Induksi variasi somaklonal dan seleksi in vitro kalus embriogenik jahe (Zingiber officinale Rosc.) menggunakan filtrat bakteri ralstonia solanacearum untuk ketahanan terhadap bakteri layu
INDUKSI VARIASI SOMAKLONAL DAN SELEKSI IN VITRO
KALUS EMBRIOGENIK JAHE (Zingiber officinale Rosc.)
MENGGUNAKAN FILTRAT BAKTERI Ralstonia solanacearum
UNTUK KETAHANAN TERHADAP BAKTERI LAYU
MEYNARTI SARI DEWI IBRAHIM
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
PERNYATAAN MENGENAI TESIS
DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis dengan judul Induksi Variasi
Somaklonal dan Seleksi In Vitro Kalus Embriogenik Jahe (Zingiber officinale Rosc.)
Menggunakan Filtrat Bakteri Ralstonia solanacearum Untuk Ketahanan Terhadap
Bakteri Layu adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi
yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka pada akhir tesis ini.
Bogor, Februari 2009
Meynarti Sari Dewi Ibrahim
NRP A151060051
ABSTRACT
Meynarti Sari Dewi Ibrahim. Somaclonal variation induction and embryogenic
callus in vitro selection of ginger (Zingiber officinale Rosc.) using Ralstonia
solanacearum filtrate for bacterial wilt resistance. Supervised by Dr.Ir. Nurul
khumaida, MSi. as chairman, Dr. Otih Rostiana MSc, and Dr.Ir. Supriadi MSc.
as members.
Bacterial wilt disease caused by Ralstonia solanacearum is one of the most
important diseases in ginger (Zingiber officinale Rosc.). It often cause significant
yield lost. Various controlling techniques are not able to overcome the constraint
optimally. This is because of unavailability of resistant ginger cultivar. The major
constraints in obtaining R. solanacearum resistant ginger variety are the lack of
resistant gene (narrow genetic stock), physiological barrier due to the self
incompatibility, and low pollen fertility that cause difficulty in conventional cross
breeding. Therefore, genetic variability enhancement has to be carried out to obtain
ginger variety resistant to diseases. Somaclonal variation induction during the in vitro
callus culture especially by applying selective medium as bacterial filtrate, could be
effective method for generating somaclones resistant to certain diseases. In this study,
R. solanacearum filtrate was applied as selective medium for ginger callus culture.
The purposes of this study were obtaining (1) the concentration of R. solanacearum
filtrate which could induce and selective embryogenic calli variability in ginger and
(2) new resistant calli variant. This research was conducted in 5 stages: 1) the
induction of embryogenic calli, 2) the analysis of embryogenic calli, 3) the induction
of ginger calli resistance against bacterial wilt through stratified selective medium
approach (filtrate concentration 0-50%), 4) the analysis of calli salicylic acid content,
and 5) the histological analysis of selected calli. The use of R. solanacearum filtrate
as selection agent in ginger in vitro culture medium has caused changes in calli color
from yellowish-white into blackish-brown. The increase of R. solanacearum filtrate
concentration at the 1st and 2nd selection stages decreased the calli weight and
diameter, globular embryo number and torpedo embryo number. The calli
histological analysis showed the damage symptom especially in calli protoderm layer.
The increase of R. solanacearum filtrate concentration has caused the increase of calli
salicylic acid content. The consentration of R. solanacearum filtrat at 0.3% - 2% at
the 1st selection medium and 3% - 20% at the 2nd selection could induce and select the
resistant embryogenic calli of ginger.
Keywords: Ginger (Zingiber officinale), Somaclonal variation, R.solanacearum
filtrate, In vitro selection
RINGKASAN
MEYNARTI SARI DEWI IBRAHIM. Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In
Vitro Kalus Embriogenik Jahe (Zingiber officinale Rosc.) Menggunakan Filtrat
Bakteri Ralstonia solanacearum Untuk Ketahanan Terhadap Bakteri Layu.
Dibimbing oleh Dr.Ir.Nurul Khumaida, MSi, Dr.Otih Rostiana, MSc. dan
Dr.Ir.Supriadi, MSc.
Penyakit layu bakteri yang disebabkan oleh Ralstonia solanacearum
merupakan salah satu penyakit penting pada tanaman jahe (Zingiber officinale Rosc.)
yang seringkali menyebabkan kehilangan hasil. Berbagai teknik pengendalian, baik
dengan menggunakan antibiotik (agrimicin, agrept), mikroba antagonis (Bacillus
subtillis, Pseudomonas fluorescens, P. putida, P. cepacia) maupun kultur teknis
anjuran, belum mampu mengatasi kendala tersebut secara optimal. Hal ini
dikarenakan belum ada varietas jahe tahan terhadap R. solanacearum. Kendala utama
untuk memperoleh varietas jahe tahan terhadap R. solanacearum adalah terbatasnya
sumber gen ketahanan (narrow genetic stock) dan hambatan fisiologis karena adanya
sifat inkompatibilitas sendiri (self-incompatibility), serta rendahnya fertilitas polen
sehingga persilangan konvensional sulit dilakukan. Karena itu upaya untuk
memperoleh varietas jahe tahan penyakit perlu dilakukan dengan meningkatkan
ketahanan secara inkonvensional. Induksi variasi somaklonal dan seleksi in vitro
kalus embriogenik menggunakan filtrat merupakan salah satu metode yang dapat
digunakan untuk meningkatkan ketahanan. Tujuan Penelitian adalah ; (1)
Mendapatkan konsentrasi filtrat R. solanacearum yang dapat menginduksi dan
menyeleksi ketahanan kalus embriogenik jahe, dan (2) Mendapatkan varian kalus
baru yang memiliki ketahanan terhadap filtrat R. solanacearum.
Penelitian dilaksanakan lima tahap. Tahap 1 dilakukan untuk mendapatkan
kalus embriogenik, tahap 2 menganalisis kalus embriogenik, tahap 3 untuk
menginduksi dan menyeleksi ketahanan kalus jahe terhadap penyakit layu bakteri
yang dilakukan dengan menggunakan medium selektif secara bertingkat (konsentrasi
filtrat 0 - 50%), tahap 4 menganalisis kandungan asam salisilat pada kalus, dan tahap
5 menganalisis histologi kalus.
Sebanyak 300 meristem (inner shoot bud) dari mata tunas aksilar jahe putih
besar var. Cimanggu-I berumur 3 minggu digunakan sebagai sumber eksplan. Kalus
embriogenik diinduksi dengan mengkulturkan meristem aseptik di dalam medium MS
(Murashige and Skoog) dengan penambahan 2% sukrosa, 100 mg/l glutamin, 1,0 mg/l
2,4-D dan 3,0 mg/l BA. Kalus embriogenik yang berumur 8 minggu lalu disubkultur
ke media yang sama untuk memperoleh kalus embriogenik dalam kuantitas yang
cukup banyak dan respon induksi kalus embriogenik yang lebih seragam. Kalus ini
digunakan pada tahapan seleksi dengan menggunakan filtrat bakteri R. solanacearum.
Metode seleksi yang digunakan adalah seleksi bertingkat, yaitu pada setiap
tingkat seleksi konsentrasi filtrat ditingkatkan 10 kali dari konsentrasi awal. Pada
seleksi tingkat pertama, konsentrasi filtrat R. solanacearum yang ditambahkan; 0%,
0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4%, 0,5%, 1%, 2%, 3%, 4%, dan 5%. Kalus yang bertahan
hidup disubkultur ke dalam medium MS (tanpa filtrat) untuk tahapan pemulihan.
Kalus kemudian disubkultur ke media seleksi tahap kedua dengan konsentrasi filtrat;
0%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, dan 50%. Kalus yang bertahan
hidup disubkultur kembali ke dalam medium MS (tanpa filtrat). Masing-masing
tahapan seleksi dilakukan selama 3 minggu.
Analisis histologi kalus dilakukan dengan menggunakan metode Nakamura
(1995). Histologi kalus dilakukan pada saat sebelum dan setelah seleksi kalus dengan
filtrat R. solanacearum (setelah tahapan pemulihan kedua). Sementara kandungan
asam salisilat dilihat pada saat kalus telah diperlakukan dengan filtrat R.
solanacearum. Analisis kandungan asam salisilat dalam jaringan kalus ditentukan
dengan metode
Bevilacgua & Califano (1989) menggunakan HPLC (High
Performance Liquid Chomography).
Peubah yang diamati meliputi: Jumlah kalus yang terbentuk (%), morfologi
kalus, bobot segar kalus, diameter kalus, kematian kalus, histologi kalus dan
kandungan asam salisilat. Penelitian menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL)
dengan 10 ulangan. Rancangan perlakuan yang digunakan adalah faktor tunggal,
yaitu konsentrasi filtrat bakteri patogen (R. solanacearum). Pengujian hipotesis
dilakukan dengan uji F pada taraf 5%. Sebagai uji lanjut dari uji F, digunakan Uji
Jarak Berganda Duncan (UJGD) pada taraf 5%.
Hasil penelitian memperlihatkan penggunaan filtrat R. solanacearum di
dalam medium kultur in vitro jahe pada seleksi tahap pertama dan kedua
menyebabkan terjadinya perubahan warna kalus dari putih kekuningan menjadi
kuning kecoklatan dan coklat kehitaman. Berat dan diameter kalus, jumlah embrio
globular serta jumlah embrio torpedo berkurang secara nyata setelah perlakuan filtrat
R. solanacearum pada seleksi tahap pertama maupun kedua seiring dengan bertambah
tingginya konsentrasi filtrat R. solanacearum.
Hasil histologi kalus memperlihatkan bahwa kalus yang diberi perlakuan
filtrat R. solanacearum 40% dan 50% menunjukkan adanya gejala kerusakan
(nekrosis). Kerusakan terutama tampak pada bagian lapisan protroderm kalus.
Kandungan asam salisilat dalam kalus meningkat sejalan dengan meningkatnya
konsentrasi filtrat R. solanacearum yang diberikan dengan kandungan asam salisilat
tertinggi (75,27 ppm) dijumpai pada perlakuan filtrat 50% dan terendah (41,15) pada
media tanpa perlakuan filtrat.
Berdasarkan perbedaan morfologi kalus (warna kalus), perubahan fisiologis
sel (pengerutan sel dan sel nekrosis), perubahan karakter kuantitatif (jumlah embrio
globular, jumlah embrio torpedo), dan perubahan biokimia (kandungan asam salisilat)
pada kalus setelah diperlakukan dengan filtrat R.solanacearum diduga telah diperoleh
varian-varian kalus baru yang tahan filtrat R.solanacearum.
Konsentrasi filtrat R. solanacearum yang mampu menginduksi dan
menyeleksi kalus embriogenik jahe berkisar antara 0,3% sampai 2% dari volume
medium seleksi kalus pada seleksi tahap 1 dan 3% sampai 20% pada seleksi tahap 2.
Pada kisaran konsentrasi tersebut terjadi penurunan pertumbuhan kalus dan
peningkatan asam salisilat yang nyata didalam sel, tetapi kalus masih mampu
berdeferensiasi pada tahap perkembangan selanjutnya.
Kata Kunci : Jahe (Zingiber officinale Rosc.), Variasi somaklonal, Seleksi In vitro,
Filtrat R.solanacearum
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2009
Hak Cipta dilindungi Undang-undang
1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumber
a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian,
penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau
tinjauan suatu masalah
b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB
2. Dilarang mengumpulkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis
dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
INDUKSI VARIASI SOMAKLONAL DAN SELEKSI IN VITRO
KALUS EMBRIOGENIK JAHE (Zingiber officinale Rosc.)
MENGGUNAKAN FILTRAT BAKTERI Ralstonia solanacearum
UNTUK KETAHANAN TERHADAP BAKTERI LAYU
MEYNARTI SARI DEWI IBRAHIM
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Departemen Agromomi dan Hortikultura
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
Judul Tesis
: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Kalus Embriogenik
Jahe (Zingiber officinale Rosc.) Menggunakan
Filtrat Bakteri
Ralstonia solanacearum Untuk Ketahanan Terhadap Bakteri Layu
Nama
: Meynarti Sari Dewi Ibrahim
Nomor Pokok
: A151060051
Disetujui
Ketua Komisi Pembimbing
Dr.Ir. Nurul Khumaida, MSi.
Ketua
Dr.Otih Rostiana, MSc.
Anggota
Dr.Ir.Supriadi, MSc.
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Agronomi
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr.Ir.Munif Ghulamahdi, MS.
Prof.Dr.Ir.Khairil A.Notodiputro, MS.
Tanggal Ujian : 19 Februari 2009
Tanggal Lulus :
PRAKATA
Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala
karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan karya
ilmiah yang menjadi tugas Studi Magister pada program Studi Agronomi, Institut
Pertanian Bogor.
Penghargaan dan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya penulis
sampaikan kepada Ibu Dr.Ir.Nurul Khumaida MSi, Ibu Dr.Otih Rostiana, MSc, dan
Bapak Dr.Ir.Supriadi, MSc. Selaku pembimbing yang telah banyak meluangkan
waktu memberikan masukan dan saran baik selama persiapan dan pelaksanaan
penelitian maupun penulisan hasilnya. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan
kepada Bapak Dr.Ir.Darda Efendi, MSi yang telah memberikan masukan dan saran
yang sangat berarti untuk perbaikan karya tulis ini.
Di samping itu penulis
menyampaikan terimakasih kepada Ibu Dr.Ir.Yulianti, MSc., Dra. Siti Fatimah Syaid,
teman-teman Pascasarjana angkatan 2006, seluruh staf Laboratorium Kultur Jaringan
dan Penyakit Balai Penelitian Tanaman Obat dan Aromatik, staf Laboratorium
Pengujian Balai Besar Pasca Panen, dan staf Laboratorium Mikrotehknik Departemen
Biologi, Fakultas MIPA, IPB yang telah membantu dalam menyelesaikan penelitian
ini.
Penulis menyampaikan terima kasih kepada Badan Litbang Pertanian,
Departemen Pertanian RI yang telah memberikan kesempatan dan beasiswa kepada
penulis untuk melanjutkan studi pada program Magister di sekolah Pascasarjana IPB.
Terimakasih yang mendalam penulis sampaikan kepada ibunda Siti Nadra
Sikumbang dan ayahanda Ibrahim Sulaiman yang selalu mendoakan ananda. Khusus
buat suami tercinta Abdul Majid dan Anak-anakku tersayang; Syarifah Meutiah Eka
Sari, Said Abdul Razaek, dan Said Muhammad Iqbal penulis mengucapkan
terimakasih atas pengorbanan yang begitu besar, dorogan semangat, motivasi dan doa
agar Tesis ini dapat terujud.
Akhirnya, Penulis berharap karya ilmiah ini dapat melengkapi informasi
ilmiah yang telah ada dan dapat digunakan untuk kemajuan ilmu dan teknologi
pertanian khususnya bidang pemuliaan tanaman.
Bogor, Februari 2009
Meynarti Sari Dewi Ibrahim
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Sibolga pada tanggal 19 Mei 1971 sebagai anak tunggal
dari pasangan Ibrahim Sulaiman dan Siti Nadra Sikumbang. Pendidikan Sarjana
ditempuh penulis di Program Studi Pemuliaan Tanaman, Jurusan Budidaya Pertanian,
Fakultas Pertanian, Universitas Sumatera Utara pada tahun 1989 dan lulus tahun
1994. Pada tahun 2006 penulis mendapatkan beasiswa pendidikan dari Badan Litbang
Pertanian, Departemen Pertanian untuk melanjutkan studi di Program Studi
Agronomi, Program Pascasarjana IPB.
Penulis mulai bekerja sebagai peneliti di Balai Penelitian Tanaman Rempah
dan Obat (Bogor) pada tahun 1995. Bidang penelitian yang ditekuni penulis selama
bekerja adalah bidang pemuliaan tanaman. Sejak tahun 2007 sampai sekarang penulis
bekerja di Balai Penelitian Tanaman Rempah dan Aneka Tanaman Industri
(Sukabumi).
Pada tahun 1995 penulis menikah dengan Abdul Majid dan dikaruniai tiga
orang anak, yaitu Syarifah Meutiah Eka Sari (12 th), Said Abdul Razaek (10 th), dan
Said Muhammad Iqbal (3 th).
INDUKSI VARIASI SOMAKLONAL DAN SELEKSI IN VITRO
KALUS EMBRIOGENIK JAHE (Zingiber officinale Rosc.)
MENGGUNAKAN FILTRAT BAKTERI Ralstonia solanacearum
UNTUK KETAHANAN TERHADAP BAKTERI LAYU
MEYNARTI SARI DEWI IBRAHIM
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
PERNYATAAN MENGENAI TESIS
DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis dengan judul Induksi Variasi
Somaklonal dan Seleksi In Vitro Kalus Embriogenik Jahe (Zingiber officinale Rosc.)
Menggunakan Filtrat Bakteri Ralstonia solanacearum Untuk Ketahanan Terhadap
Bakteri Layu adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi
yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka pada akhir tesis ini.
Bogor, Februari 2009
Meynarti Sari Dewi Ibrahim
NRP A151060051
ABSTRACT
Meynarti Sari Dewi Ibrahim. Somaclonal variation induction and embryogenic
callus in vitro selection of ginger (Zingiber officinale Rosc.) using Ralstonia
solanacearum filtrate for bacterial wilt resistance. Supervised by Dr.Ir. Nurul
khumaida, MSi. as chairman, Dr. Otih Rostiana MSc, and Dr.Ir. Supriadi MSc.
as members.
Bacterial wilt disease caused by Ralstonia solanacearum is one of the most
important diseases in ginger (Zingiber officinale Rosc.). It often cause significant
yield lost. Various controlling techniques are not able to overcome the constraint
optimally. This is because of unavailability of resistant ginger cultivar. The major
constraints in obtaining R. solanacearum resistant ginger variety are the lack of
resistant gene (narrow genetic stock), physiological barrier due to the self
incompatibility, and low pollen fertility that cause difficulty in conventional cross
breeding. Therefore, genetic variability enhancement has to be carried out to obtain
ginger variety resistant to diseases. Somaclonal variation induction during the in vitro
callus culture especially by applying selective medium as bacterial filtrate, could be
effective method for generating somaclones resistant to certain diseases. In this study,
R. solanacearum filtrate was applied as selective medium for ginger callus culture.
The purposes of this study were obtaining (1) the concentration of R. solanacearum
filtrate which could induce and selective embryogenic calli variability in ginger and
(2) new resistant calli variant. This research was conducted in 5 stages: 1) the
induction of embryogenic calli, 2) the analysis of embryogenic calli, 3) the induction
of ginger calli resistance against bacterial wilt through stratified selective medium
approach (filtrate concentration 0-50%), 4) the analysis of calli salicylic acid content,
and 5) the histological analysis of selected calli. The use of R. solanacearum filtrate
as selection agent in ginger in vitro culture medium has caused changes in calli color
from yellowish-white into blackish-brown. The increase of R. solanacearum filtrate
concentration at the 1st and 2nd selection stages decreased the calli weight and
diameter, globular embryo number and torpedo embryo number. The calli
histological analysis showed the damage symptom especially in calli protoderm layer.
The increase of R. solanacearum filtrate concentration has caused the increase of calli
salicylic acid content. The consentration of R. solanacearum filtrat at 0.3% - 2% at
the 1st selection medium and 3% - 20% at the 2nd selection could induce and select the
resistant embryogenic calli of ginger.
Keywords: Ginger (Zingiber officinale), Somaclonal variation, R.solanacearum
filtrate, In vitro selection
RINGKASAN
MEYNARTI SARI DEWI IBRAHIM. Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In
Vitro Kalus Embriogenik Jahe (Zingiber officinale Rosc.) Menggunakan Filtrat
Bakteri Ralstonia solanacearum Untuk Ketahanan Terhadap Bakteri Layu.
Dibimbing oleh Dr.Ir.Nurul Khumaida, MSi, Dr.Otih Rostiana, MSc. dan
Dr.Ir.Supriadi, MSc.
Penyakit layu bakteri yang disebabkan oleh Ralstonia solanacearum
merupakan salah satu penyakit penting pada tanaman jahe (Zingiber officinale Rosc.)
yang seringkali menyebabkan kehilangan hasil. Berbagai teknik pengendalian, baik
dengan menggunakan antibiotik (agrimicin, agrept), mikroba antagonis (Bacillus
subtillis, Pseudomonas fluorescens, P. putida, P. cepacia) maupun kultur teknis
anjuran, belum mampu mengatasi kendala tersebut secara optimal. Hal ini
dikarenakan belum ada varietas jahe tahan terhadap R. solanacearum. Kendala utama
untuk memperoleh varietas jahe tahan terhadap R. solanacearum adalah terbatasnya
sumber gen ketahanan (narrow genetic stock) dan hambatan fisiologis karena adanya
sifat inkompatibilitas sendiri (self-incompatibility), serta rendahnya fertilitas polen
sehingga persilangan konvensional sulit dilakukan. Karena itu upaya untuk
memperoleh varietas jahe tahan penyakit perlu dilakukan dengan meningkatkan
ketahanan secara inkonvensional. Induksi variasi somaklonal dan seleksi in vitro
kalus embriogenik menggunakan filtrat merupakan salah satu metode yang dapat
digunakan untuk meningkatkan ketahanan. Tujuan Penelitian adalah ; (1)
Mendapatkan konsentrasi filtrat R. solanacearum yang dapat menginduksi dan
menyeleksi ketahanan kalus embriogenik jahe, dan (2) Mendapatkan varian kalus
baru yang memiliki ketahanan terhadap filtrat R. solanacearum.
Penelitian dilaksanakan lima tahap. Tahap 1 dilakukan untuk mendapatkan
kalus embriogenik, tahap 2 menganalisis kalus embriogenik, tahap 3 untuk
menginduksi dan menyeleksi ketahanan kalus jahe terhadap penyakit layu bakteri
yang dilakukan dengan menggunakan medium selektif secara bertingkat (konsentrasi
filtrat 0 - 50%), tahap 4 menganalisis kandungan asam salisilat pada kalus, dan tahap
5 menganalisis histologi kalus.
Sebanyak 300 meristem (inner shoot bud) dari mata tunas aksilar jahe putih
besar var. Cimanggu-I berumur 3 minggu digunakan sebagai sumber eksplan. Kalus
embriogenik diinduksi dengan mengkulturkan meristem aseptik di dalam medium MS
(Murashige and Skoog) dengan penambahan 2% sukrosa, 100 mg/l glutamin, 1,0 mg/l
2,4-D dan 3,0 mg/l BA. Kalus embriogenik yang berumur 8 minggu lalu disubkultur
ke media yang sama untuk memperoleh kalus embriogenik dalam kuantitas yang
cukup banyak dan respon induksi kalus embriogenik yang lebih seragam. Kalus ini
digunakan pada tahapan seleksi dengan menggunakan filtrat bakteri R. solanacearum.
Metode seleksi yang digunakan adalah seleksi bertingkat, yaitu pada setiap
tingkat seleksi konsentrasi filtrat ditingkatkan 10 kali dari konsentrasi awal. Pada
seleksi tingkat pertama, konsentrasi filtrat R. solanacearum yang ditambahkan; 0%,
0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4%, 0,5%, 1%, 2%, 3%, 4%, dan 5%. Kalus yang bertahan
hidup disubkultur ke dalam medium MS (tanpa filtrat) untuk tahapan pemulihan.
Kalus kemudian disubkultur ke media seleksi tahap kedua dengan konsentrasi filtrat;
0%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, dan 50%. Kalus yang bertahan
hidup disubkultur kembali ke dalam medium MS (tanpa filtrat). Masing-masing
tahapan seleksi dilakukan selama 3 minggu.
Analisis histologi kalus dilakukan dengan menggunakan metode Nakamura
(1995). Histologi kalus dilakukan pada saat sebelum dan setelah seleksi kalus dengan
filtrat R. solanacearum (setelah tahapan pemulihan kedua). Sementara kandungan
asam salisilat dilihat pada saat kalus telah diperlakukan dengan filtrat R.
solanacearum. Analisis kandungan asam salisilat dalam jaringan kalus ditentukan
dengan metode
Bevilacgua & Califano (1989) menggunakan HPLC (High
Performance Liquid Chomography).
Peubah yang diamati meliputi: Jumlah kalus yang terbentuk (%), morfologi
kalus, bobot segar kalus, diameter kalus, kematian kalus, histologi kalus dan
kandungan asam salisilat. Penelitian menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL)
dengan 10 ulangan. Rancangan perlakuan yang digunakan adalah faktor tunggal,
yaitu konsentrasi filtrat bakteri patogen (R. solanacearum). Pengujian hipotesis
dilakukan dengan uji F pada taraf 5%. Sebagai uji lanjut dari uji F, digunakan Uji
Jarak Berganda Duncan (UJGD) pada taraf 5%.
Hasil penelitian memperlihatkan penggunaan filtrat R. solanacearum di
dalam medium kultur in vitro jahe pada seleksi tahap pertama dan kedua
menyebabkan terjadinya perubahan warna kalus dari putih kekuningan menjadi
kuning kecoklatan dan coklat kehitaman. Berat dan diameter kalus, jumlah embrio
globular serta jumlah embrio torpedo berkurang secara nyata setelah perlakuan filtrat
R. solanacearum pada seleksi tahap pertama maupun kedua seiring dengan bertambah
tingginya konsentrasi filtrat R. solanacearum.
Hasil histologi kalus memperlihatkan bahwa kalus yang diberi perlakuan
filtrat R. solanacearum 40% dan 50% menunjukkan adanya gejala kerusakan
(nekrosis). Kerusakan terutama tampak pada bagian lapisan protroderm kalus.
Kandungan asam salisilat dalam kalus meningkat sejalan dengan meningkatnya
konsentrasi filtrat R. solanacearum yang diberikan dengan kandungan asam salisilat
tertinggi (75,27 ppm) dijumpai pada perlakuan filtrat 50% dan terendah (41,15) pada
media tanpa perlakuan filtrat.
Berdasarkan perbedaan morfologi kalus (warna kalus), perubahan fisiologis
sel (pengerutan sel dan sel nekrosis), perubahan karakter kuantitatif (jumlah embrio
globular, jumlah embrio torpedo), dan perubahan biokimia (kandungan asam salisilat)
pada kalus setelah diperlakukan dengan filtrat R.solanacearum diduga telah diperoleh
varian-varian kalus baru yang tahan filtrat R.solanacearum.
Konsentrasi filtrat R. solanacearum yang mampu menginduksi dan
menyeleksi kalus embriogenik jahe berkisar antara 0,3% sampai 2% dari volume
medium seleksi kalus pada seleksi tahap 1 dan 3% sampai 20% pada seleksi tahap 2.
Pada kisaran konsentrasi tersebut terjadi penurunan pertumbuhan kalus dan
peningkatan asam salisilat yang nyata didalam sel, tetapi kalus masih mampu
berdeferensiasi pada tahap perkembangan selanjutnya.
Kata Kunci : Jahe (Zingiber officinale Rosc.), Variasi somaklonal, Seleksi In vitro,
Filtrat R.solanacearum
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2009
Hak Cipta dilindungi Undang-undang
1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumber
a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian,
penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau
tinjauan suatu masalah
b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB
2. Dilarang mengumpulkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis
dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
INDUKSI VARIASI SOMAKLONAL DAN SELEKSI IN VITRO
KALUS EMBRIOGENIK JAHE (Zingiber officinale Rosc.)
MENGGUNAKAN FILTRAT BAKTERI Ralstonia solanacearum
UNTUK KETAHANAN TERHADAP BAKTERI LAYU
MEYNARTI SARI DEWI IBRAHIM
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Departemen Agromomi dan Hortikultura
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
Judul Tesis
: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Kalus Embriogenik
Jahe (Zingiber officinale Rosc.) Menggunakan
Filtrat Bakteri
Ralstonia solanacearum Untuk Ketahanan Terhadap Bakteri Layu
Nama
: Meynarti Sari Dewi Ibrahim
Nomor Pokok
: A151060051
Disetujui
Ketua Komisi Pembimbing
Dr.Ir. Nurul Khumaida, MSi.
Ketua
Dr.Otih Rostiana, MSc.
Anggota
Dr.Ir.Supriadi, MSc.
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Agronomi
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr.Ir.Munif Ghulamahdi, MS.
Prof.Dr.Ir.Khairil A.Notodiputro, MS.
Tanggal Ujian : 19 Februari 2009
Tanggal Lulus :
PRAKATA
Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala
karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan karya
ilmiah yang menjadi tugas Studi Magister pada program Studi Agronomi, Institut
Pertanian Bogor.
Penghargaan dan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya penulis
sampaikan kepada Ibu Dr.Ir.Nurul Khumaida MSi, Ibu Dr.Otih Rostiana, MSc, dan
Bapak Dr.Ir.Supriadi, MSc. Selaku pembimbing yang telah banyak meluangkan
waktu memberikan masukan dan saran baik selama persiapan dan pelaksanaan
penelitian maupun penulisan hasilnya. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan
kepada Bapak Dr.Ir.Darda Efendi, MSi yang telah memberikan masukan dan saran
yang sangat berarti untuk perbaikan karya tulis ini.
Di samping itu penulis
menyampaikan terimakasih kepada Ibu Dr.Ir.Yulianti, MSc., Dra. Siti Fatimah Syaid,
teman-teman Pascasarjana angkatan 2006, seluruh staf Laboratorium Kultur Jaringan
dan Penyakit Balai Penelitian Tanaman Obat dan Aromatik, staf Laboratorium
Pengujian Balai Besar Pasca Panen, dan staf Laboratorium Mikrotehknik Departemen
Biologi, Fakultas MIPA, IPB yang telah membantu dalam menyelesaikan penelitian
ini.
Penulis menyampaikan terima kasih kepada Badan Litbang Pertanian,
Departemen Pertanian RI yang telah memberikan kesempatan dan beasiswa kepada
penulis untuk melanjutkan studi pada program Magister di sekolah Pascasarjana IPB.
Terimakasih yang mendalam penulis sampaikan kepada ibunda Siti Nadra
Sikumbang dan ayahanda Ibrahim Sulaiman yang selalu mendoakan ananda. Khusus
buat suami tercinta Abdul Majid dan Anak-anakku tersayang; Syarifah Meutiah Eka
Sari, Said Abdul Razaek, dan Said Muhammad Iqbal penulis mengucapkan
terimakasih atas pengorbanan yang begitu besar, dorogan semangat, motivasi dan doa
agar Tesis ini dapat terujud.
Akhirnya, Penulis berharap karya ilmiah ini dapat melengkapi informasi
ilmiah yang telah ada dan dapat digunakan untuk kemajuan ilmu dan teknologi
pertanian khususnya bidang pemuliaan tanaman.
Bogor, Februari 2009
Meynarti Sari Dewi Ibrahim
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Sibolga pada tanggal 19 Mei 1971 sebagai anak tunggal
dari pasangan Ibrahim Sulaiman dan Siti Nadra Sikumbang. Pendidikan Sarjana
ditempuh penulis di Program Studi Pemuliaan Tanaman, Jurusan Budidaya Pertanian,
Fakultas Pertanian, Universitas Sumatera Utara pada tahun 1989 dan lulus tahun
1994. Pada tahun 2006 penulis mendapatkan beasiswa pendidikan dari Badan Litbang
Pertanian, Departemen Pertanian untuk melanjutkan studi di Program Studi
Agronomi, Program Pascasarjana IPB.
Penulis mulai bekerja sebagai peneliti di Balai Penelitian Tanaman Rempah
dan Obat (Bogor) pada tahun 1995. Bidang penelitian yang ditekuni penulis selama
bekerja adalah bidang pemuliaan tanaman. Sejak tahun 2007 sampai sekarang penulis
bekerja di Balai Penelitian Tanaman Rempah dan Aneka Tanaman Industri
(Sukabumi).
Pada tahun 1995 penulis menikah dengan Abdul Majid dan dikaruniai tiga
orang anak, yaitu Syarifah Meutiah Eka Sari (12 th), Said Abdul Razaek (10 th), dan
Said Muhammad Iqbal (3 th).
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL................................................................................................. x
DAFTAR GAMBAR............................................................................................
xi
DARTAR LAMPIRAN........................................................................................
xii
I. PENDAHULUAN.............................................................................................
Latar Belakang...................................................................................................
Tujuan Penelitian...............................................................................................
Hipotesis Penelitian ..........................................................................................
1
1
4
4
II.TINJAUAN PUSTAKA...................................................................................
Botani Tanaman Jahe (Zinggiber officinale Rosc)...........................................
Kultur In vitro Jahe ..........................................................................................
Induksi Keragaman Somaklonal.......................................................................
Penyakit Layu Bakteri......................................................................................
Aplikasi Tehnik In vitro Untuk Sifat Ketahanan Tanaman..............................
Asam Salisilat ..................................................................................................
6
6
8
12
13
16
18
III. BAHAN DAN METODE.............................................................................
Waktu dan Tempat..........................................................................................
Bahan dan Peralatan.......................................................................................
Metode Penelitian...........................................................................................
Induksi Kalus Embriogenik ............................................................................
Seleksi Kalus dengan Menggunakan Filtrat (R. solanacearum).....................
Analisis Histologi Kalus.................................................................................
Analisis Kandungan Asam Salisilat ...............................................................
Pelaksanaan Penelitian....................................................................................
Pembuatan Media.....................................................................................
Sterilisasi Eksplan, Isolasi Meristem, dan Induksi Kalus.........................
Seleksi Kalus dengan Menggunakan Filtrat (R. solanacearum).............
Analisis Histologi Kalus..........................................................................
Analisis Kandungan Asam Salisilat ........................................................
Peubah yang diamati .......................................................................................
20
20
20
20
21
22
23
23
24
24
24
25
26
26
27
IV.HASIL DAN PEMBAHASAN….…………………………….……………
Induksi Kalus Embriogenik...............…………………………………...……
Seleksi Kalus dengan Filtrat Bakteri (R. solanacearum)…........…………….
Morfologi Kalus.......................................................................................
Bobot Segar Kalus....................................................................................
Diameter Kalus.........................................................................................
Jumlah Embrio Globular..........................................................................
Jumlah Embrio Torpedo...........................................................................
Kematian Kalus........................................................................................
Histologi Kalus ………………...………...................……......................
Kandungan Asam Salisilat....................................…...………………....
Pembahasan Umum..........................................................................................
29
29
32
32
39
40
43
44
47
48
50
52
V. KESIMPULAN DAN SARAN ...........……………………………………...
Kesimpulan.......................................................................................................
Saran.................................................................................................................
59
59
60
DAFTAR PUSTAKA....................................................................................
61
LAMPIRAN....................................................................................................
70
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
1. Perlakuan Seleksi Filtrat R. solanacearum Pada Kultur Kalus Jahe..........
23
2. Penetapan Angka Kematian Kalus Perbotol Kultur....................................
28
3. Tahapan Perkembangan Kalus Meristem Jahe............................................
29
4. Persentase Pembentukan Kalus embriogenik Setelah Subkultur................
31
5. Keragaan kalus Jahe Pada Medium Seleksi Tahap 1..................................
33
6. Keragaan kalus Jahe Pada Medium Seleksi Tahap 2..................................
37
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
1. Bagan Alir Penelitian.................................…….........................................
5
2. Keragaan Tanaman jahe (Zingiber offinale Rosc)......................................
7
3. Proses pertumbuhan embriogenesis somatik kultur Meristem Jahe...........
11
4. Tahapan isolasi eksplan meristem jahe.......................................................
25
5. Perkembangan Kalus Jahe..........................................................................
30
6. Keragaan Kalus Embriogenik Jahe....................................................…......
32
7. Penampilan Morfologi Kalus Jahe...................................................……....
33
8. Keragaan Kalus Jahe Pada Media Seleksi Tahap 1...........................…......
34
9. Proses Desikasi Pada Kalus Jahe................................................................
36
10. Keragaan Kalus Jahe Pada Media Seleksi Tahap 2..........................…......
38
11. Rataan Bobot Segar Kalus Jahe Setelah Seleksi Tahap 1...........................
39
12. Rataan Bobot Segar Kalus Jahe Setelah Seleksi Tahap 2...........................
40
13. Rataan Diameter Kalus Jahe Setelah Seleksi Tahap 1.................................
41
14. Rataan Diameter Kalus Jahe Setelah Seleksi Tahap 2.................................
42
15. Keragaan Diameter Kalus Jahe Setelah Seleksi Tahap 2.............................
42
16. Rataan Jumlah Embrio Globular Setelah seleksi tahap 1..............................
43
17. Rataan Jumlah Embrio Globular Setelah seleksi tahap 2..............................
44
18. Rataan Jumlah Embrio Torpedo Jahe Setelah Seleksi Tahap 1..................
45
19. Keragaan Kalus Embriogenik Jahe pada perlakuan Filtrat.........................
45
20. Rataan Jumlah Embrio Torpedo Jahe Setelah Seleksi Tahap 2..................
46
21. Rataan Nilai Kematian Kalus Jahe.............................................................
47
22. Penampang membujur jaringan meristem jahe............................................
48
23. Penampang membujur kalus embriogenik jahe umur 10 minggu...............
49
24. Penampang membujur embrio globular dan Torpedo................................
50
25. Keragaan Kalus Nekrosis...........................................................................
50
26. Kandungan Asam Salisilat dalam kalus Jahe..............................................
52
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran
Halaman
1. Tahapan perkembangan tunas dari embriosomatik hasil seleksi ..................
70
2. Mekanisme resistensi melalui Systemic Acuired Resistance (SAR).............
71
3. Formulasi Media MS.....................................................................................
72
4. Deskripsi Jahe................................................................................................
73
5. Prosedur Histologi Jaringan..........................................................................
74
6. Sidik ragam bobot kalus setelah seleksi tahap 1..........................................
75
7. Sidik ragam diameter kalus setelah seleksi tahap 1.....................................
75
8. Sidik ragam jumlah embrio globular setelah seleksi tahap 1.......................
75
9. Sidik ragam jumlah embrio torpedo(transformasi) setelah seleksi tahap 1..
76
10.Sidik ragam bobot kalus setelah seleksi tahap 2...........................................
76
11.Sidik ragam diameter kalus setelah seleksi tahap 2......................................
76
12.Sidik ragam jumlah embrio globular setelah seleksi tahap 2......................
77
13.Sidik ragam jumlah embrio torpedo(transformasi) setelah seleksi tahap 2...
77
I. PENDAHULUAN
Latar Belakang
Jahe (Zingiber officinale Rosc.) merupakan salah satu komoditas ekspor dan di
dalam negeri digunakan untuk bahan baku obat tradisional maupun fitofarmaka.
Komoditas ini juga berperan cukup berarti dalam penyerapan tenaga kerja dan
penerimaan devisa negara. Dalam sepuluh tahun terakhir, ekspor jahe dari Indonesia
berupa rimpang jahe segar, jahe kering, acar jahe (pikel), dan minyak atsiri,
berfluktuasi sangat tajam.
Sebagian besar (50%) pasokan jahe di pasaran dunia saat ini dikuasai oleh
India. Pada tahun 2004, produksi jahe nasional (104.789 ton) mengalami penurunan
sebesar 20.597 ton jika dibandingkan tahun 2003 (125.386 ton), walaupun pada
tahun 2005 jumlahnya sedikit meningkat (125.827) ton. Penurunan produksi tersebut
terutama disebabkan oleh turunnya produksi di sentra pengembangan jahe utama
(Jawa Barat) akibat serangan organisme pengganggu tanaman (OPT) dan budidaya
yang kurang optimal. Tahun 2006 produksi nasional naik menjadi 177.137 ton.
Kenaikan produksi ini dikarenakan penambahan jumlah areal pertanaman jahe yang
cukup signifikan dari 61.494.919 m2 menjadi 89.041.808 m2 (Deptan 2008).
Di samping kendala OPT dan budidaya, pengembangan jahe di Indonesia juga
mengalami hambatan karena terbatasnya bibit bermutu. Secara konvensional bibit
jahe diambil dari potongan rimpang. Dengan cara ini diperlukan bibit dalam jumlah
yang banyak, antara 2-3 ton/ha untuk jahe yang dipanen tua dan 5-6 to/ha untuk yang
dipanen muda (Januwati & Rosita 1997).
Untuk mengantisipasi hal-hal tersebut di atas, sangat penting bagi petani dan
penangkar benih untuk menggunakan bahan tanaman (benih) bermutu dari varietas
yang sudah dilepas, bersertifikat, bebas OPT dan penerapan teknik budidaya anjuran
yang dapat meningkatkan produktivitas tanaman. Pada tahun 2001 Balai Penelitian
Tanaman Rempah dan Obat sudah melepas 1 varietas unggul jahe (Cimanggu-1)
dengan produksi rata-rata 2 kg/rumpun (Hadad et al. 2006), kemudian pada tahun
2007 juga dilepas 4 varietas jahe (Jahira -1, Jahira -2, Halina -1, Halina -2 Halina -3
Halina -4) (Bermawie et al. 2007). Namun, varietas yang sudah dilepas tersebut
rentan terhadap penyakit layu bakteri yang disebabkan oleh Ralstonia solanacearum.
Ralstonia solanacearum merupakan OPT utama yang dapat menggagalkan
hasil dan sulit ditanggulangi karena di samping menyerang jahe, juga dapat
menyerang tanaman temu-temuan lainnya seperti kunyit dan kencur dan sayuran
(tomat dan cabe), serta beberapa macam gulma (Supriadi et al. 1995). Hal ini
mengindikasikan bahwa isolat R. solanacearum dari jahe mempunyai kisaran inang
yang cukup luas. Serangan penyakit layu bakteri pada jahe semakin meluas akibat
penggunaan benih yang sudah mengandung R. solanacearum.
Berbagai teknik pengendalian, baik dengan menggunakan antibiotik (agrimicin,
agrept), mikroba antagonis (Bacillus subtillis, Pseudomonas fluorescens, P.putida,
P.cepacia) maupun kultur teknis anjuran, belum mampu mengatasi kendala tersebut
secara optimal. Usaha pengendalian masih belum efektif, terutama karena belum ada
klon jahe yang tahan terhadap R. solanacearum (Supriadi et al. 2000). Kendala utama
untuk memperoleh varietas jahe tahan terhadap R. solanacearum adalah terbatasnya
sumber gen ketahanan (narrow genetic stock) dan hambatan fisiologis karena adanya
sifat inkompatibilitas sendiri (self-incompatibility), serta rendahnya fertilitas polen
sehingga persilangan konvensional sulit dilakukan. Oleh karena itu upaya untuk
memperoleh varietas jahe tahan penyakit perlu dilakukan dengan meningkatkan
ketahanan penyakit secara inkonvensional.
Seleksi in vitro dengan menggunakan medium selektif merupakan salah satu
metode yang dapat digunakan untuk meningkatkan ketahanan jahe terhadap bakteri R.
solanacearum.
Berbagai
agen
penyeleksi
seperti
filtrat
atau
toksin
dari
mikroorganisme patogen maupun non patogen, serta elisator kimia (Svabova &
Lebeda 2005; Pradhanang et al. 2005) sudah banyak diaplikasikan pada beberapa
tanaman budidaya dan berhasil memperoleh varian baru yang tahan terhadap
organisme pengganggu tanaman tertentu.
Ralstonia solanacearum umumnya memproduksi beberapa jenis enzim yang
berperan dalam virulensi seperti -1,4-endoglucanase (Egl), endopolygalacturonase
(PehA), exopolygalacuturonases (PehB dan PehC), -1,4-cellobiohydrolase (CbhA)
dan pektin methyl esterase (Pme). Enzim - enzim tersebut berperan dalam degradasi
dinding sel tanaman (Cell Wall Degrading Enxymes; CWDEs), yang dikeluarkan
melalui sistem sekresi tipe II (T2Ss) (Denny et al. 1990; González & Allen 2003;
Huang & Allen 1997 & 2000; Tans-Kersten et al. 1998; Liu et al. 2005; Hikichi et al.
2007). Selain itu, Liu et al. 2005 melaporkan bahwa suatu mutan yang kekurangan
enam gen penyandi CWDEs menyebabkan tanaman layu lebih signifikan dari tipe
liarnya. Saat ini CWDEs sedang dikaji kemungkinan peranannya dalam mengontrol
virulensi bakteri.
Induksi resistensi penyakit pada tanaman menghasilkan suatu perlindungan
patogen yang memiliki spektrum luas pada daerah infeksi utama dan bagian distal
tanaman. Fenomena ini antara lain berhubungan dengan akumulasi asam salisilat
(SA) yang diperlukan untuk signal transduksi dan mendorong pengaturan ekspresi
hubungan antara patogenesis protein (PR) dengan aktivitas mikroba (Delaney et al.
1994; Hammerschmidt et al. 1982; Kuc 1995; Faize et al. 2004). Dengan demikian
peningkatan kadar SA dalam tanaman dapat dijadikan sebagai salah satu indikator
ketahanan.
Keberhasilan aplikasi variasi somaklonal dan teknik seleksi in vitro untuk
mendapatkan sifat ketahanan memerlukan ketersedian metode/teknik kultur jaringan
yang efektif dan mampu meregenerasikan planlet dan adanya media selektif yang
mampu menghambat pertumbuhan sel/jaringan normal sekaligus meningkatkan
perkembangan sel/jaringan varian dengan sifat tertentu (Yusnita 2005;Purwati 2007).
Metode kultur jaringan dan regenerasi untuk tanaman jahe telah diperoleh pada
penelitian Sitinjak (2005) dan Rostiana & Syahid (2008), sedangkan media untuk
penyeleksi yang mampu menginduksi dan menyeleksi ketahanan jahe terhadap
bakteri Ralstonia solanacearum pada kultur jaringan jahe belum pernah diteliti
sebelumnya. Berdasarkan hal tersebut maka penelitian ini perlu dilakukan.
Tujuan Penelitian
1. Mendapatkan konsentrasi filtrat Ralstonia solanacearum yang dapat menginduksi
dan menyeleksi ketahanan pada kalus embriogenik jahe.
2. Mendapatkan varian kalus baru yang memiliki ketahanan terhadap filtrat Ralstonia
solanacearum.
Hipotesis Penelitian
1. Konsentrasi filtrat bakteri Ralstonia solanacearum berpengaruh terhadap
morfologi, histologi dan kandungan asam salisilat kalus embriogenik jahe.
2. Seleksi bertingkat secara in vitro pada kalus embriogenik jahe dengan filtrat
Ralstonia solanacearum akan menghasilkan varian kalus.
Untuk mencapai tujuan penelitian dan menjawab hipotesis yang diajukan,
dilakukan lima tahapan percobaan dengan bagan alir penelitian seperti disajikan pada
Gambar 1.
Meristem jahe putih besar
(inner shoot bud) var.
Cimanggu 1
Induksi kalus Kalus embriogenik
(Media MS + Sukrosa 2% + Glutamine 100
mg/l + 2,4-D 1 mg/l + BA 3 mg/l)
Analisis histologi kalus
Proliferasi kalus embriogenik
(Media MS + Sukrosa 2% + Glutamine 100
mg/l + 2,4-D 1 mg/l + BA 3 mg/l)
Out put : Melihat anatomi
jaringan kalus
Out put : Kalus embriogenik
yang seragam
Seleksi Kalus Menggunakan Filtrat
R. solanacearum
Seleksi I
[MS cair + manitol 3% + Filtrat (0, 0,1%, 0,2%,
0,3%, 0,4%, 0,5%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%)]
Sub kultur ke media MS (tahap pemulihan)
Seleksi II
[MS cair + manitol 3% + Filtrat (0, 1%, 2%, 3%,
4%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%)]
Sub kultur ke media MS (tahap pemulihan)
Out put : Varian kalus jahe tahan
filtrat R.solanacearum
Analisis Kandungan Asam Salisilat
Out put : Kandungan asam salisilat pada kalus
setelah diberi perlakuan filtrat
R. solanacearum
Analisis histologi kalus
Out put : Anatomi jaringan kalus
akibat perlakuan filtrat
R. solanacearum
Gambar 1. Bagan Alir Penelitian
II. TINJAUAN PUSTAKA
Botani Tanaman Jahe (Zingiber officinale Rosc)
Deskripsi tanaman jahe (Zingiber officinale Rosc.) menurut Lawrence (1951)
dan Jansen (1981) dapat diklasifikasikan sebagai berikut :
Kingdom
: Plantae
Divisi
: Angiospermae
Kelas
: Monokotiledoneae
Bangsa
: Zingiberales
Suku
: Zingiberaceae
Sub suku
: Zingiberoideae
Marga
: Zingiber
Jenis
: Zingiber officinale Rosc.
Jahe merupakan tanaman herba tahunan yang tumbuh pada lahan dataran
rendah sampai menengah (300 - 900 m dpl). Di Indonesia dikenal tiga jenis jahe yaitu
; Jahe putih besar, jahe putih kecil dan jahe merah. Jahe putih besar mempunyai
rimpang yang tumbuh bergerombol pada pangkal batangnya, berdaging dan
berukuran tebal serta bercabang tidak beraturan tetap secara normal hanya pada arah
vertikal. Ukuran panjang dan lebar rimpang berkisar antara 15,83 - 32,75 cm dan 6,20
- 11,30 cm. Jahe putih besar mempunyai aroma dan rasanya kurang tajam
dibandingkan jenis yang lainnya. Jahe putih kecil ukuran rimpangnya relatif lebih
kecil 6,13 - 31,70 cm dan 6,38 - 11,10 cm sedangkan jehe merah 12,33 - 12,60 dan
5,26 - 10,40 cm (Rostiana et al. 1991). Dari ketiga jenis jahe tersebut jahe putih besar
lebih banyak dibudidayakan karena lebih menguntungkan dibandingkan jenis lainnya.
Tanaman jahe mempunyai batang semu (pseudostems) yang berbentuk bulat
(teres). Tinggi tanamaan ini rata-rata 68,63 ± 12,5 cm, tegak, tidak bercabang,
berwarna hijau muda, sering kemerahan pada bagian dasar. Setiap batang umumnya
terdiri atas 8 - 12 helai daun (Rostiana et al. 1991 ; Jansen 1981). Keragaan tanaman
dan rimpang jahe diperlihatkan pada Gambar 2.
A
B
Gambar 2. Keragaan Tanaman Jahe (Zingiber officinale Rosc). A. Tanaman Jahe
umur 6 bulan B. Rimpang Jahe
Akar jahe berbentuk bulat, ramping, dan berserat. Panjang akar jahe 12,93 21,52 cm dengan diameter 4,5 - 6,3 mm, berwarna putih sampai kecoklatan. Akar
jahe keluar dari garis lingkaran sisik rimpang (Rostiana et al. 1991). Jahe mempunyai
jumlah kromosom 2n = 22 (Ajijah et al. 1997).
Daun tanaman jahe terdiri atas upih dan helaian. Upih daun melekat
membungkus batang dengan helaian daun yang tersusun berseling (folia disticha).
Pada setiap buku terdapat dua daun. Helaian daun tipis, berbentuk bagun garis
(linearis) sampai lanset (lanceolatus), berwarna hijau gelap pada bagian atas dan
lebih pucat pada bagian bawah, panjang berkisar antar 5 - 25 cm dan lebar berkisar
antara 1 - 3 cm. Tulang (urat) daun tampak jelas bersusun sejajar, pada bagian
permukaan atas terdapat bulu- bulu putih. Ujung daun meruncing (acumilatus) dan
tumpul (obtusus) dan membulat (rounded/rotundus) pada bagian pangkal (Ajijah et
al. 1997).
Bunga jahe jarang terlihat, tetapi pada beberapa pertanaman jahe bunga mekar
pada siang hari sekitar jam 1300 - 1600 WIB, kemudian gugur keesokan harinya
(Bermawie & Martono 1994). Bunga muncul langsung dari rimpangnya, tersusun
dalam rangkaian bulir berbentuk seperti jagung. Setiap bunga dilindungi oleh daun
pelindung berwarna hijau, berbentuk bulat telur atau jorong (elliptic). Pada setiap
daun pelindung terdapat satu bunga yang muncul pada bagian tengah (Purseglove et
al. 1981).
Tanaman jahe sangat jarang dapat membentuk buah. Hal ini karena kesuburan
serbuk sari yang rendah dan adanya faktor inkompatibilitas sendiri. Fertilitas polen
jahe sangat rendah (< 30%), karena stuktur bunga yang memiliki bulu sehingga
tepung sari sulit untuk menempel dan berkecambah pada kepala putik.
Inkompatibilitas adalah fenomena yang terjadi pada tanaman normal dimana polen
dan ovulnya fertil tidak dapat menghasilkan biji karena faktor ketidaksesuaian dari
cara berpasangan gen atau adanya reaksi penolakan antara gen y
KALUS EMBRIOGENIK JAHE (Zingiber officinale Rosc.)
MENGGUNAKAN FILTRAT BAKTERI Ralstonia solanacearum
UNTUK KETAHANAN TERHADAP BAKTERI LAYU
MEYNARTI SARI DEWI IBRAHIM
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
PERNYATAAN MENGENAI TESIS
DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis dengan judul Induksi Variasi
Somaklonal dan Seleksi In Vitro Kalus Embriogenik Jahe (Zingiber officinale Rosc.)
Menggunakan Filtrat Bakteri Ralstonia solanacearum Untuk Ketahanan Terhadap
Bakteri Layu adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi
yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka pada akhir tesis ini.
Bogor, Februari 2009
Meynarti Sari Dewi Ibrahim
NRP A151060051
ABSTRACT
Meynarti Sari Dewi Ibrahim. Somaclonal variation induction and embryogenic
callus in vitro selection of ginger (Zingiber officinale Rosc.) using Ralstonia
solanacearum filtrate for bacterial wilt resistance. Supervised by Dr.Ir. Nurul
khumaida, MSi. as chairman, Dr. Otih Rostiana MSc, and Dr.Ir. Supriadi MSc.
as members.
Bacterial wilt disease caused by Ralstonia solanacearum is one of the most
important diseases in ginger (Zingiber officinale Rosc.). It often cause significant
yield lost. Various controlling techniques are not able to overcome the constraint
optimally. This is because of unavailability of resistant ginger cultivar. The major
constraints in obtaining R. solanacearum resistant ginger variety are the lack of
resistant gene (narrow genetic stock), physiological barrier due to the self
incompatibility, and low pollen fertility that cause difficulty in conventional cross
breeding. Therefore, genetic variability enhancement has to be carried out to obtain
ginger variety resistant to diseases. Somaclonal variation induction during the in vitro
callus culture especially by applying selective medium as bacterial filtrate, could be
effective method for generating somaclones resistant to certain diseases. In this study,
R. solanacearum filtrate was applied as selective medium for ginger callus culture.
The purposes of this study were obtaining (1) the concentration of R. solanacearum
filtrate which could induce and selective embryogenic calli variability in ginger and
(2) new resistant calli variant. This research was conducted in 5 stages: 1) the
induction of embryogenic calli, 2) the analysis of embryogenic calli, 3) the induction
of ginger calli resistance against bacterial wilt through stratified selective medium
approach (filtrate concentration 0-50%), 4) the analysis of calli salicylic acid content,
and 5) the histological analysis of selected calli. The use of R. solanacearum filtrate
as selection agent in ginger in vitro culture medium has caused changes in calli color
from yellowish-white into blackish-brown. The increase of R. solanacearum filtrate
concentration at the 1st and 2nd selection stages decreased the calli weight and
diameter, globular embryo number and torpedo embryo number. The calli
histological analysis showed the damage symptom especially in calli protoderm layer.
The increase of R. solanacearum filtrate concentration has caused the increase of calli
salicylic acid content. The consentration of R. solanacearum filtrat at 0.3% - 2% at
the 1st selection medium and 3% - 20% at the 2nd selection could induce and select the
resistant embryogenic calli of ginger.
Keywords: Ginger (Zingiber officinale), Somaclonal variation, R.solanacearum
filtrate, In vitro selection
RINGKASAN
MEYNARTI SARI DEWI IBRAHIM. Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In
Vitro Kalus Embriogenik Jahe (Zingiber officinale Rosc.) Menggunakan Filtrat
Bakteri Ralstonia solanacearum Untuk Ketahanan Terhadap Bakteri Layu.
Dibimbing oleh Dr.Ir.Nurul Khumaida, MSi, Dr.Otih Rostiana, MSc. dan
Dr.Ir.Supriadi, MSc.
Penyakit layu bakteri yang disebabkan oleh Ralstonia solanacearum
merupakan salah satu penyakit penting pada tanaman jahe (Zingiber officinale Rosc.)
yang seringkali menyebabkan kehilangan hasil. Berbagai teknik pengendalian, baik
dengan menggunakan antibiotik (agrimicin, agrept), mikroba antagonis (Bacillus
subtillis, Pseudomonas fluorescens, P. putida, P. cepacia) maupun kultur teknis
anjuran, belum mampu mengatasi kendala tersebut secara optimal. Hal ini
dikarenakan belum ada varietas jahe tahan terhadap R. solanacearum. Kendala utama
untuk memperoleh varietas jahe tahan terhadap R. solanacearum adalah terbatasnya
sumber gen ketahanan (narrow genetic stock) dan hambatan fisiologis karena adanya
sifat inkompatibilitas sendiri (self-incompatibility), serta rendahnya fertilitas polen
sehingga persilangan konvensional sulit dilakukan. Karena itu upaya untuk
memperoleh varietas jahe tahan penyakit perlu dilakukan dengan meningkatkan
ketahanan secara inkonvensional. Induksi variasi somaklonal dan seleksi in vitro
kalus embriogenik menggunakan filtrat merupakan salah satu metode yang dapat
digunakan untuk meningkatkan ketahanan. Tujuan Penelitian adalah ; (1)
Mendapatkan konsentrasi filtrat R. solanacearum yang dapat menginduksi dan
menyeleksi ketahanan kalus embriogenik jahe, dan (2) Mendapatkan varian kalus
baru yang memiliki ketahanan terhadap filtrat R. solanacearum.
Penelitian dilaksanakan lima tahap. Tahap 1 dilakukan untuk mendapatkan
kalus embriogenik, tahap 2 menganalisis kalus embriogenik, tahap 3 untuk
menginduksi dan menyeleksi ketahanan kalus jahe terhadap penyakit layu bakteri
yang dilakukan dengan menggunakan medium selektif secara bertingkat (konsentrasi
filtrat 0 - 50%), tahap 4 menganalisis kandungan asam salisilat pada kalus, dan tahap
5 menganalisis histologi kalus.
Sebanyak 300 meristem (inner shoot bud) dari mata tunas aksilar jahe putih
besar var. Cimanggu-I berumur 3 minggu digunakan sebagai sumber eksplan. Kalus
embriogenik diinduksi dengan mengkulturkan meristem aseptik di dalam medium MS
(Murashige and Skoog) dengan penambahan 2% sukrosa, 100 mg/l glutamin, 1,0 mg/l
2,4-D dan 3,0 mg/l BA. Kalus embriogenik yang berumur 8 minggu lalu disubkultur
ke media yang sama untuk memperoleh kalus embriogenik dalam kuantitas yang
cukup banyak dan respon induksi kalus embriogenik yang lebih seragam. Kalus ini
digunakan pada tahapan seleksi dengan menggunakan filtrat bakteri R. solanacearum.
Metode seleksi yang digunakan adalah seleksi bertingkat, yaitu pada setiap
tingkat seleksi konsentrasi filtrat ditingkatkan 10 kali dari konsentrasi awal. Pada
seleksi tingkat pertama, konsentrasi filtrat R. solanacearum yang ditambahkan; 0%,
0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4%, 0,5%, 1%, 2%, 3%, 4%, dan 5%. Kalus yang bertahan
hidup disubkultur ke dalam medium MS (tanpa filtrat) untuk tahapan pemulihan.
Kalus kemudian disubkultur ke media seleksi tahap kedua dengan konsentrasi filtrat;
0%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, dan 50%. Kalus yang bertahan
hidup disubkultur kembali ke dalam medium MS (tanpa filtrat). Masing-masing
tahapan seleksi dilakukan selama 3 minggu.
Analisis histologi kalus dilakukan dengan menggunakan metode Nakamura
(1995). Histologi kalus dilakukan pada saat sebelum dan setelah seleksi kalus dengan
filtrat R. solanacearum (setelah tahapan pemulihan kedua). Sementara kandungan
asam salisilat dilihat pada saat kalus telah diperlakukan dengan filtrat R.
solanacearum. Analisis kandungan asam salisilat dalam jaringan kalus ditentukan
dengan metode
Bevilacgua & Califano (1989) menggunakan HPLC (High
Performance Liquid Chomography).
Peubah yang diamati meliputi: Jumlah kalus yang terbentuk (%), morfologi
kalus, bobot segar kalus, diameter kalus, kematian kalus, histologi kalus dan
kandungan asam salisilat. Penelitian menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL)
dengan 10 ulangan. Rancangan perlakuan yang digunakan adalah faktor tunggal,
yaitu konsentrasi filtrat bakteri patogen (R. solanacearum). Pengujian hipotesis
dilakukan dengan uji F pada taraf 5%. Sebagai uji lanjut dari uji F, digunakan Uji
Jarak Berganda Duncan (UJGD) pada taraf 5%.
Hasil penelitian memperlihatkan penggunaan filtrat R. solanacearum di
dalam medium kultur in vitro jahe pada seleksi tahap pertama dan kedua
menyebabkan terjadinya perubahan warna kalus dari putih kekuningan menjadi
kuning kecoklatan dan coklat kehitaman. Berat dan diameter kalus, jumlah embrio
globular serta jumlah embrio torpedo berkurang secara nyata setelah perlakuan filtrat
R. solanacearum pada seleksi tahap pertama maupun kedua seiring dengan bertambah
tingginya konsentrasi filtrat R. solanacearum.
Hasil histologi kalus memperlihatkan bahwa kalus yang diberi perlakuan
filtrat R. solanacearum 40% dan 50% menunjukkan adanya gejala kerusakan
(nekrosis). Kerusakan terutama tampak pada bagian lapisan protroderm kalus.
Kandungan asam salisilat dalam kalus meningkat sejalan dengan meningkatnya
konsentrasi filtrat R. solanacearum yang diberikan dengan kandungan asam salisilat
tertinggi (75,27 ppm) dijumpai pada perlakuan filtrat 50% dan terendah (41,15) pada
media tanpa perlakuan filtrat.
Berdasarkan perbedaan morfologi kalus (warna kalus), perubahan fisiologis
sel (pengerutan sel dan sel nekrosis), perubahan karakter kuantitatif (jumlah embrio
globular, jumlah embrio torpedo), dan perubahan biokimia (kandungan asam salisilat)
pada kalus setelah diperlakukan dengan filtrat R.solanacearum diduga telah diperoleh
varian-varian kalus baru yang tahan filtrat R.solanacearum.
Konsentrasi filtrat R. solanacearum yang mampu menginduksi dan
menyeleksi kalus embriogenik jahe berkisar antara 0,3% sampai 2% dari volume
medium seleksi kalus pada seleksi tahap 1 dan 3% sampai 20% pada seleksi tahap 2.
Pada kisaran konsentrasi tersebut terjadi penurunan pertumbuhan kalus dan
peningkatan asam salisilat yang nyata didalam sel, tetapi kalus masih mampu
berdeferensiasi pada tahap perkembangan selanjutnya.
Kata Kunci : Jahe (Zingiber officinale Rosc.), Variasi somaklonal, Seleksi In vitro,
Filtrat R.solanacearum
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2009
Hak Cipta dilindungi Undang-undang
1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumber
a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian,
penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau
tinjauan suatu masalah
b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB
2. Dilarang mengumpulkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis
dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
INDUKSI VARIASI SOMAKLONAL DAN SELEKSI IN VITRO
KALUS EMBRIOGENIK JAHE (Zingiber officinale Rosc.)
MENGGUNAKAN FILTRAT BAKTERI Ralstonia solanacearum
UNTUK KETAHANAN TERHADAP BAKTERI LAYU
MEYNARTI SARI DEWI IBRAHIM
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Departemen Agromomi dan Hortikultura
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
Judul Tesis
: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Kalus Embriogenik
Jahe (Zingiber officinale Rosc.) Menggunakan
Filtrat Bakteri
Ralstonia solanacearum Untuk Ketahanan Terhadap Bakteri Layu
Nama
: Meynarti Sari Dewi Ibrahim
Nomor Pokok
: A151060051
Disetujui
Ketua Komisi Pembimbing
Dr.Ir. Nurul Khumaida, MSi.
Ketua
Dr.Otih Rostiana, MSc.
Anggota
Dr.Ir.Supriadi, MSc.
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Agronomi
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr.Ir.Munif Ghulamahdi, MS.
Prof.Dr.Ir.Khairil A.Notodiputro, MS.
Tanggal Ujian : 19 Februari 2009
Tanggal Lulus :
PRAKATA
Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala
karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan karya
ilmiah yang menjadi tugas Studi Magister pada program Studi Agronomi, Institut
Pertanian Bogor.
Penghargaan dan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya penulis
sampaikan kepada Ibu Dr.Ir.Nurul Khumaida MSi, Ibu Dr.Otih Rostiana, MSc, dan
Bapak Dr.Ir.Supriadi, MSc. Selaku pembimbing yang telah banyak meluangkan
waktu memberikan masukan dan saran baik selama persiapan dan pelaksanaan
penelitian maupun penulisan hasilnya. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan
kepada Bapak Dr.Ir.Darda Efendi, MSi yang telah memberikan masukan dan saran
yang sangat berarti untuk perbaikan karya tulis ini.
Di samping itu penulis
menyampaikan terimakasih kepada Ibu Dr.Ir.Yulianti, MSc., Dra. Siti Fatimah Syaid,
teman-teman Pascasarjana angkatan 2006, seluruh staf Laboratorium Kultur Jaringan
dan Penyakit Balai Penelitian Tanaman Obat dan Aromatik, staf Laboratorium
Pengujian Balai Besar Pasca Panen, dan staf Laboratorium Mikrotehknik Departemen
Biologi, Fakultas MIPA, IPB yang telah membantu dalam menyelesaikan penelitian
ini.
Penulis menyampaikan terima kasih kepada Badan Litbang Pertanian,
Departemen Pertanian RI yang telah memberikan kesempatan dan beasiswa kepada
penulis untuk melanjutkan studi pada program Magister di sekolah Pascasarjana IPB.
Terimakasih yang mendalam penulis sampaikan kepada ibunda Siti Nadra
Sikumbang dan ayahanda Ibrahim Sulaiman yang selalu mendoakan ananda. Khusus
buat suami tercinta Abdul Majid dan Anak-anakku tersayang; Syarifah Meutiah Eka
Sari, Said Abdul Razaek, dan Said Muhammad Iqbal penulis mengucapkan
terimakasih atas pengorbanan yang begitu besar, dorogan semangat, motivasi dan doa
agar Tesis ini dapat terujud.
Akhirnya, Penulis berharap karya ilmiah ini dapat melengkapi informasi
ilmiah yang telah ada dan dapat digunakan untuk kemajuan ilmu dan teknologi
pertanian khususnya bidang pemuliaan tanaman.
Bogor, Februari 2009
Meynarti Sari Dewi Ibrahim
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Sibolga pada tanggal 19 Mei 1971 sebagai anak tunggal
dari pasangan Ibrahim Sulaiman dan Siti Nadra Sikumbang. Pendidikan Sarjana
ditempuh penulis di Program Studi Pemuliaan Tanaman, Jurusan Budidaya Pertanian,
Fakultas Pertanian, Universitas Sumatera Utara pada tahun 1989 dan lulus tahun
1994. Pada tahun 2006 penulis mendapatkan beasiswa pendidikan dari Badan Litbang
Pertanian, Departemen Pertanian untuk melanjutkan studi di Program Studi
Agronomi, Program Pascasarjana IPB.
Penulis mulai bekerja sebagai peneliti di Balai Penelitian Tanaman Rempah
dan Obat (Bogor) pada tahun 1995. Bidang penelitian yang ditekuni penulis selama
bekerja adalah bidang pemuliaan tanaman. Sejak tahun 2007 sampai sekarang penulis
bekerja di Balai Penelitian Tanaman Rempah dan Aneka Tanaman Industri
(Sukabumi).
Pada tahun 1995 penulis menikah dengan Abdul Majid dan dikaruniai tiga
orang anak, yaitu Syarifah Meutiah Eka Sari (12 th), Said Abdul Razaek (10 th), dan
Said Muhammad Iqbal (3 th).
INDUKSI VARIASI SOMAKLONAL DAN SELEKSI IN VITRO
KALUS EMBRIOGENIK JAHE (Zingiber officinale Rosc.)
MENGGUNAKAN FILTRAT BAKTERI Ralstonia solanacearum
UNTUK KETAHANAN TERHADAP BAKTERI LAYU
MEYNARTI SARI DEWI IBRAHIM
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
PERNYATAAN MENGENAI TESIS
DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis dengan judul Induksi Variasi
Somaklonal dan Seleksi In Vitro Kalus Embriogenik Jahe (Zingiber officinale Rosc.)
Menggunakan Filtrat Bakteri Ralstonia solanacearum Untuk Ketahanan Terhadap
Bakteri Layu adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi
yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka pada akhir tesis ini.
Bogor, Februari 2009
Meynarti Sari Dewi Ibrahim
NRP A151060051
ABSTRACT
Meynarti Sari Dewi Ibrahim. Somaclonal variation induction and embryogenic
callus in vitro selection of ginger (Zingiber officinale Rosc.) using Ralstonia
solanacearum filtrate for bacterial wilt resistance. Supervised by Dr.Ir. Nurul
khumaida, MSi. as chairman, Dr. Otih Rostiana MSc, and Dr.Ir. Supriadi MSc.
as members.
Bacterial wilt disease caused by Ralstonia solanacearum is one of the most
important diseases in ginger (Zingiber officinale Rosc.). It often cause significant
yield lost. Various controlling techniques are not able to overcome the constraint
optimally. This is because of unavailability of resistant ginger cultivar. The major
constraints in obtaining R. solanacearum resistant ginger variety are the lack of
resistant gene (narrow genetic stock), physiological barrier due to the self
incompatibility, and low pollen fertility that cause difficulty in conventional cross
breeding. Therefore, genetic variability enhancement has to be carried out to obtain
ginger variety resistant to diseases. Somaclonal variation induction during the in vitro
callus culture especially by applying selective medium as bacterial filtrate, could be
effective method for generating somaclones resistant to certain diseases. In this study,
R. solanacearum filtrate was applied as selective medium for ginger callus culture.
The purposes of this study were obtaining (1) the concentration of R. solanacearum
filtrate which could induce and selective embryogenic calli variability in ginger and
(2) new resistant calli variant. This research was conducted in 5 stages: 1) the
induction of embryogenic calli, 2) the analysis of embryogenic calli, 3) the induction
of ginger calli resistance against bacterial wilt through stratified selective medium
approach (filtrate concentration 0-50%), 4) the analysis of calli salicylic acid content,
and 5) the histological analysis of selected calli. The use of R. solanacearum filtrate
as selection agent in ginger in vitro culture medium has caused changes in calli color
from yellowish-white into blackish-brown. The increase of R. solanacearum filtrate
concentration at the 1st and 2nd selection stages decreased the calli weight and
diameter, globular embryo number and torpedo embryo number. The calli
histological analysis showed the damage symptom especially in calli protoderm layer.
The increase of R. solanacearum filtrate concentration has caused the increase of calli
salicylic acid content. The consentration of R. solanacearum filtrat at 0.3% - 2% at
the 1st selection medium and 3% - 20% at the 2nd selection could induce and select the
resistant embryogenic calli of ginger.
Keywords: Ginger (Zingiber officinale), Somaclonal variation, R.solanacearum
filtrate, In vitro selection
RINGKASAN
MEYNARTI SARI DEWI IBRAHIM. Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In
Vitro Kalus Embriogenik Jahe (Zingiber officinale Rosc.) Menggunakan Filtrat
Bakteri Ralstonia solanacearum Untuk Ketahanan Terhadap Bakteri Layu.
Dibimbing oleh Dr.Ir.Nurul Khumaida, MSi, Dr.Otih Rostiana, MSc. dan
Dr.Ir.Supriadi, MSc.
Penyakit layu bakteri yang disebabkan oleh Ralstonia solanacearum
merupakan salah satu penyakit penting pada tanaman jahe (Zingiber officinale Rosc.)
yang seringkali menyebabkan kehilangan hasil. Berbagai teknik pengendalian, baik
dengan menggunakan antibiotik (agrimicin, agrept), mikroba antagonis (Bacillus
subtillis, Pseudomonas fluorescens, P. putida, P. cepacia) maupun kultur teknis
anjuran, belum mampu mengatasi kendala tersebut secara optimal. Hal ini
dikarenakan belum ada varietas jahe tahan terhadap R. solanacearum. Kendala utama
untuk memperoleh varietas jahe tahan terhadap R. solanacearum adalah terbatasnya
sumber gen ketahanan (narrow genetic stock) dan hambatan fisiologis karena adanya
sifat inkompatibilitas sendiri (self-incompatibility), serta rendahnya fertilitas polen
sehingga persilangan konvensional sulit dilakukan. Karena itu upaya untuk
memperoleh varietas jahe tahan penyakit perlu dilakukan dengan meningkatkan
ketahanan secara inkonvensional. Induksi variasi somaklonal dan seleksi in vitro
kalus embriogenik menggunakan filtrat merupakan salah satu metode yang dapat
digunakan untuk meningkatkan ketahanan. Tujuan Penelitian adalah ; (1)
Mendapatkan konsentrasi filtrat R. solanacearum yang dapat menginduksi dan
menyeleksi ketahanan kalus embriogenik jahe, dan (2) Mendapatkan varian kalus
baru yang memiliki ketahanan terhadap filtrat R. solanacearum.
Penelitian dilaksanakan lima tahap. Tahap 1 dilakukan untuk mendapatkan
kalus embriogenik, tahap 2 menganalisis kalus embriogenik, tahap 3 untuk
menginduksi dan menyeleksi ketahanan kalus jahe terhadap penyakit layu bakteri
yang dilakukan dengan menggunakan medium selektif secara bertingkat (konsentrasi
filtrat 0 - 50%), tahap 4 menganalisis kandungan asam salisilat pada kalus, dan tahap
5 menganalisis histologi kalus.
Sebanyak 300 meristem (inner shoot bud) dari mata tunas aksilar jahe putih
besar var. Cimanggu-I berumur 3 minggu digunakan sebagai sumber eksplan. Kalus
embriogenik diinduksi dengan mengkulturkan meristem aseptik di dalam medium MS
(Murashige and Skoog) dengan penambahan 2% sukrosa, 100 mg/l glutamin, 1,0 mg/l
2,4-D dan 3,0 mg/l BA. Kalus embriogenik yang berumur 8 minggu lalu disubkultur
ke media yang sama untuk memperoleh kalus embriogenik dalam kuantitas yang
cukup banyak dan respon induksi kalus embriogenik yang lebih seragam. Kalus ini
digunakan pada tahapan seleksi dengan menggunakan filtrat bakteri R. solanacearum.
Metode seleksi yang digunakan adalah seleksi bertingkat, yaitu pada setiap
tingkat seleksi konsentrasi filtrat ditingkatkan 10 kali dari konsentrasi awal. Pada
seleksi tingkat pertama, konsentrasi filtrat R. solanacearum yang ditambahkan; 0%,
0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4%, 0,5%, 1%, 2%, 3%, 4%, dan 5%. Kalus yang bertahan
hidup disubkultur ke dalam medium MS (tanpa filtrat) untuk tahapan pemulihan.
Kalus kemudian disubkultur ke media seleksi tahap kedua dengan konsentrasi filtrat;
0%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, dan 50%. Kalus yang bertahan
hidup disubkultur kembali ke dalam medium MS (tanpa filtrat). Masing-masing
tahapan seleksi dilakukan selama 3 minggu.
Analisis histologi kalus dilakukan dengan menggunakan metode Nakamura
(1995). Histologi kalus dilakukan pada saat sebelum dan setelah seleksi kalus dengan
filtrat R. solanacearum (setelah tahapan pemulihan kedua). Sementara kandungan
asam salisilat dilihat pada saat kalus telah diperlakukan dengan filtrat R.
solanacearum. Analisis kandungan asam salisilat dalam jaringan kalus ditentukan
dengan metode
Bevilacgua & Califano (1989) menggunakan HPLC (High
Performance Liquid Chomography).
Peubah yang diamati meliputi: Jumlah kalus yang terbentuk (%), morfologi
kalus, bobot segar kalus, diameter kalus, kematian kalus, histologi kalus dan
kandungan asam salisilat. Penelitian menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL)
dengan 10 ulangan. Rancangan perlakuan yang digunakan adalah faktor tunggal,
yaitu konsentrasi filtrat bakteri patogen (R. solanacearum). Pengujian hipotesis
dilakukan dengan uji F pada taraf 5%. Sebagai uji lanjut dari uji F, digunakan Uji
Jarak Berganda Duncan (UJGD) pada taraf 5%.
Hasil penelitian memperlihatkan penggunaan filtrat R. solanacearum di
dalam medium kultur in vitro jahe pada seleksi tahap pertama dan kedua
menyebabkan terjadinya perubahan warna kalus dari putih kekuningan menjadi
kuning kecoklatan dan coklat kehitaman. Berat dan diameter kalus, jumlah embrio
globular serta jumlah embrio torpedo berkurang secara nyata setelah perlakuan filtrat
R. solanacearum pada seleksi tahap pertama maupun kedua seiring dengan bertambah
tingginya konsentrasi filtrat R. solanacearum.
Hasil histologi kalus memperlihatkan bahwa kalus yang diberi perlakuan
filtrat R. solanacearum 40% dan 50% menunjukkan adanya gejala kerusakan
(nekrosis). Kerusakan terutama tampak pada bagian lapisan protroderm kalus.
Kandungan asam salisilat dalam kalus meningkat sejalan dengan meningkatnya
konsentrasi filtrat R. solanacearum yang diberikan dengan kandungan asam salisilat
tertinggi (75,27 ppm) dijumpai pada perlakuan filtrat 50% dan terendah (41,15) pada
media tanpa perlakuan filtrat.
Berdasarkan perbedaan morfologi kalus (warna kalus), perubahan fisiologis
sel (pengerutan sel dan sel nekrosis), perubahan karakter kuantitatif (jumlah embrio
globular, jumlah embrio torpedo), dan perubahan biokimia (kandungan asam salisilat)
pada kalus setelah diperlakukan dengan filtrat R.solanacearum diduga telah diperoleh
varian-varian kalus baru yang tahan filtrat R.solanacearum.
Konsentrasi filtrat R. solanacearum yang mampu menginduksi dan
menyeleksi kalus embriogenik jahe berkisar antara 0,3% sampai 2% dari volume
medium seleksi kalus pada seleksi tahap 1 dan 3% sampai 20% pada seleksi tahap 2.
Pada kisaran konsentrasi tersebut terjadi penurunan pertumbuhan kalus dan
peningkatan asam salisilat yang nyata didalam sel, tetapi kalus masih mampu
berdeferensiasi pada tahap perkembangan selanjutnya.
Kata Kunci : Jahe (Zingiber officinale Rosc.), Variasi somaklonal, Seleksi In vitro,
Filtrat R.solanacearum
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2009
Hak Cipta dilindungi Undang-undang
1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumber
a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian,
penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau
tinjauan suatu masalah
b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB
2. Dilarang mengumpulkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis
dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
INDUKSI VARIASI SOMAKLONAL DAN SELEKSI IN VITRO
KALUS EMBRIOGENIK JAHE (Zingiber officinale Rosc.)
MENGGUNAKAN FILTRAT BAKTERI Ralstonia solanacearum
UNTUK KETAHANAN TERHADAP BAKTERI LAYU
MEYNARTI SARI DEWI IBRAHIM
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Departemen Agromomi dan Hortikultura
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
Judul Tesis
: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Kalus Embriogenik
Jahe (Zingiber officinale Rosc.) Menggunakan
Filtrat Bakteri
Ralstonia solanacearum Untuk Ketahanan Terhadap Bakteri Layu
Nama
: Meynarti Sari Dewi Ibrahim
Nomor Pokok
: A151060051
Disetujui
Ketua Komisi Pembimbing
Dr.Ir. Nurul Khumaida, MSi.
Ketua
Dr.Otih Rostiana, MSc.
Anggota
Dr.Ir.Supriadi, MSc.
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Agronomi
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr.Ir.Munif Ghulamahdi, MS.
Prof.Dr.Ir.Khairil A.Notodiputro, MS.
Tanggal Ujian : 19 Februari 2009
Tanggal Lulus :
PRAKATA
Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala
karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan karya
ilmiah yang menjadi tugas Studi Magister pada program Studi Agronomi, Institut
Pertanian Bogor.
Penghargaan dan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya penulis
sampaikan kepada Ibu Dr.Ir.Nurul Khumaida MSi, Ibu Dr.Otih Rostiana, MSc, dan
Bapak Dr.Ir.Supriadi, MSc. Selaku pembimbing yang telah banyak meluangkan
waktu memberikan masukan dan saran baik selama persiapan dan pelaksanaan
penelitian maupun penulisan hasilnya. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan
kepada Bapak Dr.Ir.Darda Efendi, MSi yang telah memberikan masukan dan saran
yang sangat berarti untuk perbaikan karya tulis ini.
Di samping itu penulis
menyampaikan terimakasih kepada Ibu Dr.Ir.Yulianti, MSc., Dra. Siti Fatimah Syaid,
teman-teman Pascasarjana angkatan 2006, seluruh staf Laboratorium Kultur Jaringan
dan Penyakit Balai Penelitian Tanaman Obat dan Aromatik, staf Laboratorium
Pengujian Balai Besar Pasca Panen, dan staf Laboratorium Mikrotehknik Departemen
Biologi, Fakultas MIPA, IPB yang telah membantu dalam menyelesaikan penelitian
ini.
Penulis menyampaikan terima kasih kepada Badan Litbang Pertanian,
Departemen Pertanian RI yang telah memberikan kesempatan dan beasiswa kepada
penulis untuk melanjutkan studi pada program Magister di sekolah Pascasarjana IPB.
Terimakasih yang mendalam penulis sampaikan kepada ibunda Siti Nadra
Sikumbang dan ayahanda Ibrahim Sulaiman yang selalu mendoakan ananda. Khusus
buat suami tercinta Abdul Majid dan Anak-anakku tersayang; Syarifah Meutiah Eka
Sari, Said Abdul Razaek, dan Said Muhammad Iqbal penulis mengucapkan
terimakasih atas pengorbanan yang begitu besar, dorogan semangat, motivasi dan doa
agar Tesis ini dapat terujud.
Akhirnya, Penulis berharap karya ilmiah ini dapat melengkapi informasi
ilmiah yang telah ada dan dapat digunakan untuk kemajuan ilmu dan teknologi
pertanian khususnya bidang pemuliaan tanaman.
Bogor, Februari 2009
Meynarti Sari Dewi Ibrahim
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Sibolga pada tanggal 19 Mei 1971 sebagai anak tunggal
dari pasangan Ibrahim Sulaiman dan Siti Nadra Sikumbang. Pendidikan Sarjana
ditempuh penulis di Program Studi Pemuliaan Tanaman, Jurusan Budidaya Pertanian,
Fakultas Pertanian, Universitas Sumatera Utara pada tahun 1989 dan lulus tahun
1994. Pada tahun 2006 penulis mendapatkan beasiswa pendidikan dari Badan Litbang
Pertanian, Departemen Pertanian untuk melanjutkan studi di Program Studi
Agronomi, Program Pascasarjana IPB.
Penulis mulai bekerja sebagai peneliti di Balai Penelitian Tanaman Rempah
dan Obat (Bogor) pada tahun 1995. Bidang penelitian yang ditekuni penulis selama
bekerja adalah bidang pemuliaan tanaman. Sejak tahun 2007 sampai sekarang penulis
bekerja di Balai Penelitian Tanaman Rempah dan Aneka Tanaman Industri
(Sukabumi).
Pada tahun 1995 penulis menikah dengan Abdul Majid dan dikaruniai tiga
orang anak, yaitu Syarifah Meutiah Eka Sari (12 th), Said Abdul Razaek (10 th), dan
Said Muhammad Iqbal (3 th).
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL................................................................................................. x
DAFTAR GAMBAR............................................................................................
xi
DARTAR LAMPIRAN........................................................................................
xii
I. PENDAHULUAN.............................................................................................
Latar Belakang...................................................................................................
Tujuan Penelitian...............................................................................................
Hipotesis Penelitian ..........................................................................................
1
1
4
4
II.TINJAUAN PUSTAKA...................................................................................
Botani Tanaman Jahe (Zinggiber officinale Rosc)...........................................
Kultur In vitro Jahe ..........................................................................................
Induksi Keragaman Somaklonal.......................................................................
Penyakit Layu Bakteri......................................................................................
Aplikasi Tehnik In vitro Untuk Sifat Ketahanan Tanaman..............................
Asam Salisilat ..................................................................................................
6
6
8
12
13
16
18
III. BAHAN DAN METODE.............................................................................
Waktu dan Tempat..........................................................................................
Bahan dan Peralatan.......................................................................................
Metode Penelitian...........................................................................................
Induksi Kalus Embriogenik ............................................................................
Seleksi Kalus dengan Menggunakan Filtrat (R. solanacearum).....................
Analisis Histologi Kalus.................................................................................
Analisis Kandungan Asam Salisilat ...............................................................
Pelaksanaan Penelitian....................................................................................
Pembuatan Media.....................................................................................
Sterilisasi Eksplan, Isolasi Meristem, dan Induksi Kalus.........................
Seleksi Kalus dengan Menggunakan Filtrat (R. solanacearum).............
Analisis Histologi Kalus..........................................................................
Analisis Kandungan Asam Salisilat ........................................................
Peubah yang diamati .......................................................................................
20
20
20
20
21
22
23
23
24
24
24
25
26
26
27
IV.HASIL DAN PEMBAHASAN….…………………………….……………
Induksi Kalus Embriogenik...............…………………………………...……
Seleksi Kalus dengan Filtrat Bakteri (R. solanacearum)…........…………….
Morfologi Kalus.......................................................................................
Bobot Segar Kalus....................................................................................
Diameter Kalus.........................................................................................
Jumlah Embrio Globular..........................................................................
Jumlah Embrio Torpedo...........................................................................
Kematian Kalus........................................................................................
Histologi Kalus ………………...………...................……......................
Kandungan Asam Salisilat....................................…...………………....
Pembahasan Umum..........................................................................................
29
29
32
32
39
40
43
44
47
48
50
52
V. KESIMPULAN DAN SARAN ...........……………………………………...
Kesimpulan.......................................................................................................
Saran.................................................................................................................
59
59
60
DAFTAR PUSTAKA....................................................................................
61
LAMPIRAN....................................................................................................
70
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
1. Perlakuan Seleksi Filtrat R. solanacearum Pada Kultur Kalus Jahe..........
23
2. Penetapan Angka Kematian Kalus Perbotol Kultur....................................
28
3. Tahapan Perkembangan Kalus Meristem Jahe............................................
29
4. Persentase Pembentukan Kalus embriogenik Setelah Subkultur................
31
5. Keragaan kalus Jahe Pada Medium Seleksi Tahap 1..................................
33
6. Keragaan kalus Jahe Pada Medium Seleksi Tahap 2..................................
37
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
1. Bagan Alir Penelitian.................................…….........................................
5
2. Keragaan Tanaman jahe (Zingiber offinale Rosc)......................................
7
3. Proses pertumbuhan embriogenesis somatik kultur Meristem Jahe...........
11
4. Tahapan isolasi eksplan meristem jahe.......................................................
25
5. Perkembangan Kalus Jahe..........................................................................
30
6. Keragaan Kalus Embriogenik Jahe....................................................…......
32
7. Penampilan Morfologi Kalus Jahe...................................................……....
33
8. Keragaan Kalus Jahe Pada Media Seleksi Tahap 1...........................…......
34
9. Proses Desikasi Pada Kalus Jahe................................................................
36
10. Keragaan Kalus Jahe Pada Media Seleksi Tahap 2..........................…......
38
11. Rataan Bobot Segar Kalus Jahe Setelah Seleksi Tahap 1...........................
39
12. Rataan Bobot Segar Kalus Jahe Setelah Seleksi Tahap 2...........................
40
13. Rataan Diameter Kalus Jahe Setelah Seleksi Tahap 1.................................
41
14. Rataan Diameter Kalus Jahe Setelah Seleksi Tahap 2.................................
42
15. Keragaan Diameter Kalus Jahe Setelah Seleksi Tahap 2.............................
42
16. Rataan Jumlah Embrio Globular Setelah seleksi tahap 1..............................
43
17. Rataan Jumlah Embrio Globular Setelah seleksi tahap 2..............................
44
18. Rataan Jumlah Embrio Torpedo Jahe Setelah Seleksi Tahap 1..................
45
19. Keragaan Kalus Embriogenik Jahe pada perlakuan Filtrat.........................
45
20. Rataan Jumlah Embrio Torpedo Jahe Setelah Seleksi Tahap 2..................
46
21. Rataan Nilai Kematian Kalus Jahe.............................................................
47
22. Penampang membujur jaringan meristem jahe............................................
48
23. Penampang membujur kalus embriogenik jahe umur 10 minggu...............
49
24. Penampang membujur embrio globular dan Torpedo................................
50
25. Keragaan Kalus Nekrosis...........................................................................
50
26. Kandungan Asam Salisilat dalam kalus Jahe..............................................
52
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran
Halaman
1. Tahapan perkembangan tunas dari embriosomatik hasil seleksi ..................
70
2. Mekanisme resistensi melalui Systemic Acuired Resistance (SAR).............
71
3. Formulasi Media MS.....................................................................................
72
4. Deskripsi Jahe................................................................................................
73
5. Prosedur Histologi Jaringan..........................................................................
74
6. Sidik ragam bobot kalus setelah seleksi tahap 1..........................................
75
7. Sidik ragam diameter kalus setelah seleksi tahap 1.....................................
75
8. Sidik ragam jumlah embrio globular setelah seleksi tahap 1.......................
75
9. Sidik ragam jumlah embrio torpedo(transformasi) setelah seleksi tahap 1..
76
10.Sidik ragam bobot kalus setelah seleksi tahap 2...........................................
76
11.Sidik ragam diameter kalus setelah seleksi tahap 2......................................
76
12.Sidik ragam jumlah embrio globular setelah seleksi tahap 2......................
77
13.Sidik ragam jumlah embrio torpedo(transformasi) setelah seleksi tahap 2...
77
I. PENDAHULUAN
Latar Belakang
Jahe (Zingiber officinale Rosc.) merupakan salah satu komoditas ekspor dan di
dalam negeri digunakan untuk bahan baku obat tradisional maupun fitofarmaka.
Komoditas ini juga berperan cukup berarti dalam penyerapan tenaga kerja dan
penerimaan devisa negara. Dalam sepuluh tahun terakhir, ekspor jahe dari Indonesia
berupa rimpang jahe segar, jahe kering, acar jahe (pikel), dan minyak atsiri,
berfluktuasi sangat tajam.
Sebagian besar (50%) pasokan jahe di pasaran dunia saat ini dikuasai oleh
India. Pada tahun 2004, produksi jahe nasional (104.789 ton) mengalami penurunan
sebesar 20.597 ton jika dibandingkan tahun 2003 (125.386 ton), walaupun pada
tahun 2005 jumlahnya sedikit meningkat (125.827) ton. Penurunan produksi tersebut
terutama disebabkan oleh turunnya produksi di sentra pengembangan jahe utama
(Jawa Barat) akibat serangan organisme pengganggu tanaman (OPT) dan budidaya
yang kurang optimal. Tahun 2006 produksi nasional naik menjadi 177.137 ton.
Kenaikan produksi ini dikarenakan penambahan jumlah areal pertanaman jahe yang
cukup signifikan dari 61.494.919 m2 menjadi 89.041.808 m2 (Deptan 2008).
Di samping kendala OPT dan budidaya, pengembangan jahe di Indonesia juga
mengalami hambatan karena terbatasnya bibit bermutu. Secara konvensional bibit
jahe diambil dari potongan rimpang. Dengan cara ini diperlukan bibit dalam jumlah
yang banyak, antara 2-3 ton/ha untuk jahe yang dipanen tua dan 5-6 to/ha untuk yang
dipanen muda (Januwati & Rosita 1997).
Untuk mengantisipasi hal-hal tersebut di atas, sangat penting bagi petani dan
penangkar benih untuk menggunakan bahan tanaman (benih) bermutu dari varietas
yang sudah dilepas, bersertifikat, bebas OPT dan penerapan teknik budidaya anjuran
yang dapat meningkatkan produktivitas tanaman. Pada tahun 2001 Balai Penelitian
Tanaman Rempah dan Obat sudah melepas 1 varietas unggul jahe (Cimanggu-1)
dengan produksi rata-rata 2 kg/rumpun (Hadad et al. 2006), kemudian pada tahun
2007 juga dilepas 4 varietas jahe (Jahira -1, Jahira -2, Halina -1, Halina -2 Halina -3
Halina -4) (Bermawie et al. 2007). Namun, varietas yang sudah dilepas tersebut
rentan terhadap penyakit layu bakteri yang disebabkan oleh Ralstonia solanacearum.
Ralstonia solanacearum merupakan OPT utama yang dapat menggagalkan
hasil dan sulit ditanggulangi karena di samping menyerang jahe, juga dapat
menyerang tanaman temu-temuan lainnya seperti kunyit dan kencur dan sayuran
(tomat dan cabe), serta beberapa macam gulma (Supriadi et al. 1995). Hal ini
mengindikasikan bahwa isolat R. solanacearum dari jahe mempunyai kisaran inang
yang cukup luas. Serangan penyakit layu bakteri pada jahe semakin meluas akibat
penggunaan benih yang sudah mengandung R. solanacearum.
Berbagai teknik pengendalian, baik dengan menggunakan antibiotik (agrimicin,
agrept), mikroba antagonis (Bacillus subtillis, Pseudomonas fluorescens, P.putida,
P.cepacia) maupun kultur teknis anjuran, belum mampu mengatasi kendala tersebut
secara optimal. Usaha pengendalian masih belum efektif, terutama karena belum ada
klon jahe yang tahan terhadap R. solanacearum (Supriadi et al. 2000). Kendala utama
untuk memperoleh varietas jahe tahan terhadap R. solanacearum adalah terbatasnya
sumber gen ketahanan (narrow genetic stock) dan hambatan fisiologis karena adanya
sifat inkompatibilitas sendiri (self-incompatibility), serta rendahnya fertilitas polen
sehingga persilangan konvensional sulit dilakukan. Oleh karena itu upaya untuk
memperoleh varietas jahe tahan penyakit perlu dilakukan dengan meningkatkan
ketahanan penyakit secara inkonvensional.
Seleksi in vitro dengan menggunakan medium selektif merupakan salah satu
metode yang dapat digunakan untuk meningkatkan ketahanan jahe terhadap bakteri R.
solanacearum.
Berbagai
agen
penyeleksi
seperti
filtrat
atau
toksin
dari
mikroorganisme patogen maupun non patogen, serta elisator kimia (Svabova &
Lebeda 2005; Pradhanang et al. 2005) sudah banyak diaplikasikan pada beberapa
tanaman budidaya dan berhasil memperoleh varian baru yang tahan terhadap
organisme pengganggu tanaman tertentu.
Ralstonia solanacearum umumnya memproduksi beberapa jenis enzim yang
berperan dalam virulensi seperti -1,4-endoglucanase (Egl), endopolygalacturonase
(PehA), exopolygalacuturonases (PehB dan PehC), -1,4-cellobiohydrolase (CbhA)
dan pektin methyl esterase (Pme). Enzim - enzim tersebut berperan dalam degradasi
dinding sel tanaman (Cell Wall Degrading Enxymes; CWDEs), yang dikeluarkan
melalui sistem sekresi tipe II (T2Ss) (Denny et al. 1990; González & Allen 2003;
Huang & Allen 1997 & 2000; Tans-Kersten et al. 1998; Liu et al. 2005; Hikichi et al.
2007). Selain itu, Liu et al. 2005 melaporkan bahwa suatu mutan yang kekurangan
enam gen penyandi CWDEs menyebabkan tanaman layu lebih signifikan dari tipe
liarnya. Saat ini CWDEs sedang dikaji kemungkinan peranannya dalam mengontrol
virulensi bakteri.
Induksi resistensi penyakit pada tanaman menghasilkan suatu perlindungan
patogen yang memiliki spektrum luas pada daerah infeksi utama dan bagian distal
tanaman. Fenomena ini antara lain berhubungan dengan akumulasi asam salisilat
(SA) yang diperlukan untuk signal transduksi dan mendorong pengaturan ekspresi
hubungan antara patogenesis protein (PR) dengan aktivitas mikroba (Delaney et al.
1994; Hammerschmidt et al. 1982; Kuc 1995; Faize et al. 2004). Dengan demikian
peningkatan kadar SA dalam tanaman dapat dijadikan sebagai salah satu indikator
ketahanan.
Keberhasilan aplikasi variasi somaklonal dan teknik seleksi in vitro untuk
mendapatkan sifat ketahanan memerlukan ketersedian metode/teknik kultur jaringan
yang efektif dan mampu meregenerasikan planlet dan adanya media selektif yang
mampu menghambat pertumbuhan sel/jaringan normal sekaligus meningkatkan
perkembangan sel/jaringan varian dengan sifat tertentu (Yusnita 2005;Purwati 2007).
Metode kultur jaringan dan regenerasi untuk tanaman jahe telah diperoleh pada
penelitian Sitinjak (2005) dan Rostiana & Syahid (2008), sedangkan media untuk
penyeleksi yang mampu menginduksi dan menyeleksi ketahanan jahe terhadap
bakteri Ralstonia solanacearum pada kultur jaringan jahe belum pernah diteliti
sebelumnya. Berdasarkan hal tersebut maka penelitian ini perlu dilakukan.
Tujuan Penelitian
1. Mendapatkan konsentrasi filtrat Ralstonia solanacearum yang dapat menginduksi
dan menyeleksi ketahanan pada kalus embriogenik jahe.
2. Mendapatkan varian kalus baru yang memiliki ketahanan terhadap filtrat Ralstonia
solanacearum.
Hipotesis Penelitian
1. Konsentrasi filtrat bakteri Ralstonia solanacearum berpengaruh terhadap
morfologi, histologi dan kandungan asam salisilat kalus embriogenik jahe.
2. Seleksi bertingkat secara in vitro pada kalus embriogenik jahe dengan filtrat
Ralstonia solanacearum akan menghasilkan varian kalus.
Untuk mencapai tujuan penelitian dan menjawab hipotesis yang diajukan,
dilakukan lima tahapan percobaan dengan bagan alir penelitian seperti disajikan pada
Gambar 1.
Meristem jahe putih besar
(inner shoot bud) var.
Cimanggu 1
Induksi kalus Kalus embriogenik
(Media MS + Sukrosa 2% + Glutamine 100
mg/l + 2,4-D 1 mg/l + BA 3 mg/l)
Analisis histologi kalus
Proliferasi kalus embriogenik
(Media MS + Sukrosa 2% + Glutamine 100
mg/l + 2,4-D 1 mg/l + BA 3 mg/l)
Out put : Melihat anatomi
jaringan kalus
Out put : Kalus embriogenik
yang seragam
Seleksi Kalus Menggunakan Filtrat
R. solanacearum
Seleksi I
[MS cair + manitol 3% + Filtrat (0, 0,1%, 0,2%,
0,3%, 0,4%, 0,5%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%)]
Sub kultur ke media MS (tahap pemulihan)
Seleksi II
[MS cair + manitol 3% + Filtrat (0, 1%, 2%, 3%,
4%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%)]
Sub kultur ke media MS (tahap pemulihan)
Out put : Varian kalus jahe tahan
filtrat R.solanacearum
Analisis Kandungan Asam Salisilat
Out put : Kandungan asam salisilat pada kalus
setelah diberi perlakuan filtrat
R. solanacearum
Analisis histologi kalus
Out put : Anatomi jaringan kalus
akibat perlakuan filtrat
R. solanacearum
Gambar 1. Bagan Alir Penelitian
II. TINJAUAN PUSTAKA
Botani Tanaman Jahe (Zingiber officinale Rosc)
Deskripsi tanaman jahe (Zingiber officinale Rosc.) menurut Lawrence (1951)
dan Jansen (1981) dapat diklasifikasikan sebagai berikut :
Kingdom
: Plantae
Divisi
: Angiospermae
Kelas
: Monokotiledoneae
Bangsa
: Zingiberales
Suku
: Zingiberaceae
Sub suku
: Zingiberoideae
Marga
: Zingiber
Jenis
: Zingiber officinale Rosc.
Jahe merupakan tanaman herba tahunan yang tumbuh pada lahan dataran
rendah sampai menengah (300 - 900 m dpl). Di Indonesia dikenal tiga jenis jahe yaitu
; Jahe putih besar, jahe putih kecil dan jahe merah. Jahe putih besar mempunyai
rimpang yang tumbuh bergerombol pada pangkal batangnya, berdaging dan
berukuran tebal serta bercabang tidak beraturan tetap secara normal hanya pada arah
vertikal. Ukuran panjang dan lebar rimpang berkisar antara 15,83 - 32,75 cm dan 6,20
- 11,30 cm. Jahe putih besar mempunyai aroma dan rasanya kurang tajam
dibandingkan jenis yang lainnya. Jahe putih kecil ukuran rimpangnya relatif lebih
kecil 6,13 - 31,70 cm dan 6,38 - 11,10 cm sedangkan jehe merah 12,33 - 12,60 dan
5,26 - 10,40 cm (Rostiana et al. 1991). Dari ketiga jenis jahe tersebut jahe putih besar
lebih banyak dibudidayakan karena lebih menguntungkan dibandingkan jenis lainnya.
Tanaman jahe mempunyai batang semu (pseudostems) yang berbentuk bulat
(teres). Tinggi tanamaan ini rata-rata 68,63 ± 12,5 cm, tegak, tidak bercabang,
berwarna hijau muda, sering kemerahan pada bagian dasar. Setiap batang umumnya
terdiri atas 8 - 12 helai daun (Rostiana et al. 1991 ; Jansen 1981). Keragaan tanaman
dan rimpang jahe diperlihatkan pada Gambar 2.
A
B
Gambar 2. Keragaan Tanaman Jahe (Zingiber officinale Rosc). A. Tanaman Jahe
umur 6 bulan B. Rimpang Jahe
Akar jahe berbentuk bulat, ramping, dan berserat. Panjang akar jahe 12,93 21,52 cm dengan diameter 4,5 - 6,3 mm, berwarna putih sampai kecoklatan. Akar
jahe keluar dari garis lingkaran sisik rimpang (Rostiana et al. 1991). Jahe mempunyai
jumlah kromosom 2n = 22 (Ajijah et al. 1997).
Daun tanaman jahe terdiri atas upih dan helaian. Upih daun melekat
membungkus batang dengan helaian daun yang tersusun berseling (folia disticha).
Pada setiap buku terdapat dua daun. Helaian daun tipis, berbentuk bagun garis
(linearis) sampai lanset (lanceolatus), berwarna hijau gelap pada bagian atas dan
lebih pucat pada bagian bawah, panjang berkisar antar 5 - 25 cm dan lebar berkisar
antara 1 - 3 cm. Tulang (urat) daun tampak jelas bersusun sejajar, pada bagian
permukaan atas terdapat bulu- bulu putih. Ujung daun meruncing (acumilatus) dan
tumpul (obtusus) dan membulat (rounded/rotundus) pada bagian pangkal (Ajijah et
al. 1997).
Bunga jahe jarang terlihat, tetapi pada beberapa pertanaman jahe bunga mekar
pada siang hari sekitar jam 1300 - 1600 WIB, kemudian gugur keesokan harinya
(Bermawie & Martono 1994). Bunga muncul langsung dari rimpangnya, tersusun
dalam rangkaian bulir berbentuk seperti jagung. Setiap bunga dilindungi oleh daun
pelindung berwarna hijau, berbentuk bulat telur atau jorong (elliptic). Pada setiap
daun pelindung terdapat satu bunga yang muncul pada bagian tengah (Purseglove et
al. 1981).
Tanaman jahe sangat jarang dapat membentuk buah. Hal ini karena kesuburan
serbuk sari yang rendah dan adanya faktor inkompatibilitas sendiri. Fertilitas polen
jahe sangat rendah (< 30%), karena stuktur bunga yang memiliki bulu sehingga
tepung sari sulit untuk menempel dan berkecambah pada kepala putik.
Inkompatibilitas adalah fenomena yang terjadi pada tanaman normal dimana polen
dan ovulnya fertil tidak dapat menghasilkan biji karena faktor ketidaksesuaian dari
cara berpasangan gen atau adanya reaksi penolakan antara gen y