Pemilihan Pangkal Untuk Pemuliaan. Arti Variabilitas. Kita mengetahui bahwa pada tanaman atau hewan tidak ada yang sama antara yang satu dengan yang lainnya. Meskipun sedikit tentu ada ciri – ciri yang menunjukkan atau memberikan perbedaan yang nyata. Perbedaan – perbedaan ini sering disebutkan sebagai variasi (variasi = sifat tertentu atau kombinasi dari sifat – sifat tertentu) dank arena perbedaan – perbedaan ini dapat menonjol dan besarnya tidak sama lalu orang membuat tingkatan tentang banyak sedikitnya variasi – variasi yang diperolehnya atau dilihatnya. Bahkan perbedaan – perbedaan inilah yang merupakan soal pokok pada pemuliaan tanaman yang sangat penting sekali. Misal, kita mengenal mangga : arumanis, golek, manalagi, dll. Semuanya termasuk satu spesies yaitu Mangifera indica. Tanaman – tanaman lain seperti padi, jagung, kacang, kedelai, teh, coklat, dll harus dibagi lagi dalam beberapa varietas, oleh karena perbedaannya masih dalam kenyataannya. Perbedaan – perbedaan yang nyata ada antara varietas – varietas inilah yang sering disebut variabilitas tanaman. Variabilitas yang ada pada umumnya dipergunakan untuk menamakan perbedaan yang terdapat antara tanamn – tanaman sejenis. Berdasarkan sifat lanjut dari variasi tersebut, Hayes menyebutkan adanya dua macam variasi yaitu : Non heritable variation kadang – kadang sering disebut sebagai goyangan atau fluktuasi atau variabilitas kontinyu, timbulnya variasi ini disebabkan adanya perbedaan yang disebabkan karena factor keturunan yang tidak sama. Beberapa variasi selalu dijumpai lagi pada keturunan dari bahan pangkal, juga bila keturunan ini dipelihara di daerah lain. Variasi demikian adalah baka. Sifat – sifat yang baka ini diturunkan dari orang tua kepada anak - anaknya. Disamping itu ada variasi yang tidak dijumpai lagi pada keturunan dari bahan pangkal, bahkan variasi ini dapat berubah bila tanaman itu dipindahkan di daerah lain. Variasi yang demikian yang pada hakekatnya keadaan luar memegang peranan penting sekali, dan tidak baka dinamakan modifikasi. Pada pemuliaan tanaman yang diusahakan ialah memperoleh bahan – bahan tanaman yang lebih superior, dari varietas yang tetap dan baka.
Pembentukan variabilitas genetis Diatas telah disebutkan bahwa antara individu-individu dalam satu species atau varietas terdapat perbedaan-perbedaan atau variasi. Variasi ini dapat disebabkan oleh perbedaanperbedaan genotype, environtment dan interaksi antara genotype dengan environment.
Universitas Gadjah Mada
1
Variabilitas yang kita amati secara visual dinamakan fenotipic variasi sedangkan yang disebabkan genotype dinamakan genotopic variasi. Peninggian dari variabilitas akan memberikan manfaat bagi pemuliaan tanaman, dan dengan demikian harapan dari pemuliaan tanaman diperbesar. Variabilitas tanaman dapat dipetinggi dengan cara : 1. Koleksi : yaitu mengumpulkan sebanyak mungkin varietas-varietas yang sudah ada didalam negeri. 2. Introdukis : yaitu memasukkan varietas-varietas baru dari luar negeri. 3. Persilangan : yaitu mengawinkan dua atau lebih varietas yang mempunyai sifat yang berbeda-beda. 4. Mutasi (induced mutation) : yaitu dengan mutagenetic radiation atau dengan chemical mutagens.
1. Koleksi Yaitu mengumpulkan sebanyak mungkin varietas-varietas yang sudah ada di dalam negeri. Untuk koleksi ini dapat dilakukan kegiatan eksplorasi ke daerah-daerah perkembangan tanaman yang dimaksud untuk diambil bagian tanaman baik berupa biji, atau bagian vegetatifnya untuk ditanama dalam kebun koleksi. Bahan-bahan koleksi di evaluasi dan dikarakterisasi sifat-sifat penting yang dibutuhkan dalam program pemuliaan tanaman selanjutnya. Untuk dapat mengelola koleksi dengan baik perlu diperhatikan kaidah-kaidah pengelolaan plasma nutfah yang sudah ditentukan oleh lembaga internasional keplasma nutfah-an.
2. Introduksi Dengan memasukkan varietas dari daerah lain atau dari luar negeri dalam daerah tertentu akan memperluas sortimen varietas dari daerah itu. Introduksi ini tidak terbatas pada hanya varietas yang sudah dibudidayakan tetapi juga meliputi type, forma dan populasi, bahkan kadang-kadang juga tanaman se species ata se genus yang masih liar. Dalam hal ini pengetahuan tentang di daerah manakah banyaknya forma-forma tanaman yang diusahakan itu paling banyak terdapat, sangat diperlukan. Ada hubungan antara letak geografi dan iklim di satu pihak dan forma-forma yang mempunyai genotype tertentu di lain pihak. Ini semua merupakan sumbangan yang berharga untuk berhasilnya mendapatkan bahan-bahan asal untuk menyelesaikan persoalan-persoalan seleksi tertentu. Ekspedisi N.I Vavilov cs (1926) memberikan hasil yang berguna sekali yaitu hasil pengamatannya telah diketemukan beberapa aturan atau ketentuan mengenai penyebaran geografis dari tanaman. Dari hasil penyelidikan tersebut lahirlah teori mengenai centra dan gene. Universitas Gadjah Mada
2
Menurut Vavilov di dunia terdapat beberapa daerah dimana dijumpai kekayaan akan forma dari tanaman tertentu yang terbesar. Di pusat daerah-daerah tersebut terdapat sifatsifat dominan yang selalu terlihat (yang berkuasa), sedangkan semakin jauh dari centrum tersebut semakin berkurang nampaknya sifat-sifat dominan itu dan semakin berkuasalah sifat-sifat resesif. Oleh Vavilov centra tersebut dikatakan sevagai “pusat gen” (daerah asal) dari tanaman yang bersangkutan. Selanjutnya Vavilov menggolongkan pusat-pusat gen itu menjadi 8 yaitu : 1. The Chinese center of origin (daerah asal tiongkok) soya, bamboo, rami, tebu, jewawut, beberapa tanaman Leguminoceae. 2. The Hindustan center of origin (daerah asal Hindustan, Asia Tenggara) : padi, kapas, tebu, buah-buahan tropika. Daerah ini meliputi kepulauan Malaya, Jawa, Kalimantan, Sumatera dan Philipina. 3. The central Asiatic center of origin (Daerah asia Tengah), termasuk India Barat, Kashmir, Afganistan, Republik Sovyet : Pisum sativum, Viciafaba, Phaseolus, kapas. 4. The Near Eastern center of origin (daerah asal timur dekat), ialah seluruh Traucaucasia, Iran dan dataran tinggi Turkmenistan : Triticum (gandum) lebih dari 9 species, buah anggur, peer kersen, Trifolium. 5. The Mediterranean center of Origin (daerah asal Laut Tengah) : sayur-sayuran, makanan ternak Hordeum sativum. 6. The Abyssinean center of origin (daerah asal Abyssinia) terdapat banyak perbedaan pada Triticum dan Hordcum. Mungkin daerah ini adalah pusat Hordcum. 7. The south Mexican and Central American center of origin (daerah Mexico selatan dan Amerika Tengah) jagung, kapas, kacang-kacangan. 8. The South American center of origin (daerah asal Amerika Selatan) : Peru, Bolivia, Equador dan Colombia, pusat tanaman berumbi : kentang, ketela pohon. Vavilov membagi lagi sebagai : 8 a. Pusat Gen Chilo dengan tanaman kentangnya. 8 b. Pusat Gen Brazilia-paraguay dengan tanaman ubi kayu, kacang tanah, cokelat, karet, nanas, Peru adalah tempat asal tanaman jagung, tomat dan Phaseolus lumatus Disamping teori-teori centra-centra gene Vavilov mengemukakan pula pendapatnya mengenai gejala-gejala variasi parallel pada tanaman-tanaman yang mempunyai hubungan kekeluargaan yang dekat. Dengan gejala tersebut diartikan bahwa pada semua tanaman yang berhubungan kekeluargaannya dekat, senantiasa terdapat variasi-variasi homilog yang baka. Vavilov menamakan ketentuan-ketentuan ini “Low of Homologeus Series” atau hokum dari variasi baka yang homolog (-variasi parallel) (Darwin) Universitas Gadjah Mada
3
Dengan homolog diartikan serupa, sejenis, senilai. Pada tanaman homolog dimaksudkan untuk alat-alat (organ) yang dalam bentuknya ada persamaan dan senilai. Persamaan tersebut tidak hanya mengenai sifat morfologis, tetapi juga sifat fisiologis, species yang berdekatan, terdapat pengulangan variasi tadi, misalnya ketahanan terhadap penyakit, panjang waktu vegetative dan sebagainya. Akibat praktis dari teori Vavilov ini bagi pemuliaan tanaman adalah sbb : Apabila seleksionis dari sesuatu tanaman memerlukan akan variasi-variasi baka yang baru, akan gen-gen baru, maka haruslah dicari di daerah asalnya tanaman-tanaman tersebut.
3. Peningkatan variabilitas dengan persilangan Cara yang lebih efektif untuk meningkatkan variabilitas adalah dengan persilangan : 1. Dari varietas-varietas yang ada timbal-timbal balik; 2. Dari varietas introduksi dengan varietas yang ada; 3. Dari mutasi dengan varietas yang ada; 4. Dari mutasi timbal balik Melalui persilangan ini diharapkan bahwa semua sifat yang unggul dari kedua orang tua dapat dikombinasikan dalam keturunannya. Dalam persilangan ini kita sering melakukan : -
Persilangan kembali (back-cross) Misalnya untuk memasukkan salah satu sifat.
-
Persilangan transgressi Terjadi kombinasi baru yang melebihi maksimum dari induk varietas terbaik. Misalnya : diperoleh varietas yang berdaya hasil yang sangat tinggi, sedangkan kedua orang tuanya hanya berdaya hasil sedang.
-
Persilangan berulang (double cross) Untuk mengkombinasikan semua perbedaan yang ada di antara keempat varietas misalnya : (AxB) x (CxD)
-
Persilangan F1 dari (AxB) dengan C atau D dll. Yang perlu diperhatikan dalam memilih orang tua yang akan dipakai sebagai bahan persilangan ialah perbedaan-perbedaan varietas tentang hasil, daya hasil, kualitas dan lain-lain.
4. Peningkatan variabilitas dengan mutasi alam dan mutasi buatan. a. Mutasi alam Mutasi adalah perubahan-perubahan dalam sifat pembawaan yang tidak disebabkan oleh perkawinan (tidak disebabkan kombinasi gen-gen yang baru).
Universitas Gadjah Mada
4
Dalam keadaan normal mutasi jarang sekali timbul. Pada mutasi yang karakteristik adalah bahwa perubahan-perubahan tersebut timbul sekonyong-konyong dan tidak teratur. Secara sadar untuk memperoleh mutasi sewajarnya tidak mungkin. Dalam hal ini seleksionis hanya dapat mengawas-awasi dengan seksama tanaman-tanaman yang menunjukkan perbedaan-perbedaan. Tanaman yang menyimpang ini mungkin merupakan mutasi kemudian dipelihara dan disendirikan. Pada dasarnya sulit untuk membedakan dengan segera sesuatu perbedaan sebagai mutasi, modifikasi dan rekombinasi.
b. Mutasi buatan Disamping secara pasif kita dapat pula secara aktif membuat mutasi buatan caracara tersebut adalah sebagai berikut : -
Centrifuge dari benih sedang berkecambah
-
Calus regenerasi
-
Dengan radiasi
-
Dengan zat kimia tertentu misalnya Colchicine. Dari contoh-contoh diatas yang terpenting adalah dengan radiasi dan dengan
cholchisine. Berdasarkan banyaknya unsure yang berfungsi sebagai pembawa sifat keturunan, maka kemungkinan terjadinya mutasi dapat bermacam-macam antara lain :
Mutasi gen
Mutasi genom
Mutasi chromosom
Mutasi Plasmon
Mutasi plastidom
Mutasi gen Bila suatu gen pada suatu tempat tertentu dalam suatu kromosom mengalami mutasi, maka didapatkan mutasi gen, jadi bukan berarti hilangnya suatu gen. Biasanya juga disebut mutasi lokus atau mutasi point. Mutasi yang terjadi didalam suatu gen itu tidak selalu menjurus ke suatu arah saja, misalnya, suatu gen dapat berubah menjadi penyebab pigmentasi yang kuat atau lemah, dapat juga menjadi gen yang dominan atau gen yang resesif. Bila suatu gen yang resesif menjadi dominan, misalnya dari aa menjadi Aa, maka perubahan genetis itu langsung dapat diamati pada generasi pertama (MI); pada kenerasi kedua (M2) terjadi segregasi biasa mengikuti hokum Mendel. Sedang pada mutasi gen yang Universitas Gadjah Mada
5
dominan menjadi resesif, misalnya AA (homozygote) menjadi Aa perubahannya dalam M1 belum terlihat dan baru dilihat pada M2. Pada tanaman yang heterozygote (Aa menjadi aa) perubahannya dapat diamati pada M1. Mutasi gen dapat terjadi baik pada jaringan generative maupun jaringan vegetative. Bila mutasi terjadi pada fase vegetative, maka terjadilah sector-sektor mutant. Suatu mutasi somatic mungkin terjadi tidak pada semua lapisan sehingga jaringan genetis berbeda-beda yang biasa disebut chimaere. Mutasi somatic akan berpengaruh pada keturunannya apabila mutasi itu terjadi pada lapisan yang pertama dari epidermis (sub-epidermis), sebab lapisan inilah yang membentuk sel kelamin. Suatu gen yang mudah berubah dari dominan ke resesif atau sebaliknya disebut gen labil.
Mutasi genom Pada tanaman diploid (2N), memiliki 2 buah genom. Bila lebih dari 2, disebut polyploidy, misalnya triploid (3N), tetraploid (4N) dst. Pada persilangan antar genus atau antar spesies, basternya kebanyakan steril, ini disebabkan karena genom dari kedua orang tuanya sangat berbeda, sehingga tidak terjadi penggabungan chromosom pada pembentukan sel-sel kelaminnya, maka pembentukan selsel kelamin yang dapat berfungsi gagal, menyebabkan gemetnya steril. Tetapi bila chromosom dari hybrid tersebut digandakan maka chromosom yang mula-mula tidak berpasangan, menjadi lengkap sehingga dapat membentuk gamet yang fertil sebagai contoh misalnya jenis Amphidiploid.
Mutasi kromosom Perubahan struktur kromosom hingga mengakibatkan penyimpangan-penyimpangan yang turun-temurun disebut mutasi kromosom.
Perubahan struktur itu dapat berbeda-beda misalnya : 1. fragmentasi 2. translokasi 3. inversi 4. duplikasi 5. defisiensi dan delesi 6. katenasi
Tanaman-tanaman yang mengalami mutasi fragmentasi, defisiensi dan delesi dalam keadaan homozygote yang jumlah segmen-segmennya hilang, akan mati. Universitas Gadjah Mada
6
Mutasi Plasmon dan plastidom Pada persilangan resiprok, hybrid yang terjadi seringkali berbeda-beda. Ini berarti bahwa plasma dan plastid mengambil bagian juga dalam proses keturunan. Suatu varietas tanaman, bila terjadi mutasi Plasmon, plasmanya akan berlainan. Warna belang pada daun, dapat disebabkan karena mutasi plastidom. Mutasi plastidom ini mempunyai peranan khusus dalam tanaman hias.
Universitas Gadjah Mada
7
Radiasi Sinar-sinar dengan panjang gelombang pendek seperti α, β, γ dan sinar x, u, v,
neutron Rö dapat menimbulkan mutasi. Yang terutama adalah sinar x, sinar radioaktif. Menurut Heyn, sinar-sinar tersebut membom kromosom dan terutama molekulmolekul gen, hingga atom atau kelompok dari atom dalam gen dapat bertukar tempat atau dapat terpelanting sedangkan perpecahan kromosom dapat juga timbul. Kejadian-kejadian ini dapat mengakibatkan perubahan-perubahan dalam susunan kromosom (inversi, translokasi, fragmentasi, peleburan dll), dan juga pelipat gandaan kromosom. Sinar gelombang pendek dengan demikian dapat menimbulkan berbagai macam mutasi. Dalam teori “penimpaan” dikatakan, bahwa jumlah presentase mutasi-mutasi yang timbul adalah berbanding lurus dengan intensitas penyinaran. Penyinaran itu tidak berlaku dalam jangka waktu, tetapi dapat pula berulang-ulang kali dihentikan. Pada intensitas yang agak lemah mutasi-mutasi genlah yang timbul, sedangkan pada penyinaran yang kuat dapat pula terjadi mutasi kromosom dan mutasi genom.
Perlakuan dengan kolkhisine Kolkisin adalah zat kimiadari golongan alkaloid dengan rumus C22H25O6N.
pengaruh dari kolkisin pada tanaman untuk pertama kali Dustin, Hovar, Litts dan Brussel (1937) Secara ringkas fungsi kolkisin adalah sebagai berikut : Kolkisin mengencerkan sitoplasma, dan dalam keadaan ini benang-benang plasma yang merupakan perubahan dalam sitoplasma, tidak terjadi sedangkan proses pemisahan itu sendiri berlaku seperti biasa. Karena tak terbentuk benang spindle tadi maka tak ada yang menarik kromosom tersebut ke kutub masing-masing, maka kedua bagian kromosom tersebut tidak memisah dan jalannya pembelahan sel pun terhenti di tahap ini. Tahap ini oleh Dustin dinamakan Stathmukinesis. Akibat dari peristiwa ini adalah saru sel memiliki jumlah kromosom yang berlipat ganda. Sel ini dinamakan tetraploid (4N). setelah habis bekerjanya kolkisin sel tetraploid memisah seperti biasa (mitosis) darimana sel-sel anak tetaraploid terjadi. Berkembang biak terus menerus terjadilah akhirnya jasad (alat) yagn tetraploid.
Baik
secara
generative
maupun
secara
vegetative
mutasi
ini
dapat
dikembangbiakkan. Penggunaan kolkisin ini terutama pada sel-sel yang sedang membelah atau sel-sel yang hendak berbelah. Bentuk penggunaan dari kolkisin adalah : larutan, cairan, pasta dalam agar atau lanolin.
Universitas Gadjah Mada
8
Tanaman yang telah mendapatkan perawatan dengan kolkisin pada mulanya menunjukkan kelambatan tumbuh kea rah tinggi dan penebalan kea rah samping. Efek yang terakhir ini adalah efek sekunder dari kokisin yang bukan merupakan akibat langsung mitosis yang dipengaruhi. Dengan demikian timbullah cacat-cacat rupa, yang tidak memberikan pada kita haarapan yang baik. Tetapi setelah beberapa waktu pertumbuhannya menjadi normal lagi dan pada perkembangan selanjutnya 3 kemungkinan. a. Mutasi tidak berhasil Disini ada kemungkinan beberapa sel yang bermutasi, tetapi karena penjajahan kuat yang kuat dari sel-sel yang tidak dipengaruhi yang berkembangbiak lebih cepat pula, maka tanaman tersebut berkembang seperti biasa dan jumlah kromosomnya tidak berubah. b. Mutasi berhasil Bagian-bagian tanaman yang baru sebagai kebulatan dapat bermutasi. Selama selsel yang demikian mempunyai jumlah kromosom yang berlipat ganda, maka sel-selnya lebih besar, alat-alat lebih besar lainnya : stomata pollen, ini menunjukkan pengaruh dari kolkisin. Pertumbuhan
tanaman
poloploid
lambat,
maka
kita
dapat
menamakan
:
pertumbuhan raksasa yang lambat. c. Mutasi campuran Apabila terjadi jaringan baru yang tetraploid disamping jaringan diploid berkembang bersama. Tanaman sedemikian yang terjadi dari genotype yang berlainan disebut : chimaere Chimaere ada bermacam-macam tergantung dari pembagian genotype : 1. Chimaere sektorial, hanya sector yang bermutasi. Disini hanya satu sisi dari mata yang sedang tumbuh menjadi polipoid, hingga cabangcabang, daun yang tumbuh dari mata ini bersifat poliploid pula sedang bagian lain dari tanaman tetap normal. Jadi disini jaringan-jaringan yang tumbuh dari sektor tersebut bersifat poliploid. 2. Chimaere periklinal, jaringan yang bermutasi. Pada chimaere ini lapisan epidermis mempunyai konstitusi kromosom yang berlainan daripada lapisan-lapisan sel sebelah dalam. Pada type ini stomata dapat mempunyai ukuran seperti poliploid, tetapi serbuk sari yang dihasilkan dari jaringan tersebut mempunyai ukuran normal atau sebaliknya. 3. Chimaere campuran (mixochimaere), terdapat 2 type, yaitu bila kedua jaringan tersebut letaknya tak teratur. Kebanyakan yang terjadi adalah chimaere sektoral
Polipoidi Poliploidi adalah gejala dimana dalam sel-sel tubuh dijumpai kromosom yang berjumlah lebih dari 2 kali lipat dari jumlah haploidnya (N), yaitu lebih dari 2 N. jumlah Universitas Gadjah Mada
9
haploid ini adalah jumlah terkeil dari satu setel kromosom yang sempurna dimana terdapat semua macam kromosom satu kali. Jumlah terkecil ini dinamakan juga bilangan pokok. Ternyata bahwa di alam terdapat pula tanaman yang sel tubuhnya mempunyai jumlah kromosom lebih dari 2 kali bilangan pokok. Bila demikian halnya maka kita berhadapan dengan euplodi (Eu = benar). Berdasarkan atas berapa kali berlipat ganda ini maka Euploid dibagi : triploid (3N), tetraploid (4N) pentaploid (5N), hexaploid (6N), heptaploid (7N) dsb. Adakalanya kelebihan itu bukan merupakan persis pelipatgandaan dari bilangan pokok. Kalau demikian kita berhadapan dengan aneuploid. Pda tanaman diploidpun sering terdapat penyimpangan dari aturan yaitu bila terdapat kekurangan 1 kromosom dari jumlah diploid, oleh karena itu di sel soma kromosom lainnya berpasangan. Tanaman demikian dinamakan monosom untuk kromosom tersebut dan jumalh dari kromosom disini adalah (2n-1). Tetapi sering juga terdapat bahwa kromosom tertentu terdapat pelipat gandaan 3 atau 4 kali, sedangkan yang lainnya berpasangan. Untuk kromosom tersebut tanaman ini adalah tri atau tretasom dan jumlah kromosomnya dan jumlah kromosomnya adalah (2n-1) atau/ dan (2n / 2) Contoh
Terminologi dari Polyplodi Nama
Formula
Komplemen kromosom sel soma dimana A B, dan C bukan homolog
Aneuploid : (Genomnya tak sempurna / tak komplit)
Nulisomic
2x – 2
(AB)
(AB)
Monosmic
2x – 1
(ABC)
(AB)
Double Monosomic
2x – 1 -1
(AB)
(AC)
Trisomic
2x | 1
(ABC)
(ABC) (C)
Double trisomic
2x + 1 + 2
(ABC)
(ABC) (A)
Monosomic trisomic
2x – 1 + 1
(ABC)
(AB)
(B)
(A)
Euploid : (Genomnya Sempurna/ Komplit)
Monoploid
x
(ABC)
Tripoid
3x
(ABC) (ABC) (ABC)
Autotetraploid
4x
(ABC) (ABC) (ABC) (ABC)
Allotetrapliod
2x + 2x
(ABC) (ABC) (A’B’C’) (A’B’C’) Atau (ABC) (ABC) (DEF) (DEF) Universitas Gadjah Mada
10
