LAPORAN PENELITIAN
HIBAH PENELITIAN STRATEGIS NASIONAL Tahun Anggaran 2009
PENGEMBANGAN VARIETAS APEL MALANG DENGAN INDUKSI MUTASI MENGGUNAKAN RADIASI SINAR GAMMA
Niken Kendarini, SP, MSi Izmi Yulianah, SP, MSi
Dibiayai Oleh Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan Nasional Sesuai Dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan Hibah Penelitian Strategis Nasional, Nomor :0174.0/023-04.2/XV/2009, Tanggal 31 Desember 2008 dan berdasarkan SK Rektor Nomor : 160/SK/2009, tanggal 7 Mei 2009
UNIVERSITAS BRAWIJAYA NOPEMBER 2009
RINGKASAN
Kebutuhan buah apel setiap tahun meningkat seiring dengan peningkatan kesejahteraan masyarakat, sebagian dipenuhi dari impor. Produktivitas apel lokal yang rendah, biaya produksi tinggi untuk pengendalian kimiawi hama dan penyakit menjadi kendala pengembangan apel lokal. Penyakit utama adalah powdery mildew (embun tepung) yang disebabkan oleh cendawan Oidium farinosum Cooke, mampu menurunkan kuantitas dan kualitas buah apel sebesar 50% atau lebih. Pengendalian yang lebih ekonomis dan ramah lingkungan adalah dengan penanaman varietas toleran penyakit powdery mildew. Penggunaan varietas toleran diharapkan dapat menekan kehilangan hasil sebesar 25% dan dampak pestisida terhadap lingkungan menjadi lebih kecil. Perakitan varietas toleran penyakit powdery mildew dapat dilakukan dengan perbaikan genetik tanaman apel yang telah adaptif di agroklimat tropis dengan meningkatkan keragaman genetiknya, salah satu cara dengan induksi mutasi. Teknik induksi mutasi pada tanaman yang diperbanyak secara vegetatif lebih efektif, karena dapat mengubah satu atau beberapa karakter tanpa mengubah karakteristik kultivar asalnya. Radiasi yang digunakan untuk bibit muda dilakukan untuk meningkatkan laju mutasi dalam perbaikan genetik. Penelitian ini bertujuan untuk: Mendapatkan keragaman genetik pada beberapa kultivar apel; Mengetahui pengaruh dosis radiasi sinar gamma dan kultivar, serta interaksi antara dosis radiasi sinar gamma dan kultivar terhadap keragaman tanaman apel; dan mendapatkan varian tanaman apel hasil mutasi radiasi sinar gamma yang tahan powdery mildew. Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium UPT Bioteknologi Jurusan Budidaya Pertanian, Fakultas Pertanian Universitas Brawijaya, kebun petani di Desa Punten Kecamatan Bumiaji, Batu-Malang dengan ketinggian 1.050 m dpl, Pusat Aplikasi Isotop Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN) Jakarta serta Pusat Penelitian Bioteknologi IPB Bogor. Penelitian ini menggunakan rancangan perlakuan faktorial, terdiri atas dua faktor yang disusun dalam rancangan lingkungan acak kelompok lengkap. Faktor pertama adalah kultivar apel yang terdiri dari tiga kultivar, yaitu kultivar “Manalagi (K1)”, “Rome Beauty (K2)” dan “Anna (K3)”. Faktor kedua adalah dosis radiasi sinar gamma yang terdiri dari enam taraf, yaitu 0, 15 Gy, 25 Gy, 35 Gy, 45 Gy dan 55 Gy. Perbedaan perlakuan dianalisis dengan uji F pada taraf 5%, uji lanjutan dengan uji jarak berganda duncan pada taraf 5%. Pengamatan terhadap ketahanan penyakit powdery mildew dengan menghitung persentase tanaman terserang dengan skoring kerusakan daun, yang dilanjutkan dengan menghitung intensitas serangan penyakit. Analisis isoenzim menggunakan empat enzim (PRX, EST, ACP dan AAT) pada sampel perlakuan. Pola pita yang muncul digambar untuk mendapatkan zimogram. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kultivar dan dosis radiasi sinar gamma mempengaruhi keragaman. Penggunaan dosis radiasi sinar gamma semakin tinggi yang diberikan pada bibit apel menyebabkan semakin besar kematian bibit. Pengaruh radiasi sinar gamma menyebabkan penurunan jumlah daun dan panjang tunas bibit. Namun radiasi sinar gamma tidak berpengaruh nyata terhadap jumlah tunas bibit. Dosis radiasi 25 Gy menyebabkan pertumbuhan tunas bibit apel menurun. Dosis radiasi 35 Gy
menyebabkan jumlah daun bibit apel lebih banyak dibandingkan dengan tanaman normalnya. Kultivar K2 mempunyai jumlah tanaman hidup paling sedikit, sesuai dengan hasil perhitungan Analisis Curve-Fit yang menunjukkan K2 mempunyai radiosensitivitas yang rendah Pada pertanaman apel di lapangan menunjukkan bahwa radiasi sinar gamma menurunkan panjang tunas, per tanaman. Akan tetapi mutan apel kultivar K1 yang diradiasi dengan dosis 15 Gy mempunyai jumlah daun yang terbanyak.. Berdasarkan ketahanan terhadap penyakit powdery mildew, didapatkan dosis 45 Gy menginduksi terjadinya perubahan tingkat ketahanan tanaman terhadap penyakit ini. Pada perlakuan K2 dengan dosis radiasi 45 Gy menunjukkan varian tanaman apel yang tahan terhadap penyakit powdery mildew. Abnormalitas morfologi bibit apel ditunjukkan dengan adanya perubahan bentuk batang serta susunan percabangan; bentuk, susunan dan warna daun yang disebabkan oleh radiasi sinar gamma. Perubahan warna dan bentuk daun terjadi pada varian-varian apel. Beberapa varian dari kultivar K1 yang menunjukkan perubahan warna daun dan bentuk menjadi bercak-bercak kuning tidak beraturan, dan bentuk daun bergerigi tajam dan terdapat bertulang daun ganda. Varian dari kultivar K2 menunjukkan pula perubahan daun dari agak berbulu menjadi sedikit berbulu, lebih bergerigi tepi daunnya dan berwarna gelap. Perubahan bentuk daun yang ditandai dengan tulang daun ganda terjadi pada varian dari kultivar K3 Berdasarkan hasil analisis isoenzim menggunakan enzim PRX, ACP, EST dan AAT terdapat perbedaan pola pita (polimorfisme) antara apel varian dengan kontrolnya. Enzim PRX hasil isozim menunjukkan terdapat enam pola pita, enzim ACP empat pola pita, enzim EST tujuh pola pita dan enzim AAT hanya mempunyai dua pola pita saja. Pada kultivar K2 dan mutannya dengan menggunakan enzim AAT mempunyai pola pita yang sama (monomorfik) sehingga tidak bisa dibedakan. Sehingga dapat disimpulkan bahwa radiasi sinar gamma pada tanaman apel dapat menimbulkan keragaman genetik. Kultivar Rome Beauty merupakan kultivar yang paling peka terhadap radiasi sinar gamma, sedangkan kultivar manalagi merupakan kultivar yang paling tidak peka. Terdapat perbedaan morfologi dan keragaman pola pita dari hasil analisis isoenzim pada tanaman normal dan variannya. Dosis 45 Gy menimbulkan varian apel yang lebih tahan terhadap powdery mildew. Pada kultivar Rome Beauty dengan dosis radiasi 45 Gy menunjukkan penampilan tahan terhadap powdery mildew Kata kunci : Induksi, mutasi, varietas apel, sinar gamma
SUMMARY Apple needs each year increases with increasing social welfare, partly met from imports. Local apple productivity is low, high production costs for chemical control of pests and diseases constrain the development of local apples. The main diseases are powdery mildew caused by the fungus Oidium farinosum Cooke. Powdery mildew disease will be reducing 50% or more the quantity and quality of apples. Planting tolerant varieties of powdery mildew disease are more economical and environmentally friendly. Apple varieties which tolerant to powdery mildew disease are expected to suppress 25 % of loss yield, and less impact of pesticides on the environment. New varieties can be made up from local apple adaptive in the tropical Agro-climate. One of method is by the induction of mutation whith the desirable character. This technique has been used succesfully in the tree breeding. Induction mutation more effective in vegetatively propagated plants, because it can change one or more characters without changing the characteristics of origin cultivars. This study aims to gain the genetic diversity of some apple cultivars; knowing the influence of gamma radiation dose and cultivars, the interaction between the dose of gamma radiation and cultivars and to select powdery mildew resistent of variant of apple which had gamma-ray radiation. The research was conducted at UPT of Biotechnology Jurusan Budidaya Pertanian, Agriculture Faculty of Brawijaya University, farmer farm on Desa Punten Kecamatan Bumiaji, Batu-Malang, at 1.050 m above sea level, The National Nuclear Energy Agency of Indonesia Jakarta, and Pusat Penelitian Bioteknologi IPB Bogor. It was done from March untill November 2009. The design of those research was factorial which was arrange in environment experiment in a randomized complete block design with three replications. The first factor was cultivars (cv. Manalagi, cv. Rome Beauty and cv. Anna). The second one was the doses of gamma rays (0; 15; 25, 35, 45 and 55 Gy). Treatment differences were analyzed by F test at 5% level, further tests with Duncan multiple range test at 5% level. Observations of powdery mildew disease resistance by counting the percentage of plants infected with leaf damage score, and followed by calculating the intensity diseases attack. Isoenzim analysis using four enzymes (PRX, EST, ACP and AAT) on the sample The result showed cultivars and doses of gamma rays radiation affect to phenotypic variation. The higher of doses of gamma rays the fewer survival plants. While on characters leaves number and shoot length are decrease. There is none of significant differences on shoot number. The dose of 25 Gy reduced growth of seedling. While 35 Gy dose of radiation was showed leaves number more than non irradiated one. The percentage of survival plants on cultivar K2 is lower than othres. Curved-fit analysis shown that cultivar K2 has low radiosensitivity. Morphological abnormalities in leaves and stem of plants were developed as the effect of gamma rays irradiation. Changes in leaf color and shape occur in apple mutants. Several variant of irradiated was showed yellow spot irregulerly on the leaves, while others was showed serrated on the edge of leaf.
Protein analysis through isoenzyme technique showed that gamma rays irradiation cause the change on enzymatic pattern on mutants. Polymorphism bands recognized by enzyme PRX, ACP, AAT and EST. PRX enzyme results showed there were six isozim banding pattern, four enzyme banding pattern ACP, EST seven enzymes and enzyme banding pattern AAT had only two banding pattern alone. Cultivar K2 showed monomorphism bands in enzyme AAT that the mutant can not be distinguished with the normal plants. So that it can be concluded that gamma-ray radiation can cause genetic diversity on the apple crop. Rome Beauty cultivars is the most sensitive cultivars to gamma radiation, while cultivars manalagi is the least sensitive. There are differences in morphology and banding pattern of diversity analysis isoenzim in normal and variant plants. 45 Gy dose caused apple variant are more resistant to powdery mildew. In Rome Beauty cultivars with 45 Gy radiation dose showed the appearance of powdery mildew resistant Keyword : induction mutation, apple improvement, gamma rays
DAFTAR PUSTAKA Aisyah, I.S. 2006. Induksi Mutagen fisik pada Anyelir (Dianthus caryopyllus Linn). dan Pengujian Stabilitas Mutannya yang Diperbanyak secara Vegetatif. [Disertasi]. Pascasarjana Institut Pertanian Bogor.197 hal. (Tidak dipublikasikan). Bajaj, Y.P.S., A.W. Saettler and M.W. Adams. 1970. Gamma irradiation studies on seeds, seedling and callus tissue culture of Phaseolus vulgaris L. Rad. Bot. 10:119-124. Baldoni, L and E Rugini. 2002. Genetik modification of agronomic traits in fruit crops. P.25-73. In : Valpuesta, V. (Ed.). Fruit and Vegetable Biotechnology. England: Woodhead Publ.Ltd. Cambridge. Brewer, G.J. and C.F. Sing. 1970. An Introduction to Isozyme Techniques. Acad Press. New York. 186p. Broertjes, C and A.M. Van Harten. 1988. Applied mutation breeding for Vegetatively Propagated Crops. Elsevier Science Publ. Amsterdam. The Netherland. 345p. Chandorkar, K. R and G. M. Clarck. 1986. Physiological and morphological responses of Pinus strobes L. and Pinus sylvestris L. seedling subjected to low level continous gamma irradiation at radioactive waste disposal area. Env Exp. Bot. 26:259-270. Chesquire, M. 1984. Enzyme polymorphism in oil palm (Elaies quinensis Jacq.) I, genetic control of nine enzyme system. Oleagineux 39 (12):561-574. Crowder, L. V. 1990. Genetika Tumbuhan.Gajah Mada University Press. Yogyakarta. 499 hal. Evans, D. A., and W.R. Sharp. 1986. Somaclonal and gametoclonal variation. P:97-132. In Evans, D.A., W.R. Sharp, and P.V. Amirato (Eds.). Handbook of Plant Cell Culture Vol. 4. Macmillan Publ. Co. New York. Grosch, D.S. and L.E Hopwood. 1983. Biological Effect of Radiation 2ed. Acad Press. New York. 338p. Grossi, C. Raymond and M. Jay. 1997. Isozyme polymorphism of Rosa spp. and cultivar identification. Euphytica 98:11-19. .
Handayati, W., Darliah, I. Mariska dan R. Purnamaningsih. 2001. Peningkatan keragaman genetik mawar mini melalui kultur in vitro dan radiasi sinar gamma. Berita Biologi 5 (4):365-371. Harahap, F. 2005. Induksi Variasi Genetik Tanaman Manggis (Garcinia mangostana) dengan Radiasi Sinar Gamma. [Disertasi]. Pascasarjana. Institut Pertanian Bogor. 142 hal. (Tidak dipublikasikan). Hartana, A. 2003. Elektroforesis sebagai Alat Pelacak Marka Molekul Biologi. Pelatihan Singkat Teknik Analisis dengan Metode dan Peralatan Mutakhir di Bidang Hayati dan Kimia. Laboratorium Biologi Tumbuhan. Pusat Studi Ilmu Hayati IPB. Hal 26-31. Ibrahim, R. 2000. Radiation technology for the improvement of colour in ornamental plants. Proceeding of Seminar on Methodology for Plant Mutation Breeding: Screening for Quality. Jakarta. P.131-153. Ichikawa, S. and Y. Ikushima. 1967. A development study of diploid oats by means of radiation induced somatic mutation. Rad. Bot. 7:205-215. Ismachin, M. 1988. Pemuliaan tanaman dengan mutasi buatan. Pusat Aplikasi Isotop dan Radiasi. Badan Tenaga Atom Nasional. Jakarta. 27 hal. Iqbal, J. 1969. Radiation-Induced Growth Abnormalities in the Vegetative Shoot Apices of Capsicum anuum D. In Relation to Celluler Damage. Rad. Bot. 9:491-499. Jusuf, M., E. Guhardja, E.D. Jayasupena, U. Widiastuti dan Y. Panggesso. 1987. Analisis keragaman kedelai hasil mutasi dengan radiasi sinar gamma terhadap varietas Orba dan Shakti. Studi morfologi dan kimia. 15 hal. Dalam: Prosiding Seminar Bioteknologi Pertanian, Bogor, 21 Desember 1987. PAU-IPB Bogor. Malik, C.P. and M.B. Singh. 1980. Plant Enzymology and Histo-enzymology: a Text Manual. Kalyani Publ. New Delhi-Ludhiana. 434p. Mattjik A.A dan I.M Sumertajaya. 2002. Perancangan Percobaan dengan Aplikasi SAS dan Minitab. Bogor: IPB Press. 282 hal. Micke, A and B. Donini. 1993. Induced mutation. In Hayward, M.D., N.O Bosemark and I. Romagosa (Eds.), Plant Breeding: Principle and Prospects. Chapman and Hall. London. 550p. Moore, T.C. 1979. Biochemistry and Physiology of Plant Hormones. Springer-Verlag. New York. 247p. Nagatomi S. 1996. Application of irradiation in in vitro techniques on induced mutation in horticultural crops. Pros. Sem on Mutation Breeding. In Horticultural Crops for
Regional Nuclear Cooperation in Asia. 3-10 November 1996. Bangkok. Thailand. 14p. Pahan, I. 1987. Variation of petunia (Petunia hybrida Vilm) flower derived from in vitro shoot cultures treated with gamma ray radiation. Buletin Peragi 2(1):5-9. Poespodarsono, S. 1988. Dasar-Dasar Ilmu Pemuliaan Tanaman. PAU-IPB. Bogor. 169 hal. Predieri,S , Magli,M & Zimmerman,RH, 1997. Pear mutagenesis : In vitro treatment with gamma-rays and field selection for vegetatif forms traits.. Euphytica 93 :227-237 Prasetyorini. 1991. Pengaruh Radiasi Sinar Gamma dan Jenis Eksplan terhadap Keragaman Somaklonal pada Tanaman Gerbera (Gerbera jamesonii ex Hook). [tesis]. Pascasarjana. Institut Pertanian Bogor. 81 hal. (Tidak dipublikasikan). Pratiwi, Tyas. 1995. Pengaruh Radiasi Sinar Gamma terhadap Variasi Somaklonal Tanaman Stevia (Stevia rebaudiana Bertoni). [tesis]. Pascasarjana. Institut Pertanian Bogor. 57 hal. (Tidak dipublikasikan). Shanon, L.M. 1968. Plant Isozymes. Ann. Rev. Pl. Physiol. 19:187-210. Soltis, D.E and P.S. Soltis. 1992. Isozyme in Plant Biology. Dioscorides Press. Portland, Oregon. 268p. Sparrow, D. H. B. 1979. Special technique in plant breeding. P.163-171. In: Knight, R (Ed.). A Course Manual in Plant Breeding. Australian Vice-Chancellors’ Committee. Poly-Graphics Pty. Ltd., Brisbane. Soelarso, B. 1997. Budidaya Apel. Kanisius. Jogyakarta 70p Sunarjono, H., Yetty dan E. Sumiati. 1986. Kemungkinan perbaikan varietas bawang merah (Allium ascalonicum) melalui mutasi dengan radiasi sinar gamma. Bull. Penel. Hort. XII (3):9-16. Van Harten, A.M. 1998. Mutation Breeding. Theory and Practical Applications. Cambridge: Cambridge University. 353p. _______________ 2002. Mutation breeding of vegetatively propagated ornamental. P.104-128. In Vainstein A. (Ed.). Breeding For Ornamental: Classical and Molecular Approaches. Dordrecht. The Netherland: Kluwer Acad. Waluyo, R. 2001. Induksi Mutasi Krisan (Dendranthema grandiflora Tzvelev) melalui Iradiasi Planlet. [Skripsi] Fakultas Pertanian. Institut Pertanian Bogor. 38 hal. (Tidak dipublikasikan).
Wendel, J.F and N.F Weeden. 1989. Visualization of plants isozymes. P. 5-45. In: Soltis, D.E. Soltis, P. S. (Eds.). Isozyme in Plant Biology. Dioscorides Press. Portland Oregon. Wulandari, A. 2001. Induksi Mutasi Krisan (Dendranthema grandiflora Tzvelev) melalui Iradiasi Stek Pucuk. [Skripsi] Fakultas Pertanian. Institut Pertanian Bogor. 36 hal. (Tidak dipublikasikan). Zhang,Y.X and Lespinasse. 1991. Pollinated with gamma-irradiated pollen and development of fruits, seed & parthenogenesis in apple. Euphytica 54:101109
