sinar gamma yang berbeda menyebabkan banyaknya kromosom berbeda. Kromosom polen segar dari kelapa Genjah Salak diamati dari preparat kromosom polen segar yang diambil dari tandan bunga kelapa Genjah Salak yang belum mekar.
Banyaknya kromosom polen segar. polen kering tanpa iradiasi dan polen kering dengan berbagai dosis iradiasi sinar gamma dapat dilihat pada Tabel 2 dan Gambar 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, dan 10.
Tabel 2. Banyaknya kromosom polen segar, kering tanpa iradiasi dan polen kering yang diiradiasi dari kelapa Genjah Salak
Sampel Dosis
(Gy)
Banyaknya Kromosom Polen segar
Polen kering
0 0 5 10 15 20 25 30 16 16 20 18 22 11 10 11
Kromosom polen segar diamati dari preparat kromosom polen segar yang tanpa dikecambahkan. Banyaknya kromosom dalam polen segar yang diamati yang sedang bermitosis. Banyaknya kromosom polen kelapa Genjah Salak segar dan polen kering tanpa iradiasi sinar gamma adalah n=16 (Gambar 3 dan 4), kromosom polen kering diperoleh setelah polen dikecambahkan selama 40 menit.
Iradiasi sinar gamma pada taraf dosis 5-10 Gy, menyebabkan banyaknya kromosom yang menyerap warna lebih banyak dibandingkan jumlah kromosom polen tanpa iradiasi sinar gamma (n=16). Pada dosis iradiasi 5-10 Gy, polen dikecambahkan, dan diperlukan waktu selama 80 menit untuk bisa mengamati kromosom (Gambar 5 dan 6). Banyaknya kromosom meningkat sejalan dengan meningkatnya dosis iradiasi (Tabel 2). Dosis 5-10 Gy menyebabkan menurunnya viabilitas polen kelapa Genjah Salak mendekati nilai LD50 (19-14%) pada Tabel 1.
Dosis iradiasi sinar gamma 15 Gy menyebabkan banyaknya kromosom yang tampak, berada dalam jumlah yang maksimal. Pada dosis iradiasi 15 Gy (Gambar 7) polen dikecambahkan, dan diperlukan waktu 140 menit untuk bisa mengamati kromosom. Pada dosis tersebut daya kecambah polen atau viabilitasnya tinggal 11%.
Pada dosis iradiasi 20-30 Gy diperlukan waktu 40 menit untuk bisa mengamati kromosom polen (Gambar 8 dan 9). Pada dosis 20-30 Gy mengakibatkan viabilitas polen semakin menurun menjadi 10-5%.
Semakin meningkatnya dosis iradiasi sinar gamma yang diberikan (20-30 Gy), menyebabkan struktur kromosom yang menyerap warna semakin kecil dan sedikit, dibandingkan kromosom tanpa iradiasi (n=16).
Gambar 3 Kromosom polen segar tanpa iradiasi
Gambar 4 Kromosom polen kering tanpa iradiasi
Gambar 5 Kromosom polen iradiasi sinar gamma dosis 5 Gy
Gambar 6 Kromosom polen iradiasi sinar gamma dosis 10 Gy.
Gambar 7 Kromosom polen iradiasi sinar gamma dosis 15 Gy.
Gambar 8 Kromosom polen iradiasi sinar gamma dosis 20 Gy.
Gambar 9 Kromosom polen iradiasi sinar gamma dosis 25 Gy.
Gambar 10 Kromosom polen iradiasi sinar gamma dosis 30 Gy.
10µm
Perbesaran 1000x 10µm
Perbesaran 1000x
10µm
Perbesaran 1000x
Perbesaran 1000x 10µm
Perbesaran 1000x
10µm 10µm
Perbesaran 1000x
Perbesaran 1000x 10µm
10µm
5
Kromosom yang berasal dari polen kering tanpa iradiasi dan dan polen kering yang diiradiasi sinar gamma terlihat lebih pendek dibandingkan kromosom polen segar. Jumlah kromosom polen menjadi lebih banyak melebihi n=16 pada dosis iradiasi sinar gamma 5-15 Gy (Tabel 2). Jumlah kromosom polen menjadi kurang dari n=16 pada dosis radiasi sinar gamma 20-30 Gy (Tabel 2).
Semakin sedikit struktur kromosom yang tampak, menyebabkan viabilitas kecambah polen kelapa Genjah Salak semakin menurun. Menurut Suharsono et al. (2009) semakin besar dosis iradiasi yang diberikan pada polen tanaman cabai, maka semakin rusak kromosom polennya. Kerusakan kromosom polen menyebabkan biji yang terbentuk tidak mengandung endosperma.
Penyerapan energi dari radiasi ke dalam bahan biologi dapat menyebabkan eksitasi atau ionisasi. Ketika agen ionisasi yang mengandung inti atom (seperti partikel gamma atau inti yang menggulung) terlempar akibat radiasi fast neutron atau sinar gamma, ionisasi menjadi lebih rapat terkonsentrasi di daerah tersebut. Kemudian ionisasi menyebabkan pengelompokkan molekul-molekul sepanjang jalur ion yang tertinggal akibat iradiasi. Pengelompokan molekul-molekul baru menyebabkan perubahan kimia yang mengarah pada mutasi, kerusakan atau pengaturan kromosom (Lusiyanti & Syaifudin 2007). Iradiasi sinar gamma dapat merusak benang spindel sehingga menyebabkan perubahan jumlah kromosom, selain itu radiasi pengion dapat memutuskan rantai kromosom sehingga dapat mengubah struktur kromosom (Soeranto 2003). Dosis rendah
akan menstimulasi perubahan fisiologi
tanaman, dan pada saat ini perlakuan dosis rendah banyak digunakan untuk peningkatan
perkecambahan dan peningkatan hasil
tanaman (Harten 1998).
Ukuran sel dan kromosom polen kelapa Genjah Salak sangat kecil membuat pengamatan sulit dilakukan jika tanpa menggunakan mikroskop dengan resolusi tinggi. Polen dengan perlakuan radiasi sinar gamma pada dosis berbeda menyebabkan kromosom terlihat berbeda pula. Iradiasi gamma dapat menginduksi perubahan struktur dan jumlah kromosom, yang diakibatkan patahnya kromosom. Gambar 2 menunjukkan banyaknya kromosom pada polen kelapa Genjah Salak pada kondisi normal haploid (n=16).
Banyaknya kromosom polen kelapa Genjah Salak yang terhitung berada di atas
atau di bawah kelipatan jumlah kromosom dasar (n=16), maka diduga telah terjadi delesi selama proses iradiasi sinar gamma berlangsung. Pada prinsipnya terdapat tiga tahapan interaksi antara radiasi pengion dengan materi DNA yang dilaluinya, diantaranya: proses partikel pengion dalam lingkungan DNA, kedua simulasi target atau sasaran biologik, dan ketiga merupakan langkah menuju pembentukan kerusakan awal biologi dengan segala ketidaktentuannya (Lusiyanti & Syaifudin 2007). Mutasi dapat dibedakan atas mutasi sitologis yaitu perubahan bentuk, ukuran ataupun jumlah kromosom, dan mutasi gen yang secara sitologis tidak tampak namun mempengaruhi penampakan fenotipe. Pada penelitian ini terlihat jelas bahwa perlakuan iradiasi gamma dapat menyebabkan terjadinya perubahan kromosom dibandingkan dengan kromosom tanpa perlakuan iradiasi sinar gamma (Crowder 1996).
SIMPULAN
Iradiasi sinar gamma dapat menurunkan viabilitas kecambah polen kelapa Genjah Salak serta dapat menyebabkan perubahan kromosom polen. Semakin tinggi dosis radiasi yang diberikan menyebabkan viabilitas kecambah polen kelapa Genjah Salak semakin menurun. Dosis letal (LD50)berada pada dosis
iradiasi 5-10 Gy. Jumlah kromosom dalam polen yang diiradiasi dosis 5-15 Gy meningkat (>16), akan tetapi pada dosis iradiasi 20-30 Gy jumlah kromosom menurun (10-11). Polen kelapa yang diiradiasi sebagai bahan penyerbukan buatan, sebaiknya dengan dosis kurang dari 5 Gy, tetapi perlu diimbangi dengan jumlah polen lebih banyak.
DAFTAR PUSTAKA
Ahnstroem G.1977. Radiobiology. In Manual on Mutation Breeding. Ed ke-2. Vienna: Div.of Atomic Energy in Food and Agriculture.
Ahloowalia B S, Maluszynsky M. 2001. Induce mutations–A new paradigm in plant breeding. Euphytica 118: 67-173. Banerji BK, Datta SK. 1992. Gamma Ray
Induced Flower Shape Mutation in
Chrysanthemum cv ‘Java’. J. Nuclear Agric. Biol. 21 (2) : 73-79.
Kromosom yang berasal dari polen kering tanpa iradiasi dan dan polen kering yang diiradiasi sinar gamma terlihat lebih pendek dibandingkan kromosom polen segar. Jumlah kromosom polen menjadi lebih banyak melebihi n=16 pada dosis iradiasi sinar gamma 5-15 Gy (Tabel 2). Jumlah kromosom polen menjadi kurang dari n=16 pada dosis radiasi sinar gamma 20-30 Gy (Tabel 2).
Semakin sedikit struktur kromosom yang tampak, menyebabkan viabilitas kecambah polen kelapa Genjah Salak semakin menurun. Menurut Suharsono et al. (2009) semakin besar dosis iradiasi yang diberikan pada polen tanaman cabai, maka semakin rusak kromosom polennya. Kerusakan kromosom polen menyebabkan biji yang terbentuk tidak mengandung endosperma.
Penyerapan energi dari radiasi ke dalam bahan biologi dapat menyebabkan eksitasi atau ionisasi. Ketika agen ionisasi yang mengandung inti atom (seperti partikel gamma atau inti yang menggulung) terlempar akibat radiasi fast neutron atau sinar gamma, ionisasi menjadi lebih rapat terkonsentrasi di daerah tersebut. Kemudian ionisasi menyebabkan pengelompokkan molekul-molekul sepanjang jalur ion yang tertinggal akibat iradiasi. Pengelompokan molekul-molekul baru menyebabkan perubahan kimia yang mengarah pada mutasi, kerusakan atau pengaturan kromosom (Lusiyanti & Syaifudin 2007). Iradiasi sinar gamma dapat merusak benang spindel sehingga menyebabkan perubahan jumlah kromosom, selain itu radiasi pengion dapat memutuskan rantai kromosom sehingga dapat mengubah struktur kromosom (Soeranto 2003). Dosis rendah
akan menstimulasi perubahan fisiologi
tanaman, dan pada saat ini perlakuan dosis rendah banyak digunakan untuk peningkatan
perkecambahan dan peningkatan hasil
tanaman (Harten 1998).
Ukuran sel dan kromosom polen kelapa Genjah Salak sangat kecil membuat pengamatan sulit dilakukan jika tanpa menggunakan mikroskop dengan resolusi tinggi. Polen dengan perlakuan radiasi sinar gamma pada dosis berbeda menyebabkan kromosom terlihat berbeda pula. Iradiasi gamma dapat menginduksi perubahan struktur dan jumlah kromosom, yang diakibatkan patahnya kromosom. Gambar 2 menunjukkan banyaknya kromosom pada polen kelapa Genjah Salak pada kondisi normal haploid (n=16).
Banyaknya kromosom polen kelapa Genjah Salak yang terhitung berada di atas
atau di bawah kelipatan jumlah kromosom dasar (n=16), maka diduga telah terjadi delesi selama proses iradiasi sinar gamma berlangsung. Pada prinsipnya terdapat tiga tahapan interaksi antara radiasi pengion dengan materi DNA yang dilaluinya, diantaranya: proses partikel pengion dalam lingkungan DNA, kedua simulasi target atau sasaran biologik, dan ketiga merupakan langkah menuju pembentukan kerusakan awal biologi dengan segala ketidaktentuannya (Lusiyanti & Syaifudin 2007). Mutasi dapat dibedakan atas mutasi sitologis yaitu perubahan bentuk, ukuran ataupun jumlah kromosom, dan mutasi gen yang secara sitologis tidak tampak namun mempengaruhi penampakan fenotipe. Pada penelitian ini terlihat jelas bahwa perlakuan iradiasi gamma dapat menyebabkan terjadinya perubahan kromosom dibandingkan dengan kromosom tanpa perlakuan iradiasi sinar gamma (Crowder 1996).
SIMPULAN
Iradiasi sinar gamma dapat menurunkan viabilitas kecambah polen kelapa Genjah Salak serta dapat menyebabkan perubahan kromosom polen. Semakin tinggi dosis radiasi yang diberikan menyebabkan viabilitas kecambah polen kelapa Genjah Salak semakin menurun. Dosis letal (LD50)berada pada dosis
iradiasi 5-10 Gy. Jumlah kromosom dalam polen yang diiradiasi dosis 5-15 Gy meningkat (>16), akan tetapi pada dosis iradiasi 20-30 Gy jumlah kromosom menurun (10-11). Polen kelapa yang diiradiasi sebagai bahan penyerbukan buatan, sebaiknya dengan dosis kurang dari 5 Gy, tetapi perlu diimbangi dengan jumlah polen lebih banyak.
DAFTAR PUSTAKA
Ahnstroem G.1977. Radiobiology. In Manual on Mutation Breeding. Ed ke-2. Vienna: Div.of Atomic Energy in Food and Agriculture.
Ahloowalia B S, Maluszynsky M. 2001. Induce mutations–A new paradigm in plant breeding. Euphytica 118: 67-173. Banerji BK, Datta SK. 1992. Gamma Ray
Induced Flower Shape Mutation in
Chrysanthemum cv ‘Java’. J. Nuclear Agric. Biol. 21 (2) : 73-79.
PENGARUH IRADIASI SINAR GAMMA PADA POLEN KELAPA
GENJAH SALAK
LINDA SOFIANI
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Gadjah Mada University Press. Terjemahan dari: Plant Genetics.
Gardner EJ, Simmons MJ, Snustad DP. 1991.
Principle of Genetic. Ed ke-8.New York: Wiley.
Harten AV van. 1998. Mutation Breeding. Theory and Practical Application. London: Cambridge Univ Pr.
Ibrahim R. 1999. Invitro Mutagenesis in Roses. Aplied Biologycal Sci. Cell and Gene Biotechnology [tesis]. Fac, Univ Gent: Belgium.
Liyanage DV, Corputy CHP. 1976. Coconut Germplas in Indonesia. Pemberitaan LPTI Bogor 21: 12-30.
Lusiyanti Y, Syaifudin M. 2007. Penerapan Efek Interaksi Radiasi Dengan Sistem Biologi. Seminar nasional III; Yogyakarta, 21-22 November 2007. Jakarta: SDM Teknologi Nuklir. hlm 61-71.
Micke A, Donini B. 1993. Induced Mutation. Di dalam: Hayward MD, Bosemark NO, Rogamosa 1, editor, Plant Breeding Principle and Prospects. London: Chapman and Hall. hlm 152-162
Perera PI, Wickremasinghe, Fernando WMU. 2008. Morphological, cytogenetic and genotypic differences between spicata and ordinary tall coconut (Cocos nucifera L.).
J.Natn.Sci.Foundation Sri Lanka. 36 (1): 103-108
Santos GA. 1983. Coconut varieties an cultivars. In State of The Art Coconut. Crops Res. Div. Phillipine Coconut Authority Agriculture Research (PCAAR), Los Banos. hlm.47-67.
Soeranto H. 2003. Peran IPTEK Nuklir Dalam Pemuliaan Tanaman untuk Mendukung Industri Pertanian. Jakarta: Puslitbang Teknologi Isotop Radiasi, Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN).
Suharsono. Alwi M, Purwito A. 2009. Pembentukan Tanaman Cabai Haploid Melalui Induksi Ginogenesis dengan Menggunakan Serbuk Sari yang Diiradisai Sinar Gamma. J. Agroo. Indonesia 37(2): 123-129.
Widiastuti A, Palupi ER. 2007. Viabilitas Serbuk Sari dan Pengaruhnya terhadap Keberhasilan Pembentukan Buah Kelapa Sawit (Elais quineensis Jacq.).
PENGARUH IRADIASI SINAR GAMMA PADA POLEN KELAPA
GENJAH SALAK
LINDA SOFIANI
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
ABSTRAK
LINDA SOFIANI. Pengaruh Iradiasi Sinar Gamma Pada Polen Kelapa Genjah Salak. Dibimbing oleh ALEX HARTANA dan HADISUNARSO.
Tanaman kelapa digolongkan ke dalam dua tipe yaitu kelapa Dalam dan kelapa Genjah. Kelapa Genjah Salak berasal dari Kalimantan Selatan, memiliki karakteristik cepat berbunga dibandingkan kelapa Dalam. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh iradiasi sinar gamma pada polen kelapa Genjah Salak terhadap viabilitas polen dan kromosom polen. Viabilitas polen diamati dari tiap perlakuan dengan tiga ulangan. Semakin tinggi dosis radiasi yang diberikan menyebabkan viabilitas kecambah polen kelapa Genjah Salak semakin menurun. Viabilitas daya kecambah polen menjadi tinggal setengahnya (LD50)berada pada dosis iradiasi 5-10 Gy, dan daya
kecambah polen kelapa Genjah Salak dari 31% menjadi 14-19%. Jumlah kromosom dalam polen yang diiradiasi dosis 5-15 Gy meningkat (>16), akan tetapi pada dosis iradiasi 20-30 Gy jumlah kromosom menurun (10-11). Polen kelapa yang diiradiasi sebagai bahan penyerbukan buatan, sebaiknya dengan dosis kurang dari 5 Gy.
ABSTRACT
LINDA SOFIANI. The Effect of Gamma Irradiation on Salak Dwarf Coconut Pollen. Supervised by ALEX HARTANA and HADISUNARSO.
Coconut plants are classified into two types namely Tall coconut and Dwarf coconut. Salak Dwarf coconut derived from South Kalimantan, the characteristic of Salak Dwarf Coconut is that is grow faster than Tall coconut. The objective of this research is to analyze the effect of gamma irradiation on pollen viability and chromosomes of Salak Dwarf coconut pollen. Pollen viability and chromosome pollen of Salak Dwarf coconut pollen were observed using microscope. The higher dosage of gamma irradiation, the lower pollen germination. At lethal doses of (LD50)
3
PENGARUH IRADIASI SINAR GAMMA PADA POLEN KELAPA
GENJAH SALAK
LINDA SOFIANI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Biologi
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul :
Pengaruh Iradiasi Sinar Gamma Pada Polen Kelapa Genjah Salak
Nama : Linda Sofiani
NIM : G3405031
Disetujui
Pembimbing I
Pembimbing II
Prof. Dr. Ir. Alex Hartana
Ir. Hadisunarso, M.Si
NIP. 19491230 197503 1 001
NIP. 19550219 197903 1 002
Diketahui
Ketua Departemen Biologi
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Dr. Ir. Ence Darmo Jaya Supena, M.Si.
NIP. 19641002 198903 1 002
5
PRAKATA
Alhamdulillah puji dan syukur atas limpahan rahmat, karunia, dan hidayah yang diberikan oleh Allah SWT kepada penulis sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan dengan baik.
Judul skripsi ini adalah Polen Kelapa Genjah Salak yang Diiradiasi Sinar Gamma, penelitian dilakukan mulai bulan Februari hingga Desember 2010.
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Alex Hartana dan Bapak Ir. Hadisunarso, M.Si selaku pembimbing yang telah memberikan bantuan, pengarahan, dan bimbingan kepada penulis. Terima kasih kepada Ibu Donata S Pandin, Bapak Ismail Maskromo, Bapak Mugiono, Bapak Harsojo, Ibu Yohana, Arief Pambudi.
Penulis mengucapkan terimakasih yang tak terhingga kepada Ayah, Ibu dan seluruh keluarga yang selalu memberi dukungan, kasih sayang, doa, dan dorongan semangat yang tiada henti untuk menjadikan penulis lebih baik. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada Bapak Prasetyo yang telah menyediakan bahan-bahan kimia. dan keluarga besar Laboratorium Biologi Tumbuhan, Departemen Biologi, teman-teman Biologi angkatan 43 atas doanya. Di samping itu, penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Aditya Martha Pratama yang selalu menemani dan memberi semangat.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat, bagi penulis, pembaca dan kalangan akademis, maupun masyarakat secara luas. Amin
Bogor, Januari 2011
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor, Jawa Barat pada tanggal 26 November 1987, putri dari Bapak Raden Bambang Setio Irawan dan Ibu Nani Suryani. Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara.
Tahun 1999 penulis lulus dari SDN Dewi Sartika III Bogor, tahun 2003 lulus dari SMPN 2 Bogor, kemudian melanjutkan ke SMAN 6 Bogor. Tahun 2005 lulus dari SMAN 6 Bogor dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis diterima di Departemen Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif dalam berbagai organisasi, yakni sebagai anggota HRD International Forestry Students Association (IFSA) periode 2006/2007 dan anggota Infokom Himpunan Mahasiswa Biologi (HIMABIO) periode 2007/2008. Selain itu penulis pernah mengikuti kegiatan Reboisasi di Kecamatan Tenjolaya, Bogor yang diadakan oleh OWA tahun 2007 dan pernah menjadi panitia Pesta Sains pada tahun 2008 sebagai anggota Divisi Hubungan Masyarakat.
8
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL
... vi
DAFTAR GAMBAR
... vi
PENDAHULUAN
... 1
Tujuan... 1
BAHAN DAN METODE
... 1
Bahan ... 1
Metode ... 1
Waktu dan tempat ... 2
HASIL DAN PEMBAHASAN
... 2
SIMPULAN
... 5
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Pengamatan viabilitas polen polen kelapa Genjah Salak tanpa iradiasi (dosis 0 Gy) dan
yang diiradiasi ... 2
2 Banyaknya kromosom polen segar, kering tanpa iradiasi dan polen kering yang diiradiasi dari kelapa Genjah Salak ... 3
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Polen fertil ... 3
2 Polen steril ... 3
3 Kromosom polen segar tanpa iradiasi ... 4
4 Kromosom polen kering tanpa iradiasi... 4
5 Kromosom polen iradiasi sinar gamma dosis 5 Gy ... 4
6 Kromosom polen iradiasi sinar gamma dosis 10 Gy ... 4
7 Kromosom polen iradiasi sinar gamma dosis 15 Gy ... 4
8 Kromosom polen iradiasi sinar gamma dosis 20 Gy ... 4
9 Kromosom polen iradiasi sinar gamma dosis 25 Gy. ... 4
1
PENDAHULUAN
Tanaman kelapa merupakan tumbuhan di daerah sepanjang garis khatulistiwa, termasuk ke dalam famili Palmae, dengan genus Cocos
yang hanya memiliki satu spesies: Cocos nucifera L. Kelapa digolongkan menjadi dua tipe yaitu kelapa Dalam dan kelapa Genjah. Beberapa populasi kelapa Genjah diberi nama sesuai dengan nama tempat tumbuhnya, warna buah dan tipe tanaman kelapa, seperti Genjah Kuning Nias berasal dari Nias, Genjah Kuning Bali berasal dari pulau Bali yang keduanya berbuah kuning (Liyanage & Corputy 1976).
Kelapa Genjah Salak berasal dari desa Pematang Panjang, Kalimantan Selatan (Liyanage & Corputy 1976). Kelapa Genjah Salak memiliki karakteristik mulai berbuah pada umur 2 sampai 4 tahun, bentuk buah bulat dan berukuran kecil, warna kulit buah umumnya hijau, pohon lebih pendek dibandingkan kelapa Dalam, dan keragaman genetiknya rendah karena pada umumnya menyerbuk sendiri (Santos 1983). Salah satu cara peningkatan keragaman tanaman dapat dilakukan melalui induksi mutasi radiasi sinar gamma (Micke & Donini 1993).
Efek iradiasi dipengaruhi oleh dosis iradiasi sinar yang digunakan. Radiosensitivitas polen dapat ditentukan berdasarkan nilai LD50 (Lethal Dose 50), yaitu dosis iradiasi yang menyebabkan viabilitas polen tinggal 50% dari nilai viabilitas polen semula (polen kering tanpa iradiasi sinar gamma). Dosis optimum yang dapat menghasilkan mutan terbanyak biasanya terjadi di sekitar LD50 (Ibrahim 1999). Tingkat radiosensitivitas dapat diamati dari adanya hambatan pertumbuhan atau letalitas dan perubahan struktur kromosom (Banerji & Datta 1992).
Mutasi merupakan perubahan genetik, baik gen tunggal, sejumlah gen ataupun susunan kromosom. Mutasi dapat terjadi pada setiap bagian tanaman terutama bagian yang aktif melakukan pembelahan sel sehingga terjadi keragaman genetik. induksi mutasi merupakan salah satu metode penting dalam upaya perbaikan tanaman dan pemuliaan tanaman (Ahloowalia dan Malusznsky 2001). Mutasi dapat dibedakan atas mutasi gen, mutasi kromosom dan mutasi genom. Mutasi kromosom meliputi mutasi struktur kromosom: delesi, duplikasi, inversi, dan translokasi (Gardner et al. 1991), berdasarkan perubahan banyaknya kromosom mutasi dikelompokkan kedalam Euploidi dan Aneuploidi.
Iradiasi polen kelapa Genjah Salak diharapkan menimbulkan mutasi yang akan menyebabkan terjadinya keragaman jika polen tersebut digunakan untuk menyerbuki pohon kelapa lainnya. Polen merupakan struktur gamet jantan, tersusun atas dua lapisan yaitu
exine dan intine. Exine merupakan lapisan luar yang tersusun atas sapropolenin yang berfungsi mencegah serbuk sari dari dehidrasi.
Intine merupakan lapisan bagian dalam yang tersusun atas selulosa dan mirip dengan konstruksi dinding sel.
Salah satu program pemuliaan tanaman adalah meningkatkan keragaman genetik tanaman. Keragaman genetik dapat dilakukan dengan cara induksi mutasi sinar gamma. Mutasi buatan dapat menimbulkan perubahan genetik polen baik ke arah positif maupun negatif, dan dapat diwariskan pada generasi berikutnya. Mutasi yang terjadi ke arah perbaikan sifat tanaman merupakan mutasi yang dikehendaki oleh pemulia tanaman pada umumnya.
Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh iradiasi sinar gamma pada polen kelapa Genjah Salak terhadap viabilitas polen dan kromosom polen.
BAHAN DAN METODE
Bahan
Polen kelapa Genjah Salak segar berasal dari tandan bunga kelapa yang belum mekar. Polen yang telah dikeringkan dengan oven hingga kadar air 5-6%, dan polen kering yang sudah diiradiasi sinar gamma di Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Isotop dan Radiasi (P3TIR) BATAN. Bahan-bahan kimia untuk pewarnaan kromosom yang digunakan adalah aceto orcein, etanol absolut, asam asetat dan HCl. Iradiator yang digunakan untuk iradiasi polen adalah gamma Chamber 4.000A (sumber 60Co).
Metode
I. Iradiasi Polen. Polen yang diiradiasi berasal dari polen kering dengan kadar air 5-6%. Iradiasi polen menggunakan sinar gamma dengan dosis: 0 (kontrol), 5, 10, 15, 20, 25, dan 30 Gy. Pada bulan Juli 2010 laju dosis sinar gamma 81,90 krad/jam dengan aktivitas 1.023,7645.
kuadran agar memudahkan cara penghitungan jumlah polen yang diamati. Kemudian polen dikecambahkan dengan cara menetesi polen dengan larutan perkecambahan (1,5 g glukosa dan 0,02 g asam borat dalam 100 ml akuades) selama 2-3 jam, kemudian kecambah diamati setiap 30 menit sekali setelah polen dikecambahkan. Penghitungan viabilitas polen dilakukan untuk setiap perlakuan iradiasi dengan 3 ulangan perkecambahan polen.
Viabilitas Polen (VP) dihitung dengan menggunakan persamaan:
Jumlah polen berkecambah Jumlah polen yang diamati
III. Pengamatan Kromosom. Pembuatan preparat kromosom mengikuti metode yang digunakan Perera et al. (2008) dengan sedikit modifikasi, tanpa menggunakan larutan kolkisin dan dilakukan perkecambahan polen terlebih dahulu.
Perkecambahan polen kering dilakukan pada selang 5 menit sekali selama 2,5 jam, sehingga diperoleh fase-fase mitosis. Media perkecambahan menggunakan media cair.
Setelah polen berkecambah, polen campuran difiksasi dengan campuran larutan asam asetat : etanol absolut (3:1) selama 1,5 jam, kemudian dihidrolisis dengan larutan HCl 1N selama 20 menit pada suhu 600C. Pewarnaan polen dilakukan dengan perendaman di dalam aceto orcein 2% selama 15 menit, ditutup menggunakan kaca penutup dan ditekan. Preparat dipukul-pukul dengan ujung pinsil berkaret dan dilewatkan 2-3 kali di atas api. Pengamatan kromosom menggunakan mikroskop cahaya dengan perbesaran 400x dan 1000x.
Pada polen segar, pembuatan preparat tanpa dikecambahkan terlebih dahulu. Polen yang digunakan berasal dari manggar yang belum mekar agar diperoleh fase-fase mitosis.
Waktu dan tempat
Penelitian dilaksanakan sejak bulan Februari hingga Desember 2010 di Laboratorium Biologi Tumbuhan, Pusat Penelitian Sumberdaya Hayati dan Bioteknologi (PPSHB), IPB.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Iradiasi sinar gamma mempengaruhi kemampuan viabilitas polen kelapa Genjah Salak berkecambah. Polen dikatakan berkecambah apabila tabung polen yang terbentuk telah mencapai paling sedikit sama dengan diameter polen (Widiastuti & Palupi 2007).
Penghitungan kecambah polen kelapa Genjah Salak dilakukan selama 2 - 2,5 jam pengamatan. Viabilitas kecambah polen kelapa Genjah Salak kering tanpa diiradiasi sinar gamma (dosis 0 Gy) 31%. Iradiasi sinar gamma terhadap polen kelapa Genjah Salak kering menurunkan viabilitas polen berkecambah. Semakin tinggi dosis iradiasi sinar gamma yang diberikan, menyebabkan viabilitas kecambah polen kelapa Genjah Salak semakin menurun (Tabel 1).
Dosis letal (LD50) polen kelapa Genjah
Salak berada pada selang dosis 5-10 Gy. Pada dosis letal (LD50) 5-10 Gy viabilitas
kecambah polen kelapa Genjah Salak setengah (50%), dari persentase viabilitas kecambah polen yang semula 31% menjadi 19-14%.
Tabel 1. Pengamatan viabilitas polen kelapa Genjah Salak tanpa iradiasi (dosis 0 Gy) dan yang diiradiasi
Dosis (Gy) Viabilitas (%) 0 5 10 15 20 25 30 31 19 14 11 10 6 5
Polen merupakan jaringan hidup yang dapat mengalami kematian. Penurunan viabilitas kecambah polen terjadi selain akibat perlakuan iradiasi sinar gamma, juga dipengaruhi oleh faktor cahaya, suhu, kelembaban, dan penyimpanan setelah diiradiasi (Ahnstroem 1977). Berdasarkan pengamatan bentuk polen kering, rendahnya persentase viabilitas polen kelapa Genjah Salak tanpa iradiasi, disebabkan jumlah polen fertil (Gambar 1) lebih sedikit dibandingkan polen steril (Gambar 2).
3
Gambar 1 Polen fertil Gambar 2 Polen steril
Iradiasi sinar gamma berpengaruh menghambat pembelahan dan jumlah sel (Harten 1998). Iradiasi sinar gamma selain menurunkan viabilitas polen kelapa Genjah Salak berkecambah, juga menyebabkan perubahan struktur kromosom jika dibandingkan dengan kromosom polen kelapa Genjah Salak yang tidak diiradiasi.
Iradiasi sinar gamma menyebabkan perubahan kromosom. Pada tingkat kromosom perubahan atau mutasi dapat menyebabkan perubahan struktur dan perubahan jumlah kromosom (Gardner et al.
1991). Banyaknya kromosom dari dalam sel dapat diamati pada waktu pembelahan mitosis dan meiosis. Pembelahan meiosis digunakan untuk mengamati tingkah laku kromosom berpasangan dan menghitung jumlah kromosom pada pembentukan gamet.
Jumlah kromosom tanaman kelapa 2n=32. Jumlah kromosom polen kelapa Genjah Salak normal tanpa diiradiasi sinar gamma n=16 (Perera et al. 2008). Iradiasi sinar gamma menginduksi perubahan struktur kromosom polen kelapa Genjah Salak.
Pemberian dosis iradiasi sinar gamma 5-30 Gy menyebabkan perubahan struktur kromosom. Iradiasi sinar gamma sering digunakan dalam pemuliaan tanaman untuk meningkatkan variabilitas, yang diharapkan dapat menghasilkan mutan baru.
Apabila struktur kromosom yang terwarnai oleh aceto orcein dianggap sebagai perubahan kromosom akibat iradiasi sinar gamma, maka iradiasi menyebabkan perubahan banyaknya kromosom. Dosis iradiasi sinar gamma yang berbeda menyebabkan banyaknya kromosom berbeda. Kromosom polen segar dari kelapa Genjah Salak diamati dari preparat kromosom polen segar yang diambil dari tandan bunga kelapa Genjah Salak yang belum mekar.
Banyaknya kromosom polen segar. polen kering tanpa iradiasi dan polen kering dengan berbagai dosis iradiasi sinar gamma dapat dilihat pada Tabel 2 dan Gambar 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, dan 10.
Tabel 2. Banyaknya kromosom polen segar, kering tanpa iradiasi dan polen kering yang diiradiasi dari kelapa Genjah Salak
Sampel Dosis
(Gy)
Banyaknya Kromosom Polen segar
Polen kering
0 0 5 10 15 20 25 30 16 16 20 18 22 11 10 11
Kromosom polen segar diamati dari preparat kromosom polen segar yang tanpa dikecambahkan. Banyaknya kromosom dalam polen segar yang diamati yang sedang bermitosis. Banyaknya kromosom polen kelapa Genjah Salak segar dan polen kering tanpa iradiasi sinar gamma adalah n=16 (Gambar 3 dan 4), kromosom polen kering diperoleh setelah polen dikecambahkan selama 40 menit.
Iradiasi sinar gamma pada taraf dosis 5-10 Gy, menyebabkan banyaknya kromosom yang menyerap warna lebih banyak dibandingkan jumlah kromosom polen tanpa iradiasi sinar gamma (n=16). Pada dosis iradiasi 5-10 Gy, polen dikecambahkan, dan diperlukan waktu selama 80 menit untuk bisa mengamati kromosom (Gambar 5 dan 6). Banyaknya kromosom meningkat sejalan dengan meningkatnya dosis iradiasi (Tabel 2). Dosis 5-10 Gy menyebabkan menurunnya viabilitas polen kelapa Genjah Salak mendekati nilai LD50 (19-14%) pada Tabel 1.
Dosis iradiasi sinar gamma 15 Gy menyebabkan banyaknya kromosom yang tampak, berada dalam jumlah yang maksimal. Pada dosis iradiasi 15 Gy (Gambar 7) polen dikecambahkan, dan diperlukan waktu 140 menit untuk bisa mengamati kromosom. Pada dosis tersebut daya kecambah polen atau viabilitasnya tinggal 11%.
Pada dosis iradiasi 20-30 Gy diperlukan waktu 40 menit untuk bisa mengamati kromosom polen (Gambar 8 dan 9). Pada dosis 20-30 Gy mengakibatkan viabilitas polen semakin menurun menjadi 10-5%.
Semakin meningkatnya dosis iradiasi sinar gamma yang diberikan (20-30 Gy), menyebabkan struktur kromosom yang menyerap warna semakin kecil dan sedikit, dibandingkan kromosom tanpa iradiasi (n=16).
Gambar 3 Kromosom polen segar tanpa iradiasi
Gambar 4 Kromosom polen kering tanpa iradiasi
Gambar 5 Kromosom polen iradiasi sinar gamma dosis 5 Gy
Gambar 6 Kromosom polen iradiasi sinar gamma dosis 10 Gy.
Gambar 7 Kromosom polen iradiasi sinar gamma dosis 15 Gy.
Gambar 8 Kromosom polen iradiasi sinar gamma dosis 20 Gy.
Gambar 9 Kromosom polen iradiasi sinar gamma dosis 25 Gy.
Gambar 10 Kromosom polen iradiasi sinar gamma dosis 30 Gy.
10µm
Perbesaran 1000x 10µm
Perbesaran 1000x
10µm
Perbesaran 1000x
Perbesaran 1000x 10µm
Perbesaran 1000x
10µm 10µm
Perbesaran 1000x
Perbesaran 1000x 10µm
10µm
5
Kromosom yang berasal dari polen kering tanpa iradiasi dan dan polen kering yang diiradiasi sinar gamma terlihat lebih pendek dibandingkan kromosom polen segar. Jumlah kromosom polen menjadi lebih banyak melebihi n=16 pada dosis iradiasi sinar gamma 5-15 Gy (Tabel 2). Jumlah kromosom polen menjadi kurang dari n=16 pada dosis radiasi sinar gamma 20-30 Gy (Tabel 2).
Semakin sedikit struktur kromosom yang tampak, menyebabkan viabilitas kecambah polen kelapa Genjah Salak semakin menurun. Menurut Suharsono et al. (2009) semakin besar dosis iradiasi yang diberikan pada polen tanaman cabai, maka semakin rusak kromosom polennya. Kerusakan kromosom polen menyebabkan biji yang terbentuk tidak mengandung endosperma.
Penyerapan energi dari radiasi ke dalam bahan biologi dapat menyebabkan eksitasi atau ionisasi. Ketika agen ionisasi yang mengandung inti atom (seperti partikel gamma atau inti yang menggulung) terlempar akibat radiasi fast neutron atau sinar gamma, ionisasi menjadi lebih rapat terkonsentrasi di daerah tersebut. Kemudian ionisasi menyebabkan pengelompokkan molekul-molekul sepanjang jalur ion yang tertinggal akibat iradiasi. Pengelompokan molekul-molekul baru menyebabkan perubahan kimia yang mengarah pada mutasi, kerusakan atau pengaturan kromosom (Lusiyanti & Syaifudin 2007). Iradiasi sinar gamma dapat merusak benang spindel sehingga menyebabkan perubahan jumlah kromosom, selain itu radiasi pengion dapat memutuskan rantai kromosom sehingga dapat mengubah struktur kromosom (Soeranto 2003). Dosis rendah
akan menstimulasi perubahan fisiologi
tanaman, dan pada saat ini perlakuan dosis rendah banyak digunakan untuk peningkatan
perkecambahan dan peningkatan hasil
tanaman (Harten 1998).
Ukuran sel dan kromosom polen kelapa Genjah Salak sangat kecil membuat pengamatan sulit dilakukan jika tanpa menggunakan mikroskop dengan resolusi tinggi. Polen dengan perlakuan radiasi sinar gamma pada dosis berbeda menyebabkan kromosom terlihat berbeda pula. Iradiasi gamma dapat menginduksi perubahan struktur dan jumlah kromosom, yang diakibatkan patahnya kromosom. Gambar 2 menunjukkan banyaknya kromosom pada polen kelapa Genjah Salak pada kondisi normal haploid (n=16).
Banyaknya kromosom polen kelapa Genjah Salak yang terhitung berada di atas
atau di bawah kelipatan jumlah kromosom dasar (n=16), maka diduga telah terjadi delesi selama proses iradiasi sinar gamma berlangsung. Pada prinsipnya terdapat tiga tahapan interaksi antara radiasi pengion dengan materi DNA yang dilaluinya, diantaranya: proses partikel pengion dalam lingkungan DNA, kedua simulasi target atau sasaran biologik, dan ketiga merupakan langkah menuju pembentukan kerusakan awal biologi dengan segala ketidaktentuannya (Lusiyanti & Syaifudin 2007). Mutasi dapat dibedakan atas mutasi sitologis yaitu perubahan bentuk, ukuran ataupun jumlah kromosom, dan mutasi gen yang secara sitologis tidak tampak namun mempengaruhi penampakan fenotipe. Pada penelitian ini terlihat jelas bahwa perlakuan iradiasi gamma dapat menyebabkan terjadinya perubahan kromosom dibandingkan dengan kromosom tanpa perlakuan iradiasi sinar gamma (Crowder 1996).
SIMPULAN
Iradiasi sinar gamma dapat menurunkan viabilitas kecambah polen kelapa Genjah Salak serta dapat menyebabkan perubahan kromosom polen. Semakin tinggi dosis radiasi yang diberikan menyebabkan viabilitas kecambah polen kelapa Genjah Salak semakin menurun. Dosis letal (LD50)berada pada dosis
iradiasi 5-10 Gy. Jumlah kromosom dalam polen yang diiradiasi dosis 5-15 Gy meningkat (>16), akan tetapi pada dosis iradiasi 20-30 Gy jumlah kromosom menurun (10-11). Polen kelapa yang diiradiasi sebagai bahan penyerbukan buatan, sebaiknya dengan dosis kurang dari 5 Gy, tetapi perlu diimbangi dengan jumlah polen lebih banyak.
DAFTAR PUSTAKA
Ahnstroem G.1977. Radiobiology. In Manual on Mutation Breeding. Ed ke-2. Vienna: Div.of Atomic Energy in Food and Agriculture.
Ahloowalia B S, Maluszynsky M. 2001. Induce mutations–A new paradigm in plant breeding. Euphytica 118: 67-173. Banerji BK, Datta SK. 1992. Gamma Ray
Induced Flower Shape Mutation in
Chrysanthemum cv ‘Java’. J. Nuclear Agric. Biol. 21 (2) : 73-79.
Gadjah Mada University Press. Terjemahan dari: Plant Genetics.
Gardner EJ, Simmons MJ, Snustad DP. 1991.
Principle of Genetic. Ed ke-8.New York: Wiley.
Harten AV van. 1998. Mutation Breeding. Theory and Practical Application. London: Cambridge Univ Pr.
Ibrahim R. 1999. Invitro Mutagenesis in Roses. Aplied Biologycal Sci. Cell and Gene Biotechnology [tesis]. Fac, Univ Gent: Belgium.
Liyanage DV, Corputy CHP. 1976. Coconut Germplas in Indonesia. Pemberitaan LPTI Bogor 21: 12-30.
Lusiyanti Y, Syaifudin M. 2007. Penerapan Efek Interaksi Radiasi Dengan Sistem Biologi. Seminar nasional III; Yogyakarta, 21-22 November 2007. Jakarta: SDM Teknologi Nuklir. hlm 61-71.
Micke A, Donini B. 1993. Induced Mutation. Di dalam: Hayward MD, Bosemark NO, Rogamosa 1, editor, Plant Breeding Principle and Prospects. London: Chapman and Hall. hlm 152-162
Perera PI, Wickremasinghe, Fernando WMU. 2008. Morphological, cytogenetic and genotypic differences between spicata and ordinary tall coconut (Cocos nucifera L.).
J.Natn.Sci.Foundation Sri Lanka. 36 (1): 103-108
Santos GA. 1983. Coconut varieties an cultivars. In State of The Art Coconut. Crops Res. Div. Phillipine Coconut Authority Agriculture Research (PCAAR), Los Banos. hlm.47-67.
Soeranto H. 2003. Peran IPTEK Nuklir Dalam Pemuliaan Tanaman untuk Mendukung Industri Pertanian. Jakarta: Puslitbang Teknologi Isotop Radiasi, Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN).
Suharsono. Alwi M, Purwito A. 2009. Pembentukan Tanaman Cabai Haploid Melalui Induksi Ginogenesis dengan Menggunakan Serbuk Sari yang Diiradisai Sinar Gamma. J. Agroo. Indonesia 37(2): 123-129.
Widiastuti A, Palupi ER. 2007. Viabilitas Serbuk Sari dan Pengaruhnya terhadap Keberhasilan Pembentukan Buah Kelapa Sawit (Elais quineensis Jacq.).
