PEMULIAAN TANAMAN
Oleh: Ir. Wayan Sudarka, M.P. Ir. Sang Made Sarwadana, M.Si. Dr. Ir. I Gde Wijana, M.S. Ir. Ni Made Pradnyawati, M.P.
Edisi Revisi
PROGRAM STUDI AGRONOMI JURUSAN BUDIDAYA PERTANIAN FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS UDAYANA TAHUN 2009
1
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa (Sang Hyang Widhi Wasa), sehingga buku ajar ini dapat penulis wujudkan. Buku ajar ini disusun berdasarkan saduran dari beberapa pustaka yang berkaitan dengan Pemuliaan Tanaman. Tujuan penulisan Buku Ajar “Pemuliaan Tanaman” ini sebagai pegangan mahasiswa untuk menambah wawasan dan pengetahuan dalam bidang pemuliaan tanaman. Penulis menyadari bahwa buku ajar ini masih jauh dari sempurna, karena terbatasnya pengetahuan penulis dan terbatasnya pustaka pendukung, tetapi sudah direvisi. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan keritik yang bersifat membangun demi lebih sempurnanya buku ajar ini. Akhirnya penulis berharap semoga buku ajar ini bermanfaat bagi pembaca, khususnya untuk menambah pengetahuan dalam bidang pemuliaan tanaman. Terima kasih penulis ucapkan kepada semua pihak yang telah membantu penyusunan tulisan ini.
Denpasar, 5 Februari 2009 Penulis,
2
DATAR ISI
Halaman JUDUL………………………………………………………………….. i KATA PENGANTAR…………………………………………………… ii DAFTAR ISI……………………………………………………………… iii I.
II. III.
SEJARAH, PENGERTIAN DAN TUJUAN PEMULIAAN TANAMAN, PERKEMBANGBIAKAN DAN PUSAT GENETIK TANAMAN……………………………………………
1
METODE PEMULIAAN TANAMAN …………………………… 20 METODE SELEKSI PEMULIAAN TANAMAN MENYERBUK SENDIRI ……………………………………….
29
IV. METODE SELEKSI PEMULIAAN TANAMAN MEYERBUK SILANG …………………………………………… 43 V.
METODE PEMULIAAN TANAMAN MEMBIAK VEGETATIF .. 71
VI. PEMULIAAN TANAMAN SECARA IN VITRO…………………. 73 . VII. PEMULIAAN KETAHANAN TANAMAN TERHADAP CEKAMAN LINGKUNGAN ….…………………………………... 87 VIII. PEMULIAAN KETAHANAN TANAMAN TERHADAP TERHADAP HAMA DAN PENYAKIT …………………………. 101 IX.PEMULIAAN KELAINAN GENETIK DAN SITOGENETIK ......….. 122 X PENGGUNAAN METODE STATISTIKA DALAM PEMULIAAN ………………………………………………………. 157 DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………….. 168
3
I. SEJARAH, PENGERTIAN DAN TUJUAN PEMULIAAN TANAMAN, PERKEMBANGBIAKAN DAN PUSAT GENETIK TANAMAN Ir. Wayan Sudarka, M.P.
1. Pendahuluan Dalam Bab ini dijelaskan tentang sejarah perkembangan pemuliaan tanaman sebelum dan sesudah Mendel. Pekembangan pesat pemuliaan tanaman setelah tahun 1900, serta berkembangnya revolusi hijau sekitar tahun 1960, dengan diketemukannya varietas unggul baru terutama pada jenis seralia dan hortikultura. Dijelaskan pula tentang pengetian dan tujuan pemuliaan tanaman. Pada mulanya kegiatan pemuliaan tanaman merupakan perpaduan seni dan ilmu pengetahuan yang mempelajari bagaimana memperbaiki genotipe tanaman dalam populasi sehingga lebih bermanfaat bagi manusia. Pemuliaan tanaman pada mulanya hanya didasarkan pada seni saja, yaitu pemilihan dalam populasi tanaman didasarkan atas perasaan, keterampilan, kemampuan serta petunjuk yang terlihat pada tanaman. Tanaman yang terpilih selanjutnya dikembangbiakkan untuk dapat memenuhi kebutuhan petani. Pemuliaan tanaman pada akhirnya dikembangkan sebagai suatu teknologi yang merakit keragaman genetik menjadi suatu bentuk yang lebih bermanfaat bagi manusia. Seleksi yang artinya memilih dilakukan pada setiap tahap program pemuliaan, seperti: memilih plasma nutfah yang akan dijadikan tetua, memilih metode pemuliaan yang tepat, memilih genotipe yang akan diuji, memilih metode pengujian yang tepat, dan memilih galur yang akan dilepas sebagai varietas. Dijelaskan pula tentang tujuan pemuliaan tanaman, yang pada perinsipnya adalah: merakit jenis baru yang berdaya hasil tinggi, mengembangkan varietas yang lebih baik untuk lahan pertanian baru (seperti lahan marginal), mengembangkan varietas baru yang tahan terhadap hama dan penyakit, perbaikan kharakter agronomik dan hortikulturik tanaman, dan peningkatan kualitas hasil tanaman Dalam Bab ini juga dijelaskan perkembangbiakan tanaman, pusat genetika tanaman dan pusat penelitian tanaman budidaya. Pembiakan tanaman dibedakan menjadi pembiakan generatif dan vegetatif. Lebih lanjut dijelaskan pusat genetika tanaman
4
didasarkan pada hasil penelitian ahli botani Rusia Vavilop (1920-1940), dimana diketemukan aturan atau ketentuan tetentu mengenai penyebaran geografis tanaman di dunia.
2. Sejarah Perkembangan Pemuliaan Tanaman Manusia kebanyakan tergantung kepada tanaman untuk memenuhi kebutuhan hidupnya. Bahan makanan dari ternak berupa daging, susu, telor dan lain-lain, untuk memproduksinya juga memerlukan pakan yang sebagian besar berasal dari tanaman. Dalam membudidayakan tanaman petani selalu memerlukan bahan tanam berupa benih. Hasil tanaman yang diusahakan petani akan tergantung pada benih yang ditanam dan cara membudidayakannya. Dari benih yang baik akan memungkinkan petani mendapatkan hasil yang baik pula. Dari sejak jaman dahulu disadari atau tidak, petani telah memilih benih yang baik sebagai bahan tanam, untuk mendapatkan pertumbuhan yang baik serta hasil sebanyak mungkin. Usaha tersebut sebenarnya merupakan kegiatan pemuliaan tanaman, oleh karena itu perkembangannya tidak terlepas dari sejarah perkembangan pertanian. Di samping itu pula sejarah perkembangan pemuliaan tanaman juga sangat terkait dengan sejarah perkembangan genetika dan sitologi. Bangsa Assyrians dan Babylonian pada permulaan tahun 700 sebelum masehi, telah melakukan persilangan buatan pada tanaman sejenis palem. Bangsa Indian Amerika telah melakukan kegiatan pemuliaan tanaman jagung, jauh sebelum Bangsa Kulit Putih datang ke Amerika. Hooke (1635-1703), Grew (1641-1712) dan Malpighi (1628-1694) merupakan pengguna mikrokup untuk pertama kali, dan merupakan pelopor penelitian permulaan dari sel. Millington (1676) mengemukakan fungsi tepung sari, sebagai organ kelamin jantan. Camerarius (1694) untuk pertama kali mendemontrasikan organ seks pada tanaman. Cotton Mather (1716) menemukan persilangan alami pada tanaman jagung. Sejak itu orang mulai melakukan persilangan pada tanaman untuk memperoleh jenis hibrida yang dipelopori oleh: Fairchild (1717), Joseph Koelreuter (1760-1766) dan Andrew Knight (1757-1835). Brown (1831) menemukan inti sel. Schleiden dan Schwann (1838-1839), mengemukakan teori sel. Remak dan Vircow (1858),
5
memberikan ketegasan bahwa semua sel itu terjadi karena adanya pembelahan dari sel sebelumnya. Schweigger-Seidel (1865), La Vallette St. George (1865), menyatakan bahwa sel kelamin (gamet) merupakan sebuah sel. Newport (1854), Pringsheim (1856), dan Thuret (1857) mengemukankan pertama kalinya istilah fertilisasi yaitu bersatunya gamet-gamet. Charles Darwin (1858) mengemukakan teori Seleksi Alam dan Evolusi. Gregor Mendel (1822-1884), mengumumkan hasil penelitian dengan kacang polong, yaitu berupa penurunan sifat dari induk (parents) kepada anak-anaknya (filials), dan dikenal sebagai Hukum Mendel. Tetapi hasil penelitian tersebut belum diakui oleh para ilmuan pada saat tersebut. Strasburger (1875) melaporkan gambaran inti sel secara lengkap. Hertwig (1875), menegaskan bahwa gamet-gamet yang bersatu itu berasal dari induknya masing-masing. Hertwig (1875) dan Strasburger (1877), menegaskan bahwa inti sel (nucleus) mempunyai peranan penting pada fertilisasi maupun pembelahan sel. Dengan demikian terciptalah konsep epigenesis yang menegaskan bahwa setiap organisme baru itu merupakan kreasi baru yang dihasilkan oleh pertumbuhan zigot. Waldeyer (1877), mengemukakan istilah gamet dan kromosom. Fleming (1882), pertama kali memberikan nama kromatin untuk bagian kromosom yang mudah mengisap zat warna. Hjalman Nilson (1890), mengembangkan varietas baru yang berasal dari seleksi turunan tanaman menyerbuk sendiri, dengan cara tersebut pemulia tanaman mulai menggunakan dasar ilmiah untuk pertama kali. Hugo de Vries, Carl Correns dan Tschermak (1900) melakukan kembali penelitian sama dengan yang dilakukan oleh GregorMendel, tetapi pada lokasi yang berbeda. Hasil penelitian ketiga ilmuan tersebut, menunjukkan prinsip yang sama dengan yang dihasilkan oleh Gregor Mendel. Sejak itu Hukum Mendel baru diakui kebenarannya, dan sejak itu pula penelitian Genetika, Sitologi, dan Pemuliaan Tanaman berkembang dengan pesat. Bateson (1900), mengemukakan istilah allerlomorf, homosigot, dan filial. Punnet dan Bateson (1902) menunjukkan adanya peristiwa linkage pada organisme. Shull (1904) mengembangkan galur inbrida pada tanaman jagung. dan mengusulkan istilah heterosis untuk ketegaran hibrida. Haris (1912) mengusulkan penggunaan.Chi-square. Winkler (1912), mengusulkan nama genoom untuk sepasang
6
kromosom. Edward East`dan Donald F. Jones (1918) mengembangkan varietas hibrida untuk kepentingan para petani. T.J. Jenkin (1919), mengembangkan varietas sintetis pada jagung. Mishiyama (1929), meneliti lebih mendalam tentang sitogenetik tanaman avena. Dustin (1934) menemukan senyawa alkaloid Colchisin. Love (1934), menerangkan rancangan percobaan dan sidik ragam. Crik dan Watson (1953) menemukan molekul DNA sebagai penentu pewariasan sifat pada organisme, dan dari sejak itu pula genetika moderen/ rekayasa genetika berkembang dengan pesat. IRRI (1965) telah melepas varietas unggul padi dengan nama PB5 (IR5) dan IR8 (PB8). Varietas ini berumur genjah, berdaun tegak, respon terhadap pemupukan dan potensi produksi tinggi, dan mempunyai andil besar dalam revolusi hijau (green revolution). Walaupun Genetika dan Sitogenetika merupakan ilmu dasar terpenting dalam pemuliaan tanaman, namun masih diperlukan bantuan ilmu lain, seperti: Botani, Fisiologi, Morfologi, Taksonomi, Sistimatik, Hama dan Penyakit, Statistik, Biokimia dan lain-lain.
2. Pengertian dan Tujuan Pemuliaan Tanaman 2.1. Pengertian pemuliaan Tanaman Pemuliaan tanaman didifinisikan sebagai perpaduan seni dan ilmu pengetahuan yang mempelajari bagaimana memperbaiki genotipe tanaman dalam populasi sehingga lebih bermanfaat bagi manusia. Pada awal perkembangan pemuliaan tanaman hanya didasarkan pada seni saja. Pemuliaan tanaman telah lahir sejak dikenalnya bahan pertanian, yaitu sejak manusia hidup dengan cara mengumpulkan bahan makanan dari alam, berpidah-pindah menjadi menetap sambil bertanam dan beternak. Pada waktu itu orang memilih jernis tanaman atau variasi antar tanaman yang lebih berguna. Pemilihan dalam populasi tanaman didasarkan atas perasaan, keterampilan, kemampuan serta petunjuk yang terlihat pada tanaman. Tanaman yang terpilih selanjutnya dikembangbiakkan untuk dapat memenuhi kebutuhan petani. Jadi memilih (seleksi) dan memelihara (domestikasi) merupakan metode pemuliaan tanaman yang lahir pertama kali. Walaupun didasarkan atas seni, namun hasil
7
pemuliaan tanaman di jaman dahulu cukup menakjubkan. Sejak lahirnya teori Seleksi Alam dan Evolusi yang dikemukakan oleh Darwin (1858), dan diketemukannya prinsipprinsip penurunan sifat pada organisme oleh Gregor Mendel (1866), para ahli banyak melakukan penelitian untuk mendapatkan varietas baru, berdasarkan atas seleksi keturunan. Dengaan dukungan ilmu-ilmu lain seperti: Botani, Fisiologi, Morfologi, Taksonomi, Sistimatik, Hama dam Penyakit, Statistik, Biokimia dan lain-lain, pemuliaan tanaman senbagai ilmu berkembang dengan pesat. Mulai abad ke XX telah banyak dibangun pusat-pusat/ lembaga penelitian pemuliaan tanaman, banyaknya terbit majalah tenang pemuliaan tanaman, dan ilmu pemuliaan tanaman banyak diajarkan di Perguruan tinggi. Pemuliaan tanaman sebagai ilmu telah berkembang berdasarkan teori-teori dan hasil riset yang disusun dengan baik. Akhirnya pemuliaan tanaman didifinisikan sebagai suatu metode yang secara sistematik merakit keragaman genetic menjadi suatu bentuk yang lebih bermanfaat bagi manusia. Seleksi yang artinya memilih dilakukan pada setiap tahap program pemuliaan , seperti: memilih plasma nutfah yang akan dijadikan tetua, memilih metode pemuliaan yang tepat, memilih genotipe yang akan diuji, memilih metode pengujian yang tepat, dan memilih galur yang akan dilepas sebagai varietas. Seleksi dapat dilakukan secara efektif pada populasi tergantung pada tempat dan waktu. Perbaikan tanaman pada dasarnya tergantung dari penyusun suatu populasi yang terdiri dari individu-individu dengan genetik berbeda. Seleksi pada umumnya dilakukan untuk memilih tanaman sebagai tetua/ parental, dan mencegah tanaman lain yang berpenampilan kurang baik sebagai tetua. Strategi perbaikan populasi ini terdiri dari dua pekerjaan yang berlawanan, yaitu: a). pengumpulan atau mempertahankan keragaman di dalam populasi, dan b). seleksi yang mengarah pada pengurangan keragaman. Selama beberapa tahun terakhir, seterategi pemuliaan telah berubah dari pendekatan genetika klasik ke pendekatan baru. Pendekatan klasik dimaksudkan sebagai usaha memindahkan gen-gen pengatur sifat tertentu dari beberapa plasma nutfah, ke dalan galur/varietas yang ingin diperbaiki. Pendekatan baru dimaksudkan sebagai pemuliaan populasi, dimana seluruh populasi tanaman dipandang sebagai satuan pemuliaan, dan bukan individu-individu tanaman. Varietas unggul baru dihasilkan dari
8
komponen populasi asal yang beraneka. Perndekatan baru merupakan evolusi terarah, yang tidak hanya memanfaatkan pengaruh gen major saja, tetapi juga gen minor. Dengan pendekatan populasi, pemuliaan tanaman didifinisikan sebagai pengurangan frekuensi gen jelek dan peningkatan prekuensi gen baik. Suatu keputusan penting yang pertama diambil dalam setiap program pemuliaan adalah pemilihan plasma nutfah. Plasma nutfah dimaksudkan sebagai suatu substansi yang terdapat dalam setiap kelompok mahluk hidup dan merupakan sifat keturunan yang dapat dimanfaatkan dan dikembangkan atau dirakit untuk menciptakan jenis unggul atau kultivar baru. Plasma nutfah meliputi segala kultivar unggul masa kini atau masa lampau, kultivar primitive, jenis yang sudah dimanfaatkan tetapi belum dibudidayakan, kerabat liar, jenis budidaya atau jenis piaraan. Apabila program pemuliaan tanaman mempunyai tujuan yang luas, maka plasma nutfah yang diinginkan mempunyai keragaman genetik, adaptasi luas, relative tahan terhadap hama dan penyakit tertentu. Tetapi bila program pemuliaan tanaman mempunyai tujuan khusus, informasi yang diperlukan adalah potensi hasil relative dari masing-masing plasma nutfah. Pemilihan yang bijaksana terhadap plasma nutfah permulaan merupakan faktor penting untuk keberhasilan program itu. Pemilihan metode pemuliaan juga merupakan tanggung jawab penting dari pemulia tanaman. Suatu metode telah diketahui efisien baik dengan percobaan atau teoritis untuk tanaman tertentu, mngkin tidak berlaku untuk semua situasi. Effisiensi suatu metode dapat di pengaruhi oleh linkage, intensitas seleksi, besarnya populasi, heritabilitas, dan peran gen (gen action). Waktu yang dibutuhkan untuk setiap siklus pemuliaan harus diperhitungkan. Misalnya di daerah tropika, mungkin diperoleh dua atau tiga generasi setiap tahun, sedang di daerah beriklim sedang mungkin hanya satu kali setahun. Pemulia perlu memiliki pengetahuan dasar yang amat penting untuk melaksanakan program pemuliaan tanaman, yaitu genetika dan sitogenetika. sifat tanaman yang akan diperbaiki, konsumen, perhitungan statistik untuk menganalisis hasil seleksi, uji galur atau populasi.
2.2. Tujuan Pemuliaan Tanaman
9
Memuliakan suatu jenis tanaman perlu ditempuh suatu proses, yang terdiri dari: a. Menentukan tujuan program pemulian. Pemulia perlu mengetahui permasalahan yang ada, harapan produsen dan konsumen, dan gagasan pemulia sendiri. b. Penyediaan materi pemuliaan. Tanaman tertentu dapat ditingkatkan penampilannya (seperti daya hasil), harus ada perbedaan/ keragaman genetik di antara materi pemuliaan. c. Penilaian genotipe atau populasi untuk dijadikan varietas baru. Melalui seleksi penggunaan metode seleksi yang efektif tergantung dari macam pembiakan, tanaman dan tujuan serta fasilitas tersedia. Pada sektor ini juga diperhatikan kemampuan tanaman terhadap lingkungan ekstrim. d. Pengujian. Suatu galur atau populasi harapan dilepas menjadi suatu varietas baru, terlebih dahulu harus diadakan pengujian atau adaptasi diberbagai lokasi, musim atau tahun. Maksud pengujian ini untuk melihat kemampuan tanaman terhadap lingkungan di banding dengan varietas unggul yang sudah ada. Menurut Allard (1960), tujuan pemuliaan tanaman secara umum dapat dirinci menjadi lima yaitu: 1. Merakit jenis baru yang berdaya hasil tinggi 2. Mengembangkan varietas yang lebih baik untuk lahan pertanian baru (seperti lahan marginal) 3. Mengembangkan varietas baru yang tahan terhadap hama dan penyakit. 4. Perbaikan kharakter agronomik dan hortikulturik tanaman. 5. Peningkatan kualitas hasil tanaman. Sumbangan pemuliaan tanaman terhadap kemajuan pertanian, antara lain: 1. Peningkatan produktivitas Dengan diciptaknya varietas genjah dan berdaya hasil tinggi, maka produktivitas pertanian dapat ditingkatkan perkesatuan luas (ha) dan perkesatuan waktu (tahun). 2. Perluasan daerah produksi. Dengan merubah sifat tertentu tanaman, maka daerah produksinya dapat diperluas, seperti: pada lahan marginal.
10
3. Penggunaan varietas hibrida (hybrid vigor). Dengan diketemukannya varietas hibrida produksi pertanian dapat ditingkatkan, seperti pada tanaman pangan (terutama jagung), hortikultura (cabai besar, tomat, melon, semangka) 4. Tahan terhadap hama dan penyakit Varietas unggul baru yang dihasilkan diharapkan toleran/ tahan terhadap hama dan penyakit, seperti diketemukannya tanaman padi varietas IR-36, IR-64, IR-66, IR-72 toleran terhadap hama wereng dan penyakit virus. 5. Peningkatan kualitas. Varietas unggul yang dihasilkan diharapkan memiliki kualitas hasil tinggi, untuk dapat memenuhi kebutuhan industri dan masyarakat yang makin maju. Misalnya varietas semangka (tanpa biji, rasa manis, warna daging buah menarik), durian bangkok varietas Cane dan Montong (daging buah tebal, aroma tidak terlalu tajam, rasa anak dan manis). 6. Kesesuaian terhadap mesin pemanenan Varietas-varietas yang dihasilkan sebaiknya berbatang pendek, sehingga sesuai dengan mesin pemanenan. 7. Menggalakkan teknologi pertanian modern. Dengan diketemukannya varietas berdaya hasil tinggi, maka akan merubah dari pertanian tradisional ke pertanian moderen.
4. Perkembangbiakan, Pusat Genetik Tanaman, dan Pusat Penelitian Pemuliaan Tanaman Dunia
4.1. Perkembangbiakan Tanaman Pengetahuan tentang perkembang biakan tanaman mempunyai arti penting dan akan sangat membantu para pemuliaan tanaman dalam menentukan alternatif, teknikteknik, dan analisis yang diperlukan untuk mengevaluasi proses pelaksanaan program pemuliaan tanaman. Pengetahuan tetang perkembang biakan tanaman penting sekali, sebagai dasar pengertian dari mekanisme penurunan sifat tanaman tesebut. Perkembangbiakan tanaman dibagi menjadi dua kelompok, yakni: aseksual, yaitu
11
perkembangbiakan tanaman dengan menggunakan bagian-bagian vegetatif tanaman, dan seksual, yaitu perkembangbiakan tanaman dengan menggunakan biji. Kelestarian sifat yang dimiliki tanaman atau kelompok tanaman dari generasi ke generasi berikutnya sangat tergantung pada kombinasi gen yang terdapat dalam kromosom sel tanaman. Kombinasi atau kumpulan gen pada suatu individu tanaman disebut genotipe. Perwujudan genotipe yang tampak disebut fenotipe, yakni menampilanm genotipe tertentu pada suatu lingkungan tempat tumbuh tanaman, dalam pemuliaan tanaman hal demikian dikenal sebagai interaksi genotipe dan lingkungan. Jadi fungsi perkembang biakan tanaman adalah pelestarian genotipe atau kombinasi genotipe tertentu pada keturunan.
a. Kelompok Aseksual Yang termasuk kelompok ini antara lain: 1) jenis tanaman buah-buahan, seperti: pisang, mangga, jambu air, jambu biji, jeruk, durian, rambutan, sukun, lengkeng, leci, apel, nenas, anggur. 2) Jenis tanaman hias seperti: puring-puringan, kembang kertas, mawar, kamboja, pakis, padan, leli, tulip, beberapa jenis palem, soka, handoang, bintaro, dadap. 3). Jenis tanaman umbi-umbian, seperti : ketela pohon, ketela rambat, kentang, talas, gadung, suweg, ubi sikep, ubiaung, sabrang. 3) tanaman industri, seperti: tebu, panili, kopi, karet, kakao. Perkembangbiakan tanaman secara vegetatif dapat dibedakan menjadi: 1). Pembiakan vegetatif secara alami. (a). Modifikasi batang, terdiri dari: - Umbi lapis (bulbus), merupakan pertumbuhan calon batang yang memendek, menebal, dan membentuk lapisan-lapisan. Umbi lapis yang berkembangn penuh disebut offset. Bulbus dijumpai pada keluarga Liliaceae seperti brambang, lili, bakung dan lain-lain. - Umbi batang (cormus), merupakan pertumbuhan calon batang yang memendek dan menebal, tertapi tidak diikuti oleh lapisan-lapisan. Dijumpai pada bunga gladiul, bawang putih, talas, dan lain-lain. - Rimpang (rhizome), merupakan batang yang tumbuh di bawah permukaan tanah. Rhizome dibedakan menjadi dua yaitu: a). Rhizome tidak berdaging di
12
jumpai pada alang-alang, b) Rhizome berdaging dijumpai pada tanaman temutemuan, jahe, kunir, bangle, laos, cana dan lain-lain. - Sulur / stolon/ runner, adalah suatu organ batang yang tumbuh menggantung dari mata tunas dan menjulur di atas permukaan tanah. Sulur beruas-ruas dan bila dipotong-potong akan mudah tumbuh akar dari bukunya. Sulur jumpai pada stroberi, tapak liman dan lain-lain. - Umbi batang (tuber), adalah bagian batang di bawah tanah yang menjulur dan membesar sebagai tempat penyimpanan makanan cadangan, pada bagian kulit banyak di jumpai tunas. Tuber dijumpai pada tanaman kentang. - Tunas pucuk (crown) dan tunas lateral (offshoots) dijumpai pada tanaman nenas. Tunas air (sucker) dijumpai pada tanaman pisang. (b). Modifikasi akar/ umbi akar, adalah akar yang membesar dan berfungsi sebagai tempat penyimpanan makanan cadangan dan mengandung mata tunas. Umbi akar dijumpai pada ubi jalar, gadung, ubi sikep, ubiaung dan lain-lain. (c). Biji apomiksis, merupakan pembiakan vegetattif yang ditandai dengan terjadinya proses reproduksi seksual yang tidak normal. Tanaman yang dihasilkan dari priristiwa apomiksis disebut apomicts. Tanaman yang tumbuh hanya dari embrio apomicts disebut obligate apomict, sedangkan tanaman yang tumbuh dari biji dengan embrio apomicts dan embrio seksual normal sekaligus isebut facultative apomicts. Peristiwa apomiksis dapat terjadi karena adanya peristiwa partenogenesis dan apogami. Patenogenesis merupakan peristiwa dimana embrio tumbuh dari sel telur yang tidak buahi. Bila sel telur tersebut tidak mengalami pembelahan miosis, maka embrio yang tumbuh bersifat diploid. Tetapi bila embrio tumbuh dari sel telur yang telah mengalami miosis, maka embrio yang tumbuh bersifat haploid. Pristiwa ini banyak dijumpai pada tanaman bawang merah dan apel. Makrosporogenesis merupakan peristiwa pembelahan reduksi dari sel induk megaspora, yang disamping menghasilkan sel telur juga menghasilkan sel antipoda dan sel sinergid. Bila embrio tumbuh berasal dari sel sinergid atau antipoda maka disebut apogami.
13
2). Pembiakan vegetatif secara buatan dibedakan menjadi: (a) Layerage, yaitu mengakarkan bagian tanaman yang masih berhubungan dengan tanaman induk. Layerage dibedakan: - Merunduk, yaitu merundukan cabang tanaman di dalam tanah, dan bila sudah tumbuh akar dapat disapih. Contoh pada mawar, anggur, melati dan lain-lain. - Mencangkok (air layerage), mengakarkan bagian tanaman yang telah dihilangkan kambiumnya dan ditambahkan media tumbuh seperti tanah humus. Bila telah tumbuh akar dapat disapih. Contoh pada Jambu air, mangga, sawo dan lain-lain. (b). Setek (cuttage), perbanyakan sengan memotong organ tanaman. Setek dibedakan menjadi: - setek akar, pada jambu biji, sukun, costal batu . - stek daun, pada wijaya kusuma, cocor bebek. - stek batang, pada ketela pohon, panili, dadap, gamal dan lain-lain. (c). Menempel (okulasi), mata tunas batang atas yang ditempelkan pada batang bawah tanpa kayu (kulit dengan mata saja). Okulasi banyak dilakukan pada tanaman buah-buahan , seperti: mangga, rambutan, durian, jeruk. (d). Menyambung (grafting), yaitu mata tunas dari batang atas yang disambungkan pada batang bawah masih mengandung kulit dan kayu. Grating banyak diterapkan pada: kopi, kakao, sawo, melinjo, duku, kembang kertas, dan lain-lain. Semua individu yang berasal dari perbanyakan vegetatif satu individu tanaman, disebut klon Semua keturunan hasil perbanyakan vegetatif mempunyai keseragaman genotipe. Keragaman genotipe dalam populasi tanaman klonal dapat pula terjadi karena kemungkinan adanya mutasi gen, mutasi kromosom atau mutasi genom. Perbaikan tanaman dapat dilakukan dengan melakukan hibiridisasi antar tanaman klonal, selanjutnya dilakukan seleksi pada turunan. Bila didapatkan turunan yang memiliki karakter agronomi/ hortikulturik baik, dapat diperbanyak kembali secara vegetatif.
14
b. Kelompok Seksual Perbanyakan secara seksual/ generatif adalah perbanyakan tanaman dengan menggunakan biji yang dihasilkan dari persatuan gamet betina dan gamet jantan. Perbanyakan secara generatif didahului dengan proses pembentukan gamet atau gametagenesis. Gametagenesis dibedakan menjadi dua, yaitu: macrosporogenesis dan microsporogenesis. Makrosporogenesis adalah proses pembentukan gamet betina (n kromosom) dari sel induk megaspor (2n kromosom). Macrosporogenesis terdiri dari: pembelahan miosis sel induk megasprora (2n) menjadi 4 buah sel anak (n), tiga dari sel anak tersebut mengalami degenerasi/ susut sehingga tinggal hanya satu sel anak (n) yang berkembang menjadi bakal biji (ovule). Sel anak yang tersisa mengalami pembelahan inti tiga kali sehinga menjadi sel berinti 8 (delapan). Delapan inti sel tersebut selanjutnya berkembang menjadi antipoda (3 inti), inti kandung lembaga sekuder (2 inti = 2n), synergid (2 inti), dan sel telur (1 inti = 1n). Mikrosporogenesis terdiri dari: pembelahan miosis sel induk microsprora (2n) menjadi 4 buah sel anak (n) dan disebut tepung sari (pollen). Inti dari masing-masing sel tepung sari tersebut membelah satu kali menghasilkan sel berinti dua yaitu inti generatif (n) dan inti vegetatif (n). Inti generatif (n) membelah sekali lagi sehingga menjadi 2 inti generatif masing-masing n kromosom. Bila terjadi penyerbukan yaitu tepung sari jatuh pada kepala putik maka tepungasi akan berkecambah disebut spermatozoid. Bila terjadi pembuahan maka satu inti generatif (n) membuahi sel terlur (n) menjadi zigote (2n) dan satu ini generatif lagi (n) akan membuahi inti kandung lembaga sekunder (2n) menjadi endosperm (3n). Peristiwa pembuahan ini disebut pembuahan ganda (double fertilization) Untuk lebih jelasnya proses macrosporogenesis dan microsporogenesis disajikan pada Gambar berikut. Kelompok tanaman yang melakukan perbanyakan secara seksual, dapat dibedakan menjadi dua, yaitu: kelompok tanaman menyerbuk sendiri dan kelompok tanaman menyerbuk silang/ bersari bebas. Perbedaan cara penyerbukan ini akan membedakan metode pemuliaan yang diterapkan.
15
1). Tanaman menyerbuk sendiri (self-pollinated plants). Penyerbukan sendiri (self pollination) adalah bersatunya tepung sari dengan putik yang masing-masing berasal dari tanaman itu sendiri. Penyerbukan sendiri hanya terjadi pada tanaman berumah satu (monoecious), yaitu bunga jantan dan betina terdapat dalam satu tanaman. Bunga tanaman menyerbuk sendiri dapat berupa bunga lengkap atau bunga sempurna. Bunga lengkap adalah munga yang mempunyai empat organ bunga yaitu kelopak bunga (calyx), mahkota bunga (corolla), benang sari (stament) dan putik.(pistilum). Sedangkan bunga sempurna adalah bunga yang memiliki dua organ kelamin jantan dan betina. Kharakteristik tanaman menyerbuk sendiri, adalah setiap lokus gen tanaman dalam populasi adala…………….h homosigot. Hal itu terjadi karena: tanaman yang homosigot bila diserbuk sendiri maka turunannya juga akan homsigot. Sedangakan tanaman yang heterosigot bila disebuk sendiri secara terus-menerus akan mendapatkan proporsi tanaman homosigot semakin besar pada keturunan, dan akhirnya akan menjadi homosigot (resesif dan dominant) pada seluruh populasi. Beberapa mekanisme bunga melakukan penyerbukan sendiri adalah: bunga tidak membuka (kleistogamie), tepung sari luruh sebelum bunga membuka, benang sari dan putik ditutup oleh bagian bunga sesudah bunga membuka, dan putik memanjang segera setelah tepung sari masak. Spesies tanaman menyerbuk sendiri kadang-kadang dapat melalukan penyerbukan silang. Persentase terjadinya penyerbukan silang tergantung dari spesies/ varietas dan pengaruh lingkungan. Misalnya kapas umumnya 5-25 % dalam keadaan tertentu dapat mencapai 50 %, padi 0-3% rata-rata 0,5 %, sogum rata-rata 6 %, kedelai rata-rata 1 %, tomat kurang dari 1 %.
2). Tanaman Menyerbuk Silang (cross pollinated plant). Penyerbukan silang (cross pollination) adalah bersatunya tepung sari dengan putik, dimana tepung sari berasal dari tanaman lain yang sifatnya berbeda. Ciri-ciri
16
tanaman menyerbuk silang adalah: a). Secara morfologi/ fisik kedudukan putik (pistilum) dan benang sari (stament) sedemikian rupa sehingga mencegah penyerbukan sendiri (herkogamie), seperi pada tanaman panili. b). Tepung sari dan sel telur berbeda masaknya (dichogamie). Protandris yaitu bila bungan jantan masak lebih dahulu dari bunga betina, dan protoginis bila bunga betina masak (putik) lebih dahulu dari bunga jantan. c). Adanya sifat inkompatibilitas yaitu terjadinya penyerbukan pada bunga tetapi tidak dilanjutkan pembuahan, karena adanya hambatan fisiologis. Hambatan fisiologis dapat berupa inaktifnya zat tumbuh (phytohormon) sehingga buluh serbuk sari tidak terbentuk, seperti pada kakao. d). Self-sterility, adalah tidak terjadinya penyerbukan bungan karena bunga jantan tidak berfungsi (mandul) secara genetik. e). Tanaman berumah satu (monoecious), adalah tanaman dimana bunga jantan dan betina tumbuh pada satu tanaman, tetapi letaknya berbeda, seperti pada tanaman jagung. f).Tanaman berumah dua (dioecious) adalah tanaman dimana bunga jantan dan betina masingmasing tumbuh pada tanaman berbeda, seperti pada tanaman pepaya. Populasi alami tanaman menyerbuk silang, terdiri atas individu-indidu yang secara genetik heterosigot untuk kebanyakan lokus. Secara genotipik pula berbeda dari satu individu ke individu lainnya, sehingga keragaman genetik dalam populasi sangatlah besar. Jenis tanaman menyerbuk silang antara lain: jagung, rye, apel, apokat, pisang, ceri, anggur, mangga, papaya, durian, beberapa kacang-kacangan, asparagus, bit, kubis, wortel, seledri, sawi, bawang, berambang, bunga matahari, ketela pohon, ketela rambat dan semangka, kelapa dalam, kakao, kopi robusta dan lain-lain. Penyerbukan silang secara alami dapat terjadi karena bantuan: angin (anemophily), serangga (entomophily), air (hydrophily), dan hewan (zoophily).
4.2. Pusat Genetik Tanaman Spesies liar asal tanaman budidaya dijumpai di beberapa negara di dunia, seperti spesies tanaman pisang di duga berasal dari di Indonesia, tanaman jagung bersasal dari Amerika Tengah, padi dari India, gandum dari Israel, Irak dan Iran. Pengetahuan tentang asal mula tanaman budidaya diteliti oleh akhli botani Rusia Vavilop (1920-1940), dimana diketemukan aturan atau ketentuan tetentu mengenai penyebaran geografis
17
tanaman. Vavilop mengkoleksi ribuan tanaman dari seluruh dunia, tempat koleksi disebut sebagai pusat asal tanaman atau pusat gen yang ditunjukkan dalam peta, seperti pada Gambar 1. Hal menarik dalam penyebaran tanaman di dunia, yaitu: 1). Terdapat kemiripan iklim dam tanah antara daerah asal tanaman tadi dengan daerah barunya. 2). Tanaman yang di introduksikan memiliki peluang yang lebih besar untuk berhasil apabila mempunyai daya penyesuaian yang besar pada lingkungan dimana tanaman tersebut ditumbuhkan. Menurut Vavilov didunia ada delapan asal tanaman, yaitu: 1). Berpusat di Cina, terdiri dari: Naked oat (Avena nuda), kacang kedelai (Glycine hispida), Adzuki bean (Phaseolus angularis), kacang buncis (Phaseolus vulgaris), bambu kecil (Phyllostachys sp), Leaf mustard (Brassica junsea), Aprikot (Prunus armeniaca), Pear (Prunus persica), Orange (Cytrus sinensis), Wijen (Sesamum indicum), the Cina (Camellia (Thea) sinensis). 2). Berpusat di India, terdiri dari: padi (Oryza sativa ), African millet (Eleusine coracana), Chik pea (Cicer arietinum), Math bean (Phaseolus aconitifolius), Rice bean (Phaseolus calcaratus ), Horse gram (Dolichos biflorus), Terong (Solanum melongena), kacang panjang (Vigna sinensis), lobak (Raphanus caudatus), Taro yam (Colocasia antiquorum), mentimun (Cucumis sativus), Kapas pohon (Gossypium arboreum), jute (Corchorus olitorius), lada (Piper nigrum), Indigo (Indigofera tinctoria). 2a). Berpusat di Indo-Malayan, terdiri dari: yam (Diocorea sp.), jeruk besar (Citus maxima), pisang (Mussa sp), kelapa (Cocos nucifera), tebu (Saccharum officinarum). 3). Berpusat di Asia Tengah, terdiri dari: gandum roti (Triticum aestivum), Club wheat (Triticum compactum), Shot wheat (Triticum sphaerococum), Rye (Secale cereale), kacang ercis (Pisum sativum), Lentil (Lens esculenta), Chick pea (Cicer arietinum), wijen (Sesamum indicum), Flax (Linum usitatissimum), bunga matahari (Carthamus tinctirius), wortel (Daucus carota), lobak (Raphanus sativus), pear (Pyrus coimunis), apel (Pyrus malus), Walnut (Juglans regia). 4). Berpusat di Timur Tengah, terdiri dari: Einkon wheat (Triticum monococcum),
18
Durun wheat (Triticum durum), Pulard wheat (Triticum turgidum), gandum roti (Triticum aestivum), barle (Hordeum vulgare), Rye (Secale cereale), Red oat (Avena byzantina), Chick pea (Cicer arietinum), Lentil (Lens esculenta), kacang ercis (Pisum sativum), Blue alfalfa (Medicago sativa), wijen (Sesamum indicum), Flax (Linum usitatissimum), melon (Cucumis melo), Almond (Amygdalus comunis), Fig (Ficus carica), Pomergranate (Punica granatum), anggur (Vitis vinifera), Apricot (Prunus armeniaca), Pistachio (Pistacia vera). 5). Berpusat di Meditrania, terdiri dari: Durum wheat (Triticum durum), Hulled oat (Avena strigosa), Broad bean (Vicia faba), kubis (Brassica olerace), Olive (Olea europea), Lettuce (Lactuca sativa). 6). Berpusat di Abesinea, terdiri dari: Durun wheat (Triticum durum), Pulard wheat (Triticum turgidum), Emmer (Triticum dicoccum), barle (Hordeum vulgare), Chick pea (Cicer arietinum), Lentil (Lens esculenta), Teff (Eragrostis abyssinica), African millet (Eleusine coracana), kacang ercis (Pisum sativum), Flax (Linum usitatissimum), wijen (Sesamum indicum), Castor bean (Ricinus communis), kopi (Coffea arabica), sorgum (Sorghum vulgare). 7). Berpusat di Meksiko Selatan dan AmerikaTengah, terdiri dari: jagung (Zea mays), kacang buncis (Phaseolus vulgaris), cabai (Capsicum annum), kapas (Gossypium hirsutum), Sisal hemp (Agave sisalana), Waluh/Squash/Gourd (Cucurbita sp.). 8). Berpusat di Amerika Selatan (Peru, Equador, dan Bolivia), terdiri dari: ketela rambat (Ipomoea batatas), ketang (Solanum tuberosum), kacang lima (Phaseolus lunatus), tomat (Lycopersicum esculentum), Kapas/ Sea Island cotton (Gossypium barbadense), papaya (Carica papaya), tembakau (Nicotiana tabacum). 8a). Berpusat di Chili. Terdiri dari: kentang (Solanum tuberosum) 8b). Berpusat di Brasilia dan Paraguae, terdiri dari: ketela pohon/cassava (Manihot utilissima), kacang tanah (Arachis hypogaea), kakao (Theobroma cacao), karet (Hevea brasiliensis), nenas (Ananas comosus), Purple granadilla (Passiflora edulis).
4.3. Pusat Penelitian Pemuliaan Tanaman di dunia 1). Centro Internacional de Mejoramiento de Maiz Y Trigo (CYMMYT) atau International Maize and Wheat Improvement Centre (IMWIC), berlokasi
19
di Meksiko. Lembaga riset ini meneliti jagung dan gandum, didanai oleh Rockefeller dan Ford Foundations Amerika Serikat. 2). International Rice Research Institute (IRRI), berlokasi di Los Banos Philippina. Lembaga ini melakukan penelitian tentang padi, yang juga didanai oleh Rockefeller dan Ford Foundations Amerika Serikat. 3). Centro International Agricultura Tropical (CIAT), berlokasi di Kolumbia Amerika Selatan. Meneliti tanaman dan ternak 4). International Institute for Tropical Agriculture (IITA), berlokasi di Nigeria, Afrika. Lembaga ini meneliti tentang tanaman perkebunan, tanaman pangan dan tanah tropika. 5). International Center for Research for in Sub-Arid Tropics (ICRISAT), berlokasi di Hyderabad, India. Lembaga ini meneliti tanaman sorghum, millet dan leguminosa.
20
Gambar 1. Ada delapan pusat genetika tanaman diseluruh dunia (Vavilov, 1920-1940 dalam Halloran, 1974).
21
DAFTAR PUSTAKA Allard, R.W. 1960. Principles of Plant Breeding. JohnWilley & Sons Inc. New York, London, Sydney. Crowder, L.V. 1981. Pemuliaan Tanaman. Fakultas Pertanian UGM. Halloran, G.M.; R. Knight; K.S.Mc. Whirter and D. H.B. Sparrow 1974. Plant Breeding. A Course Manual in Plant Breeding. Autralian Vice-Chancellors’ Committee. A.A.U.C.S. p. 193-209. Knight, R. 1994. Plant Breeding Vol. I. Agriculture-Short Course, Universitas Mataram. Lombok. Indonesia Australia, Eastern Universities Project. Mangoendijdojo, W. 2003. Dasar-Dasar Pemuliaan Tanaman. Penerbit Kanisius (Anggota IKAPI), Yogyakarta. 182 h. Poehlman, J.M. 1977. Breeding Field Crops. University of Missouri. The Avi Publishing Company, Inc.Westport, Conecticut. Poespodarsono, S. 1988. Dasar-dasar Ilmu Pemuliaan Tanaman. Diperbanyak oleh Pusat Antar Universitas, IPB bekerja sama dengan Lembaga sumberdaya Informasi IPB Soetarso 1991. Ilmu Pemuliaan Tanaman. Jurusan Budidaya Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Gajah Mada Yogyakarta. H. 1-22. Welsh, J.R. 1991. Dasar-dasar Genetika dan Pemuliaan Tanaman. Alih bahasa J.P. Mogea. Penerbit Erlangga. Jakarta.
22
Gambar
Proses macrospogenesis dan microsporogenesis pada tanaman Spermatophyta (Poehlman, 1977)
23
