Seleksi Galur Galur F5 Gandum (Triticum Aestivum L ) Hasil Persilangan Selayar X Rabe Pada Agroekosistem Tropika
SELEKSI GALUR-GALUR F5 GANDUM (Triticum aestivum L.)
HASIL PERSILANGAN SELAYAR X RABE
PADA AGROEKOSISTEM TROPIKA
FITRIA LUKITA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Seleksi Galur-Galur F5
Gandum (Triticum aestivum L.) Hasil Persilangan Selayar x Rabe pada
Agroekosistem Tropika adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi
manapun. 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 tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Maret 2016
Fitria Lukita
A253120131
RINGKASAN
FITRIA LUKITA. Seleksi Galur-Galur F5 Gandum (Triticum aestivum L.) Hasil
Persilangan Selayar x Rabe pada Agroekosistem Tropika. Dibimbing oleh
DESTA WIRNAS dan YUDIWANTI WAHYU EK.
Kebutuhan gandum (Triticum aestivum L.) di Indonesia cenderung
meningkat karena beragamnya produk olahan berbasis tepung terigu yang
diminati masyarakat. Kebutuhan gandum Indonesia sepenuhnya masih
mengandalkan impor. Hal ini disebabkan oleh karena Indonesia belum dapat
memproduksi gandum sendiri. Upaya penanaman gandum di Indonesia terkendala
oleh faktor iklim. Gandum berasal dari wilayah subtropis, sedangkan Indonesia
merupakan negara tropis sehingga menyebabkan tanaman gandum tercekam suhu
tinggi. Selain itu, upaya penanaman gandum di Indonesia harus didukung oleh
ketersediaan varietas gandum yang adaptif dan berdaya hasil tinggi di
agroekosistem Indonesia.
Perakitan varietas gandum adaptif untuk kondisi tropis telah dilakukan
sehingga telah diperoleh galur-galur gandum yang siap diuji daya hasil dan
kemampuan adaptasinya di agroekosistem Indonesia. Tujuan utama penelitian ini
adalah untuk mendapatkan galur-galur gandum adaptif di dataran tinggi dan
dataran menengah Indonesia. Tujuan utama dapat diperoleh dengan cara (1)
mempelajari interaksi genetik × lingkungan pada genotipe gandum hasil seleksi
shuttle breeding, (2) mempelajari keragaan dan keragaman genetik pada galurgalur F5 gandum hasil persilangan Selayar x Rabe, (3) melakukan seleksi galurgalur F5 gandum hasil persilangan Selayar x Rabe berdasarkan daya hasil dan
toleransi terhadap suhu tinggi.
Seleksi galur-galur F5 berdasarkan informasi keragaan dan keragaman
genetik dilakukan di Kebun Percobaan Balai Penelitian Tanaman Hias (BALITHI)
Cipanas, dengan ketinggian ± 1100 m dpl serta suhu rata-rata ± 21 oC dan di
kebun milik petani di Cisarua dengan ketinggian ± 600 m dpl serta suhu rata-rata
± 23 oC pada bulan Juli sampai Oktober 2013. Rancangan percobaan yang
digunakan adalah rancangan augmented. Materi genetik yang digunakan adalah
100 galur F5 hasil persilangan Selayar x Rabe dan 6 varietas pembanding yaitu
Selayar, Rabe, Oasis, HP1744, Basribey, dan Dewata.
Analisis interaksi genetik × lingkungan digunakan untuk memperoleh
informasi karakter agronomi yang bisa dijadikan karakter seleksi. Analisis ragam
dilakukan dengan perangkat lunak The SAS System for Windows 9.0,
pengelompokan ragam dilakukan berdasarkan nilai kuadrat tengah harapan.
Seleksi galur-galur F5 dilakukan berdasarkan daya hasil dan indeks sensitivitas.
Interaksi genetik × lingkungan berpengaruh nyata terhadap karakter tinggi
tanaman, jumlah anakan total, panjang malai, persentase floret hampa, bobot biji
per malai, bobot 100 biji, dan bobot biji per tanaman. Terdapat karakter yang
tidak dipengaruhi oleh interaksi genetik × lingkungan yaitu karakter jumlah
anakan produktif, jumlah spikelet, dan jumlah biji per malai. Keragaan karakter
agronomi mengalami penurunan seiring dengan penurunan elevasi dari elevasi
± 1100 m dpl ke elevasi ± 600 m dpl. Terdapat enam karakter yang memiliki nilai
heritabilitas tinggi, yaitu: karakter jumlah anakan total, jumlah anakan produktif,
panjang malai, jumlah spikelet, jumlah biji per malai, dan bobot biji per malai.
Genotipe yang tergolong ke dalam kelompok moderat toleran berdasarkan bobot
biji per tanaman adalah Selayar, Rabe, dan Dewata.
Hasil penelitian pada galur-galur F5 menunjukkan bahwa galur memiliki
perbedaan keragaan pada karakter tinggi tanaman, panjang malai, jumlah spikelet,
persentase floret hampa, jumlah biji per malai, bobot biji per malai, dan bobot biji
per tanaman di dataran tinggi, sedangkan di dataran menengah galur menunjukkan
perbedaan keragaan pada karakter tinggi tanaman, jumlah anakan total, jumlah
anakan produktif, panjang malai, persentase floret hampa, bobot biji per malai,
bobot 100 biji, dan bobot biji per tanaman. Pengujian galur di dataran tinggi
menunjukkan keragaan dan hasil lebih tinggi daripada di dataran menengah,
kecuali pada karakter bobot 100 biji.
Seleksi galur-galur F5 dilakukan berdasarkan bobot biji per tanaman untuk
memperoleh galur-galur berdaya hasil tinggi di dataran tinggi dan juga
berdasarkan indeks sensitivitas untuk memperoleh galur-galur toleran suhu tinggi
di dataran menengah. Seleksi berdasarkan bobot biji per tanaman di dataran tinggi
meningkatkan bobot biji per tanaman sebesar 30.6% dan menurunkan persentase
floret hampa sebesar 7.4%. Seleksi berdasarkan bobot biji per tanaman
menghasilkan 20 galur gandum berdaya hasil lebih tinggi di dataran tinggi.
Seleksi berdasarkan indeks sensitivitas meningkatkan bobot biji per tanaman
sebesar 34.6% dan menurunkan persentase floret hampa sebesar 15.7%. Seleksi
berdasarkan indeks sensitivitas menghasilkan 8 galur moderat toleran suhu tinggi
di dataran menengah.
Kata kunci : F5, Selayar x Rabe, seleksi, tropika
SUMMARY
FITRIA LUKITA. Selection of Wheat F5 Lines (Triticum aestivum L.) Crosses
of Selayar x Rabe in Tropical Agroecosystems. Supervised by DESTA WIRNAS
and YUDIWANTI WAHYU EK.
Wheat (Triticum aestivum L.) is consumed by the largest people in the
world. Indonesia needs of wheat tends to increase because of diversity products
based on wheat flour. Indonesia has not been able to produce wheat due to
climatic factors, so Indonesia must import to fulfill the needs. Indonesia is a
tropical country, while wheat comes from subtropical. The cultivation of wheat in
Indonesia should be supported by the availability of varieties that are adaptive and
has high yield potential in agroecosystem Indonesia.
Breeding of tolerant wheat varieties has been done and obtained many lines
were prepared to potential yield and adaptation tests in Indonesia agroecosystem.
The purpose of this research was to obtain wheat lines adapted to high and
medium agroecosystems. The purpose can be obtained by (1) study of
genetic × environment interaction on the results of the selection of wheat shuttle
breeding, (2) study the performance and genetic diversity of F5 wheat lines
(Selayar x Rabe) in high and medium altitude location, (3) selecting best lines of
wheat (Selayar x Rabe) based on yield potential and tolerance to high temperature.
Selection of F5 lines was conducted from July to October 2013 in the
experimental field of Ornamental Research Station (BALITHI) Cipanas
(± 1100 m asl, ± 21 °C) and the gardens of farmers in Cisarua (± 600 m asl,
± 23 °C) by augmented experimental design. The genetic materials used were 100
F5 lines (Selayar x Rabe) and 6 checks, namely Selayar, Rabe, Oasis, HP1744,
Basribey, and Dewata.
Analysis of genetic × environment interaction is used to obtain information
agronomic character that can be used as the character selection. Analysis of
variance was carried out by the software The SAS System for Windows 9.0.
Estimation of genetic parameters was based on the value squared estimations.
Selection of F5 wheat lines was based on yield and sensitivity index of yield.
The results showed that the interaction of genetic x environment effected the
plant height, number of total tillers, length of panicle, empty floret percentage,
weight of grain per panicle, weight of 100 grain, and grain weight per plant, while
some characters were not influenced by the interaction of genetic x environment
namely number of productive tillers, number of spikelet, and number of grain per
panicle characters. Appearance of agronomical characters generally decreased by
the decreasing of elevation from Cipanas (± 1100 m asl) to Cisarua (± 600 m asl).
The characters that have highly heritability value were number of total tillers,
number of productive tillers, length of panicle, number of spikelet, number of
grain per panicle, and weight of grain per panicle characters. Sensitivity index of
genotypes to high temperature very greatly based on the characters were observed.
Based on the character of yield of genotype Selayar, Rabe, and Dewata had a
moderate tolerant in tropical agroecosystems.
The results of F5 wheat lines study showed that the lines had significantly
different in the plant height, length of panicle, number of spikelet, empty floret
percentage, number of grain per panicle, weight of grain per panicle, and grain
weight per plant in high altitude, while in middle altitude the lines had
significantly different in the plant height, number of total tillers, number of
productive tillers, length of panicle, empty floret percentage, weight of grain per
panicle, weight of 100 grain, and grain weight per plant. Mean value of
agronomical characters of lines in Cipanas were higher than in Cisarua, except in
weight of 100 grain.
The selection of F5 wheat lines was conducted on grain weight per plant to
get high yield wheat lines for high altitude and also based on sensitivity index to
get tolerant wheat lines for medium altitude. The selection based on grain weight
per plant increased of grain weight per plant by 30.6% and decreased of empty
floret percentage by 7.4% in high altitude. Selection based on grain weight of
plant resulted 20 high yield wheat lines. The selection based on sensitivity index
increased of grain weight per plant by 34.6% and decreased of empty floret
percentage by 15.7% in medium altitude. Selection based on sensitivity index
resulted 8 moderate tolerant wheat lines.
Key word: F5, Selayar x Rabe, selection, tropical
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2016
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
SELEKSI GALUR-GALUR F5 GANDUM (Triticum aestivum L.)
HASIL PERSILANGAN SELAYAR X RABE
PADA AGROEKOSISTEM TROPIKA
FITRIA LUKITA
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Pemuliaan dan Bioteknologi Tanaman
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr Ir Trikoesoemaningtyas, MSc
PRAKATA
Puji syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT atas segala nikmat dan
karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tesis yang berjudul “Seleksi
Galur-Galur F5 Gandum (Triticum aestivum L.) Hasil Persilangan Selayar x Rabe
pada Agroekosistem Tropika” merupakan kelengkapan tugas akhir pada Program
Magister Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Seleksi galur-galur F5
gandum (Triticum aestivum L.) merupakan penelitian lanjutan dalam upaya
perakitan varietas gandum berdaya hasil tinggi dan toleran suhu tinggi oleh Tim
Peneliti Gandum IPB dan Balai Penelitian Serealia.
Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan
terima kasih kepada:
1. Ayahanda tercinta Nipardi (Alm.) dan Ibunda tercinta Asnuni serta
Kakanda Harry Purnama atas do’a restu, cinta, motivasi dan kasih
sayangnya selama ini.
2. Dr Desta Wirnas, SP MSi dan Dr Ir Yudiwanti Wahyu EK, MS selaku
pembimbing, atas dorongan moril, motivasi, pengarahan, masukan dan
diskusi sejak perencanaan dan pelaksanaan penelitian hingga penyelesaian
tesis.
3. Dr Ir Trikoesoemaningtyas, MSc selaku dosen penguji dari luar komisi
pembimbing yang telah memberikan kritik dan saran untuk perbaikan tesis.
4. Dr Dewi Sukma, SP MSi selaku dosen perwakilan dari Program Studi
Pemuliaan dan Bioteknologi Tanaman IPB pada ujian akhir tesis, yang
telah memberikan kritik dan saran untuk perbaikan tesis.
5. Seluruh staf pengajar di Program Studi Pemuliaan dan Bioteknologi
Tanaman IPB yang telah mendidik dan membekali pengetahuan tentang
ilmu pemuliaan, genetika, dan bioteknologi kepada penulis.
6. Bapak dan Ibu yang telah banyak membantu selama pelaksanaan
penelitian di lapangan (Cipanas dan Cisarua).
7. Zikril Illahi, SP MSi atas segala bantuan, do’a, motivasi, kesabaran,
keikhlasan dan ketulusannya mendampingi penulis dalam segala suka dan
duka sehingga mampu menyelesaikan tesis ini.
8. Sahabat-sahabat PBT 2012 dan teman-teman lain yang tidak dapat penulis
sebutkan semuanya yang telah berbagi ilmu dan kerjasamanya.
9. Keluarga dan sahabat di Batusangkar, Padang yang memberikan dukungan
dan motivasi kepada penulis selama masa studi.
10. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Direktorat Jenderal Pendidikan
Tinggi Indonesia untuk Beasiswa Unggulan serta Proyek Pengembangan
Gandum IPB dan Konsorsium Gandum Indonesia untuk bantuan dana
penelitian.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah
membantu penyelesaian studi di Sekolah Pascasarjana IPB. Penulis berharap
semoga tulisan ini dapat bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Bogor, Maret 2016
Fitria Lukita
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian
viii
ix
ix
1
1
3
3
4
2 TINJAUAN PUSTAKA
Asal dan Konstitusi Genetik Tanaman Gandum
Pengaruh Suhu Tinggi terhadap Tanaman Gandum
Mekanisme dan Toleransi Tanaman terhadap Cekaman Suhu Tinggi
Interaksi Genetik × Lingkungan
Seleksi Tanaman Gandum dengan Pendekatan Shuttle Breeding
7
7
8
8
10
11
3 EFEK INTERAKSI GENETIK × LINGKUNGAN TERHADAP
KARAKTER AGRONOMI GENOTIPE GANDUM (Triticum aestivum
L.) PADA AGROEKOSISTEM TROPIKA
Abstrak
Pendahuluan
Bahan dan Metode
Hasil Dan Pembahasan
Kesimpulan
13
13
15
17
20
31
4 PENDUGAAN PARAMETER GENETIK DAN SELEKSI GALURGALUR F5 GANDUM (Triticum aestivum L.) HASIL
PERSILANGAN SELAYAR X RABE PADA AGROEKOSISTEM
TROPIKA
Abstrak
Pendahuluan
Bahan dan Metode
Hasil dan Pembahasan
Kesimpulan
33
33
34
35
39
48
5 PEMBAHASAN UMUM
49
6 KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Saran
53
53
53
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
55
63
65
DAFTAR TABEL
1. Struktur analisis ragam masing-masing lokasi dan penguraian
kuadrat tengah harapan
2. Struktur analisis ragam gabungan dan penguraian kuadrat tengah
harapan
3. Analisis
ragam
gabungan
genetik,
lingkungan
dan
genetik × lingkungan karakter agronomi genotipe gandum di
agroekosistem tropika
4. Karakter-karakter agronomi genotipe gandum di dataran tinggi
dan dataran menengah
5. Tinggi tanaman, jumlah anakan total, jumlah anakan produktif
genotipe gandum di dataran tinggi dan dataran menengah
6. Panjang malai, jumlah spikelet, persentase floret hampa genotipe
gandum di dataran tinggi dan dataran menengah
7. Jumlah biji per malai, bobot biji per malai, bobot 100 biji
genotipe gandum di dataran tinggi dan dataran menengah
8. Bobot biji per tanaman genotipe gandum di dataran tinggi dan
dataran menengah
9. Keragaan genotipe gandum pada dua agroekosistem tropika
10. Keragaan genotipe gandum pada dua agroekosistem tropika
11. Komponen ragam dan heritabilitas karakter agronomi genotipe
gandum
12. Indeks sensitivitas genotipe gandum
13. Sumber keragaman dan komponen ragam percobaan dengan
rancangan augmented
14. Nilai kuadrat tengah karakter agronomi populasi F5 gandum hasil
persilangan Selayar x Rabe di dataran tinggi dan dataran
menengah
15. Kisaran nilai tetua dan galur-galur F5 hasil persilangan
Selayar x Rabe di dataran tinggi
16. Kisaran nilai tetua dan galur-galur F5 hasil persilangan
Selayar x Rabe di dataran menengah
17. Parameter genetik galur-galur F5 gandum hasil persilangan
Selayar x Rabe pada agroekosistem tropika
18. Keragaan 20 galur F5 gandum hasil persilangan Selayar x Rabe
berdaya hasil tinggi di dataran tinggi berdasarkan seleksi
langsung dan seleksi indeks tidak terboboti
19. Diferensial seleksi populasi F5 gandum hasil persilangan
Selayar x Rabe berdasarkan seleksi langsung dan seleksi indeks
tidak terboboti di dataran tinggi
20. Seleksi galur-galur F5 gandum hasil persilangan Selayar x Rabe
toleran suhu tinggi di dataran menengah berdasarkan indeks
sensitivitas
21. Diferensial seleksi galur-galur F5 gandum hasil persilangan
Selayar x Rabe berdasarkan indeks sensitivitas
18
19
21
23
23
24
26
26
28
28
29
30
37
39
40
41
43
45
46
47
48
DAFTAR GAMBAR
1
Bagan alir penelitian seleksi galur-galur F5 gandum (Triticum aestivum
L.) hasil persilangan Selayar x Rabe pada agroekosistem tropika
6
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
Rata-rata temperatur dan curah hujan selama penelitian di Cipanas
Rata-rata temperatur dan curah hujan selama penelitian di Cisarua
63
63
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Gandum sebagai tanaman serealia penting di dunia, memiliki peran
strategis dalam mendukung ketahanan pangan dan pemenuhan kebutuhan pangan
manusia. Menurut Wittenberg (2004) bahwa gandum sebagai sumber pangan,
dikonsumsi sekitar dua milyar penduduk di dunia (sekitar 36% dari total
penduduk dunia). Ditinjau dari kandungan nutrisi, gandum merupakan tanaman
serealia yang memiliki komposisi nutrisi lebih tinggi dibandingkan tanaman
serealia lain. Komposisi protein gandum (13%), jagung dan oats (10%), padi
(8%), barley dan rye (12%), sedang karbohidrat gandum (69%), padi (65%),
jagung (72%) barley (63%) dan rye (71%). Namun yang paling penting adalah
gandum memiliki kandungan glutein tinggi yaitu mencapai 80% dari biji gandum.
Kandungan glutein yang tinggi merupakan karakter kandungan fitokimia yang
khas untuk gandum dibanding serealia lain. Glutein adalah protein yang bersifat
kohesif dan liat yang berperan sebagai zat penentu elastisitas adonan berbasis
tepung.
Tepung terigu sebagai produk olahan dari biji gandum sebagai bahan baku
makanan yang tidak asing lagi di Indonesia, konsumsi terbesar adalah 35% untuk
konsumsi rumah tangga baik dalam bentuk mie basah atau mie kering, 25% untuk
industri roti, 20% industri mie instant, 15% untuk industri cake dan biskuit,
sisanya 5% untuk gorengan. Jenis makanan tersebut sangat disukai oleh
masyarakat mulai dari anak-anak sampai kalangan orang dewasa atau orang tua,
baik dari kalangan bawah sampai tingkat atas.
Beragamnya produk olahan berbasis terigu menyebabkan produksi terigu
dan permintaan gandum meningkat sebanding dengan tingkat konsumsi
masyarakat terkait dengan tingkat pendapatan dan laju pertambahan penduduk
yang selalu meningkat (Adnyana et al. 2006). Impor gandum Indonesia pada
tahun 2016 diperkirakan akan mencapai 7.4 juta ton (FAO 2015). Nilai tersebut
lebih tinggi daripada nilai impor gandum pada tahun 2012 (5.73 juta ton) dan
tahun 2013 (6.5 juta ton).
Pengembangan gandum dunia saat ini, terutama di negara-negara
berkembang, dihadapkan pada masalah cekaman lingkungan. Dua jenis cekaman
utama yang dihadapi gandum adalah kekeringan dan suhu tinggi. Produksi
gandum menurun pada lingkungan dengan cekaman kekeringan pada 15 juta ha
areal pertanaman gandum di negara berkembang. Lebih dari 7 juta ha gandum
ditanam pada lingkungan dengan cekaman suhu tinggi yaitu rata-rata suhu harian
lebih dari 17.5 °C pada bulan terdingin. Sementara cekaman suhu pada fase akhir
pertumbuhan juga menjadi masalah pada 40% areal pertanaman gandum di daerah
temperate yang mencapai 36 juta ha (Reynolds 2002).
Gandum merupakan komoditas yang banyak dikembangkan di daerah
subtropis. Oleh karena itu pengembangan gandum di Indonesia lebih sesuai
dibudidayakan di dataran tinggi (>800 m dpl) dengan suhu sekitar 22 sampai
24 oC. Sementara itu, kondisi iklim yang demikian hanya dapat ditemukan di
beberapa wilayah tropis di Indonesia dan apabila gandum dibudidayakan di
daerah tersebut, akan bersaing dengan komoditas yang sering ditanam di dataran
2
tinggi seperti sayuran dan tanaman hortikultura lainnya yang memiliki nilai
ekonomi yang lebih tinggi. Disamping itu sosialisasi pengembangan gandum
masih kurang di masyarakat, tidak tersedianya pasar dan petani belum begitu
mengenal cara pengolahan gandum.
Indonesia merupakan negara tropis yang memiliki variasi lingkungan
geofisik yang sangat besar dan lingkungan tumbuh bagi tanaman yang sangat
besar pula variasinya. Kondisi tersebut memberikan petunjuk adanya variasi ciriciri dan potensi-potensi khusus dari suatu wilayah yang perlu dimanfaatkan secara
baik. Adanya variasi lingkungan makro tersebut tidak menjamin suatu genotipe
atau varietas tanaman akan tumbuh baik dan memberikan hasil panen yang tinggi
di semua wilayah. Hal ini terkait dengan kemungkinan ada tidaknya interaksi
antara genotipe tanaman dengan kisaran variasi lingkungan.
Beberapa usaha yang telah dilakukan untuk memperoleh varietas gandum
yang sesuai untuk daerah tropis. CIMMYT (International Maize and Wheat
Improvement Center) mengadakan seleksi untuk gandum yang toleran terhadap
temperatur dan curah hujan yang tinggi. Peneliti Indonesia telah mengevaluasi
genotipe-genotipe gandum introduksi dan juga mengadakan seleksi dari populasi
bersegregasi (Gayatri et al. 1989; Dasmal & Yusuf 1994). Beberapa hasil
penelitian melaporkan bahwa hasil gandum di Lembang Jawa Barat (1100 m dpl)
mencapai 3.34 ton ha-1. Pada tahun 2003 telah berhasil dirilis varietas baru
gandum yang lebih adaptif pada ketinggian 1000 m dpl yaitu varietas Selayar
(HAHN/2*WEAVER CMBW 89 Y 01231-OTOPM-16Y-010M-1Y-010M) dan
Dewata (DWR-162) yang berasal dari India.
Untuk meningkatkan daya saing dan produksi gandum dalam negeri
sebagai sumber pangan dan diversifikasi pangan, perlu dilakukan usaha
ekstensifikasi pada ketinggian tempat yang lebih rendah melalui perakitan varietas
gandum yang dapat beradaptasi pada suhu tinggi di dataran menengah sampai
rendah (400 sampai 600 m dpl). Salah satu faktor pembatas usaha ekstensifikasi
gandum di dataran menengah adalah cekaman suhu. Menurut Willits dan Peet
(1998) cekaman suhu tinggi didefinisikan sebagai kenaikan suhu yang melebihi
ambang kerusakan untuk periode waktu yang cukup menyebabkan kerusakan
yang tidak dapat balik (irreversible) pada pertumbuhan dan perkembangan
tanaman, sehingga batasan suhu tinggi untuk tiap tanaman akan tergantung pada
wilayah atau habitat asal tanaman. Suhu tinggi mengakibatkan terjadinya
perubahan agregasi dan denaturasi protein serta peningkatan fluiditas membran sel,
secara tidak langsung terjadi inaktivasi enzim-enzim di dalam mitokondria dan
kloroplas, penghambatan sintesa protein, degradasi protein dan kehilangan
integritas membran (Wahid et al. 2007). Menurut Maestri et al. (2002) perubahan
komposisi protein pada tepung olahan gandum berpengaruh terhadap kemampuan
mengembang pada roti (Bread Making Quality/BMQ). Pendekatan yang dapat
dilakukan untuk meningkatkan adaptasi tanaman terhadap cekaman abiotik secara
historis menggunakan penilaian berbasis lapangan untuk mengidentifikasi kultivar
toleran, diikuti dengan program pemuliaan dan menyeleksi genotipe pada
lingkungan bercekaman penuh untuk mendapatkan genotipe yang toleran serta
diperoleh karakter tanaman yang diinginkan sebagai kriteria seleksi sesuai dengan
target cekaman (Blum 1983; Hall 1992).
Perbaikan sifat tanaman memerlukan keragaman genetik. Indonesia belum
memiliki varietas gandum yang sesuai untuk daerah dataran menengah dan
3
dataran rendah dengan cekaman suhu tinggi sehingga upaya budidaya gandum di
Indonesia perlu didukung dengan program pemuliaan tanaman yang dapat
menghasilkan varietas gandum adaptif untuk lingkungan bersuhu tinggi. Sifat
toleransi gandum terhadap suhu tinggi dapat diperoleh melalui perakitan varietas
dari berbagai tetua yang membawa sifat toleran dan daya hasil tinggi. Perakitan
varietas tanaman memerlukan tahap seleksi agar diperoleh galur-galur harapan
yang sesuai dengan tujuan pemuliaan. Pendekatan seleksi untuk memperluas daya
adaptasi tanaman dapat dilakukan secara shuttle breeding.
Shuttle breeding adalah seleksi yang dilakukan pada lingkungan optimum
dan sub optimum secara bergantian. Ekspresi gen-gen daya hasil terjadi secara
optimal pada lingkungan optimum sehingga seleksi untuk galur berdaya hasil
tinggi dapat dilakukan, sedangkan seleksi untuk mendapatkan galur-galur toleran
dilakukan di lingkungan sub optimum (Ortiz et al. 2007). Seleksi yang dilakukan
secara simultan pada beberapa kondisi lingkungan dapat meningkatkan
kemampuan adaptasi galur-galur gandum (Slafer & Whitechurch 2001).
Upaya perakitan varietas gandum berdaya hasil tinggi di dataran tinggi dan
toleran suhu tinggi di dataran menengah dengan metode persilangan single cross
pada beberapa varietas nasional dan galur introduksi, yaitu Oasis x HP1744,
Selayar x Rabe, dan Dewata x Alibey telah dilakukan oleh Tim Peneliti Gandum
IPB pada tahun 2012 (Natawijaya 2012). Hasil persilangan Oasis x HP1744 dan
Selayar x Rabe telah diseleksi dengan metode pedigree dan pendekatan seleksi
shuttle breeding hingga generasi F4. Tahap seleksi dilanjutkan dengan uji daya
hasil pada generasi F5 untuk mendapatkan galur-galur gandum berdaya hasil
tinggi di dataran tinggi dan galur-galur gandum toleran suhu tinggi di dataran
menengah.
Tujuan Penelitian
Tujuan utama penelitian ini adalah untuk mendapatkan galur-galur
gandum berdaya hasil tinggi untuk dataran tinggi dan galur-galur toleran suhu
tinggi untuk dataran menengah. Tujuan khusus penelitian ini adalah:
1. Mengetahui pengaruh interaksi genetik × lingkungan dan mendapatkan
genotipe stabil pada agroekosistem tropika.
2. Mendapatkan karakter agronomi yang dapat dijadikan sebagai karakter
seleksi untuk mendapatkan gandum toleran terhadap cekaman suhu tinggi.
3. Mempelajari keragaan dan keragaman genetik galur-galur F5 gandum
hasil persilangan Selayar x Rabe pada agroekosistem tropika.
4. Melakukan seleksi galur-galur F5 gandum hasil persilangan
Selayar x Rabe berdasarkan daya hasil dan toleransi terhadap suhu tinggi.
5. Memperoleh galur-galur F5 gandum hasil persilangan Selayar x Rabe
berdaya hasil tinggi di dataran tinggi dan toleran suhu tinggi di dataran
menengah.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini memberikan kontribusi terhadap pengembangan ilmu
pemuliaan, terutama berkaitan dengan tanaman gandum (Triticum aestivum L).
Tanaman gandum merupakan komoditi yang belum banyak dibudidayakan di
4
Indonesia karena adaptasi terhadap lingkungannya masih rendah. Varietas
gandum toleran suhu tinggi yang adaptif untuk lingkungan tropis Indonesia masih
sedikit, sehingga perlu ada kegiatan penelitian yang mendukung pengembangan
varietas tersebut.
Penelitian ini merupakan tahap lanjutan setelah dilakukan persilangan
terhadap varietas nasional dan galur introduksi (Selayar x Rabe). Penelitian ini
diharapkan dapat memperoleh karakter agronomi tanaman gandum yang adaptif
terhadap suhu tinggi yang dapat dijadikan sebagai acuan untuk seleksi dalam
pengembangan varietas gandum toleran terhadap suhu tinggi. Tahap seleksi dan
identifikasi galur pada generasi F5 hasil persilangan memberikan informasi
tentang keragaan galur-galur gandum sehingga dapat dilakukan pengujian daya
hasil pada banyak lokasi. Informasi tentang karakter agronomi pada generasi F5
diperlukan agar tujuan perakitan varietas gandum adaptif untuk iklim tropis
Indonesia dapat tercapai dan menghasilkan varietas gandum toleran suhu tinggi.
Ruang Lingkup Penelitian
Pemuliaan tanaman bertujuan untuk meningkatkan produktivitas tanaman
melalui rekombinasi gen pada tanaman. Pemuliaan tanaman merupakan salah satu
solusi terhadap peningkatan kebutuhan pangan yang diiringi penurunan kualitas
dan kuantitas lahan pertanian karena perbaikan hasil dilakukan melalui perubahan
genetik tanaman. Pemuliaan tanaman gandum mendukung upaya diversifikasi
pangan karena gandum adalah salah satu komoditi pertanian yang produknya
banyak diminati masyarakat.
Gandum merupakan komoditas yang banyak dikembangkan di daerah
subtropis. Oleh karena itu, gandum lebih sesuai dibudidayakan di dataran tinggi
(>800 m dpl) dengan suhu sekitar 22 sampai 24 oC. Sementara itu, kondisi iklim
yang demikian hanya dapat ditemukan di beberapa wilayah di Indonesia dan
apabila gandum dibudidayakan di daerah tersebut, maka akan bersaing dengan
komoditas yang sering ditanam di dataran tinggi seperti sayuran dan tanaman
hortikultura lainnya yang memiliki nilai ekonomi yang lebih tinggi. Disamping itu
sosialisasi pengembangan gandum masih kurang di masyarakat dan tidak
tersedianya pasar serta petani belum begitu mengenal cara pengolahan gandum.
Pengembangan gandum di Indonesia sangat potensial dengan melihat
potensi sumber daya lahan. Oleh karena itu perlu dirakit varietas yang toleran
terhadap suhu tinggi atau varietas yang dapat beradaptasi pada ketinggian
HASIL PERSILANGAN SELAYAR X RABE
PADA AGROEKOSISTEM TROPIKA
FITRIA LUKITA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Seleksi Galur-Galur F5
Gandum (Triticum aestivum L.) Hasil Persilangan Selayar x Rabe pada
Agroekosistem Tropika adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi
manapun. 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 tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Maret 2016
Fitria Lukita
A253120131
RINGKASAN
FITRIA LUKITA. Seleksi Galur-Galur F5 Gandum (Triticum aestivum L.) Hasil
Persilangan Selayar x Rabe pada Agroekosistem Tropika. Dibimbing oleh
DESTA WIRNAS dan YUDIWANTI WAHYU EK.
Kebutuhan gandum (Triticum aestivum L.) di Indonesia cenderung
meningkat karena beragamnya produk olahan berbasis tepung terigu yang
diminati masyarakat. Kebutuhan gandum Indonesia sepenuhnya masih
mengandalkan impor. Hal ini disebabkan oleh karena Indonesia belum dapat
memproduksi gandum sendiri. Upaya penanaman gandum di Indonesia terkendala
oleh faktor iklim. Gandum berasal dari wilayah subtropis, sedangkan Indonesia
merupakan negara tropis sehingga menyebabkan tanaman gandum tercekam suhu
tinggi. Selain itu, upaya penanaman gandum di Indonesia harus didukung oleh
ketersediaan varietas gandum yang adaptif dan berdaya hasil tinggi di
agroekosistem Indonesia.
Perakitan varietas gandum adaptif untuk kondisi tropis telah dilakukan
sehingga telah diperoleh galur-galur gandum yang siap diuji daya hasil dan
kemampuan adaptasinya di agroekosistem Indonesia. Tujuan utama penelitian ini
adalah untuk mendapatkan galur-galur gandum adaptif di dataran tinggi dan
dataran menengah Indonesia. Tujuan utama dapat diperoleh dengan cara (1)
mempelajari interaksi genetik × lingkungan pada genotipe gandum hasil seleksi
shuttle breeding, (2) mempelajari keragaan dan keragaman genetik pada galurgalur F5 gandum hasil persilangan Selayar x Rabe, (3) melakukan seleksi galurgalur F5 gandum hasil persilangan Selayar x Rabe berdasarkan daya hasil dan
toleransi terhadap suhu tinggi.
Seleksi galur-galur F5 berdasarkan informasi keragaan dan keragaman
genetik dilakukan di Kebun Percobaan Balai Penelitian Tanaman Hias (BALITHI)
Cipanas, dengan ketinggian ± 1100 m dpl serta suhu rata-rata ± 21 oC dan di
kebun milik petani di Cisarua dengan ketinggian ± 600 m dpl serta suhu rata-rata
± 23 oC pada bulan Juli sampai Oktober 2013. Rancangan percobaan yang
digunakan adalah rancangan augmented. Materi genetik yang digunakan adalah
100 galur F5 hasil persilangan Selayar x Rabe dan 6 varietas pembanding yaitu
Selayar, Rabe, Oasis, HP1744, Basribey, dan Dewata.
Analisis interaksi genetik × lingkungan digunakan untuk memperoleh
informasi karakter agronomi yang bisa dijadikan karakter seleksi. Analisis ragam
dilakukan dengan perangkat lunak The SAS System for Windows 9.0,
pengelompokan ragam dilakukan berdasarkan nilai kuadrat tengah harapan.
Seleksi galur-galur F5 dilakukan berdasarkan daya hasil dan indeks sensitivitas.
Interaksi genetik × lingkungan berpengaruh nyata terhadap karakter tinggi
tanaman, jumlah anakan total, panjang malai, persentase floret hampa, bobot biji
per malai, bobot 100 biji, dan bobot biji per tanaman. Terdapat karakter yang
tidak dipengaruhi oleh interaksi genetik × lingkungan yaitu karakter jumlah
anakan produktif, jumlah spikelet, dan jumlah biji per malai. Keragaan karakter
agronomi mengalami penurunan seiring dengan penurunan elevasi dari elevasi
± 1100 m dpl ke elevasi ± 600 m dpl. Terdapat enam karakter yang memiliki nilai
heritabilitas tinggi, yaitu: karakter jumlah anakan total, jumlah anakan produktif,
panjang malai, jumlah spikelet, jumlah biji per malai, dan bobot biji per malai.
Genotipe yang tergolong ke dalam kelompok moderat toleran berdasarkan bobot
biji per tanaman adalah Selayar, Rabe, dan Dewata.
Hasil penelitian pada galur-galur F5 menunjukkan bahwa galur memiliki
perbedaan keragaan pada karakter tinggi tanaman, panjang malai, jumlah spikelet,
persentase floret hampa, jumlah biji per malai, bobot biji per malai, dan bobot biji
per tanaman di dataran tinggi, sedangkan di dataran menengah galur menunjukkan
perbedaan keragaan pada karakter tinggi tanaman, jumlah anakan total, jumlah
anakan produktif, panjang malai, persentase floret hampa, bobot biji per malai,
bobot 100 biji, dan bobot biji per tanaman. Pengujian galur di dataran tinggi
menunjukkan keragaan dan hasil lebih tinggi daripada di dataran menengah,
kecuali pada karakter bobot 100 biji.
Seleksi galur-galur F5 dilakukan berdasarkan bobot biji per tanaman untuk
memperoleh galur-galur berdaya hasil tinggi di dataran tinggi dan juga
berdasarkan indeks sensitivitas untuk memperoleh galur-galur toleran suhu tinggi
di dataran menengah. Seleksi berdasarkan bobot biji per tanaman di dataran tinggi
meningkatkan bobot biji per tanaman sebesar 30.6% dan menurunkan persentase
floret hampa sebesar 7.4%. Seleksi berdasarkan bobot biji per tanaman
menghasilkan 20 galur gandum berdaya hasil lebih tinggi di dataran tinggi.
Seleksi berdasarkan indeks sensitivitas meningkatkan bobot biji per tanaman
sebesar 34.6% dan menurunkan persentase floret hampa sebesar 15.7%. Seleksi
berdasarkan indeks sensitivitas menghasilkan 8 galur moderat toleran suhu tinggi
di dataran menengah.
Kata kunci : F5, Selayar x Rabe, seleksi, tropika
SUMMARY
FITRIA LUKITA. Selection of Wheat F5 Lines (Triticum aestivum L.) Crosses
of Selayar x Rabe in Tropical Agroecosystems. Supervised by DESTA WIRNAS
and YUDIWANTI WAHYU EK.
Wheat (Triticum aestivum L.) is consumed by the largest people in the
world. Indonesia needs of wheat tends to increase because of diversity products
based on wheat flour. Indonesia has not been able to produce wheat due to
climatic factors, so Indonesia must import to fulfill the needs. Indonesia is a
tropical country, while wheat comes from subtropical. The cultivation of wheat in
Indonesia should be supported by the availability of varieties that are adaptive and
has high yield potential in agroecosystem Indonesia.
Breeding of tolerant wheat varieties has been done and obtained many lines
were prepared to potential yield and adaptation tests in Indonesia agroecosystem.
The purpose of this research was to obtain wheat lines adapted to high and
medium agroecosystems. The purpose can be obtained by (1) study of
genetic × environment interaction on the results of the selection of wheat shuttle
breeding, (2) study the performance and genetic diversity of F5 wheat lines
(Selayar x Rabe) in high and medium altitude location, (3) selecting best lines of
wheat (Selayar x Rabe) based on yield potential and tolerance to high temperature.
Selection of F5 lines was conducted from July to October 2013 in the
experimental field of Ornamental Research Station (BALITHI) Cipanas
(± 1100 m asl, ± 21 °C) and the gardens of farmers in Cisarua (± 600 m asl,
± 23 °C) by augmented experimental design. The genetic materials used were 100
F5 lines (Selayar x Rabe) and 6 checks, namely Selayar, Rabe, Oasis, HP1744,
Basribey, and Dewata.
Analysis of genetic × environment interaction is used to obtain information
agronomic character that can be used as the character selection. Analysis of
variance was carried out by the software The SAS System for Windows 9.0.
Estimation of genetic parameters was based on the value squared estimations.
Selection of F5 wheat lines was based on yield and sensitivity index of yield.
The results showed that the interaction of genetic x environment effected the
plant height, number of total tillers, length of panicle, empty floret percentage,
weight of grain per panicle, weight of 100 grain, and grain weight per plant, while
some characters were not influenced by the interaction of genetic x environment
namely number of productive tillers, number of spikelet, and number of grain per
panicle characters. Appearance of agronomical characters generally decreased by
the decreasing of elevation from Cipanas (± 1100 m asl) to Cisarua (± 600 m asl).
The characters that have highly heritability value were number of total tillers,
number of productive tillers, length of panicle, number of spikelet, number of
grain per panicle, and weight of grain per panicle characters. Sensitivity index of
genotypes to high temperature very greatly based on the characters were observed.
Based on the character of yield of genotype Selayar, Rabe, and Dewata had a
moderate tolerant in tropical agroecosystems.
The results of F5 wheat lines study showed that the lines had significantly
different in the plant height, length of panicle, number of spikelet, empty floret
percentage, number of grain per panicle, weight of grain per panicle, and grain
weight per plant in high altitude, while in middle altitude the lines had
significantly different in the plant height, number of total tillers, number of
productive tillers, length of panicle, empty floret percentage, weight of grain per
panicle, weight of 100 grain, and grain weight per plant. Mean value of
agronomical characters of lines in Cipanas were higher than in Cisarua, except in
weight of 100 grain.
The selection of F5 wheat lines was conducted on grain weight per plant to
get high yield wheat lines for high altitude and also based on sensitivity index to
get tolerant wheat lines for medium altitude. The selection based on grain weight
per plant increased of grain weight per plant by 30.6% and decreased of empty
floret percentage by 7.4% in high altitude. Selection based on grain weight of
plant resulted 20 high yield wheat lines. The selection based on sensitivity index
increased of grain weight per plant by 34.6% and decreased of empty floret
percentage by 15.7% in medium altitude. Selection based on sensitivity index
resulted 8 moderate tolerant wheat lines.
Key word: F5, Selayar x Rabe, selection, tropical
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2016
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
SELEKSI GALUR-GALUR F5 GANDUM (Triticum aestivum L.)
HASIL PERSILANGAN SELAYAR X RABE
PADA AGROEKOSISTEM TROPIKA
FITRIA LUKITA
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Pemuliaan dan Bioteknologi Tanaman
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr Ir Trikoesoemaningtyas, MSc
PRAKATA
Puji syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT atas segala nikmat dan
karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tesis yang berjudul “Seleksi
Galur-Galur F5 Gandum (Triticum aestivum L.) Hasil Persilangan Selayar x Rabe
pada Agroekosistem Tropika” merupakan kelengkapan tugas akhir pada Program
Magister Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Seleksi galur-galur F5
gandum (Triticum aestivum L.) merupakan penelitian lanjutan dalam upaya
perakitan varietas gandum berdaya hasil tinggi dan toleran suhu tinggi oleh Tim
Peneliti Gandum IPB dan Balai Penelitian Serealia.
Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan
terima kasih kepada:
1. Ayahanda tercinta Nipardi (Alm.) dan Ibunda tercinta Asnuni serta
Kakanda Harry Purnama atas do’a restu, cinta, motivasi dan kasih
sayangnya selama ini.
2. Dr Desta Wirnas, SP MSi dan Dr Ir Yudiwanti Wahyu EK, MS selaku
pembimbing, atas dorongan moril, motivasi, pengarahan, masukan dan
diskusi sejak perencanaan dan pelaksanaan penelitian hingga penyelesaian
tesis.
3. Dr Ir Trikoesoemaningtyas, MSc selaku dosen penguji dari luar komisi
pembimbing yang telah memberikan kritik dan saran untuk perbaikan tesis.
4. Dr Dewi Sukma, SP MSi selaku dosen perwakilan dari Program Studi
Pemuliaan dan Bioteknologi Tanaman IPB pada ujian akhir tesis, yang
telah memberikan kritik dan saran untuk perbaikan tesis.
5. Seluruh staf pengajar di Program Studi Pemuliaan dan Bioteknologi
Tanaman IPB yang telah mendidik dan membekali pengetahuan tentang
ilmu pemuliaan, genetika, dan bioteknologi kepada penulis.
6. Bapak dan Ibu yang telah banyak membantu selama pelaksanaan
penelitian di lapangan (Cipanas dan Cisarua).
7. Zikril Illahi, SP MSi atas segala bantuan, do’a, motivasi, kesabaran,
keikhlasan dan ketulusannya mendampingi penulis dalam segala suka dan
duka sehingga mampu menyelesaikan tesis ini.
8. Sahabat-sahabat PBT 2012 dan teman-teman lain yang tidak dapat penulis
sebutkan semuanya yang telah berbagi ilmu dan kerjasamanya.
9. Keluarga dan sahabat di Batusangkar, Padang yang memberikan dukungan
dan motivasi kepada penulis selama masa studi.
10. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Direktorat Jenderal Pendidikan
Tinggi Indonesia untuk Beasiswa Unggulan serta Proyek Pengembangan
Gandum IPB dan Konsorsium Gandum Indonesia untuk bantuan dana
penelitian.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah
membantu penyelesaian studi di Sekolah Pascasarjana IPB. Penulis berharap
semoga tulisan ini dapat bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Bogor, Maret 2016
Fitria Lukita
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian
viii
ix
ix
1
1
3
3
4
2 TINJAUAN PUSTAKA
Asal dan Konstitusi Genetik Tanaman Gandum
Pengaruh Suhu Tinggi terhadap Tanaman Gandum
Mekanisme dan Toleransi Tanaman terhadap Cekaman Suhu Tinggi
Interaksi Genetik × Lingkungan
Seleksi Tanaman Gandum dengan Pendekatan Shuttle Breeding
7
7
8
8
10
11
3 EFEK INTERAKSI GENETIK × LINGKUNGAN TERHADAP
KARAKTER AGRONOMI GENOTIPE GANDUM (Triticum aestivum
L.) PADA AGROEKOSISTEM TROPIKA
Abstrak
Pendahuluan
Bahan dan Metode
Hasil Dan Pembahasan
Kesimpulan
13
13
15
17
20
31
4 PENDUGAAN PARAMETER GENETIK DAN SELEKSI GALURGALUR F5 GANDUM (Triticum aestivum L.) HASIL
PERSILANGAN SELAYAR X RABE PADA AGROEKOSISTEM
TROPIKA
Abstrak
Pendahuluan
Bahan dan Metode
Hasil dan Pembahasan
Kesimpulan
33
33
34
35
39
48
5 PEMBAHASAN UMUM
49
6 KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Saran
53
53
53
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
55
63
65
DAFTAR TABEL
1. Struktur analisis ragam masing-masing lokasi dan penguraian
kuadrat tengah harapan
2. Struktur analisis ragam gabungan dan penguraian kuadrat tengah
harapan
3. Analisis
ragam
gabungan
genetik,
lingkungan
dan
genetik × lingkungan karakter agronomi genotipe gandum di
agroekosistem tropika
4. Karakter-karakter agronomi genotipe gandum di dataran tinggi
dan dataran menengah
5. Tinggi tanaman, jumlah anakan total, jumlah anakan produktif
genotipe gandum di dataran tinggi dan dataran menengah
6. Panjang malai, jumlah spikelet, persentase floret hampa genotipe
gandum di dataran tinggi dan dataran menengah
7. Jumlah biji per malai, bobot biji per malai, bobot 100 biji
genotipe gandum di dataran tinggi dan dataran menengah
8. Bobot biji per tanaman genotipe gandum di dataran tinggi dan
dataran menengah
9. Keragaan genotipe gandum pada dua agroekosistem tropika
10. Keragaan genotipe gandum pada dua agroekosistem tropika
11. Komponen ragam dan heritabilitas karakter agronomi genotipe
gandum
12. Indeks sensitivitas genotipe gandum
13. Sumber keragaman dan komponen ragam percobaan dengan
rancangan augmented
14. Nilai kuadrat tengah karakter agronomi populasi F5 gandum hasil
persilangan Selayar x Rabe di dataran tinggi dan dataran
menengah
15. Kisaran nilai tetua dan galur-galur F5 hasil persilangan
Selayar x Rabe di dataran tinggi
16. Kisaran nilai tetua dan galur-galur F5 hasil persilangan
Selayar x Rabe di dataran menengah
17. Parameter genetik galur-galur F5 gandum hasil persilangan
Selayar x Rabe pada agroekosistem tropika
18. Keragaan 20 galur F5 gandum hasil persilangan Selayar x Rabe
berdaya hasil tinggi di dataran tinggi berdasarkan seleksi
langsung dan seleksi indeks tidak terboboti
19. Diferensial seleksi populasi F5 gandum hasil persilangan
Selayar x Rabe berdasarkan seleksi langsung dan seleksi indeks
tidak terboboti di dataran tinggi
20. Seleksi galur-galur F5 gandum hasil persilangan Selayar x Rabe
toleran suhu tinggi di dataran menengah berdasarkan indeks
sensitivitas
21. Diferensial seleksi galur-galur F5 gandum hasil persilangan
Selayar x Rabe berdasarkan indeks sensitivitas
18
19
21
23
23
24
26
26
28
28
29
30
37
39
40
41
43
45
46
47
48
DAFTAR GAMBAR
1
Bagan alir penelitian seleksi galur-galur F5 gandum (Triticum aestivum
L.) hasil persilangan Selayar x Rabe pada agroekosistem tropika
6
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
Rata-rata temperatur dan curah hujan selama penelitian di Cipanas
Rata-rata temperatur dan curah hujan selama penelitian di Cisarua
63
63
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Gandum sebagai tanaman serealia penting di dunia, memiliki peran
strategis dalam mendukung ketahanan pangan dan pemenuhan kebutuhan pangan
manusia. Menurut Wittenberg (2004) bahwa gandum sebagai sumber pangan,
dikonsumsi sekitar dua milyar penduduk di dunia (sekitar 36% dari total
penduduk dunia). Ditinjau dari kandungan nutrisi, gandum merupakan tanaman
serealia yang memiliki komposisi nutrisi lebih tinggi dibandingkan tanaman
serealia lain. Komposisi protein gandum (13%), jagung dan oats (10%), padi
(8%), barley dan rye (12%), sedang karbohidrat gandum (69%), padi (65%),
jagung (72%) barley (63%) dan rye (71%). Namun yang paling penting adalah
gandum memiliki kandungan glutein tinggi yaitu mencapai 80% dari biji gandum.
Kandungan glutein yang tinggi merupakan karakter kandungan fitokimia yang
khas untuk gandum dibanding serealia lain. Glutein adalah protein yang bersifat
kohesif dan liat yang berperan sebagai zat penentu elastisitas adonan berbasis
tepung.
Tepung terigu sebagai produk olahan dari biji gandum sebagai bahan baku
makanan yang tidak asing lagi di Indonesia, konsumsi terbesar adalah 35% untuk
konsumsi rumah tangga baik dalam bentuk mie basah atau mie kering, 25% untuk
industri roti, 20% industri mie instant, 15% untuk industri cake dan biskuit,
sisanya 5% untuk gorengan. Jenis makanan tersebut sangat disukai oleh
masyarakat mulai dari anak-anak sampai kalangan orang dewasa atau orang tua,
baik dari kalangan bawah sampai tingkat atas.
Beragamnya produk olahan berbasis terigu menyebabkan produksi terigu
dan permintaan gandum meningkat sebanding dengan tingkat konsumsi
masyarakat terkait dengan tingkat pendapatan dan laju pertambahan penduduk
yang selalu meningkat (Adnyana et al. 2006). Impor gandum Indonesia pada
tahun 2016 diperkirakan akan mencapai 7.4 juta ton (FAO 2015). Nilai tersebut
lebih tinggi daripada nilai impor gandum pada tahun 2012 (5.73 juta ton) dan
tahun 2013 (6.5 juta ton).
Pengembangan gandum dunia saat ini, terutama di negara-negara
berkembang, dihadapkan pada masalah cekaman lingkungan. Dua jenis cekaman
utama yang dihadapi gandum adalah kekeringan dan suhu tinggi. Produksi
gandum menurun pada lingkungan dengan cekaman kekeringan pada 15 juta ha
areal pertanaman gandum di negara berkembang. Lebih dari 7 juta ha gandum
ditanam pada lingkungan dengan cekaman suhu tinggi yaitu rata-rata suhu harian
lebih dari 17.5 °C pada bulan terdingin. Sementara cekaman suhu pada fase akhir
pertumbuhan juga menjadi masalah pada 40% areal pertanaman gandum di daerah
temperate yang mencapai 36 juta ha (Reynolds 2002).
Gandum merupakan komoditas yang banyak dikembangkan di daerah
subtropis. Oleh karena itu pengembangan gandum di Indonesia lebih sesuai
dibudidayakan di dataran tinggi (>800 m dpl) dengan suhu sekitar 22 sampai
24 oC. Sementara itu, kondisi iklim yang demikian hanya dapat ditemukan di
beberapa wilayah tropis di Indonesia dan apabila gandum dibudidayakan di
daerah tersebut, akan bersaing dengan komoditas yang sering ditanam di dataran
2
tinggi seperti sayuran dan tanaman hortikultura lainnya yang memiliki nilai
ekonomi yang lebih tinggi. Disamping itu sosialisasi pengembangan gandum
masih kurang di masyarakat, tidak tersedianya pasar dan petani belum begitu
mengenal cara pengolahan gandum.
Indonesia merupakan negara tropis yang memiliki variasi lingkungan
geofisik yang sangat besar dan lingkungan tumbuh bagi tanaman yang sangat
besar pula variasinya. Kondisi tersebut memberikan petunjuk adanya variasi ciriciri dan potensi-potensi khusus dari suatu wilayah yang perlu dimanfaatkan secara
baik. Adanya variasi lingkungan makro tersebut tidak menjamin suatu genotipe
atau varietas tanaman akan tumbuh baik dan memberikan hasil panen yang tinggi
di semua wilayah. Hal ini terkait dengan kemungkinan ada tidaknya interaksi
antara genotipe tanaman dengan kisaran variasi lingkungan.
Beberapa usaha yang telah dilakukan untuk memperoleh varietas gandum
yang sesuai untuk daerah tropis. CIMMYT (International Maize and Wheat
Improvement Center) mengadakan seleksi untuk gandum yang toleran terhadap
temperatur dan curah hujan yang tinggi. Peneliti Indonesia telah mengevaluasi
genotipe-genotipe gandum introduksi dan juga mengadakan seleksi dari populasi
bersegregasi (Gayatri et al. 1989; Dasmal & Yusuf 1994). Beberapa hasil
penelitian melaporkan bahwa hasil gandum di Lembang Jawa Barat (1100 m dpl)
mencapai 3.34 ton ha-1. Pada tahun 2003 telah berhasil dirilis varietas baru
gandum yang lebih adaptif pada ketinggian 1000 m dpl yaitu varietas Selayar
(HAHN/2*WEAVER CMBW 89 Y 01231-OTOPM-16Y-010M-1Y-010M) dan
Dewata (DWR-162) yang berasal dari India.
Untuk meningkatkan daya saing dan produksi gandum dalam negeri
sebagai sumber pangan dan diversifikasi pangan, perlu dilakukan usaha
ekstensifikasi pada ketinggian tempat yang lebih rendah melalui perakitan varietas
gandum yang dapat beradaptasi pada suhu tinggi di dataran menengah sampai
rendah (400 sampai 600 m dpl). Salah satu faktor pembatas usaha ekstensifikasi
gandum di dataran menengah adalah cekaman suhu. Menurut Willits dan Peet
(1998) cekaman suhu tinggi didefinisikan sebagai kenaikan suhu yang melebihi
ambang kerusakan untuk periode waktu yang cukup menyebabkan kerusakan
yang tidak dapat balik (irreversible) pada pertumbuhan dan perkembangan
tanaman, sehingga batasan suhu tinggi untuk tiap tanaman akan tergantung pada
wilayah atau habitat asal tanaman. Suhu tinggi mengakibatkan terjadinya
perubahan agregasi dan denaturasi protein serta peningkatan fluiditas membran sel,
secara tidak langsung terjadi inaktivasi enzim-enzim di dalam mitokondria dan
kloroplas, penghambatan sintesa protein, degradasi protein dan kehilangan
integritas membran (Wahid et al. 2007). Menurut Maestri et al. (2002) perubahan
komposisi protein pada tepung olahan gandum berpengaruh terhadap kemampuan
mengembang pada roti (Bread Making Quality/BMQ). Pendekatan yang dapat
dilakukan untuk meningkatkan adaptasi tanaman terhadap cekaman abiotik secara
historis menggunakan penilaian berbasis lapangan untuk mengidentifikasi kultivar
toleran, diikuti dengan program pemuliaan dan menyeleksi genotipe pada
lingkungan bercekaman penuh untuk mendapatkan genotipe yang toleran serta
diperoleh karakter tanaman yang diinginkan sebagai kriteria seleksi sesuai dengan
target cekaman (Blum 1983; Hall 1992).
Perbaikan sifat tanaman memerlukan keragaman genetik. Indonesia belum
memiliki varietas gandum yang sesuai untuk daerah dataran menengah dan
3
dataran rendah dengan cekaman suhu tinggi sehingga upaya budidaya gandum di
Indonesia perlu didukung dengan program pemuliaan tanaman yang dapat
menghasilkan varietas gandum adaptif untuk lingkungan bersuhu tinggi. Sifat
toleransi gandum terhadap suhu tinggi dapat diperoleh melalui perakitan varietas
dari berbagai tetua yang membawa sifat toleran dan daya hasil tinggi. Perakitan
varietas tanaman memerlukan tahap seleksi agar diperoleh galur-galur harapan
yang sesuai dengan tujuan pemuliaan. Pendekatan seleksi untuk memperluas daya
adaptasi tanaman dapat dilakukan secara shuttle breeding.
Shuttle breeding adalah seleksi yang dilakukan pada lingkungan optimum
dan sub optimum secara bergantian. Ekspresi gen-gen daya hasil terjadi secara
optimal pada lingkungan optimum sehingga seleksi untuk galur berdaya hasil
tinggi dapat dilakukan, sedangkan seleksi untuk mendapatkan galur-galur toleran
dilakukan di lingkungan sub optimum (Ortiz et al. 2007). Seleksi yang dilakukan
secara simultan pada beberapa kondisi lingkungan dapat meningkatkan
kemampuan adaptasi galur-galur gandum (Slafer & Whitechurch 2001).
Upaya perakitan varietas gandum berdaya hasil tinggi di dataran tinggi dan
toleran suhu tinggi di dataran menengah dengan metode persilangan single cross
pada beberapa varietas nasional dan galur introduksi, yaitu Oasis x HP1744,
Selayar x Rabe, dan Dewata x Alibey telah dilakukan oleh Tim Peneliti Gandum
IPB pada tahun 2012 (Natawijaya 2012). Hasil persilangan Oasis x HP1744 dan
Selayar x Rabe telah diseleksi dengan metode pedigree dan pendekatan seleksi
shuttle breeding hingga generasi F4. Tahap seleksi dilanjutkan dengan uji daya
hasil pada generasi F5 untuk mendapatkan galur-galur gandum berdaya hasil
tinggi di dataran tinggi dan galur-galur gandum toleran suhu tinggi di dataran
menengah.
Tujuan Penelitian
Tujuan utama penelitian ini adalah untuk mendapatkan galur-galur
gandum berdaya hasil tinggi untuk dataran tinggi dan galur-galur toleran suhu
tinggi untuk dataran menengah. Tujuan khusus penelitian ini adalah:
1. Mengetahui pengaruh interaksi genetik × lingkungan dan mendapatkan
genotipe stabil pada agroekosistem tropika.
2. Mendapatkan karakter agronomi yang dapat dijadikan sebagai karakter
seleksi untuk mendapatkan gandum toleran terhadap cekaman suhu tinggi.
3. Mempelajari keragaan dan keragaman genetik galur-galur F5 gandum
hasil persilangan Selayar x Rabe pada agroekosistem tropika.
4. Melakukan seleksi galur-galur F5 gandum hasil persilangan
Selayar x Rabe berdasarkan daya hasil dan toleransi terhadap suhu tinggi.
5. Memperoleh galur-galur F5 gandum hasil persilangan Selayar x Rabe
berdaya hasil tinggi di dataran tinggi dan toleran suhu tinggi di dataran
menengah.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini memberikan kontribusi terhadap pengembangan ilmu
pemuliaan, terutama berkaitan dengan tanaman gandum (Triticum aestivum L).
Tanaman gandum merupakan komoditi yang belum banyak dibudidayakan di
4
Indonesia karena adaptasi terhadap lingkungannya masih rendah. Varietas
gandum toleran suhu tinggi yang adaptif untuk lingkungan tropis Indonesia masih
sedikit, sehingga perlu ada kegiatan penelitian yang mendukung pengembangan
varietas tersebut.
Penelitian ini merupakan tahap lanjutan setelah dilakukan persilangan
terhadap varietas nasional dan galur introduksi (Selayar x Rabe). Penelitian ini
diharapkan dapat memperoleh karakter agronomi tanaman gandum yang adaptif
terhadap suhu tinggi yang dapat dijadikan sebagai acuan untuk seleksi dalam
pengembangan varietas gandum toleran terhadap suhu tinggi. Tahap seleksi dan
identifikasi galur pada generasi F5 hasil persilangan memberikan informasi
tentang keragaan galur-galur gandum sehingga dapat dilakukan pengujian daya
hasil pada banyak lokasi. Informasi tentang karakter agronomi pada generasi F5
diperlukan agar tujuan perakitan varietas gandum adaptif untuk iklim tropis
Indonesia dapat tercapai dan menghasilkan varietas gandum toleran suhu tinggi.
Ruang Lingkup Penelitian
Pemuliaan tanaman bertujuan untuk meningkatkan produktivitas tanaman
melalui rekombinasi gen pada tanaman. Pemuliaan tanaman merupakan salah satu
solusi terhadap peningkatan kebutuhan pangan yang diiringi penurunan kualitas
dan kuantitas lahan pertanian karena perbaikan hasil dilakukan melalui perubahan
genetik tanaman. Pemuliaan tanaman gandum mendukung upaya diversifikasi
pangan karena gandum adalah salah satu komoditi pertanian yang produknya
banyak diminati masyarakat.
Gandum merupakan komoditas yang banyak dikembangkan di daerah
subtropis. Oleh karena itu, gandum lebih sesuai dibudidayakan di dataran tinggi
(>800 m dpl) dengan suhu sekitar 22 sampai 24 oC. Sementara itu, kondisi iklim
yang demikian hanya dapat ditemukan di beberapa wilayah di Indonesia dan
apabila gandum dibudidayakan di daerah tersebut, maka akan bersaing dengan
komoditas yang sering ditanam di dataran tinggi seperti sayuran dan tanaman
hortikultura lainnya yang memiliki nilai ekonomi yang lebih tinggi. Disamping itu
sosialisasi pengembangan gandum masih kurang di masyarakat dan tidak
tersedianya pasar serta petani belum begitu mengenal cara pengolahan gandum.
Pengembangan gandum di Indonesia sangat potensial dengan melihat
potensi sumber daya lahan. Oleh karena itu perlu dirakit varietas yang toleran
terhadap suhu tinggi atau varietas yang dapat beradaptasi pada ketinggian