1
PENAPISAN GALUR PADI GOGO (Oryza sativa L.) HASIL KULTUR ANTERA UNTUK KETENGGANGAN ALUMINIUM DAN KETAHANAN TERHADAP PENYAKIT BLAS
BAKHTIAR
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
2
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi Penapisan Galur Padi Gogo (Oryza sativa L.) Hasil Kultur Antera untuk Ketenggangan Aluminium dan Ketahanan terhadap Penyakit Blas adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum 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 disertasi ini.
Bogor, Agustus 2007
Bakhtiar NRP A361020091
3
ABSTRACT BAKHTIAR. Screening of Upland Rice (Oryza sativa L.) Lines derived from Anther Culture to Aluminum Tolerance and Blast Resistance. Under the Supervision of BAMBANG S. PURWOKO, TRIKOESOEMANINGTYAS, M.A.CHOZIN and MUKELAR AMIR. Aluminum (Al) toxicity and blast disease caused by fungus Pyricularia grisea (Cooke) Sacc. are the most important yield-limiting factors for upland rice production in acid soils. A series of experiment were conducted to screen Al tolerant and blast disease resistant genotypes from doubled haploid (DH) lines derived from anther culture, to examine the contributions of Silicate (Si), Nitrogen (N) and Al accumulation in plant tissue to Al tolerance and resistance to blast disease in upland rice and to evaluate the performance of DH lines in field with Al and without Al toxicity. The results showed that there were phenotypic and genotypic variability of Al tolerance and blast disease resistance among tested DH lines. Among the 113 tested DH lines, 15, 73 and 25 lines were found to be Al tolerant, moderate and susceptible, respectively based on the relative root length in nutrient solution. Result of evaluation of DH lines for Al-tolerant in acid soils, showed that 34, 15, 7, 9, 7 and 13 DH lines were found to be highly Al tolerant, tolerant, moderately tolerant, moderately susceptible, susceptible and highly susceptible in term of relative grain weight. The lines KRGM4, JTGR13, JTGR17, JTGR18, JTKR1, JTKR5, GRGM4, GRGM6, GRGM9, GRGM14, GRGM25, GRJT11 and SGJT27 were consistently Al tolerant under both nutrient solution and acid soils. The lines SGJT3, SGJT28, SGJT34, SGJT29, SGGM5, SGGM8, GRGM9 and GRJT12 were resistant to leaf blast disease race 173, 033 and 001. The lines SGGM5, SGGM8, SGJT3, SGJT28, SGJT29, SGJT34, SGJT36 and GRJT14 were Al tolerant in nutrient solution and resistant to leaf and neck blast disease race 173 and 033. Leaf blast disease resistance in DH lines cannot be solely explained by Si or N content in shoots tissue. The resistance to leaf blast disease might be attributed by high ratio Si/N weight in shoots. Al tolerant genotypes showed lower Al uptake than that of susceptible genotypes, indicating the external mechanism of Al tolerance. The Al tolerance was ascribed to low reduction in root growth, high shoot dry weight, high Si content in shoots, as well as high Si/Al weight ratio in roots. Field experiment showed that the lines SGJT28, SGJT36 and SGGM5 were Al tolerant and resistant to blast disease. The grain weight of the three DH lines under acid soils relatively similar or higher to the grain weight of Jatiluhur variety as check, but lower than Jatiluhur under normal soils. They were consistently Al tolerant and resistant to blast disease in the greenhouse and field screening. Breeding of upland rice through anther culture successfully obtained Al tolerant and blast disease resistant lines. Keywords: upland rice, doubled haploid, acid soils, aluminum tolerant, blast disease, ratio Si/N
4
RINGKASAN BAKHTIAR. Penapisan Galur Padi Gogo (Oryza sativa L.) Hasil Kultur Antera untuk Ketenggangan Aluminium dan Ketahanan terhadap Penyakit Blas. Dibimbing oleh BAMBANG S. PURWOKO, TRIKOESOEMANINGTYAS, M.A.CHOZIN dan MUKELAR AMIR. Keracunan Aluminium (Al) dan penyakit blas yang disebabkan oleh cendawan Pyricularia grisea (Cooke) Sacc. merupakan faktor yang menghambat produksi padi gogo. Serangkaian percobaan dilakukan untuk menyeleksi genotipe tenggang Al dan tahan terhadap penyakit blas dari galur haploid ganda hasil kultur antera, menganalisis keterkaitan akumulasi silikat (Si), nitrogen (N) dan Al pada jaringan tanaman terhadap ketenggangan Al dan ketahanan terhadap penyakit blas dan mengevaluasi keragaan galur haploid ganda padi gogo pada lahan bercekaman dan tanpa cekaman Al. Hasil penelitian menunjukkan bahwa terdapat variasi fenotipik dan genotipik tingkat ketenggangan Al dan ketahanan terhadap penyakit blas antar galur haploid ganda yang diuji. Hasil penapisan pada kultur hara, dari 113 galur haploid ganda yang diseleksi diperoleh 15 tenggang, 73 moderat dan 25 peka Al berdasarkan panjang akar relatif. Hasil penapisan pada media tanah masam, dari 85 galur diperoleh 34 sangat tenggang, 15 tenggang, 7 agak tenggang, 9 agak peka, 7 peka dan 13 sangat peka berdasarkan nisbah bobot gabah per rumpun. Galur KRGM4, JTGR13, JTGR17, JTGR18, JTKR1, JTKR5, GRGM4, GRGM6, GRGM9, GRGM14, GRGM25, GRJT11 dan SGJT27 konsisten tenggang Al pada penapisan dengan metode kultur hara dan media tanah masam. Galur SGJT3, SGJT28, SGJT34, SGJT29, SGGM5, SGGM8, GRGM9 dan GRJT12 tahan terhadap penyakit blas daun ras 173, 033 dan 001. Galur SGGM5, SGGM8, SGJT3, SGJT28, SGJT29, SGJT34, SGJT36 dan GRJT14 tenggang Al pada kultur hara dan tahan penyakit blas daun dan leher malai ras 173 dan 033. Kandungan Si atau N tajuk saja tidak dapat menjelaskan tingkat ketahanan terhadap penyakit blas daun. Nisbah Si/N di tajuk yang tinggi menunjukkan ketahanan terhadap penyakit blas. Genotipe tenggang Al mengambil Al dari media tanam lebih rendah dibandingkan genotipe peka Al, yang mengindikasikan bahwa mekanisme ketenggangan Al pada populasi yang diuji termasuk mekanisme eksternal. Ketenggangan Al dapat ditentukan berdasarkan rendahnya hambatan pemanjangan akar, tingginya bobot kering tajuk, kandungan Si tajuk, dan nisbah Si/Al akar. Berdasarkan hasil evaluasi lapangan diperoleh tiga galur yang beradaptasi baik pada lahan tanah masam dan tahan terhadap penyakit blas yaitu SGJT28, SGJT36 dan SGGM5. Bobot gabah per rumpun galur SGJT28, SGJT36 dan SGGM5 pada lahan bercekaman Al sebanding atau lebih tinggi dibandingkan Jatiluhur, tetapi pada lahan tanpa cekaman Al lebih rendah dibandingkan Jatiluhur. Tingkat ketenggangan Al dan ketahanan terhadap penyakit blas dari galur SGJT28, SGJT36 dan SGGM5 konsisten antara penapisan di rumah kaca pada kondisi terkontrol dan di lapangan. Pemuliaan tanaman melalui metode kultur antera dapat menghasilkan galur tenggang Al dan tahan penyakit blas. Kata kunci : padi gogo, haploid ganda, tanah masam, ketenggangan Al, penyakit blas, nisbah Si/N
5
Hak cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2007 Hak cipta dilindungi Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apa pun, baik cetak, fotokopi, mikrofilm dan sebagainya
6
PENAPISAN GALUR PADI GOGO (Oryza sativa L.) HASIL KULTUR ANTERA UNTUK KETENGGANGAN ALUMINIUM DAN KETAHANAN TERHADAP PENYAKIT BLAS
BAKHTIAR
Disertasi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada Program Studi Agronomi
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
7
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tertutup : Dr. Ir. Hajrial Aswidinnoor, M.Sc Penguji Luar Komisi pada Ujian Terbuka : 1. Dr. Ir. Buang Abdullah, M.Sc 2. Dr Edi Santosa, SP., M.Si
8
Judul Disertasi
: Penapisan Galur Padi Gogo (Oryza sativa L.) Hasil Kultur Antera untuk Ketenggangan Aluminium dan Ketahanan terhadap Penyakit Blas
Nama
: Bakhtiar
NRP
: A361020091
Disetujui Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Ir. Bambang S. Purwoko, M.Sc Ketua
Dr. Ir. Trikoesoemaningtyas, M.Sc Anggota
Dr. Ir. Mukelar Amir Anggota
Prof. Dr. Ir. M.A. Chozin, M.Agr Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Agronomi
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Satriyas Ilyas, MS
Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, MS
Tanggal Ujian: 10 Juli 2007
Tanggal Lulus:
9
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL .............................................................................................. DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... PENDAHULUAN ............................................................................................. Latar Belakang ......................................................................................... Tujuan Penelitian ..................................................................................... Hipotesis .................................................................................................. TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................... Kendala Budidaya Padi Gogo pada Tanah Masam ……………………. Adaptasi Tanaman pada Tanah Masam ………………………………... Penyakit Blas pada Tanaman Padi ……………………………………... Pemanfaatan Tanaman Haploid Ganda asal Kultur Antera dalam Pemuliaan Padi ………………………………………………………… Metode Penapisan Ketenggangan Aluminium ………………………… PENAPISAN GALUR HAPLOID GANDA PADI GOGO UNTUK KETENGGANGAN ALUMINIUM …………………………………………. Abstrak .................................................................................................... Abstract ................................................................................................... Pendahuluan ............................................................................................. Bahan dan Metode ................................................................................... Hasil dan Pembahasan ............................................................................. Simpulan .................................................................................................. KETAHANAN GALUR HAPLOID GANDA PADI GOGO HASIL KULTUR ANTERA TERHADAP PENYAKIT BLAS .................................... Abstrak ..................................................................................................... Abstract .................................................................................................... Pendahuluan ............................................................................................. Bahan dan Metode ................................................................................... Hasil dan Pembahasan ............................................................................. Simpulan .................................................................................................. HUBUNGAN AKUMULASI SILIKAT DENGAN KETENGGANGAN ALUMINIUM DAN KETAHANAN TERHADAP PENYAKIT BLAS ......... Abstrak ..................................................................................................... Abstract .................................................................................................... Pendahuluan ............................................................................................. Bahan dan Metode ................................................................................... Hasil dan Pembahasan ............................................................................. Simpulan .................................................................................................. KERAGAAN GALUR HAPLOID GANDA PADI GOGO PADA LAHAN TANPA DAN BERCEKAMAN ALUMINIUM ............................................... Abstrak ..................................................................................................... Abstract .................................................................................................... Pendahuluan ............................................................................................. Bahan dan Metode ................................................................................... Hasil dan Pembahasan ............................................................................. Simpulan ..................................................................................................
Halaman x xii xiv 1 1 5 5 6 6 8 11 14 16 21 21 21 22 23 25 42 43 43 43 43 45 48 59 61 61 61 61 63 65 78 79 79 79 79 82 83 94
10
PEMBAHASAN UMUM .................................................................................. SIMPULAN DAN SARAN ............................................................................... Simpulan ............................................................................................................ Saran .................................................................................................................. DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ LAMPIRAN .......................................................................................................
Halaman 95 104 104 105 106 119
11
Nomor 1
2
3 4 5
6 7 8 9
10 11 12 13 14 15 16
DAFTAR TABEL Teks
Halaman
Kuadrat tengah pengaruh cekaman aluminium terhadap panjang akar, panjang tajuk, bobot kering akar dan bobot kering tajuk galur haploid ganda ………………………………………………
26
Komponen ragam dan heritabilitas dari panjang akar, panjang tajuk, bobot kering akar, bobot kering tajuk dan NAT pada kondisi tercekam Al ………..........................................................................
27
Korelasi panjang akar, panjang tajuk, bobot kering akar, bobot kering tajuk, nisbah akar/tajuk pada kondisi tercekam Al ...............
27
Pengelompokan genotipe berdasarkan PAR pada penapisan dengan metode kultur hara hara …………………………………...
31
Panjang akar pada perlakuan tanpa Al (Al 0) dan Al 45 ppm (Al 45) serta PAR galur haploid ganda moderat dan tenggang pada umur 14 hari setelah tanam ………………………………………...........
32
Hasil analisis komponen utama beberapa karakter galur haploid ganda padi gogo hasil kultur antera ..................................................
34
Nilai koefisien korelasi antar karakter pada galur haploid ganda padi gogo dalam kondisi tercekam Al ..............................................
36
Pengaruh langsung dan tidak langsung antara karakter agronomi terhadap bobot gabah per rumpun dalam kondisi tercekam Al ……
37
Sidik ragam peubah agronomi galur haploid ganda padi gogo hasil kultur anter terhadap cekaman Al pada kultur tanah masam dalam pot ………………………………………………………………….
38
Komponen ragam dan heritabilitas peubah pertumbuhan dan produksi ……………........................................................................
38
Pengelompokan genotipe berdasarkan nisbah bobot gabah per rumpun (NBGR) pada media tanah masam ……...………………..
40
Periode laten blas daun pada galur haploid ganda padi gogo yang diinokulasi P. grisea ras 173 ………………………………………
49
Periode laten blas daun pada galur haploid ganda padi gogo yang diinokulasi P. grisea ras 033 ……………………………………...
50
Periode laten blas daun galur haploid ganda padi gogo yang diinokulasi P. grisea ras 001 ………………………………………
51
Komponen ragam dan heritabilitas dari intensitas serangan blas leher ................................................................……………………..
55
Intensitas Serangan (%), skala dan reaksi genotipe padi gogo terhadap blas leher malai ras 173 dan 033 ......................................
56
12
Nomor
Teks
Halaman
17
Nisbah Si/N tajuk dan Si/Al akar pada empat genotipe padi gogo
77
18
Jumlah anakan total, anakan produktif dan tinggi tanaman beberapa galur haploid ganda dan tetuanya di Jasinga dan Muara ..
84
Umur berbunga, panen dan panjang malai beberapa galur haploid ganda dan tetuanya di Jasinga dan Muara ........................................
87
Komponen produksi beberapa galur haploid ganda dan tetuanya di Jasinga dan Muara ..........................................................................
89
Intensitas serangan blas daun dan leher galur haploid ganda pada lahan tanah masam …………………………………...…………..
93
Jumlah dan persentase galur haploid ganda menurut tanggapannya terhadap Al pada kultur hara dan blas daun ras 173, 033 dan 001 ...
97
19 20 21 22 23
Perbandingan ketenggangan Al, ketahanan blas dan bobot gabah beberapa galur haploid ganda dibandingkan Jatiluhur dan Gajah Mungkur ………………..………………………………………….
103
Lampiran 1
Genotipe-genotipe yang digunakan dalam percobaan .....................
119
2
Hasil analisis tanah yang digunakan sebagai media penapisan genotipe padi gogo untuk ketenggangan aluminium ………………
120
Skala ketahanan tanaman terhadap blas berdasarkan bercak pada daun ………………………………………………………………..
121
Skala penyakit blas daun ras 173, 033 dan 001 pada genotipe yang diuji ………………………………………………………………...
122
Intensitas serangan blas daun ras 173, 033 dan 001 pada genotipe yang diuji ..........................................................................................
123
Sidik ragam intensitas serangan blas leher malai (transformasi arsin √%)...........................................................................................
124
7
Hasil analisis tanah percobaan silikat ……………………………..
124
8
Hasil analisis tanah untuk pengujian ketengangan Al di Jasinga ...
125
9
Hasil analisis tanah Kebun Percobaan INLITPA MUARA ……...
126
10
Silsilah dan diskripsi genotipe yang digunakan sebagai tetua .........
127
11
Diskripsi varietas Gajah Mungkur ...................................................
128
12
Diskripsi varietas Jatiluhur ...............................................................
129
13
Diskripsi varietas Asahan .................................................................
130
3 4 5 6
13
Nomor
DAFTAR GAMBAR Teks
Halaman
1
Bagan alur penelitian…………………………………………….
4
2
Pengaruh cekaman Al terhadap pertumbuhan padi pada kultur hara ................................................................................................
26
3
Akar genotipe peka dan tenggang Al pada perlakuan 0 dan 45 ppm Al ..........................................................................................
28
4
Penampilan panjang akar varietas Dupa dan ITA 131 pada keadaan cekaman dan tanpa cekaman Al ……………………….
29
5
Pengelompokan galur haploid ganda padi gogo menurut tingkat ketenggangan terhadap aluminium berdasarkan PAR …………
30
6
Sebaran galur haploid ganda padi gogo menurut tingkat ketenggangan terhadap aluminium berdasarkan NBGR…………
40
7
Korelasi antara PAR dan NBGR ..................................................
41
8
Gejala blas daun di lapangan.........................................................
48
9
Sebaran genotipe tahan blas daun pada ras 173, 033 dan 001…...
52
10
Gejala blas leher malai…………………………………………...
55
11
Korelasi antara ketahanan terhadap blas daun dan blas leher malai pada ras 173 dan ras 033 berdasarkan intensitas serangan..
58
12
Intensitas serangan penyakit blas daun ras 173 setiap genotipe dan setiap genotipe pada perlakuan cekaman Al………………...
66
13
Panjang akar empat genotipe padi pada kejenuhan Al yang berbeda …………………………………………………………..
67
14
Panjang tajuk setiap genotipe pada cekaman Al ...........................
68
15
Bobot kering akar setiap genotipe pada kejenuhan Al yang berbeda ..........................................................................................
69
16
Bobot kering tajuk setiap genotipe pada kejenuhan Al yang berbeda ..........................................................................................
69
17
Bobot kering akar dan tajuk setiap genotipe pada kejenuhan Al dan inokulasi blas yang berbeda ………………………………...
70
18
Kandungan N tajuk padi gogo pada perlakuan blas……………..
71
19
Kandungan N tajuk padi gogo pada perlakuan cekaman Al …….
72
20
Kandungan Si tajuk perlakuan blas .............................................
73
21
Korelasi kandungan Si tajuk dan intensitas serangan blas daun ...
74
22
Kandungan Si akar pada perlakuan blas ......................................
74
23
Kandungan Al tajuk padi gogo pada cekaman Al yang berbeda...
75
24
Kandungan Al akar padi gogo pada cekaman Al yang berbeda...
76
14
Nomor
Halaman
25
Korelasi Nisbah Si/N tajuk dan intensitas serangan blas daun dan bobot kering akar....................................................................
77
26
Bobot gabah per rumpun beberapa galur haploid ganda di Jasinga dan Muara……………………………………………….
91
27
Korelasi antara PAR dan intensitas serangan blas daun ras 173...
98
Lampiran 1
Pedoman penilaian dalam scoring blas daun (skala kerusakan) ...
131
15
PRAKATA Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga disertasi ini berhasil diselesaikan. Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Agustus 2003 bertujuan untuk mendapatkan galur haploid ganda padi gogo hasil kultur antera yang tenggang aluminium dan tahan terhadap penyakit blas. Ucapan terima kasih dan penghargaan penulis sampaikan kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Bambang S. Purwoko, M.Sc., Ibu Dr. Ir. Trikoesoemaningtyas, M.Sc., Bapak Prof. Dr. Ir. M. A. Chozin, M.Agr dan Bapak Dr. Ir. Mukelar Amir selaku pembimbing yang telah banyak memberi arahan dan saran yang memperkaya wawasan penulis dalam menyelesaikan penulisan disertasi ini. Kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Bambang S. Purwoko, M.Sc yang telah menyediakan sebagian biaya penelitian untuk penulis, Departeman Pendidikan Nasional yang telah memberikan biasiswa BPPS kepada penulis, Pemerintah Daerah Provinsi Nanggroe Aceh Darussalam, yang telah memberikan biaya untuk penyelesaian studi program Doktor saya di IPB, kepada Yayasan Dana Sejahtera Mandiri yang telah memberikan biaya untuk penulisan disertasi, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih. Kepada Ibu Dr. Ir. Iswari S Dewi beserta staf dari BB-BIOGEN, Ibu Dra. Anggiani Nasution dan Bapak Santoso,SP.,M.Si beserta staf BB-Padi yang telah membantu selama pelaksanaan penelitian, penulis mengucapkan terima kasih. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa hormat, terima kasih dan penghargaan kepada Ibunda (alm) dan Ayahanda (alm) yang telah menanamkan dasar pendidikan yang sangat berguna bagi penulis. Kepada ibu mertua dan bapak mertua (alm) serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya, penulis menyampaikan penghargaan dan terima kasih. Secara khusus penulis menyampaikan terima kasih yang tulus kepada isteri tercinta Sri Wahyuni dan ketiga putera kami tersayang, Muhammad Ridha Maulana, Akhmad Alfian Maulana dan Muhammad Ikhwan Maulana atas motivasi, doa, bantuan, pengorbanan dan kesabarannya dalam mendampingi penulis selama ini. Akhirnya, kepada semua pihak yang turut membantu selama penelitian hingga penulisan disertasi ini, penulis sampaikan terima kasih. Semoga disertasi ini bermanfaat. Bogor, Agustus 2007
Bakhtiar
16
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bireuen Provinsi Nanggroe Aceh Darussalam pada tanggal 1 Nopember 1968 sebagai anak bungsu dari pasangan Halimah (alm) dan Tgk.Ahmad Basyah Ibrahim (alm). Pendidikan dasar sampai menengah ditempuh di kota Bireuen. Pendidikan sarjana ditempuh pada Program Studi Agronomi, Fakultas Pertanian, Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh, lulus tahun 1994. Pada tahun 1999, penulis diterima di Program Studi Agronomi pada Program Pascasarjana IPB dan lulus pada tahun 2002. Pada tahun yang sama mendapat kesempatan untuk melanjutkan ke program doktor pada program studi dan pada perguruan tinggi yang sama. Beasiswa Pendidikan Pascasarjana diperoleh dari Departemen Pendidikan Nasional Republik Indonesia. Penulis bekerja sebagai staf pengajar pada Program Studi Agronomi, Fakultas Pertanian, Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh, sejak tahun 1996 sampai sekarang.
