IMPLIKASI GENETIK SISTEM SILVIKULTUR TEBANG PILIH TANAM JALUR (TPTJ) PADA JENIS Shorea johorensis Foxw DI PT. SARI BUMI KUSUMA BERDASARKAN RANDOM AMPLIFIED POLYMORPHIC DNA (RAPD)
TEDI YUNANTO E14201027
DEPARTEMEN MANAJEMEN HUTAN FAKULTAS KEHUTANAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2006
2
RINGKASAN TEDI YUNANTO (E14201027). Implikasi Genetik Sistem Silvikultur Tebang Pilih Tanam Jalur (TPTJ) pada Jenis Shorea johorensis Foxw di PT. Sari Bumi Kusuma Berdasarkan Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD). Dibimbing oleh Dr. Ir. Iskandar Z. Siregar, M.For.Sc. dan Ir. Prijanto Pamoengkas, MScF. Salah satu upaya untuk menanggulangi kerusakan hutan alam adalah dengan penerapan sistem silvikultur Tebang Pilih Tanam Jalur (TPTJ) seperti yang diterapkan oleh PT. Sari Bumi Kusuma. Dampak baik atau buruk dari penerapan sistem silvikultur TPTJ dari sudut pandang genetik belum pernah diteliti. Bibit Meranti di PT. Sari Bumi Kusuma dikembangbiakkan secara umum dengan tiga metode perkembangbia kkan yang berbeda yaitu dari biji, stek dan cabutan. Dari sudut pandang genetik, teknik pengadaan bibit memegang peranan penting pada sistem silvikultur TPTJ. Dampak yang diakibatkan oleh kesalahan didalam pemilihan bibit untuk hutan tanaman tidak dapat diketahui secara langsung, akan tetapi dampak tersebut baru diketahui beberapa tahun setelah penanaman, oleh karena itu, untuk menghindari dari resiko penanaman bibit dari variasi genetik yang sempit, maka informasi mengenai pengaruh teknik perkembangbiakkan bibit terhadap struktur genetik menjadi penting bagi pengelolaan hutan. Salah satu metode untuk menelaah sifat genotipe tanaman adalah dengan analisis asam deoksiribonukleat (ADN) dengan menggunakan metode RAPD. Teknik analisis ADN baik ekstraksi maupun RAPD untuk setiap jenis tanaman berbeda-beda, oleh karena itu perlu dilakukan optimasi untuk menemukan cara yang tepat yang dapat diterapkan pada jenis S. johorensis. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengoptimalkan metode analisis genetik dengan penanda RAPD pada jenis S. johorensis yang mencakup ekstraksi ADN, PCR dan seleksi primer serta untuk mengetahui dampak penerapan sistem silvikultur TPTJ khususnya teknik perkembangbiakkan bibit terhadap variasi genetik S. johorensis dengan membandingkan variasi genetik antara biji, stek, cabutan, tanaman dan pohon di hutan alam. Penelitian dilakukan di dua tempat, pertama tempat pengambilan sampel daun S. johorensis dari biji, stek, cabutan, tanaman dan juga daun dari pohon yang masih di alam masing-masing 6 individu berbeda secara acak dilakukan di PT. Sari Bumi Kusuma Kalimantan Tengah Indonesia yang terletak pada 111o18’ – 114o 42’ BT dan 01o 59’ – 00 o36’ LU. Kedua, tempat penelitian elektroforesis dan analisis ADN dilakukan di Laboratorium Silvikultur Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor. Penelitian dilaksanakan pada bulan September - Desember 2005. Hasil penelitian menunjukkan bahwa untuk mendapatkan ADN yang cukup murni perlu digunakan senyawa fenol dan pencucian etanol 100% sebanyak dua kali. Dari 35 primer yang dipakai untuk mengamplifikasi ADN hasil ekstraksi populasi tanaman, hasil percobaan menunjukkan bahwa hanya 18 primer yang mampu menghasilkan produk amplifikasi yaitu OPO-1, OPY-3, OPO-2, OPO-4, OPO-16, OPY-5, OPY-2, OPO-11, OPY-9, OPY-11, OPY -13, OPY-18, OPY-20, OPO-5, OPO-7, OPO-10, OPO -12, OPO -13 dan dari 18 primer yang menghasilkan produk amplifikasi pada populasi tanaman, diambil 12 primer untuk mengamplifikasi ADN biji (OPY-5, OPY-13, OPY -18, OPY-20, OPO -1, OPO-2, OPO-4, OPO-5, OPO-10,
3
OPO-11, OPO-13 dan OPO-16). Pada populasi biji dari 12 primer yang mampu menghasilkan produk amplifikasi sebanyak 10 primer yaitu OPY-3, OPY-5, OPY-13, OPY-18, OPY-20, OPO-4, OPO-5, OPO-11, OPO -13, OPO -16. Dari 10 primer yang menghasilkan produk amplifikasi pada ADN biji hanya tiga primer yang digunakan dalam proses RAPD yaitu Primer OPO-11 (5'-GACAGGAGGT-3'), OPO-13 (5’GTCAGAGTCC-3’) dan OPO-16 (5’-TCGGCGGTTC-3’). Populasi alam memiliki nilai rata-rata jumlah alel yang diamati (na), jumlah alel yang efektif (ne), Persen Lokus Polimorfik (PLP) dan heterozigitas harapan (He ) yang paling besar diantara 4 populasi yang lain (na = 1,2593, ne = 1,2070, PLP = 25,93% dan H e = 0,1109). Sedangkan populasi stek memiliki nilai rata-rata na, ne, PLP dan He yang paling kecil (na = 1,1111, ne = 1,0773, PLP = 11,11% dan He = 0,0445). Berdasarkan teknik perkembangbiakkan populasi cabutan memiliki nilai rata -rata na, ne, PLP dan He yang paling besar (na = 1,2222, ne = 1,1613, PLP = 22,22% dan He = 0,0886). Nilai na dan PLP tanaman sama de ngan nilai na dan PLP alam (na = 1,2593 dan PLP = 25,93%), akan tetapi nilai ne dan He alam (ne = 1,2070 dan He = 0,1109) lebih besar dari nilai ne dan He tanaman (ne = 1,1609 dan He = 0,0896). Jarak genetik terdekat adalah antara populasi stek dengan biji yaitu 0,0590. Rata-rata nilai variasi dalam populasi tunggal (HS) dari ke lima populasi adalah sebesar 8,09% dan diferenisiasi genetik (GST) antar populasi yaitu 62,52%. Kesimpulan dari penelitian ini adalah Teknik analisis ADN dengan metode RAPD dapat diterapkan pada jenis S. johorensis, dimana ekstraksi dengan penambahan fenol dan pencucian ADN dengan etanol 100% dua kali menghasilkan ADN yang cukup murni. Tiga primer yaitu OPO-11, OPO-13 dan OPO-16 menghasilkan karakter pita ADN polimorfik dengan jumlah lokus yang dihasilkan yaitu 27 lokus untuk semua populasi baik biji, cabutan, stek, tanaman dan pohon di alam. Perbedaan teknik perkembangbiakkan bibit menyebabkan perbedaan variasi genetik, hal ini dibuktikan dengan nilai He ketiga bibit menunjukkan nilai yang berbeda -beda. Nilai He yang paling tinggi adalah dari populasi cabutan sebesar 0,0886 setelah itu disusul oleh nilai H e biji dan stek masing-masing 0,0710 dan 0,0445. Dilihat dari nilai He tanaman dan alam yaitu He tanaman = 0,0896 dan He alam = 0,1109, penerapan sistem silvikultur TPTJ di PT. Sari Bumi Kusuma mengindikasikan terjadinya penurunan variasi genetik S. johorensis. Nilai parameter genetik jenis S. johorensis ini secara umum lebih rendah dibandingkan dengan jenis Shorea spp. lainnya yang pernah diteliti.
4
IMPLIKASI GENETIK SISTEM SILVIKULTUR TEBANG PILIH TANAM JALUR (TPTJ) PADA JENIS Shorea johorensis Foxw DI PT. SARI BUMI KUSUMA BERDASARKAN RANDOM AMPLIFIED POLYMORPHIC DNA (RAPD)
TEDI YUNANTO E14201027
Karya Ilmiah sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Kehutanan pada Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor
DEPARTEMEN MANAJEMEN HUTAN FAKULTAS KEHUTANAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2006
5
LEMBAR PENGESAHAN Judul Skripsi
: IMPLIKASI GENETIK SISTEM SILVIKULTUR TEBANG PILIH TANAM JALUR (TPTJ) PADA JENIS Shorea johorensis
Foxw
DI
PT.
SARI
BUMI
KUSUMA
BERDASARKAN RANDOM AMPLIFIED POLYMORPHIC DNA (RAPD) Nama Mahasiswa
: TEDI YUNANTO
Nomor Pokok
: E14201027
Menyetujui :
(Dr. Ir. Iskandar Z. Siregar, M.For.Sc.)
(Ir. Prijanto Pamoengkas, MScF. )
NIP. 131 878 498
NIP. 131 849 394
Mengetahui : Dekan Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor
(Prof. Dr. Ir. Cecep Kusmana, MS.) NIP. 131 430 779
Tanggal lulus:.............................................
6
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia dan rahmat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Kehutanan di Institut Pertanian Bogor. Dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan September 2005 penulis memilih judul ”Implikasi Genetik Sistem Silvikultur Tebang Pilih Tanam Jalur (TPTJ) pada Jenis Shorea johorensis Foxw di PT. Sari Bumi Kusuma Berdasarkan Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD)”. Dengan penuh kerendahan hati penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak dan mama atas kasih sayang, pengertian dan doa-doa yang tiada hentinya, kakakku tercinta Dodo Heryanto dan Dodi Setiawan serta adikku tercinta Dena Mustika dan keluarga besarku di Subang atas doa dan kasih sayangnya 2. Bapak Dr. Ir. Iskandar Z. Siregar, M.For.Sc dan bapak Ir. Prijanto Pameongkas, MScF selaku dosen pembimbing atas segala bantuan dan bimbingannya 3. Bapak Ir. Bintang C.H. Simangunsong, MS.PhD selaku dosen penguji dari Departemen Teknologi Hasil Hutan dan Bapak Ir. Edhi Sandra, M.Si. selaku dosen penguji dari Departemen Konservasi Sumberdaya Hutan yang telah memberi banyak arahan dan masukan 4. Teman-teman BDH ’38 atas bantuan dan dukungannya 5. Teman-teman P3H, PKL dan IPB atas bantuan dan kerjasamanya. Penulis berharap semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat khususnya bagi pembangunan hutan tanaman di Indonesia. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak kekurangan, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran untuk menyempurnakannya. Bogor, Pebruari 2006
Penulis
7
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Karawang tanggal 28 Mei 1983 dari ayah bernama Tarmuja Tarwat dan ibu Anoh. Penulis merupakan anak ketiga dari empat bersaudara. Pada tahun 1989 penulis masuk di Sekolah Dasar Negeri Majasari, kecamatan Cibogo, Kabupaten Subang. Tahun 1995 penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasar Negeri dan melanjutkan pendidikan di SLTP Negeri 1 Cibogo, Subang sampai tahun 1998. Setelah itu penulis melanjutkan pendidikan di SMU Negeri 1 Subang pada tahun 1998 sampai tahun 2001. Tahun 2001 penulis diterima di Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis memilih Program Studi Budidaya Hutan, Departemen Manajemen Hutan, Fakultas Kehutanan. Selama di perkuliahan, penulis mengikuti Praktek Pengenalan dan Pengelolaan Hutan (P3H). Praktek Umum Kehutanan (PUK) dilaksanakan di Cilacap dan Baturraden, Jawa Tengah, sedangkan Praktek Umum Pengelolaan Hutan (PUPH) dilaksanakan di desa Getas, Kabupaten Ngawi, Jawa Timur dari bulan Juli sampai Agustus 2004. Pada bulan Pebruari sampai Maret 2005 penulis melaksanakan Praktek Kerja Lapang (PKL ) di PT. Intracawood Manufacturing di Tarakan, Kalimantan Timur. Selain itu penulis pernah menjadi asisten mata kuliah Silvika dan Genetika hutan untuk program Diploma pada tahun ajaran 2005/2006.
8
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR ISI ............................................................................................................
i
DAFTAR TABEL ................................................................................................... iii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... iv DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... v
I.
PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ......................................................................................... 1 1.2. Tujuan ....................................................................................................... 4 1.3. Hipotesis ................................................................................................... 4 1.4. Manfaat Penelitian..................................................................................... 4
II.
TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Shorea johorensis ..................................................................................... 5 2.2. Sistem Silvikultur TPTJ ........................................................................... 6 2.3. Dasar -dasar Genetika .............................................................................. 8 2.3.1. Asam Deoksiribonukleat (ADN) ................................................... 8 2.3.2. Penanda Genetik .............................................................................. 10 2.4. Keragaman Genetik Hutan Tropis............................................................. 13
III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian .................................................................. 17 3.2. Bahan dan Alat ........................................................................................ 17 3.3. Prosedur Penelitian .................................................................................. 19 3.3.1. Ekstraksi ADN ................................................................................ 20 3.3.2. Seleksi Primer ................................................................................. 22 3.3.3. PCR (Polymerase Chain Reaction )................................................. 23 3.4. Analisis Data ............................................................................................ 24
9
IV.
HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Ekstraksi ADN dan PCR............................................................................ 27 4.1.1. Ekstraksi ADN ................................................................................ 27 4.1.2. Reaksi PCR RAPD.......................................................................... 28 4.1.2.1. Seleksi Primer ........................................................................... 28 4.1.2.2. RAPD........................................................................................ 31 4.2. Variasi Genetik .......................................................................................... 33 4.2.1. Variasi Genetik dalam Populasi .................................................... 33 4.2.2. Variasi Genetik antar Populasi ...................................................... 35 4.3. Implikasi Genetik Sistem Silvikultur TPTJ ............................................. 36
V.
KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan................................................................................................. 38 5.2. Saran........................................................................................................... 38
DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................. 39 LAMPIRAN ............................................................................................................. 41
10
DAFTAR TABEL
No.
Teks
Halaman
1. Variasi genetik famili Dipterocarpaceae.............................................................. 16 2. Komposisi bahan untuk ekstraksi ADN dan PCR................................................ 18 3. Alat ekstraksi ADN, RAPD dan analisis data ...................................................... 18 4. Komposisi bahan ekstraksi ADN......................................................................... 20 5. Urutan basa nukleotida ......................................................................................... 23 6. Komposisi bahan untuk reaksi PCR..................................................................... 23 7. Tahapan-tahapan dalam proses PCR .................................................................... 24 8. Kulitas pita primer pada ADN biji ....................................................................... 31 9. Pengukuran variasi genetik dalam populasi......................................................... 33 10. Jarak genetik antar populasi................................................................................. 35
