KERAGAMAN GENETIK, HERITABILITAS DAN KEMAJUAN GENETIK BEBERAPA KARAKTER KUANTITATIF PLASMA NUTFAH JAGUNG KOLEKSI BALITSEREAL Roy Efendi1, Fatmawati F1., Made J. Mejaya1 dan Charles Y. Bora2 1 Balai Penelitian Tanaman Serealia 2 BPTP NTT Abstrak Informasi tentang keragaman genetik, heritabilitas dan kemajuan genetik dari karakter kuantitatif plasma nutfah jagung koleksi Balitsereal (Balai Penelitian Tanaman Serealia, Maros) sangat berguna untuk perbaikan populasi melalui seleksi. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tersebut bagi pemulia untuk perakitan varietas unggul. Penelitian dilaksanakan di Kebun Percobaan, Bajeng, Gowa, Sulawesi Selatan pada bulan April – Juli 2004, menggunakan rancangan Latis dengan dua ulangan. Setiap genotipe ditanam tiap plot yang terdiri dari dua baris tanaman dengan panjang 5 m, jarak antar baris 75 cm dan jarak dalam baris tanaman adalah 20 cm. Perlakuan terdiri dari 100 genotipe terdiri dari 97 aksesi lokal (berasal dari daerah Jawa Timur, Jawa Tengah, Yogyakarta, Bali, Sulawesi Selatan dan Nusa Tenggara Timur), 2 galur inbrida asal CIMMYT dan satu varietas unggul. Karakter yang diamati adalah umur berbunga jantan, umur panen, tinggi tanaman, tinggi kedudukan tongkol, bobot biomas, luas daun, jumlah daun/tanaman, panjang malai, jumlah malai, panjang tongkol, diameter tongkol, diamter janggel, jumlah baris biji/tongkol, jumlah biji/baris, bobot 100 biji, dan bobot pipilan biji kering/tanaman. Hasil penelitian menunjukan adanya keragaman genetik yang luas dan heritabilitas (h2) yang tinggi pada setiap karakter yang diamati, kecuali karakter jumlah baris biji/tongkol dengan nilai keragaman genetik sempit dan hertitabilitas sedang yaitu 32%. Berdasarkan nilai kemajuan genetik (KG) relatif, maka karakter yang tergolong memiliki nilai KG tinggi adalah luas daun (30,67%), tinggi kedudukan tongkol (32,99%), bobot biomas (43,19%), dan bobot pipilan biji kering/tanaman (45,52%). Sehingga seleksi akan efektif dengan mempertimbangkan ke-empat karakter tersebut. Kata kunci : Jagung, keragaman genetik, heretabilitas, plasma nutfah dan karakter kualitatif
PENDAHULUAN Plasma nutfah jagung mempunyai peranan penting sebagai bahan dasar untuk pengembangan senyawa-senyawa kimiawi atau sebagai sumber gen dalam perakitan atau perbaikan varietas jagung unggul. Keberhasilan perakitan varietas jagung unggul sangat bergantung dengan adanya keragaman genetik. Plasma nutfah yang memiliki keragaman luas merupakan sumber gen untuk sifat-sifat daya hasil tinggi, ketahanan terhadap hama dan penyakit, toleransi terhadap cekaman abiotik dan sifat baik lainnya. Informasi sifat-sifat genotipe dari plasma nutfah sangat berguna dalam kegiatan pemuliaan tanaman baik untuk perbaikan populasi bersari bebas maupun pembentukan hibrida. Dari genotipe-genotipe terpilih dapat dibuat ”gen pool” yang terdiri dari campuran genetik yang beragam dari beberapa genotipe yang memiliki sifat-sifat mirip terutama terhadap adaptasi, umur masak, warna biji dan sifat lainnya (Vasal et al., 1982). Gen pool mengalami perbaikan berdasarkan seleksi di berbagai lokasi secara berulang dan terus menerus sehingga diharapkan suatu saat diperoleh varietas unggul. Keragaman genetik yang luas memberikan banyak alternatif dalam proses seleksi suatu karakter yang diinginkan dan karakter tersebut akan lebih berarti apabila mudah diwariskan. Beberapa parameter genetik yang dapat digunakan sebagai pertimbangan dalam kegiatan seleksi yaitu: heritabilitas genetik, kemajuan genetik, dan koefesien variasi genetik (Borojevic, 1990). Heritabilitas dapat diduga dengan membandingkan besarnya variasi genetik terhadap keragaman fenotipik, dan kemajuan genetik (KG) merupakan hasil dari nilai diferensial seleksi, sedangkan koefesien keragaman genetk (KKG) dari akar kuadrat heritabilitas. Nilai KKG
menetukan potensi kemajuan seleksi dan heritabilitas menentukan efisiensi sistem seleksi dan keefektifan seleksi ditunjang nilai KKG dan heritabilitas tinggi (Jhonson et al., 1955) Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan informasi keragaman, heritabilitas, dan kemajuan genetik dari 100 karakter aksesi plasma nutfah jagung koleksi Balai Penelitian Tanaman Serealia, Maros. METODE Penelitian dilakukan di Kebun Percobaan Bajeng, Gowa, Sulawesi Selatan pada bulan April – Juli 2004. Sebanyak 100 genotipe dari koleksi plasma nutfah jagung diuji menggunakan rancangan Latice dengan dua ulangan. Pada masing-masing ulangan setiap genotipe menempati petak percobaan berukuran 1,5 m x 5 m dimana tiap petak terdiri dari 2 baris tanaman dengan jarak tanam 75 cm x 20 cm sehinga satu petakan terdiri dari 50 tanaman. Sebelum pengolahan tanah, terlebih dahulu dilakukan penyemprotan heribisida glifosfat untuk menekan pertumbuhan gulma. Setelah 1 – 2 minggu aplikasi herbisida, lahan dibajak untuk mengemburkan tanah dan pertaan lahan. Penanaman sesuai dengan bagan/tata letak benih jagung dengan pengacakan plot dan ulangan yang telah disusun. Benih jagung yang akan ditanam diberikan perlakuan saromil 2,5 – 5 g setiap 1 kg benih jagung. Penanaman dilakuan dengan cara menugal dan setiap lubang terdapat dua benih jagung. Setelah berkecambah dilakukan penjarangan sehingga setiap plot terdapat 50 tanaman. Pemupukan pertama dilakukan saat tanaman berumur 8 – 10 hari setelah tanam (hst) dengan takaran pupuk urea 150 kg/ha, SP36 200 kg/ha, KCl 100 kg/ha dan ZA 50 kg/ha Pemupukan kedua dilakukan pada saat 30 hst dengan takaran urea 200 kg/ha bersamaan dengan pemberian Furadan 3G dibagian pucuk tanaman untuk mencegah serangan hama. Pengairan dilakukan dengan menggunakan pompa air sesuai dengan kebutuhan. Pengamatan karakter yang dilakukan adalah tinggi tanaman, tinggi kedudukan tongkol, bobot biomas, luas daun, jumlah daun per tanaman, panjang malai, jumlah malai, panjang tongkol, diamter tongkol, diamter junggel, jumlah baris biji/tongkol, jumlah biji/baris, bobot 100 biji, Bobot biji kering/tongkol Parameter genetik diduga menurut metode Singh dan Cauhdhary (1979) serta Falconer (1989). Keragaman genetik
σ
Keragaman fenotipik
σ
=
2 g
2 p
(m 2 − m1 ) r
=
( m 2) r
Simpangan baku keragaman gentik
σσ
Koefesien keragaman genetik (KKG)
KKG =
2
Heritabilitas dalam arti luas (h )
h = 2
2 g
σ σ
2 r2
=
σ
2 g
x
2 g 2 p
. Kemajuan genetik harapan (KG)
KG = ih 2σ
p
m12 db + 2 g
× 100%
Koefesien kemajuan genetik harapan (KG%)
KG%=
ih 2σ
χ
p
× 100%
Keterangan: m1 = Kuadrat tengah galat m2 = Kuadrat tengah genotipe r = Ulangan x = Rata-rata i = Intensitas seleksi
PEMBAHASAN Suatu karakter tergolong mempunyai keragaman genetik yang luas apabila keragaman genetik lebih besar dua kali simpangan baku keragaman genetik dan tergolong sempit jika keragaman genetik lebih kecil atau sama dengan dua kali simpangan baku keragaman genetiknya (Wahyuni et al. 2004). Dari Tabel 1 dapat diketahui bahwa hampir semua karakter yang diuji menunjukan keragaman genetik yang luas, hanya karakter jumlah baris biji/tongkol tergolong sempit. Luasnya keragaman genetik disebabkan sebagian besar aksesi yang diuji adalah tipe populasi lokal yang berasal dari beberapa kabupaten (Jawa Timur, Jawa Tengah, Bali, Sulawesi Selatan, dan Nusa Tenggara Timur), dan dua populasi galur dari CIMMYT, serta satu varietas unggul yaitu Abimanyu. Luasnya keragaman genetik aksesi plasma nutfah Balitsereal akan memberikan peluang perbaikan genetik melalui seleksi.
Tabel 1. Keragaman, galat baku keragaman dan koefisien keragaman geneik serta heritabilitas dari seratus genotipe plasma nutfah jagung. Keragaman genetik Karakter
σ
Tinggi tanaman (cm) Tinggi kedudukan tongkol (cm) Bobot biomas (g/tanaman) Luas daun diatas tongkol (cm2) Jumlah daun per tanaman Panjang malai (cm) Jumlah malai (cm) Panjang tongkol (cm) Diameter tongkol (cm) Diameter janggel (cm) Jumlah baris biji/tongkol Jumlah biji/baris Bobot 100 biji (g) bobot pipilan biji kering/tanaman (g) Keterangan: 1
σ
2 g
= Keragaman genetik
σσ
σσ
2 g
2 g
Heritabilitas Kriteria
766,95 401,04 16663,87 6787,94 2,03 4,05 5,60 5,35 0,08 0,07 0,11 15,77 10,19 579,41
117,84 61,79 2870,55 1061,56 0,42 0,84 1,00 0,75 0,01 0,01 0,06 2,68 1,50 82,71
2 g =Simpangan
baku keragaman gentik
h (%)
Kriteria1
87 87 78 86 65 65 75 96 80 77 32 79 91 4
Tinggi Tinggi Tinggi Tinggi Tinggi Tinggi Tinggi Tinggi Tinggi Tinggi Tinggi Sedang Tinggi Tinggi
Luas Luas Luas Luas Luas Luas Luas Luas Luas Luas Sempit Luas Luas Luas
2
Nilai heritablitas rendah: 0%
2
Nilai heritabilitas dalam arti luas (h2) menunjukan keefektifan seleksi genotipe berdasarkan penampilan fenotipenya (Jhonson et al., 1955). Dari seluruh karakter yang diuji ternyata semua memiliki heritabilitas tinggi, yaitu diatas 65% kecuali jumlah baris biji/tongkol dengan nilai heritabilitas sedang yaitu 32%. Nilai duga heritabilitas yang tinggi pada suatu karakter menunjukan bahwa seleksi terhadap sifat tersebut dapat dimulai pada generasi awal, sedangkan nilai heritabilitas yang rendah menunjukan besarnya pengaruh lingkungan terhadap keragaannnya, sehingga seleksi akan lebih efektif bila dilakukan pada generasi lanjut. Tabel 2. Nilai kisaran, rata-rata, kemajuan genetik, dan persentase kemajuan genetik harapan, karakter dari seratus genotipe plasma nutfah jagung. Karakter Tinggi tanaman (cm) Tinggi kedudukan tongkol (cm) Bobot biomas (g/tanaman) Luas daun diatas tongkol (cm2) Jumlah daun per tanaman Panjang malai (cm) Jumlah malai (cm) Panjang tongkol (cm) Diameter tongkol (cm) Diameter janggel (cm) Jumlah baris biji/tongkol Jumlah biji/baris Bobot 100 biji (g) bobot pipilan biji kering/tan (g)
Kisaran 120,10 - 308,40 41,70 - 183,50 132,00 - 877,00 180,99 - 667,86 6,10 - 14,50 12,20 - 26,80 5,60 - 17,10 7,50 - 19,40 2,970 - 4,645 1,695 - 3,240 9,50 - 14,10 15,64 - 40,75 16,06 - 33,95 36,50 - 153,50
Rata-rata 175,851 79,326 369,334 395,979 9,523 19,482 10,513 12,662 3,784 2,935 11,678 22,872 22,139 71,793
Kemajuan genetik (KG) 36,24 26,17 159,53 106,86 1,61 2,26 2,87 3,17 0,36 0,33 0,26 4,95 4,27 32,68
Kemajuan genetik relatif (KG%) 20,61 32,99 43,19 30,67 16,86 11,69 27,36 27,31 9,38 13,86 2,26 21,62 19,28 45,52
Nilai kemajuan genetik dengan intensitas seleksi sebesar 10% berkisar antara 0,26 (untuk jumlah baris biji/tongkol) hingga 159,53 (untuk bobot biomas). Nilai kemajuan genetik harapan dalam persen (KG%) berkisar antara 2,26% (untuk jumlah baris biji/tongkol) hingga 45,52% (untuk bobot biji kering/tongkol). Berdasarkan nilai KG% relatif, maka karakter yang tergolong memilki nilai KG% tinggi adalah luas daun diatas tongkol (30,67%), tinggi kedudukan tongkol (32,99%), bobot biomas (43,19%), dan bobot biji kering/tongkol (45,52%). Dengan
diketahuinya nilai kemajuan genetik harapan (KG) dapat diduga besarnya peningkatan nilai sifat tertentu dari nilai rata-rata populasi akibat seleksi. Menurut Falconer (1989) nilai kemajuan genetik yang tinggi disertai dengan nilai heritabilitas tinggi menunjukkan besarnya peranan gen aditif. Dengan intensitas seleksi 10% berdasarkan bobot pipilan biji kering/tanaman, terpilih 10 genotipe yang memiliki bobot biji kering/tongkol yang besar, 9 diantaranya adalah populasi lokal yang berasal dari (Nusa Tenggara Timur, Bali, Jawah Tengah dan Jawa Timur) dan 1 populasi inbred asal CIMMYT. Diantara 10 aksesi tersebut ternyata ada 4 aksesi berumur genjah yaitu umur masak fisiologis berkisar 85 – 90 hari dan 6 aksesi berumur dalam yaitu berkisar 98 – 107 hari. Tabel 3. Karakter vegetatif dan komponen hasil jagung berdasarkan 10 peringkat teratas berdasarkan bobot pipilan biji/tanaman a
b
c
d
e
f
g
h
i
j
5161
47
107
308,4
183,5
877 10,9
67,2
5064
47
98
244,0
114,5
875 13,5
66,6
m
n
o
21,6
12,4
17,4 4,5
2,9
12,2
29,9
34,0 153,5
15,8 4,4
2,9
12,7
29,8
29,2 153,0
5165
47
107
192,5
105,0
539 13,5
52,8
20,0
5145
44
85
210,2
105,4
590 11,5
23,3
21,0
14,5
14,1 4,6
2,9
13,2
30,2
26,9 139,0
12,7
16,7 4,2
2,8
13,1
32,2
25,0 138,0
5170
44
85
215,2
110,0
524 11,0
435,5
5171
47
98
216,0
130,2
655 14,5
12,3
22,1
16,4
14,0 4,5
2,8
14,1
25,9
25,3 119,0
24,8
13,0
15,6 4,5
3,2
12,6
30,0
26,6 113,5
5060
44
85
219,5
102,0
304 10,9
5164
47
107
193,5
87,2
580 10,5
491,1
24,0
14,7
15,4 4,3
2,8
12,6
27,0
25,4 111,0
32,0
20,6
12,5
14,6 4,4
2,9
11,7
31,0
27,2 111,0
5057
47
85
192,2
87,0
407 11,1
499,4
20,8
14,2
15,4 3,7
2,3
11,3
29,4
26,1 108,0
23,45 12,75
k
l
p
q
5071 47 98 192,3 88,7 505 10,5 468,5 20,7 13,9 14,1 4,2 2,7 12,9 28,3 27,2 104,5 a= No. Aksesi, b= Umur berbunga jantan (hari), c= Umur masak panen (hari), d= tinggi tanaman (cm), e= Tinggi kedudukan tongkol (cm), f= Bobot biomas (g/tanaman), g= Jumlah daun per tanaman, h= Luas daun diatas tongkol (cm2), i= Panjang malai (cm), j= Jumlah malai (cm), k= Panjang tongkol (cm), l= Diameter tongkol (cm), m =Diameter janggel (cm), n= Jumlah baris biji/tongkol, o= Jumlah biji/baris, p= Bobot 100 biji (g), q= Bobot pipilan biji/tanaman.
KESIMPULAN Dari 100 aksesi plasma nutfah jagung yang diuji ternyata memiliki keragaman genetik yang luas dan heritablitas tinggi sehingga memberikan peluang dilakukan perbaikan genetik melalui seleksi. Seleksi terhadap tinggi kedudukan tongkol, bobot biomas, luas daun dan bobot pipilan biji kering/tanaman akan efektif karena memiliki nilai heritabilitas dan persentase kemajuan genetik harapan yang tinggi.
DAFTAR PUSTAKA Borojevic, S.1990. Principle and Methodes of Plant Breeding. Elsevier Sci. Pub.Co.Inc. New York, 368p. Folconer, D.S. 1989. Introduction to Quantitative Genetics. John Wiley and Sons. Inc. New York. 438p Jhonson, H.W., H.F. Robinson, dan R.C. Comstock. 1955. Estimate of genetic and environmental variability soybean. Agr.J.47:314-318. Singh, R.K., dan B.D. Chawdhary. 1979. Biometrical Method’s in Quantitative Genetic Analysis. Kalyani Pub. Indiana, New Delhi. 304p. Vasal, S.K., A. Ortega L., dan S. Pandey. 1982. CIMMYT’s Maize Germplasem Management, Improvement, and Utilizing Program. CIMMYT. P.26. Wahyuni, T.S., R. Setiamihardja, N. Hermiati, dan K.H. Hendroatmodjo.2004. Variabilitas gentik, Heritabilitas dan hubungan antara hasil umbi dengan beberapa karakter kuantitatif dari 52 genotipe ubijalar di Kendalpayak, Malang. Zuriat. 15(2):109-117.
