1
PATTERN ANALYSIS OF GENOTYPE X ENVIRONMENT
INTERACTION FOR YIELD STABILITY AND GENOTYPE
ADAPTABILITY ON BLACK SOYBEAN
ANALISIS POLA INTERAKSI GENOTIPE X LINGKUNGAN UNTUK
STABILITAS HASIL DAN ADAPTASI GENOTIP PADA KEDELAI HITAM
Chindy Ulima Zanetta1*, Agung Karuniawan2, dan Budi Waluyo3 1
Sekolah Ilmu dan Teknologi Hayati, Institut Teknologi Bandung 2
Universitas Padjadjaran, Bandung 3
Universitas Brawijaya, Malang email: chindy@sith.itb.ac.id
ABSTRACT
Yield performance of plant is the trait that affected by genetic, environment, and genotype x environment interaction. Pattern of genotypes group and environments group can be used as basis for determining genotypic adaptation and assessment of yield stability of black soybean on various environments. The objective of this research is to identify stability and adaptability of yield black soybean based on genotype x environment interaction pattern. The experimental design was arranged in randomized complete block design, seven genotypes of black soybean was used as treatments. The experiment was conducted in ten environments with four replication at each environment. Analysis of variance performed on genotype data and pattern analysis conducted on environment standardization data. The result of analysis is displayed in graph. Clustering divide the genotypes into five response groups with variability 86.24 %. Environment divided into six groups with variability level 62.16 %. Variability caused by genotype x environment interaction reach 80.95%. Regarding on graph analysis there is stable genotypes and adaptable genotypes in specific environment.
Key word: biplot, yield, variability, PCA, selection
ABSTRAK
Penampilan hasil tanaman merupakan karakter yang dipengaruhi oleh faktor genetik, lingkungan, dan interaksi genotip x lingkungan. Pola kelompok genotip dan kelompok lingkungan dapat dijadikan sebagai dasar penentuan adaptasi genotip dan penilaian stabilitas hasil kedelai hitam pada lingkungan yang beragam. Tujuan penelitian ini adalah untuk identifikasi stabilitas dan adaptabilitas hasil genotip kedelai hitam berdasarkan pola interaksi genotip x lingkungan. Penelitian dilakukan menggunakan rancangan acak kelompok dengan tujuh genotip kedelai hitam sebagai perlakuan diulang empat kali. Percobaan dilakukan di sepuluh lingkungan. Analisis varians dilakukan terhadap data genotip dan analisis pola dilakukan terhadap data standarisasi lingkungan. Hasil analisis ditampilkan dalam bentuk grafik. Klastering membagi genotip menjadi lima kelompok respons dengan keragaman 86.24 %. Lingkungan terbagi menjadi enam kelompok dengan tingkat keragaman 62.16 %. Keragaman yang disebabkan oleh interaksi genotip x lingkungan mencapai 80.95 %. Berdasarkan analisis grafik terdapat genotip yang stabil, dan genotip yang beradaptasi spesifik lingkungan.
Kata kunci: biplot, hasil, keragaman, PCA, seleksi PENDAHULUAN
Stabilitas hasil dan kemampuan adaptasi tanaman bermanfaat untuk menentukan dan mengembangkan genotip
potensial. Pengujian genotip kedelai hitam di beberapa lingkungan dapat mengetahui potensi hasil, stabilitas hasil dan kemampuan adaptasi dan perlu dilakukan
2 untuk mendapatkan kultivar unggul baru berdaya hasil tinggi.
Kedelai hitam memiliki potensi besar untuk dikembangankan di Indonesia karena sudah banyak dibudidayakan. Kedelai hitam merupakan sumber protein, bahan baku industri tempe dan kecap, dan bahan baku biofuel dengan potensi hasil bahan bakar 445.65 liter/ha (Zanetta et al., 2013, 2014, 2015). Akan tetapi, pengembangan kedelai hitam di Indonesia
masih dihadapkan pada beberapa
keterbatasan.
Faktor pembatas produksi kedelai hitam ialah potensi genetik dan lingkungan, dan interaksi genotip lingkungan (Cucolotto et al., 2007; Zhe et
al., 2010; Zanetta et al., 2015). Identifikasi
kelompok lingkungan yang relatif produktif sebagai sumber daya dan identifikasi kelompok genotip yang mampu merespons sumberdaya lingkungan secara optimal menjadi hasil tinggi perlu dilakukan agar penampilan hasil kedelai hitam dapat sinergis dengan produktivitas lingkungan. Mekanisme respons diatur oleh faktor inti pada tanaman (Geiger and Servaites, 1991).
Penerapan analisis pola interaksi genotip x lingkungan pada kedelai hitam diharapkan dapat memunculkan kelompok lingkungan-lingkungan optimal bagi kelompok genotip-genotip kedelai hitam.
Tujuan penelitian ini adalah untuk identifikasi stabilitas dan adaptabilitas hasil genotip kedelai hitam dan lingkungan yang mendukung hasil berdasarkan pola interaksi genotip x lingkungan.
BAHAN DAN METODE
Tujuh genotip potensial kedelai hitam digunakan sebagai bahan tanaman. Lima genotip merupakan galur-galur harapan (CK 12, CK 5, KA 6, CK 5, dan KA 2) dan dua genotip adalah varietas unggul nasional (Detam 1 dan Cikuray), diuji di sepuluh lingkungan yang representatif di pulau Jawa selama musim tanam 2012-2013. Sepuluh lingkungan
tersebut adalah Cianjur, Bogor,
Majalengka, Yogyakarta, Ngawi, Madiun, Banyuwangi, Jatinangor 1, dan Jatinangor 2. Pada masing-masing lingkungan,
percobaan menggunakan metode
eksperimen berdasarkan rancangan acak kelompok diulang empat kali.
Pengamatan dilakukan terhadap karakater hasil dan komponen hasil. Pengamatan variabel iklim, meliputi curah
hujan (mm), suhu minimum dan
maksimum, suhu rata-rata, dan
kelembaban relatif.
Ukuran jarak berdasarkan pada
squared Euclidean distance digunakan
untuk metode klasifikasi dengan
pendekatan klaster genotip dan lingkungan berdasarkan incremental sum square
(Ward, 1963). Data lingkungan
distandarisasi mengikuti Fox dan Rosielle (1982). Analisis data menggunakan perangkat lunak CropStat 7.2 for Windows (Crop Research Informatics Laboratory, 2007).
HASIL DAN PEMBAHASAN Tujuh genotip yang diuji di sepuluh lingkungan terbagi dalam lima kelompok respons hasil. Pembagian kelompok klaster ini menjelaskan keragaman yang dimiliki oleh genotip, yaitu sebesar 86.24 %. Anggota kelompok klaster genotip terdiri dari satu hingga dua genotip (Gambar 1). Hal ini menunjukkan adanya perbedaan genetik genotip dan juga
respons dari genotip yang
mengekspresikan hasil.
Keragaman yang disebabkan oleh sepuluh lingkungan terhimpun dalam enam kelompok dengan keragaman sebesar
62.16 %. Keragaman lingkungan
berdasarkan klaster terdiri dari satu sampai dengan tiga lingkungan (Gambar 2). Hal ini menunjukkan dari sepuluh lingkungan pengujian, produktivitas lingkungan beragam, ada yang berbeda dan ada yang dikategorikan tidak berbeda nyata. Berdasarkan pengelompokkan genotip dan lingkungan, terjadi variasi yang diakibatkan oleh interaksi genotip x lingkungan sebesar 80.95 % (Tabel 1 dan Tabel 2). Potensi hasil genotip di setiap
lingkungan dan rata-rata, serta
produktivitas lingkungan ditampilkan pada Tabel 3.
Genotip berdasarkan respons hasil di sepuluh lingkungan terbagi menjadi lima klaster atau kelompok respons (Gambar 1). Pada klaster pertama terdapat 1 genotip yaitu Detam 1, mempunyai hasil
3
antara 0.73-2.82 t/ha dengan rata-rata 1.99 t/ha.
Tabel 1. Partisi variasi hasil antar dan dalam komponen kelompok untuk (1) genotip, (2) lingkungan, dan (3) klasifikasi dua arah genotip x lingkungan
Sumber db Jumlah Kuadrat
Kuadrat Tengah
Partisi jumlah kuadrat di antara dan di dalam
kelompok (%) Genotip (G) 6 10.42 1.74 - Antar kelompok G 4 8.99 2.25 86.24 Dalam kelompok G 2 1.43 0.72 13.76 (1) L 9 0.00 0.00 - Gxl 54 49.58 0.92 - Antar kelompok G x L 36 44.66 1.24 90.08 Sisa 18 4.92 0.27 9.92 Genotip (G) 6 10.42 1.74 - Lingkungan (L) 9 0.00 0.00 - Antara kelompok L 5 0.00 0.00 62.16 (2) Dalam kelompok L 4 0.00 0.00 37.84 Gxl 54 49.58 0.92 - Gx antara kelompok L 30 44.41 1.48 89.58 Sisa 24 5.17 0.22 10.42 Genotip (G) 6 10.42 1.74 - Antar kelompok G 4 8.99 2.25 86.24 Dalam kelompok G 2 1.43 0.72 13.76 Lingkungan (L) 9 0 0 - Antara kelompok L 5 0 0 62.16 (3) Dalam kelompok L 4 0 0 37.84 Gxl 54 49.58 0.92 Antara kelompok G x antara kelompok L 20 40.13 2.01 80.95 Sisa 34 9.44 0.28 19.05
Antar kelompok G dalam kelompok L
16 4.53 0.28 9.13
Dalam kelompok G antar kelompok L
10 4.28 0.43 8.63
Dalam kelompok G dalam kelompok L
8 0.64 0.08 1.29
Jumlah Kuadrat (JK) Total 60.00 JK antar kelompok total 49.12
Persentasi JK Total yang antar kelompok 81.87
Tabel 2. Partisi variasi beberapa susunan data setelah pengurangan dari susunan data awal 7 genotip x 10 lingkungan oleh analisis klaster
Kelompok Genotip Kelompok Lingkungan Ukuran data % pengurang an
Proporsi Jumlah Kuadrat yang Diakibatkan Antar Kelompok (%) JK Total JK Genotip JK Lingkungan JK Genotip x Data (N) 5 6 30 57.14 81.87 86.24 0 80.95 Tabel 3. Penampilan hasil (t/ha) kedelai hitam di 10 lingkungan
Genotip Banyu wangi
Bogor Cianjur Cirebon Jatina ngor 1 Jatina ngor 2 Madiun Maja lengka Ngawi Yogya karta Rata-rata Cikuray 2.14 1.78 1.61 1.80 1.04 1.06 1.97 1.71 2.06 2.46 1.76 CK 12 2.29 1.58 1.87 2.05 0.99 0.90 2.03 1.33 2.20 2.40 1.77 CK 5 2.23 1.43 1.80 2.15 0.93 0.92 2.10 1.37 1.80 2.25 1.70 CK 6 2.33 1.64 1.84 1.98 0.62 0.96 2.09 1.64 2.21 2.45 1.78 Detam 1 2.54 1.69 2.79 2.25 0.73 0.76 1.83 2.42 2.07 2.82 1.99 KA 2 2.36 1.53 2.28 2.23 0.90 0.94 2.14 1.69 1.95 2.28 1.83 KA 6 2.65 1.62 2.21 2.63 0.83 1.08 2.40 1.77 1.97 2.47 1.96 Rata-rata 2.36 1.61 2.06 2.15 0.87 0.94 2.08 1.70 2.04 2.45 1.83
4 Gambar 1. Dendrogram tujuh genotip berdasarkan klasifikasi hierarchical data
hasil di sepuluh lingkungan
Gambar 2. Dendrogram sepuluh lingkungan berdasarkan klasifikasi hierarchical data hasil tujuh genotip
Klaster kedua terdapat satu genotip, yaitu Cikuray mempunyai hasil antara 1.04-2.46 t/ha dengan rata-rata 1.76 t/ha. Klaster ketiga terdiri dari dua genotip yaitu CK 6 dan CK 12 mempunyai hasil antara 0.81-2.43 t/ha dengan rata-rata 1.77 t/ha. Klaster keempat terdiri dari satu genotip, yaitu KA 6 mempunyai hasil antara 0.83-2.65 t/ha dengan rata-rata 1.96 t/ha. Klaster kelima terdiri dari dua genotip, yaitu CK2 dan KA5 mempunyai hasil antara 0.92-2.29 t/ha dengan rata-rata 1.76 t/ha.
Produktifitas lingkungan terbagi menjadi enam klaster (Gambar 2). Klaster pertama terdiri dari satu lingkungan, yaitu
Jatinangor 1 dengan produktivitas antara 0.62-1.04 t/ha dengan rata-rata 0.87 t/ha. Lingkungan mempunyai suhu minimum 18
o
C, suhu maksimum 29 oC dengan rata-rata 23.4 oC. Curah hujan per bulan 3805.4 mm dan kelembaban relatif 88.9 %. Klaster 2 terdiri dari dua lingkungan yaitu Jatinangor 2 dan Madiun mempunyai produktivitas lingkungan antara 1.30-1.74 t/ha dengan rata-rata 1.51 t/ha. Lingkungan mempunyai suhu minimum 16
o
C, dan maksimum 33 oC dengan rata-rata 24.7 oC. Curah hujan per bulan 915.15 mm dan kelembaban relatif 84.65 % (Tabel 3).
Klaster ketiga terdiri dari dua lingkungan, yaitu Bogor dan Ngawi. Lingkungan ini dicirikan dengan produktivitas lingkungan antara 1.61-1.92 t/ha dengan rata-rata 1.82 t/ha. Lingkungan ini mempunyai suhu minimum 19.5 oC, suhu maksimum 34.5 oC dengan rata-rata 26.65 oC. Curah hujan per bulan 701.65 mm dan kelembaban relatif 82.65 %. Klaster keempat terdiri dari 2 lingkungan, yaitu Banyuwangi dan Cirebon dengan produktifitas lingkungan antara 1.97-2.64 t/ha dengan rata-rata 2.26 t/ha. Lingkungan ini mempunyai suhu minimum 19 oC, suhu maksimum 34 oC dengan rata-rata 27.05 oC. Curah hujan per bulan 345.2 mm dan kelembaban relatif 79.85 %. Klaster kelima terdiri dari satu lingkungan,
yaitu Cianjur yang mempunyai
produktivitas lingkungan antara 1.61-2.79 t/ha dengan rata-rata 2.06 t/ha. Suhu minimum 20 oC, suhu maksimum 32 oC dengan rata-rata 26 oC. Curah hujan per bulan 981.6 mm dan kelembaban relatif 81.9 %. Klaster keenam terdiri dari dua lingkungan, yaitu Majalengka dan Yogyakarta mempunyai produktivitas lingkungan antara 1.81-2.62 t/ha dengan rata-rata 2.08 t/ha. Suhu minimum 19 oC, suhu maksimum 32.5 oC dengan rata-rata 26.05 oC. Curah hujan per bulan 749.65 mm dan kelembaban relatif 83.2 % (Gambar 2, Tabel 3).
5
Tabel 3. Keragaan lingkungan berdasarkan kelompok klaster
Kelom pok
Lingkungan Suhu (°C) Curah hujan (mm)
Kelembab an relatif
(%) Lokasi Musim tanam
Rata-rata Min Maks 1 Jatinangor 1 Desember 2012-Maret 2013 23.4 18.0 29.0 3805.4 88.9 2 Jatinangor 2 Juli-Oktober 2013 24.0 14.0 33.0 1248.4 83.3 Madiun April-Juli 2012 25.4 18.0 33.0 581.9 86.0 3 Bogor Maret-Juni 2012 27.9 21.0 36.0 821.4 79.3 Ngawi April-Juli 2012 25.4 18.0 33.0 581.9 86.0 4 Banyuwangi Maret-Juni 2012 28.1 20.0 35.0 248.9 80.0 Cirebon April-Juli 2012 26.0 18.0 33.0 441.5 79.7 5 Cianjur Maret-Juni 2012 26.0 20.0 32.0 981.6 81.9 6 Majalengka Maret-Juni 2012 26.5 19.0 33.0 684.8 80.1 Yogyakarta Maret-Juni 2012 25.6 19.0 32.0 814.5 86.3 KESIMPULAN
Genotip terbagi menjadi lima kelompok respons dengan keragaman 86.24 %.
Lingkungan terbagi menjadi enam
kelompok dengan keragaman 62.16 %.
Keragaman yang disebabkan oleh
interaksi genotip x lingkungan mencapai 80.95 %. Genotip yang stabil, dan genotip yang beradaptasi spesifik lingkungan ditentukan berdasarkan nilai rata-rata genotip dan produktivitas lingkungan.
DAFTAR PUSTAKA
Crop Research Informatics Laboratory. 2007. Manual of CropStat for Windows. International Rice Research Institute, Metro Manila, Phillipine.
Cucolotto, M., V.C. Pípolo, D.D. Garbuglio, N.D.S. Fonseca, D. Destro, and M.K. Kamikoga. 2007. Genotype x environment interaction in soybean: Evaluation through three methodologies. Crop Breed. Appl. Biotechnol. 7(3): 270–277.
Fox, P.N., and A.A. Rosielle. 1982. Reducing the influence of environmental main-effects on pattern analysis of plant breeding environments. Euphytica 31(3): 645–656.
Geiger, D., and J. Servaites. 1991. Carbon allocation and response to stress. p. 103– 127. In Mooney, H., Winner, W., Pell, E., E., C. (eds.), Response of Plant to Multiple Stresses. Acad. Press Inc., New York. Ward, J.H. 1963. Hierarchical Grouping to Optimize an Objective Function. J. Am. Stat. Assoc. 58(301): 236–244.
Zanetta, C.U., B. Waluyo, dan A. Karuniawan. 2013. Keragaman genetik karakter agronomis dan karakteristik
fisiko-kimia biji kedelai hitam sebagai bahan baku alternatif tempe. p. 407–413. Dalam Prosiding Seminar Nasional 3 in One Hortikultura, Agronomi dan Pemuliaan Tanaman: Peran Nyata Hortikultura,
Agronomi dan Pemuliaan Tanaman
terhadap Ketahanan Pangan 21 Agustus 2013. Fakultas Pertanian Universitas
Brawijaya bekerjasama dengan
Perhimpunan Hortikultura Indonesia, Perhimpunan Agronomi Indonesia, dan Perhimpunan Ilmu Pemuliaan Indonesia, Malang.
Zanetta, C.U., B. Waluyo, dan A. Karuniawan. 2014. Karakteristik fisik dan kandungan kimia galur-galur harapan kedelai hitam Unpad sebagai bahan baku kecap. p. 306–310. Dalam Saleh, N., Harsono, A., Nugrahaeni, N., Rahmianna, A.A., Sholihin, Jusuf, M., Heriyanto, Tastra, I.K., Adie, M.M., Hermanto, Harnowo, D., Sulistyo, A., Muzaiyanah, S., Yulifianti, R., Rahajeng, W., Santi Y. I. B., M., Tantawijal, Rahayu, M., Winarto, A. (eds.), Prosiding Seminar Nasional Hasil Penelitian Tanaman Aneka Kacang dan Umbi Tahun 2013. Pusat Penelitian dan Pengembangan Tanaman Pangan. Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Bogor.
Zanetta, C.U., B. Waluyo, M. Rachmadi, and A. Karuniawan. 2015. Oil content and potential region for cultivation black soybean in Java as biofuel alternative. Energy Procedia 65: 29–35.
Zhe, Y., J.G. Lauer, R. Borges, and N. de Leon. 2010. Effects of genotype × environment interaction on agronomic traits in soybean. Crop Sci. 50(2): 696– 702.
