KULTUR ANTERA DAN EVALUASI GALUR HAPLOID GANDA UNTUK MENDAPATKAN PADI GOGO TIPE BARU
HENI SAFITRI
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2010
PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul: KULTUR ANTERA DAN EVALUASI GALUR HAPLOID GANDA UNTUK MENDAPATKAN PADI GOGO TIPE BARU adalah karya saya sendiri dengan arahan dan bimbingan dari Komisi Pembiming. Karya ini belum pernah diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Januari 2010
Heni Safitri NRP. A253070141
ABSTRACT
HENI SAFITRI. Anther Culture and Doubled Haploid Evaluation to Obtain New Upland Plant Type of Rice. Under direction of BAMBANG SAPTA PURWOKO, ISWARI SARASWATI DEWI, and DESTA WIRNAS as advisory committee. Rice productivity rate in Indonesia has been leveling off, means that any cultivation technology is difficult to increase production because the genetic potential of rice production is saturated. Therefore, it requires high yielding varieties that yield higher than existing varieties. The way to obtain new high yielding varieties in the conventional method takes a long time (7-10 years), especially the selection process to obtain pure lines. Utilization of biotechnology such as anther culture is expected to shorten the acquisition of pure lines and the selection process so that it can save labor, time and cost. The objectives of this research were: (1) to obtain doubled haploid homozygous rice lines, (2) to obtain genetic control information of agronomic characters supporting the development of new upland plant type of rice, and (3) to obtain genotypes having potential as upland rice and new upland plant type of rice. The research consisted of three experiments: (1) The study of green plant regeneration in rice anther culture, (2) Genetic analysis of agronomic characters in rice, and (3) Evaluation of doubled haploid lines. A completely randomized design with 25 replications were used in Experiment 1, while randomized block design with four replications were used in Experiment 2. Material of experiments 1 and 2 were the new plant type of rice varieties and line i.e Fatmawati and BP360E-MR-79-2, Buru rice landraces i.e Fulan Telo Gawa and Fulan Telo Mihat, and F1 hybrid and their reciprocal crosses of new plant type of rice with Buru rice landraces. Anther culture medium for the experiment 1 is N6 for callus induction and MS for regeneration and rooting. Experiments 3 was carried out in Augmented randomized block design with seven replications of three check genotypes (Fatmawati, Fulan Telo Gawa and Limboto). Materials tested were 35 doubled haploid lines obtained from anther culture of Fulan Telo Gawa/Fatmawati and its resiprocal crosses. They were planted in upland condition. The results showed that: F1 genotypes derived from Fatmawati/Fulan Telo Gawa and its reciprocal crosses were the most efficient genotypes in rice anther culture. The F1 genotypes were easier to produce green and doubled haploid plants in rice anther culture than their parents. The F1 genotypes of Fulan Telo Gawa/Fatmawati and its reciprocal were the best cross combination. These crosses had possibility to produce genotypes with the desired characters in the next generation. Evaluation of 35 doubled haploid genotypes showed that there was variability of agronomic and yield characters among the doubled haploid lines. Selection of 35 doubled haploid genotypes produced a genotype with new plant type characters, i.e. FG1R-36-1-1 and 14 genotypes were selected as upland rice lines. Keywords: upland rice, new plant type, doubled haploid, agronomic characters
RINGKASAN HENI SAFITRI. Kultur Antera dan Evaluasi Galur Haploid Ganda untuk Mendapatkan Padi Gogo Tipe Baru. Dibimbing oleh BAMBANG SAPTA PURWOKO, ISWARI SARASWATI DEWI dan DESTA WIRNAS. Laju peningkatan produktivitas padi di Indonesia telah melandai (levelling off), artinya teknologi budidaya apapun yang diberikan sulit untuk meningkatkan produksi karena potensi genetik produksinya sudah jenuh. Oleh karena itu, diperlukan varietas unggul yang berdaya hasil tinggi melebihi daya hasil varietas yang sudah ada. Cara memperoleh varietas unggul tipe baru secara konvensional memerlukan waktu yang lama (7-10 tahun), terutama proses seleksinya sampai diperoleh galur murni. Pemanfaatan bioteknologi seperti kultur antera diharapkan mampu mempersingkat perolehan galur murni dan proses seleksi sehingga dapat menghemat tenaga, waktu dan biaya. Tujuan dari penelitian ini adalah: (1) mendapatkan galur padi haploid ganda homozigos, (2) mendapatkan informasi tentang kendali genetik terhadap karakter agronomi yang menunjang pembentukan padi gogo tipe baru, dan (3) mendapatkan genotipe yang berpotensi sebagai galur padi gogo dan galur padi gogo tipe baru. Penelitian terdiri atas tiga percobaan yaitu (1) Studi regenerasi tanaman hijau pada kultur antera padi, (2) Analisis genetik karakter agronomi pada padi, dan (3) Evaluasi galur-galur haploid ganda hasil kultur antera. Percobaan 1 dilaksanakan dengan rancangan acak lengkap 25 ulangan, sedangkan percobaan 2 dilaksanakan dengan rancangan acak kelompok empat ulangan. Materi percobaan 1 dan 2 adalah varietas dan galur harapan padi tipe baru yaitu Fatmawati dan BP360E-MR-79-2, padi varietas lokal Pulau Buru yaitu Fulan Telo Gawa dan Fulan Telo Mihat, dan F1 hasil persilangan Fatmawati dan BP360E-MR-79-2 dengan varietas lokal Fulan Telo Gawa dan Fulan Telo Mihat serta resiprokalnya. Media kultur antera untuk percobaan 1 yaitu N6 untuk induksi kalus dan MS untuk regenerasi dan perakaran. Percobaan 3 dilaksanakan dengan rancangan acak kelompok augmented dengan tiga genotipe pembanding (Fatmawati, Fulan Telo Gawa dan Limboto) yang diulang tujuh kali. Materi percobaan adalah 35 galur haploid ganda hasil kultur antera F1 persilangan Fulan Telo Gawa/Fatmawati dan resiprokalnya, ditanam di lapang dalam kondisi gogo. Hasil kultur antera terhadap empat tetua dan delapan F1 hasil persilangan antar tetua menunjukkan bahwa genotipe memberikan respon yang berbeda pada kultur antera padi. Efisiensi pembentukan tanaman pada F1 berkisar antara 4.6313.76 persen, sedangkan efisiensi pembentukan tanaman pada keempat tetua berkisar antara 0.00-2.54 persen. Genotipe F1 lebih efisien dalam menghasilkan tanaman hijau dan tanaman haploid ganda dibanding dengan genotipe tetua yang digunakan dalam persilangannya. Genotipe F1 yang berasal dari persilangan Fatmawati/Fulan Telo Gawa dan resiproknya merupakan genotipe yang paling efisien dalam menghasilkan tanaman pada kultur antera padi. Tanaman haploid ganda yang diperoleh dari penelitian ini sebanyak 161 tanaman atau 29.81 persen dari total tanaman hijau yang berhasil diaklimatisasi Evaluasi karakter agronomi terhadap delapan F1 hasil persilangan padi gogo lokal dengan padi tipe baru menunjukkan bahwa genotipe F1 persilangan Fulan Telo Gawa/Fatmawati dan resiproknya merupakan kombinasi persilangan terbaik dan menghasilkan gabah kering per rumpun paling tinggi di antara genotipe F1
yang lain. Genotipe F1 persilangan Fulan Telo Gawa/Fatmawati dan resiproknya memiliki kemungkinan untuk menghasilkan genotipe-genotipe dengan karakter yang diinginkan pada generasi berikutnya. Peluang perbaikan genetik dapat dilakukan melalui karakter tinggi tanaman, jumlah anakan produktif, jumlah gabah isi per malai dan hasil gabah kering per rumpun. Karakter-karakter tersebut mempunyai variabilitas genetik yang luas. Evaluasi terhadap 35 genotipe haploid ganda menunjukkan bahwa terdapat keragaman karakter agronomi dan hasil antar genotipe haploid ganda hasil kultur antera. Karakter jumlah anakan produktif, jumlah gabah per malai dan hasil gabah kering per rumpun mempunyai variabilitas genetik luas. Seleksi terhadap 35 genotipe haploid ganda hasil kultur antera menghasilkan satu genotipe yang terpilih sebagai galur padi gogo tipe baru, yaitu FG1R-36-1-1 dan 14 genotipe terpilih sebagai galur padi gogo. FG1R-36-1-1 mempunyai tinggi tanaman sedang (98.7 cm), berumur genjah (102.1 hari), mempunyai pengisian gabah yang baik (79.9 %) dengan gabah isi per malai sebanyak 122 butir, dan hasil gabah kering per rumpun yang tinggi (24.9 g). Galur-galur haploid ganda yang dihasilkan masih perlu dievalusi lebih lanjut, baik karakter agronomi maupun ketahanannya terhadap hama dan penyakit. Kata kunci: padi gogo, padi tipe baru, haploid ganda, karakter agronomi
© Hak cipta milik IPB, tahun 2010 Hak cipta dilindungi Undang-undang Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
KULTUR ANTERA DAN EVALUASI GALUR HAPLOID GANDA UNTUK MENDAPATKAN PADI GOGO TIPE BARU
HENI SAFITRI
Tesis Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Mayor Pemuliaan dan Bioteknologi Tanaman
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2010
Judul Tesis Nama NRP
: Kultur Antera dan Evaluasi Galur Haploid Ganda untuk Mendapatkan Padi Gogo Tipe Baru : Heni Safitri : A253070141
Disetujui Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Ir. Bambang S. Purwoko, MSc. Ketua
Dr. Ir. Iswari Saraswati Dewi Anggota
Dr. Desta Wirnas, SP. MSi. Anggota
Diketahui, Ketua Mayor Pemuliaan dan Bioteknologi Tanaman
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Trikoesoemaningtyas, MSc.
Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, MS.
Tanggal ujian: 19 Januari 2010
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala nikmat dan karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil penulis selesaikan. Tujuan penelitian ini adalah mendapatkan galur-galur padi haploid ganda hasil kultur antera dan memperoleh galur padi gogo yang berpotensi sebagai padi gogo tipe baru. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Bambang S. Purwoko, MSc., Dr. Ir. Iswari S. Dewi dan Dr. Desta Wirnas, SP. MSi selaku pembimbing yang banyak memberi arahan, saran dan tambahan wawasan kepada penulis dalam menyelesaikan penulisan tesis. Terima kasih juga penulis ucapkan kepada Dr. Ir. Trikoesoemaningtyas, MSc. dan Dr. Ir. Darda Efendi, MSi. selaku koordinator Mayor Pemuliaan dan Bioteknologi Tanaman, serta Dr. Hajrial Aswidinnoor, M.Sc selaku penguji luar komisi pada ujian tesis. Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada Badan Litbang Pertanian yang telah memberikan kesempatan dan beasiswa pendidikan, Pemerintah Kabupaten Buru yang telah menyediakan biaya penelitian, pimpinan, staf dan teknisi BB Biogen, KP Padi Muara Bogor dan BB Padi Sukamandi yang telah membantu pelaksanaan penelitian, serta rekan-rekan Mayor Pemuliaan dan Bioteknologi Tanaman atas semangat dan dukungannya. Penulis menyampaikan rasa hormat, terima kasih dan penghargaan kepada Bapak dan Ibu sebagai orang tua yang telah menanamkan dasar pendidikan yang baik dan berguna bagi penulis, seluruh keluarga besar atas segala doa dan dukungannya. Secara khusus penulis menyampaikan terima kasih kepada suami tercinta Edy Suwarna dan kedua anak kami tersayang, Naura Azizah dan Naufal Fauzi atas segala pengertian, doa, motivasi, bantuan, pengorbanan dan kesabarannya dalam mendampingi penulis selama ini. Terima kasih juga kepada bibi yang sudah menjaga dan mengasuh anak-anak sehingga penulis dapat beraktifitas dengan baik. Akhirnya kepada semua pihak yang turut membantu selama penelitian hingga penulisan tesis ini, penulis ucapkan terima kasih. Semoga tesis ini bermanfaat. Bogor, Januari 2010 Heni Safitri
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Klaten pada tanggal 30 Agustus 1979 sebagai anak sulung dari pasangan Lanjar Jarwo Purnomo dan Sugiyah. Pendidikan SD dan SMP ditempuh di Yogyakarta, serta SMU di Klaten. Pendidikan sarjana ditempuh di Program Studi Pemuliaan Tanaman, Fakultas Pertanian UGM, lulus pada tahun 2003. Tahun 2007, penulis diterima di Mayor Pemuliaan dan Bioteknologi Tanaman, Fakultas Pertanian, Sekolah Pascasarjana IPB. Beasiswa pendidikan pascasarjana diperoleh dari Badan Litbang Pertanian, Departemen Pertanian Republik Indonesia. Penulis bekerja sebagai peneliti di Balai Besar Penelitian Tanaman Padi, Kebun Percobaan Muara, Bogor sejak tahun 2003.
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Ir. Hajrial Aswidinnoor, M.Sc.
DAFTAR ISI
Halaman DAFTAR TABEL .....................................................................................................
xii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................
xiv
DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................................
xv
PENDAHULUAN .....................................................................................................
1
Latar Belakang ....................................................................................................
1
Tujuan Penelitian ................................................................................................
4
Hipotesis ...............................................................................................................
4
TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................................
5
Botani Tanaman Padi .........................................................................................
5
Padi Gogo dan Padi Tipe Baru ..........................................................................
6
Kultur Antera dalam Pemuliaan Tanaman Padi ............................................
8
METODOLOGI ........................................................................................................
14
Pembentukan materi genetik .............................................................................
14
Percobaan 1. Studi Regenerasi Tanaman Hijau pada Kultur Antera Padi ..
16
Percobaan 2: Analisis Genetik Karakter Agronomi pada Padi .....................
19
Percobaan 3. Evaluasi Karakter Agronomi Galur-galur Padi Haploid Ganda Hasil Kultur Antera .......................................................
22
HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................................
27
Percobaan 1. Studi Regenerasi Tanaman Hijau pada Kultur Antera Padi ..
27
Percobaan 2: Analisis Genetik Karakter Agronomi pada Padi .....................
37
Percobaan 3. Evaluasi Karakter Agronomi Galur-galur Padi Haploid Ganda Hasil Kultur Antera .......................................................
44
SIMPULAN DAN SARAN .......................................................................................
60
Simpulan ..............................................................................................................
60
Saran ....................................................................................................................
60
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................
61
LAMPIRAN...............................................................................................................
66
xi
DAFTAR TABEL
Halaman 1. Analisis keragaman rancangan acak kelompok ....................................................
21
2. Analisis ragam rancangan augmented ..................................................................
23
3. Hasil sidik ragam pengaruh genotipe terhadap jumlah kalus dan jumlah kalus menghasilkan tanaman pada kultur antera padi...........................................
27
4. Hasil induksi kalus beberapa persilangan padi gogo dan padi tipe baru pada kultur antera padi ..................................................................................................
28
5. Hasil sidik ragam pengaruh genotipe terhadap jumlah tanaman hijau, jumlah tanaman albino dan jumlah tanaman total pada kultur antera padi ...........
31
6. Hasil regenerasi tanaman beberapa persilangan padi gogo dan padi tipe baru pada kultur antera padi ..........................................................................................
32
7. Efisiensi pembentukan kalus dan tanaman hijau pada kultur antera padi beberapa persilangan padi gogo dan padi tipe baru ..............................................
33
8. Hasil aklimatisasi dan tanaman haploid ganda yang dihasilkan pada kultur antera padi beberapa persilangan padi gogo dan padi tipe baru ...........................
36
9. Hasil sidik ragam karakter agronomi genotipe padi persilangan padi gogo dan padi tipe baru ..................................................................................................
37
10. Komponen agronomi beberapa persilangan padi gogo dan padi tipe baru beserta tetuanya .....................................................................................................
38
11. Komponen hasil beberapa persilangan padi gogo dan padi tipe baru beserta tetuanya .................................................................................................................
40
12. Nilai komponen ragam dan nilai duga heritabilitas karakter agronomi dan hasil pada padi ................................................................................................
43
13. Hasil sidik ragam respon genotipe haploid ganda dan genotipe pembanding terhadap karakter agronomi dan hasil pada padi ..............................
45
14. Nilai komponen ragam dan nilai duga heritabilitas karakter agronomi dan hasil pada genotipe padi hasil kultur antera ..........................................................
46
15. Nilai koefisien korelasi antar karakter galur-galur haploid ganda hasil kultur antera ..........................................................................................................
48
16. Pengaruh langsung dan tidak langsung antara karakter agronomi terhadap hasil gabah per rumpun galur-galur haploid ganda hasil kultur antera .................
xii
49
17. Tinggi tanaman, jumlah anakan produktif, umur berbunga, umur panen, panjang malai dan panjang daun galur-galur haploid ganda hasil kultur antera .....................................................................................................................
52
18. Jumlah gabah per malai, bobot 1000 butir gabah bernas, hasil gabah kering per rumpun dan eksersi malai galur-galur haploid ganda hasil kultur antera .......
54
19. Galur-galur haploid ganda hasil kultur antera yang terpilih sebagai padi gogo dan padi gogo tipe baru ................................................................................
56
20. Nilai diferensial seleksi karakter agronomi galur-galur haploid ganda hasil kultur antera ..........................................................................................................
xiii
59
DAFTAR GAMBAR
Halaman 1. Bagan alir penelitian .............................................................................................
3
2. Malai dan spikelet yang dipakai dalam kultur antera ...........................................
17
3. Hubungan antara karakter agronomi terhadap hasil (Y) .......................................
25
4. Plantlet hasil kultur antera: tanaman hijau (kiri) dan tanaman albino (kanan) .....
29
5. Tanaman yang dihasilkan dari kultur antera: tanaman haploid ganda (kiri) dan tanaman haploid (kanan) ................................................................................
35
6. Warna gabah dan warna beras empat tetua padi gogo dan padi tipe baru dan hasil persilangannya .......................................................................................
42
7. Eksersi malai: terbuka (kiri), terbuka sebatas leher (tengah), dan tertutup (kanan) ..................................................................................................................
55
8. Penampilan galur terpilih FG1R-36-1-1: stadia vegetatif (a), stadia generatif (b), dan ketiga tetua pembanding: Fatmawati (c), Fulan Telo Gawa (d) dan Limboto (e) ............................................................................
xiv
57
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman 1. Data luas lahan, produksi dan produktivitas padi nasional dan padi gogo tahun 2000-2009 ..........................................................................................
66
2. Karakteristik galur/varietas yang digunakan untuk tetua persilangan .................
67
3. Komposisi kimia media dasar induksi kalus (N6) dan media dasar regenerasi (MS) pada kultur antera padi ...............................................................
xv
68
