PENGEMBANGAN GALUR MANDUL JANTAN
DENGAN TIGA SUMBER SITOPLASMA
UNTUK PERAKITAN PADI HIBRIDA
INDRASTUTI APRI RUMANTI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi Pengembangan Galur Mandul Jantan dengan Tiga Sumber Sitoplasma untuk Perakitan Padi Hibrida adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Bogor, Januari 2012
ABSTRACT
INDRASTUTI APRI RUMANTI. Development of Cytoplasmic Male Sterile Lines Derived from Three Cytoplasm Sources and Its Use on Hybrid Rice Breeding. Under direction of BAMBANG S. PURWOKO as chairman, HAJRIAL ASWIDINNOOR and ISWARI S. DEWI as members of the advisory committee.
Hybrid rice is an alternative technology to increase lowland rice productivity. In Indonesia, hybrid rice was developed through three line system that involved three parental lines i.e. cytoplasmic male sterile lines (CMS), maintainer (B) and Restorer (R). CMS as seed parent should have high pollen sterility, be stable, easy to restore, good in agro-morphology and flower behavior, high in combining ability and resistant to pest and diseases.
Intensive use of single source of male sterile cytoplasm (i.e. wild abortive or WA) in developing rice hybrids might lead to genetic vulnerability associated with susceptibility to pests and diseases.A series of experiments were conducted to identify new CMS from three cytoplasm sources (WA, Gambiaca and Kalinga) with high pollen sterility, stable and easy to restore. CMS efectivity on seed production and hybrid rice breeding were studied.
The results showed that among doubled haploid population,panicle weight had thelargest contribution to grain weight per hill, as shown by high and positive direct effect value (0.7739) and indirect effect value through number of filled grain per panicle (0.6556), therefore the characters could be usedfor selection of good maintainer lines. H36-3-Mb, H36-3-Mc, H36-4-M, H45-3-Da, B1-2-Pb and B2-2-Pb were suitable to be used as new maintainer candidates related to their high number of filled grain and yield. Doubled haploid of B1-1-Mb, Db and B2-1-M were resistant to Bacterial Leaf Blight (BLB) strain III. B4-1-Dc line was very resistant (score 0) to BLB strain IV and VIII.
Six CMS of wild abortive types, one CMS of Gambiaca and three Kalinga types were bred through successive backcrosses. The three types of CMS lines were semi dwarf and having better flowering characters than the check line. The good flowering behavior of the new CMS lines improved seed set up to 25.90% compared to 2.98% of seed set in IR58025A. The new CMS were more effective and easier in its seed production. Phenotype obstacles such as low panicle exertion and short panicle length were improved through GA3 spraying. It increased the yield of seed.
The three types of CMS had spesific combining ability to many restorers and yielded high yielding hybrid combination with good heterosis. The results indicated that the yield of hybrids were controlled by overdominant, dominant x dominantor epistasis gene activity. The best hybrid was derived from WA cytoplasm i.e. BI485A/IR53942 (10.21 t/ha), while the best hybrid derived from Gambiaca cytoplasm was BI625A/SMD11 (9.88 t/ha). BI665A/IR53942 was the best hybrid derived from Kalinga cytoplasm, yielded up to 9.15 t/ha.
It can be concluded that new CMS derived from WA, Gambiaca and Kalinga cytoplasm were more efective on seed production and hybrid rice development because of their good flower behaviour, resistance to BLB and good specific combiner with restorers.
RINGKASAN
INDRASTUTI APRI RUMANTI. Pengembangan Galur Mandul Jantan dengan Tiga Sumber Sitoplasma untuk Perakitan Padi Hibrida.Dibimbing oleh BAMBANG S. PURWOKO sebagai ketua, HAJRIAL ASWIDINNOOR dan ISWARI S. DEWI sebagai anggota komisi pembimbing.
Teknologi padi hibrida merupakan salah satu alternatif dalam usaha peningkatan produktivitas padi sawah.Perakitan padi hibrida di Indonesia menggunakan sistem tiga galur yang melibatkan tiga galur tetua yaitu galur mandul jantan (GMJ), galur pelestari (B) dan galur pemulih kesuburan (R).GMJ merupakan kunci utama dalam pengembangan padi hibrida sistem tiga galur, karena berfungsi sebagai seed parent. GMJ yang baik harus memiliki sterilitas polen sempurna, stabil, mudah dipulihkan fertilitasnya, memiliki karakter agromorfologi dan bunga baik, memiliki daya gabung baik dan tahan terhadap satu atau lebih hama penyakit tropis.
GMJ yang digunakan di Indonesia masih didominasi oleh GMJ dengan latar belakang sitoplasma wild abortive (WA). Penggunaan satu tipe GMJ dalam area luas dikhawatirkan dapat menimbulkan kerapuhan genetik, sehingga hibrida menjadi lebih rentan terhadap hama, penyakit maupun perubahan lingkungan yang ekstrim. Serangkaian penelitian dilakukan untuk memperoleh GMJ baru dengan tiga sitoplasma berbeda (WA, Gambiaca dan Kalinga) yang memiliki sterilitas polen sempurna, stabil dan mudah dipulihkan. Efektivitas GMJ dalam produksi benih dan perakitan padi hibrida menjadi target berikutnya dalam penelitian ini.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada populasi galur dihaploid calon pelestari, bobot malai mempunyai kontribusi terbesar terhadap hasil biji per rumpun, terlihat dari nilai pengaruh langsungnya yang positif dan besar (0,7399) dan pengaruh tidak langsungnya melalui jumlah gabah isi per malai yang juga tinggi dan positif (0,6556), sehingga dua karakter ini dapat digunakan sebagai karakter seleksi galur pelestari yang baik. Galur haploid ganda Mb, H36-3-Mc, H36-4-M, H45-3-Da, B1-2-Pb dan B2-2-Pb sesuai untuk digunakan sebagai calon galur pelestari karena mempunyai jumlah gabah isi per malai dan bobot hasil yang tinggi.Galur DH B1-1-Mb, B2-1-Db dan B2-1-M bereaksi tahan terhadap Hawar Daun Bakteri (HDB) strain III. Galur B4-1-Dc merupakan galur DH pelestari sangat tahan (skor 0) terhadap HDB strain IV dan VIII.
Transfer sifat mandul jantan dan silang balik berkelanjutan telah berhasil mengidentifikasi 10 GMJ baru dengan tiga latar belakang sitoplasma berbeda (WA, Gambiaca dan Kalinga). Sepuluh GMJ baru tersebut memiliki sterilitas polen yang sempurna dan stabil.GMJ tipe Gambiaca dan Kalinga lebih cepat mencapai 100% steril dibandingkan GMJ tipe WA.GMJ baru tersebut memiliki tinggi tanaman antara 66 – 107 cm, jumlah anakan kategori sedang dan umur genjah, serta didukung oleh persentase eksersi stigma yang baik. Satu GMJ tipe WA, Gambiaca dan Kalinga bereaksi tahan terhadap HDB strain III, berturut-turut yaitu BI703A, BI855A dan BI669A. Galur BI543A dan BI571A (WA) teridentifikasi tahan terhadap HDB strain VIII. BI665A (Kalinga) memberikan reaksi tahan terhadap dua strain sekaligus, yaitu IV dan VIII, yang merupakan strain paling virulen di Indonesia.
stigma (r = 0,44*), eksersi stigma (r = 0,54*) dan sudut membuka lemma dan palea galur mandul jantan (r = 0,42*). Seed set GMJ juga berkorelasi positif dengan panjang filamen (r = 0,47*) dan sudut pembukaan bunga galur pelestari (r = 0,57**).
Studi terhadap potensi produksi benih GMJ baru, menunjukkan bahwa GMJ baru tipe WA, Gambiaca dan Kalinga mampu menghasilkan bobot panen benih yang lebih tinggi dibandingkan IR58025A. Kelemahan GMJ baru berupa rendahnya persentase eksersi malai dan malai pendek dapat diatasi dengan penyemprotan 200 ppm GA3. Aplikasi GA3 meningkatkan hasil benih GMJ baru yaitu mencapai 1031,90 kg/ha (WA), 763,34 kg/ha (Kalinga) dan 457,45 kg/ha (Gambiaca).
Tiga tipe GMJ baru teridentifikasi memiliki daya gabung khusus dengan berbagai galur pemulih kesuburan, sehingga menghasilkan kombinasi hibrida dengan potensi hasil dan heterosis tinggi baik terhadap tetua terbaik, rata-rata tetua maupun varietas pembanding. Hal ini menunjukkan bahwa bobot hasil padi hibrida dikendalikan oleh aksi gen overdominan, dominan x dominan atau epistasis. Kombinasi hibrida turunan GMJ tipe WA terbaik adalah BI485A/IR53942 (10,21 t/ha), sedangkan hibrida turunan GMJ tipe Gambiaca terbaik adalah BI625A/SMD11 (9,88 t/ha). Hibrida turunan GMJ tipe Kalinga terbaik ditunjukkan oleh BI665A/IR53942 (9,15 t/ha)
Dari rangkaian penelitian ini dapat disimpulkan bahwa GMJ baru tipe WA, Gambiaca maupun Kalinga efektif digunakan dalam produksi benih dan perakitan padi hibrida karena memiliki biologi dan perilaku bunga baik, tahan terhadap HDB dan memiliki daya gabung baik terhadap galur pemulih kesuburan yang ada. Diperoleh kombinasi hibrida dengan hasil dan heterosis tinggi dari ketiga latar belakang genetik GMJ.
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2012
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB.
PENGEMBANGAN GALUR MANDUL JANTAN
DENGAN TIGA SUMBER SITOPLASMA
UNTUK PERAKITAN PADI HIBRIDA
INDRASTUTI APRI RUMANTI
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor pada
Program Studi Pemuliaan dan Bioteknologi Tanaman
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Penguji pada Ujian Tertutup: Dr. Ir. Satoto, MS Dr. M Syukur, SP., M.Si.
Judul Disertasi
:
Pengembangan Galur Mandul Jantan dengan Tiga Sumber Sitoplasma untuk Perakitan Padi HibridaNama
: Indrastuti Apri Rumanti
NIM
: A263074011
Disetujui
Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Ir.Bambang S. Purwoko, M.Sc.
Ketua
Dr. Ir.Hajrial Aswidinnoor, M.Sc.
Dr.Ir. Iswari S. Dewi
Anggota
Anggota
Mengetahui
Ketua Program Studi
Dekan Sekolah Pascasarjana
Pemuliaan dan Bioteknologi Tanaman
Dr. Ir.Trikoesoemaningtyas, M.Sc.
Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc. Agr.
PRAKATA
Alhamdulillaahirabbil’aalamiin.
Atas rahmat dan karunia Allah SWT,
disertasi ini berhasil diselesaikan dengan baik. Adanya dominasi
sitoplasma secara luas di Indonesia menyebabkan kualitas dan hasil padi
hibrida hampir sama antar varietas. Terlebih lagi, kekhawatiran terjadinya
kerapuhan genetik pada GMJ seperti yang terjadi pada jagung
Texas
,
maka penulis memilih tema
Pengembangan Galur Mandul Jantan
dengan Tiga Sumber Sitoplasma untuk Perakitan Padi Hibrida.
Terimakasih penulis sampaikan kepada Prof. Dr. Bambang S.
Purwoko MSc., Dr. Ir. Hajrial Aswidinnoor MSc. dan Dr. Ir. Iswari S. Dewi
selaku komisi pembimbing yang dengan ikhlas memberikan masukan,
arahan, bimbingan, dorongan dan motivasi dalam penulisan disertasi ini.
Penulis sampaikan penghargaan sebesar-besarnya kepada Dr. Satoto
dan Dr. M Syukur selaku penguji luar komisi dalam ujian tertutup, serta Dr.
Trikoesoemaningtyas dan Dr. Suwarno yang telah berkenan menjadi
penguji luar komisi dalam ujian terbuka.
Penulis juga menyampaikan terimakasih kepada Badan Litbang
Pertanian atas dukungan dana beasiswa dan dana penelitian melalui
kerjasama Badan Litbang Pertanian& IPB dalam program KKP3T 2007
–
2011 a.n. Prof. Bambang S. Purwoko dkk. Penulis juga menyampaikan
terimakasih kepada BB Biogen atas pemberian materi hasil kultur antera
dan fasilitas melalui Dr. Iswari S. Dewi sebagai bahan penelitian, serta
Pak Iman dan Mbak Yeni yang dengan ikhlas telah membantu penulis
selama bekerja di laboratorium dan Rumah Kaca. Penghargaan dan
terimakasih, penulis sampaikan kepada Kepala Balai Besar Penelitian
Padi (BB Padi) dan ketuatim penelitian padi hibrida BB Padi, Dr. Satoto,
atas pemberian materi penelitian, ijin, dukungan dan masukannya. Juga
teman-teman peneliti dan teknisi: Murdani, Yuni Widyastuti, Sudibyo,
Suwarto, Wasidi, Cecep, Sarmadi, Suardi, Firman, Dede, Nita, Bayu dan
Bowo untuk dukungan doa dan tenaganya. Teman-teman seperjuangan di
PBT 2007, 2008, 2009 dan 2010 untuk persahabatannya.Terimakasih
khusus penulis ucapkan untuk Indria Mulsanti dan keluarga, semoga
silaturahmi terus terjaga.
Kepada suami tercinta, Didik Ariyanto, Bapak Ibu Wahyuno, Ibu
Siswantinah dan ananda terkasih Zaki dan Kayla, juga kakak dan adik
tersayang, disampaikan terimakasih atas cinta, doa, dorongan dan kasih
sayang yang telah menguatkan penulis dalam melaksanakan semua
penelitian dan penulisan disertasi ini.
Tiada yang sempurna pada karya manusia, tetapi besar harapan
penulis, karya ini dapat bermanfaat dalam pengembangan padi,
khususnya padi hibrida di Indonesia.
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Banyumas pada tanggal 27 April 1977 dari
Bapak Wahyuno dan Ibu Ambarwati, sebagai anak pertama dari dua
bersaudara.Penulis memiliki satu orang adik laki-laki bernama Prastoto
Indratmoko. Pada tahun 2000, penulis menikah dengan Didik Ariyanto,
S.Pi, M.Si dan dikaruniai dua putra putri, yang diberi nama Zaki Najmudin
Furqon Ariyanto dan Kayla Putri Ariyanto.
Penulis lulus dari Fakultas Pertanian, Universitas Jendral Soedirman,
Program Studi Pemuliaan Tanaman pada tahun 1999. Selanjutnya tahun
2000 penulis mulai bekerja di Balai Besar Penelitian Tanaman Padi pada
Kelompok Peneliti Pemuliaan Padi dan sejak saat itu penulis intensif
melakukan penelitian bersama tim padi hibrida. Penulis turut aktif dalam
pelepasan varietas padi hibrida sejak tahun 2002 hingga 2011. Sejumlah
artikel ilmiah sebagai wujud penyebaran informasi juga telah penulis
publikasikan di jurnal maupun prosiding bersama tim peneliti padi hibrida
BB Padi.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ... xv
DAFTAR GAMBAR ... xvi
PENDAHULUAN ... 1
Latar Belakang... 1
Tujuan Penelitian ... 4
Hipotesis ... 4
Diagram Alur Penelitian ... 5
TINJAUAN PUSTAKA ... 7
Asal dan Taksonomi Padi ... 7
Padi Hibrida ... 9
Sistem Mandul Jantan pada Padi ... 12
Uji Daya Gabung ... 14
EVALUASI GALUR-GALUR DIHAPLOID UNTUK DIGUNAKAN SEBAGAI CALON GALUR PELESTARI ……… 17
Abstrak ... 17
Abstract... 18
Pendahuluan ... 19
Bahan dan Metode ... 21
Hasil dan Pembahasan... 26
Kesimpulan ... 38
TRANSFER SIFAT MANDUL JANTAN DAN PEMBENTUKAN GALUR MANDUL JANTAN MELALUI SILANG BALIK ... 39
Abstrak ... 39
Abstract... 40
Pendahuluan ... 41
Bahan dan Metode ... 42
Hasil dan Pembahasan... 44
Kesimpulan ... 52
KARAKTER BUNGA YANG MENDUKUNG KEMAMPUAN MENYERBUK SILANG GALUR MANDUL JANTAN 53 Abstrak ... 53
Bahan dan Metode ... 56
Hasildan Pembahasan... 58
Kesimpulan ... 72
POTENSI PRODUKSI BENIH GALUR MANDUL JANTAN BARU TIPE WILD ABORTIVE, GAMBIACA DAN KALINGA ... 73
Abstrak ... 73
Abstract... 74
Pendahuluan ... 75
Bahan dan Metode ... 76
Hasil dan Pembahasan ... 80
Kesimpulan ... 85
EVALUASI DAYA GABUNG DAN HETEROSIS HIBRIDA TURUNAN GMJ TIPE WILD ABORTIVE, GAMBIACA DAN KALINGA MENGGUNAKAN ANALISIS LINI X TESTER ... 87
Abstrak ... 87
Abstract... 88
Pendahuluan ... 89
Bahan dan Metode ... 90
Hasil dan Pembahasan ... 92
Kesimpulan ... 114
PEMBAHASAN UMUM ... 117
KESIMPULAN DAN SARAN ... 127
Kesimpulan ... 127
Saran ... 128
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Klasifikasi padi menurut Khush (2000) ... 8
2 Galur calon pelestari DH2 hasil kultur antera dari 6 kombinasi
persilangan B x B ………. 21
3 Skor warna daun berdasarkan SES (IRRI 2002) ……..………. 22
4 Skala sudut daun bendera berdasarkan SES (IRRI 2002) …... 22
5 Skala eksersi malai berdasarkan SES (IRRI 2002) ……… 22
6 Skor keberadaan bulu pada gabah ……….. 23
7 Kriteria penilaian ketahanan terhadap hawar daun bakteri
(HDB) ……….……… 24
8 Analisis ragam (anova) rancangan acak kelompok ……… 25
9 Karakter morfologi dan karakter bunga 19 calon galur
pelestari ……….………... 27
10 Nilai rata-rata dan parameter genetik dari delapan karakter
pada 19 galur dihaploid calon galur pelestari ……….. 28
11 Koefisien korelasi pearson antar 7 karakter pada galur-galur
dihaploid padi ... 30
12 Pengaruh langsung dan tidak langsung karakter vegetatif dan komponen hasil terhadap hasil biji per rumpun pada
galur-galur dihaploid padi ………….……… 31
13 Nilai rata-rata karakter agronomis dan komponen hasil 19
calon galur pelestari ……… 34
14 Hasil uji ketahanan galur dihaploid calon pelestari terhadap
hawar daun bakteri ……….. 35
15 Skor eksersi malai berdasarkan SES (IRRI 2002) ... 44
16 Skor eksersi stigma berdasarkan SES (IRRI 2002) ... 44
17 Sterilitas polen tanaman F1 hasil persilangan dari 5 GMJ
generasi F1 - F1BC5 ………. 47 19 Keragaan karakter agronomis, eksersi malai dan eksersi
stigma tiga tipe galur mandul jantan baru ……… 49
20 Ketahanan galur mandul jantan baru terhadap Hawar Daun
Bakteri ……….. 51
21 Eksersi malai, eksersi stigma, panjang dan lebar stigma, panjang stilus dan warna putik dari tiga tipe galur mandul
jantan baru ... 60
22 Panjang antera, filamen, skor anthesis dan warna antera
galur pelestari ……… 64
23 Umur berbunga, durasi dan sudut pembukaan bunga serta seed set yang terbentuk pada galur mandul jantan baru dan
pelestarinya ………. 68
24 Korelasi fenotipik sejumlah karakter dan perilaku bunga galur mandul jantan terhadap persentase terbentuknya biji (seed
set) ……… 69 25 Korelasi fenotipik sejumlah karakter dan perilaku bunga galur
pelestari terhadap persentase terbentuknya biji (seed set) ….. 70
26 Karakter agromorfologi dan umur berbunga 50% tiga galur mandul jantan baru dan pembanding (IR58025A) pada dua
konsentrasi GA3 selama produksi benih galur mandul jantan 80
27 Sterilitas polen, eksersi stigma, eksersi malai, persentase pengisian biji (seed set) dan produktivitas galur mandul jantan baru dan pembanding (IR58025A) pada dua konsentrasi GA3
selama produksi benih galur mandul jantan ……… 82
28 Daftar galur mandul jantan dan restorer yang digunakan
dalam pembentukan hibrida ... 90
29 Struktur tabel analisis ragam untuk analisis lini × tester ……… 92
30 Nilai kuadrat tengah hasil analisis varians daya gabung pada
beberapa karakter padi ……….. 93
31 Proporsi kontribusi lini, tester dan interaksinya terhadap
varians total ………. 95
32 Efek daya gabung umum tetua hibrida baru pada berbagai
karakter ………. 96
33 Efek daya gabung khusus karakter agromorfologi, komponen
Halaman
34 Nilai rata-rata karakter agromorfologi, komponen hasil dan hasil tetua jantan dan betina yang digunakan dalam perakitan
hibrida ……….
102
35 Heterobeltiosis karakter agromorfologi dan komponen hasil
75 hibrida baru …….……… 103
36 Heterosis mid parent karakter agromorfologi dan komponen
hasil 75 hibrida baru ………. 106
37 Heterobeltiosis, mid parent heterosis dan standar heterosis
karakter bobot hasil 75 hibrida baru ……….………….. 111
38 Karakter agronomi dan standar heterosis karakter hasil
Halaman 1 Diagram alur penelitian ... 5
2 Lintasan evolusi dua species padi budidaya (Khush 2000) ... 9
3 Skema sistem galur mandul jantan pada padi ... 13
4 Sidik lintas dan korelasi antar karakter pada galur-galur
dihaploid padi ………. 32
5 Penampilan DH calon galur pelestari yang sangat tahan (kiri) dan rentan (tengah) serta lesi yang diakibatkan HDB pada
tanaman rentan (kanan) ……… 35
6 Ukuran polen steril (kiri atas), polen fertil yang terwarnai oleh IKI 1% (kiri bawah) dan polen steril yang tidak terwarnai oleh
IKI 1% (kanan); pembesaran 40x pada mikroskup binokuler .. 48
7 Penampilan Galur Mandul Jantan Baru yang tahan terhadap hawar daun bakteri, isolat terisolir pada ujung bekas
pengguntingan (lingkaran) ……… 51
8 Eksersi malai galur pelestari (kiri) dan galur mandul jantan
(kanan) ……… 59
9 Eksersi stigma yang tinggi pada Galur Mandul Jantan Baru
(B) dibandingkan dengan eksersi stigma pada IR58025A (A) 63
10 Proses keluarnya polen dari antera saat antesis. (Sumber:
Matsui et al. 1999) ……….. 65
11 Kriteria ideal galur pelestari, meliputi filamen panjang, antera kuning dan besar, antera menggugurkan sebagian besar
polennya setelah berada di luar bunga ……… 67
12 Petak percobaan produksi benih 1 pasang GMJ ………... 77
13 Morfologi stigma GMJ selama reseptif polen ……….. 83
14 Durasi reseptif putik tiga galur mandul jantan baru dan pembanding (IR58025A) pada 0 ppm GA3 (A) dan 200 ppm
GA3 (B) selama produksi benih galur mandul jantan …………. 84
15 Bobot benih GMJ hasil produksi benih pada konsentrasi GA3
0 dan 200 ppm ……… 84
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kebutuhan terhadap pangan khususnya beras, semakin meningkat
sejalan dengan pertambahan jumlah penduduk, sedangkan usaha diversifikasi
pangan berjalan lambat. Jumlah penduduk pada tahun 2010, 2015 dan 2020
diprediksikan akan mencapai 235 juta, 249 juta dan 263 juta jiwa. Oleh karena itu
laju produksi padi nasional harus terus ditingkatkan. Pada tahun 2009 produksi
padi nasional mencapai 64,4 juta ton gabah kering giling (GKG) atau meningkat
6,83% dibandingkan tahun 2008. Namun pada tahun 2010, peningkatan produksi
padi nasional lebih rendah, hanya mencapai 2,45% dibandingkan tahun 2009
(BPS 2010). Hal ini disebabkan banyaknya bencana kekeringan, banjir dan juga
tingkat serangan hama dan penyakit yang tinggi.
Teknologi padi hibrida yang memanfaatkan gejala heterosis merupakan
salah satu cara untuk meningkatkan produktivitas padi di Indonesia. Padi hibrida
menghasilkan pertambahan produktivitas mendekati 15-20% lebih tinggi
dibanding varietas padi komersial terbaik. China telah sukses mengaplikasikan
teknologi padi hibrida. Area yang ditanami padi hibrida di China saat ini terhitung
lebih dari 50% dari total area padi. P
enggunaan padi hibrida di China mampu
meningkatkan produksi padi total dari 128 juta ton menjadi 189 juta ton,
walau terjadi penurunan luas lahan padi dari 36,5 juta ha pada 1975
menjadi 29,2 juta ha pada 2007. Peningkatan produktivitas pada periode
tersebut sangat besar yaitu dari 3,5 t/ha menjadi 6,35 t/ha (FAO 2008).
Budidaya padi hibrida juga mulai dilakukan pada skala luas di banyak negaraAsia, seperti India dan Vietnam (You et al. 2006).
Padi hibrida di Indonesia dikembangkan dengan sistem 3 galur, yang
melibatkan tiga galur tetua: galur mandul jantan sitoplasma (GMJ/CMS/A), galur
pelestari (Maintainer/B), dan galur pemulih kesuburan (Restorer/R). Padi hibrida
merupakan generasi F1 hasil persilangan antara galur mandul jantan sebagai
tetua betina dengan galur pemulih kesuburan sebagai tetua jantan, sehingga
sifat-sifat varietas padi hibrida ditentukan oleh sifat-sifat dari kedua tetuanya (You
et al. 2006). Untuk mendapatkan varietas padi hibrida yang baik dengan
sifat-sifat yang diinginkan seperti berdaya hasil tinggi dan tahan terhadap hama serta
terutama GMJ yang merupakan tetua betina (seed parent) dan menjadi kunci
dalam komersialisasi padi hibrida.
Galur mandul jantan (galur A/GMJ) dapat diperoleh secara spontan di
antara galur hasil pemuliaan yang berasal dari persilangan kerabat jauh
(interspesifik) atau melalui mutagenesis (Hanson & Bentolila 2004). Ada
beberapa tipe galur mandul jantan sitoplasma, antara lain Wild-Abortive (WA),
Gambiaca, Kalinga, Dissy, Indonesian-type dan lain-lain. Galur mandul jantan
tipe WA merupakan galur yang banyak digunakan dalam pengembangan
varietas padi hibrida. Jing et al. (2001) menyebutkan bahwa 90% padi hibrida
yang ditanam di Cina menggunakan GMJ tipe WA sebagai tetua betinanya. GMJ
tipe WA merupakan GMJ yang dikembangkan pada padi indica dengan
sitoplasma yang berasal dari populasi padi liar Oryza rufipogon Griff. (Eckardt
2006). Di Indonesia, GMJ tipe WA tersebut juga digunakan untuk merakit
beberapa F1 hibrida unggul (Suwarno et al. 2003). GMJ yang digunakan dalam
produksi benih padi hibrida tersebut berasal dari IRRI, seperti IR58025A,
IR62829A, IR68886A, IR68888A, dan IR68897A. Namun penggunaan satu tipe
sitoplasma yang sama untuk kepentingan komersial secara intensif,
dikhawatirkan akan menimbulkan kerapuhan genetik, seperti kasus Texas
cytoplasm pada jagung. Kerapuhan genetik disebabkan oleh sempitnya latar
belakang genetik, sehingga tanaman menjadi rentan terhadap penyakit, hama
maupun faktor-faktor iklim yang tidak menguntungkan (Pradhan & Jachuck
1999).
Karakter yang diinginkan dalam perakitan GMJ adalah laju persilangan
alami tinggi, sterilitas tepung sari 100% dan stabil, kemandulannya mudah
dipulihkan (easy restorability), mampu menyesuaikan dengan lingkungannya,
tahan terhadap hama dan penyakit utama, mempunyai daya gabung yang baik
dengan berbagai galur pemulih kesuburan, tanaman sedang (semidwarf), malai
keluar sempurna, stigma keluar lebih dari 70%, dan kualitas biji baik. Namun
pembentukan GMJ masih banyak mengalami kendala. Sangat sulit mendapatkan
GMJ dengan tingkat sterilitas 100% dan stabil di daerah tropika. GMJ hasil
introduksi dari IRRI (IR58025A, IR62829A dan IR68897A) mempunyai laju
persilangan alami (outcrossing rate/OCR) yang rendah serta rentan terhadap
hama dan penyakit utama di Indonesia (Suwarno et al. 2003). BB Padi telah
mengembangkan GMJ baru tipe wild abortive yang telah memiliki ketahanan
3
memiliki ketahanan terhadap hawar daun bakteri (HDB) dan wereng batang
coklat (WBC) (Satoto et al. 2008).
Peneliti di BB Padi melaporkan bahwa dari sekitar 1500 tanaman F1 (GMJ
x galur-galur elit) yang dievaluasi tingkat fertilitasnya di pertanaman testcross,
persentase tanaman dengan sterilitas 100% ternyata sangat kecil, yaitu hanya
sekitar 1%, 3% F1 mempunyai fertilitas tinggi, sedangkan 96% lainnya adalah
parsial fertil atau parsial steril (Rumanti et al. 2005). Hal ini menunjukkan bahwa
transfer sifat mandul jantan tidak mudah, karena sifat mandul jantan dikendalikan
oleh interaksi antara sitoplasma yang steril dengan gen-gen male sterile resesif
yang ada di dalam nukleus. Perakitan galur mandul jantan memerlukan galur
elite yang berpotensi untuk digunakan merakit GMJ. Galur tersebut adalah galur
pelestari (maintainer/galur B) yang efektif melestarikan sifat mandul jantan pada
GMJ dan sudah beradaptasi dengan lingkungan target. Menurut Virmani et al.
(1997), frekuensi ditemukannya galur pelestari diantara galur-galur elite indica
(galur indica mendominasi di Indonesia) sangat kecil, yaitu bervariasi antara
0-10%. Pembentukan dan perbaikan galur pelestari dapat dilakukan dengan
persilangan B x B yang keduanya mempunyai sifat baik, kemudian dilanjutkan
dengan seleksi terhadap rekombinan terbaik pada generasi F2 – F5. Untuk memperoleh mandul jantan baru dari pelestari perlu dilakukan silang balik
sebanyak minimal 5 generasi (Virmani et al. 1997). Teknik ini bila dilakukan
dengan program pemuliaan biasa, perlu waktu yang sangat lama untuk
mendapatkan calon galur pelestari dan galur mandul jantan. Oleh karena itu,
kultur antera telah diterapkan untuk pembentukan galur murni yang lebih cepat,
efektif dan akurat (Dewi & Purwoko 2011). Dewi et al. (2005) telah memperoleh
galur-galur dihaploid hasil kultur antera yang dapat diuji efektivitasnya dalam
melestarikan GMJ.
Berdasarkan berbagai permasalahan di atas, maka perlu dikaji lebih
lanjut mengenai pemanfaatan galur dihaploid calon pelestari hasil kultur antera
dalam perakitan galur mandul jantan dengan sitoplasma yang berbeda-beda
untuk mengantisipasi timbulnya kerapuhan genetik akibat komersialisasi padi
hibrida yang menggunakan hanya satu tipe sitoplasma (tipe WA). GMJ baru yang
dihasilkan perlu diuji efektivitasnya dalam produksi benih GMJ maupun perakitan
hibrida. Informasi nilai daya gabung, fenomena heterosis, dan heritabilitas hasil
dan komponen hasil serta beberapa karakter agronomis penting lainnya juga
mendukung perolehan nilai heterosis yang tinggi pada padi hibrida. Serangkaian
kegiatan penelitian tersebut disajikan pada Gambar 1.
Tujuan Penelitian Tujuan Umum
Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh GMJ baru dengan tiga tipe
sitoplasma yang memiliki karakter bunga baik dan tahan terhadap penyakit
Hawar Daun Bakteri untuk pengembangan padi hibrida.
Tujuan Khusus
Penelitian ini bertujuan untuk :
(1) Mengevaluasi karakter agromorfologi, komponen hasil, hasil dan ketahanan
terhadap HDB pada galur dihaploid (DH2) calon galur pelestari
(2) Memperoleh Galur Mandul Jantan tipe WA, Gambiaca dan Kalinga beserta
pelestari pasangannya yang tahan terhadap hawar daun bakteri
(3) Mendapatkan GMJ baru yang memiliki morfologi dan perilaku bunga
mendukung kemampuan menyerbuk silang alami
(4) Memperoleh informasi potensi produksi benih galur mandul jantan tipe WA,
Kalinga dan Gambiaca
(5) Memperoleh informasi efektivitas tiga tipe galur mandul jantan sitoplasmik
baru untuk perakitan padi hibrida
(6) Mendapatkan hibrida baru dengan heterosis tinggi
Hipotesis
1. Galur mandul jantan baru dapat diperoleh dari populasi dihaploid turunan
kultur antera dari persilangan B x B dengan sumber sitoplasma yang berbeda
(WA, Kalinga atau Gambiaca)
2. Galur mandul jantan dengan karakter bunga tertentu, akan meningkatkan
potensi hasil pada produksi benih GMJ
3. Terdapat GMJ dengan sterilitas polen 100% dan stabil yang mempunyai daya
gabung umum dan khusus yang tinggi terhadap galur pemulih kesuburan,
sehingga mampu menghasilkan kombinasi hibrida berheterosis tinggi.
5
TINJAUAN PUSTAKA
Asal dan Taksonomi Padi
Padi (Oryza sativa L.), seperti halnya gandum, jagung dan barley termasuk
dalam famili Graminae (Poaceae) atau rumput-rumputan. Genus Oryza terdiri
atas 23 spesies, 21 diantaranya adalah padi liar (wild relatives) yang memiliki
genom diploid atau tetraploid, sedangkan 2 lainnya merupakan padi budidaya.
Studi variasi karakter morfologi terhadap 16 spesies padi, telah dilaporkan oleh
Morishima dan Oka (1960) yang menyatakan bahwa spesies Oryza dapat dibagi
ke dalam tiga grup utama, yaitu (1) Oryza sativa dan kerabat dekatnya, (2) Oryza
officinalis dan kerabatnya serta (3) spesies kerabat jauh lainnya.
Kush (2000) melakukan klasifikasi ulang terhadap spesies Oryza
berdasarkan jumlah kromosom, komposisi genom dan daerah penyebarannya
(Tabel 1). Spesies padi liar seperti O. nivara dan O. glaberrima dilaporkan
banyak mengandung gen-gen bermanfaat yang dapat ditransfer ke genom padi
budidaya (O. sativa). Introgresi gen-gen bermanfaat tersebut dapat dilakukan
melalui hibridisasi interspesifik (Brar et al. 1996). Menurut Kush (2000),
berdasarkan tingkat kemudahan transfer gen-gen dari spesies liar ke spesies
budidaya, spesies padi dapat diklasifikasikan ke dalam tiga gene pool. Gene pool
utama terdiri atas sejumlah spesies liar, yaitu O. rufipogon, O. nivara, O.
glumaepatula, O. meridionalis, O. breviligulata, O. longistaminata serta dua
spesies budidaya, yaitu O. sativa dan O. glaberrima. Kelompok ini memiliki
genom AA dan transfer gen antar spesies ini dapat dilakukan melalui persilangan
dan metode seleksi tertentu. Gene pool sekunder adalah spesies kelompok O.
officinalis komplek. Persilangan antara O. sativa dan spesies-spesies dalam
kelompok ini lebih sulit dilakukan dan harus menggunakan bantuan teknik
penyelamatan embrio (embryo rescue). Hal ini terjadi karena adanya
keterbatasan homologi antara genom AA (O. sativa) dengan genom BB, CC,
CCDD, EE dan FF (spesies padi liar), sehingga jumlah gen yang dapat ditransfer
terbatas. Gene pool tersier terdiri atas kelompok O. meyeriana, O. ridleyi dan O.
schlechteri. Persilangan antara O. sativa dengan kelompok ini sangat sulit
9
Oryza sativa terdiri atas banyak subspesies dan telah terdistribusi ke seluruh
dunia. Dikenal dua grup varietas padi yaitu indica dan japonica, kedua grup ini
memiliki banyak perbedaan karakter dibandingkan antar varietas tipikalnya,
tetapi variasinya saling overlap. Kedua grup ini telah dikarakterisasi berdasarkan
resistensinya, panjang bulu di apikulus dan reaksinya terhadap phenol. Morinaga
(1954) dalam Kush (2000) mengusulkan adanya grup ketiga yang terdiri atas
varietas bulu dan gundil dari Indonesia. Grup ini disebut javanica, dan
Galszmann (1987) dalam Kush (2000) menyatakan bahwa javanica berada di
antara grup japonica berdasarkan analisis isozym. Saat ini javanica dikenal
sebagai tropical japonica, sedangkan typical japonica disebut sebagai temperate
japonica (Gambar 2).
Gambar 2 Lintasan evolusi dua species padi budidaya (Kush 2000)
Padi Hibrida
Padi hibrida di Indonesia dikembangkan dengan sistem 3 galur, yang
melibatkan tiga galur tetua meliputi galur mandul jantan sitoplasmik, galur
pelestari dan galur pemulih kesuburan. Padi hibrida merupakan generasi F1 hasil
persilangan antara galur mandul jantan sebagai tetua betina dengan galur
pemulih kesuburan sebagai tetua jantan, sehingga sifat-sifat varietas padi hibrida
ditentukan oleh sifat-sifat dari kedua tetuanya. Tetua-tetua yang superior dapat
meningkatkan penampilan agronomis dan bobot hasil hibrida turunan berbagai
(You et al. 2006). Oleh karena itu, untuk mendapatkan varietas padi hibrida yang
baik dengan sifat-sifat yang diinginkan seperti daya hasil tinggi (ditunjukkan oleh
nilai heterosis yang tinggi), dan tahan terhadap hama dan penyakit utama, maka
penelitian padi hibrida diutamakan pada proses perbaikan galur-galur tetua padi
hibrida serta proses pembentukan kombinasi persilangan yang menghasilkan
produksi dan heterosis tinggi.
Padi hibrida dikembangkan dengan memanfaatkan adanya fenomena
heterosis yang menyebabkan produksi yang lebih tinggi dibanding galur murni.
Beberapa hipotesis telah diajukan untuk menjelaskan dasar genetis dari
heterosis. Hipotesis dominansi (Bruce 1910 diacu dalam You et al. 2006)
menjelaskan faktor dominan salah satu tetua menutupi gangguan mutasi resesif
tetua lain pada populasi F1 heterosigos. Sebaliknya hipotesis overdominan
(Shull 1908 diacu dalam You et al. 2006) percaya bahwa heterosigositas pada
lokus tunggal lebih superior dibanding yang homosigos. Kedua hipotesis tersebut
telah diverifikasi melalui penelitian biologi molekuler (Stuber et al. 1992; Xiao et
al. 1995). Hipotesis ketiga menduga bahwa heterosis mungkin akibat terjadinya
epistasi antara alel-alel pada lokus yang berbeda (Yu et al. 1997; Goodnight
1999). Beberapa hasil penelitian menunjukkan bahwa epistasis merupakan
penyebab utama heterosis secara genetik (Li et al. 2001; Luo et al. 2001).
Penelitian dan pengembangan padi hibrida pertama dilakukan oleh peneliti
China pada tahun 1964. Galur mandul jantan pertama dikembangkan pada tahun
1972 yang ditemukan pada tanaman mandul jantan steril pada populasi padi liar.
Padi hibrida komersial pertama dikenalkan pada tahun 1976. Padi hibrida
tersebut memberikan kenaikan hasil sebesar 20% dibandingkan varietas unggul
yang ada. Penelitian padi hibrida di daerah tropis dimulai di IRRI, Philipina, pada
tahun 1978 dengan mengintroduksi beberapa padi hibrida komersial dari China
seperti Shan You 6, Wei You 6 dan Shen You 2. Namun tidak satupun yang
menunjukkan kelebihan hasil terhadap varietas pembanding, seperti IR36 dan
IR42. Hal ini disebabkan terutama karena varietas-varietas hibrida China tidak
mampu beradaptasi terhadap kondisi tropis dan rentan terhadap hama dan
penyakit yang ada di daerah tropis. Untuk mengatasi hal tersebut, IRRI
melakukan penelitian lebih intensif sehingga berhasil memperoleh galur-galur
restorer tropis, dan hibrida hasil persilangan GMJ asal China dengan
restorer-restorer tersebut menunjukkan heterosis terhadap IR36 dan IR42. Namun
11
kerentanan GMJ China terhadap hama dan penyakit (Virmani & Kumar 2004).
Oleh karena itu IRRI menitikberatkan penelitian padi hibrida terutama pada
perakitan galur-galur tetua padi hibrida dan telah banyak menghasilkan
kombinasi hibrida unggul yang telah dilepas sebagai varietas di banyak negara,
termasuk Indonesia.
Suksesnya penelitian dan pengembangan padi hibrida di China dan IRRI,
mendorong Indonesia mulai mengintensifkan pemuliaan padi hibrida pada tahun
1998, dengan menguji bahan pemuliaan introduksi dan perakitan galur tetua
serta membentuk berbagai kombinasi hibrida sendiri (Badan Litbang 2007).
Indonesia, dalam hal ini Balai Besar Penelitian Tanaman Padi (BB Padi) berhasil
melepas varietas hibrida pertama pada tahun 2002, yaitu Maro dan Rokan.
Kedua varietas tersebut merupakan hasil introduksi dari IRRI. Varietas pertama
yang menggunakan tetua jantan lokal Indonesia pertama dilepas pada tahun
2007, yaitu Hipa6 Jete. Sampai tahun 2010, di Indonesia telah dilepas 69
varietas hibrida dan 17 diantaranya dilepas oleh BB Padi, sedangkan varietas
lainnya dilepas oleh perusahaan swasta nasional maupun multinasional yang
ada di Indonesia seperti PT BISI, Kondo, Bangun Pusaka, KNB Mandiri, Makmur
Sejahtera, Bayer, DuPont, Primasid, Tri Usaha Sari Tani, Sang Hyang Seri,
Sumber Alam Sutra, Biogene Plantation, Metahelix dan Advanta Indonesia.
Semua varietas hibrida yang telah dilepas menunjukkan heterosis pada karakter
hasil terhadap IR64 dan Ciherang, tetapi sebagian besar varietas tersebut tidak
memiliki ketahanan terhadap hama dan penyakit padi di negara tropis.
Selain sistem tiga galur, terdapat dua sistem yang dapat digunakan dalam
pengembangan padi hibrida, yaitu sistem dua galur dan sistem satu galur.
Sistem satu galur adalah penggunaan sistem apomiktik (tanpa pembuahan),
namun sampai saat ini masih dalam skala penelitian. Sistem dua galur
melibatkan penggunaan galur mandul jantan TGMS/Temperature-sensitive Genic
Male Sterility dan galur fertil. Keuntungan sistem ini adalah (1) tidak memerlukan
galur pelestari dalam produksi benih TGMS, (2) semua galur fertil dengan
sifat-sifat yang baik dapat digunakan sebagai tetua jantan dalam produksi benih
hibrida, dan (3) potensi heterosisnya lebih besar dibanding sistem tiga galur
(Virmani et al. 2003).
Sistem dua galur sebenarnya cocok untuk digunakan di daerah tropis, tetapi
anomali iklim yang sering terjadi di daerah tropika seperti Indonesia menjadi
(Liu et al. 1998), dan di Indonesia sering sekali terjadi pergantian temperatur
yang sangat ekstrim, karena itu sistem tiga galur masih merupakan sistem yang
dapat diterapkan.
Sistem Mandul Jantan pada Padi
Mandul jantan sitoplasmik adalah kondisi dimana tanaman tidak mampu
memproduksi polen/tepung sari fungsional. Mandul jantan merupakan karakter
yang diwariskan secara maternal, dan biasanya terkait dengan adanya gangguan
pada open reading frame (ORF) di genom mitokondria (Hanson & Bentotila
2004). Pada banyak kasus, termasuk padi, kesuburan mandul jantan dapat
dipulihkan oleh gen-gen nukleus yang mengkode fertility restoration (gen Rf)
yang terdapat pada galur pemulih kesuburan (Restorer/galur R). Sistem mandul
jantan sitoplasmik terjadi karena adanya interaksi antara genom nukleus dan
mitokondria. Dalam hal ini, sterilitas akibat gen mitokondrial menyebabkan
disfungsi sitoplasmik, sedangkan gen-gen nukleus akan menekan disfungsi
sitoplasmik tersebut (Ekcard 2006).
Penggunaan galur mandul jantan merupakan prasyarat untuk eksploitasi
heterosis pada padi. Cytoplasmic-genetic male sterility (CgMS/CMS) telah
digunakan secara luas untuk mengembangkan padi hibrida. Pistil galur mandul
jantan tumbuh normal dan dapat memproduksi biji bila diserbuki oleh polen
normal. Jika faktor genetik yang menginduksi kemandulan tersebut tidak ada
dalam sitoplasma maka tanaman menjadi normal (male fertile).
Jika terdapat tanaman normal (male fertile) yang memiliki faktor
pengendali kemandulan pada sitoplasma dan gen inti yang memulihkan
kesuburan bersifat resesif, maka tanaman tersebut dapat mempertahankan sifat
mandul jantan. Tanaman atau galur tersebut disebut galur pelestari (maintainer
line) yaitu suatu galur yang mempunyai sitoplasma normal tetapi gen inti yang
berkaitan dengan pemulihan kesuburan resesif, galur ini berfungsi untuk
melestarikan keberadaan galur mandul jantan pasangannya. Adanya gen
restorer dominan di nukleus pada suatu galur mengakibatkan galur tersebut
mampu memulihkan kesuburan pada hibrida hasil persilangan antara galur
tersebut dan galur CMS. Galur ini disebut sebagai galur pemulih kesuburan atau
restorer.
Pada sistem tiga galur, galur mandul jantan selalu diperbanyak dengan
13
crossing) untuk produksi benih skala kecil, maupun melalui persilangan alami
pada plot terisolasi untuk produksi benih dalam skala besar. Galur mandul
jantan dan galur pelestari selalu sama secara morfologi, hanya galur mandul
jantan steril sedangkan galur pelestari fertil. Namun kadang-kadang, kedua galur
tersebut juga menunjukkan beberapa sifat morfologi dan agronomis yang
berbeda karena dipengaruhi oleh faktor-faktor yang ada di dalam sitoplasma
yang menginduksi mandul jantan (Virmani et al. 1997). Restorer yang
mempunyai gen pemulih kesuburan (Rf) dominan, ketika disilangkan dengan
GMJ akan menghasilkan F1 hibrida yang fertil. Perbanyakan benih galur pelestari
dan pemulih kesuburan dilakukan seperti perbanyakan padi biasa, karena kedua
galur ini fertil dan mempunyai bunga sempurna.
Gambar 3 Skema sistem galur mandul jantan pada padi
Galur mandul jantan diklasifikasikan berdasarkan beberapa kriteria,
antara lain (1) berdasarkan perilaku genetik dari gen ms, GMJ dibedakan
menjadi dua tipe yaitu GMJ sporofitik dan gametofitik. Pada GMJ sporofitik,
sterilitas atau fertilitas polen ditentukan oleh genotipe dari sporofit sedangkan
genotipe gametofit (polen) tidak berpengaruh sama sekali. Beberapa GMJ yang
tergolong tipe ini antara lain wild-abortive (WA) dan Gambiaca (Gam). Pada
kedua GMJ tersebut, gugurnya polen terjadi pada fase awal perkembangan
mikrospora. Fertilitas GMJ gametofitik secara langsung ditentukan oleh genotipe
gametofit (polen) saja tanpa dipengaruhi oleh genotipe sporofit. Pengguguran
sitoplasma Boro-type termasuk dalam tipe ini; (2) berdasarkan pola
pelestarian-pemulih kesuburan dari GMJ, terdapat tiga tipe galur mandul jantan yaitu WA,
Honglian dan Boro type (BT); dan (3) berdasarkan morfologi polen, GMJ
digolongkan ke dalam tipe typical abortion, spherical abortion, dan stained
abortion. GMJ tipe typical abortion mempunyai bentuk polen tidak beraturan
dan pengguguran polen biasanya terjadi pada fase uninukleat, sedangkan tipe
spherical abortion mempunyai polen berbentuk agak lonjong dan polen gugur
kira-kira saat fase binukleat. Terakhir, bentuk polen tipe stained abortion juga
agak lonjong tetapi agak lebih kecil dibanding polen normal dan polen gugur saat
fase trinukleat (Yuan et al. 2003).
Galur mandul jantan yang berkembang di Indonesia hampir seluruhnya
mempunyai sumber sitoplasma yang sama, yaitu Wild Abortive (WA). Apabila
galur ini digunakan secara terus-menerus, ada kekhawatiran akan
mengakibatkan kerapuhan genetik padi hibrida terhadap hama dan penyakit padi
yang kemudian akan menyebabkan ledakan populasi hama dan penyakit, sama
seperti yang pernah terjadi pada jagung hibrida (kasus Texas CMS). IRRI telah
mengembangkan beberapa galur mandul jantan dengan sumber sitoplasma yang
berbeda antara lain Gambiaca, Dissi, ARC, Kalinga, Hong Lian, Indonesian
Paddy (IP) dan beberapa sumber sitoplasma dari padi liar seperti Oryza
rufipogon dan O. perennis. Namun di Indonesia sumber-sumber sitoplasma di
atas belum digunakan dalam pembentukan dan produksi padi hibrida, karena
belum teridentifikasi galur pemulih kesuburan yang cocok berkombinasi dengan
GMJ dengan sumber-sumber sitoplasma di atas.
Uji Daya Gabung
Keberhasilan setiap program pemuliaan tanaman tergantung pada
pemilihan genotipe tetua yang tepat untuk program persilangan, disesuaikan
dengan target pemuliaan. Studi daya gabung tetua-tetua yang digunakan dalam
program pemuliaan memberikan informasi yang dapat membantu pemulia
melakukan seleksi terhadap tetua yang lebih baik untuk digunakan dalam
program pemuliaan, sehingga program tersebut menjadi lebih efektif.
Daya gabung umum (DGU) dan daya gabung khusus (DGK) dapat menjadi
indikator penting dalam evaluasi nilai potensial masing-masing galur tetua dalam
kombinasi hibrida. Daya gabung merupakan ukuran kemampuan suatu galur
15
dengan penampilan superior. Nilai masing-masing galur terletak pada
kemampuannya untuk menghasilkan keturunan unggul bila dikombinasikan
dengan galur-galur lain (Allard 1960).
Daya gabung umum (general combining ability) adalah nilai rata-rata
galur-galur dalam seluruh kombinasi persilangan bila disilangkan dengan galur-galur-galur-galur
lain. Daya gabung umum (DGU) menggambarkan peranan dan interaksi yang
kuat antar efek genetik aditif pada populasi dasar, sedangkan efek daya gabung
khusus memberi ilustrasi mengenai variasi non-aditif (Falconer 1983). Nilai DGU
yang tinggi menunjukkan tetua atau galur yang bersangkutan mempunyai
kemampuan berkombinasi dengan baik, sedangkan nilai DGU yang rendah
menunjukkan bahwa tetua tersebut mempunyai kemampuan berkombinasi yang
lebih buruk dibanding tetua lain. Nilai DGU dapat positif atau negatif, tergantung
pada karakter yang diamati dan cara menilainya. Nilai daya gabung dapat
memberikan informasi mengenai kombinasi-kombinasi yang dapat menghasilkan
turunan yang berpotensi hasil tinggi, yang ditunjukkan oleh diperolehnya
heterosis dan nilai daya gabung yang besar.
Daya gabung khusus (specific combining abillity atau DGK) adalah
penampilan kombinasi pasangan persilangan tertentu. Nilai daya gabung khusus
baik apabila nilai pasangan persilangan tertentu lebih tinggi dibanding nilai
rata-rata keseluruhan persilangan yang terlibat (Poehlman & Sleper 1990).
Persilangan-persilangan yang memiliki nilai daya gabung khusus tinggi sangat
berpotensi untuk dieksploitasi efek heterosisnya dan dapat dikembangkan
sebagai varietas hibrida. Evaluasi persilangan antar galur inbred merupakan
langkah penting dalam pengembangan padi hibrida. Secara ideal, proses ini
sebaiknya dilakukan melalui evaluasi terhadap semua kemungkinan persilangan
yang terjadi, sehingga dapat diketahui kombinasi yang sangat sesuai untuk
disilangkan agar dapat menghasilkan suatu varietas yang baik.
Analisis daya gabung yang banyak digunakan adalah lini x tester dan diallel
(Singh & Chaudary 1979). Analisis dialel umum dilakukan menggunakan
populasi persilangan galur-galur murni, dan telah banyak diterapkan pada
banyak tanaman. Analisis daya gabung umum dan khusus yang melibatkan galur
mandul jantan pada padi lebih umum dilakukan menggunakan metode lini x
EVALUASI GALUR-GALUR DIHAPLOID UNTUK
DIGUNAKAN SEBAGAI CALON GALUR PELESTARI
Abstrak
Perakitan galur mandul jantan sangat penting perannya dalam pembentukan varietas padi hibrida berheterosis tinggi. Untuk memperoleh galur mandul jantan baru, perlu dilakukan seleksi calon galur pelestari dan silang balik berkelanjutan terhadap donor sitoplasmik. Penelitian ini bertujuan untuk (1) mengevaluasi karakter agromorfologi, komponen hasil dan hasil serta karakter bunga galur-galur dihaploid calon galur pelestari hasil kultur antera dan (2) mengevaluasi ketahanan galur-galur dihaploid calon galur pelestari terhadap penyakit hawar daun bakteri. Sembilan belas galur dihaploid generasi kedua (DH2) diuji menggunakan rancangan acak lengkap yang diulang 4 kali. Hasil penelitian menunjukkan bahwa karakter bobot malai, jumlah gabah isi per malai dan hasil biji per rumpun mempunyai nilai KVG tertinggi. Nilai heritabilitas arti luas kategori tinggi ditunjukkan oleh karakter tinggi tanaman, umur berbunga, bobot malai, jumlah gabah isi per malai, bobot 1000 butir dan hasil biji per rumpun. Dari seluruh karakter yang diuji, bobot malai mempunyai kontribusi terbesar terhadap hasil biji per rumpun, terlihat dari nilai pengaruh langsungnya yang positif dan besar (0,7399) dan pengaruh tidak langsungnya melalui jumlah gabah isi per malai yang juga tinggi dan positif (0,6556). Jumlah anakan produktif juga memberikan korelasi yang positif dan tinggi secara langsung terhadap hasil biji per rumpun. Karakter jumlah anakan produktif, bobot malai dan gabah isi per malai dapat digunakan sebagai karakter seleksi galur pelestari yang baik. Semua galur dihaploid yang diuji kecuali B4-1-Da dan B4-1-Dc sesuai untuk digunakan sebagai calon galur pelestari berdasarkan bobot malai yang tinggi (≥ 2,99 g), jumlah gabah isi per malai (>125 butir/malai) dan bobot hasil yang tinggi (>19 g/rumpun). Pada percobaan inokulasi menggunakan inokulum hawar daun bakteri patotipe III, terdapat tiga galur DH pelestari bereaksi tahan (skor 1), diantaranya adalah B1-1-Mb, B2-1-Db dan B2-1-M. Galur B4-1-Dc merupakan galur DH pelestari yang bereaksi sangat tahan (skor 0) terhadap Xoo patotipe IV, dan dua galur DH pelestari menunjukkan reaksi yang sangat tahan terhadap Xoo patotipe VIII, yaitu H36-4-M dan B4-1-Dc (skor 0). Karakter sembilan belas galur DH pelestari bervariasi, sebagian besar memiliki morfologi yang mendukung perolehan hasil tinggi seperti warna daun yang hijau tua, eksersi malai sempurna dan posisi daun bendera yang tegak.
Abstract
Breeding of male sterile lines is important in hybrid rice development. It is done through selection of maintainer candidate lines and successive backcrosses to cytoplasmic donors. The aims of this research were to evaluate several agronomic characters, yield components and yield of doubled haploid maintainer candidate lines, and to study their resistance to three pathotypes of bacterial leaf blight pathogens (Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo)). Nineteen dihaploid lines (DH2) were tested using completely randomized design with 4 replications. The results showed that panicle weight, filled grain per panicle and grain weight per plant had the highest genotype coefficient of variance (GCV). High broad sense heritability value was shown by plant height, flowering time, panicle weight, 1000 grain weight and grain per plant. The direct correlation value of panicle weight to yield per plant was high and positive (0.7399). Indirect correlation through filled grain per panicle was also positive and high (0.6556). The number of panicle per plant also gave positive and high correlation directly to grain weight per plant. It was shown that panicle number per plant, panicle weight and filled grain per panicle had the highest contribution to yield per plant, therefore the characters could be used as selection criteria of good maintainer. All of dihaploid lines except B4-1-Da and B4-1-Dc can be used as maintainer candidate lines, based on their panicle weight (≥ 2.99 g), high filled grain per panicle (> 125 grain/panicle) and yield per plant (> 19 g/plant). There were three dihaploid lines resistant to Xoo pathotype III (score 1), i.e. B1-1-Mb, B2-1-Db and B2-1-M. B4-1-Dc were dihaploid lines highly resistant to BLB pathotype IV (score 0), and two lines were highly resistant to pathotype VIII, i.e. H36-4-M and B4-1-Dc (score 0). Morphology of nineteen maintainer candidate lines were varied and suitable for supporting high yield, such as dark green leaves, good panicle exertion and erect flag leaf.
19
Pendahuluan
Teknik kultur antera merupakan teknologi yang banyak digunakan untuk
percepatan perakitan galur murni yang homozigos. Tanaman-tanaman dihaploid
yang dihasilkan melalui kultur antera bersifat homozigos penuh dan breed true,
karena kedua kopi informasi genetik pada tanaman-tanaman tersebut identik.
Individu tanaman yang dihasilkan oleh mikrospora yang sama akan mempunyai
karakter agromorfologi yang sama pada generasi selanjutnya (Dewi & Purwoko
2001).
Tanaman homozigos atau galur murni dengan sifat-sifat yang unggul
sangat diperlukan dalam pemuliaan tanaman. Tanaman homozigos akan
memudahkan seleksi fenotipe terhadap karakter-karakter kuantitatif tanpa
disulitkan oleh hubungan dominan resesif seperti pada tanaman heterozigos.
Tercapainya galur murni pada keturunan pertama menyebabkan siklus
pemuliaan dapat lebih singkat karena dapat menghilangkan sebagian besar
kegiatan seleksi per generasi (6-8 generasi) yang umum pada pemuliaan
konvensional (Dewi et al. 1996).
Dewi & Purwoko (2011) menyatakan bahwa sangat mudah untuk
membedakan tanaman haploid dari dihaploid pada generasi awal (DH0), yaitu
melalui perbedaan dalam bentuk tanaman (stature), warna daun, bentuk daun,
perkembangan anakan dan akar, pembentukan biji, serta jumlah dan ukuran
stomata. Oleh karena itu, evaluasi terhadap karakter target pada tanaman
dihaploid hasil kultur antera dapat dilaksanakan dengan mudah menggunakan
metode seleksi konvensional. Kriteria agromorfologi dalam pemilihan galur
pelestari antara lain malai keluar sempurna dari seludang daun bendera, filamen
harus panjang sehingga antera menjulur keluar sempurna dari bunga, antera
harus besar dan gemuk dengan butir tepung sari/polen yang banyak, antera
harus menggugurkan butir tepungsarinya ketika antera sudah keluar dari bunga
(Virmani et al. 2003).
Keberhasilan kegiatan perbaikan karakter pada suatu populasi tergantung
pada besarnya hubungan antara nilai fenotipik dan genotipik. Nilai besaran
hubungan tersebut dapat dihitung secara kuantitatif dan disebut heritabilitas,
yang dapat diprediksi pada populasi tertentu untuk karakter tertentu (Chahal &
Gosal 2002). Estimasi heritabilitas sangat bermanfaat untuk mengetahui dan
menentukan ukuran populasi yang harus dipelihara saat melakukan seleksi dan
menentukan metode alternatif dalam seleksi (Roy 2000).
Kearsey & Pooni (1996) menyatakan bahwa heritabilitas dapat diprediksi
menggunakan perhitungan statistika terhadap komponen ragam. Secara umum,
heritabilitas merupakan proporsi dari ragam fenotipik total hasil kontribusi dari
efek gen. Terdapat dua tipe heritabilitas, yaitu heritabilitas arti luas dan
heritabilitas arti sempit. Heritabilitas arti luas merupakan rasio antara nilai variasi
genetik total terhadap variasi fenotipik total. Heritabilitas ini menjelaskan
mengenai efek-efek dominan dan epistasis. Heritabilitas arti sempit merupakan
proporsi dari variasi yang terjadi akibat gen-gen aditif dalam suatu populasi
spesifik. Heritabilitas ini memiliki peran yang lebih penting dalam suatu program
seleksi karena dapat mengukur nilai estimasi hasil pemuliaan dari suatu populasi
(breeding value) dan respon terhadap seleksi sangat tergantung pada varians
genetik aditif (Wray & Visscher 2008).Aksi gen memegang peranan penting
dalam menentukan nilai heritabilitas. Karakter-karakter yang ekspresinya
dipengaruhi oleh gen aditif akan memiliki nilai heritabilitas yang lebih tinggi
dibandingkan karakter yang dikontrol oleh gen non-aditif (Falconer 1988).
Hawar daun bakteri merupakan penyakit utama padi yang merusak klorofil
daun, sehingga fotosintesis terhambat dan tanaman tidak mampu menghasilkan
malai. Salah satu pengendalian yang ramah lingkungan adalah menggunakan
varietas tahan. Sebagian besar padi hibrida yang ada di Indonesia masih belum
memiliki ketahanan terhadap hawar daun bakteri. Oleh karena itu, skrining
terhadap galur-galur tetua perlu dilakukan untuk mengetahui ketahanannya
terhadap patogen Xoo.
Percobaan ini bertujuan untuk (1) mengevaluasi karakter agromorfologi,
komponen hasil dan hasil serta karakter bunga galur-galur dihaploid calon galur
pelestari hasil kultur antera dan (2) mengevaluasi ketahanan galur-galur
dihaploid calon galur pelestari terhadap penyakit hawar daun bakteri.
Bahan dan Metode
Tempat dan Waktu
Persiapan bahan tanaman berupa perbanyakan benih DH1 dimulai sejak
Desember 2006, sedangkan penelitian dilaksanakan mulai bulan April sampai
Agustus 2007 di rumah kaca Balai Besar Bioteknologi dan Sumber Daya
21
Bahan dan Metode
Bahan yang digunakan adalah benih 19 galur tanaman dihaploid generasi
dua (DH2) hasil kultur antera F1 turunan dari persilangan antara galur pelestari
(B) dengan Galur/Varietas Donor resisten Hawar Daun Bakteri (Tabel 2).
Evaluasi Karakter Agromorfologi Galur Dihaploid Calon Galur Pelestari Percobaan dilakukan mengikuti Rancangan Acak Kelompok yang diulang 4
kali. Perlakuan terdiri atas 19 galur dihaploid generasi kedua (DH2) calon
pelestari (Tabel 2). Satu satuan unit percobaan adalah 3 ember, masing-masing
berisi dua rumpun tanaman untuk setiap galur. Benih tanaman uji disemai dalam
bak berisi tanah sawah. Bibit berumur 21 hari ditanam dalam ember yang berisi
tanah sawah. Setiap ember diisi 12 kg campuran tanah sawah dan pupuk
[image:45.595.111.503.211.781.2]kandang, dengan perbandingan 3:1.
Tabel 2 Galur calon pelestari DH2 hasil kultur antera dari 6 kombinasi persilangan B x B
No No Kode TC Keterangan
Lap.
1 B-1 H36-1-M Kultur antera F1 hasil persilangan 2 B-2 H36-2-Mb H36 : IR72080B-1/Memberamo 3 B-3 H36-3-Ma H39 : IR71562B-1/IR74
4 B-4 H36-3-Mb H45 : IR72080B-20/IR71031
5 B-5 H36-3-Mc
6 B-6 H36-4-M
7 B-8 H39-1-P
8 B-9 H45-3-Da
9 B-10 H45-4-Pc
10 B-11 B1-1-Mb Kultur antera F1 hasil persilangan 11 B-12 B1-2-Pa B1 : IR58025B-W1/Memberamo 12 B-13 B1-2-Pb B2 : IR58025B-W2/Barumun 13 B-14 B2-1-Db B4 : IR68897B-W2/Barumun
14 B-15 B2-1-Dc
15 B-16 B2-1-M
16 B-17 B2-2-Pb
17 B-18 B2-4-Pb
18 B-19 B4-1-Da
19 B-20 B4-1-Dc
Pemupukan diberikan dengan dosis 5 g Urea, 2 g SP36 dan 2 g KCl.
Setengah dosis Urea, seluruh dosis SP36 dan KCl diberikan sebagai pupuk
pada saat tanaman berumur 40 hari setelah tanam (HST). Pengendalian hama
dan penyakit dilakukan saat munculnya gejala serangan hama dan penyakit.
Pengamatan dilakukan terhadap karakter agromorfologi dan karakter
bunga calon galur pelestari, antara lain :
A. Karakter agromorfologi tanaman, meliputi:
1. Tinggi tanaman, diukur dari permukaan tanah sampai ujung malai terpanjang
(cm); diamati saat stadia masak susu atau menjelang panen.
2. Jumlah anakan, diamati saat stadia bunting.
3. Warna daun, diamati pada stadia vegetatif sampai heading; data berupa skor
(1-7) (Tabel 3).
Tabel 3 Skor warna daun berdasarkan SES (IRRI 2002)
Skor Warna
1 Hijau muda/terang 2 Hijau
3 Hijau tua/gelap
4 Hijau dengan ujung daun berwarna ungu 5 Hijau dengan strip ungu di pinggir daun 6 Bercak ungu (ungu bercampur dengan hijau) 7 Ungu
4. Sudut daun bendera, diukur di pangkal daun bendera (dekat collar); data
berupa skor (1-7) (Tabel 4).
Tabel 4 Skala sudut daun bendera berdasarkan SES (IRRI 2002)
Skor Kriteria 1 Tegak 3 Intermediet 5 Horisontal 7 Terkulai
5. Eksersi malai, diamati posisi kedudukan leher malai terhadap daun bendera;
data berupa skoring (1-9), diamati pada stadia masak susu atau menjelang
panen (Tabel 5).
Tabel 5 Skala eksersi malai berdasarkan SES (IRRI 2002)
Skala Kriteria
1 Keluar sempurna 3 Keluar (moderate)
5 Agak keluar (leher malai berada tepat pada pangkal daun bendera)
7 Keluar sebagian 9 Tertutup
23
B. Karakter komponen hasil dan hasil, meliputi:
1. Jumlah gabah per malai, dihitung total keberadaan gabah dalam satu malai,
baik hampa maupun bernas.
2. Jumlah gabah isi per malai, dihitung dari jumlah gabah yang bernas dalam
satu malai.
3. Jumlah gabah hampa per malai, dihitung jumlah gabah kosong hampa dalam
satu malai.
4. Bobot 1000 biji, diamati dengan menimbang 1000 butir gabah bernas yang
berkadar air 13 – 14% (gram).
5. Panjang malai, diamati dari pangkal malai sampai ujung malai (cm)
6. Bobot malai, diamati dengan menimbang malai utama (gram).
C. Karakter bunga, meliputi:
1. Warna putik, diamati saat bunga mekar yaitu sekitar jam 9 – 10 pagi (udara
cerah)
2. Warna antera, diamati saat bunga mekar yaitu sekitar jam 9 – 10 pagi (udara
cerah)
3. Warna ujung gabah, diamati saat menjelang panen;
4. Umur berbunga, diamati jumlah hari saat tanaman berbunga 50%
5. Keberadaan bulu pada ujung gabah, data berupa skoring (1-9) (Tabel 6).
Tabel 6 Skor keberadaan bulu pada gabah
Skor Kriteria 0 Tidak ada
1 Pendek dan kadang berbulu 5 Pendek dan banyak bulu 7 Panjang dan kadang berbulu 9 Panjang dan banyak bulu
D. Bobot produksi per rumpun, diamati dengan menimbang total gabah isi
(kadar air 14%) dalam satu rumpun (gram).
Evaluasi Ketahanan Galur-Galur Dihaploid Calon Galur Pelestari terhadap Hawar Daun Bakteri
Pengujian ketahanan terhadap hawar daun bakteri dilakukan pada saat
tanaman berumur 60 hari. Bibit berumur 20 hari setelah semai (HSS) ditanam di
sawah dan dipelihara dengan baik agar diperoleh tanaman yang sehat. Pada
umur 60 HST, tanaman diinokulasi dengan Xanthomonas oryzae pv. oryzae dari
menggunakan gunting yang telah dicelupkan ke dalam larutan bakteri patotipe
III, IV dan VIII. Setiap patotipe diujikan pada sembilan rumpun tanaman, yang
setiap rumpunnya digunting sebanyak lima helai daun, sehingga jumlah contoh
seluruhnya meliputi 45 helai daun. Pada pengujian ini digunakan empat belas
galur dihaploid calon pelestari. Keempat belas galur dihaploid tersebut telah
teridentifikasi mempunyai kemampuan melestarikan kemandulan galur mandul
jantan. Pembanding rentan digunakan IR64 dan sebagai pembanding tahan
digunakan Angke dan Conde. Pengamatan dilakukan dua minggu setelah
inokulasi, menggunakan skala sesuai kriteria pada Standard Evaluation System
[image:48.595.77.496.41.818.2]for Rice (IRRI 2002) (Tabel 7).
Tabel 7 Kriteria penilaian ketahanan terhadap hawar daun bakteri (HDB).
Nilai Skala Gejala Serangan Tingkat ketahanan
0 Tidak ada gejala Sangat Tahan (ST)
1 keparahan 1-5% Tahan (T)
3 keparahan >5 – 12% Agak Tahan (AT)
5 keparahan >12 – 25% Agak Rentan (AR)
7 keparahan > 25-50% Rentan (SR)
9 keparahan > 50-100% Sangat Rentan
Berdasarkan skala keparahan penyakit tersebut kemudian dihitung indek
penyakit HDB dengan rumus sebagai berikut :
n(1)+n(2)+n(3)+n(4)+n(5)+ n(6)+n(7)+n(8)+n(9) Di = ---
ZN Keterangan:
Di = indeks penyakit HDB
n = jumlah tanaman terserang HDB dengan skala tertentu Z = total rumpun yang diamati
N = skala keparahan tertinggi
Analisis Data
Sebelum dilakukan analisis data, guna melengkapi data maka dilakukan
perhitungan sederhana terhadap data gabah isi menjadi satu karakter baru, yaitu
persentase gabah isi per malai (spikelet fertility) yang dihitung menggunakan
rumus sebagai berikut:
jumlah gabah isi per malai
25
Selanjutnya, semua data pengamatan dianalisis menggunakan bantuan
SAS 9.0 untuk menghitung:
1. Analisis ragam (anova) yang dilanjutkan dengan uji Duncan Multiple
Range Test (DMRT)
Tabel 8 Analisis ragam (anova) rancangan acak kelompok
Sumber keragaman
Derajat bebas Kuadrat tengah Estimasi kuadrat tengah
Ulangan (r) r – 1 M1 σ2e + gσ2r
Genotipe (g) g – 1 M2 σ2e + rσ2eg
Galat (e) (r - 1)(g - 1) M3 σ2e
2. Parameter genetik dan nilai heritabilitas dalam arti luas untuk mengetahui
besarnya sumbangan pengaruh genetik terhadap fenotipe. Pendugaan
parameter genetik dan nilai heritabilitas dihitung berdasarkan analisis
ragam menurut metode yang dikemukakan oleh Singh & Chaudhary
(1979). Berdasarkan sumber keragaman pada Tabel 8, maka parameter
genetik dan nilai heritabilitas arti luas dihitung menggunakan rumus
sebagai berikut:
