INDUKSI MUTASI DENGAN IRRADIASI SINAR GAMMA PADA KEDELAI (Glycine max (L.) Merrill) KULTIVAR SLAMET DAN LUMUT
SIH HARTINI
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul ”Induksi Mutasi dengan Irradiasi Sinar Gamma pada Kedelai (Glycine max (L.) Merrill) Kultivar Slamet dan Lumut” merupakan gagasan dan karya saya bersama pembimbing yang belum pernah dipublikasikan dalam bentuk apapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan oleh penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Agustus 2008
Sih Hartini NRP G351060081
ABSTRACT SIH HARTINI. (Induction of Mutation with Gamma Ray Irradiation at Slamet and Lumut Cultivars of Soybean (Glycine max (L.) Merrill)). Under direction of UTUT WIDYASTUTI and MUHAMMAD JUSUF.
The aim of this research was to produce Gα mutants of two cultivars of Soybean using 60Co gamma irradiation with 0.0; 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; and 0.5 kGy dosage. Two Soybean cultivars tested were Slamet and Lumut. The mutated Soybean were detected at M-1 and M-2 filials. M-1 was used for screening general mutation based on plant hight variable, and M-2 for Gα and stability mutations based on stomatal opening characteristic. The results indicated that irradiation at dosage of 0.1 – 0.5 kGy produced plant mutation in different characteristics such as big seeds, flower’s colour, leaf’s form and leaflets mutation of the two cultivars. In addition, 60Co gamma irradiation at the dosage of 0.1 dan 0.3 kGy produced 10 Gα mutants putatives. The mutant had 24-40 cm hight and closed stomata at both cultivars. Molecular analysis was run in one Gα gene mutant putative only. Based on molecular analysis showed that gamma irradiation at 0.3 kGy in Slamet cultivar caused 1 Gα gene mutant. Keywords : Soybean, mutation, gamma ray irradiation, Gα
RINGKASAN SIH HARTINI. (Induksi Mutasi dengan Irradiasi Sinar Gamma pada Kedelai (Glycine max (L.) Merrill) kultivar Slamet dan Lumut). Dibimbing oleh UTUT WIDYASTUTI dan MUHAMMAD JUSUF. Kedelai merupakan bahan makanan penting karena dapat dikonsumsi secara langsung maupun digunakan sebagai bahan baku agroindustri, namun untuk memenuhi tingginya kebutuhan kedelai masih tergantung impor karena produksi nasional masih sangat rendah. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut perlu dilakukan upaya peningkatan produksi. Peningkatan produksi bisa dilakukan dengan berbagai macam cara antara lain melalui usaha pemuliaan tanaman. Pemuliaan tanaman dapat dilakukan dengan merakit kultivar baru, dan keragaman merupakan modal dasar untuk merakit kultivar baru. Salah satu upaya peningkatan keragaman yaitu dengan induksi mutasi. Mutasi bisa dihasilkan oleh beberapa agen mutagenik seperti radiasi, non radiasi maupun kimia. Sumber irradiasi yang sering digunakan adalah sinar X, sinar gamma, ultra-violet, sinar beta dari radioisotop dan sinar neutron dari reaktor atom. Penelitian ini menggunakan sinar gamma dari 60Co. Kedelai kultivar Lumut dan Slamet memiliki perbedaan dalam sistem toleransi terhadap aluminium. Kultivar Lumut merupakan kultivar yang peka terhadap cekaman aluminium sedangkan kultivar Slamet toleran. Gen Gα diduga berperan dalam sistem toleransi terhadap aluminium pada kedua kultivar tersebut. Untuk melihat keterlibatan fungsi gen Gα secara langsung dalam sistem pertahanan terhadap cekaman Al dapat dilakukan dengan pendekatan reverse genetic yaitu menonaktifkan gen Gα. Teknik yang digunakan untuk menonaktifkan gen tersebut adalah dengan induksi mutasi menggunakan irradiasi sinar gamma karena radiasi gamma mempunyai energi yang sangat besar sehingga mampu menembus jaringan tanaman dengan maksimal. Tujuan penelitian ini adalah untuk memperoleh berbagai macam mutan termasuk mutan gen Gα pada kedelai kultivar Slamet dan Lumut yang diinduksi irradiasi sinar gamma. Untuk mendapatkan mutan tersebut dilakukan skrining, dengan menanam kedelai dalam dua periode tanam. Periode tanam I (M-1) mengikuti pola Rancangan Acak Kelompok (RAK) dengan 2 faktor (dosis irradiasi dan kultivar) dan 3 kelompok ulangan, merupakan tahapan seleksi terhadap berbagai macam mutan. Dosis irradiasi yang digunakan adalah 0; 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; dan 0.5 kGy, kultivar yang digunakan adalah Lumut dan Slamet. Kedelai ditanam dalam petakan, tiap petak terdapat 100 lubang, masing-masing lubang berisi 2 biji kedelai. Mutan yang diperoleh selanjutnya ditanam kembali sebagai generasi M-2. Rancangan yang digunakan dalam periode tanam II adalah Rancangan Acak Lengkap (RAL). Benih ditanam dengan membentuk barisan yang bersambungan antara satu induk dengan induk yang lain. Tiap induk diambil 30 biji, namun untuk induk yang memiliki jumlah biji kurang dari 30, biji ditanam semua. Hasil seleksi periode tanam I, dari 657 induk ditanam sebanyak 10.216 tanaman. Hasil seleksi pada periode tanam I diperoleh bermacam-macam mutan antara lain: mutan warna biji, mutan warna bunga, mutan jumlah anak daun, mutan bentuk daun, mutan motif daun, mutan biji besar dan mutan pendek.
v
Selanjutnya mutan tersebut diuji stabilitasnya pada generasi M-2. Mutan stabil ditunjukkan oleh tidak adanya segregasi pada generasi M-2. Mutan warna biji dan mutan motif daun belum stabil karena mengalami segregasi pada generasi M-2, sedangkan mutan lainnya sudah stabil tidak bersegregasi. Mutan pendek merupakan prioritas dalam penelitian ini karena merupakan indikator tanaman tersebut mengalami mutasi Gα. Selanjutnya mutan pendek tersebut diperiksa perilaku stomatanya. Mutan Gα ditunjukkan oleh perubahan pembukaan stomata dimana stomata cenderung menutup. Untuk melihat perilaku stomata diambil tigapuluh sampel mutan pendek stabil, dari tigapuluh sampel tersebut diperoleh sepuluh tanaman dengan kondisi stomata menutup. Selanjutnya tanaman yang memiliki stomata menutup dilihat ekspresi gen Gα nya untuk memastikan bahwa tanaman tersebut telah mengalami mutasi. Sepuluh tanaman yang diduga mutan Gα berdasarkan perilaku stomata, baru diperiksa satu mutan Gα berdasarkan ekspresi gennya. Mutan tersebut berasal dari kultivar Slamet dosis irradiasi 0.3 kGy. Tanaman wild type (kontrol) menghasilkan pita dengan ukuran 1380 pb, sedangkan tanaman mutan tidak menghasilkan pita tersebut. Tidak munculnya pita pada mutan menunjukkan bahwa gen Gα tidak diekspresikan karena telah mengalami mutasi. Kata kunci : kedelai, mutasi, irradiasi sinar gamma, Gα
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2008 Hak Cipta dilindungi Undang-Undang 1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah. b. Pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB. 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini dalam bentuk apapun tanpa izin IPB.
INDUKSI MUTASI DENGAN IRRADIASI SINAR GAMMA PADA KEDELAI (Glycine max (L.) Merrill) KULTIVAR SLAMET DAN LUMUT
SIH HARTINI
Tesis Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Departemen Biologi
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
Judul Tesis Nama NRP
: Induksi Mutasi dengan Irradiasi Sinar Gamma pada Kedelai (Glycine max (L.) Merrill) Kultivar Slamet dan Lumut : Sih Hartini : G 351060081
Disetujui Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Muhammad Jusuf Anggota
Dr. Ir. Utut Widyastuti, MSi. Ketua
Diketahui
Ketua Program Studi Biologi
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Dedy Duryadi S, DEA
Prof. Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS.
Tanggal Ujian: 19 Agustus 2008
Tanggal Lulus:
PRAKATA Alhamdulillah, segala puji penulis panjatkan kehadlirat Allah SWT atas limpahan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian serta penyusunan tesis ini. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa sangatlah sulit untuk menyelesaikan penelitian dan penyusunan tesis ini tanpa bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terimakasih serta penghargaan yang setinggi-tingginya kepada: 1. Dr. Ir. Utut Widyastuti, MSi. selaku ketua komisi pembimbing atas semua jerih payah dan waktu yang telah diluangkan untuk memberikan bimbingan, arahan dan kemudahan kepada penulis dari mulai penelitian hingga terselesaikannya tesis ini. 2. Dr. Ir. Muhammad Jusuf selaku anggota komisi pembimbing atas ilmu, waktu dan bimbingan yang diberikan kepada penulis dengan penuh kesabaran sehingga tesis ini dapat terselesaikan. 3. Dr. Ir. Hajrial Aswidinnoor, MSc. selaku dosen penguji atas kritik dan sarannya untuk kesempurnaan tesis ini. 4. Dekan Sekolah Pascasarjana IPB dan Ketua Program Studi Biologi atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti pendidikan Pascasarjana di IPB. 5. Pusat Penelitian Sumberdaya Hayati dan Bioteknologi (PPSHB) dan Laboratorium Anatomi Tumbuhan Departemen Biologi IPB yang telah menyediakan fasilitas untuk melakukan penelitian. 6. Departemen Agama RI dan Proyek Hibah Bersaing XII atas nama Dr. Ir. Utut Widyastuti, MSi yang telah membiayai penelitian ini. 7. Pak Adi, pak Erfan, Jaya, mbak Pepi, pak Mulya, pak Muzuni, mbak Niken dan rekan-rekan di laboratorium BIORIN PPSHB IPB serta rekan-rekan BUD DEPAG 2006 yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya atas bantuan, kerjasama dan dukungannya selama ini. Secara khusus, penulis sampaikan rasa terimakasih yang tulus kepada suami tercinta Drs. Priyono, MSi atas segala pengorbanan baik moril maupun materiil, dorongan, kesabaran, pengertian dan doanya. Kepada ibunda tercinta dan bapak ibu mertua yang tiada mengenal lelah selalu mendoakan penulis sampai saat ini, penulis sampaikan terimakasih yang tiada batas. Untuk ananda Hanif Alfian Aliefananda dan Hafidz Fadlila Akbar, terimakasih atas pengorbanan dan perjuangannya untuk melewati hari-hari tanpa kehadiran penulis. Semoga Allah SWT senantiasa melimpahkan rahmat dan kasih sayang-Nya kepada mereka, Amien. Akhirnya, penulis berharap semoga tulisan ini dapat bermanfaat dan dapat memberikan sumbangan bagi perkembangan kedelai di Indonesia.
Bogor, Agustus 2008
Sih Hartini
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Sragen, Jawa Tengah pada tanggal 17 Agustus 1971, sebagai anak keempat dari empat bersaudara pasangan Ayah Darmopitoyo (Alm) dan Ibu Sayem. Penulis menikah dengan Drs. Priyono, MSi. dan dikaruniai dua putra Hanif Alfian Aliefananda dan Hafidz Fadlila Akbar. Penulis menyelesaikan pendidikan sarjana di Universitas Muhammadiyah Surakarta, Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FPMIPA) jurusan Biologi tahun 1994. Pada tahun 2006, penulis mendapat kesempatan untuk melanjutkan studi S2 pada program Studi Biologi, Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor dengan Beasiswa dari Departemen Agama RI. Saat ini penulis bekerja sebagai guru Biologi pada Madrasah Aliyah Negeri 1 Semarang Jawa Tengah.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL .................................................................................
xii
DAFTAR GAMBAR ...............................................................................
xiii
DAFTAR LAMPIRAN ...........................................................................
xiv
PENDAHULUAN Latar Belakang .............................................................................. Tujuan Penelitian .......................................................................... Hipotesis Penelitian ......................................................................
1 3 3
TINJAUAN PUSTAKA Mutasi ............................................................................................ Protein Heterotrimerik-G Subunit α ..............................................
4 7
BAHAN DAN METODE Waktu dan Tempat ........................................................................ Bahan Tanaman ............................................................................ Metode Penelitian .......................................................................... Radiasi benih......................................................................... Penanaman di Lapang ........................................................... Observasi Lapang dan Deteksi Mutasi.................................. Preparasi Struktur Anatomi Stomata..................................... Ekspresi Gen Gα dengan Teknik PCR ................................. Analisis Data..................................................................................
10 10 10 11 11 12 12 12 15
HASIL Analisis Diskriminan terhadap Tanaman M-1 .............................. Tipe-Tipe Mutan pada Tanaman M-1 ........................................... Uji Stabilitas M-2 .......................................................................... Konfirmasi Mutasi Gα dengan Observasi Stomata ...................... Studi Ekspresi Gen Gα .................................................................
16 19 25 29 30
PEMBAHASAN Analisis Diskriminan terhadap Tanaman M-1 ............................... Tipe-Tipe Mutan pada Tanaman M-1 dan Uji Stabilitas pada Tanaman M-2 ................................................................................ Konfirmasi Mutasi Gα dengan Observasi Stomata dan Ekspresi Gen .................................................................................
31 33 37
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan ....................................................................................... Saran .............................................................................................
38 38
DAFTAR PUSTAKA ..............................................................................
39
LAMPIRAN .............................................................................................
44
DAFTAR TABEL Halaman 1 2 3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13
Hasil pengelompokan dua belas populasi dari Analisis Diskriminan .......................................................................
16
Asal populasi dan karakter enam kelompok baru hasil Analisis Diskriminan .......................................................................
18
Jumlah tanaman M-1, jumlah mutan dan frekuensi mutan warna biji per seribu tanaman M-1 pada lima dosis irradiasi kultivar Lumut dan Slamet ...............................................................
19
Jumlah tanaman M-1, jumlah mutan dan frekuensi mutan warna bunga per seribu tanaman M-1 pada lima dosis irradiasi kultivar Lumut dan Slamet ...............................................................
20
Jumlah tanaman M-1, jumlah mutan dan frekuensi mutan jumlah anak daun per seribu tanaman M-1 pada lima dosis irradiasi kultivar Lumut dan Slamet ...............................................................
21
Jumlah tanaman M-1, jumlah mutan dan frekuensi mutan bentuk daun per seribu tanaman M-1 pada lima dosis irradiasi kultivar Lumut dan Slamet ..............................................................
22
Jumlah tanaman M-1, jumlah mutan dan frekuensi mutan motif daun per seribu tanaman M-1 pada lima dosis irradiasi kultivar Lumut dan Slamet ...............................................................
23
Jumlah tanaman M-1, jumlah mutan dan frekuensi mutan pendek per seribu tanaman M-1 pada lima dosis irradiasi kultivar Lumut dan Slamet ........................................................................................
25
Warna bunga M-1, jumlah keturunan dan segregasi warna bunga M-2 dari tujuh induk mutan kultivar Lumut dan Slamet .................
26
Jumlah anak daun M-1, jumlah keturunan dan segregasi jumlah anak daun M-2 dari sembilan induk kultivar Lumut dan Slamet .....
27
Bentuk daun M-1, jumlah keturunan dan segregasi bentuk daun M-2 dari enam induk mutan kultivar Lumut dan Slamet .................
27
Jumlah tanaman M-1, frekuensi mutan pendek stabil terhadap wild type dan induk per seribu tanaman M-1 ...................................
28
Tanaman yang diduga mutan gen Gα berdasarkan perilaku stomata ...............................................................................
29
DAFTAR GAMBAR Halaman 1
Diagram alir tahapan penelitian .......................................................
10
2
Variasi warna biji kedelai kultivar Lumut dan Slamet ....................
19
3
Variasi warna bunga kedelai kultivar Lumut dan Slamet ................
20
4
Variasi jumlah anak daun kedelai kultivar Lumut dan Slamet ........
21
5
Variasi bentuk daun kedelai kultivar Lumut dan Slamet .................
22
6
Variasi motif daun kedelai kultivar Lumut dan Slamet ...................
23
7
Perbandingan ukuran biji pada kultivar Lumut wild type dengan mutan ...................................................................................
24
8
Mutan pendek pada kedelai kultivar Lumut dan Slamet ..................
25
9
Perilaku stomata tanaman wild type dan mutan ...............................
29
10
cDNA aktin dan gen Gα ...................................................................
30
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1
Uji keragaman antar populasi untuk tiap-tiap variabel .....................
45
2
Segregasi jumlah anak daun pada M-2 dari 60 induk mutan............
46
3
Hasil uji beda nyata tanaman M-2 stabil pendek yang diuji terhadap induknya ...........................................................
48
