RESPON DAN KERAGAMAN GENETIK POPULASI M2 HASIL IRRADIASI SINAR GAMMA BERDASARKAN KARAKTER
AGRONOMI TERHADAP CEKAMAN SUHU TINGGI
ABSTRAK
Keragaman genetik merupakan dasar utama untuk merakit varietas dalam kegiatan pemuliaan tanaman. Untuk merakit varietas gandum di agroekosistem tropis, perlu adanya upaya peningkatan keragaman genetik. Salah satu upaya peningkatan keragaman genetik melalui introduksi galur – galur yang adaptif untuk agroekosistem tropis. Selanjutnya galur – galur yang adaptif keragamannya lebih ditingkatkan melalui iradiasi sinar gamma. Penelitian ini bertujuan mengetahui respon beberapa galur terhadap iradiasi sinar gamma dan memperoleh informasi mengenai keragaman genetik dari galur yang diiradiasi sinar gamma. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dosis > 400 gy menyebabkan pertumbuhan kecambah mengalami cekaman dan menyebabkan kecambah tidak memiliki klorofil. Dosis 300 gy penelitian lapang menyebabkan kematian 50 % dari populasi tanaman yang di iradiasi. Iradiasi sinar gamma dengan dosis 300 gy tidak memperlihatkan pengaruh yang nyata terhadap semua karakter pada tanaman M1. Terdapat perubahan nilai tengah yang lebih baik karakter jumlah biji/malai dan jumlah spikelet hampa pada populasi M1Oasis dan M1Rabe.
Keragaman genetik nampak populasi generasi M2 dari semua galur yang
diiradiasi. Populasi M2 dari galur OASIS/SKAUZ//4*BCN, Kasifbey dan Dewata
merupakan populasi hasil iradiasi yang memiliki perubahan nilai tengah semua karakter paling banyak dibandingkan populasi M2 hasil iradiasi lainnya. Pengaruh
interaksi iradiasi dan cekaman suhu tinggi menyebabkan populasi keragaman genetik dari galur dan varietas pada generasi M2. Karakter yang memiliki
keragaman genetik sedang sampai luas adalah karakter umur panen, karakter jumlah floret hampa termasuk luas, kecuali pada populasi M2 turunan varietas
Selayar. Karakter yang memiliki keragaman genetik sedang hingga luas diikuti dengan nilai heritabilitas arti luas sedang hingga luas.
Kata Kunci : keragaman genetik, populasi M2 dan iradiasi sinar gamma
ABSTRACT
Genetic variability is the main basis for assembling varieties in plant breeding activities. In order to assemble varieties of wheat in tropical agroecosystems needs the efforts to increase genetic variability. The one effort to increase the genetic variability is through introduction of adaptive strains to tropical agroecosystems. Furthermore, the variability of adaptive strains was enhanced through gamma ray irradiation. This research aims to study the response of some strains to gamma irradiation and to obtain the information on the genetic variability of irradiated strains. The results showed that High dose (> 400 gy) caused the seedling growth was under pressure and the sprouts did not have chlorophyll. Dose of 300 gy in the field research led to the death of 50% of the irradiated plant population. Gamma-ray irradiation at dose of 300 gy had no significant effect on all the characters in M1 plants. There was greater median alteration at the number of
seeds / spike and number of hollow spikelet in M1 population of Oasis and Rabe.
The genetic variability showed in the generation of M2 population of all irradiated
strains. M2 population of strains OASIS/SKAUZ//4*BCN, Kasifbey and Dewata
than the other irradiated M2 population result. Effect of irradiation and
high-temperature stress interaction led to variability on population of strains and varieties in M2 generation. The characters that have a moderate to high genetic
variability were harvesting time character, a number of empty floret had high variability, except in M2 population of derived Selayar varieties. The characters
that had a moderate to high genetic variability followed by moderate to high broadsense hertability values.
Keywords: Genetic variability, population M2 and gamma ray irradiation
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Gandum bukan tanaman asli Indonesia, sehingga pengembangan gandum di Indonesia terkendala dengan tidak adanya sumber plasma nutfah gandum diberbagai wilayah Indonesia sebagai sumber keragaman genetik. Untuk meningkatkan keragaman genetik gandum di Indonesia dilakukan introduksi galur-galur yang dianggap dapat beradaptasi baik di agroekosistem tropis Indonesia. Introduksi tanaman merupakan salah satu cara dalam meningkatkan keragaman genetik tanaman gandum dalam memdukung keberhasilan kegiatan pemuliaan tanaman. Khusus untuk tanaman gandum sumber genetik sebagai plasma nutfah baik yang berada di bank gen dan lokal di seluruh dunia diperkirakan mencapai 400.000 aksesi meskipun banyak aksesi telah banyak mengalami duplikasi (Poelhman dan Sleeper 2006). Sementara koleksi galur-galur di Indonesia, khususnya di Balitsereal yang telah diintroduksi berjumlah 101 aksesi (Balitser 2011)
Keragaman genetik merupakan dasar utama dalam upaya perbaikan karakter tanaman dalam kegiatan pemuliaan tanaman. Dengan keragaman genetik yang luas maka peluang untuk mendapatkan individu tanaman yang bagus/superior makin besar. Keefektifan seleksi dalam program kegiatan pemuliaan ditentukan oleh luasnya keragaman genetik untuk karakter yang akan diseleksi dalam populasi (Hiremath et al. 2011).
Genotipe introduksi dari berbagai negara, selain diadaptasikan langsung untuk mendapatkan genotipe-genotipe yang dapat beradaptasi baik di agroekosistem tropis Indonesia, juga dapat diperluas keragaman genetiknya
melalui persilangan/hibridisasi atau mutasi. Salah satu kegiatan mutasi yang sering digunakan dalam meningkatkan keragaman genetik tanaman adalah iradiasi sinar gamma.
Teknologi iradiasi merupakan bagian dari teknologi nuklir yang menggunakan radioisotop. Dibandingkan zat kimia, radioisotope memiliki kelebihan sifat fisik, yaitu memancarkan sinar radioaktif. Kelebihan ini telah dimanfaatkan dalam berbagai kegiatan penelitian termasuk perbenihan tanaman dan pemuliaan tanaman. Secara fisiologis, radiasi dengan sinar gamma menyebabkan terbentuknya elektron bebas yang dapat menginduksi terbentuknya radikal yang dapat bereaksi dengan makromolekul (IAEA 1977). Reaksi radikal dengan makromolekul dapat bersifat merusak.
Iradiasi sinar gamma pada tanaman gandum ini diharapkan agar karakter-karakter yang terdapat dalam dalam satu lokus yang sering diturunkan secara bersama-sama melalui teknik persilangan dapat dipisahkan. Salah satu contoh 3 kromosom dalam suatu kelompok homologus ABD sering mengandung lokus-lokus yang bersamaan untuk suatu karakter tertentu seperti 2 gen untuk ketahanan karat daun terletak pada kromosom 2A, 3 gen pada kromosom 2B, dan 3 gen pada kromosom 2D. lokus-lokus yang berulang memberi kesan bahwa genom A, B dan D mungkin berasal dari satu nenek moyang (Sleeper & Poelhman 2006).
Hasil iradiasi diperbanyak untuk mendapatkan populasi dengan keragaman genetik yang luas seperti yang diharapkan. Selanjutnya setiap generasi dapat di seleksi berdasarkan metode pemuliaan. Penggabungan metode seleksi dapat mengefektifkan dan mengefisienkan program seleksi yang dilakukan. Pada generasi awal benih M2 menggunakan metode Bulk , selanjutnya generasi M3
menggunakan metode seleksi pedigree.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui respon beberapa genotipe terhadap iradiasi sinar gamma dan memperoleh informasi mengenai keragaman genetik dari genotipe yang diiradiasi sinar gamma.
BAHAN DAN METODE
Tempat dan Waktu Penelitian
Iradiasi sinar gamma dilaksanakan di Laboratorium Batan, Pasar Jum’at, Jakarta. Penelitian terbagi atas dua tahap yaitu a). Orientasi dosis iradiasi sinar gamma b). Penanaman benih yang telah diiradiasi M1 untuk mengetahui respon
genotipe terhadap dosis iradiasi sinar gamma, c) Perbanyakan dan studi keragaman populasi M2 hasil iradiasi sinar gamma terhadap cekaman suhu tinggi
berdasarkan karakter agronomi. Penelitian berlangsung mulai Mei 2010 - Juli
2011.
Radiosensivitas Iradiasi Sinar Gamma.
Penembakan sinar gamma dilaksanakan di Laboratorium Batan, Pasar Jum’at, Jakarta. Meteri genetik yang digunakan dalam penelitian ini adalah varietas Nias. Benih yang diiradiasi dengan sinar gamma dengan laju aktivitas 1046,16976 ci dengan lama penyinaran 0 – 71 menit (Tabel Lampiran 4). Dosis iradiasi yang digunakan adalah 0, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900 dan 1000 gy.
Benih gandum ditanam dalam bak plastik ukuran, setiap lubang tanam terdiri dari 2 benih/lubang tanam sebanyak 7 lubang tanam, sehingga jumlah benih yang ditanam setiap ulangan adalah 14 benih. Penanaman di lapangan dilakukan untuk menverifikasi dosis iradiasi sinar gamma lingkungan yang lebih heterogen.
Respon Genotipe terhadap Iradiasi Sinar Gamma
Materi genetik yang digunakan untuk iradiasi sinar gamma adalah benih Basribey, Kasifbey (Turki), OASIS/SKAUZ//4*BCN, RABE/MO 88 (India) dan Selayar dan Dewata (varietas nasional) dengan dosis iradiasi sinar gamma 300 gy. Benih gandum yang telah diiiradiasi M1 diperbanyak pada lingkungan optimal
untuk mendapatkan benih M2
Perbanyakan benih yang telah diiradiasi M1 disusun dalam bentuk
Rancangan Petak Terpisah diulang 3 kali. Petak utama terdiri dari kontrol dan Iradiasi, sedangkan anak petak adalah varietas/genotipe introduksi. Ukuran petak penelitian 1 x 5 m. Setiap galur ditanam 4 baris sepanjang 5 m, jarak tanam 25
cm antar baris, benih dilarik dalam barisan. Pemupukan diberikan dua kali yaitu saat tanaman berumur 10 Hst dengan dosis 150 kg.ha-1 Urea, 200 kg.ha-1 SP36 dan KCl 100 kg.ha-1 dan pemupukan kedua dengan dosis Urea 150 kg.ha-1 umur 30 Hst. Sebelum ditanam benih diberi insektisida Carbaryl 85% dan pada saat tanam lubang larikan diberi Karbofuran 3%.
Benih dipanen secara terpisah dari masing-masing nomor tanaman M1,
kemudian dikeringkan untuk mendapatkan populasi generasi (M2). Data yang
dikumpulkan antara lain umur berbunga (Hst), umur masak (Hst), tinggi tanaman (cm), jumlah spiklet, jumlah floret hampa, panjang malai (cm), jumlah biji /malai (g), bobot biji/malai, bobot 1000 biji (g), kehijauan daun dan luas daun.
Data yang dikumpulkan dianalisis ragam berdasarkan analisis ragam model split plot. Menurut Mattjik dan Sumertajaya (2006) Model linier dari rancangan petak terpisah secara umum dapat dituliskan sebagai berikut:
Model :
Yijk = μ + αi + δik + βj + (αβ)ij + εijk Keterangan :
Yijk = nilai pengamatan pada faktor A taraf ke-i, faktor B taraf ke-j dan
ulangan ke-k μ = rataan umum
αi = pengaruh utama faktor A (petak utama) taraf ke-i
δik = pengaruh acak faktor A (petak utama)
βj = pengaruh utama faktor B (anak petak) taraf ke-j
(αβ)ij = interaksi dari faktor A dan faktor B
εijk = pengaruh acak yang menyebar normal (0,ζ2)
Keragaman Populasi M2 Hasil Iradiasi Sinar Gamma terhadap Cekaman Suhu Tinggi Berdasarkan Karakter Agronomi
Benih gandum yang ditanam adalah benih gandum turunan pertama M2 dari
iradiasi sinar gamma dari galur (Basribey, Kasifbey, OASIS SKAUZ//4*BCN, RABE/MO 88) dan varietas (Selayar dan Dewata). Penelitian dilaksanakan di ketinggian (<400 mdpl) dikebun percobaan Seameo-Biotrop Bogor. Penelitian dilaksanakan mulai bulai Januari – April 2011.
Pengolahan tanah, pemupukan, pemeliharaan dari hama dan penyakit sama seperti penelitian di atas. Pada tahap penelitian ini diamati keragaman pada karakter umur berbunga (hari), umur masak (hari), tinggi tanaman (cm), jumlah spiklet, jumlah
floret, jumlah floret hampa, panjang malai (cm), jumlah biji /malai (g), bobot biji/malai, kehijauan daun, dan nilai heritabilitas. Pada turunan M2 ini malai dari
masing-masing tanaman pada masing-masing varietas dipanen secara massa (bulk) untuk dilanjutkan penanaman pada pada M3.
Variasi genetik pada generasi M2 dihitung dengan rumus sebagai berikut;
1 ] / ) [( ) ( 2 2 2
n n x x ζ2 M2 = ζ2p; ζ2 p = ζ2g + ζ2e; ζ2g = ζ2p - ζ2e = ζ2M2 - ζ2M0, dimana : ζ2 = ragamn = jumlah anggota populasi ζ2 p = ragam fenotip ζ2 g = ragam genotip ζ2 e = ragam lingkungan ζ2 M2 = ragam populasi M2 ζ2
M0 = ragam populasi M0 (populasi sebagai kontrol)
nilai heritabilitas dihitung dengan menggunakan rumus :
h2 = ζ2g/ζ2p (Singh dan Chaudhari 1979) Kriteria nilai heritabilitas :
h2 > 0.5 : nilai heritabilitas tinggi
h2 terletak antara 0.2 – 0.5 : nilai heritabilitas sedang
h2 < 0.2 : nilai heritabilitas rendah.
Variasi genetik ditentukan berdasarkan pada koefisien variasi genetik (KVG) menggunakan metode yang dikemukakan oleh Singh dan Chaudhary (1985) sebagai berikut : % 100 ) ( x x KVG g Dimana :
ζg = akar varian genotip; X = rata-rata nilai sifat
HASIL DAN PEMBAHASAN
Radiosensivitas Iradiasi Sinar Gamma.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa dosis iradiasi sinar gamma tidak memperlihatkan pengaruh terhadap daya kecambah benih gandum. Penampilan perkecambahan benih gandum yang diiradiasi sinar gamma dengan dosis 0, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900 dan 1000 gy disajikan pada Gambar 18.
Iradiasi sinar gamma hanya memperlihatkan pengaruhnya terhadap pertumbuhan kecambah gandum. Dosis 100, 200 dan 300 memperlihatkan daya kecambah lebih baik dibandingkan dengan kontrol (tidak diiradiasi sinar gamma). Beberapa hasil penelitian menunjukkan bahwa perlakuan irrradiasi yang menggunakan dosis rendah dapat memperbaiki perkecambahan benih. Hal ini ditunjukkan oleh hasil penelitian Sheppard (1986a) dan Sheppard (1987b) pada gandum dan barley yang menunjukkan bahwa dosis yang rendah dapat menstimulasi perkecambahan. Penelitian lainnya dengan menggunakan kisaran
Gambar 18 Penampilan dosis irradiasi sinar gamma 0 – 700 gy terhadap laju perkecambahan biji gandum.
dosis 1-4 krad, juga memberikan hasil yang sama, yaitu menstimulasi perkecambahan gandum dan barley, dimana daya berkecambah akan menurun dengan meningkatnya dosis radiasi; kecenderungan yang sama juga ditunjukkan oleh karakter tinggi bibit (Khanna 1986).
Dosis 400 dan 500 gy memperlihatkan bahwa pertumbuhan kecambah gandum mulai mengalami penurunan. Bahkan pada dosis 600, 700, 800, 900 dan 1000 gy kecambah gandum yang muncul mulai tidak berwarna hijau atau tidak memperlihatkan adanya klorofil (abnormal) dan pertumbuhan juga kerdil (Gambar 19). Hasil penelitian menunjukkan bahwa biji yang diiradiasi dengan sinar gamma dosis tinggi menyebabkan terganggunya sintesa protein (Xiuzher, 1994), keseimbangan hormon, pertukaran gas di daun (Stoeva & Bineva 2001), pertukaran air dan aktivitas enzim (Stoeva et al. 2001). Pada tembakau (Nicotiana) iradiasi dengan dosis tinggi mengakibatkan terhambatnya pertumbuhan tanaman, degradasi klorofil, dan kerusakan morfologi pada tanaman (Wada et al. 1998).
Penelitian lapang (Gambar 20) menunjukkan bahwa dosis mulai dosis 300 gy telah menghambat perkecambahan dan pertumbuhan gandum, sementara pada dosis 400 gy pertumbuhan gandum mulai memperlihatkan cekaman yang kuat, dimana pertumbuhan bibit gandum menjadi kerdil. Mulai dosis 500 gy hingga dosis 1000 gy benih gandum sudah tidak mampu menembus tanah di lapangan. Radiasi sinar gamma menyebabkan terganggunya proses pembelahan sel, mengakibatkan terbentuknya sel-sel yang abnormal, dan menurunkan frekuensi Gambar 19 Penampilan pertumbuhan kecambah biji gandum pada dosis iradiasi sinar gamma 600, 700, 800, 900 dan 1000 gy pada umur 7 HST.
pembelahan sel yang berakibat pada menurunnya laju pertumbuhan bibit, serta aberasi pada sifat-sifat morfologi (Mandal & Basu 1986). Kawamura et al. (1992b) yang menunjukkan bahwa panjang akar dan tunas bibit gandum lebih sensitif terhadap perlakuan iradiasi sinar gamma dibandingkan dengan proses perkecambahan itu sendiri.
A
E F
Gambar 20 Penampilan pertumbuhan kecambah gandum dilapangan pada dosis irradiasi sinar gamma (A) 0 gy, (B) 100 gy, (C) 200 gy, (D) 300 gy, (E) 400 gy dan (F) 500 gy pada umur 15 HST.
B
Respon Genotipe Gandum terhadap Iradiasi Sinar Gamma
Analisis ragam (Tabel 41) menunjukkan bahwa induksi iradiasi memperlihatkan pengaruh nyata terhadap umur panen, luas daun, panjang malai, floret hampa, jumlah biji/malai, bobot biji/malai, jumlah spiklet, bobot 1000 biji sedangkan parameter tinggi tanaman, jumlah anakan, umur berbunga, dan kehijauan daun tidak memperlihatkan respon yang nyata, sementara genotipe yang memperlihatkan pengaruh nyata terhadap umur panen, luas daun, panjang malai, jumlah spikelet, dan floret hampa, parameter yang tidak memperlihatkan respon nyata adalah tinggi tanaman, jumlah anakan, umur berbunga, kehijauan daun, jumlah biji/malai, bobot biji/malai dan bobot 1000 biji.
Tabel 41. Analisis ragam karakter agronomi beberapa genotipe gandum pada perlakuan Iradiasi sinar gamma
Karakter Kuadrat Tengah KK
Iradiasi Genotipe Iradiasi x Genotipe
Tinggi Tanaman 0.408 tn 92.922 tn 63.408 tn 14.994 Jumlah Anakan 0.007 tn 0.792 tn 2.022 tn 13.796 Umur Berbunga 10.800 tn 22.417 tn 12.550 tn 7.573 Umur Panen 16.133* 122.533** 17.467 tn 3.402 Kehijauan Daun 34.776 tn 6.044 tn 9.527 tn 6.614 Luas Daun 16.048 * 22.515** 6.310 tn 11.397 Panjang Malai 0.261* 3.324** 0.369 tn 4.509 Jumlah Spiklet 19.200** 10.225** 3.843 tn 7.519 Floret Hampa 8.382* 0.337* 0.169 tn 11.763 Jumlah Biji/Malai 1815.852 * 58.415 tn 67.992 tn 17.377 Bobot Biji/Malai 0.004 * 0.063 tn 0.036 tn 13.294 Bobot 1000 biji 111.994 ** 30.191 tn 13.368 tn 16.102
Keterangan : PU = Petak Utama; AP = Anak Petak; KK = Koefisien Keragaman; * dan ** = nyata pada taraf uji P 0,05 dan P 0,01
Analisis interaksi iradiasi x genotipe, untuk semua karakter tidak memperlihatkan pengaruh yang nyata. Pengaruh interaksi yang tidak nyata pada semua karakter yang diamati menunjukkan bahwa penampilan fenotipe pada generasi M1 tidak menunjukkan adanya perubahan respon genotipe dari suatu
perlakuan iradiasi dengan perlakuan kontrol. Hanya hasil mutasi dominan yang terekspresikan pada generasi M1. Mutasi dapat menghasilkan kimera, yaitu dimana
keturunan-keturunan sel-sel mutan dan sel-sel normal akan menghasilkan jaringan yang berbeda. Tanaman M1 biasanya bersifat kimerik, melalui pertumbuhan
2002). Keragaman genetik akan muncul pada generasi atau keturunan berikutnya dari biji atau tanaman yang diperlakukan dengan mutagen. Keragaman terbesar umumnya muncul pada generasi atau keturunan M2. Berdasarkan penelitian
Manjaya dan Nandanwar (2007), dengan dosis penyinaran sinar gamma 250 Gy berhasil menginduksi terjadinya mutasi dan menyebabkan terjadinya keragaman genetik pada kedelai cv JS 80-21. Uji t memperlihatkan bahwa terdapat perbedaan yang nyata luas daun bendera pada populasi M1O dan M1D dengan
kontrol. Terdapat perubahan nilai tengah yang lebih baik M1O dan M1R pada
jumlah biji/malai, demikian halnya jumlah floret hampa mengalami penurunan floret hampa pada populasi M1O, M1R dan M1D (Tabel 42).
Tabel 42. Perbedaan nilai tengah karakter agronomi populasi M1 hasil iradiasi
sinar gamma (300 gy) dengan kontrol
Karakter IR M1Oasis M1Rabe M1Basribey M1Selayar M1Dewata
KHD IR 45.1±1.6 45.3±1.8 46.6±4.1 46.6±1.6 45.4±2.9 K 43.3±2.5 42.9±1.5 44.0±3.4 41.0±4.8 46.9±0.9 LD IR 12.9**±0.5 13.7±1.1 12.7±2.6 12.1±1.0 19.0*±1.9 K 12.9±01.4 11.3±0.9 11.6±0.6 12.7±1.2 14.5±1.5 PM IR 8.1±0.05 8.3±0.7 7.8±0.5 8.3±0.1 9.5**±0.1 K 8.5±0.3 7.7±0.3 8.3±0.5 8.3±0.2 10.1±0.1 JS IR 17.8±0.8 18.4±2.4 16.2±1.4 17.2± 19.8*±0.6 K 19.4±0.5 17.3±0.3 19.3±2.2 19.4±0.2 22.1±0.3 JBM IR 46.4*±5.4 47.5*±6.4 39.4±0.4 36.4±1.4 47.2±2.6 K 22.0±8.3 30.8±6.1 31.9±5.4 25.9±7.4 28.4±10.4 SHMP IR 2.3**±1.0 2.6*±1.2 3.1±0.5 5.1±3.7 4.1*±1.5 K 10.1±1.4 7.0±1.4 6.4±0.2 9.3±2.3 10.0±0.5 TT IR 57.8±3.5 60.3±8.4 62.3±7.6 61.9±9.7 70.5±15.2 K 61.9±4.6 64.8±10.0 68.5±4.2 54.1±3.8 64.7±11.4 JA IR 5.0±0.5 6.0±0.4 6.8±1.4 6.7±1.3 7.2±1.1 K 6.7±0.9 6.2±0.3 6.8±0.4 5.9±0.8 5.8±0.3 BBM IR 0.8±0.2 1.0±0.05 1.1±0.06 1.0±0.08 0.8±0.07 K 1.0±0.1 1.2±0.2 1.0±0.1 0.8±0.2 0.9±0.1 B1000B IR 32.3±5.1 31.2±4.1 30.1±4.2 30.5±1.7 28.8±4.7 K 28.3±4.6 32.3±2.0 23.9±5.2 24.4±5.1 24.6±2.0 UB IR 57.7±2.1 61.3±6.7 62.7±2.9 61.7±5.5 65.3±6.4 K 62.3±4.2 61.3±4.2 66.3±1.5 61.7±3.8 63.0±3.6 UP IR 96.7±2.5 98.3±4.9 100.3±2.5 99.3±3.2 106.3±6.4 K 97.7±2.1 93.0±3.0 95.3±2.5 99.7±4.9 108.0±2.0
Keterangan : IR = Iradiasi sinar gamma; K = Kontrol (Tidak diiradiasi); KHD = Kehijauan daun; LD = Luas Daun; PM = Panjang Malai; JS = Jumlah Spikelet, JSH = Jumlah spikelet hampa; TT = Tinggi tanaman; JA = Jumlah anakan; BBM = Bobot biji/malai; UB = Umur berbunga, UP = Umur panen;
Populasi M1Basribey dan M1Selayar tidak mengalami perubahan nilai
tengah yang lebih baik dibandingkan dengan kontrol. Peningkatan keragaman genetik pada populasi tanaman M1 pada lima galur yang diiradiasi tidak
memperlihatkan adanya keragaman, hal ini disebabkan karena keragaman genetik muncul tertinggi berada pada populasi tanaman M2 di mana segregasi tertinggi
terjadi. Menurut Mugnozza et al. (1993) bahwa Mutasi induksi terhadap biji gandum dengan kadar air 11% memperlihatkan beberapa mutan yang sifat khlorofilnya berbeda pada turunan M2 setelah dianalisis secara kimia dan fisika.
Bahwa teknik mutasi iradiasi sinar gamma berpengaruh terhadap peningkatan jumlah khlorofil daun kedelai sehingga mempengaruhi morfologi tanaman tersebut (Hindriana 2004). Handayani (2006) yang meradiasi mata tunas terminal atau lateral mawar mini dengan dosis maksimal 3 krad, memperoleh fenotip yang berbeda dengan induk untuk warna, bentuk bunga dan jumlah petalnya.
Keragaman Populasi M2 Hasil Iradiasi Sinar Gamma terhadap Cekaman Suhu Tinggi Berdasarkan Karakter Agronomi
Tabel 43 dan 44 menunjukkan perlakuan iradiasi sinar gamma (300 gy) pada cekaman suhu tinggi menghasilkan perbedaan nilai tengah setiap karakter populasi M2 hasil iradiasi dengan kontrol. Karakter yang memperlihatkan
perbedaan yang sangat nyata terhadap semua karakter dari populasi M2 hasil
iradiasi dibanding dengan kontrol adalah M2Oasis, M2Kasifbey dan M2Dewata.
Populasi M2 hasil iradiasi M2Basribey, M2Rabe dan M2Selayar memperlihatkan
perbedaan sangat nyata untuk karakter umur panen, jumlah floret hampa dan jumlah biji/malai. Sementar karakter umur berbunga, kehijauan daun, tinggi tanaman, panjang malai, jumlah spikelet, jumlah floret dan bobot biji/malai dari setiap populasi M2 hasil iradiasi M2Basribey, M2Rabe dan M2Selayar berbeda
dengan tetua asalnya. Keragaman yang muncul dari setiap genotipe hasil iradiasi pada setiap karakter yang berbeda disebabkan karena adanya perbedaan kontitusi genetik dan respon terhadap iradiasi sinar gamma. Induksi mutasi dapat menyebabkan terjadinya keragaman pada populasi generasi M2 akibat tingginya
Tabel 43. Perbedaa nilai tengah karakter agronomi populasi M2 hasil iradiasi
sinar gamma (300 gy) dengan kontrol pada cekaman suhu tinggi.
Populasi Karakter UB UP KHD TT PM M2Oasis 53.8**±3.2 69.7**±7.6 44.1**±4.2 54.0**±6.6 6.4**±1.2 Oasis 52.3±3.7 80.3±2.1 41.1±3.9 65.9±7.1 7.8±0.8 M2Kasifbey 49.5**±4.9 63.1**±3.1 42.8**±5.0 58.7**±9.0 6.7**±0.8 Kasifbey 58.5±5.5 85.7±6.1 44.4±5.1 74.3±10.8 7.8±1.4 M2Basribey 49.3±32.1 64.6**±5.7 43.5**±4.7 68.3**±7.4 7.6±1.1 Basribey 52.4±3.0 81.3±3.0 41.5±3.7 60.8±6.4 7.6±0.9 M2Rabe 55.4**±4.8 74.5*±5.9 44.8±4.3 64.2±39.9 6.6*±1.0 Rabe 42.3±2.7 75.7±3.4 44.2±3.1 63.9±5.6 6.8±0.8 M2Selayar 46.1±6.4 61.4**±7.6 40.2**±5.2 55.8±8.6 6.3**±2.9 Selayar 45.3±4.4 76.7±4.2 42.8±4.2 70.3±10.4 7.5±1.3 M2Dewata 48.0**±3.8 66.6**±5.2 43.6±26.1 63.3**±43.2 7.0**±1.1 Dewata 51.7±3.4 82.3±3.0 43.0±4 78.8±6.8 8.3±1.0
Keterangan : UB : Umur Bunga, UP : Umur panen; KHD : Kehijauan daun; TT : Tinggi tanaman; PM : Panjang Malai; * : Berbeda nyata dengan populasi kontrol (0 gy) pada taraf 5 % berdasarkan uji t; ** : Berbeda nyata dengan populasi kontrol (0 gy) pada taraf 1 % berdasarkan uji t.
Perbedaan nilai tengah populasi M2 hasil iradiasi turunan dari M2Oasis,
M2Kasifbey, M2Basribey, M2Rabe, M2Selayar dan M2Dewata diduga karena
keragaman genetik yang muncul akibat iradiasi sinar gamma dan adanya interaksi dengan cekaman lingkungan, khususnya cekaman suhu, sementara perbedaan yang muncul pada kontrol diduga karena disebabkan faktor cekaman lingkungan, khususnya cekaman suhu tinggi. Mutasi dengan iradiasi sinar gamma meningkatkan produksi, umur genjah, tahan dingin, patogen, rebah, lebih kerdil dan kualitas biji lebih baik pada kondisi lingkungan yang optimal (Cheng et al. 1990; Vrinten et al. 1999). Namun pada lingkungan bercekaman keragaman yang muncul pada populasi M2 selain disebabkan oleh dua faktor dosis iradiasi sinar
gamma dan juga cekaman oleh lingkungan.
Tabel 44 dan 45 menunjukkan bahwa terdapat perbedaan nilai tengah pada karakter agronomi populasi M2 dengan genotipe kontrol. Nilai tengah umur
berbunga populasi M2 berbeda nyata lebih tinggi dibanding kontrol Oasis dan
Rabe, sedang nilai tengah populasi M2 berbeda nyata lebih rendah dibanding
kontrol kasifbey dan dewata. Sementara nilai tengah karakter umur panen populasi M2 umumnya berbeda nyata lebih rendah dibanding semua kontrol.
Iradiasi sinar gamma menyebabkan populasi M2 lebih genjah dibanding kontrol.
cepat dibanding genotipe kontrol Oasis, Kasifbey dan Basribey. M2Rabe
memiliki umur berbunga lebih dalam dibanding genotipe kontrol Rabe, namun umur panennya sama dengan genotype kontrol. Hal ini menunjukkan bahwa populasi M2Rabe memiliki laju pengisian biji yang lebih cepat.
Tabel 44. Nilai tengah karakter agronomi populasi M2 galur gandum introduksi
pada cekaman suhu tinggi
Populasi Karakter JSP JFRTH JBM BBM M2Oasis 14.1**±2.8 23.1**±7.2 19.0**±7.6 0.6**±0.4 Oasis 16.3±2.1 17.5±6.2 31.5±8.0 0.9±0.2 M2Kasifbey 13.5**±3.0 22.1**±8.4 18.4**±8.0 0.3**±0.2 Kasifbey 16.6±1.7 24.8±5.5 25.0±5.1 0.8±0.2 M2Basribey 15.2**±2.3 33.0**±6.5 12.6**±4.8 0.4**±0.2 Basribey 16.3±2.1 19.9±5.6 29.2±7.1 0.8±0.2 M2Rabe 14.6±2.5 25.6**±6.6 18.3**±7.5 0.5**±0.2 Rabe 14.2±1.4 17.5±5.9 25.2±6.1 0.7±0.2 M2Selayar 11.7**±2.1 20.6**±5.9 14.5**±6.6 0.4±0.2 Selayar 14.6±2.3 25.7±11.1 18.0±8.9 0.4±0.2 M2Dewata 14.6**±2.6 29.2**±10.0 14.6**±8.1 0.4**±0.2 Dewata 16.9±2.4 21.4±7.2 29.4±8.0 0.9±0.3
Keterangan : JSP : Jumlah spikelet, JFRT : Jumlah floret; JFRTH : Jumlah floret hampa; JBM : Jumlah biji/malai; BBM : Bobot biji/Malai;
Gambar 21, memperlihatkan bahwa keragaman muncul paling tinggi untuk karakter umur berbunga dan umur panen terdapat pada populasi M2Selayar,
M2Rabe dan M2Oasis (umur panen), selain memiliki keragaman tinggi, juga
memperlihatkan bahwa populasi ini termasuk berumur genjah. Sehingga generasi selanjutnya seleksi dapat difokuskan untuk mendapatkan galur mutan umur genjah pada tiga populasi di atas. Keragaman karakter kehijauan daun hasil iradiasi sinar gamma tidak terlalu tinggi, namun populasi M2Selayar, M2Kasifbey
dan M2Rabe nyata lebih tinggi dibanding M2Oasis, M2Basribey dan M2Dewata.
Sementara karakter tinggi tanaman keragaman tertinggi terlihat pada populasi M2Kasifbey diikuti populasi M2Selayar, M2Rabe (Gambar 22). kedua karakter ini
tidak memiliki keragaman yang cukup luas, namun pada beberapa populasi M2
Karakter panjang malai pada populasi M2 yang memperlihatkan
keragaman tertinggi terlihat pada populasi M2Kasifbey dan M2Dewata, namun
tidak terdapat nilai tengah yang berbeda nyata lebih tinggi dibanding dengan semua kontrol tetua asalnya. Sementara nilai tengah karakter jumlah spikelet/malai juga tidak memperlihatkan perbedaan yang nyata lebih tinggi dibanding semua kontrol tetua, namun terdapat keragaman paling tinggi diperlihatkan pada populasi M2Kasifbey dan M2Oasis (Gambar 23).
Gambar 21 Box plot umur berbunga dan umur panen tetua dan populasi M2
hasil irradiasi sinar gamma pada lingkungan cekaman suhu tinggi.
Gambar 22 Box plot kehijauan daun dan tinggi tanaman tetua dan populasi M2
Untuk karakter jumlah floret hampa diharapkan kedepan pada populasi selanjutnya semakin rendah. Keragaman jumlah floret hampa paling tinggi diperlihatkan pada populasi M2Dewata, M2Kasifbey dan M2Rabe (Gambar 24).
Sementara karakter jumlah biji/malai yang menunjukkan keragaman paling tinggi adalah populasi M2Dewata, M2Oasis dan M2Kasifbey, dibanding dengan
M2Basribey, M2Selayar dan M2Rabe. Sementara keragaman paling tinggi
populasi M2 untuk karakter bobot biji/malai diperlihatkan pada populasi M2Oasis
dan M2Rabe (Gambar 24).
Untuk mendapatkan individu – individu segregan yang tinggi dengan tujuan lingkungan bercekaman, maka pengujian segregan dapat dilakukan langsung pada lingkungan bercekaman (direct breeding). Sehingga penampilan segregan yang diperlihatkan sudah terdapat interaksi genotipe x lingkungan. Kendala pengujian di lingkungan bercekaman adalah tingkat cekaman tidak dapat dikontrol. Cekaman suhu tinggi yang tidak terkontrol dapat berakibat negatif, karena jika cekaman menjadi sangat tinggi dapat menyebabkan populasi yang diuji semuanya mati.
Gambar 23 Box plot panjang malai dan jumlah spikelet tetua dan populasi M2
Hasil penelitian Tabel 45, menunjukkan bahwa karakter umur berbunga pada populasi M2Selayar memiliki ragam genetik paling tinggi (22.23) dibanding
populasi M2 lainnya dengan nilai duga heritabilitas sedang (48.22), sementara
umur panen populasi M2 yang memiliki ragam genetik tinggi adalah M2Oasis
(53.08) dan M2Selayar (39.81) dengan keragaman genetik luas 76.10 dan 64.83
dan nilai duga heritabilitas tinggi masing-masing 0.93 dan 0.69. Hal ini menunjukkan bahwa untuk mendapatkan galur mutan dengan umur yang lebih genjah dapat berfokus pada populasi M2Selayar. Iradiasi sinar gamma dapat
mengubah karakter morfologi dan agronomi tanaman pear seperti mengurangi Gambar 24 Box plot jumlah spikelet hampa, jumlah biji/malai dan bobot biji/malai tetua dan populasi M2 hasil irradiasi sinar gamma pada
ukuran tanaman, mempercepat panen, perubahan warna, dan kulit buah (Predieri
et al. 1997). Karakter kehijauan daun dan tinggi tanaman hanya populasi M2Rabe
memiliki ragam genetik tinggi 12.57 dengan nilai duga heritabilitas tinggi 0.57 dan keragaman genetik sedang 28.08 jika dibanding dengan populasi M2 lainnya.
Karakter tinggi tanaman populasi M2Rabe dan M2Dewata yang memiliki ragam
genetik dan koefisien keragaman genetik luas dengan nilai duga heritabilitas luas masing-masing ragam genetik (57.14, 73.21), koefisien keragaman genetik (93.03, 121.31) dan nilai duga heritabilitas (0.65, 0.61). Program seleksi selnajutnya untuk lingkungan bercekaman suhu tinggi, khusus untuk tinggi tanaman dapat difokuskan pada populasi M2Rabe dan M2Dewata.
Tabel 45. Keragaman genetik dam heritabilitas karakter agronomi populasi M2
pada cekaman suhu tinggi.
Karakter Populasi Hasil Iradiasi (300 gy)
M2O M2K M2B M2R M2S M2D Umur Berbunga ζ2 g 3.92 -6.37 2.57 16.05 22.23 2.96 ζ2 p 13.98 18.22 11.53 22.82 41.31 14.20 h2bs 0.28 0.0 0.22 0.70 0.54 0.21 KKg 7.27 -12.82 5.46 28.98 48.22 6.17
Kriteria KKG sempit sempit sempit sedang sedang Sempit Umur panen ζ2 g 53.08 28.07 22.92 23.76 39.81 18.08 ζ2 p 57.30 37.57 32.09 35.14 57.38 26.53 h2 bs 0.93 0.75 0.71 0.68 0.69 0.68 KKg 76.10 44.47 35.45 31.91 64.83 27.14
Kriteria KKG luas sedang sedang sedang luas sedang Kehijauan daun ζ2 g 2.97 1.07 7.43 12.57 10.37 5.60 ζ2 p 17.91 25.78 21.44 22.20 27.61 21.32 h2 bs 0.17 0.04 0.35 0.57 0.38 0.26 KKg 6.73 2.50 17.09 28.08 25.79 13.41
Kriteria KKG Sempit sempit sempit sedang sedang sempit Tinggi tanaman ζ2 g -6.49 35.33 14.33 57.14 -33.58 73.21 ζ2 p 43.51 115.66 55.41 88.41 74.26 119.96 h2 bs 0.0 0.31 0.26 0.65 -0.45 0.61 KKg -12.02 60.24 20.99 93.05 -60.13 121.31
Kriteria KKG sempit luas sempit luas sempit luas
Keterangan : M3O : M3Oasis; M3K : M3Kasifbey; M3B : M3Basribey; M3R : M3Rabe; M3S : M3Selayar; M3D : M3Dewata ζ2g : ragam genotip; ζ
2
f : ragam fenotip; h2 : Heritabilitas dalam arti luas; KKG : Koefisien keragaman genetik
Sementara karakter lain pada Tabel 46 menunjukkan untuk karakter panjang malai hanya populasi M2Selayar dengan ragam genetik dan koefisien
keragaman genetik luas dengan nilai duga heritabilitas tinggi masing 7.05, 0.81 dan 11.65. Karakter jumlah floret hampa terdapat empat populasi dengan koefisien keragaman genetik luas yaitu M2Oasis (59.81), M2Kasifbey (180.12),
M2Basribey (35.07) dan M2M2Rabe (36.55), namun yang memiliki ragam genetik
tertinggi dan nilai duga heritabilitas luas hanya populasi M2Kasifbey. Jumlah
biji/malai ragam genetik tinggi dan koefisien keragaman genetik luas dengan nilai duga heritabilitas tinggi adalah populasi M2Kasifbey masing-masing 36.56,
199.00 dan 0.58 floret hampa dan jumlah biji/malai memperlihatkan keragaman genetik sempit hingga luas. Sementara bobot biji/malai ragam genetik dan heritabilitas tinggi hanya pada populasi M2Oasis. Rendahnya dan tingginya
perbedaan ragam genetik, koefisien keragaman genetik dan nilai duga heritabilitas pada populasi M2 dari beberapa karakter yang diamati disebabkan karena
perbedaan konstitusi genetik dari galur yang diiradiasi, perbedaan asal galur yang diiradiasi, perbedaan tanggap populasi M2 terhadap cekaman suhu tinggi.
Khusus untuk karakter jumlah biji/malai dan bobot biji/tanaman umumnya memiliki ragam genetik dan nilai duga heritabilitas rendah dengan koefisien keragaman genetik sempit disebabkan karakter ini merupakan karakter yang paling sensitive terhadap perubahan suhu. Pengujian populasi langsung pada lingkungan target bercekaman, khusunya cekaman suhu menyebabkan keragaman genetik dan nilai duga heritabilitas rendah, karena adanya pengaruh interaksi genetik dengan lingkungan yang sangat besar sehingga mempengaruhi ekspresi gen dalam bentuk penampilan feotipe tanaman (Beebe et al. 2008; Witcombe et
Tabel 46. Keragaman genetik dam heritabilitas karakter agronomi populasi M2
pada cekaman suhu tinggi.
Karakter Populasi M2 Hasil Iradiasi (300 gy)
M2O M2K M2B M2R M2S M2D Panjang malai ζ2 g 0.64 1.41 0.32 0.42 7.05 0.38 ζ2 p 1.32 1.99 1.12 1.08 8.67 1.42 h2bs 0.49 0.71 0.28 0.39 0.81 0.27 KKg 9.98 21.16 4.24 6.41 111.65 5.45
Kriteria KKG sempit sempit Sempit sempit luas sempit Jumlah spikelet ζ2 g 3.39 6.35 0.83 4.27 -0.65 2.43 ζ2 p 7.67 9.18 5.09 6.19 4.35 6.98 h2bs 0.44 0.69 0.16 0.69 -0.15 0.35 KKg 24.12 47.02 5.43 29.16 -5.53 16.64
Kriteria KKG sempit sedang sempit sedang sempit Sempit Jumlah floret hampa
ζ2 g 13.84 39.86 11.56 9.37 -86.21 48.22 ζ2 p 51.75 69.68 42.47 43.97 34.88 100.16 h2bs 0.27 0.57 0.27 0.21 -2.47 0.48 KKg 59.81 180.12 35.07 36.55 -419.33 165.29
Kriteria KKG luas luas luas luas sempit Luas Jumlah biji/malai ζ2 g -5.39 36.56 -28.13 18.86 -35.63 3.36 ζ2 p 57.91 62.90 22.72 55.48 43.00 66.64 h2bs -0.09 0.58 -1.24 0.34 -0.83 0.05 KKg -28.33 199.00 -223.11 103.22 -246.32 23.05 Kriteria KKG sempit luas sempit luas sempit Sempit Bobot biji/malai ζ2 g 0.11 0.01 -0.01 0.01 0.01 -0.02 ζ2 p 0.15 0.05 0.02 0.05 0.05 0.05 h2bs 0.72 0.16 -0.57 0.18 0.12 -0.37 KKg 16.88 2.70 -3.47 1.96 1.41 -5.40
Kriteria KKG sempit sempit sempit sempit sempit sempit
Keterangan : M3O : M3Oasis; M3K : M3Kasifbey; M3B : M3Basribey; M3R : M3Rabe; M3S : M3Selayar; M3D : M3Dewata; ζ2g : ragam genotip; ζ
2
f : ragam fenotip; h2 : Heritabilitas dalam arti luas; KKG : Koefisien keragaman genetik
SIMPULAN
1. Irradiasi sinar gamma meningkatkan keragaman genetik Populasi M2 dari
genotipe OASIS/SKAUZ//4*BCN Kasifbey dan Dewata dengan perubahan nilai tengah semua karakter paling banyak dibandingkan populasi M2 hasil iradiasi lainnya.
2. Pengaruh interaksi iradiasi dan cekaman suhu tinggi menyebabkan populasi keragaman genetik dari genotipe dan varietas pada generasi M2
sangat beragam mulai dari sempit hingga luas. Karakter yang memiliki keragaman genetik sedang sampai luas adalah karakter umur panen, karakter jumlah floret hampa termasuk luas, kecuali pada populasi M2
