Induksi Mutasi dengan Radiasi Sinar Gamma pada Padi (Oryza sativa L.) Sensitif dan Toleran Aluminium
INDUKSI MUTASI DENGAN RADIASI SINAR GAMMA
PADA PADI (Oryza sativa L.)
SENSITIF DAN TOLERAN ALUMINIUM
SAGIRAH YENI RAHAYU
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa tesis yang
berjudul, Induksi Mutasi dengan Radiasi Sinar Gamma pada Padi (Oryza
sativa L.) Sensitif dan Toleran Aluminium adalah hasil karya saya dengan
arahan dari komisi pembimbing dan belum pernah 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 akhhir
tesis ini.
Bogor, September 2009
Sagirah Yeni Rahayu
G 353070131
ABSTRACT
SAGIRAH YENI RAHAYU. Mutation Induction with Gamma Irradiation on
Aluminum-Sensitive and Tolerant Rice (Oryza sativa L.). Under Direction of
MIFTAHUDIN and ENCE DARMO JAYA SUPENA
ABSTRACT
Mutation induction with gamma irradiation was known as one of the
technique to develop new rice varieties, such as Aluminum (Al) tolerant rice
varieties that could adapt to acid soil. The objective of this research was to induce
mutation on rice varieties IR64 (Aluminum-sensitive) and Hawara Bunar
(Aluminum-tolerant) using gamma irradiation.The experiment was designed as
Randomize Complete Design with 2 factors, the first factor was genotypes, i.e.:
IR64 and Hawara Bunar. The second was gamma irradiation doses i.e.: 0, 0.2
and 0.3 kGy. Seed irradiation was done at Centre for the Application of Isotope
and Radiation Technology, National Nuclear Energy Agency (BATAN) Pasar
Jum’at Jakarta. The planting of irradiated seed and mutant screening was done
at Cikabayan Green House University Farm IPB. Screening for root regrowth
parameter was done in Plant Physiology Laboratory, Department of Biology
FMIPA IPB Bogor. The result showed that gamma irradiation succesfully induced
mutant on rice IR64 and Hawara Bunar varieties. Irradiation dose of 0.2 kGy
could only induce mutant on Hawara Bunar with the percentage of mutant was
(1.74%). However irradiation dose of 0.3 kGy could induce in both varieties with
the percentage of mutant was 1.92% and 2.78% for IR64 and Hawara Bunar
respectively. Agronomic characters evaluation of potential mutants mutant on M1
generation showed that number of tillers, panicle length, number of grain per
clump and grain weight per clump were higher than that of control varieties. Other
characters, such as empty grain per clump were lower than that of control
varieties.
Keywords : rice, mutation, aluminum, root re-growth
RINGKASAN
SAGIRAH YENI RAHAYU, Induksi Mutasi dengan Radiasi Sinar Gamma pada
Padi (Oryza sativa L.) Sensitif dan Toleran Aluminium. Dibimbing oleh
MIFTAHUDIN dan ENCE DARMO JAYA SUPENA.
Induksi mutasi dengan radiasi sinar gamma merupakan salah satu cara
untuk merakit varietas padi yang baru, seperti varietas padi yang toleran terhadap
aluminium (Al) yang dapat beradaptasi pada lahan masam. Tujuan dari penelitian
ini adalah menginduksi mutasi pada padi varietas IR64 dan Hawara Bunar dengan
radiasi sinar gamma 60Co untuk mendapatkan galur padi yang berubah
toleransinya terhadap keracunan Al.
Penelitian menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL) Faktorial
dengan 2 faktor. Faktor pertama adalah varietas padi terdiri dari IR64 dan
Hawara Bunar. Faktor kedua adalah dosis radiasi sinar gamma yaitu : 0, 0.2, dan
0.3 kGy. Masing-masing perlakuan menggunakan 50 tanaman, sedangkan kontrol
masing-masing menggunakan 10 tanaman.
Radiasi benih varietas IR64 dan Hawara Bunar dilaksanakan di Pusat
Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi BATAN Pasar Jum’at Jakarta. Penanaman
benih hasil radiasi (M0) dan hasil penapisan (M1) dilaksanakan di rumah kaca
Unit Kebun Percobaan Cikabayan IPB untuk pengamatan karakter morfologis dan
sifat agronomis. Media tanam dan media penyemaian yang terdiri dari tanah dan
pupuk kandang dengan perbandingan 3:1 (b/b) masing-masing sebanyak 8 kg tiap
ember penanaman dan bak persemaian.
Penapisan dengan kultur hara untuk karakter root regrowth (RRG)
dilaksanakan di laboratorium Fisiologi Tumbuhan Departemen Biologi FMIPA
IPB Bogor. Pengukuran RRG untuk penapisan dilakukan dengan mengukur
panjang akar pada saat akhir perlakuan cekaman Al dan pada saat akhir masa
pemuliahan dari cekaman Al. Selisih antara panjang akar pada akhir masa
pemuliahan dengan panjang akar pada akhir perlakuan Al merupakan nilai RRG.
Analisis morfologis dan karakter agronomis meliputi pengamatan tinggi
tanaman (TT), jumlah anakan (JA), umur berbunga (UB), jumlah anakan
produktif (JAP), panjang malai (PM), jumlah biji isi per malai (BI/M), persentase
biji hampa (%BH/R), bobot 1000 butir (BB), jumlah biji per rumpun (BI/R),
bobot biji per rumpun (B BI/R), dan umur panen (UP).
Hasil dari induksi mutasi dengan radiasi sinar gamma mampu
menghasilkan mutan pada padi varietas IR64 dan Hawara Bunar. Dosis radiasi 0.2
kGy hanya mampu menginduksi mutan pada varietas Hawara Bunar dengan
prosentase mutan sebesar 1.74%. Sedangkan dosis radiasi 0.3 kGy mampu
menginduksi mutan pada kedua varietas dengan prosentase mutan berturut-turut
1.92% dan 2.78% untuk IR64 dan Hawara Bunar.
Hasil pengamatan karakter morfologis pada generasi M0 memperlihatkan
bahwa pola pertumbuhan tanaman tidak berbeda pada tiap perlakuan pada
masing-masing varietas. Pada generasi M1, pola pertumbuhan juga tidak berbeda
antara tanaman mutan dan kontrol.
Hasil pengamatan karakter agronomis generasi M0 menunjukkan bahwa,
pada varietas IR64 radiasi sinar gamma menurunkan nilai peubah yang diamati
(JAP, PM, BI/R dan B BI/R ), tetapi meningkatkan nilai peubah yang lain
(%BH/R, UB dan UP). Respon yang berbeda dijumpai pada varietas HB dimana
radiasi sinar gamma tidak menurunkan peubah JAP, PM dan %BH/R, tetapi
menurunkan nilai peubah yang lainnya (BI/R, B BI/R, UB dan UP). Hasil analisis
data juga menunjukkan bahwa peningkatan dosis radiasi dari 0.2 sampai 0.3 kGy
tidak menyebabkan perbedaan yang nyata pada semua peubah agronomis yang
diamati pada kedua varietas.
Tanaman padi mutan potensi generasi M1 untuk dikembangkan lebih
lanjut memperlihatkan bahwa JAP, BI/R, dan B BI/R lebih tinggi dibanding
tanaman kontrol, tetapi karakter %BH/R lebih rendah dari tanaman kontrol. Hal
ini menunjukkan bahwa karakter agronomis dari tanaman mutan potensi generasi
M1 lebih baik dibanding tanaman kontrol. Perlu pengujian konsistensi karakterkarakter agronomis dari tanaman mutan potensi untuk mendapatkan mutan yang
stabil pada generasi selanjutya.
Kata kunci : padi, mutasi, aluminium, root regrowth
© Hak Cipta milik IPB tahun 2009
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
yang wajar IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis
dalam entuk apapun tanpa izin IPB.
INDUKSI MUTASI DENGAN RADIASI SINAR GAMMA
PADA PADI (Oryza sativa L.)
SENSITIF DAN TOLERAN ALUMINIUM
SAGIRAH YENI RAHAYU
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
Mayor Biologi Tumbuhan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Ir. Utut Widyastuti, M.Si.
Judul Tesis
Nama
NRP
: Induksi Mutasi dengan Radiasi Sinar Gamma pada Padi
(Oryza sativa L.) Sensitif dan Toleran Aluminium
: Sagirah Yeni Rahayu
: G353070131
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Miftahudin, M.Si.
Ketua
Dr. Ir. Ence Darmo Jaya Supena, M.Si.
Anggota
Diketahui
Ketua Mayor Biologi Tumbuhan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Miftahudin, M.Si.
Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S.
Tanggal Ujian: 18 - 08 - 2009
Tanggal lulus:
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah
melimpakan rahmatNya, sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan mulai bulan April 2008 sampai Mei
2009 adalah Induksi Mutasi dengan Radiasi Sinar Gamma pada Padi (Oryza
sativa L.) Sensitif dan Toleran Aluminium. Penelitian ini dilaksanakan di rumah
kaca Unit Kebun Percobaan Cikabayan IPB dan Laboratorium Fisiologi
Tumbuhan Departemen Biologi FMIPA IPB.
Penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang
sebesar-besarnya terutama kepada pembimbing, yaitu Dr. Ir. Miftahudin, M.Si.
dan Dr. Ir. Ence Darmo Jaya Supena, M.Si. atas bimbingan dalam pelaksanaan
penelitian dan bantuan saran dan masukan yang berguna dalam penyusunan karya
ilmiah ini.
Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Departemen Agama
Republik Indonesia yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk
melanjutkan studi di Sekolah Pascasarjana IPB. Penulis juga mengucapkan
banyak terima kasih kepada Kepala MAN Cipasung Tasikmalaya yang telah
memberikan ijin kepada penulis untuk melanjutkan studi di IPB, serta rekan-rekan
staf pengajar dan karyawan MAN Cipasung atas dukungannya. Ungkapan terima
kasih juga penulis sampaikan kepada suami, anak-anak, Bapak, Ibu mertua,
kakak-kakak dan seluruh keluarga atas doa, kasih sayang, keikhlasan dan
pengertiannya. Tidak lupa kepada rekan-rekan di Laboratorium Fisiologi
Tumbuhan dan Mayor Biologi Tumbuhan angkatan 2007 yang tidak dapat
disebutkan satu-persatu, penulis mengucapkan banyak terima kasih atas bantuan
dan kebersamaannya.
Penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi
sempurnanya tulisan ini. Akhir kata penulis memohon kepada Allah SWT semoga
senantiasa melimpahkan rahmatNya kepada pihak-pihak yang telah memberikan
bantuan dan semoga tulisan ini bermanfaat bagi pembaca.
Bogor, September 2009
Penulis
INDUKSI MUTASI DENGAN RADIASI SINAR GAMMA
PADA PADI (Oryza sativa L.)
SENSITIF DAN TOLERAN ALUMINIUM
SAGIRAH YENI RAHAYU
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa tesis yang
berjudul, Induksi Mutasi dengan Radiasi Sinar Gamma pada Padi (Oryza
sativa L.) Sensitif dan Toleran Aluminium adalah hasil karya saya dengan
arahan dari komisi pembimbing dan belum pernah 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 akhhir
tesis ini.
Bogor, September 2009
Sagirah Yeni Rahayu
G 353070131
ABSTRACT
SAGIRAH YENI RAHAYU. Mutation Induction with Gamma Irradiation on
Aluminum-Sensitive and Tolerant Rice (Oryza sativa L.). Under Direction of
MIFTAHUDIN and ENCE DARMO JAYA SUPENA
ABSTRACT
Mutation induction with gamma irradiation was known as one of the
technique to develop new rice varieties, such as Aluminum (Al) tolerant rice
varieties that could adapt to acid soil. The objective of this research was to induce
mutation on rice varieties IR64 (Aluminum-sensitive) and Hawara Bunar
(Aluminum-tolerant) using gamma irradiation.The experiment was designed as
Randomize Complete Design with 2 factors, the first factor was genotypes, i.e.:
IR64 and Hawara Bunar. The second was gamma irradiation doses i.e.: 0, 0.2
and 0.3 kGy. Seed irradiation was done at Centre for the Application of Isotope
and Radiation Technology, National Nuclear Energy Agency (BATAN) Pasar
Jum’at Jakarta. The planting of irradiated seed and mutant screening was done
at Cikabayan Green House University Farm IPB. Screening for root regrowth
parameter was done in Plant Physiology Laboratory, Department of Biology
FMIPA IPB Bogor. The result showed that gamma irradiation succesfully induced
mutant on rice IR64 and Hawara Bunar varieties. Irradiation dose of 0.2 kGy
could only induce mutant on Hawara Bunar with the percentage of mutant was
(1.74%). However irradiation dose of 0.3 kGy could induce in both varieties with
the percentage of mutant was 1.92% and 2.78% for IR64 and Hawara Bunar
respectively. Agronomic characters evaluation of potential mutants mutant on M1
generation showed that number of tillers, panicle length, number of grain per
clump and grain weight per clump were higher than that of control varieties. Other
characters, such as empty grain per clump were lower than that of control
varieties.
Keywords : rice, mutation, aluminum, root re-growth
RINGKASAN
SAGIRAH YENI RAHAYU, Induksi Mutasi dengan Radiasi Sinar Gamma pada
Padi (Oryza sativa L.) Sensitif dan Toleran Aluminium. Dibimbing oleh
MIFTAHUDIN dan ENCE DARMO JAYA SUPENA.
Induksi mutasi dengan radiasi sinar gamma merupakan salah satu cara
untuk merakit varietas padi yang baru, seperti varietas padi yang toleran terhadap
aluminium (Al) yang dapat beradaptasi pada lahan masam. Tujuan dari penelitian
ini adalah menginduksi mutasi pada padi varietas IR64 dan Hawara Bunar dengan
radiasi sinar gamma 60Co untuk mendapatkan galur padi yang berubah
toleransinya terhadap keracunan Al.
Penelitian menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL) Faktorial
dengan 2 faktor. Faktor pertama adalah varietas padi terdiri dari IR64 dan
Hawara Bunar. Faktor kedua adalah dosis radiasi sinar gamma yaitu : 0, 0.2, dan
0.3 kGy. Masing-masing perlakuan menggunakan 50 tanaman, sedangkan kontrol
masing-masing menggunakan 10 tanaman.
Radiasi benih varietas IR64 dan Hawara Bunar dilaksanakan di Pusat
Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi BATAN Pasar Jum’at Jakarta. Penanaman
benih hasil radiasi (M0) dan hasil penapisan (M1) dilaksanakan di rumah kaca
Unit Kebun Percobaan Cikabayan IPB untuk pengamatan karakter morfologis dan
sifat agronomis. Media tanam dan media penyemaian yang terdiri dari tanah dan
pupuk kandang dengan perbandingan 3:1 (b/b) masing-masing sebanyak 8 kg tiap
ember penanaman dan bak persemaian.
Penapisan dengan kultur hara untuk karakter root regrowth (RRG)
dilaksanakan di laboratorium Fisiologi Tumbuhan Departemen Biologi FMIPA
IPB Bogor. Pengukuran RRG untuk penapisan dilakukan dengan mengukur
panjang akar pada saat akhir perlakuan cekaman Al dan pada saat akhir masa
pemuliahan dari cekaman Al. Selisih antara panjang akar pada akhir masa
pemuliahan dengan panjang akar pada akhir perlakuan Al merupakan nilai RRG.
Analisis morfologis dan karakter agronomis meliputi pengamatan tinggi
tanaman (TT), jumlah anakan (JA), umur berbunga (UB), jumlah anakan
produktif (JAP), panjang malai (PM), jumlah biji isi per malai (BI/M), persentase
biji hampa (%BH/R), bobot 1000 butir (BB), jumlah biji per rumpun (BI/R),
bobot biji per rumpun (B BI/R), dan umur panen (UP).
Hasil dari induksi mutasi dengan radiasi sinar gamma mampu
menghasilkan mutan pada padi varietas IR64 dan Hawara Bunar. Dosis radiasi 0.2
kGy hanya mampu menginduksi mutan pada varietas Hawara Bunar dengan
prosentase mutan sebesar 1.74%. Sedangkan dosis radiasi 0.3 kGy mampu
menginduksi mutan pada kedua varietas dengan prosentase mutan berturut-turut
1.92% dan 2.78% untuk IR64 dan Hawara Bunar.
Hasil pengamatan karakter morfologis pada generasi M0 memperlihatkan
bahwa pola pertumbuhan tanaman tidak berbeda pada tiap perlakuan pada
masing-masing varietas. Pada generasi M1, pola pertumbuhan juga tidak berbeda
antara tanaman mutan dan kontrol.
Hasil pengamatan karakter agronomis generasi M0 menunjukkan bahwa,
pada varietas IR64 radiasi sinar gamma menurunkan nilai peubah yang diamati
(JAP, PM, BI/R dan B BI/R ), tetapi meningkatkan nilai peubah yang lain
(%BH/R, UB dan UP). Respon yang berbeda dijumpai pada varietas HB dimana
radiasi sinar gamma tidak menurunkan peubah JAP, PM dan %BH/R, tetapi
menurunkan nilai peubah yang lainnya (BI/R, B BI/R, UB dan UP). Hasil analisis
data juga menunjukkan bahwa peningkatan dosis radiasi dari 0.2 sampai 0.3 kGy
tidak menyebabkan perbedaan yang nyata pada semua peubah agronomis yang
diamati pada kedua varietas.
Tanaman padi mutan potensi generasi M1 untuk dikembangkan lebih
lanjut memperlihatkan bahwa JAP, BI/R, dan B BI/R lebih tinggi dibanding
tanaman kontrol, tetapi karakter %BH/R lebih rendah dari tanaman kontrol. Hal
ini menunjukkan bahwa karakter agronomis dari tanaman mutan potensi generasi
M1 lebih baik dibanding tanaman kontrol. Perlu pengujian konsistensi karakterkarakter agronomis dari tanaman mutan potensi untuk mendapatkan mutan yang
stabil pada generasi selanjutya.
Kata kunci : padi, mutasi, aluminium, root regrowth
© Hak Cipta milik IPB tahun 2009
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
yang wajar IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis
dalam entuk apapun tanpa izin IPB.
INDUKSI MUTASI DENGAN RADIASI SINAR GAMMA
PADA PADI (Oryza sativa L.)
SENSITIF DAN TOLERAN ALUMINIUM
SAGIRAH YENI RAHAYU
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
Mayor Biologi Tumbuhan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Ir. Utut Widyastuti, M.Si.
Judul Tesis
Nama
NRP
: Induksi Mutasi dengan Radiasi Sinar Gamma pada Padi
(Oryza sativa L.) Sensitif dan Toleran Aluminium
: Sagirah Yeni Rahayu
: G353070131
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Miftahudin, M.Si.
Ketua
Dr. Ir. Ence Darmo Jaya Supena, M.Si.
Anggota
Diketahui
Ketua Mayor Biologi Tumbuhan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Miftahudin, M.Si.
Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S.
Tanggal Ujian: 18 - 08 - 2009
Tanggal lulus:
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah
melimpakan rahmatNya, sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan mulai bulan April 2008 sampai Mei
2009 adalah Induksi Mutasi dengan Radiasi Sinar Gamma pada Padi (Oryza
sativa L.) Sensitif dan Toleran Aluminium. Penelitian ini dilaksanakan di rumah
kaca Unit Kebun Percobaan Cikabayan IPB dan Laboratorium Fisiologi
Tumbuhan Departemen Biologi FMIPA IPB.
Penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang
sebesar-besarnya terutama kepada pembimbing, yaitu Dr. Ir. Miftahudin, M.Si.
dan Dr. Ir. Ence Darmo Jaya Supena, M.Si. atas bimbingan dalam pelaksanaan
penelitian dan bantuan saran dan masukan yang berguna dalam penyusunan karya
ilmiah ini.
Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Departemen Agama
Republik Indonesia yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk
melanjutkan studi di Sekolah Pascasarjana IPB. Penulis juga mengucapkan
banyak terima kasih kepada Kepala MAN Cipasung Tasikmalaya yang telah
memberikan ijin kepada penulis untuk melanjutkan studi di IPB, serta rekan-rekan
staf pengajar dan karyawan MAN Cipasung atas dukungannya. Ungkapan terima
kasih juga penulis sampaikan kepada suami, anak-anak, Bapak, Ibu mertua,
kakak-kakak dan seluruh keluarga atas doa, kasih sayang, keikhlasan dan
pengertiannya. Tidak lupa kepada rekan-rekan di Laboratorium Fisiologi
Tumbuhan dan Mayor Biologi Tumbuhan angkatan 2007 yang tidak dapat
disebutkan satu-persatu, penulis mengucapkan banyak terima kasih atas bantuan
dan kebersamaannya.
Penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi
sempurnanya tulisan ini. Akhir kata penulis memohon kepada Allah SWT semoga
senantiasa melimpahkan rahmatNya kepada pihak-pihak yang telah memberikan
bantuan dan semoga tulisan ini bermanfaat bagi pembaca.
Bogor, September 2009
Penulis
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Ciamis pada tanggal 4 September 1970 dari Bapak H.
Sukarja dan Ibu Imi Jamilah (alm). Penulis merupakan anak bungsu dari lima
bersaudara.
Pendidikan dasar sampai sarjana diselesaikan di Ciamis, lulus Sarjana
Pendidikan Biologi dari Sekolah Tinggi Keguruan dan Ilmu Pendidikan (STKIP)
Galuh Ciamis tahun 1994. Pada tahun 2007, penulis mendapat beasiswa dari
Departemen Agama Republik Indonesia untuk melanjutkan studi pada Mayor
Biologi Tumbuhan Sekolah Pascasarjana IPB.
Penulis menikah dengan Ir. Wawan Carwan pada tahun 1996 dan
dikaruniai 2 orang putera, Ahmad Andi Rizaldi (12 th) dan Muhammad Gilang
Fauzan (9 th). Penulis bekerja sebagai staf pengajar mata pelajaran Biologi di
MAN Cipasung Tasikmalaya sejak tahun 1996 sampai sekarang.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL .............................................................................................
ix
DAFTAR GAMBAR .........................................................................................
x
DAFTAR LAMPIRAN .....................................................................................
xi
PENDAHULUAN
Latar Belakang .......................................................................................
Perumusan Masalah ...............................................................................
Tujuan ....................................................................................................
1
3
4
TINJAUAN PUSTAKA
Kondisi Cekaman Aluminium pada Lahan ...........................................
5
Respon Fisiologi Tanaman terhadap Cekaman Aluminium .................. 5
Mekanisme Toleransi Tanaman terhadap Cekaman Aluminium...........
7
Pemanfaatan Tanah Asam dengan pH Rendah ...................................... 8
Perbaikan Varietas Padi Toleran Aluminium pada Lahan Masam ........ 8
Mutasi ....................................................................................................
9
Sinar Gamma ......................................................................................... 11
BAHAN DAN METODE
Bahan Penelitian ....................................................................................
Waktu dan Tempat .................................................................................
Metode ...................................................................................................
Rancangan Percobaan ............................................................................
Analisis Data ..........................................................................................
Prosedur Kerja .......................................................................................
Penanaman Benih Hasil Radiasi (M0) ...................................................
Analisis Karakter Morfologis ................................................................
Analisis Sifat Agronomis .......................................................................
Perlakuan Cekaman Al untuk Analisis RRG dan Penapisan .................
Penanaman Bibit Hasil Penapisan (M1) ................................................
HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakter Morfologis dan Sifat Agronomis Tanaman (M0) ...................
Daya Kecambah Generasi M1 ...............................................................
Penapisan Tanaman Generasi M1 Berdasarkan Karakter RRG ............
Karakter Morfologis dan Sifat Agronomis tanaman M1 .......................
Mutan yang Berpotensi untuk Dikembangkan pada Generasi
Berikutnya .............................................................................................
SIMPULAN DAN SARAN ..............................................................................
13
13
13
15
15
15
15
16
16
16
17
18
19
20
22
22
26
DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………………… 27
LAMPIRAN …………………………………………………………………..
33
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Rataan respon morfologis dan agronomis pada tanaman padi generasi (M0).. 19
2 Jumlah biji yang ditapis, jumlah biji padi mutan, prosentase biji mutan dan
nilai RRG Mutan .............................................................................................. 21
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Diagram alir tahapan penelitian ..................................................................... 14
2 Grafik pertumbuhan tinggi tanaman varietas IR64 dan HB dosis radiasi 0,
0.2 dan 0.3 kGy pada generasi M0 ................................................................
18
3 Daya kecambah biji padi M1.......................................................................... 20
4 Akar padi varietas IR64 dan Hawara Bunar dari biji yang telah
diradiasi dengan sinar gamma dan cekaman Aluminium 15 ppm selama
72 jam............................................................................................................
22
22
5 Grafik pertumbuhan tinggi tanaman varietas IR64 dosis radiasi 0 dan 0.3
kGy, dan varietas HB dosis radiasi 0, 0.2 dan 0.3 kGy pada generasi M1.....
6 Prosentase peningkatan dan penurunan peubah agronomi hasil seleksi
pada padi mutan potensi generasi M1 dibandingkan dengan M0 pada
perlakuan yang sama .....................................................................................
24
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Komposisi media minimum ......................................................................... 34
2 Daya Kecambah dan Jumlah Mutan pada Penapisan dengan Kultur Hara
Varietas IR64 dosis radiasi 0.2 kGy Generasi M1........................................ 35
3 Daya Kecambah dan Jumlah Mutan pada Penapisan dengan Kultur Hara
Varietas IR64 dosis radiasi 0.3 kGy Generasi M1 ....................................... 36
4 Daya Kecambah dan Jumlah Mutan pada Penapisan dengan Kultur Hara
Varietas HB dosis radiasi 0.2 kGy Generasi M1 ......................................... 37
5 Daya Kecambah dan Jumlah Mutan pada Penapisan dengan Kultur Hara
Varietas HB dosis radiasi 0.3 kGy Generasi M1 ......................................... 38
6 Nomor-nomor Tanaman Padi Mutan Berpotensi Hasil Seleksi pada
Generasi M1.................................................................................................. 39
7 Deskripsi padi varietas IR64 ........................................................................ 40
8 Deskripsi padi varietas HB ........................................................................... 41
9 Nilai RRG dan prosentase peningkatan peubah agronomis varietas IR64
0.3 kGy generasi M1 pada proses seleksi tanaman mutan berpotensi ......... 42
10 Nilai RRG dan prosentase peningkatan peubah agronomis varietas HB
0.2 kGy generasi M1 pada proses seleksi tanaman mutan berpotensi ......... 43
11 Nilai RRG dan prosentase peningkatan peubah agronomis varietas HB
0.3 kGy generasi M1 pada proses seleksi tanaman mutan berpotensi ......... 44
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Padi (Oryza sativa L.) merupakan makanan pokok bagi sebagian besar
penduduk Indonesia. Permintaan akan komoditas ini dari tahun ke tahun terus
melonjak sejalan dengan bertambahnya jumlah penduduk, dengan laju
pertumbuhan penduduk rata-rata 1.34% per tahun (BPS 2008). Upaya pemenuhan
permintaan yang meningkat selalu dihadapkan pada berbagai kendala diantaranya
banyak sawah subur di pulau Jawa yang beralih fungsi menjadi kawasan industri
dan daerah pemukiman. Selain itu pengaruh perubahan iklim yang berakibat
kekeringan panjang atau bencana banjir yang cenderung melanda setiap tahun
mengganggu produksi padi. Meningkatnya tekanan produksi padi pada sentrasentra padi merupakan gangguan bagi kelangsungan swasembada beras yang
pernah dicapai Indonesia pada tahun 1984 dan dicapai kembali pada tahun 2008.
Jumlah produksi padi nasional tahun 2009 diperkirakan mencapai 62.56 juta ton
atau meningkat 2.24 juta ton (3.71%) dibanding produksi padi tahun 2008 (60.62
juta ton). Kenaikan produksi diperkirakan terjadi karena peningkatan luas panen
seluas 341.56 ribu hektar atau 2.77% dan juga kenaikan produktivitas sebesar 0.44
kuintal/hektar (0.9%) (BPS 2008; Setneg 2009).
Upaya mempertahankan dan meningkatkan produksi perlu terus-menerus
dilakukan baik untuk memenuhi kebutuhan beras di dalam negeri maupun untuk
ekspor. Dengan memperhatikan laju konversi lahan pertanian padi ke lahan non
pertanian, dan upaya mempertahankan swasembada beras, pemerintah maka mulai
memfokuskan pengembangan pertanian pada lahan-lahan marginal seperti lahan
kering, tanah asam, lahan rawa, lahan gambut dan daerah pasang surut. Lahan
marginal tersebut, yang diharapkan menjadi sumber-sumber produksi padi
sebagian besar banyak terdapat di luar Pulau Jawa. Untuk menjadikan lahan-lahan
tersebut sebagai lahan pertanian yang subur tidak mudah, karena banyak kendala
yang dihadapi, diantaranya rendahnya tingkat kemasaman tanah dan kandungan
aluminium (Al) terlarut yang tinggi yang akan menyebabkan tanaman mengalami
keracunan dan defisiensi unsur hara tertentu (Ismunadji et al. 1990; Widjaya-Adhi
et al. 1990).
2
Lahan marginal terutama lahan-lahan kering di luar Jawa yang berpotensi
untuk pengembangan pertanian tanaman pangan umumnya didominasi oleh tanah
Podsolik Merah Kuning ber-pH rendah. Pada tanah-tanah tersebut kelarutan Al
yang tinggi dapat menjadi faktor pembatas utama bagi pertumbuhan dan produksi
tanaman (Partohardjono et al. 1997). Gejala keracunan Al yang sangat nyata
adalah penghambatan perpanjangan akar primer dan sekunder sehingga akar
menjadi kerdil dan mengalami panghambatan penyerapan hara dan air (Taylor
1988; Marschner 1995). Selain itu gejala keracunan Al juga disertai gejala-gejala
kelainan pada daun sehingga mengakibatkan turunnya produksi padi (Hutabarat
1991). Untuk menanggulangi masalah pada tanah asam tersebut dapat dilakukan
dengan cara memperbaiki struktur tanah melalui pengapuran. Akan tetapi langkah
ini bukan merupakan pilihan yang tepat karena selain tidak efisien juga dapat
menimbulkan polusi bagi lingkungan. Pendekatan lain yang lebih efisien dan
ramah lingkungan adalah dengan menggunakan varietas tanaman yang mampu
beradaptasi terhadap berbagai cekaman tanah asam dan cekaman Al
(Purnamaningsih dan Mariska 2003). Oleh karena itu, perlu dikembangkan
varietas padi gogo yang toleran terhadap keracunan Al (Sanusi
& Mugiono
1991).
Perkembangan pemuliaan padi gogo di Indonesia relatif lebih lambat
dibandingkan padi sawah. Hal ini terbukti dengan sedikitnya jumlah varietas padi
gogo yang telah dilepas oleh Departemen Pertanian (Sutisna & Mugiono 1991).
Usaha perbaikan varietas padi gogo antara lain diarahkan untuk mendapatkan
varietas yang mampu beradaptasi terhadap lahan bermasalah (Dwimahyani 1991),
seperti lahan asam yang memiliki kelarutan Al tinggi. Beberapa aksesi varietas
padi gogo subspesies indica yang dapat dipilih sebagai sumber toleransi terhadap
cekaman Al antara lain Hawara Bunar, Sigundil, Grogol, Seratus Malam, Krowal,
Ketombol, Sgiliti, Mendali, Banih Kuning, Bakka Turuy, Cempo, ITA 24764, dan
CT 6510-24-1-3 (Purwoko et al. 2005; Jagau 2000; Suparto 1999; Asfarudin
1997).
Pengembangan varietas padi dapat ditempuh dengan berbagai metode,
antara lain persilangan konvensional, induksi mutasi, keragaman somaklonal, dan
seleksi in vitro (Purnamaningsih & Mariska 2008). Dalam bidang pemuliaan
3
tanaman, teknik mutasi dapat digunakan untuk meningkatkan keragaman genetik
sehingga memungkinkan pemulia melakukan seleksi genotipa tanaman sesuai
dengan tujuan pemuliaan yang dikehendaki. Mutasi induksi dapat dilakukan pada
tanaman dengan perlakuan bahan mutagen tertentu terhadap organ reproduksi
tanaman seperti biji, stek batang, serbuk sari, akar rhizome, juga kalus hasil
kultur jaringan. Bahan mutagen yang sering digunakan dalam penelitian
pemuliaan tanaman digolongkan menjadi dua kelompok yaitu mutagen kimia
(chemical mutagen) dan mutagen fisik (physical mutagen). Mutagen fisik dapat
bersifat sebagai radiasi pengion (ionizing radiation), termasuk diantaranya adalah
sinar-X, sinar gamma, sinar beta, neutron, dan partikel dari aselerator, yang dapat
melepas energi (ionisasi), begitu melewati atau menembus materi yang diradiasi.
Adanya keragaman genetik akibat radiasi dari sinar gamma membuka
peluang yang lebih luas bagi kemajuan pemuliaan tanaman sehingga diperoleh
beberapa sifat yang diinginkan dan dapat diwariskan. Benih padi yang
diperlakukan dengan radiasi dari sinar gamma selain mengalami perubahan
genetik juga dapat mengalami perubahan fisiologis pada generasi M0. Makin
besar dosis radiasi dari sinar gamma makin besar pula perubahan genetik yang
ditimbulkannya (Ratma 1988). Oleh karena itu diharapkan pada dosis radiasi
tertentu akan dapat menyebabkan mutasi pada padi.
Penelitian dengan induksi radiasi sinar gamma pada tanaman padi telah
banyak dilakukan. Sampai akhir tahun 2006 BATAN telah menghasilkan 13
varietas padi sawah, yaitu varietas Atomita 1, 2, 3, 4, Cilosari, Meraoke, Woyla,
Kahayan, Winongo, Diah Suci, Yuwono, Mayang dan terakhir adalah Mira yang
merupakan padi sawah dan satu varietas padi gogo yaitu Situ Gintung.
Perumusan Masalah
Induksi mutasi pada padi untuk mendapatkan varietas unggul sudah
banyak dilakukan, diantaranya untuk mendapatkan mutan yang mempunyai sifat
tahan terhadap penyakit, umur genjah dan produktivitas lebih baik dari plasma
nutfah asal. Sampai saat ini belum ada varietas padi toleran Al hasil induksi
mutasi. Induksi mutasi pada padi sensitif dan toleran Al melalui radiasi sinar
gamma dilanjutkan penapisan dengan kultur hara merupakan metode seleksi yang
4
cepat untuk mengidentifikasi galur-galur yang berubah toleransinya terhadap Al.
Kombinasi induksi mutasi dan metode seleksi melalui kultur hara pada padi
varietas IR64 (varietas sensitif Al) dan Hawara Bunar (varietas toleran Al) belum
pernah diteliti, oleh karena itu perlu dilakukan kajian mengenai perubahan
toleransi Al pada kedua varietas padi yang berbeda tingkat toleransinya terhadap
Al tersebut.
Varietas padi yang berubah toleransinya terhadap Al dapat digunakan baik
dalam pemuliaan tanaman padi maupun dalam mempelajari mekanisme toleransi
tanaman padi terhadap Al. Varietas IR64 yang menjadi toleran terhadap Al tetapi
tidak berubah sifat agronomisnya dapat digunakan dalam pengembangan varietas
padi toleran Al setelah melalui tahapan pengujian konsistensi toleransi Al.
Sebaliknya varietas Hawara Bunar yang menjadi sensitif Al dapat dikembangkan
menjadi isoline yang dapat digunakan sebagai sumber tanaman untuk mengisolasi
gen toleransi terhadap Al.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk menginduksi mutasi pada padi varietas
IR64 (sensitif Al) dan HB (toleran Al) dengan radiasi sinar gamma
60
Co untuk
mendapatkan galur padi yang berubah toleransinya terhadap cekaman Al.
TINJAUAN PUSTAKA
Kondisi Cekaman Aluminium pada Lahan
Pembukaan areal pertanian di luar Jawa, khususnya tanaman pangan di
lahan kering ditujukan pada jenis tanah Podsolik Merah Kuning dengan luas areal
31,7 juta ha (23,5%) dari luas tanah asam (Leiwakabessy 1988). Kendala utama
yang dihadapi dalam pengembangan tanah asam untuk meningkatkan produksi
padi gogo adalah pH rendah dan kandungan Al tinggi (Kochian 1995), kendala
fisiko-kimia diantaranya kahat hara makro N, P, K, Ca, Mg, dan mikro Mo, Cu,
Zn, kandungan bahan organik rendah, dan sangat peka terhadap erosi
(Roesmarkan et al. 1992), serta mikroba tanah kurang aktif (Gunn et al. 1988;
Soepardi 1988).
Kekahatan hara pada tanah asam terjadi karena sebagian daerah jerapan
pada mineral liat dikuasai oleh Al dengan menggantikan Mg dan Ca. Aluminium
yang ada pada daerah jerapan juga dapat menjerap P dan Mo dengan kuat.
(Marschner 1995) sehingga P dan Mo tidak tersedia bagi tanaman. Menurut
Marschner (1995) lebih dari 70% tanah asam tropis mengalami defisiensi Ca dan
Mg karena memiliki kapasitas fiksasi P yang sangat tinggi.
Pada lahan dengan tingkat kemasaman tinggi, pertumbuhan tanaman
dihambat oleh ion-ion logam seperti Al, Fe dan Mn. Namun diantara ion-ion
tersebut Al merupakan faktor penghambat utama bagi pertumbuhan dan bersifat
racun bagi tanaman. Keracunan Al juga dapat menurunkan dan merusak sistem
perakaran yang menyebabkan tanaman rentan terhadap cekaman kekeringan dan
mengalami defisiensi unsur hara.
Respon Fisiologis Tanaman terhadap Cekaman Al
Keracunan Al merupakan faktor utama yang menghambat pertumbuhan
tanaman pada tanah asam. Pada pH rendah bentuk Al yang utama adalah Al3+
yang merupakan bentuk Al paling beracun bagi tanaman (Delhaize & Ryan 1995).
Keracunan Al bagi tanaman dapat terjadi baik secara langsung dalam
menghambat pertumbuhan akar maupun secara tidak langsung mengganngu
pengambilan, transpor dan penggunaan hara dan air (Ma 2000; Kochian et al.
6
2004). Penghambatan pertumbuhan akar telah dilaporkan pada banyak tanaman
seperti padi (Sivaguru & Paliwal 1993), dan gandum (Delhaize et al. 1993). Oleh
karena itu parameter pertumbuhan akar pada kondisi cekaman Al biasanya
digunakan untuk menilai toleransi suatu tanaman terhadap keracunan Al (Delhaize
& Ryan 1995).
Pada akar tanaman yang mendapat perlakuan Al dengan konsentrasi
rendah, hanya apoplas dan dinding sel saja yang dipengaruhi oleh Al (Ma 2000).
Kerusakan tanaman oleh Al diawali dengan gangguan pada tudung akar yang
mempunyai sinyal gaya gravitasi dan merupakan sumber pengatur hormon
endogen pertumbuhan. Sebagian besar Al di akar berada pada bagian luar dinding
sel kortek. Sebagian besar Al di akar berada dalam dinding sel bagian luar kortek.
Pemelaran dan kelenturan dinding sel merupakan prasyarat yang diperlukan untuk
pembesaran dan pemanjangan sel. Interaksi Al dengan gugus karboksil dari
senyawa pektat dinding sel menggantikan kation penstabil dinding sel seperti Ca.
Hal ini mengakibatkan pemelaran dan kelenturan dinding sel menurun sehingga
pembelahan sel terhambat dan pertumbuhan akar juga terhambat (Matsumoto
2000; Kochian et al. 2005).
Aluminium tidak hanya mempengaruhi dinding sel tetapi juga
mengakibatkan kerusakan struktur membran plasma akar. Salah satu penyebab
kerusakan akar oleh ion polimer Al adalah terbentuknya ikatan antara polimer Al
dengan membran plasma akar yang menyebabkan kerusakan pada membran dan
kebocoran K+ dari sel akar (Matsumoto et al. 1992; Ishikawa & Wagatsuma
1998). Interaksi Al dengan senyawa lipid dan protein membran dapat memicu
peroksidasi lipid sehingga sel kehilangan integritas membran plasma (Yamamoto
et al. 2003). Padi varietas IR64 yang sensitif Al mengalami peroksidasi lipid lebih
tinggi dibanding padi Hawara Bunar yang toleran Al ketika mendapat cekaman
Al (Wahyuningsih, 2009).
Secara morfologi akar yang mengalami keracunan Al umumnya pendek
gemuk (stubby) dan rapuh. Ciri ini merupakan akibat terhambatnya pemanjangan
akar utama dan lateral melalui dua mekanisme; (1) penghambatan pemanjangan
sel akar, dan (2) penghambatan pembelahan sel akar (Tan et al. 1993). Meristem
akar merupakan tempat utama terjadinya keracunan Al (Delhaize & Ryan 1995).
7
Mekanisme Toleransi Tanaman terhadap Cekaman Aluminium
Spesies tanaman tertentu dapat bertahan hidup pada tanah asam karena
mempunyai mekanisme untuk mentolerir kelebihan Al yang ada pada media
tanam. Taylor (1991) dan Kochian (1995) mengelompokan mekanisme toleransi
tanaman terhadap cekaman Al menjadi : (1) mekanisme eksternal (pengusiran Al),
dan (2) mekanisme internal. Perbedaan utama antara dua mekanisme tersebut
adalah tempat detoksifikasi Al, yaitu di apoplas untuk mekanisme eksternal dan di
simplas untuk mekanisme internal.
Pada mekanisme eksternal, Al dicegah agar tidak melintasi membran
plasma dan masuk ke simplas. Mekanismenya adalah selektivitas membran
plasma terhadap pengambilan Al, peningkatan pH rizosfer, imobilisasi Al di
dinding sel dan pelepasan asam organik sebagai ligan pengkelat Al. Sejumlah
tanaman dapat melepaskan asam organik terutama malat, sitrat, dan oksalat dari
akar dalam merespon keracunan Al (Ma 2000). Mekanisme toleransi Al eksternal
diantaranya pada tanaman padi dan kedelai. Hasil penelitian Kasim et al. (2001)
melaporkan bahwa tanaman kedelai mampu mensekresikan asam sitrat sebagai
mekanisme eksternal dalam menghadapi cekaman Al. Pada tanaman padi, asam
malat dan sitrat disekresikan dari akar ketika mendapat cekaman Al. Padi varietas
Hawara Bunar yang toleran Al mensekresikan kedua jenis asam organik tersebut
tiga kali lebih tinggi dibanding padi varietas IR64 yang sensitif Al ketika
mendapat cekaman Al 15 ppm selama 24 hingga 72 jam (Martiansyah 2008;
Wahyuningsih 2009). Akan tetapi hasil penelitian Ma et al. (2000) menunjukkan
hasil yang berbeda dimana sekresi asam sitrat mengalami peningkatan baik pada
varietas yang sensitif maupun toleran Al, sehingga sekresi asam sitrat tidak dapat
membedakan secara nyata antara varietas yang sensitif dan toleran cekaman Al
(Ma et al. 2002).
Pada mekanisme internal, tanaman membiarkan Al masuk ke dalam
simplas dan tidak memperlihatkan gejala keracunan. Mekanismenya meliputi
pengkelatan Al di sitosol, mengurung Al dalam vakuola, sintesis protein pengikat
Al, penurunan aktivitas beberapa enzim, dan induksi akumulasi protein tertentu.
Mekanisme toleransi Al internal umumnya dimiliki oleh spesies tanaman
8
pengakumulasi Al, seperti tanaman teh (Camelia sinensis L.) dan melastoma
(Melastoma sp).
Pemanfaatan Tanah Asam dengan pH Rendah
Pada tanah asam terdapat kendala sulfat masam, yakni adanya sulfat
terlarut dengan konsentrasi tinggi dan dapat meracuni tanaman. Pada tanah asam
terdapat kendala kimia yang secara individual atau interaksi dapat menekan
pertumbuhan tanaman dan yang lebih berperan menekan pertumbuhan tanaman
bukan pH rendah tetapi keracunan dan atau kekurangan unsur hara mineral
(Marschner 1995). Swasti (2004) melaporkan bahwa pada kondisi tanah asam
selain mengalami cekama Al juga kekurangan hara P. Kondisi lahan seperti ini
dapat diatasi melalui dua pendekatan, yaitu (1) pendekatan masukan tinggi dengan
pengapuran dan pemupukan, dan (2) pendekatan masukan rendah dengan
menggunakan galur-galur atau varietas tanaman toleran Al dan efisien P. Cara
yang kedua dianggap lebih efisien untuk menanggulangi kendala pengembangan
tanah asam dengan meminimalkan pengapuran untuk meningkatkan pH tanah.
Perbaikan Varietas Padi Toleran Al pada Tanah Asam
Di Indonesia perakitan varietas unggul padi yang toleran Al merupakan
salah satu prioritas untuk menghasilkan tanaman padi yang mampu beradaptasi
pada tanah asam (Partohardjono et al. 1997). Teknik perakitan varietas unggul
dapat dilakukan melalui dua cara, yaitu (1) secara konvensional melalui
persilangan dari berbagai tetua yang memiliki sifat toleran terhadap keracunan Al,
dan (2) secara non konvensional yang salah satunya melalui penggunaan
teknologi nuklir yang diharapkan dapat mempercepat proses pemuliaan pada masa
yang akan datang. Teknologi nuklir dengan cara radiasi pada dosis yang tepat
sudah mampu menghasilkan tanaman yang memiliki sifat berbeda dengan
induknya pada generasi M0. Radiasi dengan sinar gamma umumnya digunakan
dalam pemuliaan mutasi untuk mendapatkan keragaman genetik (Harsanti &
Ishak 1999).
Usaha perbaikan varietas padi gogo antara lain untuk mendapatkan padi
genjah, meningkatkan potensi hasil, ketahanan terhadap kendala utama seperti
9
penyakit blas (Pyricularia orizae L.) dan adaptasi terhadap lahan bermasalah
(Soejono 2003). Beberapa padi gogo lokal di Indonesia sperti Grogol, Krowal dan
Hawara Bunar mempunyai kemampuan dapat tumbuh dan bereproduksi dalam
kondisi tercekam aluminium (Al) pada tanah asam. Sedangkan IR64 merupakan
galur padi sawah yang sensitif Al (Khatiwada et al. 1996; Suparto 1999; Jagau
2000).
Beberapa penelitian untuk mendapatkan galur padi gogo toleran Al dengan
menggunakan metode yang berbeda sudah dilaksanakan. Hasil penelitian Swasti
(2004)
untuk
mendapatkan
galur
padi
gogo
yang
efisien
P,
dan
Trikoesoemaningtyas (2002) padi gogo efisien K dalam cekaman Al. Bakhtiar
(2007) melakukan penapisan padi gogo menggunakan kultur anter untuk toleransi
Al dan ketahanan terhadap panyakit blas, dan Edi (2004) meningkatkan toleransi
Al pada padi menggunakan kombinasi keragaman somaklonal dan radiasi dengan
sinar gamma.
Beberapa ciri morfologi yang dapat diamati pada galur padi gogo toleran
Al seperti Hawara Bunar adalah batang yang mendukung bulir berwarna putih,
warna lamina daun hijau tua, jumlah anakan pada tanaman dewasa (umur 4 bulan)
paling banyak 4 anakan dan memiliki postur tanaman yang tinggi (Jagau 2000).
Varietas IR64 yang sensitif Al merupakan padi sawah, mempunyai bentuk biji
panjang, tinggi tanaman lebih rendah daripada Hawara Bunar, jumlah anakan
pada tanaman dewasa (umur 4 bulan) sekitar 10 anakan, warna lamina daun hijau
dan waktu berbunganya lebih cepat 12 – 14 hari daripada Hawara Bunar (Jagau
2000).
Mutasi
Mutasi adalah perubahan yang terjadi pada materi genetik yang dapat
menyebabkan perubahan ekspresi. Perubahan dapat terjadi pada tingkat pasangan
basa, tingkat satu ruas DNA, bahkan pada tingkat kromosom (Jusuf 2001). Mutasi
dapat terjadi pada setiap bagian dan pertumbuhan tanaman, namun lebih banyak
pada bagian yang sedang aktif mengadakan pembelahan sel, misalnya tunas dan
biji yang sedang berkembang. Bila mutasi terjadi pada sel somatik, maka
perubahan hanya pada bagian sel tersebut dan tidak diwariskan. Sedang bila
10
mutasi terjadi pada organ generatif, maka akan diwariskan pada generasi
berikutnya (Poespodarsono 1986).
Mutasi atau perubahan struktur gen dapat dideteksi dengan melihat
perubahan pada tingkat struktur gen atau perubahan pada tingkat ekspresinya.
Untuk melihat perubahan tersebut dapat dilakukan dengan membandingkan antara
mutan dan tipe liarnya. Secara garis besar penampilan mutan dapat dibedakan dari
tipe liarnya dengan tiga cara : perbedaan morfologi, perbedaan tingkat kimia dan
perbedaan tingkat adaptasi terhadap lingkungan tumbuh. Hasil mutasi yang paling
mudah dilihat ialah bila terjadi perubahan bentuk, ukuran atau warna (Jusuf,
2001). Mutasi dapat terjadi secara spontan dan induksi. Induksi dengan bahan
kimia dan radiasi merupakan salah satu cara yang paling efisien (Djojosoebagio
1988).
Mutasi dapat terjadi pada tingkat gen maupun kromosom. Jika perubahan
hanya mengenai satu gen maka disebut mutasi gen atau mutasi titik (point
mutation). Jika perubahan mengenai lebih dari satu gen disebut mutasi kromosom
(Jusuf 2001). Mutasi titik dalam suatu gen dapat terjadi karena substitusi pasangan
basa, penyisipan (insersi), atau pengurangan (delesi) pasangan basa. Mutasi
kromosom dapat terjadi karena perubahan jumlah kromosom atau perubahan
struktur kromosom. Perubahan struktur kromosom dimana jumlah kromosom
tetap tetapi terjadi perubahan komposisi dan susunan bahan kromosom, yaitu
delesi, duplikasi, inversi dan translokasi (Griffiths et al. 2005; Campbell et al.
2002).
Beberapa cara untuk memperluas keragaman genetik untuk bahan seleksi
adalah dengan cara mengumpulkan material koleksi lokal, introduksi dari luar
negeri, persilangan, dan dengan mutasi buatan. Mutasi buatan pada hakekatnya
adalah upaya untuk meningkatkan frekuensi terjadinya mutasi. Mutasi buatan
tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan bahan fisik seperti radiasi dan
bahan kimia. Sumber radiasi yang sering digunakan adalah sinar X, sinar gamma
dari Cobalt-60, sinar beta dari radioisotop dan sinar neutron dari reaktor atom
yang mudah diaplikasikan dan menghasilkan frekuensi mutasi yang tinggi
(Poespodarsono 1986). Teknik mutasi penting dalam meningkatkan produksi padi
di Asia Pasifik, kurang lebih 434 mutan padi telah dilepas, dan sebanyak 225
11
(67%)
mutan yang didapatkan diantaranya menggunakan sinar gamma
(Ahloowalia et al. 2004).
Penerapan mutasi induksi di Indonesia dimulai tahun 1967 setelah
berdirinya instalasi sinar gamma yang bersumber dari Cobalt-60 di Pusat Aplikasi
Teknologi Isotop dan Radiasi (PATIR) BATAN di Pasar Jum’at Jakarta. Prioritas
kegiatan diarahkan pada perbaikan varietas padi, yakni umur genjah, tanaman
agak pendek, tahan terhadap serangan patogen dan kekeringan serta kualitas biji
disukai oleh konsumen (Soejono 2003).
Sinar Gamma
Radiasi sinar gamma merupakan radiasi ionisasi yang banyak digunakan
pada penelitian biologis, bentuk radiasi ini dapat menembus sel-sel dan jaringan
dengan mudah karena mempunyai daya tembus tinggi (Poespodarsono 1986).
Sinar gamma merupakan salah satu mutagen fisik yang memiliki panjang
gelombang pendek dengan energi yang sangat besar. Sumber radiasi sinar gamma
berasal dari Cobalt-60 atau Cesium-137 (Herawati & Setiamihardja 2000).
Menurut Soejono (2003) dosis radiasi yang diberikan untuk mendapatkan
mutan tergantung pada jenis tanaman, fase tumbuh, ukuran, kadar air, dan bahan
yang akan dimutasi. Pada umumnya dosis radiasi dibagi menjadi tiga, yaitu tinggi
(>10 kGy), sedang (1 – 10 kGy) dan rendah (< 1 kGy). Perlakuan radiasi sinar
gamma pada tanaman padi mengakibatkan beberapa gen dapat termutasi dalam
waktu bersamaan, karena mutagen yang diperlakukan pada jaringan atau sel akan
mengenai sasaran secara random (Ishak 1997). Radiasi sinar gamma pada biji padi
dapat mengakibatkan mutasi pada berbagai segmen kromosom dari sel embrio
seperti daerah “scutelum” dan sumbu embrio. Perlakuan radiasi ini diharapkan
dapat menyebabkan terjadinya variasi genetik yang luas diantara individu
tanaman. Keragaman genetik yang luas ini akan memberikan peluang untuk
mendapatkan karakter tanaman yang diinginkan dalam proses seleksi. Hal ini akan
membantu program pemuliaan untuk mendapatkan tanaman yang unggul.
Efektivitas radiasi yang diberikan pada tanaman dipengaruhi oleh faktor
lingkungan dan faktor biologi. Faktor lingkungan terdiri dari oksigen, kadar air,
12
suhu, sedangkan faktor biologi meliputi volume inti dan faktor genetik yaitu
adanya perbedaan kepekaan terhadap radiasi (Ismachin 1988).
Hasil penelitian Mugiono & Rustandi (1991) memberi gambaran bahwa
penerapan teknik mutasi induksi untuk mendapatkan varietas padi berumur genjah
mempunyai peluang besar untuk berhasil. Penggunaan radiasi dengan dosis 0.2 –
0.3 kGy memberikan hasil yang terbaik untuk mendapatkan mutan genjah pada
padi varietas Cisadane.
BAHAN DAN METODE
Bahan Penelitian
Bahan tanaman yang digunakan adalah benih padi varietas IR64 (sensitif
Al) dan Hawara Bunar (toleran Al). Bahan kultur hara u
PADA PADI (Oryza sativa L.)
SENSITIF DAN TOLERAN ALUMINIUM
SAGIRAH YENI RAHAYU
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa tesis yang
berjudul, Induksi Mutasi dengan Radiasi Sinar Gamma pada Padi (Oryza
sativa L.) Sensitif dan Toleran Aluminium adalah hasil karya saya dengan
arahan dari komisi pembimbing dan belum pernah 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 akhhir
tesis ini.
Bogor, September 2009
Sagirah Yeni Rahayu
G 353070131
ABSTRACT
SAGIRAH YENI RAHAYU. Mutation Induction with Gamma Irradiation on
Aluminum-Sensitive and Tolerant Rice (Oryza sativa L.). Under Direction of
MIFTAHUDIN and ENCE DARMO JAYA SUPENA
ABSTRACT
Mutation induction with gamma irradiation was known as one of the
technique to develop new rice varieties, such as Aluminum (Al) tolerant rice
varieties that could adapt to acid soil. The objective of this research was to induce
mutation on rice varieties IR64 (Aluminum-sensitive) and Hawara Bunar
(Aluminum-tolerant) using gamma irradiation.The experiment was designed as
Randomize Complete Design with 2 factors, the first factor was genotypes, i.e.:
IR64 and Hawara Bunar. The second was gamma irradiation doses i.e.: 0, 0.2
and 0.3 kGy. Seed irradiation was done at Centre for the Application of Isotope
and Radiation Technology, National Nuclear Energy Agency (BATAN) Pasar
Jum’at Jakarta. The planting of irradiated seed and mutant screening was done
at Cikabayan Green House University Farm IPB. Screening for root regrowth
parameter was done in Plant Physiology Laboratory, Department of Biology
FMIPA IPB Bogor. The result showed that gamma irradiation succesfully induced
mutant on rice IR64 and Hawara Bunar varieties. Irradiation dose of 0.2 kGy
could only induce mutant on Hawara Bunar with the percentage of mutant was
(1.74%). However irradiation dose of 0.3 kGy could induce in both varieties with
the percentage of mutant was 1.92% and 2.78% for IR64 and Hawara Bunar
respectively. Agronomic characters evaluation of potential mutants mutant on M1
generation showed that number of tillers, panicle length, number of grain per
clump and grain weight per clump were higher than that of control varieties. Other
characters, such as empty grain per clump were lower than that of control
varieties.
Keywords : rice, mutation, aluminum, root re-growth
RINGKASAN
SAGIRAH YENI RAHAYU, Induksi Mutasi dengan Radiasi Sinar Gamma pada
Padi (Oryza sativa L.) Sensitif dan Toleran Aluminium. Dibimbing oleh
MIFTAHUDIN dan ENCE DARMO JAYA SUPENA.
Induksi mutasi dengan radiasi sinar gamma merupakan salah satu cara
untuk merakit varietas padi yang baru, seperti varietas padi yang toleran terhadap
aluminium (Al) yang dapat beradaptasi pada lahan masam. Tujuan dari penelitian
ini adalah menginduksi mutasi pada padi varietas IR64 dan Hawara Bunar dengan
radiasi sinar gamma 60Co untuk mendapatkan galur padi yang berubah
toleransinya terhadap keracunan Al.
Penelitian menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL) Faktorial
dengan 2 faktor. Faktor pertama adalah varietas padi terdiri dari IR64 dan
Hawara Bunar. Faktor kedua adalah dosis radiasi sinar gamma yaitu : 0, 0.2, dan
0.3 kGy. Masing-masing perlakuan menggunakan 50 tanaman, sedangkan kontrol
masing-masing menggunakan 10 tanaman.
Radiasi benih varietas IR64 dan Hawara Bunar dilaksanakan di Pusat
Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi BATAN Pasar Jum’at Jakarta. Penanaman
benih hasil radiasi (M0) dan hasil penapisan (M1) dilaksanakan di rumah kaca
Unit Kebun Percobaan Cikabayan IPB untuk pengamatan karakter morfologis dan
sifat agronomis. Media tanam dan media penyemaian yang terdiri dari tanah dan
pupuk kandang dengan perbandingan 3:1 (b/b) masing-masing sebanyak 8 kg tiap
ember penanaman dan bak persemaian.
Penapisan dengan kultur hara untuk karakter root regrowth (RRG)
dilaksanakan di laboratorium Fisiologi Tumbuhan Departemen Biologi FMIPA
IPB Bogor. Pengukuran RRG untuk penapisan dilakukan dengan mengukur
panjang akar pada saat akhir perlakuan cekaman Al dan pada saat akhir masa
pemuliahan dari cekaman Al. Selisih antara panjang akar pada akhir masa
pemuliahan dengan panjang akar pada akhir perlakuan Al merupakan nilai RRG.
Analisis morfologis dan karakter agronomis meliputi pengamatan tinggi
tanaman (TT), jumlah anakan (JA), umur berbunga (UB), jumlah anakan
produktif (JAP), panjang malai (PM), jumlah biji isi per malai (BI/M), persentase
biji hampa (%BH/R), bobot 1000 butir (BB), jumlah biji per rumpun (BI/R),
bobot biji per rumpun (B BI/R), dan umur panen (UP).
Hasil dari induksi mutasi dengan radiasi sinar gamma mampu
menghasilkan mutan pada padi varietas IR64 dan Hawara Bunar. Dosis radiasi 0.2
kGy hanya mampu menginduksi mutan pada varietas Hawara Bunar dengan
prosentase mutan sebesar 1.74%. Sedangkan dosis radiasi 0.3 kGy mampu
menginduksi mutan pada kedua varietas dengan prosentase mutan berturut-turut
1.92% dan 2.78% untuk IR64 dan Hawara Bunar.
Hasil pengamatan karakter morfologis pada generasi M0 memperlihatkan
bahwa pola pertumbuhan tanaman tidak berbeda pada tiap perlakuan pada
masing-masing varietas. Pada generasi M1, pola pertumbuhan juga tidak berbeda
antara tanaman mutan dan kontrol.
Hasil pengamatan karakter agronomis generasi M0 menunjukkan bahwa,
pada varietas IR64 radiasi sinar gamma menurunkan nilai peubah yang diamati
(JAP, PM, BI/R dan B BI/R ), tetapi meningkatkan nilai peubah yang lain
(%BH/R, UB dan UP). Respon yang berbeda dijumpai pada varietas HB dimana
radiasi sinar gamma tidak menurunkan peubah JAP, PM dan %BH/R, tetapi
menurunkan nilai peubah yang lainnya (BI/R, B BI/R, UB dan UP). Hasil analisis
data juga menunjukkan bahwa peningkatan dosis radiasi dari 0.2 sampai 0.3 kGy
tidak menyebabkan perbedaan yang nyata pada semua peubah agronomis yang
diamati pada kedua varietas.
Tanaman padi mutan potensi generasi M1 untuk dikembangkan lebih
lanjut memperlihatkan bahwa JAP, BI/R, dan B BI/R lebih tinggi dibanding
tanaman kontrol, tetapi karakter %BH/R lebih rendah dari tanaman kontrol. Hal
ini menunjukkan bahwa karakter agronomis dari tanaman mutan potensi generasi
M1 lebih baik dibanding tanaman kontrol. Perlu pengujian konsistensi karakterkarakter agronomis dari tanaman mutan potensi untuk mendapatkan mutan yang
stabil pada generasi selanjutya.
Kata kunci : padi, mutasi, aluminium, root regrowth
© Hak Cipta milik IPB tahun 2009
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
yang wajar IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis
dalam entuk apapun tanpa izin IPB.
INDUKSI MUTASI DENGAN RADIASI SINAR GAMMA
PADA PADI (Oryza sativa L.)
SENSITIF DAN TOLERAN ALUMINIUM
SAGIRAH YENI RAHAYU
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
Mayor Biologi Tumbuhan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Ir. Utut Widyastuti, M.Si.
Judul Tesis
Nama
NRP
: Induksi Mutasi dengan Radiasi Sinar Gamma pada Padi
(Oryza sativa L.) Sensitif dan Toleran Aluminium
: Sagirah Yeni Rahayu
: G353070131
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Miftahudin, M.Si.
Ketua
Dr. Ir. Ence Darmo Jaya Supena, M.Si.
Anggota
Diketahui
Ketua Mayor Biologi Tumbuhan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Miftahudin, M.Si.
Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S.
Tanggal Ujian: 18 - 08 - 2009
Tanggal lulus:
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah
melimpakan rahmatNya, sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan mulai bulan April 2008 sampai Mei
2009 adalah Induksi Mutasi dengan Radiasi Sinar Gamma pada Padi (Oryza
sativa L.) Sensitif dan Toleran Aluminium. Penelitian ini dilaksanakan di rumah
kaca Unit Kebun Percobaan Cikabayan IPB dan Laboratorium Fisiologi
Tumbuhan Departemen Biologi FMIPA IPB.
Penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang
sebesar-besarnya terutama kepada pembimbing, yaitu Dr. Ir. Miftahudin, M.Si.
dan Dr. Ir. Ence Darmo Jaya Supena, M.Si. atas bimbingan dalam pelaksanaan
penelitian dan bantuan saran dan masukan yang berguna dalam penyusunan karya
ilmiah ini.
Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Departemen Agama
Republik Indonesia yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk
melanjutkan studi di Sekolah Pascasarjana IPB. Penulis juga mengucapkan
banyak terima kasih kepada Kepala MAN Cipasung Tasikmalaya yang telah
memberikan ijin kepada penulis untuk melanjutkan studi di IPB, serta rekan-rekan
staf pengajar dan karyawan MAN Cipasung atas dukungannya. Ungkapan terima
kasih juga penulis sampaikan kepada suami, anak-anak, Bapak, Ibu mertua,
kakak-kakak dan seluruh keluarga atas doa, kasih sayang, keikhlasan dan
pengertiannya. Tidak lupa kepada rekan-rekan di Laboratorium Fisiologi
Tumbuhan dan Mayor Biologi Tumbuhan angkatan 2007 yang tidak dapat
disebutkan satu-persatu, penulis mengucapkan banyak terima kasih atas bantuan
dan kebersamaannya.
Penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi
sempurnanya tulisan ini. Akhir kata penulis memohon kepada Allah SWT semoga
senantiasa melimpahkan rahmatNya kepada pihak-pihak yang telah memberikan
bantuan dan semoga tulisan ini bermanfaat bagi pembaca.
Bogor, September 2009
Penulis
INDUKSI MUTASI DENGAN RADIASI SINAR GAMMA
PADA PADI (Oryza sativa L.)
SENSITIF DAN TOLERAN ALUMINIUM
SAGIRAH YENI RAHAYU
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa tesis yang
berjudul, Induksi Mutasi dengan Radiasi Sinar Gamma pada Padi (Oryza
sativa L.) Sensitif dan Toleran Aluminium adalah hasil karya saya dengan
arahan dari komisi pembimbing dan belum pernah 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 akhhir
tesis ini.
Bogor, September 2009
Sagirah Yeni Rahayu
G 353070131
ABSTRACT
SAGIRAH YENI RAHAYU. Mutation Induction with Gamma Irradiation on
Aluminum-Sensitive and Tolerant Rice (Oryza sativa L.). Under Direction of
MIFTAHUDIN and ENCE DARMO JAYA SUPENA
ABSTRACT
Mutation induction with gamma irradiation was known as one of the
technique to develop new rice varieties, such as Aluminum (Al) tolerant rice
varieties that could adapt to acid soil. The objective of this research was to induce
mutation on rice varieties IR64 (Aluminum-sensitive) and Hawara Bunar
(Aluminum-tolerant) using gamma irradiation.The experiment was designed as
Randomize Complete Design with 2 factors, the first factor was genotypes, i.e.:
IR64 and Hawara Bunar. The second was gamma irradiation doses i.e.: 0, 0.2
and 0.3 kGy. Seed irradiation was done at Centre for the Application of Isotope
and Radiation Technology, National Nuclear Energy Agency (BATAN) Pasar
Jum’at Jakarta. The planting of irradiated seed and mutant screening was done
at Cikabayan Green House University Farm IPB. Screening for root regrowth
parameter was done in Plant Physiology Laboratory, Department of Biology
FMIPA IPB Bogor. The result showed that gamma irradiation succesfully induced
mutant on rice IR64 and Hawara Bunar varieties. Irradiation dose of 0.2 kGy
could only induce mutant on Hawara Bunar with the percentage of mutant was
(1.74%). However irradiation dose of 0.3 kGy could induce in both varieties with
the percentage of mutant was 1.92% and 2.78% for IR64 and Hawara Bunar
respectively. Agronomic characters evaluation of potential mutants mutant on M1
generation showed that number of tillers, panicle length, number of grain per
clump and grain weight per clump were higher than that of control varieties. Other
characters, such as empty grain per clump were lower than that of control
varieties.
Keywords : rice, mutation, aluminum, root re-growth
RINGKASAN
SAGIRAH YENI RAHAYU, Induksi Mutasi dengan Radiasi Sinar Gamma pada
Padi (Oryza sativa L.) Sensitif dan Toleran Aluminium. Dibimbing oleh
MIFTAHUDIN dan ENCE DARMO JAYA SUPENA.
Induksi mutasi dengan radiasi sinar gamma merupakan salah satu cara
untuk merakit varietas padi yang baru, seperti varietas padi yang toleran terhadap
aluminium (Al) yang dapat beradaptasi pada lahan masam. Tujuan dari penelitian
ini adalah menginduksi mutasi pada padi varietas IR64 dan Hawara Bunar dengan
radiasi sinar gamma 60Co untuk mendapatkan galur padi yang berubah
toleransinya terhadap keracunan Al.
Penelitian menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL) Faktorial
dengan 2 faktor. Faktor pertama adalah varietas padi terdiri dari IR64 dan
Hawara Bunar. Faktor kedua adalah dosis radiasi sinar gamma yaitu : 0, 0.2, dan
0.3 kGy. Masing-masing perlakuan menggunakan 50 tanaman, sedangkan kontrol
masing-masing menggunakan 10 tanaman.
Radiasi benih varietas IR64 dan Hawara Bunar dilaksanakan di Pusat
Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi BATAN Pasar Jum’at Jakarta. Penanaman
benih hasil radiasi (M0) dan hasil penapisan (M1) dilaksanakan di rumah kaca
Unit Kebun Percobaan Cikabayan IPB untuk pengamatan karakter morfologis dan
sifat agronomis. Media tanam dan media penyemaian yang terdiri dari tanah dan
pupuk kandang dengan perbandingan 3:1 (b/b) masing-masing sebanyak 8 kg tiap
ember penanaman dan bak persemaian.
Penapisan dengan kultur hara untuk karakter root regrowth (RRG)
dilaksanakan di laboratorium Fisiologi Tumbuhan Departemen Biologi FMIPA
IPB Bogor. Pengukuran RRG untuk penapisan dilakukan dengan mengukur
panjang akar pada saat akhir perlakuan cekaman Al dan pada saat akhir masa
pemuliahan dari cekaman Al. Selisih antara panjang akar pada akhir masa
pemuliahan dengan panjang akar pada akhir perlakuan Al merupakan nilai RRG.
Analisis morfologis dan karakter agronomis meliputi pengamatan tinggi
tanaman (TT), jumlah anakan (JA), umur berbunga (UB), jumlah anakan
produktif (JAP), panjang malai (PM), jumlah biji isi per malai (BI/M), persentase
biji hampa (%BH/R), bobot 1000 butir (BB), jumlah biji per rumpun (BI/R),
bobot biji per rumpun (B BI/R), dan umur panen (UP).
Hasil dari induksi mutasi dengan radiasi sinar gamma mampu
menghasilkan mutan pada padi varietas IR64 dan Hawara Bunar. Dosis radiasi 0.2
kGy hanya mampu menginduksi mutan pada varietas Hawara Bunar dengan
prosentase mutan sebesar 1.74%. Sedangkan dosis radiasi 0.3 kGy mampu
menginduksi mutan pada kedua varietas dengan prosentase mutan berturut-turut
1.92% dan 2.78% untuk IR64 dan Hawara Bunar.
Hasil pengamatan karakter morfologis pada generasi M0 memperlihatkan
bahwa pola pertumbuhan tanaman tidak berbeda pada tiap perlakuan pada
masing-masing varietas. Pada generasi M1, pola pertumbuhan juga tidak berbeda
antara tanaman mutan dan kontrol.
Hasil pengamatan karakter agronomis generasi M0 menunjukkan bahwa,
pada varietas IR64 radiasi sinar gamma menurunkan nilai peubah yang diamati
(JAP, PM, BI/R dan B BI/R ), tetapi meningkatkan nilai peubah yang lain
(%BH/R, UB dan UP). Respon yang berbeda dijumpai pada varietas HB dimana
radiasi sinar gamma tidak menurunkan peubah JAP, PM dan %BH/R, tetapi
menurunkan nilai peubah yang lainnya (BI/R, B BI/R, UB dan UP). Hasil analisis
data juga menunjukkan bahwa peningkatan dosis radiasi dari 0.2 sampai 0.3 kGy
tidak menyebabkan perbedaan yang nyata pada semua peubah agronomis yang
diamati pada kedua varietas.
Tanaman padi mutan potensi generasi M1 untuk dikembangkan lebih
lanjut memperlihatkan bahwa JAP, BI/R, dan B BI/R lebih tinggi dibanding
tanaman kontrol, tetapi karakter %BH/R lebih rendah dari tanaman kontrol. Hal
ini menunjukkan bahwa karakter agronomis dari tanaman mutan potensi generasi
M1 lebih baik dibanding tanaman kontrol. Perlu pengujian konsistensi karakterkarakter agronomis dari tanaman mutan potensi untuk mendapatkan mutan yang
stabil pada generasi selanjutya.
Kata kunci : padi, mutasi, aluminium, root regrowth
© Hak Cipta milik IPB tahun 2009
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
yang wajar IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis
dalam entuk apapun tanpa izin IPB.
INDUKSI MUTASI DENGAN RADIASI SINAR GAMMA
PADA PADI (Oryza sativa L.)
SENSITIF DAN TOLERAN ALUMINIUM
SAGIRAH YENI RAHAYU
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
Mayor Biologi Tumbuhan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Ir. Utut Widyastuti, M.Si.
Judul Tesis
Nama
NRP
: Induksi Mutasi dengan Radiasi Sinar Gamma pada Padi
(Oryza sativa L.) Sensitif dan Toleran Aluminium
: Sagirah Yeni Rahayu
: G353070131
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Miftahudin, M.Si.
Ketua
Dr. Ir. Ence Darmo Jaya Supena, M.Si.
Anggota
Diketahui
Ketua Mayor Biologi Tumbuhan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Miftahudin, M.Si.
Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S.
Tanggal Ujian: 18 - 08 - 2009
Tanggal lulus:
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah
melimpakan rahmatNya, sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan mulai bulan April 2008 sampai Mei
2009 adalah Induksi Mutasi dengan Radiasi Sinar Gamma pada Padi (Oryza
sativa L.) Sensitif dan Toleran Aluminium. Penelitian ini dilaksanakan di rumah
kaca Unit Kebun Percobaan Cikabayan IPB dan Laboratorium Fisiologi
Tumbuhan Departemen Biologi FMIPA IPB.
Penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang
sebesar-besarnya terutama kepada pembimbing, yaitu Dr. Ir. Miftahudin, M.Si.
dan Dr. Ir. Ence Darmo Jaya Supena, M.Si. atas bimbingan dalam pelaksanaan
penelitian dan bantuan saran dan masukan yang berguna dalam penyusunan karya
ilmiah ini.
Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Departemen Agama
Republik Indonesia yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk
melanjutkan studi di Sekolah Pascasarjana IPB. Penulis juga mengucapkan
banyak terima kasih kepada Kepala MAN Cipasung Tasikmalaya yang telah
memberikan ijin kepada penulis untuk melanjutkan studi di IPB, serta rekan-rekan
staf pengajar dan karyawan MAN Cipasung atas dukungannya. Ungkapan terima
kasih juga penulis sampaikan kepada suami, anak-anak, Bapak, Ibu mertua,
kakak-kakak dan seluruh keluarga atas doa, kasih sayang, keikhlasan dan
pengertiannya. Tidak lupa kepada rekan-rekan di Laboratorium Fisiologi
Tumbuhan dan Mayor Biologi Tumbuhan angkatan 2007 yang tidak dapat
disebutkan satu-persatu, penulis mengucapkan banyak terima kasih atas bantuan
dan kebersamaannya.
Penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi
sempurnanya tulisan ini. Akhir kata penulis memohon kepada Allah SWT semoga
senantiasa melimpahkan rahmatNya kepada pihak-pihak yang telah memberikan
bantuan dan semoga tulisan ini bermanfaat bagi pembaca.
Bogor, September 2009
Penulis
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Ciamis pada tanggal 4 September 1970 dari Bapak H.
Sukarja dan Ibu Imi Jamilah (alm). Penulis merupakan anak bungsu dari lima
bersaudara.
Pendidikan dasar sampai sarjana diselesaikan di Ciamis, lulus Sarjana
Pendidikan Biologi dari Sekolah Tinggi Keguruan dan Ilmu Pendidikan (STKIP)
Galuh Ciamis tahun 1994. Pada tahun 2007, penulis mendapat beasiswa dari
Departemen Agama Republik Indonesia untuk melanjutkan studi pada Mayor
Biologi Tumbuhan Sekolah Pascasarjana IPB.
Penulis menikah dengan Ir. Wawan Carwan pada tahun 1996 dan
dikaruniai 2 orang putera, Ahmad Andi Rizaldi (12 th) dan Muhammad Gilang
Fauzan (9 th). Penulis bekerja sebagai staf pengajar mata pelajaran Biologi di
MAN Cipasung Tasikmalaya sejak tahun 1996 sampai sekarang.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL .............................................................................................
ix
DAFTAR GAMBAR .........................................................................................
x
DAFTAR LAMPIRAN .....................................................................................
xi
PENDAHULUAN
Latar Belakang .......................................................................................
Perumusan Masalah ...............................................................................
Tujuan ....................................................................................................
1
3
4
TINJAUAN PUSTAKA
Kondisi Cekaman Aluminium pada Lahan ...........................................
5
Respon Fisiologi Tanaman terhadap Cekaman Aluminium .................. 5
Mekanisme Toleransi Tanaman terhadap Cekaman Aluminium...........
7
Pemanfaatan Tanah Asam dengan pH Rendah ...................................... 8
Perbaikan Varietas Padi Toleran Aluminium pada Lahan Masam ........ 8
Mutasi ....................................................................................................
9
Sinar Gamma ......................................................................................... 11
BAHAN DAN METODE
Bahan Penelitian ....................................................................................
Waktu dan Tempat .................................................................................
Metode ...................................................................................................
Rancangan Percobaan ............................................................................
Analisis Data ..........................................................................................
Prosedur Kerja .......................................................................................
Penanaman Benih Hasil Radiasi (M0) ...................................................
Analisis Karakter Morfologis ................................................................
Analisis Sifat Agronomis .......................................................................
Perlakuan Cekaman Al untuk Analisis RRG dan Penapisan .................
Penanaman Bibit Hasil Penapisan (M1) ................................................
HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakter Morfologis dan Sifat Agronomis Tanaman (M0) ...................
Daya Kecambah Generasi M1 ...............................................................
Penapisan Tanaman Generasi M1 Berdasarkan Karakter RRG ............
Karakter Morfologis dan Sifat Agronomis tanaman M1 .......................
Mutan yang Berpotensi untuk Dikembangkan pada Generasi
Berikutnya .............................................................................................
SIMPULAN DAN SARAN ..............................................................................
13
13
13
15
15
15
15
16
16
16
17
18
19
20
22
22
26
DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………………… 27
LAMPIRAN …………………………………………………………………..
33
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Rataan respon morfologis dan agronomis pada tanaman padi generasi (M0).. 19
2 Jumlah biji yang ditapis, jumlah biji padi mutan, prosentase biji mutan dan
nilai RRG Mutan .............................................................................................. 21
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Diagram alir tahapan penelitian ..................................................................... 14
2 Grafik pertumbuhan tinggi tanaman varietas IR64 dan HB dosis radiasi 0,
0.2 dan 0.3 kGy pada generasi M0 ................................................................
18
3 Daya kecambah biji padi M1.......................................................................... 20
4 Akar padi varietas IR64 dan Hawara Bunar dari biji yang telah
diradiasi dengan sinar gamma dan cekaman Aluminium 15 ppm selama
72 jam............................................................................................................
22
22
5 Grafik pertumbuhan tinggi tanaman varietas IR64 dosis radiasi 0 dan 0.3
kGy, dan varietas HB dosis radiasi 0, 0.2 dan 0.3 kGy pada generasi M1.....
6 Prosentase peningkatan dan penurunan peubah agronomi hasil seleksi
pada padi mutan potensi generasi M1 dibandingkan dengan M0 pada
perlakuan yang sama .....................................................................................
24
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Komposisi media minimum ......................................................................... 34
2 Daya Kecambah dan Jumlah Mutan pada Penapisan dengan Kultur Hara
Varietas IR64 dosis radiasi 0.2 kGy Generasi M1........................................ 35
3 Daya Kecambah dan Jumlah Mutan pada Penapisan dengan Kultur Hara
Varietas IR64 dosis radiasi 0.3 kGy Generasi M1 ....................................... 36
4 Daya Kecambah dan Jumlah Mutan pada Penapisan dengan Kultur Hara
Varietas HB dosis radiasi 0.2 kGy Generasi M1 ......................................... 37
5 Daya Kecambah dan Jumlah Mutan pada Penapisan dengan Kultur Hara
Varietas HB dosis radiasi 0.3 kGy Generasi M1 ......................................... 38
6 Nomor-nomor Tanaman Padi Mutan Berpotensi Hasil Seleksi pada
Generasi M1.................................................................................................. 39
7 Deskripsi padi varietas IR64 ........................................................................ 40
8 Deskripsi padi varietas HB ........................................................................... 41
9 Nilai RRG dan prosentase peningkatan peubah agronomis varietas IR64
0.3 kGy generasi M1 pada proses seleksi tanaman mutan berpotensi ......... 42
10 Nilai RRG dan prosentase peningkatan peubah agronomis varietas HB
0.2 kGy generasi M1 pada proses seleksi tanaman mutan berpotensi ......... 43
11 Nilai RRG dan prosentase peningkatan peubah agronomis varietas HB
0.3 kGy generasi M1 pada proses seleksi tanaman mutan berpotensi ......... 44
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Padi (Oryza sativa L.) merupakan makanan pokok bagi sebagian besar
penduduk Indonesia. Permintaan akan komoditas ini dari tahun ke tahun terus
melonjak sejalan dengan bertambahnya jumlah penduduk, dengan laju
pertumbuhan penduduk rata-rata 1.34% per tahun (BPS 2008). Upaya pemenuhan
permintaan yang meningkat selalu dihadapkan pada berbagai kendala diantaranya
banyak sawah subur di pulau Jawa yang beralih fungsi menjadi kawasan industri
dan daerah pemukiman. Selain itu pengaruh perubahan iklim yang berakibat
kekeringan panjang atau bencana banjir yang cenderung melanda setiap tahun
mengganggu produksi padi. Meningkatnya tekanan produksi padi pada sentrasentra padi merupakan gangguan bagi kelangsungan swasembada beras yang
pernah dicapai Indonesia pada tahun 1984 dan dicapai kembali pada tahun 2008.
Jumlah produksi padi nasional tahun 2009 diperkirakan mencapai 62.56 juta ton
atau meningkat 2.24 juta ton (3.71%) dibanding produksi padi tahun 2008 (60.62
juta ton). Kenaikan produksi diperkirakan terjadi karena peningkatan luas panen
seluas 341.56 ribu hektar atau 2.77% dan juga kenaikan produktivitas sebesar 0.44
kuintal/hektar (0.9%) (BPS 2008; Setneg 2009).
Upaya mempertahankan dan meningkatkan produksi perlu terus-menerus
dilakukan baik untuk memenuhi kebutuhan beras di dalam negeri maupun untuk
ekspor. Dengan memperhatikan laju konversi lahan pertanian padi ke lahan non
pertanian, dan upaya mempertahankan swasembada beras, pemerintah maka mulai
memfokuskan pengembangan pertanian pada lahan-lahan marginal seperti lahan
kering, tanah asam, lahan rawa, lahan gambut dan daerah pasang surut. Lahan
marginal tersebut, yang diharapkan menjadi sumber-sumber produksi padi
sebagian besar banyak terdapat di luar Pulau Jawa. Untuk menjadikan lahan-lahan
tersebut sebagai lahan pertanian yang subur tidak mudah, karena banyak kendala
yang dihadapi, diantaranya rendahnya tingkat kemasaman tanah dan kandungan
aluminium (Al) terlarut yang tinggi yang akan menyebabkan tanaman mengalami
keracunan dan defisiensi unsur hara tertentu (Ismunadji et al. 1990; Widjaya-Adhi
et al. 1990).
2
Lahan marginal terutama lahan-lahan kering di luar Jawa yang berpotensi
untuk pengembangan pertanian tanaman pangan umumnya didominasi oleh tanah
Podsolik Merah Kuning ber-pH rendah. Pada tanah-tanah tersebut kelarutan Al
yang tinggi dapat menjadi faktor pembatas utama bagi pertumbuhan dan produksi
tanaman (Partohardjono et al. 1997). Gejala keracunan Al yang sangat nyata
adalah penghambatan perpanjangan akar primer dan sekunder sehingga akar
menjadi kerdil dan mengalami panghambatan penyerapan hara dan air (Taylor
1988; Marschner 1995). Selain itu gejala keracunan Al juga disertai gejala-gejala
kelainan pada daun sehingga mengakibatkan turunnya produksi padi (Hutabarat
1991). Untuk menanggulangi masalah pada tanah asam tersebut dapat dilakukan
dengan cara memperbaiki struktur tanah melalui pengapuran. Akan tetapi langkah
ini bukan merupakan pilihan yang tepat karena selain tidak efisien juga dapat
menimbulkan polusi bagi lingkungan. Pendekatan lain yang lebih efisien dan
ramah lingkungan adalah dengan menggunakan varietas tanaman yang mampu
beradaptasi terhadap berbagai cekaman tanah asam dan cekaman Al
(Purnamaningsih dan Mariska 2003). Oleh karena itu, perlu dikembangkan
varietas padi gogo yang toleran terhadap keracunan Al (Sanusi
& Mugiono
1991).
Perkembangan pemuliaan padi gogo di Indonesia relatif lebih lambat
dibandingkan padi sawah. Hal ini terbukti dengan sedikitnya jumlah varietas padi
gogo yang telah dilepas oleh Departemen Pertanian (Sutisna & Mugiono 1991).
Usaha perbaikan varietas padi gogo antara lain diarahkan untuk mendapatkan
varietas yang mampu beradaptasi terhadap lahan bermasalah (Dwimahyani 1991),
seperti lahan asam yang memiliki kelarutan Al tinggi. Beberapa aksesi varietas
padi gogo subspesies indica yang dapat dipilih sebagai sumber toleransi terhadap
cekaman Al antara lain Hawara Bunar, Sigundil, Grogol, Seratus Malam, Krowal,
Ketombol, Sgiliti, Mendali, Banih Kuning, Bakka Turuy, Cempo, ITA 24764, dan
CT 6510-24-1-3 (Purwoko et al. 2005; Jagau 2000; Suparto 1999; Asfarudin
1997).
Pengembangan varietas padi dapat ditempuh dengan berbagai metode,
antara lain persilangan konvensional, induksi mutasi, keragaman somaklonal, dan
seleksi in vitro (Purnamaningsih & Mariska 2008). Dalam bidang pemuliaan
3
tanaman, teknik mutasi dapat digunakan untuk meningkatkan keragaman genetik
sehingga memungkinkan pemulia melakukan seleksi genotipa tanaman sesuai
dengan tujuan pemuliaan yang dikehendaki. Mutasi induksi dapat dilakukan pada
tanaman dengan perlakuan bahan mutagen tertentu terhadap organ reproduksi
tanaman seperti biji, stek batang, serbuk sari, akar rhizome, juga kalus hasil
kultur jaringan. Bahan mutagen yang sering digunakan dalam penelitian
pemuliaan tanaman digolongkan menjadi dua kelompok yaitu mutagen kimia
(chemical mutagen) dan mutagen fisik (physical mutagen). Mutagen fisik dapat
bersifat sebagai radiasi pengion (ionizing radiation), termasuk diantaranya adalah
sinar-X, sinar gamma, sinar beta, neutron, dan partikel dari aselerator, yang dapat
melepas energi (ionisasi), begitu melewati atau menembus materi yang diradiasi.
Adanya keragaman genetik akibat radiasi dari sinar gamma membuka
peluang yang lebih luas bagi kemajuan pemuliaan tanaman sehingga diperoleh
beberapa sifat yang diinginkan dan dapat diwariskan. Benih padi yang
diperlakukan dengan radiasi dari sinar gamma selain mengalami perubahan
genetik juga dapat mengalami perubahan fisiologis pada generasi M0. Makin
besar dosis radiasi dari sinar gamma makin besar pula perubahan genetik yang
ditimbulkannya (Ratma 1988). Oleh karena itu diharapkan pada dosis radiasi
tertentu akan dapat menyebabkan mutasi pada padi.
Penelitian dengan induksi radiasi sinar gamma pada tanaman padi telah
banyak dilakukan. Sampai akhir tahun 2006 BATAN telah menghasilkan 13
varietas padi sawah, yaitu varietas Atomita 1, 2, 3, 4, Cilosari, Meraoke, Woyla,
Kahayan, Winongo, Diah Suci, Yuwono, Mayang dan terakhir adalah Mira yang
merupakan padi sawah dan satu varietas padi gogo yaitu Situ Gintung.
Perumusan Masalah
Induksi mutasi pada padi untuk mendapatkan varietas unggul sudah
banyak dilakukan, diantaranya untuk mendapatkan mutan yang mempunyai sifat
tahan terhadap penyakit, umur genjah dan produktivitas lebih baik dari plasma
nutfah asal. Sampai saat ini belum ada varietas padi toleran Al hasil induksi
mutasi. Induksi mutasi pada padi sensitif dan toleran Al melalui radiasi sinar
gamma dilanjutkan penapisan dengan kultur hara merupakan metode seleksi yang
4
cepat untuk mengidentifikasi galur-galur yang berubah toleransinya terhadap Al.
Kombinasi induksi mutasi dan metode seleksi melalui kultur hara pada padi
varietas IR64 (varietas sensitif Al) dan Hawara Bunar (varietas toleran Al) belum
pernah diteliti, oleh karena itu perlu dilakukan kajian mengenai perubahan
toleransi Al pada kedua varietas padi yang berbeda tingkat toleransinya terhadap
Al tersebut.
Varietas padi yang berubah toleransinya terhadap Al dapat digunakan baik
dalam pemuliaan tanaman padi maupun dalam mempelajari mekanisme toleransi
tanaman padi terhadap Al. Varietas IR64 yang menjadi toleran terhadap Al tetapi
tidak berubah sifat agronomisnya dapat digunakan dalam pengembangan varietas
padi toleran Al setelah melalui tahapan pengujian konsistensi toleransi Al.
Sebaliknya varietas Hawara Bunar yang menjadi sensitif Al dapat dikembangkan
menjadi isoline yang dapat digunakan sebagai sumber tanaman untuk mengisolasi
gen toleransi terhadap Al.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk menginduksi mutasi pada padi varietas
IR64 (sensitif Al) dan HB (toleran Al) dengan radiasi sinar gamma
60
Co untuk
mendapatkan galur padi yang berubah toleransinya terhadap cekaman Al.
TINJAUAN PUSTAKA
Kondisi Cekaman Aluminium pada Lahan
Pembukaan areal pertanian di luar Jawa, khususnya tanaman pangan di
lahan kering ditujukan pada jenis tanah Podsolik Merah Kuning dengan luas areal
31,7 juta ha (23,5%) dari luas tanah asam (Leiwakabessy 1988). Kendala utama
yang dihadapi dalam pengembangan tanah asam untuk meningkatkan produksi
padi gogo adalah pH rendah dan kandungan Al tinggi (Kochian 1995), kendala
fisiko-kimia diantaranya kahat hara makro N, P, K, Ca, Mg, dan mikro Mo, Cu,
Zn, kandungan bahan organik rendah, dan sangat peka terhadap erosi
(Roesmarkan et al. 1992), serta mikroba tanah kurang aktif (Gunn et al. 1988;
Soepardi 1988).
Kekahatan hara pada tanah asam terjadi karena sebagian daerah jerapan
pada mineral liat dikuasai oleh Al dengan menggantikan Mg dan Ca. Aluminium
yang ada pada daerah jerapan juga dapat menjerap P dan Mo dengan kuat.
(Marschner 1995) sehingga P dan Mo tidak tersedia bagi tanaman. Menurut
Marschner (1995) lebih dari 70% tanah asam tropis mengalami defisiensi Ca dan
Mg karena memiliki kapasitas fiksasi P yang sangat tinggi.
Pada lahan dengan tingkat kemasaman tinggi, pertumbuhan tanaman
dihambat oleh ion-ion logam seperti Al, Fe dan Mn. Namun diantara ion-ion
tersebut Al merupakan faktor penghambat utama bagi pertumbuhan dan bersifat
racun bagi tanaman. Keracunan Al juga dapat menurunkan dan merusak sistem
perakaran yang menyebabkan tanaman rentan terhadap cekaman kekeringan dan
mengalami defisiensi unsur hara.
Respon Fisiologis Tanaman terhadap Cekaman Al
Keracunan Al merupakan faktor utama yang menghambat pertumbuhan
tanaman pada tanah asam. Pada pH rendah bentuk Al yang utama adalah Al3+
yang merupakan bentuk Al paling beracun bagi tanaman (Delhaize & Ryan 1995).
Keracunan Al bagi tanaman dapat terjadi baik secara langsung dalam
menghambat pertumbuhan akar maupun secara tidak langsung mengganngu
pengambilan, transpor dan penggunaan hara dan air (Ma 2000; Kochian et al.
6
2004). Penghambatan pertumbuhan akar telah dilaporkan pada banyak tanaman
seperti padi (Sivaguru & Paliwal 1993), dan gandum (Delhaize et al. 1993). Oleh
karena itu parameter pertumbuhan akar pada kondisi cekaman Al biasanya
digunakan untuk menilai toleransi suatu tanaman terhadap keracunan Al (Delhaize
& Ryan 1995).
Pada akar tanaman yang mendapat perlakuan Al dengan konsentrasi
rendah, hanya apoplas dan dinding sel saja yang dipengaruhi oleh Al (Ma 2000).
Kerusakan tanaman oleh Al diawali dengan gangguan pada tudung akar yang
mempunyai sinyal gaya gravitasi dan merupakan sumber pengatur hormon
endogen pertumbuhan. Sebagian besar Al di akar berada pada bagian luar dinding
sel kortek. Sebagian besar Al di akar berada dalam dinding sel bagian luar kortek.
Pemelaran dan kelenturan dinding sel merupakan prasyarat yang diperlukan untuk
pembesaran dan pemanjangan sel. Interaksi Al dengan gugus karboksil dari
senyawa pektat dinding sel menggantikan kation penstabil dinding sel seperti Ca.
Hal ini mengakibatkan pemelaran dan kelenturan dinding sel menurun sehingga
pembelahan sel terhambat dan pertumbuhan akar juga terhambat (Matsumoto
2000; Kochian et al. 2005).
Aluminium tidak hanya mempengaruhi dinding sel tetapi juga
mengakibatkan kerusakan struktur membran plasma akar. Salah satu penyebab
kerusakan akar oleh ion polimer Al adalah terbentuknya ikatan antara polimer Al
dengan membran plasma akar yang menyebabkan kerusakan pada membran dan
kebocoran K+ dari sel akar (Matsumoto et al. 1992; Ishikawa & Wagatsuma
1998). Interaksi Al dengan senyawa lipid dan protein membran dapat memicu
peroksidasi lipid sehingga sel kehilangan integritas membran plasma (Yamamoto
et al. 2003). Padi varietas IR64 yang sensitif Al mengalami peroksidasi lipid lebih
tinggi dibanding padi Hawara Bunar yang toleran Al ketika mendapat cekaman
Al (Wahyuningsih, 2009).
Secara morfologi akar yang mengalami keracunan Al umumnya pendek
gemuk (stubby) dan rapuh. Ciri ini merupakan akibat terhambatnya pemanjangan
akar utama dan lateral melalui dua mekanisme; (1) penghambatan pemanjangan
sel akar, dan (2) penghambatan pembelahan sel akar (Tan et al. 1993). Meristem
akar merupakan tempat utama terjadinya keracunan Al (Delhaize & Ryan 1995).
7
Mekanisme Toleransi Tanaman terhadap Cekaman Aluminium
Spesies tanaman tertentu dapat bertahan hidup pada tanah asam karena
mempunyai mekanisme untuk mentolerir kelebihan Al yang ada pada media
tanam. Taylor (1991) dan Kochian (1995) mengelompokan mekanisme toleransi
tanaman terhadap cekaman Al menjadi : (1) mekanisme eksternal (pengusiran Al),
dan (2) mekanisme internal. Perbedaan utama antara dua mekanisme tersebut
adalah tempat detoksifikasi Al, yaitu di apoplas untuk mekanisme eksternal dan di
simplas untuk mekanisme internal.
Pada mekanisme eksternal, Al dicegah agar tidak melintasi membran
plasma dan masuk ke simplas. Mekanismenya adalah selektivitas membran
plasma terhadap pengambilan Al, peningkatan pH rizosfer, imobilisasi Al di
dinding sel dan pelepasan asam organik sebagai ligan pengkelat Al. Sejumlah
tanaman dapat melepaskan asam organik terutama malat, sitrat, dan oksalat dari
akar dalam merespon keracunan Al (Ma 2000). Mekanisme toleransi Al eksternal
diantaranya pada tanaman padi dan kedelai. Hasil penelitian Kasim et al. (2001)
melaporkan bahwa tanaman kedelai mampu mensekresikan asam sitrat sebagai
mekanisme eksternal dalam menghadapi cekaman Al. Pada tanaman padi, asam
malat dan sitrat disekresikan dari akar ketika mendapat cekaman Al. Padi varietas
Hawara Bunar yang toleran Al mensekresikan kedua jenis asam organik tersebut
tiga kali lebih tinggi dibanding padi varietas IR64 yang sensitif Al ketika
mendapat cekaman Al 15 ppm selama 24 hingga 72 jam (Martiansyah 2008;
Wahyuningsih 2009). Akan tetapi hasil penelitian Ma et al. (2000) menunjukkan
hasil yang berbeda dimana sekresi asam sitrat mengalami peningkatan baik pada
varietas yang sensitif maupun toleran Al, sehingga sekresi asam sitrat tidak dapat
membedakan secara nyata antara varietas yang sensitif dan toleran cekaman Al
(Ma et al. 2002).
Pada mekanisme internal, tanaman membiarkan Al masuk ke dalam
simplas dan tidak memperlihatkan gejala keracunan. Mekanismenya meliputi
pengkelatan Al di sitosol, mengurung Al dalam vakuola, sintesis protein pengikat
Al, penurunan aktivitas beberapa enzim, dan induksi akumulasi protein tertentu.
Mekanisme toleransi Al internal umumnya dimiliki oleh spesies tanaman
8
pengakumulasi Al, seperti tanaman teh (Camelia sinensis L.) dan melastoma
(Melastoma sp).
Pemanfaatan Tanah Asam dengan pH Rendah
Pada tanah asam terdapat kendala sulfat masam, yakni adanya sulfat
terlarut dengan konsentrasi tinggi dan dapat meracuni tanaman. Pada tanah asam
terdapat kendala kimia yang secara individual atau interaksi dapat menekan
pertumbuhan tanaman dan yang lebih berperan menekan pertumbuhan tanaman
bukan pH rendah tetapi keracunan dan atau kekurangan unsur hara mineral
(Marschner 1995). Swasti (2004) melaporkan bahwa pada kondisi tanah asam
selain mengalami cekama Al juga kekurangan hara P. Kondisi lahan seperti ini
dapat diatasi melalui dua pendekatan, yaitu (1) pendekatan masukan tinggi dengan
pengapuran dan pemupukan, dan (2) pendekatan masukan rendah dengan
menggunakan galur-galur atau varietas tanaman toleran Al dan efisien P. Cara
yang kedua dianggap lebih efisien untuk menanggulangi kendala pengembangan
tanah asam dengan meminimalkan pengapuran untuk meningkatkan pH tanah.
Perbaikan Varietas Padi Toleran Al pada Tanah Asam
Di Indonesia perakitan varietas unggul padi yang toleran Al merupakan
salah satu prioritas untuk menghasilkan tanaman padi yang mampu beradaptasi
pada tanah asam (Partohardjono et al. 1997). Teknik perakitan varietas unggul
dapat dilakukan melalui dua cara, yaitu (1) secara konvensional melalui
persilangan dari berbagai tetua yang memiliki sifat toleran terhadap keracunan Al,
dan (2) secara non konvensional yang salah satunya melalui penggunaan
teknologi nuklir yang diharapkan dapat mempercepat proses pemuliaan pada masa
yang akan datang. Teknologi nuklir dengan cara radiasi pada dosis yang tepat
sudah mampu menghasilkan tanaman yang memiliki sifat berbeda dengan
induknya pada generasi M0. Radiasi dengan sinar gamma umumnya digunakan
dalam pemuliaan mutasi untuk mendapatkan keragaman genetik (Harsanti &
Ishak 1999).
Usaha perbaikan varietas padi gogo antara lain untuk mendapatkan padi
genjah, meningkatkan potensi hasil, ketahanan terhadap kendala utama seperti
9
penyakit blas (Pyricularia orizae L.) dan adaptasi terhadap lahan bermasalah
(Soejono 2003). Beberapa padi gogo lokal di Indonesia sperti Grogol, Krowal dan
Hawara Bunar mempunyai kemampuan dapat tumbuh dan bereproduksi dalam
kondisi tercekam aluminium (Al) pada tanah asam. Sedangkan IR64 merupakan
galur padi sawah yang sensitif Al (Khatiwada et al. 1996; Suparto 1999; Jagau
2000).
Beberapa penelitian untuk mendapatkan galur padi gogo toleran Al dengan
menggunakan metode yang berbeda sudah dilaksanakan. Hasil penelitian Swasti
(2004)
untuk
mendapatkan
galur
padi
gogo
yang
efisien
P,
dan
Trikoesoemaningtyas (2002) padi gogo efisien K dalam cekaman Al. Bakhtiar
(2007) melakukan penapisan padi gogo menggunakan kultur anter untuk toleransi
Al dan ketahanan terhadap panyakit blas, dan Edi (2004) meningkatkan toleransi
Al pada padi menggunakan kombinasi keragaman somaklonal dan radiasi dengan
sinar gamma.
Beberapa ciri morfologi yang dapat diamati pada galur padi gogo toleran
Al seperti Hawara Bunar adalah batang yang mendukung bulir berwarna putih,
warna lamina daun hijau tua, jumlah anakan pada tanaman dewasa (umur 4 bulan)
paling banyak 4 anakan dan memiliki postur tanaman yang tinggi (Jagau 2000).
Varietas IR64 yang sensitif Al merupakan padi sawah, mempunyai bentuk biji
panjang, tinggi tanaman lebih rendah daripada Hawara Bunar, jumlah anakan
pada tanaman dewasa (umur 4 bulan) sekitar 10 anakan, warna lamina daun hijau
dan waktu berbunganya lebih cepat 12 – 14 hari daripada Hawara Bunar (Jagau
2000).
Mutasi
Mutasi adalah perubahan yang terjadi pada materi genetik yang dapat
menyebabkan perubahan ekspresi. Perubahan dapat terjadi pada tingkat pasangan
basa, tingkat satu ruas DNA, bahkan pada tingkat kromosom (Jusuf 2001). Mutasi
dapat terjadi pada setiap bagian dan pertumbuhan tanaman, namun lebih banyak
pada bagian yang sedang aktif mengadakan pembelahan sel, misalnya tunas dan
biji yang sedang berkembang. Bila mutasi terjadi pada sel somatik, maka
perubahan hanya pada bagian sel tersebut dan tidak diwariskan. Sedang bila
10
mutasi terjadi pada organ generatif, maka akan diwariskan pada generasi
berikutnya (Poespodarsono 1986).
Mutasi atau perubahan struktur gen dapat dideteksi dengan melihat
perubahan pada tingkat struktur gen atau perubahan pada tingkat ekspresinya.
Untuk melihat perubahan tersebut dapat dilakukan dengan membandingkan antara
mutan dan tipe liarnya. Secara garis besar penampilan mutan dapat dibedakan dari
tipe liarnya dengan tiga cara : perbedaan morfologi, perbedaan tingkat kimia dan
perbedaan tingkat adaptasi terhadap lingkungan tumbuh. Hasil mutasi yang paling
mudah dilihat ialah bila terjadi perubahan bentuk, ukuran atau warna (Jusuf,
2001). Mutasi dapat terjadi secara spontan dan induksi. Induksi dengan bahan
kimia dan radiasi merupakan salah satu cara yang paling efisien (Djojosoebagio
1988).
Mutasi dapat terjadi pada tingkat gen maupun kromosom. Jika perubahan
hanya mengenai satu gen maka disebut mutasi gen atau mutasi titik (point
mutation). Jika perubahan mengenai lebih dari satu gen disebut mutasi kromosom
(Jusuf 2001). Mutasi titik dalam suatu gen dapat terjadi karena substitusi pasangan
basa, penyisipan (insersi), atau pengurangan (delesi) pasangan basa. Mutasi
kromosom dapat terjadi karena perubahan jumlah kromosom atau perubahan
struktur kromosom. Perubahan struktur kromosom dimana jumlah kromosom
tetap tetapi terjadi perubahan komposisi dan susunan bahan kromosom, yaitu
delesi, duplikasi, inversi dan translokasi (Griffiths et al. 2005; Campbell et al.
2002).
Beberapa cara untuk memperluas keragaman genetik untuk bahan seleksi
adalah dengan cara mengumpulkan material koleksi lokal, introduksi dari luar
negeri, persilangan, dan dengan mutasi buatan. Mutasi buatan pada hakekatnya
adalah upaya untuk meningkatkan frekuensi terjadinya mutasi. Mutasi buatan
tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan bahan fisik seperti radiasi dan
bahan kimia. Sumber radiasi yang sering digunakan adalah sinar X, sinar gamma
dari Cobalt-60, sinar beta dari radioisotop dan sinar neutron dari reaktor atom
yang mudah diaplikasikan dan menghasilkan frekuensi mutasi yang tinggi
(Poespodarsono 1986). Teknik mutasi penting dalam meningkatkan produksi padi
di Asia Pasifik, kurang lebih 434 mutan padi telah dilepas, dan sebanyak 225
11
(67%)
mutan yang didapatkan diantaranya menggunakan sinar gamma
(Ahloowalia et al. 2004).
Penerapan mutasi induksi di Indonesia dimulai tahun 1967 setelah
berdirinya instalasi sinar gamma yang bersumber dari Cobalt-60 di Pusat Aplikasi
Teknologi Isotop dan Radiasi (PATIR) BATAN di Pasar Jum’at Jakarta. Prioritas
kegiatan diarahkan pada perbaikan varietas padi, yakni umur genjah, tanaman
agak pendek, tahan terhadap serangan patogen dan kekeringan serta kualitas biji
disukai oleh konsumen (Soejono 2003).
Sinar Gamma
Radiasi sinar gamma merupakan radiasi ionisasi yang banyak digunakan
pada penelitian biologis, bentuk radiasi ini dapat menembus sel-sel dan jaringan
dengan mudah karena mempunyai daya tembus tinggi (Poespodarsono 1986).
Sinar gamma merupakan salah satu mutagen fisik yang memiliki panjang
gelombang pendek dengan energi yang sangat besar. Sumber radiasi sinar gamma
berasal dari Cobalt-60 atau Cesium-137 (Herawati & Setiamihardja 2000).
Menurut Soejono (2003) dosis radiasi yang diberikan untuk mendapatkan
mutan tergantung pada jenis tanaman, fase tumbuh, ukuran, kadar air, dan bahan
yang akan dimutasi. Pada umumnya dosis radiasi dibagi menjadi tiga, yaitu tinggi
(>10 kGy), sedang (1 – 10 kGy) dan rendah (< 1 kGy). Perlakuan radiasi sinar
gamma pada tanaman padi mengakibatkan beberapa gen dapat termutasi dalam
waktu bersamaan, karena mutagen yang diperlakukan pada jaringan atau sel akan
mengenai sasaran secara random (Ishak 1997). Radiasi sinar gamma pada biji padi
dapat mengakibatkan mutasi pada berbagai segmen kromosom dari sel embrio
seperti daerah “scutelum” dan sumbu embrio. Perlakuan radiasi ini diharapkan
dapat menyebabkan terjadinya variasi genetik yang luas diantara individu
tanaman. Keragaman genetik yang luas ini akan memberikan peluang untuk
mendapatkan karakter tanaman yang diinginkan dalam proses seleksi. Hal ini akan
membantu program pemuliaan untuk mendapatkan tanaman yang unggul.
Efektivitas radiasi yang diberikan pada tanaman dipengaruhi oleh faktor
lingkungan dan faktor biologi. Faktor lingkungan terdiri dari oksigen, kadar air,
12
suhu, sedangkan faktor biologi meliputi volume inti dan faktor genetik yaitu
adanya perbedaan kepekaan terhadap radiasi (Ismachin 1988).
Hasil penelitian Mugiono & Rustandi (1991) memberi gambaran bahwa
penerapan teknik mutasi induksi untuk mendapatkan varietas padi berumur genjah
mempunyai peluang besar untuk berhasil. Penggunaan radiasi dengan dosis 0.2 –
0.3 kGy memberikan hasil yang terbaik untuk mendapatkan mutan genjah pada
padi varietas Cisadane.
BAHAN DAN METODE
Bahan Penelitian
Bahan tanaman yang digunakan adalah benih padi varietas IR64 (sensitif
Al) dan Hawara Bunar (toleran Al). Bahan kultur hara u