5 BAB II
TINJUAN PUSTAKA
A. Padi Hitam (Oryza sativa L.)
Padi (Oryza sativa L.) merupakan tanaman semusim yang termasuk dalam golongan rumput-rumputan yang ditandai dengan batang tersusun dari beberapa ruas dan terdapat lidah daun pada percabangan daun dan batang (Siregar, 1981). Padi memiliki akar serabut, struktur serupa batang terbentuk dari rangkaian pelepah daun yang saling menopang, daun sempurna dengan pelepah tegak, daun berbentuk lanset warna hijau muda hingga hijau tua, berurat daun sejajar, tertutupi oleh rambut yang pendek dan jarang. Bunga tersusun majemuk, tipe malai bercabang, bulir buah tidak dapat dibedakan mana buah dan bijinya, bentuk buah bulat hingga lonjong dengan ukuran 3 mm sampai 15 mm tertutup oleh palea dan lemma yang disebut juga sekam, struktur dominannya adalah endospermia yang merupakan bahan yang dapat dimakan. Menurut Matsuo dan Hoshikawa (1993) kultivar padi dapat digolongkan menjadi tiga sub species yaitu indica (padi daerah tropis), japonica (padi daerah subtropis) dan javanica (tropical japonica). Tanaman padi dalam sistematika tumbuhan diklasifikasikan kedalam divisi angiospermae, kelas monocotyledonae, ordo paoles, family graminae dan genus oryza (Griest 1986, cit Diptaningsari 2013). Genus oryza termasuk sangat kecil hanya sekitar 25 spesies dimana 23 adalah spesies liar dan dua spesies yang banyak di budidayakan yaitu Oryza sativa L. dan Oryza glaberrima Steud. (Vaughan et al., 2008 cit Diptaningsari, 2013).
Makarim dan Suhartatik (2009) menyatakan bahwa pertumbuhan tanaman padi dibagi menjadi tiga fase yaitu fase vegetatif, reproduktif dan pematangan. Fase vegetatif merupakan fase pertumbuhan organ-organ vegetatif. Fase reproduktif merupakan proses tanaman bereproduksi. Fase reproduktif diawali dengan pemanjangan ruas teratas batang tanaman sampai terjadinya pembungaan. Fase pematangan adalah fase saat terjadi proses pengisian gabah sampai pematangan gabah. Proses pengisian dan pematangan bulir terjadi setelah penyerbukan dan pembuahan. Gabah akan mengalami proses pematangan dalam beberapa tahap yaitu matang susu, setengah matang dan matang penuh.
6 Padi hitam memiliki sebutan yang beragam tergantung daerah asalnya. Padi hitam di Surakarta Jawa Tengah disebut Padi Wulung, padi hitam dari Kabupaten Subang Jawa Barat dikenal dengan Padi Gadog, padi hitam dari Propinsi Daerah Istimewa Yogyakarta terdapat beberapa nama padi hitam yaitu di Sleman dikenal dengan nama Cempo Ireng dan padi Jlitheng, di Bantul dikenal padi Melik (Kristamtini, 2009). Menurut Sa’adah et al., (2013) varietas padi hitam yang berada di Sleman, Bantul dan Magelang adalah Varietas Cempo Hitam, Cempo Ireng, Hitam Cianjur, Jowo Melik, Melik, Melik Ireng, Melik Jowo, Padi Hitam Dan Pari Ireng. Padi hitam dari Nusa Tenggara Timur dikenal Laka dan Woja Laka (Budiman et al., 2012), Aen Metan dan Hare Kwa (Suhartini dan Suardi, 2010) dan padi hitam dari Magelang dikenal 2 jenis padi hitam yaitu Cempa dan berbulu dengan sebutan nama Jawa Melik.
Padi hitam (Oryza sativa L.) memiliki perikarp, aleuron dan endospermia yang berwarna merah-biru-ungu pekat, warna tersebut menunjukkan adanya kandungan antosianin. Padi hitam memiliki khasiat yang lebih baik dibanding padi merah atau padi putih. Padi hitam berkhasiat meningkatkan daya tahan tubuh terhadap penyakit, memperbaiki kerusakan sel hati (hepatitis dan chirosis), mencegah gangguan fungsi ginjal, mencegah kanker/tumor, memperlambat penuaan, sebagai antioksidan, membersihkan kolesterol dalam darah dan mencegah anemia. Padi hitam mengandung sedikit protein, namun kandungan besinya tinggi yaitu 15,52 ppm, jauh lebih tinggi dibanding padi dari varietas IR64, Ciherang, Cisadane, Sintanur, Pandan Wangi dan Batang Gadis yang kandungan besinya berkisar antara 2,9-4,4 ppm. Zat besi dibutuhkan tubuh dalam pembentukan sel darah merah. Pengkayaan zat besi pada padi untuk mengatasi anemia yang dewasa ini digalakkan tampaknya mulai berpaling pada padi hitam atau padi merah (Suardi dan Ridwan, 2009).
Padi hitam mempunyai kandungan serat pangan (dietary fiber) dan hemiselulosa masing-masing sebesar 7.5% dan 5.8%, sedangkan padi berwana putih hanya sebesar 5.4% dan 2.2% (Narwidina, 2009). Padi hitam memiliki rasa dan aroma yang baik dengan penampilan yang spesifik dan unik (Suardi dan Ridwan, 2009). Padi hitam memiliki keistimewaan antara lain rasanya yang enak, pulen (kadar amilosa 22%) dan wangi. Memiliki kandungan mineral atau
7 antosianin cukup tinggi, sangat baik untuk kesehatan. Sejarah juga menyebutkan bahwa orang China kuno telah mengenal padi hitam sebagai padi terlarang (forbidden rice) yang kaya nutrisi dan hanya boleh dikonsumsi oleh kalangan istana. Selain sebagai bahan pangan, di negara China padi hitam dipercaya memiliki khasiat untuk menyembuhkan beberapa penyakit (BPTP Yogyakarta, 2010).
Padi hitam tergolong padi gogo yang berdaya hasil rendah, berumur panjang dan peka terhadap perubahan kondisi alam (Dewi et al., 2010). Padi hitam Cempo Ireng memiliki tinggi diatas 130 cm pada tanah sawah irigasi dengan hasil 4.5 ton/ha (Kristamtini et al., 2012). Padi hitam asal NTT memiliki tinggi sekitar 157-200 cm pada kultivar Laka dan 105-150 cm pada kultivar Woja Laka (Budiman et al., 2012).
B. Induksi Mutasi dalam Pemuliaan Tanaman
Induksi mutasi banyak digunakan dalam pemuliaan tanaman karena induksi mutasi dapat memperbesar keragaman genetik tanaman. Beberapa varietas tanaman baru sudah dihasilkan melalui teknik induksi mutasi, salah satu diantaranya adalah tanaman padi. Mutasi adalah suatu perubahan pada materi genetik yang terjadi secara tiba-tiba, bersifat permanen dan diwariskan pada generasi ke generasi, bukan disebabkan oleh fenomena umum dari segregasi genetik ataupun rekombinasi genetik (Van Harten, 1998). Mutasi merupakan sumber pokok dari semua variasi genetik yang menyediakan bahan kasar bagi evolusi (IAEA, 1977). Mutasi dapat terjadi melalui dua cara yaitu secara alami (spontaneous mutation) dan melalui induksi (induced mutation). Tidak ada perbedaan pada hasil mutasi antara mutasi yang terjadi secara alami dan mutasi yang terjadi karena induksi, hanya saja proses kejadian mutasi karena induksi jauh lebih besar dan cepat dibandingkan dengan mutasi secara alami serta peluang kejadian mutasi secara alami sangat kecil sekali. Keragaman genetik yang terjadi di alam disepakati oleh para ilmuwan adalah disebabkan oleh mutasi spontan (Sobrizal dan Ismachin, 2006).
Pemuliaan mutasi sudah digunakan secara luas untuk meningkatkan sifat-sifat yang menguntungkan pada beberapa tanaman pangan (Kangarasu
8
et al., 2014). Mutasi adalah suatu perubahan yang terjadi secara tiba-tiba
dan acak pada materi genetik (genom, kromosom dan gen) sehingga ekspresinya (fenotip) berubah (Asadi, 2013). Mutasi dapat terjadi pada pasangan basa, satu ruas DNA, atau bahkan pada kromosom. Induksi mutasi merupakan salah satu cara meningkatkan keragaman genetik tanaman. Induksi mutasi dapat dilakukan dengan perlakuan bahan mutagen terhadap materi reproduktif. Ada dua jenis bahan mutagen, yaitu mutagen kimia dan mutagen fisika. Mutagen kimia pada umumnya berasal dari senyawa kimia yang memiliki gugus alkil, seperti Ethyl Methane Sulphonat (EMS), Diethyl Sulphat (DES), Methyl Methane Sulphonat (MMS), Hydroxil Amine, dan Nitrous Acid. Menurut Acquaah (2007) mutagen kimia dapat diaplikasikan dengan mudah tanpa dukungan peralatan yang lengkap, akan tetapi keberhasilannya lebih rendah dibandingkan dengan mutasi secara fisik. Mutagen fisik adalah radiasi ion yang meliputi sinar X, sinar gamma, neutron, partikel beta, partikel alfa dan proton. Dalam pemuliaan tanaman, sinar gamma paling luas digunakan (Lestari, 2012). Radiasi ion mengakibatkan mutasi yaitu merombak atau memecah rantai kimia pada DNA, delesi ikatan nukleotida atau menyebabkan ikatan nukleotida tersubsitusi. Lebih dari 2543 kultivar mutan hasil induksi mutasi yang berasal dari 175 spesies tanaman sudah dilepas secara resmi di le bih dari 50 negara seluruh dunia.
Menurut Acquaah (2007) berdasarkan tipe perubahannya, mutasi diklasifikasikan atas: (1) Mutasi genomik yang menyebabkan perubahan jumlah kromosom (poliploid, haploid, aneuploid). (2) Mutasi kromosom, yaitu terjadinya perubahan struktur kromosom (defisiensi, inversi, duplikasi, dan translokasi kromosom). (3) Mutasi gen, yaitu perubahan pada urutan basa nukleotida karena terjadi delesi atau substitusi. (4) Mutasi diluar inti sel atau yang terjadi pada cytoplasmic genome. Induksi mutasi diarahkan untuk mengubah satu atau beberapa karakter penting yang menguntungkan tanaman dengan tetap mempertahankan sebagian besar karakter aslinya (Yulianti et al., 2010).
9 C. Radiasi Sinar Gamma
Teknologi radiasi banyak digunakan untuk mengubah karakteristik produk dan untuk mengembangkan produk baru. Sinar gamma merupakan iradiasi terionisasi yang bersifat elektromagnetik. Daya tembusnya yang tinggi mampu menembus sel-sel dan jaringan dengan mudah (Poespodarsono, 1988). Sinar gamma memiliki panjang gelombang pendek, energi yang tinggi, tidak bersifat elektrik dan tidak mempunyai massa dibandingkan dengan partikel iradiasi lainnya (EPA, 2012). Pemberian dosis radiasi sinar gamma untuk mendapatkan mutan tergantung pada jenis tanaman, fase tumbuh, ukuran, kadar air dan bahan yang akan dimutasi. Efektifitas radiasi yang diberikan pada tanaman dipengaruhi oleh faktor lingkungan (oksigen, kadar air dan suhu) dan faktor biologi (volume inti dan faktor genetik) yaitu adanya perbedaan kepekaan terhadap radiasi (Ismachin, 1988).
Radiasi sinar gamma dapat menghasilkan frekuensi mutasi yang tinggi dan mendapatkan varian tanaman baru (Piri et al., 2011). Tidak seperti prosedur pemuliaan konvensional yang melibatkan kombinasi genetik baru dari gen kedua induknya, teknologi nuklir menyebabkan kombinasi gen yang khusus bersama dengan frekuensi mutasi yang tinggi. Induksi mutasi dengan radiasi sinar gamma tersebut diharapkan mempunyai nilai yang menguntungkan (Majeed et al., 2010).
Kegiatan pemuliaan mutasi dengan bantuan nuklir sudah dilakukan secara intensif di Jepang dan telah menghasilkan sekitar 1.585 varietas unggul mutan, 64% di antaranya berasal dari mutasi dengan iradiasi sinar gamma (Nakagawa, 2010). Melalui Badan Tenaga Atom Nasional (BATAN) pemuliaan tanaman dengan teknik mutasi di Indonesia telah dimulai sejak tahun 1972. Sampai saat ini BATAN telah menghasilkan berbagai varietas unggul yang telah dilepas yaitu varietas Atomita-1, Atomita-2, Atomita-3, Atomita-4, Cilosari, Diah Suci, Mayang, Yuwono, Woyla, Meraoke, Kahayan dan Winongo. Kelemahan dari pemuliaan mutasi adalah bahwa mutasi bersifat random. Beberapa hal yang dapat dilakukan untuk menentukan keberhasilan mutasi adalah karakter atau sifat yang ingin diperbaiki harus sudah jelas, metode screening/seleksi harus tepat dengan kondisi materi yang akan di mutasikan seperti kandungan air, oksigen, daya kecambah harus diketahui sebelum menginduksi mutasi dan dosis serta waktu
10 pengaplikasian mutagen yang tepat (Acquaah, 2007).
Peran utama teknologi nuklir dalam pemuliaan tanaman terkait dengan kemampuannya dalam menginduksi mutasi pada materi genetik. Kemampuan tersebut dimungkinkan karena nuklir memiliki energi cukup tinggi untuk menimbulkan perubahan pada struktur atau komposisi materi genetik tanaman. Perubahan tersebut terjadi secara mendadak, acak, dan diwariskan pada generasi berikutnya. Pada tingkat tertentu, mutasi dapat menimbulkan keragaman genetik yang berguna dalam pemuliaan tanaman tetapi perubahan genetik itu bukanlah disebabkan oleh perubahan rekombinasi. Berbeda dengan pemuliaan melalui persilangan, pemuliaan mutasi dapat digunakan untuk memperoleh varietas unggul dengan memperbaiki beberapa sifat yang di inginkan, tanpa mengubah sebagi an besar sifat baiknya. Mutasi dengan radiasi pada tanaman dapat menimbulkan abnormalitas (Soeranto, 2003). Hal ini menandakan telah terjadi perubahan pada tingkat genom, kromosom, dan DNA sehingga proses fisiologis pada tanaman menjadi tidak normal dan menghasilkan variasi-variasi genetik baru. Abnormalitas atau bahkan kematian pada populasi mutan (M1) merupakan akibat dari terbentuknya radikal bebas seperti H0, yaitu ion yang bersifat sangat labil dalam proses reaksi sehingga mengakibatkan perubahan (mutasi) pada tingkat DNA, sel ataupun jaringan. Abnormalitas tidak diharapkan dalam pemuliaan mutasi. Mutasi yang diharapkan adalah yang dapat menimbulkan keragaman pada sifat yang akan diseleksi sehingga sifat atau karakter yang lebih baik dapat diseleksi, sementara karakter yang baik pada tanaman/varietas asal tetap dipertahankan.
Tingkat keberhasilan iradiasi dalam meningkatkan keragaman populasi sangat ditentukan oleh radiosensitivitas tanaman (genotipe) yang diiradiasi karena tingkat radiosensitivitas antar genotip dan kondisi tanaman saat diradiasi sangat bervariasi. Radiosensitivitas dapat d iukur berdasarkan nilai LD50 (lethal dose 50), yaitu tingkat dosis yang menyebabkan kematian
50% dari populasi tanaman yang di radiasi. Dosis optimal dalam induksi mutasi yang menimbulkan keragaman dan menghasilkan mutan terbanyak
11 biasanya terjadi di sekitar LD50. Selain LD50, radiosensitivitas juga dapat
diamati dari adanya hambatan pertumbuhan atau kematian tanaman, mutasi somatik, patahan kromosom, serta jumlah dan ukuran kromosom (Herison et al., 2008). Kisaran dosis efektif yang dapat diberikan pada materi genetik adalah semakin rendah kadar oksigen dan molekul air maka dapat diberikan dosis yang lebih tingi dibandingkan dengan materi genetik yang mengandung kadar oksigen dan molekul air (H2O) yang tinggi. Pada
pemuliaan mutasi, selain melihat LD50 pada generasi M1, tanaman mutan
juga dapat diidentifikasi pada tingkat DNA dengan menggunakan marka molekuler seperti SSR, baik pada populasi M1 maupun pada generasi berikutnya (Asadi, 2013).
Beberapa sifat agronomi tanaman padi yang dapat diperbaiki melalui pemuliaan dengan teknik mutasi antara lain umur, tinggi tanaman, produksi, ketahanan terhadap hama wereng coklat dan penyakit hawar daun, rasa dan kepulenan. Mugiono et al., (2009) menyatakan bahwa pemuliaan mutasi padi varietas Cisantana dosis optimum sebesar 0.2 kGy karena menghasilkan 10 galur mutan yang memiliki perubahan sifat terutama pada ujung gabah yang tidak berbulu. Penelitian Haris et al., (2013) menyebutkan radiasi pada dua padi lokal Sulawesi Selatan yaitu Ase Lapang dan Mandoti menghasilkan tanaman yang lebih pendek dan lebih cepat panen pada radiasi sebesar 200 Gy meskipun pada generasi M1 persentase gabah isi sangat rendah yaitu 27.47%. Sedangkan pada tanaman kedelai rata-rata variasi genetik tertinggi pada populasi M2 adalah pada radiasi sebesar 0.2 kGy (Hanafiah et al., 2010).
12 D. Kerangka Berfikir
Padi Hitam
(kaya antosianin, sumber pangan fungsional)
Padi Lokal (memiliki banyak kelemahan) Berumur Dalam
(>5 bulan)
Produksi Rendah (4.5 ton/ha) Tajuk Tanaman Tinggi
(>130 cm)
Perlu Perbaikan Genetik (penciptaan varietas baru)
Memperbesar Keragaman Genetik
Induksi Mutasi
Mutagen Kimia (EMS, DES, MMS, HA, NA) Mutagen Fisik (Sinar X, Gamma,
Neutron, Alpha, Beta)
Radiasi Benih Padi Hitam dengan Sinar Gamma
(100 Gy, 200 Gy dan 300 Gy)
Penanaman Benih, Pemeliharaan, Panen.
Mutasi Alami
Pengamatan Fenotip Tanaman (Sifat Agronomi, Morfologi)
Introduksi Seleksi Mutasi Hibridisasi Bioteknologi
Identifikasi per individu
Tanaman (Seleksi Awal Mutan) Analisis Kadar Antosianin Analisis Ragam
(Pengaruh sinar gamma)
Tanaman M1 (Umur lebih genjah, tajuk lebih pendek, hasil lebih tinggi)
13 E. Hipotesis Penelitian
Hipotesis yang diajukan dalam penelitian ini adalah perlakuan radiasi sinar gamma dapat mengakibatkan mutasi positif sifat agronomi dan morfologi padi hitam.
