KERAGAMAN GENETIK MUTAN KEDELAI (Glycine max L.) M2 DAN M3 BERDASARKAN MARKA RAPD SERTA PENGARUH NAUNGAN
TERHADAP PERTUMBUHAN DAN PRODUKSI M3 HASIL MUTASI KOLKISIN
THESIS
Oleh:
DWI YULIANA SARAGIH NIM : 117001015
PROGRAM MAGISTER AGROEKOTEKNOLOGI FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
KERAGAMAN GENETIK MUTAN KEDELAI (Glycine max L.) M2 DAN M3 BERDASARKAN MARKA RAPD SERTA PENGARUH NAUNGAN
TERHADAP PERTUMBUHAN DAN PRODUKSI M3 HASIL MUTASI KOLKISIN
THESIS
Oleh:
DWI YULIANA SARAGIH NIM : 117001015
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Magister Pertanian Dalam Program Studi Agroekoteknologi
Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara
PROGRAM MAGISTER AGROEKOTEKNOLOGI FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
LEMBAR PENGESAHAN
Judul Penelitian : KERAGAMAN GENETIK MUTAN KEDELAI (Glycine max L.) M2 DAN M3 BERDASARKAN
MARKA RAPD SERTA PENGARUH NAUNGAN TERHADAP PERTUMBUHAN DAN PRODUKSI M3 HASIL MUTASI KOLKISIN
Mahasiswa : Dwi Yuliana Saragih
N I M : 117001015
Program Studi : Agroekoteknologi
Menyetujui Komisi Pembimbing
Tanggal Lulus: 23 Januari 2014 Dr. Ir. Lollie Agustina P. Putri, MSi
Ketua
Dr. Dra. Ir. Chairani Hanum, MP Anggota
Ketua Program Studi
Prof. Dr. Ir. Abdul Rauf, MP
Dekan Fakultas Pertanian
Telah Diuji Pada :
Tanggal : 23 Januari 2014
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Dr. Ir. Lollie Agustina P. Putri, MSi Anggota : Dr. Dra. Ir. Chairani Hanum, MP
Prof. Dr. Ir. Rosmayati, MS
Luthfi Aziz Mahmud Siregar, SP, MSc, PhD Dr. Diana Sofia Hanafiah, SP, MP
ABSTRAK
DWI YULIANA SARAGIH. Keragaman Genetik Mutan
Kedelai (Glycine max L.) M2 dan M3 Berdasarkan Marka RAPD serta Pengaruh
Naungan Terhadap Pertumbuhan dan Produksi M3 Hasil Mutasi Kolkisin.
Dibimbing oleh LOLLIE AGUSTINA P.PUTRI sebagai ketua komisi pembimbing dan CHAIRANI HANUM sebagai anggota komisi pembimbing.
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui keragaman genetik kedelai
generasi M2 dan M3 berdasarkan marka RAPD (Random Amplified Polymorphic
DNA) serta pertumbuhan dan perkembangan mutan kedelai generasi M3 hasil mutasi kolkisin pada kondisi naungan.
Sebanyak 13 genotip kedelai meliputi genotip Cikurai, Malikka; genotip mutan Cikurai generasi M2, M3; dan genotip mutan Malikka generasi M2, M3
dianalisis keragaman genetiknya dengan menggunakan marka RAPD dan dilihat pengaruh naungan 50% terhadap pertumbuhan dan produksi empat genotip kedelai meliputi genotip Cikurai, genotip Malikka, genotip mutan M3 Cikurai, dan
genotip mutan M3 Malikka.
Perhitungan koefisien keragaman genetik dan pembentukan dendogram
dilakukan dengan bantuan program DARwin 5.05. Analisis data dengan menggunakan Rancangan Acak Kelompok (RAK) Non Faktorial.
Dari 5 genotip M2 dan 4 genotip M3 diperoleh 8 genotip yang tidak mengelompok dengan genotip M0 yaitu genotip M2V1(2), M2V2(1), M2V2(2),
M2V2(3), M3V1(1), M3V1(2), M3V2(1), dan M3V2(2). Naungan 50% berpengaruh
nyata terhadap tinggi tanaman, jumlah buku, umur berbunga, rasio klorofil a/b 21 HST, kandungan klorofil b 56 HST, luas daun 56 HST, bobot daun spesifik 21 dan 56 HST, jumlah polong persampel, jumlah polong berisi persampel, bobot 100 biji, produksi persampel, dan produksi per plot. Genotip Cikurai dan mutan Cikurai generasi M3 memiliki produksi yang paling tinggi. Nilai duga heritabilitas
berkisar 0.12-1.00 dengan nilai KVG 0.5-29.51 dan nilai KVP 0.98-60.49. Kata Kunci : Kedelai, RAPD, Naungan, Produksi, dan Heritabilitas
ABSTRACT
DWI YULIANA SARAGIH. Genetic Diversity Analysis of Soybean
Mutant M2 and M3 Based On RAPD Marker and Shading Effect on The Growth
and Production of M3 Colchicine Mutation. Supervised by LOLLIE AGUSTINA
P.PUTRI and CHAIRANI HANUM.
The objective of this research was to analysis genetic diversity of M2 and
M3 generation of soybean using RAPD and growth and production of M3
generation’s colchicine mutation on low light intensity.
A total of 13 soybean genotypes include Cikurai genotypes, Malikka;
Cikurai M2 and M3 mutant generation; and Malikka M2 and M3 mutant
generation analyzed using RAPD. Shading effect on the growth and production of
4 soybean genotypes include Cikurai genotype, Malikka genotype, Cikurai M3
mutant generation, and Malikka M3 mutant generation.
The result of this research showed that from 5 M2 genotypes and 4 M3
genotypes was 8 genotypes that are not in a group with M0 genotypes is M2V1(2),
M2V2(1), M2V2(2), M2V2(3), M3V1(1), M3V1(2), M3V2(1), and M3V2(2) genotype.
Using non-factorial randomized block design showed that shading had significant effect on plant height, flowering, ratio of a/b chlorophyll 21 DAP, chlorophyll b 56 DAP, leaf area 56 DAP, specific leaf weight 21 and 56 DAP, number of pods per sample, number of pods containing per sample, 100 seed weight, production per sample, and production per ha. Cikurai genotype and Cikurai M3 mutant generation are the highest production. The estimation of the
heritability coefficientsfrom 0.12 – 1.00 with coefficient of genotypes variations about 0.5 – 29.51 and coefficient of phenotypic variation about 0.98 – 60.49
UCAPAN TERIMA KASIH
Puji dan Syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis dan program studi Agroekoteknologi, Program Pascasarjana Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Dr.Ir.Lollie Agustina P.Putri, MSi sebagai ketua komisi pembimbing dan Ibu Dr.Dra.Ir.Chairani Hanum, MP sebagai anggota komisi pembimbing. Dan juga kepada Prof.Dr.Ir.Rosmayati, MS; Lutfi Azis M Siregar, SP, MSc, PhD; Dr.Diana Sofia, SP, MP sebagai komisi penguji yang telah banyak memberikan saran, masukan dan bimbingan yang sangat berguna bagi penulis dalam menyelesaikan tesis ini.
Terima kasih juga penulis sampaikan sebesar-besarnya kepada ayahanda Agusman Saragih dan Ibunda Rosdiana br. Pardede, SPd yang telah membesarkan dan mendidik penulis selama ini serta abang saya dr. Edwin Batara Saragih dan kedua adik saya Mutiara Saragih dan Marry Inriani Saragih dan teman terdekat saya Roni Vansaro Gulo, SP yang telah menjadi penyemangat selama masa perkuliahan. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada dr. Tetty Aman Nasution beserta staff Laboratorium Terpadu Fakultas Kedokteran Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan izin serta membantu didalam menyelesaikan penelitian ini.
Terima kasih penulis sampaikan kepada Rektor Universitas Sumatera Utara Bapak Prof. Dr. Ir. Syahril Pasaribu, DTM&H, MSc (CTM), Sp.A (K).,
Direktur Pascasarjana USU Bapak Prof. Dr. Ir. A. Rahim Matondang, MSIE., Dekan Fakultas Pertanian USU Bapak Prof. Dr. Ir. Darma Bakti, MS dan kepada Ketua Program Studi Agroekoteknologi Bapak Prof. Dr. Ir. Abdul rauf, MP serta segenap dosen Program Magister Agroekoteknologi dan staff tata usaha.
Tidak lupa juga penulis ucapkan terima kasih kepada Rintha Meylisa Gulo, SE., Siti Hardiyanti SP., serta kawan-kawan program studi Magister Agroekoteknologi angkatan 2011 Fakultas Pertanian USU.
Medan, Maret 2014
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas kehendakNya penulis dapat menyelesaikan tesis ini yang berjudul “Keragaman Genetik Mutan Kedelai (Glycine max L.) M2 dan M3 Berdasarkan
Marka RAPD Serta Pengaruh Naungan Terhadap Pertumbuhan dan Produksi M3
Hasil Mutasi Kolkisin” yang merupakan salah satu syarat untuk dapat memperoleh gelar magister pada Sekolah Pasca Sarjana Universitas Sumatera Utara, Medan.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada dosen pembimbing yang telah banyak membantu penulis untuk menyelesaikan Tesis ini yaitu kepada Ibu Dr.Ir.Lollie Agustina P.Putri, MSi sebagai ketua komisi pembimbing dan kepada Ibu Dr.Dra.Ir.Chairani Hanum, MP sebagai anggota komisi pembimbing.
Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih, dan semoga tulisan ini dapat bermanfaat.
Medan, Maret 2014
RIWAYAT HIDUP
Dwi Yuliana Saragih, dilahirkan pada tanggal 2 Juli 1990 di Dolok Silau Simalungun Sumatera Utara Bapak bernama Agusman Saragih dan Ibu Rosdiana Pardede merupakan anak kedua dari empat bersaudara.
Riwayat pendidikan yang telah dicapai penulis sampai saat ini adalah: 1. Tahun 1995 – 2001, bersekolah di Sekolah Dasar Sw. Sultan Agung
Pematangsiantar.
2. Tahun 2001 – 2004, bersekolah di Sekolah Menengah Pertama Sw. Sultan Agung Pematangsiantar.
3. Tahun 2004 – 2007, bersekolah di Sekolah Menengah Atas Negeri 4 Pematangsiantar.
4. Tahun 2007 diterima di Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara, dan lulus tahun 2011 pada Jurusan Budidaya Pertanian Program Studi Pemuliaan Tanaman.
5. Agustus 2011 Penulis diterima menjadi mahasiswa S2 di Sekolah Pasca Sarjana Program Studi Agroekoteknologi, Universitas Sumatera Utara.
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
ABSTRACT ... ii
UCAPAN TERIMA KASIH ... iv
KATA PENGANTAR ... v
RIWAYAT HIDUP ... vi
DAFTAR ISI ... vii
DAFTAR TABEL ... ix
DAFTAR GAMBAR ... xi
DAFTAR LAMPIRAN ... xii
PENDAHULUAN Latar Belakang ... 1 Tujuan Penelitian ... 3 Hipotesis Penelitian ... 4 Manfaat Penelitian ... 4 TINJAUAN PUSTAKA Botani Tanaman ... 5 Syarat Tumbuh ... 6 Varietas ... 7 Mutasi Kolkisin ... 8 Intensitas Cahaya ... 12 Marka RAPD ... 16
Keragaman Genotip dan Fenotip ... 18
Heritabilitas ... 20
BAHAN DAN METODE PENELITIAN Tempat dan Waktu ... 23
Bahan dan Alat ... 23
Penelitian I. Identifikasi Molekuler Mutan Kedelai Generasi M2 dan M3 ... 23
Uji Kualitas DNA ... 25
Analisis Data ... 26
Penelitian II. Pengaruh Naungan Terhadap Pertumbuhan dan Produksi Mutan Kedelai Generasi M3 Hasil Mutasi Kolkisin ... 28
Keragaman Genetik ... 29 Heritabilitas ... 30 Uji Progenitas ... 30 Pelaksanaan Penelitian ... 31 Pengamatan Parameter Tinggi Tanaman (cm) ... 33
Jumlah Cabang (cabang) ... 34
Umur Berbunga (HST) ... 34
Jumlah Buku (buku) ... 34
Kandungan Klorofil a (mg/l) ... 34\ Kandungan Klorofil b (mg/l) ... 34
Rasio Klorofil a dan b (mg/l) ... 34
Rasio Tajuk dan Akar (g) ... 34
Luas Daun (cm2) ... 35
Bobot Daun Spesifik (g/cm2) ... 35
Umur Panen (HST) ... 35
Jumlah Polong Persampel (polong) ... 35
Jumlah Polong Berisi Persampel (polong) ... 35
Bobot 100 Biji (g) ... 35
Produksi Persampel (g) ... 35
Produksi Perplot (g) ... 36
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Identifikasi Molekuler Mutan Kedelai Generasi M2 dan M3 Uji Kualitas DNA ... 37
Uji Kuantitas DNA ... 38
Hasil PCR dengan Marka RAPD ... 39
Pengaruh Naungan Terhadap Pertumbuhan dan Produksi Mutan Kedelai M3 Hasil Mutasi Kolkisin ... 46
Heritabilitas ... 58
Keragaman Genotip dan Fenotip ... 59
Pembahasan Identifikasi Molekuler Mutan Kedelai Generasi M2 dan M3 ... 61
Pengaruh Naungan Terhadap Beberapa Mutan Kedelai Hasil Mutasi Kolkisin ... 64
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan ... 75 Saran ... 76 DAFTAR PUSTAKA ... 77
DAFTAR TABEL
No. Hal
1. Kuantitas dan konsentrasi DNA genotip kedelai dengan uji
UV-Spectrofotometer ... 39
2. Persentase polimorfik primer RAPD ... 42
3. Tinggi tanaman beberapa genotip kedelai ... 46
4. Uji progenitas tinggi tanaman M3 dengan M0 ... 46
5. Jumlah buku beberapa genotip kedelai ... 47
6. Uji progenitas jumlah buku M3 dengan M0 ... 47
7. Jumlah cabang beberapa genotip kedelai ... 48
8. Uji progenitas jumlah cabang M3 dengan M0 ... 48
9. Umur berbunga beberapa genotip kedelai ... 49
10. Uji progenitas berbunga M3 dengan M0 ... 49
11. Kandungan Klorofil a, b, dan rasio klorofil a/b 21 HST beberapa genotip kedelai ... 50
12. Uji progenitas kandungan klorofil a, b, dan rasio klorofil a/b 21 HST M3 dengan M0 ... 50
13. Kandungan Klorofil a, b, dan rasio klorofil a/b 56 HST beberapa genotip kedelai ... 51
14. Uji progenitas kandungan klorofil a, b, dan rasio klorofil a/b 56 HST M3 dengan M0 ... 51
15. Rasio tajuk/ akar 21 HST dan 56 HST beberapa genotip kedelai ... 52
16. Uji progenitas rasio tajuk/ akar 21 HST dan 56 HST M3 dengan M0 ... 52
17. Luas daun 21 HST dan 56 HST beberapa genotip kedelai ... 53
18. Uji progenitas luas daun 21 HST dan 56 HST M3 dengan M0 ... 53
19. Bobot daun spesifik 21 HST dan 56 HST beberapa genotip kedelai ... 54
20. Uji progenitas bobot daun spesifik 21 HST dan 56 HST M3 dengan M0 ... 55
22. Uji progenitas umur panen M3 dengan M0 ... 56
23. Jumlah polong persampel dan jumlah polong berisi persampel beberapa
genotip kedelai ... 56 24. Uji progenitas jumlah polong persampel dan jumlah polong berisi
persampel M3 dengan M0 ... 57
25. Bobot 100 biji, produksi persampel, dan produksi perplot beberapa
genotip kedelai ... 57 26. Uji progenitas bobot 100 biji, produksi persampel, dan produksi perplot
M3 dengan M0 ... 58 27. Nilai duga heritabilitas (h2) masing-masing genotip per parameter ... 59 28. Koefisien Variabilitas Genotip (KVG) dan Koefisien Variabilitas
DAFTAR GAMBAR
No. Hal
1. Profil kualitas DNA genotip kedelai dengan gel agarose 0.8% ... 38
2. Profil PCR dengan primer OPD-03 ... 40
3. Profil PCR dengan primer OPD-20 ... 40
4. Profil PCR dengan primer OPH-06 ... 41
5. Profil PCR dengan primer OPH-09 ... 41
6. Profil PCR dengan primer OPN-03 ... 42
7. Faktor analisis (Principal Coordinate Analysis) aksis 1 (horizontal) dan aksis 2 (vertikal) dengan 5 Marka RAPD ... 43
8. Profil Filogenetic Neighbor-Joining dari 13 genotip kedelai berdasarkan Matrix Dissimilarity-Simple Matching ... 44
DAFTAR LAMPIRAN
No. Hal
1. Deskripsi 2 varietas kedelai ... 82
2. Bagan lahan percobaan ... 84
3. Bagan plot tanaman ... 85
4. Data pengamatan tinggi tanaman pada 2 MST (cm) ... 86
5. Daftar sidik ragam tinggi tanaman pada 2 MST ... 86
6. Data pengamatan tinggi tanaman pada 4 MST (cm) ... 86
7. Daftar sidik ragam tinggi tanaman pada 4 MST ... 86
8. Data pengamatan tinggi tanaman pada 6 MST (cm) ... 87
9. Daftar sidik ragam tinggi tanaman pada 6 MST ... 87
10. Data pengamatan tinggi tanaman pada 8 MST (cm) ... 87
11. Daftar sidik ragam tinggi tanaman pada 8 MST ... 87
12. Data pengamatan jumlah buku 8 MST (buku) ... 88
13. Daftar sidik ragam jumlah buku 8 MST ... 88
14. Data pengamatan jumlah cabang (cabang) ... 88
15. Daftar sidik ragam jumlah cabang ... 88
16. Data pengamatan umur berbunga (HST) ... 89
17. Daftar sidik ragam umur berbunga ... 89
18. Data pengamatan jumlah klorofil a 21 HST (mg/l) ... 89
19. Daftar sidik ragam jumlah klorofil a 21 HST ... 89
20. Data pengamatan jumlah klorofil b 21 HST (mg/l) ... 90
21. Daftar sidik ragam jumlah klorofil b 21 HST ... 90
22. Data pengamatan rasio klorofil a/b 21 HST (mg/l) ... 90
24. Data pengamatan jumlah klorofil a 56 HST (mg/l) ... 91
25. Daftar sidik ragam jumlah klorofil a 56 HST ... 91
26. Data pengamatan jumlah klorofil b 56 HST (mg/l) ... 91
27. Daftar sidik ragam jumlah klorofil b 56 HST ... 91
28. Data pengamatan rasio klorofil a/b 56 HST (mg/l) ... 92
29. Daftar sidik ragam rasio klorofil a/b 56 HST ... 92
30. Data pengamatan rasio tajuk/akar 21 HST (g) ... 92
31. Daftar sidik ragam rasio tajuk/akar 21 HST ... 92
32. Data pengamatan rasio tajuk/akar 56 HST (g) ... 93
33. Daftar sidik ragam rasio tajuk/akar 56 HST ... 93
34. Data pengamatan luas daun 21 HST (cm2) ... 93
35. Daftar sidik ragam luas daun 21 HST ... 93
36. Data pengamatan luas daun 56 HST (cm2) ... 94
37. Daftar sidik ragam luas daun 56 HST ... 94
38. Data pengamatan bobot daun spesifik 21 HST (g/cm2) ... 94
39. Daftar sidik ragam bobot daun spesifik 21HST ... 95
40. Data pengamatan bobot daun spesifik 56 HST (g/cm2) ... 95
41. Daftar sidik ragam bobot daun spesifik 56 HST ... 96
42. Data pengamatan umur panen (HST) ... 96
43. Daftar sidik ragam umur panen ... 96
44. Data pengamatan jumlah polong persampel (polong) ... 96
45. Daftar sidik ragam jumlah polong persampel ... 96
46. Data pengamatan jumlah polong berisi persampel (polong) ... 97
47. Daftar sidik ragam jumlah polong berisi persampel ... 97
48. Data pengamatan bobot 100 biji (g) ... 97
49. Daftar sidik ragam bobot 100 biji ... 97
51. Daftar sidik ragam produksi persampel ... 98
52. Data pengamatan produksi perplot (g) ... 98
53. Daftar sidik ragam produksi perplot ... 98
54. Foto lahan ... 99
55. Foto tanaman 2 MST – 9 MST ... 99
56. Data scoring ... 105
