VARIASI SOMAKLONAL DAN SELEKSI IN VITRO ABAKA (Musa textilis Nee) UNTUK KETAHANAN TERHADAP LAYU FUSARIUM
RULLY DYAH PURWATI
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
SURAT PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa disertasi saya berjudul “Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Abaka (Musa textilis Nee) untuk Ketahanan terhadap Layu Fusarium” adalah benar-benar asli karya saya dengan arahan komisi pembimbing, dan bukan hasil jiplakan atau tiruan dari tulisan siapapun serta belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun.
Bogor, Januari 2007
Rully Dyah Purwati NIM G426010071
ii
ABSTRAK RULLY DYAH PURWATI. Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Abaka (Musa textilis Nee.) untuk Ketahanan terhadap Layu Fusarium. Dibimbing oleh EDI GUHARDJA, SAID HARRAN, SUDARSONO dan SUDJINDRO. Kendala utama yang dihadapi dalam pengembangan abaka di daerah tropis adalah adanya serangan penyakit layu yang disebabkan oleh jamur Fusarium oxysporum Schlecht.f.sp. cubense (E.F. Smith) Snyd & Hans dan dilaporkan telah menimbulkan kerusakan antara 5-65% dari pertanaman abaka di lapangan. Sejauh ini, penggunaan kultivar abaka yang resisten merupakan metode alternatif pengendalian F. oxysporum f.sp. cubense (Foc) yang efektif. Perakitan kultivar abaka resisten terhadap penyakit tersebut melalui hibridisasi atau seleksi sulit dilakukan karena sempit nya keragaman genetika. Pendekatan induksi keragaman genetika dengan menggunakan kombinasi perlakuan mutagenesis dan perbanyakan tanaman secara in vitro yang dilanjutkan dengan seleksi in vitro merupakan metode yang efisien untuk memperoleh kultivar abaka resisten terhadap penyakit layu Fusarium. Penggunaan mutagen EMS yang dikombinasikan dengan kultur in vitro meningkatkan tipe varian somaklonal diantara bibit abaka yang diregenerasikan dari kalus embriogen. Keberadaan sejumlah fenotipe varian diantara bibit abaka hasil perlakuan EMS pada kalus embriogen mengindikasikan meningkatnya keragaman genetika bibit abaka. Dengan demikian, terbuka peluang penggunaan metode tersebut untuk mendapatkan karakter unggul tertentu seperti produktivitas dan kualitas serat tinggi, atau resistensi terhadap layu Fusarium, meskipun kebanyakan varian yang didapat bersifat negatif. Untuk itu perlu didukung dengan teknik seleksi in vitro menggunakan agens penyeleksi filtrat kultur (FK) Foc atau asam fusarat (AF). Dari hasil pengembangan teknik seleksi in vitro terhadap kalus embriogen abaka, dapat dibuktikan bahwa FK dari tiga isolat Foc dan toksin asam fusarat (AF) mampu menghambat proliferasi kalus embriogen dan tunas abaka. Seleksi in vitro dengan mengkulturkan kalus embriogen abaka yang sebelumnya diberi perlakuan 0.6% EMS dalam media selektif dengan penambahan 40% FK Foc isolat Banyuwangi atau 50 mg/l AF, diperoleh klon-klon varian abaka yang insensitif FK Foc sebanyak 326 tunas dari klon Tangongon dan 176 tunas dari klon Sangihe-1. Dari kalus embriogen abaka hasil seleksi in vitro dengan AF diperoleh tunas yang insensitif terhadap AF sebanyak 85 tunas varian abaka klon Tangongon dan 28 tunas varian klon Sangihe-1. Setelah tahapan aklimatisasi, pembibitan, dan evaluasi respon terhadap inokulasi Foc berhasil diperoleh 8 bibit untuk abaka klon Tangongon dan 8 bibit untuk abaka klon Sangihe-1 yang meningkat resistensinya terhadap infeksi Foc isolat Banyuwangi. Kata kunci: Keragaman somaklonal, seleksi in vitro, abaka, Fusarium oxysporum f.sp. cubense.
iii
ABSTRACT RULLY DYAH PURWATI. Somaclonal Variation and In Vitro Selection of Abaca (Musa textilis Nee) to Resistance against Fusarium Wilt. Supervised by EDI GUHARDJA, SAID HARRAN, SUDARSONO, and SUDJINDRO. Cultivation of abaca (Musa textilis Nee) in Indonesia is hampered by Fusarium wilt (Panama disease) due to infection of Fusarium oxysporum Schlecht f.sp. cubense (E.F. Smith) Snyd & Hans (Foc) and caused reduction of abaca fibre yield by as much as 5-65% in comercial abaca cultivation. The use of resistance Fusarium wilt abaca clones is the most efective method for overcoming the problem. However, development of F. oxysporum f.sp cubense (Foc) resistance abaca genotypes requires the availability of a wide abaca genetic variability. Induction of genetic variability through mutagenesis in combination with in vitro selection may be the most efficient method for developing the Foc resistant abaca clones. The use of EMS mutagen combined with in vitro culture improves type of somaclonal variants in abaca plantlets regenerated from embryogenic calli. The existence of somaclonal variants among regenerated abaca plantlet indicate the increased genetic variability of abaca; therefore, open the possibility of using embryogenic calli treated with EMS to obtain desirable mutant such as fiber productivity and quality, or Fusarium wilt resistance, even though most of variants have negative characters. For this reason, the use of in vitro selection using culture filtrates (CF) of Foc or fusaric acid is required. Culture filtrates of three Foc isolates and toxin fusaric acid (FA) inhibited proliferation of embriogenic calli and shoots of abaca. Following treatment by 0.6% EMS of abaca embriogenic calli, and cultured in selection medium containing 40% CF Foc isolate Banyuwangi or 50 mg/l FA, resulted in 326 shoots of abaca variants insensitive to Foc CF from clone Tangongon and 176 shoots from clone Sangihe-1. Meanwhile 85 shoots insensitive to FA of abaca variants clone Tangongon and 28 shoots of clone Sangihe-1 were resulted from in vitro selection using FA as selective agents. Following acclimatization and evaluation of responses to Foc inoculation resulted in 8 plantlets from clone Tangongon and 8 plantlets from clone Sangihe-1 with increase in resistance to Foc infection isolate Banyuwangi. Keywords : somaclonal variation, in vitro selection, abaca, Fusarium oxysporum f.sp. cubense.
iv
© 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.
v
VARIASI SOMAKLONAL DAN SELEKSI IN VITRO ABAKA (Musa textilis Nee) UNTUK KETAHANAN TERHADAP LAYU FUSARIUM
Rully Dyah Purwati
Disertasi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada Program Studi Biologi
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
vi
Judul Disertasi : Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Abaka (Musa textilis Nee) untuk Ketahanan terhadap Layu Fusarium Nama : Rully Dyah Purwati NRP : G426010071
Disetujui Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Ir. Edi Guhardja, MSc Ketua
Dr. Ir. Said Harran, MSc Anggota
Prof. Dr. Ir. Sudarsono, MSc Anggota
Dr. Ir. Sudjindro, MS Anggota
Diketahui Ketua Program Studi Biologi
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Dedy Duryadi S, DEA
Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, MS
Tanggal Ujian: 20 Desember 2006
Tanggal Lulus:
vii
PRAKATA Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunianya sehingga disertasi ini berhasil diselesaikan. Penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Mei 2003 hingga Agustus 2006 berjudul: Variasi somaklonal dan seleksi in vitro abaka (Musa textilis Nee) untuk ketahanan terhadap layu Fusarium. Pemilihan judul tersebut bertujuan untuk memperoleh klon unggul baru abaka yang memiliki produktivitas dan kualitas serat tinggi, serta tahan terhadap penyakit layu fusarium. Penulisan disertasi ini bertujuan untuk memperoleh gelar doktor pada Program Studi Biologi. Terima kasih penulis sampaikan kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Edi Guhardja, M.Sc selaku ketua komisi pembimbing, Bapak Dr. Ir. Said Harran, M.Sc, Bapak Prof. Dr. Ir. Sudarsono, M. Sc dan Bapak Dr. Ir. Sudjindro, MS selaku anggota komisi pembimbing, yang telah banyak memberikan saran dan bimbingan. Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada Kepala Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian (Jakarta), Kepala Puslit Pengembangan Tanaman Perkebunan (Bogor), dan Kepala Balai Penelitian Tanaman Tembakau dan Serat (Malang) yang telah memberikan kesempatan dan izin studi untuk mengikuti program doktor (S3) pada sekolah Pascasarjana IPB. Berikutnya penulis menyampaikan terima kasih kepada Pemimpin Proyek Pengkajian Teknologi Pertanian Partisipatif (PAATP) yang telah memberikan dana studi S3. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Ibu Dr. Ika Mariska (APU) dari Balai Besar Bioteknologi dan Sumber Daya Genetik (Bogor) atas pemberian saran-saran dan kultur abaka klon Tangongon sebagai bahan penelitian. Tak lupa kepada seluruh rekan-rekan di Balittas, Malang yang telah membantu baik moril maup un materiil, penulis menyampaikan terima kasih. Kepada rekan-rekan di program studi Biologi dan Agronomi yang telah berteman, bersahabat dan berdiskusi selama studi di IPB, penulis menyampaikan terima kasih. Terima kasih yang tak terhingga penulis sampaikan kepada sdri. Aris Farida yang telah setia membantu dalam pelaksanaan penelitian. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada suami dan anak-anak, serta seluruh keluarga yang telah memberikan do’a, semangat dan kasih sayangnya. Kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan selama penelitian dan penyusunan disertasi, penulis menyampaikan terima kasih. Semoga disertasi ini bermanfaat bagi yang membutuhkan. Bogor, Januari 2007 Rully Dyah Purwati
viii
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Tulungagung pada tanggal 2 Mei 1958 sebagai anak ke empat dari pasangan R.M. Soerjopoetro dan R.Ngt. Soekapti. Pendidikan sarjana ditempuh di Departemen Agronomi, jurusan Pemuliaan Tanaman, Fakultas Pertanian Universitas Gadjah Mada, Jogjakarta, lulus pada tahun 1983. Pendidikan S2 jurusan Bioteknologi Pertanian ditempuh pada tahun 1994-1996 di Murdoch University, Perth, Australia dengan gelar Master of Philosophy yang diperoleh tahun 1998. Beasiswa untuk pendidikan S2 berasal dari pemerintah Australia (Ausaid).Tahun 2001 penulis mendapat kesempatan untuk melanjutkan ke program doktor pada program studi Biologi, sekolah Pascasarjana IPB, dengan beasiswa yang diperoleh dari Proyek PAATP Badan LITBANG Pertanian. Sejak bulan Maret 1984 penulis bekerja sebagai tenaga honorer, terhitung mulai April 1985 diangkat menjadi Pegawai Negeri Sipil di Balai Penelitian Tanaman Tembakau dan Serat (Balittas). Sejumlah tugas yang pernah diembannya antara lain: Ketua Kelompok Peneliti Pemuliaan Balittas (19891992); Focal Point Scientist of IJO (International Jute Organisation) Germplasm Project (1989-1993); National Project Coordinator of IJO Project on Application of Biotechnology in the Improvement of Jute, Kenaf and Allied Fibres Phase II (1998-2000). Jenjang fungsional Peneliti Muda bidang Pemuliaan Tanaman diperoleh pada tahun 2000. Penulis telah berperan aktif dalam berbagai kegiatan penelitian dan pelepasan varietas unggul kenaf: KR 1, KR 2, KR 3, KR 4, KR 5, KR 6, KR 9, KR 11, KR 12 dan KR 13. Sampai saat ini telah memp ublikasikan sejumlah karya ilmiah di berbagai jurnal ilmiah, majalah semi ilmiah, atau prosiding pertemuan ilmiah di tingkat regional, nasional maupun internasional dalam bahasa Indonesia dan Inggris. Beberapa pelatihan yang pernah diikuti untuk meningkatkan keahlian antara lain: Pelatihan di bidang Pemuliaan Radiasi dan Mutasi (BATAN, Jakarta dan BARC, India), Kursus singkat Kultur Jaringan dan Fusi Sel (PAU, UGM, Jogjakarta), serta Pemuliaan Kenaf (IBFC, China).
ix
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL.……………………………………………………..
xiv
DAFTAR GAMBAR ………………………………………………......
xvii
DAFTAR LAMPIRAN............................................................................
xxi
BAB I
PENDAHULUAN ……………………………………....... LATAR BELAKANG ……………………………………. PENDEKATAN MASALAH …………………………….. TUJUAN PENELITIAN ………………………………….. MANFAAT PENELITIAN………………………………... GARIS BESAR DISERTASI ……………………………..
1 1 4 6 7 7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA………………………………....... TANAMAN ABAKA …………………………………...... 1 Biologi dan manfaatnya …………………………......... 2 Asal dan penyebarannya …………………………….... 3 Plasma nutfah dan pemuliaannya…………………....... PENYAKIT LAYU FUSARIUM…………………………. 1 Gejala yang ditimbulkan ………………………….. .... 2 Respon tanaman terhadap penyakit layu Fusarium ....... 3 Metabolit yang terdapat dalam ekstrak F. oxysporum.... 4 Asam Fusarat dan gejala yang ditimbulkannya ……..... KULTUR JARINGAN ABAKA …………………………. MUTASI DAN KERAGAMAN SOMAKLONAL……….. SELEKSI IN VITRO……………………………………….
14 14 14 14 15 16 17 18 18 19 20 21 23
BAB III
METODE INOKULASI DAN KERAPATAN KONIDIUM Fusarium oxysporum f.sp. cubense UNTUK MENGINFEKSI ABAKA………….................................... ABSTRAK ……………………………………………....... ABSTRACT ……………………………………………..... PENDAHULUAN ……………………………………....... BAHAN DAN METODE ……………………………….... Isolat F. oxysporum f.sp cubense dan Bahan Tanaman........ Efektivitas Metode Inokulasi…………………………….... Pengaruh Kerapatan Konidia Foc terhadap Intensitas Penyakit….............................................................................
25 25 26 26 27 27 28 29
x
