KARAKTER VEGETATIF DAN REPRODUKTIF TANAMAN MUTAN PADI SENSITIF ALUMINIUM
YAN MAULANA
DEPARTEMEN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011
ABSTRAK YAN MAULANA. Karakter Vegetatif dan Reproduktif Tanaman Mutan Padi Sensitif Aluminium. Dibimbing oleh MIFTAHUDIN dan TATIK CHIKMAWATI. Mekanisme toleransi Aluminium (Al) pada tanaman padi belum sepenuhnya dimengerti. Untuk mempelajari mekanisme toleransi Al dapat digunakan tanaman sensitif Al yang berasal dari tanaman toleran Al. Penelitian ini bertujuan mempelajari karakter vegetatif dan reproduktif tanaman mutan padi sensitif Al yang berasal dari padi cv. Hawara Bunar (HB) yang toleran Al. Biji mutan padi HB generasi ke 2 (M2) ditapis dengan teknik hidroponik berdasarkan karakter Root Re-Growth (RRG). Kecambah padi umur 5 hari ditumbuhkan pada kultur hara minimum dengan cekaman Al 15 ppm selama 72 jam dan masa pemulihan (tanpa Al) selama 48 jam. Nilai RRG ditentukan berdasarkan selisih panjang akar utama setelah pemulihan dan setelah cekaman. Tanaman terpilih kemudian ditanam di rumah kaca dengan teknik budidaya padi sawah. Hasil percobaan menunjukkan akar utama tanaman mutan sensitif Al tidak mampu tumbuh kembali setelah masa pemulihan. Sebanyak 13 nomor mutan sensitif Al diperoleh dari penapisan terhadap populasi M2. Mutan nomor 20-11 memiliki nilai rata-rata RRG terendah dan memiliki prosentase mutan yang tinggi. Karakter vegetatif dan reproduktif tanaman mutan M2 sangat bervariasi. Berdasarkan analisis kemiripan, tanaman mutan yang relatif mirip dengan tipe liarnya yaitu nomor 20-11-5, 16-20-14, dan 20-11-6. Tanaman mutan yang potensial untuk dikembangkan yaitu nomor 20-11-5 dan 20-11-6 karena memiliki sifat sensitif terhadap Al dan memiliki kemiripan karakter vegetatif dan reproduktif yang tinggi dengan tipe liarnya. Sifat sensitif Al tanaman mutan belum sepenuhnya stabil hingga generasi ke 3. Kata kunci: Tanaman mutan, Padi var HB, RRG
ABSTRACT YAN MAULANA. Vegetative and Reproductive Characters of Aluminum Sensitive Rice Mutants. Supervised by MIFTAHUDIN and TATIK CHIKMAWATI. Aluminum (Al) tolerant mechanism in rice has not been fully understood. Aluminum tolerant mechanism can be studied using Al-sensitive plant originated from Al-tolerant plant. The research objective was to study the vegetative and reproductive characters of Al-sensitive rice mutant derived from rice cv Hawara Bunar (HB) that originally tolerant to Al. Seedlings of rice mutant generation M2 were screened using hydroponic technique based on Root Re-growth (RRG). Five days old seedlings were grown on minimum culture solution containing 15 ppm of Al for 72 hours and then transferred to non Al-treated culture solution for 48 hours. The value of RRG was determined based on the length difference between root seminal length after recovery and after Al stress. The selected seedlings were grown in green house according to low land rice cultivation technique. The result showed that the seminal root of Al sensitive rice mutants was not able to regrow during period of recovery. The screening result obtained 13 numbers of Al-sensitive mutants in M2 generation. Mutant number 20-11 had the lowest of RRG average value and the highest percentage of mutants. Vegetative and reproductive characters of rice mutant generation M2 were varied significantly. Mutant plants similar to wild type were numbers 20-11-5, 16-20-14, and 20-11-6. The mutant numbers 20-11-5 and 20-11-6 were potential to be developed, because they were the most similar to the wild type, except the tolerance to Al. Al-sensitive mutant plants is not fully stable until the third generation. Keywords: Mutant Plant, Rice var HB, RRG
KARAKTER VEGETATIF DAN REPRODUKTIF TANAMAN MUTAN PADI SENSITIF ALUMINIUM
YAN MAULANA
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Biologi
DEPARTEMEN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011
Judul skripsi : Karakter Vegetatif dan Reproduktif Tanaman Mutan Padi Sensitif Aluminium Nama : Yan Maulana NIM : G34061251
Disetujui:
Pembimbing I,
Pembimbing II,
(Dr.Ir. Miftahudin M.Si) NIP 19620419 198903 1 001
(Dr.Ir. Tatik Chikmawati M.Si) NIP 19640306 199002 2 001
Diketahui: Ketua Departemen Biologi
(Dr. Ir. Ence Darmo Jaya Supena, M.Si) NIP 19641002 198903 1 002
Tanggal lulus:
PRAKATA Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala rahmat dan karuniaNya sehingga karya ilimiah ini dapat diselesaikan. Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan Februari 2010 sampai dengan November 2010, bertempat di Laboratorium Fisiologi Tumbuhan Departemen Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam dan Rumah Kaca Kebun Percobaan Cikabayan Institut Pertanian Bogor. Penulis mengucapkan terima kasih kepada bapak Dr. Ir. Miftahudin M.Si dan ibu Dr. Ir. Tatik Chikmawati M.Si selaku pembimbing yang selalu memberikan semangat, dukungan dan ilmunya selama penelitian dalam penulisan karya ilmiah ini. Penulis mengucapkan terima kasih kepada keluarga tercinta Ayah, Ibu, Kak Dewi, Kak Arfan, Kak Wahyu, Adik Lia yang selalu memberikan semangat, do’a, perhatian dan kasih sayangnya. Terima kasih kepada Mala Setiawati, Risa Swandari, Haekal Miraji, Eko Hadi Wibowo, Dzulfaqor, Mawardi Bagindo, Iqbal kusnandarsyah, Astri Nur Andini, Sarah Mashaby, Christine Marsaulina atas dorongan semangat dan persahabatannya. Kak Arif Pambudi, Kak Andik Wijayanto, dan Ibu Dewi atas konsultasi dan sarannya. Teman-teman Biologi Futsal Club (BFC) atas do’a dan semangatnya. Putri Emilya Adawiah yang telah memberikan semangat dan perhatiannya. Adik-adik kelas biologi angkatan 44, 45, dan 46 atas semua dukungannya. Serta seluruh teman-teman biologi IPB, khususnya angkatan 43 yang telah memberikan semangat tanpa akhir. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan. Bogor, Juni 2011
Yan Maulana
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta tanggal 11 Januari 1989, merupakan putra ketiga dari empat bersaudara dari pasangan Bapak Ahyadi dan Ibu Munyati. Penulis lulus dari SMUN 66 Jakarta pada tahun 2006 dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB). Penulis memilih mayor Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah Biologi dasar TPB tahun ajaran 2009-2010, mata kuliah fisiologi Tumbuhan tahun 2008-2009, mata kuliah Anatomi dan Morfologi tumbuhan tahun 2009, mata kuliah Biologi Alga dan Lumut tahun 2009. Pada tahun 2011 penulis menjuarai turnamen futsal antar jurusan Biologi se-Jabodetabek. Selain itu penulis juga mengajar biologi SMA di bimbingan belajar LCC-LP3I Bogor tahun 2011.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ..........................................................................................................................viii DAFTAR GAMBAR .....................................................................................................................viii PENDAHULUAN ............................................................................................................................ 1 Latar belakang .............................................................................................................................. 1 Tujuan ........................................................................................................................................... 1 BAHAN DAN METODE ................................................................................................................. 1 Waktu dan Tempat........................................................................................................................ 1 Bahan dan Alat ............................................................................................................................. 1 Kultur hara .................................................................................................................................... 1 Analisis Root re-growth (RRG) .................................................................................................... 2 Penanaman Padi ............................................................................................................................ 2 Analisis Karakter Vegetatif dan Reproduktif................................................................................ 2 Analisis Data................................................................................................................................. 2 HASIL ............................................................................................................................................... 2 Penapisan mutan padi generasi M2 .............................................................................................. 2 Morfologi akar kecambah mutan padi sensitif Al......................................................................... 2 Keragaan Fenotip Tanaman Mutan M2 ........................................................................................ 3 Karakter Vegetatif ........................................................................................................................ 3 Tinggi tanaman ......................................................................................................................... 3 Jumlah daun ............................................................................................................................. 3 Jumlah dan panjang ruas .......................................................................................................... 4 Jumlah anakan .......................................................................................................................... 4 Karakter Reproduktif .................................................................................................................... 4 Anakan produktif dan umur berbunga ...................................................................................... 4 Panjang malai dan daun bendera .............................................................................................. 4 Umur panen .............................................................................................................................. 4 Jumlah biji total per malai ........................................................................................................ 4 Prosentase biji isi per malai ...................................................................................................... 5 Jumlah biji per rumpun ............................................................................................................ 5 Bobot biji isi per malai dan biji seribu butir ............................................................................. 5 Kestabilan Mutan pada Generasi M3 berdasarkan RRG .............................................................. 5 PEMBAHASAN ............................................................................................................................... 6 SIMPULAN ...................................................................................................................................... 7 SARAN ............................................................................................................................................. 7 DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................................................... 7
viii
DAFTAR TABEL Halaman 1 Jumlah biji yang ditapis, prosentase mutan dan nilai rata-rata RRG mutan M2 ............................ 2 2 Kisaran rata-rata karakter vegetatif dan reproduktif tanaman mutan M2....................................... 3 3 Nilai uji kemiripan (Sneath & Sokal 1973) tanaman mutan M2 .................................................... 3 4 Komponen vegetatif mutan M2 sensitif Al .................................................................................... 4 5 Panjang ruas mutan M2 sensitif Al ................................................................................................ 4 6 Komponen reproduktif mutan M2 sensitif Al ............................................................................... 5 7 Komponen hasil mutan M2 sensitif Al .......................................................................................... 5 8 Jumlah biji yang ditapis, prosentase mutan, dan nilai rata-rata RRG mutan M3 ........................... 5
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Morfologi akar padi setelah masa pemulihan................................................................................. 3 2 Morfologi daun tanaman mutan nomor 20-11-17. ......................................................................... 3 3 Kurva pertumbuhan tinggi tanaman mutan padi Hawara Bunar sensitif Al per 2 minggu............. 4 4 Tinggi tanaman mutan (A) dan kontrol (B).................................................................................... 4
1
PENDAHULUAN Latar belakang Tanaman padi (Oryza sativa L) merupakan tanaman pangan yang penting di Indonesia. Kebutuhan pangan meningkat seiring bertambahnya jumlah penduduk. Akan tetapi lahan subur untuk pertanian semakin berkurang karena adanya perubahan fungsi lahan menjadi tempat tinggal dan kawasan industri. Sebagai alternatif, pertanian tanaman pangan diarahkan ke pemanfaatan lahan kering seperti lahan asam. Pertanian di lahan asam banyak mengalami masalah. Kendala utama yang sering dihadapi yaitu cekaman Aluminium (Al) karena kelarutan yang tinggi (Ismunadji et al. 1990). Menurut Delhaize dan Ryan (1995), Al3+ adalah bentuk Al paling beracun bagi tanaman pada pH rendah. Pengaruh Al pada tanaman dapat dilihat melalui perkembangan akar karena akar merupakan bagian yang sensitif terhadap keracunan Al. Gejala awal yang tampak pada keracunan Al, yaitu tidak berkembangnya sistem perakaran sebagai akibat penghambatan perpanjangan sel akar. Hal ini disebabkan terjadinya penggabungan Al dengan dinding sel dan penghambatan pembelahan sel, sehingga menghambat penyerapan hara dan air (Marschner 1995). Mekanisme toleransi Al tanaman padi belum sepenuhnya dimengerti. Untuk mempelajari mekanisme bisa dilakukan dengan berbagai metode, dan salah satunya adalah dengan menggunakan tanaman mutan yang dapat dihasilkan melalui teknik mutasi. Mutasi adalah perubahan yang terjadi pada DNA. Menurut Jusuf (2001), mutasi menyebabkan perubahan pada tingkat basa, pada ruas DNA, bahkan pada kromosom. Mutasi pada tanaman dapat terjadi di bagian aktif sel pembelahan, seperti tunas dan biji yang sedang berkembang. Induksi mutasi dengan radiasi sinar gamma merupakan cara yang efektif untuk memperluas keragaman genetik. Sifat mutasi yang bersifat acak menyebabkan struktur gen berubah. Menurut Poespodarsono (1986) sifat mutasi akan diwariskan kepada generasi berikutnya bila terjadi mutasi pada organ generatif, sedangkan jika mutasi terjadi di sel somatik, sifat mutan tidak diwariskan. Penelitian ini merupakan lanjutan dari hasil penelitian sebelumnya (Rahayu 2009) yang telah mendapatkan mutan kultivar Hawara Bunar yang sensitif terhadap cekaman
Al. Padi Hawara Bunar adalah kultivar padi lokal yang toleran terhadap Al. Melalui pelaksanaan penelitian ini, diharapkan akan diperoleh padi kultivar Hawara Bunar yang sensitif Al yang selanjutnya dapat digunakan untuk mempelajari mekanisme toleransi Al dan sumber isoline gen toleransi Al pada tanaman padi.
Tujuan Penelitian ini bertujuan mempelajari karakter vegetatif dan reproduktif dari mutan padi sensitif Al yang berasal dari padi Hawara Bunar.
BAHAN DAN METODE Waktu dan Tempat Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Desember 2009 sampai November 2010 bertempat di laboratorium Fisiologi Tumbuhan Departemen Biologi FMIPA IPB dan rumah kaca Kebun Percobaan Cikabayan IPB. Bahan dan Alat Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian meliputi 36 nomor mutan padi Hawara Bunar (HB) generasi ke 2 (M2), biji tetua HB dan IR64, larutan NaOCl 0.5%, KOH, HCL, aquades, larutan hara, tanah latosol, pupuk kandang, pupuk NPK, fungisida, dan insektisida. Alat-alat yang digunakan terdiri dari pH meter, timbangan, wadah berlubang, balp, pipet volumetrik, kertas buram, aerator, pipet mikro, growth chamber, pot, dan meteran. Kultur hara Sebanyak 20 biji mutan padi kultivar Hawara Bunar per nomor generasi M2 direndam dalam larutan NaOCl 0,5% selama 15 menit, kemudian dicuci dengan air destilata dan direndam dalam air selama 24 jam pada suhu ruang. Biji kemudian dikecambahkan selama 2-3 hari pada suhu ruang dalam kondisi gelap. Kecambah yang tumbuh kemudian diadaptasikan pada wadah berlubang yang diapungkan di atas wadah plastik berukuran 55 cm x 30 cm x 20 cm yang berisi media kultur hara minimum dengan pH 4,0 (Miftahudin et al 2002) selama 24 jam dan diberi aerasi. Selanjutnya perlakuan cekaman Al dengan pemberian 15 ppm Al3+ dalam bentuk AlCl3.6H2O selama 72 jam. Masa pemulihan dari cekaman Al dilakukan selama 48 jam dengan cara
2
memindahkan kecambah ke larutan hara tanpa Al. Analisis Root re-growth (RRG) Pengukuran Root Regrowth (RRG) dilakukan dengan cara mengukur panjang akar pada saat akhir perlakuan cekaman Al dan pada saat akhir masa pemulihan. Nilai RRG merupakan selisih antara panjang akar pada akhir masa pemulihan dan panjang akar pada akhir perlakuan Al (Miftahudin et al 2005). Untuk keperluan penapisan, ditentukan batas nilai RRG yang digunakan untuk membedakan tanaman toleran dan sensitif Al. Jika tanaman memilki RRG < 2.5 cm maka tanaman tersebut termasuk sensitif Al, kalau tidak maka tanaman termasuk toleran Al dan tidak digunakan untuk percobaan selanjutnya. Penanaman Padi Kecambah yang terseleksi kemudian ditumbuhkan pada media kultur hara tanpa Al sampai berumur 20 hari, selanjutnya dipindahkan pada pot penanaman yang telah berisi media tanam berupa 8 kg tanah latosol Cikabayan yang sebelumnya telah ditambah pupuk kandang dan dilumpurkan. Pemeliharaan tanaman dilakukan sesuai prosedur budidaya tanaman padi, meliputi penyiraman, penyiangan, pemupukan, dan penyemprotan dengan insektisida dan fungisida bila ada serangan hama atau penyakit. Karakter Vegetatif dan Reproduktif Karakter vegetatif meliputi pengamatan tinggi tanaman, jumlah daun, jumlah ruas, panjang ruas, dan jumlah anakan. Karakter reproduktif meliputi pengamatan anakan produktif, umur berbunga, panjang malai, panjang daun bendera, umur panen, jumlah biji total per malai, prosentase biji isi, jumlah biji isi per rumpun, bobot biji isi, dan bobot seribu butir. Analisis Data Analisis data dilakukan dengan NTSYSpc versi 2.1 dan pembandingan nilai tiap peubah dengan melakukan uji kemiripan (Sokal & Sneath 1963) berdasarkan nilai korelasi antar peubah dari tiap peubah yang diamati antara tanaman mutan dan kontrol.
HASIL Penapisan mutan padi generasi M2 Hasil penapisan terhadap 36 nomor M2 berdasarkan nilai RRG pada 15 ppm Al diperoleh 13 nomor yang memiliki nilai RRG rata-rata < 2.5 cm (Tabel 1). Tabel 1 Jumlah biji yang ditapis, prosentase mutan dan nilai rata-rata RRG mutan M2 RataNomor ∑ Biji Mutan rata No kelompok yang (%) RRG mutan diuji (cm) 1 17-12 12 66.7 2.0 2 20-11 19 94.7 0.6 3 20-68 18 44.4 2.3 4 24-81 19 47.4 2.4 5 28-40 12 100 1.5 6 31-19 19 94.7 2.1 7 33-05 12 91.7 1.6 8 35-35 15 93.3 1.6 9 38-67 16 68.8 2.4 10 40-67 10 90.0 1.9 11 41-42 20 85.0 1.8 12 42-84 16 37.5 2.3 13 50-56 30 50.0 2.2 Nomor 20-11 memiliki rata-rata RRG terkecil yaitu 0.6 cm dengan prosentase mutan 94.7 % (Tabel 1). Hal ini menunjukkan nomor padi tersebut berpotensi sebagai sumber mutan sensitif Al yang stabil. Hasil penapisan juga menunjukkan beberapa nomor padi yang sebelumnya tergolong sensitif Al masih memiliki bersifat toleran Al, sebagai indikasi bahwa mutan sensitif pada generasi tersebut belum stabil. Morfologi akar kecambah mutan padi sensitif Al Pada kondisi tercekam Al, morfologi akar utama padi mutan sensitif Al terlihat pendek dan menebal, serta menyerupai akar padi IR64 (Gambar 1). Akar utama dari tanaman mutan setelah masa pemulihan tidak mengalami pertumbuhan. Hal ini menunjukkan rusaknya sistem perakaran pada tanaman mutan. RRG hanya diukur akar utamanya tanpa melihat perkembangan akar lateralnya, karena pertumbuhan akar lateral tidak stabil.
3
Bentuk strip ini hanya terdapat pada dua anakan saja, dan tidak terdapat pada tanaman mutan lainnya. Tanaman mutan nomor 33-0512 memiliki tinggi tanaman 141 cm dan jumlah anakan sebanyak 25. Selain itu ukuran bijinya juga kecil dibandingkan dengan biji mutan lainnya. akan tetapi tanaman mutan ini hanya menghasilkan biji hampa.
Strip Gambar 1 Morfologi akar padi Hawara Bunar kontrol toleran Al (A), Kontrol sensitif IR64 (B), mutan sensitif Hawara Bunar (C,D,E) setelah masa pemulihan (tanpa Al). Keragaan Fenotip Tanaman Mutan M2 Tanaman mutan sensitif Al yang ditanam di tanah netral memiliki karakter vegetatif dan reproduktif yang bervariasi (Tabel 2). Tabel 2 Kisaran rata-rata karakter vegetatif dan reproduktif tanaman mutan M2 Kisaran nilai Karakter vegetatif No pada generasi dan reproduktif M2 1 Tinggi tanaman(cm) 92-199 2 3 4
Jumlah daun Jumlah ruas Jumlah anakan
2.7-5.3 3.3-5.0 1.0-23.0
5
Anakan produktif
1.0-10.0
6
Umur berbunga (HST)
74-191
7
Panjang malai (cm)
8 9 10 11 12 13 14
Panjang daun bendera (cm) Umur panen (HST) Jumlah biji total per malai Prosentase biji isi per malai (%) Jumlah biji per rumpun Bobot biji isi per malai (g) Bobot seribu butir (g)
16.0-40.2 41.8-72.6 133-206 25.5-277.6 55-89 25-297 0.3-5.7 13.4-38.8
Morfologi daun tanaman mutan nomor 20-11-17 memiliki strip putih kekuningan di sepanjang pertulangan daun (Gambar 2).
Gambar 2 Morfologi daun tanaman mutan nomor 20-11-17. Berdasarkan uji kemiripan terhadap karakter vegetatif dan reproduktif tanaman mutan dengan kontrol, diperoleh 3 nomor mutan yang relatif mirip dengan kontrol yaitu nomor 20-11-5, 16-20-14, dan 20-11-6 (Tabel 3). Selanjutnya analisis difokuskan pada 3 nomor mutan tersebut. Tabel 3 Nilai uji kemiripan (Sneath & Sokal 1973) tanaman mutan M2 Nomor mutan Nilai kemiripan 20-11-5 0.999 16-20-14 0.998 20-11-6 0.996 Karakter Vegetatif Tinggi tanaman Tinggi tanaman mutan nomr 20-11-6 dan 20-11-5 tidak berbeda jauh dengan kontrol (Gambar 4). Mutan nomor 16-20-14 lebih tinggi dibandingkan mutan lainnya dan kontrol. Saat memasuki minggu ke 12-13, pertumbuhan tinggi tanaman mutan dan kontrol mengalami fase stasioner (Gambar 3). Jumlah daun Jumlah daun ketiga nomor mutan mirip dengan kontrol. Mutan nomor 20-11-5 memiliki jumlah daun lebih banyak dibandingkan mutan lainnya dan kontrol (Tabel 4).
4
Tabel 4 Komponen vegetatif mutan M2 sensitif Al Komponen vegetatif Nomor mutan JD JR JA 20-11-5 4.7 5.0 10.0 16-20-14 4.0 5.0 9.0 20-11-6 4.0 5.0 8.0 kontrol 4.3 5.1 7.3 JD= Jumlah daun per anakan, JR= jumlah ruas per anakan, JA= Jumlah anakan
Tinggi tanaman (cm)
200.0 160.0 120.0 80.0 40.0 0.0 0
2 4 6 8 10 12 14 16 minggu ke ‐ setelah tanam
Gambar 3 Kurva pertumbuhan tinggi tanaman mutan padi Hawara Bunar sensitif Al per 2 minggu 16-20-14, 20-11-5, 20-11-6, kontrol HB.
Tabel 5 Panjang ruas mutan M2 sensitif Al Nomor mutan
1
20-11-5 16-20-14 20-11-6 kontrol
48.0 54.0 44.3 52.3
Panjang ruas ke (cm) 2 3 4 29.0 33.0 30.0 33.0
24.7 35.3 27.0 26.0
15.3 21.0 16.8 18.5
5 9.3 4.3 4.7 6.4
Karakter Reproduktif Anakan produktif dan umur berbunga Anakan produktif tanaman mutan memiliki jumlah yang sama dengan kontrol. Umur berbunga tanaman mutan tidak berbeda jauh dengan kontrol (Tabel 6), namun mutan nomor 16-20-14 memiliki umur berbunga yang lebih cepat dari pada dua mutan lainnya dan kontrol.
A
B
Gambar 4 Tinggi tanaman mutan padi sensitif Al (A) dan kontrol (B). Jumlah dan panjang ruas Tanaman mutan memiliki jumlah ruas yang mirip dengan kontrol (Tabel 4). Jumlah ruas pada tiga nomor mutan memiliki jumlah yang sama. Ruas pertama tanaman mutan lebih panjang dibandingkan ruas lainya (Tabel 5). Jumlah anakan Jumlah anakan tanaman mutan lebih banyak dibandingkan dengan kontrol. Tanaman mutan nomor 20-11-6 memiliki jumlah anakan yang tidak berbeda jauh dengan kontrol (Tabel 4).
Panjang malai dan daun bendera Panjang malai dan daun bendera tanaman mutan bervariasi. Panjang malai dan daun bendera ketiga nomor mutan lebih pendek dibandingkan kontrol, akan tetapi Panjang malai dan daun bendera mutan nomor 20-11-5 paling pendek. Tanaman mutan 20-11-6 memiliki panjang malai dan daun bendera yang tidak berbeda jauh dengan kontrol (Tabel 6). Umur panen Umur panen tanaman mutan nomor 20-116 mirip dengan kontrol (Tabel 6), tetapi mutan nomor 16-20-14 memiliki umur panen lebih cepat dibandingkan mutan lainnya dan kontrol. Jumlah biji total per malai Jumlah biji total per malai tanaman mutan tidak berbeda jauh dengan kontrol (Tabel 7). Mutan nomor 20-11-5 memiliki jumlah biji total per malai mirip dengan kontrol. Tanaman mutan nomor 20-11-6 memiliki jumlah biji per malai paling tinggi dibandingkan kontrol dan dua mutan lainnya.
5
Tabel 6 Komponen reproduktif mutan M2 sensitif Al Komponen reproduktif Nomor mutan AP UB PM PDB UP 20-11-5 3 81 35.3 54.0 139 16-20-14 3 75 36.7 55.8 136 20-11-6 3 83 36.0 58.3 149 kontrol 3 82 38.8 63.5 147 AP= anakan produktif, UB= umur berbunga (HST), PM= panjang malai (cm), PDB= panjang daun bendera (cm), UP= umur panen (HST). Prosentase biji isi per malai Tanaman mutan nomor 20-11-5 memilki prosentase biji isi paling tinggi dibandingkan kontrol dan dua mutan lainnya (Tabel 7), sedangkan prosentase biji isi tanaman mutan nomor 20-11-6 tidak berbeda jauh dengan kontrol. Jumlah biji per rumpun Karakter jumlah biji per rumpun tanaman mutan tidak berbeda jauh dengan kontrol. Tanaman mutan nomor 20-11-6 memiliki jumlah biji per rumpun yang mirip dengan kontrol (Tabel 7), sedangkan mutan nomor 20-11-5 memiliki jumlah biji per rumpun lebih besar dibandingkan kontrol dan dua mutan lainnya. Bobot biji isi per malai dan biji seribu butir Tanaman mutan nomor 16-20-14 mirip dengan kontrol pada karakter bobot biji isi per malai dan bobot biji seribu butir (Tabel 7).
Kakrakter bobot biji isi per malai dan bobot biji seribu butir per malai mutan nomor 20-115 dan 20-11-6 lebih rendah dari kontrol. Tabel 7 Komponen hasil mutan M2 sensitif Al Komponen hasil Nomor JB PB JB BB BS mutan T I R I B 20-11-5 215.0 74 413 3.6 25.9 16-20-14 255.0 72 467 4.4 28.5 20-11-6 257.3 69 424 3.6 25.5 kontrol 226.1 71 448 4.3 27.3 JBT= jumlah biji total per malai, PBI= Prosentase biji isi per malai (%), JBR= jumlah biji per rumpun, BBI= bobot biji isi per malai (g), BSB= bobot seribu butir (g). Kestabilan Mutan pada Generasi M3 berdasarkan RRG Dari 28 tanaman mutan M2 yang ditapis, diperoleh 12 nomor mutan sensitif Al. sebanyak 10 nomor mutan M2 sensitif Al yang stabil pada generasi M3 dengan menunjukkan prosentase mutan sensitif Al paling tinggi yaitu 100% (Tabel 8). Hasil penapisan juga menunjukkan mutan generasi M2 nomor 20-11 merupakan mutan berpotensi, karena memiliki generasi M3 yang paling banyak berkarakter sensitif Al yang stabil. Selain itu, tanaman mutan generasi M3 yang berpotensi untuk diteliti lebih lanjut yaitu mutan nomor 20-11-5 dan 20-11-6.
Tabel 8 Jumlah biji yang ditapis, prosentase mutan, dan nilai rata-rata RRG mutan M3 No
Populasi
Σ biji yang diuji
Σ mutan
Mutan (%)
Rata-rata RRG (cm)
RRG Min (cm)
RRG Max (cm)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
12-77-3 20-11-1 20-11-4 20-11-5 20-11-6 20-11-7 20-11-11 20-11-13 20-11-15 20-11-16 20-11-17 20-11-18
17 19 19 19 18 10 20 19 17 18 20 15
17 19 19 19 18 9 20 19 17 18 20 13
100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 90.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 87.0
0.7 1.1 1.3 1.0 0.9 1.3 1.2 1.0 1.0 1.0 0.8 1.4
0.1 0.5 0.6 0.4 0.4 0.4 0.1 0.4 0.5 0.2 0.2 0.7
1.5 1.8 1.9 1.6 1.7 2.9 2.2 1.7 2.0 1.8 1.4 2.7
6
PEMBAHASAN Tanaman padi mutan sensitif Al diseleksi dengan karakter RRG, vegetatif dan reproduktif. Nomor mutan yang ditapis merupakan generasi hasil seleksi M1 dengan metode RRG dan ternyata tidak semua galur menunjukkan sifat sensitif Al. Bahkan beberapa nomor masih menunjukkan sifat toleran Al dengan nilai RRG > 2.5 cm. Hal ini sesuai dengan harapan karena menurut Harsatni & Ishak (1999), tanaman mutan akan konsisten pada generasi ke-4 dan ke-5. Hanya satu nomor kelompok mutan yang menunjukkan kestabilan karakter sensitif Al yaitu nomor 20-11. Mutasi pada tanaman mutan sensitif Al ditunjukkan dengan hilangnya kemampuan akar untuk tumbuh setelah mendapat cekaman Al. Gen pengontrol sifat toleran Al tanaman padi HB bermutasi menjadi sensitif terhadap Al. Mutasi atau perubahan struktur gen dapat diketahui dengan membandingkan tipe mutan dan tipe liarnya (tetua). Perbedaan morfologi akar mutan dan tetua terlihat jelas pada seleksi RRG. Mutan merupakan Individu yang memperlihatkan perubahan sifat (fenotip) yang berbeda dari karakter tetuanya (Jusuf 2001). Pertumbuhan akar utama padi mutan sensitif Al terhambat dan tidak mengalami pemanjangan setelah masa pemulihan 48 jam. Terjadinya penghambatan pertumbuhan akar juga terdapat pada akar padi IR64. Fenomena ini tidak terjadi pada akar padi HB yang akarnya mampu tumbuh dan berkembang setelah masa pemulihan. Menurut Zhang et al (1999), tanaman yang sensitif terhadap Al dapat diketahui dari perkembangan akar setelah mendapat perlakuan cekaman Al. Pembentukan akar tanaman sensitif Al disebabkan terhambatnya pemanjangan sel-sel pada ujung akar. Menurut Matsumoto (1991) Al berikatan dengan DNA pada ujung akar sehingga dapat menghambat pembelahan sel. Akumulasi Al yang tinggi pada inti sel tudung akar yang menghambat pertumbuhan akar merupakan akibat dari kerusakan sel tudung akar (Matsumoto 1991). Karakter vegetatif dan reproduktif tanaman mutan M2 sangat beragam. Bahkan beberapa tanaman M2 memiliki hasil reproduktif lebih baik dari pada tanaman kontrol. Hal ini disebabkan adanya mutasi yang berbeda terjadi pada setiap tanaman mutan sehingga menimbulkan karakter yang berbeda. Keragaman ditunjukkan pada 2 nomor tanaman mutan yaitu nomor 20-11-17 dan 33-
05-12. Tanaman mutan nomor 20-11-17 mengalami perubahan pada morfologi daun, sedangkan nomor 33-05-12 menyerupai perawakan IR64. Mutasi tidak dapat diprediksi, demikian juga ketidakstabilan sifat-sifat genetik pada generasi berikutnya. Menurut Wulan (2007) Induksi mutasi menyebabkan keragaman tanaman meningkat. Tanaman mutan padi sensitif Al yang diharapkan adalah tanaman yang memiliki karakter vegetatif dan reproduktif yang mirip dengan tipe liarnya. Berdasarkan banyaknya karakter yang mirip dengan kontrol, diperoleh 3 nomor tanaman mutan yaitu 20-11-5, 16-2014, dan 20-11-6. Akan tetapi, letak kemiripan karakter ketiga tanaman mutan tersebut dengan kontrol berbeda-beda. Lubis et al (1995) mengklasifikasikan tanaman padi menjadi 3, yaitu pendek (< 110 cm), sedang (110-125 cm), dan tinggi (> 125 cm). Mengacu pada klasifikasi tersebut, maka tinggi tanaman mutan tergolong tanaman padi yang tinggi. Tinggi tanaman mutan hampir mencapai 2 meter. Menurut Herawati et al (2009) tinggi tanaman dan anakan produktif merupakan karakter agronomi penting dan dapat dijadikan identitas penting suatu genotip. Mutan nomor 16-20-14 memiliki laju pertumbuhan dan fase stasioner tinggi tanaman yang lebih cepat dibandingkan mutan lainnya. Kestabilan tinggi tanaman mutan terjadi pada minggu ke 12-13, karena pada waktu itu sudah dimulai proses pengisian biji. Akan tetapi, saat memasuki fase pengisian bulir, tanaman padi mutan lebih mudah rebah. Jumlah daun dan ruas tanaman mutan tidak berbeda jauh dengan kontrol. Daun merupakan organ penting untuk fotosintesis. Semakin banyak daun, kemampuan untuk menghasilkan fotosintat semakin besar sehingga pembentukan organ-organ vegetatif tanaman akan lebih baik (Sahila 2006). Tanaman mutan memiliki jumlah ruas yang sama, karena tinggi tanaman mutan mirip. Panjang ruas tanaman mutan dari ruas pertama ke 5 semakin kecil. Hal ini sesuai dengan pernyataan Sahila (1995) bahwa ruas yang terpanjang adalah ruas teratas dan panjangnya semakin menurun sampai ruas yang terbawah dekat permukaan tanah. Jumlah anakan tanaman mutan lebih banyak dibandingkan kontrol. Tanaman mutan nomor 20-11-5 memiliki jumlah anakan yang lebih banyak dibandingkan mutan lainnya karena kemungkinan adanya korelasi dengan jumlah daun. Menurut Vergara (1985), jumlah anakan dipengaruhi oleh faktor genetik dan ketersediaan air yang cukup.
7
Karakter reproduktif meliputi jumlah anakan produktif, umur bunga, panjang malai, panjang daun bendera, dan umur panen. Jumlah anakan tanaman mutan tergolong banyak, namun anakan yang berproduktif hanya 3 anakan. Hal ini menunjukkan banyaknya jumlah anakan tidak berpengaruh terhadap jumlah anakan produktif. Tanaman mutan mulai berbunga saat berumur 75-83 HST. Umur berbunga ini termasuk umur yang cukup dalam. Percobaan di rumah kaca memiliki pengaruh terhadap umur bunga karena pada umumnya tanaman akan berumur lebih pendek bila ditanam di lahan terbuka (Herawati et al 2009). Umur berbunga tanaman mutan nomor 16-20-14 lebih cepat dibandingkan mutan lainnya karena kemungkinan lebih dulu memasuki fase stasioner tinggi tanaman. Malai tanaman mutan termasuk kategori malai panjang karena > 30 cm. Hal ini berdasarkan data dari Deptan (1983) yang mengklasifikasikan panjang malai menjadi 3, yaitu malai pendek (<20 cm), sedang (20-30 cm) dan malai panjang (>30 cm). Malai tanaman mutan yang panjang belum tentu memiliki daun bendera yang panjang juga. Hal ini terlihat dari tanaman mutan nomor 16-20-14 dan 20-11-6. Mutan nomor 16-20-14 memiliki malai yang lebih panjang daripada mutan nomor 20-11-6, tetapi panjang daun benderanya lebih pendek. Umur panen tanaman mutan berkisar 136-149 HST dan tergolong umur yang cukup panjang. Umur panen tanaman mutan nomor 16-20-14 lebih cepat dibandingkan mutan lainnya karena lebih dulu waktu berbunganya. Komponen hasil meliputi jumlah biji total per malai, prosentase biji isi per malai, jumlah biji per rumpun, bobot biji isi per malai, dan bobot biji seribu butir. Jumlah biji total per malai antara tanaman mutan 16-20-14 dan 2011-6 mirip karena memiliki panjang malai yang mirip. Jumlah biji total yang tinggi kemungkinan disebabkan malai yang panjang. Menurut Grist (1975), bahwa panjang malai merupakan karakter yang diasosiasikan dengan produksi. Jumlah biji total yang tinggi tidak diimbangi dengan biji yang terisi. Hal ini terlihat dari prosentase biji isi tanaman mutan yang bervariasi. Tanaman mutan nomor 20-11-5 tergolong sedang dengan prosentase biji isi yaitu 74%. Padahal jumlah biji total per malai tanaman mutan nomor 2011-5 lebih sedikit dibandingkan dua mutan lainnya. Hal ini menunjukkan semakin sedikit jumlah biji total per malai tanaman mutan semakin tinggi prosentase biji isinya. Selain itu, prosentase biji isi tanaman mutan yang
kecil juga disebabkan adanya pengaruh hama kutu. Hama ini menyebabkan malai menjadi hitam tertutup serabut seperti jamur sehingga malai terisi sebagian atau hampa. Jumlah biji per rumpun tanaman mutan nomor 16-20-14 lebih tinggi dibandingkan dua mutan lainnya, karena memiliki jumlah biji total per malai yang lebih baik. Bobot biji isi antara tanaman mutan nomor 20-11-5 dan 20-11-6 sama, tetapi bobot biji seribu butir mutan nomor 2011-5 lebih tinggi dibandingkan 20-11-6. Hal ini menunjukkan ukuran biji mutan nomor 2011-5 lebih besar dibandingkan 20-11-6. Tanaman mutan yang diharapkan adalah tanaman padi kultivar HB sensitif Al yang memiliki kemiripan karakter vegetatif dan reproduktif seperti tetuanya. Berdasarkan seleksi RRG M3 terdapat dua nomor mutan yang diharapkan yaitu 20-11-5 dan 20-11-6. Tanaman mutan tersebut diharapkan menjadi bahan dasar untuk mempelajari gen-gen yang terlibat dalam mekanisme toleransi tanaman terhadap Al, sehingga dapat merakit kultivar baru ke sasaran yang tepat.
SIMPULAN Tanaman mutan M2 nomor kelompok mutan 20-11 berpotensi sensitif Al berdasarkan karakter RRG. Akar tanaman mutan padi HB sensitif Al tidak mampu berkembang setelah masa pemulihan dan menyerupai akar IR64. Karakter vegetatif dan reproduktif tanaman mutan M2 memiliki keragaman variasi yang tinggi. Tanaman mutan M2 yang diharapkan adalah mutan nomor 20-11-5 dan 20-11-6.
SARAN Perlu adanya pengujian karakter fisiologi, biokimia, molekular terhadap tanaman mutan yang berpotensi untuk mendapatkan isoline gen toleran Al yang tepat.
DAFTAR PUSTAKA Delhaize E, Ryan PR. 1995. Aluminum toxicity and tolerance plants. J Plant Physiol 107:315-321. Deptan [Departemen Pertanian]. 1983. Pedoman bercocok tanam padi, palawija, dan sayur-sayuran. Jakarta: Departemen Pertanian. Harsanti L, Ishak. 1999. Evaluasi sifat Agronomis galur mutan padi Arias
8
(Oryza sativa L) pada generasi R3M4 dan R4M5. Penelitian dan Pengembangan Aplikasi Isotop dan Radiasi. Jakarta: BATAN. Grist DH. 1975. Rice 5th edition. London: Longman 691 p. Herawati R, Purwoko SB, Dewi SI. 2009. Keragaman genetik dan karakter agronomi galur haploid ganda padi gogo dengan sifat-sifat tipe baru hasil kultur antera. Jurnal Agro Indonesia 37:87-94. Ismunadji M, Soejtipto P, Sudrajat AR. 1990. Pengelolaan agrohara tanaman pangan dilahan surut dan rawa. Risalah Seminar Usahatani. Bogor, 19-21 September 1989. Badan Litbang Pertanian. Jusuf M. 2001. Genetika I, Struktur dan Ekspresi Gen. Jakarta: Sagung Seto. Lubis E, Harharap Z, Diredja M, Kustianto B. 1995. Perbaikan varietas padi gogo. Prosiding simposium penelitian tanaman pangan III. Jakarta-Bogor. Puslitbang Tanaman Pangan. Marschner, H. 1995. Mineral nutrition of higher plants. 2nd ed. Academic Press. San Diego. 889p. Matsumoto H. 1991. Biochemical mechanism of toxicity of aluminum and the sequesteration of aluminum in plant cell, Wright RJ edition plant soil interaction at low pH. Netherlands: Kluwer Academic Publisher. Miftahudin, Scholes GJ, Gustafson JP. 2002. AFLP markers tightly linked to the alumunium-tolerance gen ALT3 in rye (Secale cereal L.) Theor Appl Genet 104:626-631. Miftahudin, Chikmawati T, Ross K, Scoles GJ, Gustafson JP. 2005. Targeting the alumunium-tolerance gen ALT3 region in rye, using rice/rye micro-colinearity. Theor Appl Genet 110:906-913. Poespodarsono S. 1986. Dasar Ilmu Pemuliaan tanaman. Bogor: Institut Pertanian Bogor. Rahayu SY. 2009. Induksi mutasi dengan radiasi sinar gamma pada padi (Oryza sativa L.) sensitif dan toleran Al. [Tesis]. Bogor. Institut Pertanian Bogor. Sekolah Pascasarjana. Sahila l. 2006. Evaluasi karakter agronomi beberapa populasi padi gogo (Oryza sativa L) generasi f4 hasil persilangan ganda. [Skripsi]. Institut Pertanian Bogor. Sokal RR, Sneath PHR. 1963. Principles of numeric taxonomy. San Fransico: Freeman.
Vergara BS. 1985. A farmer primer growing upland rice. IRRI. Los Banos. Wulan MT. 2007. Peningkatan keragaman bunga sepatu (Hibiscus rosa-sinensis Linn.) melalui induksi iradiasi sinar Gamma. [skripsi]. Bogor. Institut pertanian Bogor. Zhang X, Jessop RS, Ellison F. 1999. Inheritance of Root Regrowth as an indicator of Apparent Aluminum Tolerance in Triticale. Euphytica 108:97-103.
