Seleksi In Vitro Tanaman Padi Untuk Sifat Ketahanan Terhadap Aluminium
SELEKSI IN VlTRO TANAMAN PAD1
UNTUK SIFAT KETAHANAN TERHADAP
ALUMINIUM
OLEH
RAGAPADMI PURNAMANINGSIH
PROGRAM PASCA SARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2002
ABSTRAK
RAGAPADMI PURNAMANINGSM. Seleksi In Vitro Tanaman Padi Untuk Sitat
Ketahanan Terhadap Aluminium. D ~ h w a hbimbingan G.A. WATTIMENA sebagai
ketua dan IKA MARISKA sebagai anggota.
Salah satu upaya untuk meningkatkan produksi nasional padi adalah dengan
memanhatkan lahan masam yang tersedia cukup luas di luar Pulau Jawa. Pada lahan
tersebut ditemukan masalah cekaman lingkungan yaitu tingkat kernasaman yang
tinggi, ketersediaan hara N, P, K, Ca, Mg, dan Mo yang rendah serta konsentrasi A1
dan Mn yang mencapai tingkat beracun. Pendekatan yang efkien dan ramah
lingkungan untuk menangguhgi masalah tersebut adalah dengan memperbaiki
kultivar-kultivar tanaman terhadap cekaman lingkungan, akan tetapi varietas yang
tahan saat ini jurnlahnya mash terbatas. Salah satu metoda yang dapat digunakan
untuk memperoleh tanaman-tanaman baru yang dapat ditanam di lahan masam adalah
melahi keragaman somaidonal dan seleksi in vitro. Penelitian ini bertujuan untuk
memperoleh nomor-nomor baru tanaman padi yang mempunyai sitat ketahanan
terhadap Al dan pH rendah (4.0). Perlakuan yang diuji adalah jenis varietas (T 309
clan Rojolele) dan konsentrasi aluminium (0, 100, 200, 300, 400, dan 500 ppm).
Sekksi dilakukan pada tiga tahap yaitu tahap regenerash embrio dan kalus.
Rancangan disusun secara Worial dalam rancangan hgkungan acak lengkap.
Dalam penelitian ini juga dilakukan pengujian tanaman hasil seleksi in vitro di rumah
kaca dengan menggunakan larutan ham yaitu Yoshida dan penambahan aluminum (0
dan 45 ppm). Hasil penelitian menunjukkan bahwa kedua varietas mempunyai respon
yang sama pada semua jenis media yang digunakan. Pada perlakuan komposisi
media, MS + 2,4-D 2 rng/l+ casein hidrolisat 3 g/l lebih banyak membentuk nodulnodul bakal mata tunas d
i
i media lainnya. Regenerasi eksplan setelah
perlakum seleksi menunjukkan bahwa pada umumnya kedua jenis varietas dapat
beregenerasi pada semua perlakuan seleksi yang diirikan kecuali pada konsentrasi
Al 500 ppm. Seleksi pada tahap kalus, regenerasi dan ernbrio menunjukkan hasil
yang sama yaitu semakin meningkat konsentrasi A1 maka daya regenerasi eksplan
makin menurun. Seleksi pada tahap embrio dan kalus lebih banyak memunculkan
tanamamtanaman baru yang mempunyai sitat ketahanan terhadap Al dan pH rendah.
Hasil pengujian dengan larutan hara menunjukkan bahwa sebagian besar nomornomor baru yang dihasilkan melalui metoda seleksi in vitro juga mempunyai sifat
ketahanan terhadap Al dan pH rendah.
SURAT PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang bejudul :
"SELEKSI IN VITRO TANAMAN PAD1 UNTUK SIFAT KETAHANAN
TERHADAP A
L
W
Adalah benar merupakan hasil karya sendiri dan belum pernah dipublikasikan. Semua
sumber data dan i n f o m i yang digunakan telah dinyatakan secara jelas clan dapat
diperiksa kebenarannya
Bogor, 4 Juni 2002
RAGAPADMI PURNAMANINGSIH
NRP.99626
SELEKSI IN WTRO TANAMAN PAD1
UNTUK SIFAT KETAHANAN TERHADAP
ALUMINIUM
RAGAPADMI P U R N n G S m
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Bioteknologi
PROGRAM PASCA SARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2002
Judul Tesis
: Seleksi In ntro Tanaman Padi Untuk Sifat
Nama Mahasiswa
Nomor Pokok
Program Studi
Ketahanan Terhadap Aluminium
: Ragapadmi Purnamaningsih
: 99.626
: Bioteknologi
Menyetujui
1. Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Ir. Wattimena, MSc.
Ketua
Dr. Ir. Ika Mariska, APU
Anggota
Mengetahui
2. Ketua Program Studi Bioteknolo
Tanggal lulus : 21 Mei 2002
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Denpasar, Bali pada tanggal 19 Agustus 1965 sebagai
anak pertarna dari pasangan Bapak Retig Adnyana dan Ibu Siti Nifah. Penulis
menyelesaikan jenjang pendidikan formal di SD Negeri PPSP IKIP Surabaya pada
tahun 1977, SMP PPSP IKIP Surabaya pada tahun 1980, dan SMA Negeri I Surabaya
di Institut
pada tahun 1983. Pada tahun yang sama penulis rnelanjutkan pe~~didikan
Pertanian Bogor dan men~perolehgelar Sarjana Pertanian pada bulan Desember 1987.
Pada tahun 1999 penulis diterirna di Program studi Bioteknologi, Program
Pasca Sarjana Institut Pertanian Bogor. Penulis mulai bekerja pada tahun 1989 di
Pusat Penelitian dan Pengembangan Tanarnan Industri, dan pada tahun 1995 penulis
dipindahkan ke Balai Penelitian Tanaman Rempah dan Obat. Selanjutnya pada tahun
1997 penulis dipindahkan ke Balai Penelitian Bioteknologi Tanarnan Pangan Bogor
dan 'bekerja sebagai staf peneliti hingga sekarang.
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat AUat swt atas selesainya karya tulis
ilmiah ini. Topik yang dipilih adalah Seleksi in vitro tanaman padi untuk siht
ketahauan terhadap aluminium.
Terimakasih diucapkan kepada Prof. Dr. Ir. G.A. Wattimena dan Dr. Ir. Ika
Mariska selaku pembimbing, atas gagasan dan dorongan yang sangat berguna dalam
menyelesaikan penelitian serta penulisan tesis; Ketua Program Studi beserta staf atas
kepercayaan dan kesediaannya mendidik penulis khususnya dalam bidang biologi
rnolekuler; Direktur Program Pasca Sarjana IPB besarta staf atas pelayanan selarna
penulis rnenernpuh pendidikan; Kepala Balai Penelitian Bioteknologi Tanaman
Pangan beserta staf yang telah memberikan ijin belajar serta hilitas penelitian;
*
Ketua Kelti Reproduksi dan Pertumbuhan serta teman-teman Kelompok Peneliti
Reproduksi dan Pertumbuhan atas semua bantuan dan dukungannya selama penulis
melakukan penelitian, kepada orang tua dan adik-adik tersayang , suami dan anakanak tercinta (Reza dan Arin) terimakasih atas kasih sayang serta perhatiannya yang
sekh menyertai perjalanan penulis selama me-
studi. Kepada teman-teman
Program Studi Bioteknologi angkatan 99, khususnya kepada Atmitri, Enung Sri
Mdyaiq@ serta Sri Hartati, terimhsih atas persahabatan dan kebemmaan yang
sangat berarti Penulis juga men*
terimakasih kepada Proyek ARMP, Badan
Penelitian clan Pengembangan Pertanian, Departemen Pertanian, yang telah
membiayai studi penulis.
Akhir kata, semoga hasil dan informasi yang disajikan dalam karya tulis ini
berguna bagi k m j u a n ilrnu pengetahuan.
DAFTAR IS1
DAFTAR IS1 .....................................................................
..............................................................
DAFTAR GAMBAR ..........................................................
DAFTAR LAMPIRAN TABEL ............................................
DAFTAR TABEL
PENDAHULUAN
LatarBelakang ............................................................
TUJUAN PENELITIAN ...................................................
HlPOTESlS .................................................................
TINJAUAN PUSTAKA
Klasifikasi tanarnan padi ................................................
Tanah masam dan pengaruhnya bagi pertumbuhan tanarnan
Pengaruh cekaman A1 terhadap tanaman ...........................
Mekanisme toleransi Aluminium ....................................
Keragaman somaMona1 ................................................
Komposisi media untuk induksi kalus dan regenerasi tanaman
Zat pengatur turnbuh ..................................................
BAGAN ALIR PENELITIAN
.......................................
METODOLOGI PENELITIAN
Tempat dan waktu penelitian ........................................
Bahan ..................................................................
Metode Penelitian .....................................................
Pengamatan ...........................................................
Pembuatan media ......................................................
Induksi kalus ...........................................................
Seleksi in vitro clan regenerasi eksplan .............................
Regenerasi eksplan setelah seleksi in vitro .........................
Pengujian plantlet dengan menggumkan larutan hara ...........
HASIL DAN PEMBAHASAN
Induksi kalus .............................................................
Seleksi in vitro
Daya regenerasi biakan setelah seleksi ...............................
Pengujian nornor-nomor harapan dengan larutan hara .................
KESIMPULAN dm SARAN .............................................
DAFTAR PUSTAKA
.......................................................
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
Perubahan sifat yang terjadi p d a beberapa tanaman karena adanya
keragaman sornaklonal
Persentase pembentukan kalus pada perlalcuan formulasi media,
umur 6 rninggu
Ukuran diameter kalus dari eksplan pada masing-masing fonnulasi
media, umur 6 minggu
Waktu regenerasi ekspla~pada beberapa tabapan seleksi
Persentase kalus yang dapat menginduksi tunas pada seleksi tahap
regenerasi
Persentase regenerasi eksplan pada seleksi tahap embrio
Persentase regenerasi eksplan pada seleksi tahap kalus
Jumlah anakan plantlet hasil seleksi in vitro, umur 1 bulan
Jumlah akar planlet hasil seleksi in vitro, umur 1 bulan
Panjang
plantlet basil seleksi in vitro, urnur 1 bulan
Nilai PAR nomor-nomor harapan padi dari varietas T 309
dengan lcultur hara, umur 14 hari
Nilai PAR nomor-nomor harapan padi dari varietas Rojolele
dengan kultur hara, umur 14 hari
Perubahan pH pada nornor-nomor yang berasal dari varietas
T 309 pada pengujian dengan kultur hara, umur 14 hari
Peru*
pH pada nomor-nomor yang diuji yang berasal dari
varietas Rojolele pada pengujian dengan kultur hara, umur 14 hari
11
22
23
30
DAFTAR GAMBAR
'
Bagan Alir Penelitian
Bagan Hasil Penelitian
Pembenhikan kalus padi pada beberapa formulasi media
Seleksi in vitro padi pada beberapa konsentrasi aluminium
Regenerasi eksplan setelah perlakuan seleksi
Persentase regenerasi eksplan pada beberapa tahap seleksi
in vitro
Perakaran tanaman toleran terhadap aluminium pada pengujian
kultur hara
Perakaran tanaman peka terhadap aluminum pada pengujian kuitur
hara
9
Perakaran tanaman toleran aluminium pada pH 5.8 dan 4.0
44
10
Perakaran padi varietas Dupa (toleran Al) dan ITA (peka Al) pada
pH 4.0
45
DAFTAR LAMPIRAN TABEL
Komposisi larutan stok untuk media Murashige-Skoog (1 962)
Analisis sidik ragam persentase pembentukan kalus pada perlakuan
fomulasi media
Analisii sidik ragam ukuran diameter kalus dari eksplan pada
perlakuan formulasi media
Analisis sidik ragam -tase
regenerasi eksplan pada seleksi tahap
regenerasi
Analisis sidik ragam persentase regenerasi eksplan pada seleksi tabap
embrio
Analisis sidik ragam persentase regenerasi eksplan pada seleksi tahap
kalus
Analisis sidik ragam jumlah analcan nornor-nomor baru hasii seleksi
in vitro
Analisis sidik ragam jumlah akar nomor-nomor baru hasil seleksi in
vitro
Analisis sidik ragam panjang akar nomor-nomor barn hasil seleksi in
vitro
Latar belakang
Padi (Oryza sativa L.) merupakan tanaman pangan yang sangat penting karena
sampai saat ini beras masih digunakan sebagai makanan pokok bagi sebagian penduduk
dunia terutama Asia. Selain itu di Indonesia beras masih dipandang sebagai produk kunci
bagi kestabilan perekonornian dan politik.
Indonesia saat ini menghadapi masalah pangan akibat -tan
jumlah
penduduk yang diikuti oleh banyaknya sawah subur beririgasi di Pulau Jawa yang beralih
m s i menjadi kawasan indwtri dan pemukbn. Selain itu pengaruh bencana alam
berupa kemarau pmjang atau banjir yang terjadi hampir setiap tahun menyebabkan
produksi beras menurun, sehingga untuk memenuhi keperluan nasional pemerintah harus
rnengimpor beras. Kondisi in. diperburuk dengan terjadinya krisis moneter yang
berdampak terhadap melemahnya daya beli petani terhadap sarana produksi yang
harganya melambung tinggi, terutama pupuk dan pestisida.
Salah satu usaha yang dapat dilakukan untuk meningkatkan produksi bahan
pangan ini addah dengan m e h t k a n lahan kering yang tersedia cukup luas di luar
Pulau Jawa. Dari luas total daratan Indonesia, sekitar 47.6 juta hektar (32.4%)merupakan
lahan kering yang umumnya didorninasi oleh tanah masam Podsolik Merah Kuning
(Karama dan Abdurrachman, 1993). Sumatera merupakan pulau terluas yang memiliki
jenis tanah Podsolik Merah Kuning, yaitu 20.6 juta hektar, disusul Kalirnantan yaitu 16.1
juta hektar, Maluku 3.231 juta hekta. dan Sulawesi 2.0 juta hektar, sedangkan Jawa dan
Madura hanya 0.325 juta hektar (Sudjadii 1984).
Penelitian terdahulu pada Iahan Podsolik Merah Kuning m e n u n . bahwa
pertumbuhantanaman pada ummmya terhambat dan produktivitasnya sangat rendah. Hal
ini disebabkan karena adanya hambatan cekaman hgkungan berupa tingkat kernasaman
yang tinggi (pH rendah), ketersediaan hara N, P, K, Ca, Mg, dan Mo yang rendah serta
konsentrasi Al clan Mn yang mencapai tingkat beracun (Notohadiprawiro, 1993; Baligar
et al., 1989). Keracunan Al pada tanaman dapat mengum@ pertumbuhan akar dan tajuk.
Menurut Marschner (1995) ha1 ini dkbabkan oleh adanya pH rendah dan keracunan A1
sehingga akar menebal dan pendek karena proses pemanjangan sel terhambat sehingga
penyerapan air dan hara krkurang.
Sebelumnya pemecahan masalah kesuburan tanah dalam produksi tanaman,
ditekankan pada upaya untuk mengembalikan kesubufan tanah antara lain : pemupukan
dan pengapuran. Pengapuran merupakan salah satu usaha memperbaiki kondisi lahan
masam, namun ternyata biaya yang harus dikeluarkan sangat mahal. Oleh karena itu perlu
diupayakan alternatif lain. Pendekatan yang lebih efisien dan ramah hngkungan untuk
memggulangi hambatan tersebut adalah melalui pemuliaan dengan memperbaki
kultivar-kultivar tanaman terhadap cekaman hgkungan, disamping mempunyai
produktivitas dan mutu yang tinggi. Hasil-has3 penelitian terdahulu menunjukkan bahwa
ketahanan species/ kultivar terbadap A1 berbeda-beda (Van Sint Jan, et al.,1997).
Keragaman genetik yang tinggi merupakan salah satu faktor utama dalam
perbaikan sst-sifitt tanaman. Secara konvensional peningkatan keragaman genetik dapat
dilaMran dengan memanfhtkan berbagai bahan genetik yang tersedia di alam dan
selanjutnya dilakukan persilangan secara konvensional. Namun untuk sifkt-sst tertentu
sering tidak ditemukan pada sumber gen yang ada.
Dengan berkembangnya teknologi kultur in vitro maka keragaman genetik dapat
ditingkatkan antara lain melalui keragaman somaklonal. Salah satu metoda variasi
somaklonal adalah seleksi in vitro. Metode ini lebih efektif dan efkien karena
penyaringan sifiit dilakhn lebih terarah. Menurut W e n 1 dan Fouroughi-Wehr (1993)
seleksi in vitro mempunyai beberapa keuntungan yaitu tidak terlalu dipengaruhi
hgkungan, memun-
untuk melakukan seleksi dalam tingkat sel, dan
memtmgkinkan seleksi untuk satu fhktor tunggal. Selanjutnya Rarnulu (1986)
menyatakan bahwa keragaman somaklonal dan seleksi in vitro dapat menyebabkan
terjadinya mutasi pada tingkat sel. Hal tersebut telah banyak dilakukan untuk
memperoleh varian-varian yang resisten terhadap herbisida dan stres bgkungan.
Seleksi in vitro untuk mendapatkan varietas baru yang tahan lahan masam
dilakukan dengan menggunakan komponen seleksi AICl3. 6 H20 dan kernasaman yang
rendah ( s e w 4) (Short et al., 1987). Metode tersebut telah dilakukan pada tanaman
tomat dan kentang (Starvarek dan Rains, 1984), sorghum (Smith et al., 1983), wortel
(Ojima dan Ohira, 1986) dan tembakau (Yamamoto et al., 1994). Metoda ini telah
terbukti dapat menghasikm varietas baru yang tahan terhadap cekaman hgkmgan dan
sfit tersebut diwariskan pada turummya.
Tanaman hasil seleksi in vitro, selanjutnya harus diuji di lapangan Untuk
memperoleh metoda uji ketahanan nomor-nomor baru di lahan masam yang cepat dan
e g e n sangatlah penting. Pengujian yang dilakukan di lapang umumnya memerlukan
waktu yang lama dan tenaga kerja yang banyak serta dipengaruhi oleh M o r lingkungan
seperti hama, penyakit, keragaman tanah, dll. Oleh karena itu perlu dicari rnetoda lain
yang lebih cepat dan ekien. Pengujian dengan menggunakan larutan hara merupakan
salah satu met&
altefnatif yang dapat digunakan untuk mnguji nomor-nomor baru
yang dihasilkan melalui metoda seleksi in vitro.
TUJUAN PENELITIAN
Penelitian ini dilakuksn untuk mendapatkan met&
seleksi in vitro yang tepat,
mendapatkan nornor-nomor baru tanaman padi yang tahan terhadap cekaman lingkungan
(A1 dan pH rendah), serta menganalisa hubungan antara metoda in vitro dan metoda
rumah kaca.
HIPOTESIS
Hipotesis yang melandasi penelitian ini adalah : 1) ada perbedaan antara metoda
seieksi in vitro, 2) terdapat beberapa nomor yang tahan, dan 3) terdapat korelasi antara
metoda in vitro dan lapang.
TINJAUAN PUSTAKA
Klasifikasi tanaman padi
Tjitrosoepomo (199 1) mengelompokkan padi ke dalam divisi Spermatophyta
(tumbuhan berbiji), sub divisi Angiospermae, kelas Monocotylae, Ordo Poales dan farnili
Poacea (Grarninae). Sedangkan Gould (1986) mengelompokkannya ke dalam sub famili
Oryzoideae, genus Oryza dan spesies Oryza sativa. Genus Oryza memiliki 20 spesies,
tetapi yang dibudidayakan adalah Oryza sativa L. di Asia dan 0. glaberrima Steund, di
m
a
.Kedua spesies irii sama-sama diploid (2n=24). Menurut Chang dan Bardenas, 0.
sativa dapat dibedakan dari 0. glaberrima yang tidak memiliki cabang-cabang sekunder
pada malai, selain itu ligula pada 0. sativa lebih panjang, gluma dan daunnya agak kasar
serta dapat tumbuh secara musiman.
Berdasarkan pengamatan dan studi yang telah dilaksanakan, Lu dan Chang
menyimpulkan bahwa 0. sativa dan 0. glaberrima berasal dari leluhur yang sama yakni
0. perennis Moench (Ismunadji, 1988). Dalam proses evolusi kedua cultigen tersebut
berkembang rnenjadi 3 ras yaitu Sinica (Japonica), Indica dan Javanica
Dalam perjalanan evolusi, Chang menyatakan bahwa 0. sativa telah mengaiami
perubahan-perubahan morfologi dan fisiologi dalarn proses pembudidayaan. Perubahanperubahan tersebut meliputi ukuran daun yang lebih besar, lebih panjang, dan lebih tebal.
Jurnlah daun menjadi lebih banyak dan laju pertumbuhan tanaman lebii cepat. Jumlah
cabang-cabang sekunder pada malai juga lebih banyak, bobot gabah lebih tinggi, laju
pertumbuhan bibit lebih cepat, anakan menjadi lebih banyak dan pembentukan malai
lebih sesuai dengan perkembangan anakan. Di samping itu pengisian gabah menjadi lebih
lama, tetapi kemampuan untuk membentuk rhizorna berkurang, dormansi lebih pendek,
kurang peka terhadap panjang hari dan penyerbukan tanarnan menjadi lebih bersifat
menyerbuk sendiri (selfpoolination) (Ismunadji, 1988).
Tanah masam dan penearuhnya b a ~pertumbuhan
i
tanaman
Kernasaman tanah merupakan salah satu &&or
pengharnbat bagi pertumbuhan
tanarnan. Di Indonesia lahan masam yang potensial dikembangkan untuk areal pertanian
masih cukup luas. Diperkirakan terdapat 47 juta hektar lahan masam yang merupakan
jenis tanah Podsolik Merah Kuning (Notohadiprawiro, 1983). Tanah masam dicirikan
dengan rendahnya pH dan meningkatnya kelarutan beberapa unsur mineral tertentu yakni
mangan, besi dan aluminium..
Kelarutan aluminium dipengaruhi oleh kondisi pH, dimana pada pH rendah
kelarutan Al meningkat dan sebaliknya pada pH tinggi kelarutan Al menurun. Menurut
Konishi (1992), aluminium terionisasi pada tanah masam dengan pH dibawah 5.0. Pada
kondisi masam (pH 0.7 (toleran) walaupun ada 3 nomor dengan
nilai PAR < 0.62 (rteka)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Induksi kalus
Hasil analisis statist& menunjukkan bahwa tidak ada perbedaan yang nyata untuk
peubah jumlah kalus yang terbentuk dari kedua jenis varietas, formulasi media yang
digunakan serta interaksinya (Tabel 2).
Tabel 2. Persentase pembentukan kalus pada perlakuan formulasi media, umur 4 rninggu
Fonnulasi media
% pembentukan
T 309
I
Rata-rata
kalus
Rojolele
MS + 2,4-DO.Smg/l+NAAl mgfl+BAlmgA
92,45
92,OO
92,31
MS + 2,4-D 2 K&H- CH 3 g/l
90,OO
87,50
88,89
MS + 2,4-D 20 mgll
96,67
93,33
94,67
I
1
Keterangan :Angka yang diikuti oleh huruf yang sama pada baris dan kolom yang
sum, tidak berbeda nyata berdasarkan uji Duncan 5%
I
Hal tersebut menunjukkan bahwa kedua varietas mempunyai respon yang sama
pada semua jenis media, dangkan ketiga media ymg digunakan juga mempunyai
kemampuan yang sama dalam menginduksi pembentukan kalus sehingga ketiga jenis
media tersebut dapat digunakan untuk menginduksi pembentukan kalus dari kedua
varietas yang digumkan Kalus terbanyak diiroleh dari media MS + 2,4-D 20 rng/l..
Demikian pula menurut Wattimena (1992), zat pengatur tumbuh dari golongan auksin
berperan antara lain dalam pembentukan kalus, morfogenesis akar dan tunas dan
embriogenesis. Pemilihan konsentrasi dan jenis auksin ditentukan antara lain oleh tipe
p e r t u m w clan perkembangan eksplan yang dikehendaki. Menurut Sellar et al., (1990)
penggunaan auksin dengan daya aktifitas kuat (antara lain 2,4-D, NAA atau
dikombinasikan dengan sitokinin dengan konsentrasi rendah) umumnya digunakan untuk
induksi kalus embriogenik. Hasil penelitian Hutami et al., (1999) menunjukkan bahwa
penggunaan auksin dengan ko~~entrasi
tinggi (10
- 40
mgll) memberkin hasil yang
lebih baik untuk perkembangan kalus embriogenik tanaman kedelai. Akan tetapi dalam
perkembangannya terlihat adanya respon yang berbeda dari kedua varietas pada masingrnasing formulasi media (Tabel 3)
Tabel 3. Ukuran diameter kalus dari eksplan pada perlakuan formulasi media,
umur 4 minggu
Diameter kalus I Rata-rata I
Visual
Formulasi media
0,19
I
0,12
1
0,18 a
1
Bening, globular
0,14
0,07
0,12 b
Bening, globular
0,14
0,07
0,ll b
Bening, globular
1
I
I
I
I
Keterangan : Angka yang diiku i oleh h d yang sama pada baris dan kolom yang
sarna, tidak berbec a nyata berdasarkan uji Duncan 5%
Ukuran diameter kalus dari T 309 lebih besar dan berbeda nyata dengan Rojolele.
Hal tersebut menunjukkan bahwa sel-sel kalus T 309 lebih cepat berdediferensiasi
daripada Rojolele sehingga ukurannya lebih besar. Sedangkan media MS + 2,4-D 0.5
mg/l+NAA 1 mgfl
+
BA 1 mgfl memberikan pertumbuhan kalus yang paling cepat
dibandingkan media lainnya dimana kalus yang dihasikan mempunyai diameter 0,18
cm2.
Penampalcan kalus secara visual menunjukkan bahwa ketiga formulasi media
menghasilkan kalus yang remah (fibel), berwarna bening dan terbentuk nodul-nodul
(Garnbar 3). Hal ini menunjdckan bahwa kemungkinan kalus yang diperoleh akan dapat
diregenerasikan menjadi plantlet. Namun demikian kalus yang diperoleh dengan
menggumkan media MS + 2,4-D 2 mg/l+CH 3 g/l lebih banyak membentuk nodul-nodul
di'bandingkan dengan media lainnya sehingga diharapkan akan diperoleh plantlet lebih
banyak, sedangkan penggunaan media MS + 2,4-D 0.5 mgA+ NAA 1 mg/l + BA 1 mgA
walaupun kalus yang dihasilkan ukwannya lebih besar, namun kalus tersebut merupakan
kalus yang bersat rhizogenik yaitu kalus yang lebih cepat membentuk akar daripada
tunas. Kemungkinan ha1 ini disebabkan karena adanya k e t i d a k s e u a n auksin dan
sitokinin (2,4-D, NAA clan BA) didalam eksplan sehingga eksplan lebih dahulu
membentuk akar daripada tunas,padahal tunas diperlukan agar tanaman dapat melakukan
proses fotosintesis. Wattirnena (1992) menyatakan bahwa morfogenesis tunas dan akar
dipengaruhi oleh nisbah auksin dan sitokinin. Nisbah auksin-sitokinin yang tinggi akan
mendorong morfogenesis akar sebaliknya nisbah sitokinin-auksin yang rendah akan
mendorong pembentukan tunas.
Kalus yang non rhizogenik adalah kalus embriogenik yang dapat beregenerasi
menjadi plantlet. Pembentukan kalus embriogenik ditentukan oleh sumber N kultur
media. Thompson et al., (1981) dalam Gunawan (1988) menyatakan bahwa asam amino
merupakan sumber N organik yang cepat diambil oleh tanaman daripada N-anorganik.
Selain itu Wetherell dan Dougall (1976) menyatakan bahwa penambahan asam amino
(antara lain glutamin, casein hidrolisat, atau arginin) pada media yang sudah mengandung
auksin dapat meningkatkan keberhasilan pembentukan kalus ernbriogenik, karena
didalam kloroplas asam amino &pat berperan sebagai prekursor untuk pembentukan
asam nukleat dan proses seluler h m y a Dilihat dari kemampuannya dalam menginduksi
pembentukan dan pertumbuhan kalus serta penampakan kalus yang dihasillcan, maka
untuk selanjutnya digunakan media MS + 2,4D 2 mgn+ CH 3 g/l untuk induksi kalus.
Seleksi in vitro dun renenerasi tanaman
Penampakan eksplan pada saat diseleksi dengan A1 dan pH rendah berbeda-beda
tergantung pada ketahanan masing-masing sel terhadap komponen seleksi yang diirikan
serta konsentrasi ahuninum yang diirikan (Gambar 4). Sel-sel yang ti&
sifiit ketahanan akan berwarna hitam serta ti&
mempunyai
mampu tumbuh sedangkan sel-sel yang
tahan akan tetap tumbuh dan benvarna hijau. Pada mumnya makin tinggi konsentrasi
aluminium yang digunakan maka kalus yang berwarna hitam makin banyak. Kalus yang
tetap berwarna hijau diharapkan merupakan kalus yang mempunyai siht ketahamm
terhadap aluminium.
Renenerasi ekplan setelah verlakuan seleksi
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kedua varietas yang digunakan dapat
beregenerasi setelah perlakuan seleksi in viiro. Namun demikian waktu yang diperlukan
untuk regenerasi berbeda-beda tergmtung kepada varietas dan tahapan seleksi yang
diberikan (Tabel 4). Penampakan biakan pada media regenerasi setelah seleksi terlihat
pada Gambar 5.
Pada umumnya varietas T 309 lebih cepat beregenerasi pada semua tahapan
seleksi dibandingkan denganRojolele. Seleksi yang di'berikan ketika eksplan berada pada
tahap regenerasi menyebabkan eksplan lebih cepat beregenerasi baik untuk varietas T
309 maupun Rojolele.
a= kontrol pH 5.8, b = kontrol pH 4.0, c = Al00 ppm
d = Al200 ppm, e = Al300 ppm, f= A1 400 ppm
Seleksi yang diberikan langsung pada ernbrio nampaknya tidak dapat
menghentikan proses pembelahan dan pertumbuhan sel sehingga kalus tetap terbentuk
dan berkembang walaupun ukurannya lebih kecil. Berlainan dengan hasil penelitian
Mariska et al., (2000) pada tanarnan kedelai menunjukkan bahwa seleksi yang langsung
diberikan pada eksplan embrio menyebabkan sebagian besar eksplan tidak dapat
membentuk kalus.
Seleksi yang dlhrikan pada saat eksplan berada pada fase kalus memberikan
respon regenerasi yang paling lambat yaitu 21 hari untuk T 309 dan 40 hari untuk
Rojolele. Diduga hal ini disehbkan karena lamanya eksplan berada pada tahap kalus
yaitu pada saat induksi kalus (6 rninggu) clan selama seleksi (8 minggu), dimana pada
fase tersebut sel terus menems membelah sehingga dapat menurunkan daya regenerasi
jaringan. Sel somatik yang terlalu lama diinkubasi pada media yang mengandung auksin
kuat dapat menurun daya regenemsinya Narnun dernikian semakin lama eksplan berada
pada fase kalus maka kemungkinan terjadinya mutasi makin besar, sehingga harapan
untuk memperoleh nomor-nomor tanarnan padi yang mempunyai s&t ketahanan
terhadap aluminium dan pH rendah makin besar. Selain itu penggunaan auksin seperti
2,4-D dapat menyebabkan perubahan sifat genetik. Keragaman yang ditirnbulkan
disebabkan oleh daya aktifitasnya yang kuat dalarn mernacu proses dediferensiasi
sehingga kromosom menjadi tidak stabil dan mengganggu replikasi DNA (Ahloowalia,
1986).
Tabel 4. Waktu regenerasi eksplan pada beberapa tahapan seleksi
Tahapan seleksi
Varietas
T 309
.........hari
. Rojolele
.......... .,.....hari ........
Seleksi pada tahap regenerasi
7
15
Seleksi pada tahap embrio
10
16
Seleksi pada tahap kalus
21
40
SELEKSI IN KTRO
Seleksi in vitro pada t a h a ~regenerasi
Pada tahap seleksi ini embrio terlebih dahulu diinduksi membentuk kalus
kemudian kalus dipindahkan pada media regenerasi dengan penambahan A1 sebagai
komponen seleksi. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa umumnya eksplan dari
kedua varietas dapat beregenerasi rnernbent.uk plantlet pada semua taraf konsentrasi
aluminium kecuali pada perlakuan A1 500 ppm (Tabel 5 dan Gambar 6). Persentase
regenerasi tertinggi diperoleh dari perlakuan kontrol tanpa seleksi (pH 5.8) yaitu s e b
69,60%. Penurunan pH menjadi 4,O nampaknya m e n d daya regenerasi eksplan
menjadi 42,90%.
Jika dibandingkan antara varietas T 309 dan Rojolele, kedua varietas memberikan
respon yang sama dan tidak berbeda nyata berdasarkan uji statistik. Akan tetapi terlihat
bahwa jumlah eksplan yang beregenerasi dari varietas Rojolele lebih banyak daripada T
309 walaupun waktu yang diperlukan beregenerasi varietas T 309 lebih cepat. Diduga ha1
ini disebabkan karena proses dediferensiasi kalus T 309 yang sangat cepat rnenurunkan
kemampuan regenerasinya sehingga organ yang terbentuk akhirnya tertutup oleh kalus.
Penambahan A1 menyebabkan adanya pen-
UNTUK SIFAT KETAHANAN TERHADAP
ALUMINIUM
OLEH
RAGAPADMI PURNAMANINGSIH
PROGRAM PASCA SARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2002
ABSTRAK
RAGAPADMI PURNAMANINGSM. Seleksi In Vitro Tanaman Padi Untuk Sitat
Ketahanan Terhadap Aluminium. D ~ h w a hbimbingan G.A. WATTIMENA sebagai
ketua dan IKA MARISKA sebagai anggota.
Salah satu upaya untuk meningkatkan produksi nasional padi adalah dengan
memanhatkan lahan masam yang tersedia cukup luas di luar Pulau Jawa. Pada lahan
tersebut ditemukan masalah cekaman lingkungan yaitu tingkat kernasaman yang
tinggi, ketersediaan hara N, P, K, Ca, Mg, dan Mo yang rendah serta konsentrasi A1
dan Mn yang mencapai tingkat beracun. Pendekatan yang efkien dan ramah
lingkungan untuk menangguhgi masalah tersebut adalah dengan memperbaiki
kultivar-kultivar tanaman terhadap cekaman lingkungan, akan tetapi varietas yang
tahan saat ini jurnlahnya mash terbatas. Salah satu metoda yang dapat digunakan
untuk memperoleh tanaman-tanaman baru yang dapat ditanam di lahan masam adalah
melahi keragaman somaidonal dan seleksi in vitro. Penelitian ini bertujuan untuk
memperoleh nomor-nomor baru tanaman padi yang mempunyai sitat ketahanan
terhadap Al dan pH rendah (4.0). Perlakuan yang diuji adalah jenis varietas (T 309
clan Rojolele) dan konsentrasi aluminium (0, 100, 200, 300, 400, dan 500 ppm).
Sekksi dilakukan pada tiga tahap yaitu tahap regenerash embrio dan kalus.
Rancangan disusun secara Worial dalam rancangan hgkungan acak lengkap.
Dalam penelitian ini juga dilakukan pengujian tanaman hasil seleksi in vitro di rumah
kaca dengan menggunakan larutan ham yaitu Yoshida dan penambahan aluminum (0
dan 45 ppm). Hasil penelitian menunjukkan bahwa kedua varietas mempunyai respon
yang sama pada semua jenis media yang digunakan. Pada perlakuan komposisi
media, MS + 2,4-D 2 rng/l+ casein hidrolisat 3 g/l lebih banyak membentuk nodulnodul bakal mata tunas d
i
i media lainnya. Regenerasi eksplan setelah
perlakum seleksi menunjukkan bahwa pada umumnya kedua jenis varietas dapat
beregenerasi pada semua perlakuan seleksi yang diirikan kecuali pada konsentrasi
Al 500 ppm. Seleksi pada tahap kalus, regenerasi dan ernbrio menunjukkan hasil
yang sama yaitu semakin meningkat konsentrasi A1 maka daya regenerasi eksplan
makin menurun. Seleksi pada tahap embrio dan kalus lebih banyak memunculkan
tanamamtanaman baru yang mempunyai sitat ketahanan terhadap Al dan pH rendah.
Hasil pengujian dengan larutan hara menunjukkan bahwa sebagian besar nomornomor baru yang dihasilkan melalui metoda seleksi in vitro juga mempunyai sifat
ketahanan terhadap Al dan pH rendah.
SURAT PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang bejudul :
"SELEKSI IN VITRO TANAMAN PAD1 UNTUK SIFAT KETAHANAN
TERHADAP A
L
W
Adalah benar merupakan hasil karya sendiri dan belum pernah dipublikasikan. Semua
sumber data dan i n f o m i yang digunakan telah dinyatakan secara jelas clan dapat
diperiksa kebenarannya
Bogor, 4 Juni 2002
RAGAPADMI PURNAMANINGSIH
NRP.99626
SELEKSI IN WTRO TANAMAN PAD1
UNTUK SIFAT KETAHANAN TERHADAP
ALUMINIUM
RAGAPADMI P U R N n G S m
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Bioteknologi
PROGRAM PASCA SARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2002
Judul Tesis
: Seleksi In ntro Tanaman Padi Untuk Sifat
Nama Mahasiswa
Nomor Pokok
Program Studi
Ketahanan Terhadap Aluminium
: Ragapadmi Purnamaningsih
: 99.626
: Bioteknologi
Menyetujui
1. Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Ir. Wattimena, MSc.
Ketua
Dr. Ir. Ika Mariska, APU
Anggota
Mengetahui
2. Ketua Program Studi Bioteknolo
Tanggal lulus : 21 Mei 2002
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Denpasar, Bali pada tanggal 19 Agustus 1965 sebagai
anak pertarna dari pasangan Bapak Retig Adnyana dan Ibu Siti Nifah. Penulis
menyelesaikan jenjang pendidikan formal di SD Negeri PPSP IKIP Surabaya pada
tahun 1977, SMP PPSP IKIP Surabaya pada tahun 1980, dan SMA Negeri I Surabaya
di Institut
pada tahun 1983. Pada tahun yang sama penulis rnelanjutkan pe~~didikan
Pertanian Bogor dan men~perolehgelar Sarjana Pertanian pada bulan Desember 1987.
Pada tahun 1999 penulis diterirna di Program studi Bioteknologi, Program
Pasca Sarjana Institut Pertanian Bogor. Penulis mulai bekerja pada tahun 1989 di
Pusat Penelitian dan Pengembangan Tanarnan Industri, dan pada tahun 1995 penulis
dipindahkan ke Balai Penelitian Tanaman Rempah dan Obat. Selanjutnya pada tahun
1997 penulis dipindahkan ke Balai Penelitian Bioteknologi Tanarnan Pangan Bogor
dan 'bekerja sebagai staf peneliti hingga sekarang.
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat AUat swt atas selesainya karya tulis
ilmiah ini. Topik yang dipilih adalah Seleksi in vitro tanaman padi untuk siht
ketahauan terhadap aluminium.
Terimakasih diucapkan kepada Prof. Dr. Ir. G.A. Wattimena dan Dr. Ir. Ika
Mariska selaku pembimbing, atas gagasan dan dorongan yang sangat berguna dalam
menyelesaikan penelitian serta penulisan tesis; Ketua Program Studi beserta staf atas
kepercayaan dan kesediaannya mendidik penulis khususnya dalam bidang biologi
rnolekuler; Direktur Program Pasca Sarjana IPB besarta staf atas pelayanan selarna
penulis rnenernpuh pendidikan; Kepala Balai Penelitian Bioteknologi Tanaman
Pangan beserta staf yang telah memberikan ijin belajar serta hilitas penelitian;
*
Ketua Kelti Reproduksi dan Pertumbuhan serta teman-teman Kelompok Peneliti
Reproduksi dan Pertumbuhan atas semua bantuan dan dukungannya selama penulis
melakukan penelitian, kepada orang tua dan adik-adik tersayang , suami dan anakanak tercinta (Reza dan Arin) terimakasih atas kasih sayang serta perhatiannya yang
sekh menyertai perjalanan penulis selama me-
studi. Kepada teman-teman
Program Studi Bioteknologi angkatan 99, khususnya kepada Atmitri, Enung Sri
Mdyaiq@ serta Sri Hartati, terimhsih atas persahabatan dan kebemmaan yang
sangat berarti Penulis juga men*
terimakasih kepada Proyek ARMP, Badan
Penelitian clan Pengembangan Pertanian, Departemen Pertanian, yang telah
membiayai studi penulis.
Akhir kata, semoga hasil dan informasi yang disajikan dalam karya tulis ini
berguna bagi k m j u a n ilrnu pengetahuan.
DAFTAR IS1
DAFTAR IS1 .....................................................................
..............................................................
DAFTAR GAMBAR ..........................................................
DAFTAR LAMPIRAN TABEL ............................................
DAFTAR TABEL
PENDAHULUAN
LatarBelakang ............................................................
TUJUAN PENELITIAN ...................................................
HlPOTESlS .................................................................
TINJAUAN PUSTAKA
Klasifikasi tanarnan padi ................................................
Tanah masam dan pengaruhnya bagi pertumbuhan tanarnan
Pengaruh cekaman A1 terhadap tanaman ...........................
Mekanisme toleransi Aluminium ....................................
Keragaman somaMona1 ................................................
Komposisi media untuk induksi kalus dan regenerasi tanaman
Zat pengatur turnbuh ..................................................
BAGAN ALIR PENELITIAN
.......................................
METODOLOGI PENELITIAN
Tempat dan waktu penelitian ........................................
Bahan ..................................................................
Metode Penelitian .....................................................
Pengamatan ...........................................................
Pembuatan media ......................................................
Induksi kalus ...........................................................
Seleksi in vitro clan regenerasi eksplan .............................
Regenerasi eksplan setelah seleksi in vitro .........................
Pengujian plantlet dengan menggumkan larutan hara ...........
HASIL DAN PEMBAHASAN
Induksi kalus .............................................................
Seleksi in vitro
Daya regenerasi biakan setelah seleksi ...............................
Pengujian nornor-nomor harapan dengan larutan hara .................
KESIMPULAN dm SARAN .............................................
DAFTAR PUSTAKA
.......................................................
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
Perubahan sifat yang terjadi p d a beberapa tanaman karena adanya
keragaman sornaklonal
Persentase pembentukan kalus pada perlalcuan formulasi media,
umur 6 rninggu
Ukuran diameter kalus dari eksplan pada masing-masing fonnulasi
media, umur 6 minggu
Waktu regenerasi ekspla~pada beberapa tabapan seleksi
Persentase kalus yang dapat menginduksi tunas pada seleksi tahap
regenerasi
Persentase regenerasi eksplan pada seleksi tahap embrio
Persentase regenerasi eksplan pada seleksi tahap kalus
Jumlah anakan plantlet hasil seleksi in vitro, umur 1 bulan
Jumlah akar planlet hasil seleksi in vitro, umur 1 bulan
Panjang
plantlet basil seleksi in vitro, urnur 1 bulan
Nilai PAR nomor-nomor harapan padi dari varietas T 309
dengan lcultur hara, umur 14 hari
Nilai PAR nomor-nomor harapan padi dari varietas Rojolele
dengan kultur hara, umur 14 hari
Perubahan pH pada nornor-nomor yang berasal dari varietas
T 309 pada pengujian dengan kultur hara, umur 14 hari
Peru*
pH pada nomor-nomor yang diuji yang berasal dari
varietas Rojolele pada pengujian dengan kultur hara, umur 14 hari
11
22
23
30
DAFTAR GAMBAR
'
Bagan Alir Penelitian
Bagan Hasil Penelitian
Pembenhikan kalus padi pada beberapa formulasi media
Seleksi in vitro padi pada beberapa konsentrasi aluminium
Regenerasi eksplan setelah perlakuan seleksi
Persentase regenerasi eksplan pada beberapa tahap seleksi
in vitro
Perakaran tanaman toleran terhadap aluminium pada pengujian
kultur hara
Perakaran tanaman peka terhadap aluminum pada pengujian kuitur
hara
9
Perakaran tanaman toleran aluminium pada pH 5.8 dan 4.0
44
10
Perakaran padi varietas Dupa (toleran Al) dan ITA (peka Al) pada
pH 4.0
45
DAFTAR LAMPIRAN TABEL
Komposisi larutan stok untuk media Murashige-Skoog (1 962)
Analisis sidik ragam persentase pembentukan kalus pada perlakuan
fomulasi media
Analisii sidik ragam ukuran diameter kalus dari eksplan pada
perlakuan formulasi media
Analisis sidik ragam -tase
regenerasi eksplan pada seleksi tahap
regenerasi
Analisis sidik ragam persentase regenerasi eksplan pada seleksi tabap
embrio
Analisis sidik ragam persentase regenerasi eksplan pada seleksi tahap
kalus
Analisis sidik ragam jumlah analcan nornor-nomor baru hasii seleksi
in vitro
Analisis sidik ragam jumlah akar nomor-nomor baru hasil seleksi in
vitro
Analisis sidik ragam panjang akar nomor-nomor barn hasil seleksi in
vitro
Latar belakang
Padi (Oryza sativa L.) merupakan tanaman pangan yang sangat penting karena
sampai saat ini beras masih digunakan sebagai makanan pokok bagi sebagian penduduk
dunia terutama Asia. Selain itu di Indonesia beras masih dipandang sebagai produk kunci
bagi kestabilan perekonornian dan politik.
Indonesia saat ini menghadapi masalah pangan akibat -tan
jumlah
penduduk yang diikuti oleh banyaknya sawah subur beririgasi di Pulau Jawa yang beralih
m s i menjadi kawasan indwtri dan pemukbn. Selain itu pengaruh bencana alam
berupa kemarau pmjang atau banjir yang terjadi hampir setiap tahun menyebabkan
produksi beras menurun, sehingga untuk memenuhi keperluan nasional pemerintah harus
rnengimpor beras. Kondisi in. diperburuk dengan terjadinya krisis moneter yang
berdampak terhadap melemahnya daya beli petani terhadap sarana produksi yang
harganya melambung tinggi, terutama pupuk dan pestisida.
Salah satu usaha yang dapat dilakukan untuk meningkatkan produksi bahan
pangan ini addah dengan m e h t k a n lahan kering yang tersedia cukup luas di luar
Pulau Jawa. Dari luas total daratan Indonesia, sekitar 47.6 juta hektar (32.4%)merupakan
lahan kering yang umumnya didorninasi oleh tanah masam Podsolik Merah Kuning
(Karama dan Abdurrachman, 1993). Sumatera merupakan pulau terluas yang memiliki
jenis tanah Podsolik Merah Kuning, yaitu 20.6 juta hektar, disusul Kalirnantan yaitu 16.1
juta hektar, Maluku 3.231 juta hekta. dan Sulawesi 2.0 juta hektar, sedangkan Jawa dan
Madura hanya 0.325 juta hektar (Sudjadii 1984).
Penelitian terdahulu pada Iahan Podsolik Merah Kuning m e n u n . bahwa
pertumbuhantanaman pada ummmya terhambat dan produktivitasnya sangat rendah. Hal
ini disebabkan karena adanya hambatan cekaman hgkungan berupa tingkat kernasaman
yang tinggi (pH rendah), ketersediaan hara N, P, K, Ca, Mg, dan Mo yang rendah serta
konsentrasi Al clan Mn yang mencapai tingkat beracun (Notohadiprawiro, 1993; Baligar
et al., 1989). Keracunan Al pada tanaman dapat mengum@ pertumbuhan akar dan tajuk.
Menurut Marschner (1995) ha1 ini dkbabkan oleh adanya pH rendah dan keracunan A1
sehingga akar menebal dan pendek karena proses pemanjangan sel terhambat sehingga
penyerapan air dan hara krkurang.
Sebelumnya pemecahan masalah kesuburan tanah dalam produksi tanaman,
ditekankan pada upaya untuk mengembalikan kesubufan tanah antara lain : pemupukan
dan pengapuran. Pengapuran merupakan salah satu usaha memperbaiki kondisi lahan
masam, namun ternyata biaya yang harus dikeluarkan sangat mahal. Oleh karena itu perlu
diupayakan alternatif lain. Pendekatan yang lebih efisien dan ramah hngkungan untuk
memggulangi hambatan tersebut adalah melalui pemuliaan dengan memperbaki
kultivar-kultivar tanaman terhadap cekaman hgkungan, disamping mempunyai
produktivitas dan mutu yang tinggi. Hasil-has3 penelitian terdahulu menunjukkan bahwa
ketahanan species/ kultivar terbadap A1 berbeda-beda (Van Sint Jan, et al.,1997).
Keragaman genetik yang tinggi merupakan salah satu faktor utama dalam
perbaikan sst-sifitt tanaman. Secara konvensional peningkatan keragaman genetik dapat
dilaMran dengan memanfhtkan berbagai bahan genetik yang tersedia di alam dan
selanjutnya dilakukan persilangan secara konvensional. Namun untuk sifkt-sst tertentu
sering tidak ditemukan pada sumber gen yang ada.
Dengan berkembangnya teknologi kultur in vitro maka keragaman genetik dapat
ditingkatkan antara lain melalui keragaman somaklonal. Salah satu metoda variasi
somaklonal adalah seleksi in vitro. Metode ini lebih efektif dan efkien karena
penyaringan sifiit dilakhn lebih terarah. Menurut W e n 1 dan Fouroughi-Wehr (1993)
seleksi in vitro mempunyai beberapa keuntungan yaitu tidak terlalu dipengaruhi
hgkungan, memun-
untuk melakukan seleksi dalam tingkat sel, dan
memtmgkinkan seleksi untuk satu fhktor tunggal. Selanjutnya Rarnulu (1986)
menyatakan bahwa keragaman somaklonal dan seleksi in vitro dapat menyebabkan
terjadinya mutasi pada tingkat sel. Hal tersebut telah banyak dilakukan untuk
memperoleh varian-varian yang resisten terhadap herbisida dan stres bgkungan.
Seleksi in vitro untuk mendapatkan varietas baru yang tahan lahan masam
dilakukan dengan menggunakan komponen seleksi AICl3. 6 H20 dan kernasaman yang
rendah ( s e w 4) (Short et al., 1987). Metode tersebut telah dilakukan pada tanaman
tomat dan kentang (Starvarek dan Rains, 1984), sorghum (Smith et al., 1983), wortel
(Ojima dan Ohira, 1986) dan tembakau (Yamamoto et al., 1994). Metoda ini telah
terbukti dapat menghasikm varietas baru yang tahan terhadap cekaman hgkmgan dan
sfit tersebut diwariskan pada turummya.
Tanaman hasil seleksi in vitro, selanjutnya harus diuji di lapangan Untuk
memperoleh metoda uji ketahanan nomor-nomor baru di lahan masam yang cepat dan
e g e n sangatlah penting. Pengujian yang dilakukan di lapang umumnya memerlukan
waktu yang lama dan tenaga kerja yang banyak serta dipengaruhi oleh M o r lingkungan
seperti hama, penyakit, keragaman tanah, dll. Oleh karena itu perlu dicari rnetoda lain
yang lebih cepat dan ekien. Pengujian dengan menggunakan larutan hara merupakan
salah satu met&
altefnatif yang dapat digunakan untuk mnguji nomor-nomor baru
yang dihasilkan melalui metoda seleksi in vitro.
TUJUAN PENELITIAN
Penelitian ini dilakuksn untuk mendapatkan met&
seleksi in vitro yang tepat,
mendapatkan nornor-nomor baru tanaman padi yang tahan terhadap cekaman lingkungan
(A1 dan pH rendah), serta menganalisa hubungan antara metoda in vitro dan metoda
rumah kaca.
HIPOTESIS
Hipotesis yang melandasi penelitian ini adalah : 1) ada perbedaan antara metoda
seieksi in vitro, 2) terdapat beberapa nomor yang tahan, dan 3) terdapat korelasi antara
metoda in vitro dan lapang.
TINJAUAN PUSTAKA
Klasifikasi tanaman padi
Tjitrosoepomo (199 1) mengelompokkan padi ke dalam divisi Spermatophyta
(tumbuhan berbiji), sub divisi Angiospermae, kelas Monocotylae, Ordo Poales dan farnili
Poacea (Grarninae). Sedangkan Gould (1986) mengelompokkannya ke dalam sub famili
Oryzoideae, genus Oryza dan spesies Oryza sativa. Genus Oryza memiliki 20 spesies,
tetapi yang dibudidayakan adalah Oryza sativa L. di Asia dan 0. glaberrima Steund, di
m
a
.Kedua spesies irii sama-sama diploid (2n=24). Menurut Chang dan Bardenas, 0.
sativa dapat dibedakan dari 0. glaberrima yang tidak memiliki cabang-cabang sekunder
pada malai, selain itu ligula pada 0. sativa lebih panjang, gluma dan daunnya agak kasar
serta dapat tumbuh secara musiman.
Berdasarkan pengamatan dan studi yang telah dilaksanakan, Lu dan Chang
menyimpulkan bahwa 0. sativa dan 0. glaberrima berasal dari leluhur yang sama yakni
0. perennis Moench (Ismunadji, 1988). Dalam proses evolusi kedua cultigen tersebut
berkembang rnenjadi 3 ras yaitu Sinica (Japonica), Indica dan Javanica
Dalam perjalanan evolusi, Chang menyatakan bahwa 0. sativa telah mengaiami
perubahan-perubahan morfologi dan fisiologi dalarn proses pembudidayaan. Perubahanperubahan tersebut meliputi ukuran daun yang lebih besar, lebih panjang, dan lebih tebal.
Jurnlah daun menjadi lebih banyak dan laju pertumbuhan tanaman lebii cepat. Jumlah
cabang-cabang sekunder pada malai juga lebih banyak, bobot gabah lebih tinggi, laju
pertumbuhan bibit lebih cepat, anakan menjadi lebih banyak dan pembentukan malai
lebih sesuai dengan perkembangan anakan. Di samping itu pengisian gabah menjadi lebih
lama, tetapi kemampuan untuk membentuk rhizorna berkurang, dormansi lebih pendek,
kurang peka terhadap panjang hari dan penyerbukan tanarnan menjadi lebih bersifat
menyerbuk sendiri (selfpoolination) (Ismunadji, 1988).
Tanah masam dan penearuhnya b a ~pertumbuhan
i
tanaman
Kernasaman tanah merupakan salah satu &&or
pengharnbat bagi pertumbuhan
tanarnan. Di Indonesia lahan masam yang potensial dikembangkan untuk areal pertanian
masih cukup luas. Diperkirakan terdapat 47 juta hektar lahan masam yang merupakan
jenis tanah Podsolik Merah Kuning (Notohadiprawiro, 1983). Tanah masam dicirikan
dengan rendahnya pH dan meningkatnya kelarutan beberapa unsur mineral tertentu yakni
mangan, besi dan aluminium..
Kelarutan aluminium dipengaruhi oleh kondisi pH, dimana pada pH rendah
kelarutan Al meningkat dan sebaliknya pada pH tinggi kelarutan Al menurun. Menurut
Konishi (1992), aluminium terionisasi pada tanah masam dengan pH dibawah 5.0. Pada
kondisi masam (pH 0.7 (toleran) walaupun ada 3 nomor dengan
nilai PAR < 0.62 (rteka)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Induksi kalus
Hasil analisis statist& menunjukkan bahwa tidak ada perbedaan yang nyata untuk
peubah jumlah kalus yang terbentuk dari kedua jenis varietas, formulasi media yang
digunakan serta interaksinya (Tabel 2).
Tabel 2. Persentase pembentukan kalus pada perlakuan formulasi media, umur 4 rninggu
Fonnulasi media
% pembentukan
T 309
I
Rata-rata
kalus
Rojolele
MS + 2,4-DO.Smg/l+NAAl mgfl+BAlmgA
92,45
92,OO
92,31
MS + 2,4-D 2 K&H- CH 3 g/l
90,OO
87,50
88,89
MS + 2,4-D 20 mgll
96,67
93,33
94,67
I
1
Keterangan :Angka yang diikuti oleh huruf yang sama pada baris dan kolom yang
sum, tidak berbeda nyata berdasarkan uji Duncan 5%
I
Hal tersebut menunjukkan bahwa kedua varietas mempunyai respon yang sama
pada semua jenis media, dangkan ketiga media ymg digunakan juga mempunyai
kemampuan yang sama dalam menginduksi pembentukan kalus sehingga ketiga jenis
media tersebut dapat digunakan untuk menginduksi pembentukan kalus dari kedua
varietas yang digumkan Kalus terbanyak diiroleh dari media MS + 2,4-D 20 rng/l..
Demikian pula menurut Wattimena (1992), zat pengatur tumbuh dari golongan auksin
berperan antara lain dalam pembentukan kalus, morfogenesis akar dan tunas dan
embriogenesis. Pemilihan konsentrasi dan jenis auksin ditentukan antara lain oleh tipe
p e r t u m w clan perkembangan eksplan yang dikehendaki. Menurut Sellar et al., (1990)
penggunaan auksin dengan daya aktifitas kuat (antara lain 2,4-D, NAA atau
dikombinasikan dengan sitokinin dengan konsentrasi rendah) umumnya digunakan untuk
induksi kalus embriogenik. Hasil penelitian Hutami et al., (1999) menunjukkan bahwa
penggunaan auksin dengan ko~~entrasi
tinggi (10
- 40
mgll) memberkin hasil yang
lebih baik untuk perkembangan kalus embriogenik tanaman kedelai. Akan tetapi dalam
perkembangannya terlihat adanya respon yang berbeda dari kedua varietas pada masingrnasing formulasi media (Tabel 3)
Tabel 3. Ukuran diameter kalus dari eksplan pada perlakuan formulasi media,
umur 4 minggu
Diameter kalus I Rata-rata I
Visual
Formulasi media
0,19
I
0,12
1
0,18 a
1
Bening, globular
0,14
0,07
0,12 b
Bening, globular
0,14
0,07
0,ll b
Bening, globular
1
I
I
I
I
Keterangan : Angka yang diiku i oleh h d yang sama pada baris dan kolom yang
sarna, tidak berbec a nyata berdasarkan uji Duncan 5%
Ukuran diameter kalus dari T 309 lebih besar dan berbeda nyata dengan Rojolele.
Hal tersebut menunjukkan bahwa sel-sel kalus T 309 lebih cepat berdediferensiasi
daripada Rojolele sehingga ukurannya lebih besar. Sedangkan media MS + 2,4-D 0.5
mg/l+NAA 1 mgfl
+
BA 1 mgfl memberikan pertumbuhan kalus yang paling cepat
dibandingkan media lainnya dimana kalus yang dihasikan mempunyai diameter 0,18
cm2.
Penampalcan kalus secara visual menunjukkan bahwa ketiga formulasi media
menghasilkan kalus yang remah (fibel), berwarna bening dan terbentuk nodul-nodul
(Garnbar 3). Hal ini menunjdckan bahwa kemungkinan kalus yang diperoleh akan dapat
diregenerasikan menjadi plantlet. Namun demikian kalus yang diperoleh dengan
menggumkan media MS + 2,4-D 2 mg/l+CH 3 g/l lebih banyak membentuk nodul-nodul
di'bandingkan dengan media lainnya sehingga diharapkan akan diperoleh plantlet lebih
banyak, sedangkan penggunaan media MS + 2,4-D 0.5 mgA+ NAA 1 mg/l + BA 1 mgA
walaupun kalus yang dihasilkan ukwannya lebih besar, namun kalus tersebut merupakan
kalus yang bersat rhizogenik yaitu kalus yang lebih cepat membentuk akar daripada
tunas. Kemungkinan ha1 ini disebabkan karena adanya k e t i d a k s e u a n auksin dan
sitokinin (2,4-D, NAA clan BA) didalam eksplan sehingga eksplan lebih dahulu
membentuk akar daripada tunas,padahal tunas diperlukan agar tanaman dapat melakukan
proses fotosintesis. Wattirnena (1992) menyatakan bahwa morfogenesis tunas dan akar
dipengaruhi oleh nisbah auksin dan sitokinin. Nisbah auksin-sitokinin yang tinggi akan
mendorong morfogenesis akar sebaliknya nisbah sitokinin-auksin yang rendah akan
mendorong pembentukan tunas.
Kalus yang non rhizogenik adalah kalus embriogenik yang dapat beregenerasi
menjadi plantlet. Pembentukan kalus embriogenik ditentukan oleh sumber N kultur
media. Thompson et al., (1981) dalam Gunawan (1988) menyatakan bahwa asam amino
merupakan sumber N organik yang cepat diambil oleh tanaman daripada N-anorganik.
Selain itu Wetherell dan Dougall (1976) menyatakan bahwa penambahan asam amino
(antara lain glutamin, casein hidrolisat, atau arginin) pada media yang sudah mengandung
auksin dapat meningkatkan keberhasilan pembentukan kalus ernbriogenik, karena
didalam kloroplas asam amino &pat berperan sebagai prekursor untuk pembentukan
asam nukleat dan proses seluler h m y a Dilihat dari kemampuannya dalam menginduksi
pembentukan dan pertumbuhan kalus serta penampakan kalus yang dihasillcan, maka
untuk selanjutnya digunakan media MS + 2,4D 2 mgn+ CH 3 g/l untuk induksi kalus.
Seleksi in vitro dun renenerasi tanaman
Penampakan eksplan pada saat diseleksi dengan A1 dan pH rendah berbeda-beda
tergantung pada ketahanan masing-masing sel terhadap komponen seleksi yang diirikan
serta konsentrasi ahuninum yang diirikan (Gambar 4). Sel-sel yang ti&
sifiit ketahanan akan berwarna hitam serta ti&
mempunyai
mampu tumbuh sedangkan sel-sel yang
tahan akan tetap tumbuh dan benvarna hijau. Pada mumnya makin tinggi konsentrasi
aluminium yang digunakan maka kalus yang berwarna hitam makin banyak. Kalus yang
tetap berwarna hijau diharapkan merupakan kalus yang mempunyai siht ketahamm
terhadap aluminium.
Renenerasi ekplan setelah verlakuan seleksi
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kedua varietas yang digunakan dapat
beregenerasi setelah perlakuan seleksi in viiro. Namun demikian waktu yang diperlukan
untuk regenerasi berbeda-beda tergmtung kepada varietas dan tahapan seleksi yang
diberikan (Tabel 4). Penampakan biakan pada media regenerasi setelah seleksi terlihat
pada Gambar 5.
Pada umumnya varietas T 309 lebih cepat beregenerasi pada semua tahapan
seleksi dibandingkan denganRojolele. Seleksi yang di'berikan ketika eksplan berada pada
tahap regenerasi menyebabkan eksplan lebih cepat beregenerasi baik untuk varietas T
309 maupun Rojolele.
a= kontrol pH 5.8, b = kontrol pH 4.0, c = Al00 ppm
d = Al200 ppm, e = Al300 ppm, f= A1 400 ppm
Seleksi yang diberikan langsung pada ernbrio nampaknya tidak dapat
menghentikan proses pembelahan dan pertumbuhan sel sehingga kalus tetap terbentuk
dan berkembang walaupun ukurannya lebih kecil. Berlainan dengan hasil penelitian
Mariska et al., (2000) pada tanarnan kedelai menunjukkan bahwa seleksi yang langsung
diberikan pada eksplan embrio menyebabkan sebagian besar eksplan tidak dapat
membentuk kalus.
Seleksi yang dlhrikan pada saat eksplan berada pada fase kalus memberikan
respon regenerasi yang paling lambat yaitu 21 hari untuk T 309 dan 40 hari untuk
Rojolele. Diduga hal ini disehbkan karena lamanya eksplan berada pada tahap kalus
yaitu pada saat induksi kalus (6 rninggu) clan selama seleksi (8 minggu), dimana pada
fase tersebut sel terus menems membelah sehingga dapat menurunkan daya regenerasi
jaringan. Sel somatik yang terlalu lama diinkubasi pada media yang mengandung auksin
kuat dapat menurun daya regenemsinya Narnun dernikian semakin lama eksplan berada
pada fase kalus maka kemungkinan terjadinya mutasi makin besar, sehingga harapan
untuk memperoleh nomor-nomor tanarnan padi yang mempunyai s&t ketahanan
terhadap aluminium dan pH rendah makin besar. Selain itu penggunaan auksin seperti
2,4-D dapat menyebabkan perubahan sifat genetik. Keragaman yang ditirnbulkan
disebabkan oleh daya aktifitasnya yang kuat dalarn mernacu proses dediferensiasi
sehingga kromosom menjadi tidak stabil dan mengganggu replikasi DNA (Ahloowalia,
1986).
Tabel 4. Waktu regenerasi eksplan pada beberapa tahapan seleksi
Tahapan seleksi
Varietas
T 309
.........hari
. Rojolele
.......... .,.....hari ........
Seleksi pada tahap regenerasi
7
15
Seleksi pada tahap embrio
10
16
Seleksi pada tahap kalus
21
40
SELEKSI IN KTRO
Seleksi in vitro pada t a h a ~regenerasi
Pada tahap seleksi ini embrio terlebih dahulu diinduksi membentuk kalus
kemudian kalus dipindahkan pada media regenerasi dengan penambahan A1 sebagai
komponen seleksi. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa umumnya eksplan dari
kedua varietas dapat beregenerasi rnernbent.uk plantlet pada semua taraf konsentrasi
aluminium kecuali pada perlakuan A1 500 ppm (Tabel 5 dan Gambar 6). Persentase
regenerasi tertinggi diperoleh dari perlakuan kontrol tanpa seleksi (pH 5.8) yaitu s e b
69,60%. Penurunan pH menjadi 4,O nampaknya m e n d daya regenerasi eksplan
menjadi 42,90%.
Jika dibandingkan antara varietas T 309 dan Rojolele, kedua varietas memberikan
respon yang sama dan tidak berbeda nyata berdasarkan uji statistik. Akan tetapi terlihat
bahwa jumlah eksplan yang beregenerasi dari varietas Rojolele lebih banyak daripada T
309 walaupun waktu yang diperlukan beregenerasi varietas T 309 lebih cepat. Diduga ha1
ini disebabkan karena proses dediferensiasi kalus T 309 yang sangat cepat rnenurunkan
kemampuan regenerasinya sehingga organ yang terbentuk akhirnya tertutup oleh kalus.
Penambahan A1 menyebabkan adanya pen-