ANALISIS INTERAKSI GENOTIPE
u LINGKUNGAN
MENGGUNAKAN
MODEL PERSAMAAN STRUKTURAL
I GEDE NYOMAN MINDRA JAYA
SEKOLAH PASCASARJANA
INTISTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
ABSTRACT
I GEDE NYOMAN MINDRA JAYA. Genotype × Environment Interaction Analysis Using Structural Equation Modeling. Under direction of I MADE SUMERTAJAYA and FARIT MOCHAMAD AFENDI.
Multiple environental trials are widely used by plant breeders to evaluate the relative performance of genotipes for a target population of environemts followed by selection of superior genotipes. The presence of genotype × environment interaction (GEI) complicates the process of selecting superior genotypes. An understanding of environmental and genotypic causes of GEI is important at all stage plant breeding. The objectives of this study were to investigate interaction structure of complex trait and to proposes a model based on Structural Equation Modeling approach to evaluate GEI in Maize. Structural Equation Modeling allows us to account for underlying sequential process in plant development by incorporating intermediate variables associated with those processes in the model. With this method we can incorporating genotypic and environmental covariates in the model and explain how those covariates influence yield. SEM-AMMI useful when both environments and genotype are fixed and the purpose of the multi-environment trials is to assess the combined effect genotypic and multi-environmental covariates on yield and agronomic characteristics GEI. To explain this method, we use maize data from PT. Kreasidharma cooporation with Bioseed Inc. We have found there are three genotypes have category stable. Those are BC 41399, BIO 9899 and BC 42683. The final SEM explain 72.1% of variation in endogenous latent variables associated with yield. We have use weighted least square (WLS) estimator to estimate parameter model of SEM. The model showed closed fit between observed and predicted covariance (χ2(12)=18.201, P=0.110). This result means the model can explain relationship between agronomic characteristics and genotypic ×environmental with yield. SEM-AMMI showed that stem of an ear of Maize weight had the largest positive direct and total effects on yield of Maize.
Keywords: AMMI Model, Structural Equation Modeling, Weighted Least Square, Biplot-AMMI
RINGKASAN
I GEDE NYOMAN MINDRA JAYA. Analisis Interaksi Genotipe ×Lingkungan Menggunakan Model Persamaan Struktural. Dibawah bimbingan I MADE SUMERTAJAYA sebagai ketua dan FARIT MOCHAMAD AFENDI sebagai aggota.
Percobaan multilokasi telah banyak digunakan oleh para pemulia tanaman untuk mengkaji kemampuan realatif genotipe-genotipe pada berbagai lingkungan tanam dengan tujuan menemukan genotipe-genotipe unggulan. Nyatanya pengaruh interaksi genotipe × lingkungan (IGL) pada percobaan multilokasi menyulitkan dalam proses seleksi genotipe unggulan. Memahami faktor lingkungan dan genotipik yang berpengaruh terhadap nyatanya GEI akan sangat membantu pada setiap tahapan pemuliaan tanaman. Tujuan dari penelitian ini adalah mengkaji struktur interaksi dari karakteristik agronomi dan mengusulkan penggunaan model persamaan struktural (MPS) sebagai sebuah pendekatan dalam menjelaskan interaksi genotipe × lingkungan. Penggunaan model persamaan strutkural memungkinkan memasukkan informasi rangkaian proses biologis yang terkait dengan pertumbuhan dan perkembangan tanaman serta memasukkan informasi kombinasi kovariat genotipik dan lingkungan dalam menjelaskan IGL hasil. MPS-AMMI sangat berguna jika faktor genotipe dan lingkungan merupakan faktor tetap untuk mengkaji pengaruh kombinasi kovariat genotipik dan lingkungan terhadap IGL karakteristik agronomi dan IGL hasil.
Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah data pemuliaan Jagung Hibrida dari PT. Kreasidharma bekerjasama dengan Bioseed Inc yang telah dilakukan mulai tanggal 23 Juli 2006 sampai 10 April 2007 pada musim hujan dan kemarau. Percobaan melibatkan 9 genotipe Jagung Hibrida Harapan dan 3 genotipe Jagung Hibrida Komersial. Dalam penelitian ini diambil data pada 16 lokasi percobaan. Karakteristik agronomi yang diamati sesuai dengan kajian literatur adalah usia masak fisiologis (UMF), kadar air panen (KAP), berat tongkol panen (BTK), dan hasil (HSL)
Hasil kajian struktur interaksi terhadap karakteristik agronomi hasil, berat tongkol, kadar air panen, dan usia masak fisiologis menunjukkan klasifikasi genotipe stabil dan genotipe spesifik lingkungan yang diperoleh dari kombinasi ISA dan Biplot AMMI. Telihat bahwa genotipe stabil untuk hasil adalah BC 41399 (F), BIO 9900 (A), P-12 (K) dan BC 42683 (E). Sedangkan untuk berat tongkol panen adalah BC 41399 (F), BIO 9899 (I) dan BC 42683 (E). Untuk komponen kadar air panen BC 42521(D), BC 4288-2 (H), dan BC 41399 (F), Selanjutnya untuk usia masak fisiologis BC 41399 (F), BC 42683 (E) dan BIO 9899 (I). Jika diperhatikan genotipe BC 41399 (F), BIO 9899 (I) dan BC 42683 (E) adalah genotipe yang relatif stabil dilihat dari karakteristik agronomi berat tongkol, kadar air panen, usia masak dan hasil.
Metode pendugaan parameter model dalam MPS yang digunakan adalah metode kuadrat terkecil terboboti dengan acuan bahwa data tidak menyebar normal ganda. Model dapat dinyatakan closed fit dengan data sesuai dengan uji kecocokan model dengan kai-kuardat (χ2(12)=18.201, P=0.110) menghasilkan nilai P lebih besar dari 0.05. Nilai Root Mean Square Error of Approximation (RMSEA) sebesar 0.03 lebih kecil dari 0.05, Goodness of Fit Index (GFI) sebesar 0.988, Adjusted Goodness of Fit Index (AGFI) sebesar 0.946, dan Normed Fit
Index (NFI) sebesar 0.980 lebih besar dari 0.90 mendukung juga bahwa model closed fit. Pemodelan IGL dengan pendekatan model persamaan struktural (MPS)
menjelaskan 88.6% keragaman IGL usia masak fisiologis, 81.6% keragaman IGL kadar air panen, 76.3% keragaman IGL berat tongkol panen dan 72.1% keragaman dari IGL hasil. Ini artinya bahwa model dapat menjelaskan dengan baik pengaruh IGL karakteristik-karakteristik agronomi dan kombinasi kovariat genotipik dengan lingkungan terhadap IGL hasil.
Hasil analisis MPS-AMMI menunjukkan bahwa indikator utama stabilitas dari hasil adalah berat tongkol panen, kemudian kadar air panen dan terakhir usia masak fisiologis dengan pengaruh total terhadap IGL hasil masing-masing adalah 0.921, -0.413, dan 0.214. Sehingga proses seleksi genotipe harus memperhatikan ketiga karakteristik agronomi tersebut sesuai urutan prioritasnya. Pengaruh negatif dari kadar air panen menunjukkan bahwa kadar air panen yang terlalu tinggi berakibat pada hasil kering yang lebih rendah dibandingkan dengan kadar air panen yang relatif rendah. Kombinasi kovariat usia masak fisiologis × musim berpengaruh negatif terhadap IGL hasil. Ini artinya bahwa genotipe-genotipe dengan usia masak fisiologis di atas rata-rata dan di tanam pada musim hujan akan memberikan hasil yang lebih rendah dibandingkan ditanam pada musim kemarau. Atau genotipe-genotipe dengan usia masak fisiologis di bawah rata-rata akan memberikan hasil yang kurang baik jika ditanam pada musim kemarau. Selanjutnya kombinasi kovariat usia masak fisiologis dengan tinggi lokasi memberikan pengaruh negatif terhadap hasil. Ini mengindikasikan bahwa genotipe-genotipe dengan usia masak fisiologis di atas rata-rata akan memberikan hasil yang tinggi jika ditaman pada lokasi yang relatif rendah. Kovariat berat tongkol panen dengan musim juga berpengaruh negatif pada hasil. Hasil ini mengindikasikan bahwa genotipe-genotipe dengan berat tongkol di atas rata-rata akan memberikan hasil yang relatif tinggi jika di tanam pada musim kemarau. Kesimpulan dari proses seleksi dengan kajian struktur interaksi karakteristik agronomi usia masak fisiologis, kadar air panen, berat tongkol melalui AMMI dan hasil MPS-AMMI mengidentifikasi genotipe BC 41399, BIO 9899 dan BC 42683 untuk dipertimbangkan sebagai genotipe unggulan dan dikembangkan menjadi varietas.
Kata Kunci : Model AMMI, Model Persamaan Struktural, Kuadrat Terkecil Terboboti, Biplot-AMMI
Hak cipta milik IPB, Tahun 2009
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, penyusunan kritik atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB
Dilarang mengumumkan atau memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER
INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Analisis Interaksi Genotipe × Lingkungan Menggunakan Model Persamaan Struktural adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau yang dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Januari 2009
I Gede Nyoman Mindra Jaya NRP. G151060061
ANALISIS INTERAKSI GENOTIPE
u LINGKUNGAN
MENGGUNAKAN
MODEL PERSAMAAN STRUKTURAL
I GEDE NYOMAN MINDRA JAYA
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada
Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor
SEKOLAH PASCASARJANA
INTISTITUT PERTANIAN
BOGOR
2009
Judul Tesis : Analisis Interaksi Genotipe u Lingkungan Menggunakan Model Persamaan Struktural
Nama : I Gede Nyoman Mindra Jaya NRP : G151060061 Program Studi : Statistika
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. I Made Sumertajaya, M.S Ketua
Farit Mochamad Afendi, S.Si, M.Si Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Statistika
Dr. Ir. Aji Hamin Wigena, M.Sc
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S
PRAKATA
Puji syukur Penulis panjatkan kepada Hyang Widi Wasa atas berkat rahmat-Nya sehingga Tesis ini dapat diselesaikan.
Dalam penyelesaian tulisan ini, penulis banyak mendapatkan masukan dari Dosen Pembiming, Staf Pengajar Jurusan Statistika dan teman-teman. Dengan segala keterbatasan dan segala kekurangan serta semua bantuan dari dari berbagai pihak akhrinya Tesis yang berjudul “ANALISIS INTERAKSI GENOTIPE u
LINGKUNGAN MENGGUNAKAN MODEL PERSAMAAN STRUKTURAL” dapat diselesaikan dengan baik.
Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terimakasih kepada :
1. Kepada Bapak dan Ibu dan seluruh anggota keluarga yang telah memberikan banyak bantuan baik moril maupun spirituil.
2. Seluruh staf pengajar dan karyawan Sekolah Program Pascasarjana IPB yang telah memberikan layanan pengajaran dan administrasi dengan baik. 3. Kepada Dr. Ir. I Made Sumertajaya, M.Si dan Farit Mochamad Afendi,
M.Si selaku pembimbing yang telah sudi meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan.
4. Kepada Prof. Dr. Ir. H. A. Ansori Mattjik atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk ikut bergabung dalam Hibah Penelitian Tim Pascasarjana yang didanai oleh Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi Nomor : 266/13.11/PL/2008 Tanggal : 02 April 2008.
5. Terimkasih kepada Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi karena telah membiaya penelitian ini melalui Hibah Penelitian Tim Pascasarjana yang didanai oleh Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi Nomor : 266/13.11/PL/2008 Tanggal : 02 April 2008
6. Istriku Andia Kameswari dan Anakku Anglila Prabayukti tercinta, terimakasih atas semua pengorbanan dan doanya yang tulus. Ayah persembahkan tesis ini untuk kalian.
7. Rekan-rekan angkatan 2006, Angkatan 2005 dan 2004 yang telah banyak membantu dalam penyelesaian Tesis ini.
Akhir kata dengan segala kerendahan hati, Penulis mohon maaf yang sebesar-besarnya jika tesis ini masih jauh dari kesempurnaan. Semoga tulisan ini dapat bermanfaat bagi pihak-pihak yang membutuhkannya.
Bogor, Januari 2009 Penulis
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Tabanan–Bali pada tanggal 03 Juni 1980 dari psangan bapak I Gede Ketut Kari dan ibu Ni Luh Ketut Parwati. Penulis adalah bungsu dari tiga bersaudara.
Tahun 2003 penulis lulus sebagai Sarjana Science Indonesia dari Program Studi Statistika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Padjadjaran Bandung. Pada Tahun 2004 penulis diangkat sebagai staf pengajar pada Jurusan Statistika Universitas Padjadjaran. Tahun 2006 penulis diterima di Program Studi Statistika Sekolah Pascasarjana Insitut Pertanian Bogor (IPB) dengan biaya dari program beasiswa BPPS.
Penulis menikah pada Tahun 2006 dengan Andia Kameswari dan telah dikaruniai seorang putri yang bernama Ni Luh Putu Anglila Prabayukti
x
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ……… xi
DAFTAR GAMBAR ………... xii
DAFTAR LAMPIRAN ……… xiii
PENDAHULUAN ………... 1 Latar Belakang ………... Tujuan ………. 1 2 TINJAUAN PUSTAKA ……….. 3 Percobaan Multilokasi ……… Interaksi Genotipe ×Lingkungan ……….. Konsep Kestabilan ………... Analisis AMMI (Additive Main Effect Model Interaction) ………… Model Persamaan Struktural (MPS) ……….. Asumsi Normal Ganda ………... 3 4 4 5 11 19 BAHAN DAN METODE ……… 22
Bahan ………... Metode Analisis ………... 22 23 HASIL ANALISIS DAN PEMBAHASAN ………. 30
Analisis Daya Adaptasi Tanaman ……….………. Analisis Interaksi Genotipe ×Lingkungan Menggunakan Model Persamaan Struktural (MPS-AMMI) ………. 31 57 KESIMPULAN………. 73 Kesimpulan ………. Saran ………... 73 73 DAFTAR PUSTAKA ………... 73
xi
DAFTAR TABEL
Halaman
1. Struktur Analisis Ragam Rancangan Acak Kelompok …... 4
2. Tabel Analisis Ragam AMMI ….……….……….. 9
3. Efek Langsung, Tak Langsung dan Total ………..………. 17
3. Deskripsi Lokasi Penelitian ………...………. 22
4. Jenis Genotipe ………. 23
5. Variabel yang Diamati ……… 23
6. Hasil Analisis AMMI untuk Karakteristik Agronomi Hasil………… 33
7. Indeks Stabilitas AMMI Untuk Karkateristik Agronomi Hasil…….. 35
8. Hasil Analisis AMMI untuk Karakteristik Agronomi Berat Tongkol Panen……… 39
9. Indeks Stabilitas AMMI Untuk Karakteristik Agronomi Berat Tongkol Panen………. 42
10. Hasil Analisis AMMI untuk Karakteristik Agronomi Kadar Air Panen ………... 46
11. Indeks Stabilitas AMMI Untuk Karakteristik Agronomi Kadar Air Panen ………... 49 12. Hasil Analisis Ragam AMMI untuk Karekteristik Agronomi Usia Masak Fisiologis………. 52
13. Indeks Stabilitas AMMI Untuk Karakteristik Agronomi Usia Masak Fisiologis……….. 55
14. Hasil Klasifikasi Genotipe Berdasarkan Keempat Karakteristik …… 56
15. Proporsi Keragaman Interaksi ……… 58
16. Koefisien Lintas ………... 61
17. Nilai Kecocokan Model ……….. 63
18. Pengaruh Langsung, Tidak Langsung, dan Total dari Komponen IGL Hasil dan Kovariat Genotipik x lingkungan Terhadap IGL Hasil…... 64
19. Tabel 14 Koefisien Korelasi Antar Kovariat ……….. 65 20. Rangking Karakteristik Agronomi Usia Masak Fisiologis,Kadar Air
Panen, Berat Tongkol Panen dan Hasil …………..……… 72
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1. Hipotesis Penelitian ……… 24 2. Rata-Rata Karakteristik Agronomi Hasil Panen Menurut Genotipe... 32 3. Rata-Rata Karakteristik Agronomi Hasil Masing-Masing Genotipe
Menurut Lingkungan Tanam 32 4. Biplot AMMI-1 Karakteristik Agronomi Hasil (Ton/Ha), (+)
Rata-Rata Umum……….. 34 5. Biplot AMMI-2 Untuk Karakteristik Agronomi Hasil (51.8%) ……. 35 6. Rata-Rata Karakteristik Agronomi Hasil Genotipe Stabil Pada 16
Lingkungan ………... 37 7. Rata-Rata Karakteristik Agronomi Berat Tongkol Panen Menurut
Genotipe ………... 38 8. Rata-Rata Karakteristik Agronomi Berat Tongkol Panen
Masing-Masing Genotipe Menurut Lingkungan Tanam……….. 39 9. Biplot AMMI-1 Karakteristik Agronomi Berat Tongkol Panen
(Kg/Plot), (+) Rata-Rata Umum ………. 41 10. Biplot AMMI-2 Untuk Karakteristik Agronomi Berat Tongkol
Panen (56.7%)……….. 42 11. Rata-Rata Karakteristik Berat Agronomi Tongkol Panen Genotipe
Stabil Pada 16 Lingkungan……….. 44 12. Rata-Rata Karakteristik Agronomi Kadar Air Panen (%) Menurut
Genotipe………... 45 13. Rata-Rata Kadar Air Panen (%) Masing-Masing Genotipe Menrut
Lingkungan Tanam ………. 45 14. Biplot AMMI-1 Karakteristik Agronomi Kadar Air Panen (Kg/Plot),
(+) Rata-Rata Umum……….. 48 15. Biplot AMMI-2 Untuk Karakteristik Agronomi Kadar Air Panen
(53.1%)……… 48 16. Rata-Rata Karakteristik Agronomi Kadar Air Panen Genotipe Stabil
Pada 16 Lingkungan……… 50 17. Rata-Rata Karakteristik Agronomi Usia Masak Fisiologis Menurut
Genotipe……….. 51 18. Rata-Rata Karakteristik Agronomi Usia Masak Fisiologis
Masing-Masing Genotipe Menurut Lingkungan Tanam……….. 51 19. Biplot AMMI-1 Karakteristik Agronomi Usia Masak Fisiologis, (+)
xiii
20. Biplot AMMI-2 Untuk Karakteristik Agronomi Usia Masak
Fisiologis (73.9%)……… 54 21. Rata-Rata Berat Usia Masak Fisiologis Genotipe Stabil Pada 16
Lingkungan………... 56 22. QQ-Plot Untuk Uji Normal Ganda……….. 60 23. Diagram Lintas MPS-AMMI….………... 62
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1. Data Penelitian ………..…... 77 2. Rataan Genotipe Menurut Karakteristik Agronomi Hasil ………….. 89
3 Rataan Genotipe Menurut Karakteristik Agronomi Berat Tongkol Panen………
90
4 Rataan Genotipe Menurut Karakteristik Agronomi Kadar Air Panen 91 5 Rataan Genotipe Menurut Karakteristik Agronomi Usia Masak
Fisiologis……….. 92
6 Visualisasi Uji Asumsi dalam ANOVA untuk Data Hasil …………. 93 7 Penurunan Formulasi Indeks Stabilitas AMMI (ISA) ……… 96 8 Penurunan Operasi Vec ……….. 99 9 Program SAS mendapatkan Variabel dalam MPS-AMMI ... 100 10 Skor Komponen Genotipe dan Lingkungan Hasil Penguraian
Billinier Interaksi Usia Masak Fisiologis ... 104
11 Skor Komponen Genotipe dan Lingkungan Hasil Penguraian Billinier Interaksi Kadar Air Panen ...
105
12 Skor Komponen Genotipe dan Lingkungan Hasil Penguraian Billinier Interaksi Berat Tongkol Panen ...
106
13 Skor Komponen Genotipe dan Lingkungan Hasil Penguraian Billinier Interaksi Hasil ...
107
