~r ,
,
i c:
I:
c"c ~';:"""c
Bul. Agron. (29) (2) 59 - 63 (2001)
,
~
ji
'"
.':
e'_cc
Ii:,
~.'
Kultur Antera untuk Mendukung Program Pemuliaan Tanaman Padi
Anther Cultureto SupportRiceBreedingProgram
"
t1i
~
""SJ'
Iswari S. Dewi 1)daD Bambang S. Purwoko2)
"-"",-
"
ABSTRACT TheObjectivesof rice breedingprogram in Indonesiais to obtain high yielding varieties,tolera~t, resistantto abiotic and biotic stress and appropriate to planting systemin specific area. To accelerate the obtammentof the varieties,a combinationof conventionaland no conventionalbreedingmethodcan be used.One alternativeprocedure is anther culture. Doubled haploid lines can be obtainedthroughcholchicinetreatmentor rattooning of haploidplants. Plants with high heterozygositas(FI or F2) can be used as anther source to abtain genetic variability of.doubled
i
1
,
haploidplants. High degreeof homozigousity ~anbeobtainedat the~rst (DHO)generationof d~ubledhaploidplants less than on year.
Evaluation of agronomic charactersfollows m DHI and DH2 generations. Compared to
conventionalmethods,the useof anther culture in rice breedingprogram hasseveraladvantagesincluding efficiencyof selectionprocess, reduction of cost. time and labor. Effort to optimize anther culture method and its rize in rice breedingprogram in Indonesiais discussed Key words: Anther culture. Rice
.
PENDAHULUAN
:
. . Denganmenyus~tnyalahan ~ubur dl Pulau Jaw~,
~, -~
I
I : r
!
.
.
yang unggul. Umumnya galur-galur mumi tersebut diperoleh dengan cara persilangan yang diikuti oleh serangkaianprosesseleksipada tiap generasi,misalnya
pemngkatan produksl pangan dllakukan ~tara lam dengan cara perluasan areal berupa lahan .kermg, lahan
pada metode menyilangkan
pedigree. Pada pemuliaan padi, proses clan seleksi tersebut dapat berlangsung
salin atau lahan pasang surut. Vanetas unggul ~erupakan teknologi yang ~u~ah, mudah.dan ramah Imgkungan untuk me~Jamm pertaman. yan~ b~rkelanju~an.. O!eh karenaItU,pr.ogram~emulla~ padl dl l.ndone~ladlt~Jukanp~daperakltanvar~etas. pad~yang leblh balk. yaltu selam berdaya hasll tlnggl clan mempunyal ~mur panen y~g cocok dengan .pola pertanamandl daera~t~rtentuJ~g~toleran ~taureslsten
dalam 5 sampai 10 generasi(Oono, 1997; Dewi et al., 1996). Dengan menggunakan sistem haploid, proses pemuliaan untuk memperolehgalur-galur mumi yan~ lama tersebutdapat lebih singkat melalui satu sampal dua generasi saja. Pada pemuliaan dengan cara menyilangkan (cross-breeding) dimana sejumlah [n] gen independen(unlinked) terlibat, kemungkinanuntuk
terhadap cekaman abl?tlkataublotlk (Hanarl.da, 1989).
memperoleh, individu homozigotyang spesifik pada
. Secara konvenslon~l, u~tuk men~asl!kan suatu v~netasunggul dengansl~a~-slfat yang.dlmgm~anperl~ dlt~mpuh ~~osedurpenelltlan.yang slstematl~, mulal clan ~emilihan t~tua, persllangan, sele.ksl .gal~r: penguJlandaya hasll clan ~erbanyakanbemh, dl~khm dengan pelepasan vanetas unggul, sehmgga memerlukan waktu. 7-10 ~ahun(Fehr, 1987).. Untuk mempercepat. per~kltanvarletasungg.ulharusdltera~kan suatu kombmasl prosedur ~emullaan konvenslonal dengan.prosedu.r ?ioteknologl. Sal~ satu. prosedur altematlf yang dlanJurk~ndalam pera;kltanv.anetasbarn adalah penggunaan slstem ha.plol.d, yaltu. dengan terlebih dahulu membuatgalur diploid homozlgosata~ galur mumi denganjalan menggandakan kromosomclan individu haploid (Croughan,1995). .. Pemuliaan pada tanaman menyerbuk ~endm dituju.kanuntuk ~enda~atkan g~lur-galur mur:nl y~ng hamplr mendekatl 100 Yohomozlgot denganslfat-slfat
generasi F2 adalah (1/2)R untuk sistem haploid clan (1/4)Runtuk sistemhaploid. OJehkarenaitu pada~i.stem haploid, efisiensi seleksimeningkatsecaranyataJlka n meningkat(Oono, 1997; Chung, 199~; Sun d~ Zha?, 1992).Galur mumi dapatdiseleksiclanpopulaslhaploid ganda yang homogen clan homozigot. Jadi, hasil rekombinasi dari persilangandifiksasi sebagai galurgalur homozigot clan galur-galur harapan dise!eksi berdasarkan keunggulan sifat-sifat agronommya. Populasitanamanyang diseleksijuga akan lebih sedikit. Populasi haploid ganda minimum yang diperlukan untuk evaluasi bervariasi tergantung dari jumlah gen untuk seleksi. Jika perbedaanpada tetua persilangan adalah sejumlahn gen clan diasumsikantidak terpaut, maka minimum sebanyak2R tanaman harus ditanam agar semua genotipe homozigot dapat terwakili, sementaradenganpemuli~an.konvensionaldi~erlukan sebanyak4Rtanaman.SelamItU tanamanhaploid ganda
I I) dan2) StarPengajarJurusanBOP. FakultasPertanianIPB, Bogor 59
-
,
-
~
Bul. Agron. (29) (2) 59 - 63 (2001)
;f !
yang terseleksijuga dapat digunakansebagaitetua interrnediat untukdisilangkanlebihlanjutsebagaitetua
Pacta kultur antera padi, tanaman haploid umumnyadiperolehmelalui dua tahap, yaitu tahap
!i 'f
bagi pembentukanhibrida FI (Dono, 1997;Dewi et al., 1996; Masyhudi, 1994; Chung, 1992; Sun dan Zhao, 1992). Galur-galur mumi dari tanaman haploid yang kromosomnya digandakan dapat diperoleh secara invitro, antara lain dengan kultur antera. (Dewi et al., 1996;Faroughi-Wehrdan Wenzel, 1993).
induksi butir tepung sari menjadi kalus atau embrioid daDselanjutnyatahap diferensiasiny~menjadi.tanama~ kecil atauplantlet. Tanamanakan dlregeneraslkandarl kalus dalam 3-6 minggu setelahkalus dipindahkandari medium induksi ke medium regenerasi.Faktor-faktor yang mempengaruhikeberhasilan kultur antera padi antaralain genotipetanamansumberantera,komposisi media, kondisi fisiologis tanaman donor, tahap perkembanganpollen daD praperlakuandengan terapi suhu rendahpactaebplan (Croughan, 1995; masyhudi, 1994;Faroughi-Wehrdan Wenzel, 1993; Chung, 1992; Sundan Zhao, 1992). Tanaman haploid ganda dapat diperoleh secara spontan,atau diinduksi denganperlakuankolkisin dan dipangkas atau ratooning pacta tanaman haploid. Tanaman-tanamanhaploid ganda yang dihasilkan melalui kultur anteraini bersifat homozigot penuh dan breed tue, karena kedua kopi inforrnasi genetik pacta tanaman-tanamantersebut identik. Tanaman dengan heterozigositastinggi (FI atau F2) dapat digunakan sebagaisumber antera untuk mendapatkankeragaman genetikpactatanamanhaploid ganda.Tanaman-tanaman dengan heterozigositastinggi segera dapat diperoleh pactagenerasi tan~n haploid ganda pertama (DHO) dalam waktu kurang dari I tahun , sedangkanevaluasi karakteragronomiutamadapatdilakukan pactagenerasi DHI dan DH2. Dibandingkandengansitem pemuliaan konvensional, keuntungan penggunaankultur antera pactaprogrampemuliaanterutamaadalahmeningkatkan efisiensi proses seleksi, menghematbiaya, waktu dan
Ii
l: I i
Kultur Antera
;
. Kultur antera merupakansalah satu tekms kultur jaringa~ yang ~apat me~percepat per~lehantanaman homozlgot da~1 heteroz~got t~npa d!sukarkan ~Ieh hubungan?oml~an resesIf, sehmggaslklus p~mullaan dapat. leblh smg~at ~arena dap.at menghll~gkan sebagla~besar darl keglatan seleksl.per generasl.(6-8 generasl) yang umum pacta pemulla~n konvenslonal (F~hr, 1987; C~ough~n, 1995; Dewl et al., 1996). Mlkrospora (butlr san. atau pollen ~uda pa~a tahap perkembangan~wal unmukleat samp~!awal.bmukle~t) y~ngterdapatdl dalam ~nteradapatdlmduksl secara!nvItro agar mempro?uksltanamanatauplantlet (Dewl et al., 1996;Masyhudl, 1994;Chung, 1992;Sundan Zhao~ 1992~. Pollen mu~a dapat langsung memproduks~ embno (androgenesIs)atau secara.tak langsungmel~lul pembentuka? kal.us.(taulogenesls) yang kemudlan bere?eneraslmenJadlplantlet den~anad~nyaZPT pacta medIa ~ul~r. Pollen.adalahhaploId, ~ehmggatanaman yang ~Ihasllkan dan. pollen atau mlkrospora selama kultur JugaakanhaploId.
~
I,.
'"
tenagakerja (GambarI). Waktu I 2 3
Sistem Pedigree Hibridisasi FI
4
Pedegree (F3-F9)
Kul~ure Antera Hibridisasi FI dan Kulture Antera Perbanyakan Skrining dan~engujianbenih dan penguJlan
F2
5
... UJI dayabasIl U.. Ad t . JI ap asl Regional
(Skrining dan pengujian.. ) penguJlan
6 7 8 9
f
tt : I
Perban yakan
j
Benih S
]0
.
Uji
I] 12 13 ]4 15
Adaptabilitas Regional Perbanyakan Benih
GambarI. Perbandinganwaktu pemuliaanantarasistempedigreedankultur antera(modifikasi dari Chung, 1992).
60
IswariS.DewidaDBambang S.Purwoko
.
.
I
I
''~--
~
,i~;:~..~
:~::r ~ !
1:;.(
c~
~--
Bul. Agron. (29) (2) 59- 63 (2001)
f
f
, ,~:;
-
I
l I ! t f I
Pen~gunaanKultur Antera dalam Program Pemuliaan Pad,
kegunaanteknik ini dalampemuliaantanamandan studi genetl.k (DeWI . et al., 1996; Zhou, 1996: Chung, 1992;
Penggunaanteknik kultur anteradi dalamprogram pemuliaanpadi sudah menghasilkanbeberapavarietas u~ggul barn. Di Cina, pactaumumnya varietas yang dllepas adalah varietas-varietasyang berdaya hasil tinggi, kualitas yang baik, resistenterhadaphama dan penyakit utama dan toleran terhadap cekaman kekeringan dan kondisi tanah yang berbeda. Sampai tahun 1985saja,sebanyak81 varietaspadi unggul telah dilepas(Hu, 1985). Kultivar Hua Yu no. 1 yang dapat menghasilkan 7,5 ton/ha sampai sekarang masih digunakanoleh petanidi Cina bagianselatan,khususnya di propinsi Liaoning (Li, 1992).Sementaraitu di Korea pemuliaan padi difokuskan pacta perakitan varietas~ varietasunggul yang dapat digunakanuntuk bermacam kebutuhanpangan dan industri makanan,toleran suhu rendah, dan toleran terhadap mekanisasi dan biaya rendah(Chung, 1992). Empat varietastelah dihasilkan melalui kultur antera dan dilepas kepadapetani, yaitu Hwaseongbyeopactatahun 1985, Hwaseongbyeopacta tahun 1991.Keberhasilannegara-negara tersebutdalam merakit varietas unggul melalui penggunaankultur anteradi dalam program pemuliaanpadi menunjukkan bahwa kultur antera merupakan teknik yang secara nyata sangat bernilai di dalam program perbaikan tanamanpactio Oi Indonesia kultur antera padi diintroduksikan pactatahun 1991 setelah beberapapeneliti dikirim ke IRRI (International Rice ResearchInstitute) di Filipina (Masyhudi, 1992). Penelitianpertamamengenaikultur antera yang dipublikasikan pacta tahun 1992 adalah mengenai b.erbagai media untuk menginduksi dan meregeneraslkan kalus (Hanaridadan Rianawati, 1992a dan 1992b; Masyhudi, 1992). SelanjutnyaDewi et al. (1994) yang bekerja dalam program perbaikan padi
Li, 1992;Za.pataet al., 1993). Induksl kalus dan regenerasitanamandipengaruhi terutamaoleh kultur teknik, walaupunkeduanyaactadi bawah kontrol genetik. Frekuensi induksi kalus dan pembentukantanamanhijau dikendalikan oleh banyak gen (gen minor atao poligenik). Oleh karena itu, genotipe tanaman donor mempunyai peran penting dalam menentukanfrekuensiproduksi tanamanmelalui k~ltur an.tera(Masyhudi et al., 1997; Masyhudi dan Rlanawatl, 1995; Razdan, 1995; Chung, 1992). Pacta kultur ant~rapadi terdapatperbedaanyang nyata dalam regenerasltanamanhijau baik diantaragenotipemaupun d~ antara sub species (Zhou, 1996). Penelitian yang dllakukan pactaketiga sub speciespadi menunjukkan bahwa padi sub species javanica mempunyai kemampu~ yan.g tertinggi dalam menghasilkan tanamanhlJau (high anther culturability) diikuti oleh javan~~adan indica (Dewi et al., 1996). Masalah dan penelrtlan yang telah dilakukan untuk penggunaan kultur anteradalam program pemuliaanpadi disajikan pactaTabell.. Kultu: ante:a sudah digunakan oleh Balitpa, Sukamandl~ek~rJasama ~enganBalitbio, Bogor dalam program pem~llaan padl untuk perbaikan ketahanan atau toleransmya terhadap cekaman biotik seperti wereng coklat dan hawar daun bakteri (Oewi et al., 19~4) dan cekamanabiotik seperti kekeringan, tanah salIn, ta~ah rawa. (Suwarno, 1996; Rianawati, Ambarwatl d~ DewI, 1995),keracunanbesi (Hanarida, 1997; Suhartmlet al., 1997) dan keracunanaluminium (Su~~ini .et al., 1997). IPB bek~~jasamadengan B.alt~bIo,seJak 997 mel~kukanpenelrtlankultur antera dl ~IdangperbalkanmedIakultur denganmenggunakan polt~in d.anusahaperakitan padi gogo toleran ceka-
sawah, ~en~apat me~ia N6 yang diberi 2,4-D, NAA
man mtensrtas cahaya :endah ~~n alumini~m (Purwoko,
dan kInetIn efektlf untuk menginduksi dan meregenerasikankalus pactatanaman FI hasil silang
2000). Beberapa hasIl penelrtlan perbalkan tanaman ~adi melalui kultur anteradisajikanpactaTabel2.
~
indica/indica,yaitu: IR64/RPI837-15-3-2,IR64/Sipulut dan IR64/Aceh-aceh. Efisiensi metode kultur antera dalam menghasilkan tanaman hijau menentukan ...
"
I i
I
KulturAnterauntukMendukung ProgramPemuliaan Tanaman Padi
.
'
61
§::;-:
""
"-", '"-' "
Bul. Agron. (29) (2) 59 - 63 (2001)
' "
,.. ~
Tabel I.
Ma~alahdan penelitian yang telah dilakukan untuk penggunaankultur antera dalam program pemuliaan padl.
.
Masalahyang Oipecahkan Metodeuntuk mendapatkan jumlah tanamanyang cukup (seleksi, evaluasi)
Penelitian/StudiTelah Oilakukanpada: Media; komposisimediadasar(MS, N6, LS,He, L8, M8) ZPT: 2,4-0, NAA, IAA, Kinetin, BA Suplemen:CW, ekstraklabu,ekstrakkentangCH, poliamin 2. Anther Culture Ability I.
. .
..
Genotipa (high antherculturability) Kondisi fisiologi tanaman donor
.
Tahapperkembangan antera(uninukleat) Praperlakuan(suhurendah5 - 10°C)
.
Populasi antera
.
. . Konfirmasi stabilitasgenetikdari
Subkulturkalus(ukranI
-'-2
mm,jenis embriogenik)
Aklimatisasi (air, lumpur, intensitas cahaya)
prigeni
Studi generasiOHI-OH5 padakondisi yang sarnadenganbasil : Vigor tidak menurun, karakter morfologi dan agronomi tetap stabil. Jadi seleksidapatdilakukanpadagenerasiawal.
Metode pemuliaan yang efisien, karena ada batasan terhadap rekombinasi gen pada kultur anteraFI
I. Eksplandari F2 terseleksi 2. EksplanFI dari metodepersilanganmultiple crosses(pemuliaan akumulasi) 3. Metodeseleksirecurrentyang dikombinasikandengankultur antera ~i;
Tabel 2. Beberapatanamanhaploid ganda basil kultur anterauntuk diseleksi toleransi atau ketahanannyaterhadap ekamanbiotik dan abiotik Biotik . Abiotik Asal GenotipeFI , I
1 ! 1
BPH
. . Salmltas
BLB
Naungan
-
-
-
x
x
-
x x
-
-
-
-
-
4. Pucuk/Kapuas 5. A. Salam/ICOXI-B-66 6. B/326FTB-!/ICOXI-B-66 7. HawaraBunar/IAC1246 8. IRAT I 44/Hawara Bunar 9. IR64/Mahsuri 10.GM/Jatiluhur II. Wayrarem/Jatiluhur 12.GM/ITA247 13.GM/Krowal* 14.GM/Growal* 15.Jatiluhur/Krowal*
-
-
x -
x x x x
x x -
x x x x
-
-
Pasang Surut
Fe
x x
-
. Kenng
AI
I. IR64/Aceh-Aceh 2. IR64/Sipulut
3. BW267-3/Mesir
~;;.:~ _°
.
.
.'~ " ",;;&c ,cc
-
x
x x x x x x -
-
Keterangan: * Pembuatantanamanhaploid gandasedangdilakukan. No. I - 8 : OilaksanakanalaskerjasamaBalitpa, SukamandidenganBalitbio, Bogor. No.9: Oilakukanoleh Balitro Bogor. No. 10- 15 : OilaksanakanalaskerjasamaBalitbio denganIPB Bogor.
62
IswariS.DewidanBarnbang S.Purwoko
.
~...
~~-
,r--
--
-
Bul. Agron. (29) (2) 59 63 (2001)
:,,:.~
DAFT AR PUSTAKA
Chung,G. S. 1992.Antherculturefor riceimprovement .
in Korea. P. 8-37. In K. Zheng and T. Murashige (eds.). Anther Culture for Rice Breeders.Seminar and Training for Rice antherCultur at Hangzhou,
I
China.October1992.
t Croughan,T. P. 1995.Anther culture for dobledhaploid production. P. 134 - 154. In O.L. Gambongand G.C. Philips (eds.). Plant, Cell, Tissue and Organ Culture. KLuwer Acad. Publ.Netherlands. Dewi, I. S., A. D. Ambarwati, M. F. Masyhudi, T. Soewito, and Suwamo. 1994. Induksi kalus dan regenerasikultur antera padi (Oryza sativa L). Risalah Hasil Penelitian TanamanPangan2: 136143. Dewi, I. S., I. Hanarida,and S. Rianawati. 1996.Anther culture and its application for rice improvement programin Indonesia.Indon. Agric. Res.and Dev. J. 18 : 5 I - 56. Faraughi-Wehr and G. Wenzel. 1993. Andro-and parthenogenesis.P. 261-177. In M. D. Hayward, N. O. Bosemark and I. Romagasa(eds.). Plant Breeding: Principles and Prospect.Chapman & Hall, London. Fehr. W. R. 1987. Principlesof Cultivar Development. Vol. I, McGraw-HilI, inc, NY. 536p. Hanarida, I. 1989. Program perbaikanvarietaspadi di Indonesia.Makalah disampaikanpada Lokakarya PengawasBenih. Bogor 24 Pebruari - 4 Maret 1989. Hanarida,1.1997. EksplorasiMarka Molekuler Toleran KeracunanBesi (Fe) padaTanamanPadi. Laporan TahunanII RUT. RUT 1995196.DRN, Bappenas, LIPI, BPPT.
~
~
Hanarida, I. dan S. Rianawati. I 992a. Produksi kalus dan regenerasikultur anter pada FI persilangan antarajavanica dan indica. Penel. Pertan. 12: 6770. Hanarida,I. dan S. Rianawati.1992b.Induksi kalus dan regenerasikultur anter padi FI (Oryza sativa L.). Makalah Seminar Hasil Penelitian Tanaman Pangan.Bogor, 29 Februari- 2 Maret 1992.
KulturAnterauntukMendukung Program Pemuliaan Tanaman Padi
,
,
Masyhudi, M. F. 1992. Plant regenerationby anther culture of javanica x indica rice lines. Indon. J. Crop.Sci.7: 1-18. Masyhudi, M. F. 1994. Kultur antera tanaman padi. Bull. Penel.Puslitbangtan9: 18- 37. ' S. Tjokrowidjoyo, S. Rianawati, dan I. S. Dewi. 1997. Regenerasi kultur antera beberapatanamanpadi sawahdi Indonesia.Jumal penelitianPertanian16: 77 - 85. Oono, K. 1997. Haploidy. P. 673 - 677. Subchapt.2. Haploidy and Heteroploidy.Ahapt. 7. Polyploidy, Haploidy, and Aneuploidy in Div. II. Differentiation of Inheritance Characters.In T. Matsuo, Y. Futsuhara, F. Kikuchi, and H. Yamaguchi(eds.).Scienceof The Rice Plant. Vol. 3. Genetics.Food and Agriculture Policy Research Center.Tkyo. Japan. Purwoko, B. S. 2000. Penggunaanpoliamin untuk meningkatkan regenerasi tanaman hijau pada kultur anterapadi dan aplikasinyadalam program pemuliaan. Laporan Hibah Bersaing Villi I PergurilanTinggi. 23 p. Razdan,M.. K. 1993. An Introduction to Plant Tissue Culture. Oxford & IBH PublishingCo., Ltd. New Delhi. Rianawati,S, A. D. Ambarwati, and I. S. Dewi. 1995. Rice (Oryza ativa L.) anther culture researchat BiotechnologyDivision. Cenral Res. Institute for Food Crops. Abstract. 2nd Conference on Agricultural Biotechnology, ABSP-AARD-IBS. Jakarta,Indonesia.June1995. Suhartini, T., I. Hanarida, I. S. Dewi, S. Rianawati, Allidaati, dan Suwamo. 1997.Studi kultur antera padi lokal rawa pasang surut. Makalah dipresentasikanpada Simposium III dan Kongres PERIPI.Bandung,24 - 25 September1997. Sun,Z. and C. Zhao. 1992.Anther culture for enhancing rice breeding.The CNNRI Program.P. 112- 131. In K. Zheng and T. Murashige (eds.). Anther Culture for Rice Breeders.Proceedingsof Seminar and Training for Rice Anther Culture at Hangzhou, China.October1992. Suwarno. 1996.PerbaikanVarietas Padi Rawa Pasang Surut Melalui Kultur Anter. Laporan Tahun Pertama APBN 1996/97. Kelti Sumber Daya Genetik,Balitbio, Bogor.
63
~~"'~
