EFEKTNITAS DAN EFISIENSI MUTAGENIK RADIASI NEUTRON CEP AT DAN GAMMA PADA T ANAMAN KACANG BUNCIS (Phaseolus vulgaris)
Lukman Umar *, A.A. Baradjanegara dan T. Hadianto *
*, E. Effendi *, E. Ekaputra *,
ABSTRAK - ABSTRACT EFEKTMTAS DAN EFISIENSI MUTAGENIK RADIASI NEUTRON CEPAT DAN GAMMA PADA TANAMAN KACANG BUNCIS (phaseolus vulgaris). Suatu penclitian untuk membandingkan efektivitas dan efisiensi mutagenik radiasi neutronCepat dan gamma pada biji kacang buncis (Phaseolus vulgaris) varietas lokal Bandung tclah dilakukan. Biji buncis diiradiasi dengan dosis 12, 17, 22, dan 27 Gy neutron cepat dan 150, 190. 230, dan 270 Gy gamma. Efektivitas dan efisiensi mutagenik dihitung berdasarkan frekuensi mutan klorofil pada kecambah tanaman M2• Hasil menunjukkan bahwa frekuensi mutan klorofil meningkat sejalan dengan meningkatnya dosis baik untuk neutron cepat maupun gamma. Efektivitas neutron lebih tinggi dibandingkan dengan gamma, sedang efisiensinya relatif sarna. THE MUTAGENIC EFFECTIVENESS AND EFFICIENCY OF FAST NEUTRON AND GAMMA RADIATION ON FRANCH BEANS (Phaseolus vulgaris). Experiments with mutagen treatments of Franch beans (Phaseolus vulgaris) of local Bandung variety with fast neutron and gamma were carried out to compare the mutagenic effectiveness and efficiency of both types of irradiation. Franch beans seeds were irradiated with following doses 12, 17, 22, and 27 Gy of fast neutron and 150, 190, 230, and 270 Gy of gamma irradiation. Mutagenic effeCtiveness and efficiency of fast neutron and gamma radiation were calculated on the frequency of M2 seedling mutants. The results indicate that frequency of induced chlorophyl mutants increased with increasing doses of both radiation, but the efficiency is relatively same.
PENDAHULUAN Untuk menduga pengaruh mutagenil< dari mutagen yang berbeda, seperti perbedaan di antara radiasi pengion, mutagen kimia, dan antara jenis-jenis mutagen tersebut dapat ditempuh melalui banyak cara. Salah satu di antaranya adalah dengan membandingkan efektivitas dan efisiensi mutagenik dari mutagen yang digunakan. Berdasarkan metode yang dikembangkan oleh KONZAK dkk. (1), efektivitas mutagenik didefinisikan sebagai "mutasi per unit dosis" dan efisiensi mutagenik sebagai ."perimbangan antara mutasi dengan pengaruh biologis yang tidak diharapkan". Kriteria yang biasa digunakan untuk menentukan efisiensi mutagenik a.I. aberasi kromosom, reduksi terhadap pertumbuhan kecarnbah (tinggi kecambah atau panjang epikotil),letalitas (survival) dan sterilitas (fertilitas) pad a tanaman M-I. Faktor-faktor yang mempengaruhi radiosensitivitas suatu tanaman seperti faktor-faktor lingkungan pad a saat irradiasi dan faktor-faktor biologis tanaman •
Pusat Penelitian Teknik Nuk.lir, BATAN
115
dapat mengubah efektivitas dan efisiensi suatu mutagen di dalam sel-sel tanaman
(2,3). Penelitian tentang efektivitas dan efisiensi mutagenik dari beberapa mutagen baik radiasi maupun mutagen kimia pada beberapa jenis tanaman telah dilakukan a.I. pada tanaman barley (4), padi (5), Cayanus cayan (6) dan Pisum sativum (7). Sedangkan pada tanaman Phaseolus vulgaris khususnya tanaman buncis, informasi tentang penelitian yang serupa belum ada. Dalam beberapa hal terbukti bahwa irradiasi neutron cepat lebih efektif dibandingkan dengan sinar X atau gamma karena kemampuannya untuk menghasilkan mutasi faktor, mutasi kromosom dan seterilitas tanaman M1 yang lebih tinggi (2, 4). Akan tetapi apakah neutron juga mempunyai keefisienan yang tinggi dalam menginduksi mutasi yang bermanfaat sama efektifnya seperti menginduksi mutasi kloropil, sampai saat ini masih merupakan pertanyaan yang belum terjawab (4). Penelitian ini ditujukan untuk mengetahui efektivitas dan efisiensi irradiasi neutron cepat dan gamma pada tanaman bun cis (Ph. vulgaris). Dengan demikian diharapkan dapat ditentukan besar dosis radiasi optimal yang diperlukan untuk tujuan pemuliaan tanaman kacang buncis secara mutasi. Dari pengamatan ini juga dapat ditentukan harga RBE atau (Relative Biological Effectiveness) dari neutron cepat pada beberapa kriteria yang digunakan dalam penelitian ini.
BAHAN DAN TATA KERJA Biji buncis (Ph. vulgaris) varietas Lokal Bandung yang digunakan dalam penelitian ini diperoleh dari Balai Penelitian Hortikultura Margahayu - Lembang. Biji-biji tersebut (k.a±.13%) diiradiasi dengan neutron cepat dari USIF (Uranium Shielded Irradiation Facility) pada Reaktor TRIGA MARK II, PPTN, Bandung dan sinar gamma 6Oco dari Irradiator Gamma Cell 220, PAIR, Jakarta. Dosis yang diberikan adalah sebesar 12,17, 22,dan 27 Gy neutron cepat dan 150,190,230, dan 270 Gy gamma. Dosis tersebut merupakan dosis yang diperkirakan dapat mereduksi panjang epikotil sekitar 15,30,45 dan 60% berdasarkan percobaan pendahuluan (8). Penelitian ini dilakukan dalam 4 ulangan per dosis perlakuan termasuk kontroi. Tiap-tiap dosis digunakan 200 biji untuk pengamatan mutasi klorof1l dan 50 biji untuk pengamatan pengaruh perlakuan terhadap pertumbuhan kecambah (panjang epikotil). Penanaman dilakukan di kebun percobaan BPH Margahayu pada bulan Januari 1985. Cara-cara ku1tur teknis dilaksanakan sesuai dengan anjuran BPH. Kriteria pengamatan tanaman M-l adalah daya kecambah, panjang epikotil, survival (letalitas) dan fertilitas (sterilitas). Untuk pengukuran panjang epikotil, diambil secara acak 25 kecambah pada umur 16 hari setelah tanam. Survival dihitung berdasarkan jumlah tanaman yang bertahan hidup sampai masa panen dan dinyatakan dalam persen terhadap kontroi. Fertilitas dihitung berdasarkan jumlah tanaman yang berpolong dan dinyatakan dalam persen terhadap kontroi. Panen dilakukan per tanaman per dosis. Biji dari tiap-tiap tanaman M1 yang dipanen ditanam sebagai tanaman M2 untuk pengamatan mutasi klorofil. Penanaman M2 dilakukan pada tempat yang sarna pad a bulan Mei 1985. 116
Efektivitas mutagenik (Msd/Krad) dan efisiensi mutagenik (Msd/pengaruh biologis) dihitung berdasarkan frekuensi mutan klorom pada kecambah M2 (mutan klorof1l/jumlah kecambah M2 x 100) (1, 6).
HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh perlakuan irradiasi neutron cepat dan gamma terhadap daya kecambah, panjang epikotil, survival dan fertilitas tanaman M-l meningkat sejalan dengan meningkatnya dosis (Tabel 1, Gambar 1). Pad a dosis tertinggi dari perlakuan neutron cepat, fertilitas terreduksi lebih dari 80% dan survival sekitar 60%, sedangkan kedua kriteria yang lain terreduksi kurang dari 50%. Pada perlakuan gamma dosis tertinggi, fertilitas terreduksi sekitar 65 % dan yang lainnya kurang dari 50%. Hal ini menunjukkan bahwa Ph vulgaris varietas Lokal Bandung relatif lebih sensitif terhadap irradiasi neutron cepat. Harga D50 berdasarkan reduksi panjang epikotil terletak pad a dosis sekitar 285 Gy gamma dan 27 Gy neutron cepat dengan RBE sekitar Ii. RBE untuk ketiga kriteria yang lain relatif sarna yaitu 11, 12 dan 12,5 yang secara berurutan merupakan harga RBE untuk reduksi survival, daya kecambah dan fertilitas (Tabel 2). Hasil ini sesuai dengan hasil yang dilaporkan oleh CONGER dkk. (3) yaitu bahwa dari 16 varietas. Ph, vulgaris didapatkan harga D50 berdasarkan reduksi tunas primer (epikotil) dengan kisaran yang cukup besar, yaitu an tara 150 - 300 Gy gamma dan, an tara 17 - 27 Gy neutron cepat dengan kisaran RBE antara 8 - Ii. Adanya kisaran yang besar dari harga D50 tersebut menunjukkan bahwa di antara varietas Ph. vulgaris tersebut terdapat perbedaan radiosensitivitas yang cukup besar. Adanya perbedaan tersebut akan mempengaruhi efektivitas dan efisiensi mutagenik. Karena itu untuk mendapatkan efisiensi yang tinggi dari mutagen yang akan digunakan perlu dilakukan uji pendahuluan untuk mengetahui respon tanaman/varietas yang akan diberi perlakuan mutagen. Pad a Tabel 3 dapat dilihat bahwa frekuensi mutan klorof1l meningkat sejalan denganmeningkatnya dosis untuk kedua jenis irradiasi yang digunakan. Frekuensi mutan tertinggi adalah 2,82% yang dicapai pada dosis 27 Gy neutron ~epat, _.dan 2,09% pada dosis 270 Gy gamma. Metode konvensional untuk menentukan RBE dengan menggunakan harga D50 tidak dapat diterapkan untuk kriteria seperti mutasi induksi. Untuk itu digunakan persamaan regresi untuk menduga dosis yang dapat menginduksi mutasi sebesar 1% (6), sehingga didapatkan dosis 210 Gy gamma, dan sekitar 12 Gy neutron cepat dan RBE 17,5 (Tabel 2). Adanya perbedaan RBE yang cukup besar antara RBE yang dihitung dari kriteria tanaman M-l dengan RBE mutasi induksi (M2) juga dijumpa'i pada tanaman yang lain (6). Efektivitas mutagenik iradiasi neutron cepat berkisar antara 0,09 - 1,12, dan pada irradiasi gamma kisarannya lebih keeil, yaitu antara 0,05 - 0,08 (Tabel 3). Rata-rata efektivitas untuk keempat dosis neutron cepat dan gamma adalah 0,76 dan 0,07, berarti bahwa efektivitas neutron cepat untuk menginduksi mutan klorom pada tanaman buncis varietas Lokal Bandung berdasarkan harga rata-rata 117
tersebut adalah 11 kali lebih besar daripada gamma. Hal ini disebabkan karena irradiasi
neutron
cepat mempunyai
daya pengion yang lebih kuat
dibandingkan
dengan gamma. Dan telah terbukti bahwa makin tinggi daya pengion daTi suatu sinar pengion, makin efektif dalam menginduk5i aberasi kromosom dan laju mutasi (2). Efisiensi yang dihitung berdasarkan reduk5i panjang epikotil memberikan angka efisiensi yang tinggi dibandingkan dengan yang lain, terutama yang dihasilkan dari dosis 150 Gy gamma. Sedangkan yang dihitung berdasarkan sterilitas adalah yang paling rendah dan memberikan hasil yang sarna baik pada perlakuan neutron maupun gamma (Tabel 3). Tingginya efisiensi yang dihitung berdasarkan panjang epikotil pada dosis 150 Gy gamma adalah disebabkan karena pada dosis tersebut panjang epikotil hanya terred uksi sekitar 3% (Tabel 1). Pada Ta bel 4 disajikan spektrum mutasi kloroftl yang didapatkan dari percobaan ini. Tipe mutasi kloroftl yang dijumpai adalah albina, xantha, clorina, dan viridis. Frekuensi relatif tertinggi adalah tipe viridis yang rata-rata mencapai di atas 50%, disusul kemudian clorina, xantha dan terakhir adalah albina. Pada dosis 22 dan 27 Gy neutron albina dan xantha tidak dijumpai, ha1 ini disebabkan karena sedikitnya jumlah tanaman pada dosis terse but. DaTi hasil-hasil yang didapat pada pengamatan ini dapat disimpulkan bahwa dosis optimal untuk tujuan pemuliaan mutasi tanaman buncis (Ph. vulgaris) varietas Lokal Bandung adalah sekitar dosis 100 - 200 Gy irradiasi gamma dan antara dosis 10 - 20 Gy neutron cepat. Walaupun dernikian tampaknya penggunaan dosis yang lebih tinggi sampai dengan 300 Gy gamma dan 30 Gy neutron cepat masih dapat dianjurkan, mengingat bahwa sampai dengan dosis 270 Gy gamma dan 27 Gy neutron cepat frekuensi mutasi masih cenderung meningkat, belum mencapai kejenuhan. Akan tetapi perlu diperhitungkan jumlah biji yang akan diiradiasi mengingat letalitas dan sterilitas yang cukup tinggi. Mengingat adanya perbedaan radiosensitivitas yang cukup tinggi di an tara varietas Ph. vulgaris, maka dianjurkan untuk melakukan uji pendahuluan sebelum melangkah ke arah pemuliaan mutasi pada varietas Ph. vulgaris yang lain.
UCAP AN TERIMA KASIH Dengan telah selesainya penelitian ini penulis ucapkan terima kasih kepada Kepala Bidang Pertanian, Kepala Kelompok Pemuliaan Tanaman, dan Pernimpin Proyek Pengembangan Tanaman Pangan PAIR, atas bantuan pembiayaan penelitian ini melalui jalur lintas fasilitas. Juga pada semua pihak yang telah memungkinkan penelitian dan penulisan ini berjalan lancar tak lupa penulis ucapkan terima kasih.
DAFTAR PUS TAKA 1.
118
KONZAK, C.F., NILAN, R.A., WAGNER, J., and FOSTER, R.J., "Efficient chemical mutagenesis", The Use of Induced Mutations in Plant Breeding (proc. Panel Rome, 1964), IAEA, Vienna (1964) 49.
2.
NILAN, R.A., KONZAK, C.F., WAGNER, J., and LEGAULT, R.R., "Effectiveness and efficiency of radiations for inducing genetic and cytogenetic changes", The Use of Induced Mutations in Plant Breeding (proc. Panel Rome, 1964), lAEA, Vienna (1964) 71.
3.
CONGER, B.V., KONZAK, C.F., and NILAN, R.A., "Radiation sensitivity and modifying factors", Manual on Mutation Breeding, 2nd Ed. (Technical Reports Series No. 119), IAEA, Vienna (1977) 40.
4.
GAUL, H., FRIMMEL, G., GlCHNER, T., and ULONSKA, E., "Efficiency of mutagenesis", Induced Mutations and Plant Improvement (proc. Panel Buenos Aires, 1970), IAEA, Vienna (1972) 121.
5.
MlKAELSEN, K., KARUNAKARAN, K., and KISS, l.s., "Mutagenic effectiveness and efficiency of gamma rays, fast neutrons and ethyl methane sulphonate in rice", Rice Breeding with Induced Mutations III (Technical Reports Series No. 131), lAEA, Vienna (1971) 91.
6.
PAWAR, S.E., THAKARE, R.G., and JOSHUA, D.C., Relative biological effectiveness and mutagenic efficiency of fast neutron in Cajanus cajan.
6.
PAWAR, S.E., THAKARE, R.G., and JOSHUA, D.C., Relative biological effectiveness and mutagenic efficiency of fast neutron in Cajanus cajan, Indian Journal of Exp. Biology 16 (1978) 656.
7.
VASSILEV A, M., and MAHANDJIEV, A.T., "Comparative study on the effect of ionizing radiation and some chemical mutagenesis in P. sativum ': Experimental Mutagenesis in Plants, Varna, Bulgaria (1978) 448.
8.
UMAR, L., BARADJANEGARA, A.A., dan EFFENDI, E., Orientasi dosis radiasi neutron cepat dan gamma pada tanaman kacang buncis (Ph. vulgaris), Pusat Penelitian Teknik Nuklir, BATAN, Bandung (1985).
119
Tabd 1. Pengaruh radiasi neutron cepat dan gamma terhadap pertUmbuhan tanaman buncis
rho vuliaris)
,.
temadap Fertilitas Oosispersentase rdatif Survival 56,91 85,87 71,93 35,75 61,50 29,05 50,96 18,02 76,12 68,62 90,25 79,58 65,93 53,19 67,04 67,95 47,07 100,00 97,14 88,14 100,00 78,63 67,74 100,00 95,45 92,07 84,00 68,85 39,94 53,91 59,92 73,86 kontrol. 77,93 71,79 (%) (%) Oaya kecarnbah Panjang epikotil (%) (%) 150 12
Tabd 2. RBE neutron cepat untuk beberapa kriteria pengukuran pada tanaman buncis (Ph. vulgaris).
210* 12* 11 12 Neutron 340 28 27 26 285 200 16 280cepat 17,5 12,5
050 (Gy)
RBE
teria
bah
.)
120
Dosis yang dapat menginduksi mutan klorofil sebesar 1% diduga berdasarkan persamaan regresi y -1,10 + O,OIX (untuk perlakuan gamma) dan y = ~,28 + 0,11 X (untuk perlakuan neutron cepat).
5) 5). 2) SL amma 4).
Tabe1 5.
-N
12 150
I
Efektivitas dan efisiensi mutagen neutron cepat dan gamma pada tanaman kacang buncis (Ph. vulgaris) varietas Lokal Bandung
=irradiasi Steri1itas Letali tas Kecambah Efektifitas Frekuensi 248 Efisiensi 3131 1810 1147 688 2400 4566 = Reduksi panjang epikotil. Dosis dinyatakan krad. 2.82 6013 4899 Fn:kuensi mutan berdasaskan jumlah kecambah M-2 (Mutan/Kec M-2 X 100) 0,04 1,12 0,07 0,03 1,99 ,92 0,03 0,02 0,28 ,80 ,96 0,06 0,05 1,04 0,08 0,09 0,78 2,03 2,09 01,93 0,08 0,06 (M-2 ) dalam Mutan-:-(%) (Msd)l) (Msd/L)4)
(Msd/S)5) (Msd/dosis)2)
(Msd/I)3)
Tabcl4.
Spektrum mutasi klorofil pada tanaman M-2 kacang buncis (Ph. vulgaris) setclah perlakuan neutron cepat dan gamma.
---------
Gamma
42,86 12,50 35,71 ---terhadap total mutan. 48 44 76,82 11 46 36 DosisPersen rclauf Total Clorina Xantha Albina Viridis 39 24 35,42 52,08 57,14 64,29 .61,54 21,74 67,39 5,13 6,52 61,11 8,33 58,33 11,11 12,50 19,44 22,73 4,55 65,91 23,08 10,26 4,35 20,85 --------------12 150
122
(%)* ------------
mutan
DISKUSI
RIYANTI
SUMANGGONO:
Apakah penelitian ini dilanjutkan dan apakah terdapat kelainan morfologis? LUKMAN UMAR :
Penelitian ini masih berlangsung hingga belum diketahui apakah akan diteruskan atau tidak. Pengamatan morfologis tidak dilakukan pada penelitian ini. RIVAl RA TMA :
Mengapa terjadi mutasi klorof1l pad a tanaman kontrol padahal kontrol tanpa perlakuan? Mengapa perlakuan dengan neutron lebih efisien daripada perlakuan dengan sinar gamma ? LUKMAN UMAR :
Pada kontrol bukan mutasi, maaf ada kesalahan pengamatan. Neutron mempunyai daya ionisasi lebih besar daripada radiasi gamma sehingga lebih efektif. MUGIONO:
1. Pertimbangan-pertimbangan 2.
apa yang menyebabkan Anda memilih tanaman buncis sebagai bahan untuk penelitian ini ? Setelah Anda mengetahui dosis optimal dari hasil penelitian ini, langkah/ kegiatan penelitian apa yang Anda lakukan ? LUKMAN UMAR :
1. a.
b.
c. 2.
Buncis varietas lokal Bandung walaupun mempunyai daya hasil yang rendah akan tetapi merupakan varietas yang paling disukai baik oleh petani maupun konsumen, khususnya untuk daerah Jawa Barat, karena rasa dan bentuknya memenuhi selera konsumen. Usaha-usaha untuk meningkatkan daya hasil melalui pemuliaan silang telah lama dilakukan tetapi belum memberikan hasil yang diharapkan karena terbatasnya plasma nutfah. Diharapkan pemuliaan secara mutasi induksi dapat membantu memecahkan masalah tersebut.
Bila memungkinkan
penelitian akan dilanjutkan
ke arah pemuliaan mutasi.
123
