PENERAPAN ILMU PEMULIAAN DALAM UPAYA MENCIPTAKAN KULTIVAR TANAMAN PADI YANG TOLERAN TERHADAP KONDISI SUHU EKSTRIM

Application of Science In Breeding Efforts To Create The Paddy Cultivar Tolerant To Extreem Temperature Condition

 

Dwi Rahmawati, Lailina A, Ifa Ismawati, Nurul Hidayah dan Moch. Agus Krisno Budianto

Program Studi Pendidikan Biologi FKIP Universitas Muhammadiyah Malang

Jl. Tlogomas 246 Malang Telp 464318

Abstract

Rice is one of the important food crop in the world including Indonesia. The high level of rice consumption causes growing rice breeding superior cultivars to increase to meet the needs of the population. The presence of biotechnology and genetic engineering in the 1980’s allows improvement of rice quality. Breeding aimed at improving the quality of rice is also done, for example by assembling cultivars contain carotene (provitamin A).

One of the critical success factors of plant breeding programs in order to increase rice production and tolerance to environmental stress is a selection technique. The general objective in plant breeding is to increase the certainty of high yield and improved quality of product produced.

Another important genetic parameters in breeding is the heritability. From the results of observational studies, the narrow sense heritability values ​​and broad sense heritability ranged from low to high. The role of dominant genes is greater than additive genes on the character of plant height, flag leaf length, age of harvest, number of tillers and length of fur, while the other characters a greater role additive genes.

Keyword: genetic engineering, heritability, breeding

Abstrak

Padi merupakan salah satu tanaman pangan penting di dunia termasuk Indonesia. Tingginya tingkat konsumsi nasi menyebabkan pemuliaan padi terus berkembang untuk meningkatkan kultivar unggul untuk memenuhi kebutuhan penduduk. Hadirnya bioteknologi dan rekayasa genetika pada tahun 1980-an memungkinkan perbaikan kwalitas nasi. Pemuliaan yang diarahkan pada peningkatan kualitas nasi juga dilakukan, misalnya dengan perakitan kultivar mengandung karoten (provitamin A).

Salah satu faktor penentu keberhasilan program pemuliaan tanaman padi dalam rangka peningkatan produksi dan toleransi terhadap cekaman lingkungan adalah teknik seleksi. Tujuan umum dalam pemuliaan tanaman adalah peningkatan kepastian terhadap hasil yang tinggi dan perbaikan kualitas produk yang dihasilkan.

Parameter genetik lain yang penting dalam pemuliaan adalah heritabilitas. Dari hasil pengamatan penelitian, nilai heritabilitas arti sempit dan heritabilitas arti luas berkisar antara rendah sampai tinggi. Peran gen dominan lebih besar dari gen additif pada karakter tinggi tanaman, panjang daun bendera, umur panen, jumlah anakan dan panjang bulu, sedangkan karakter lainnya peran gen additif lebih besar.

PENDAHULUAN

Padi pada saat ini tersebar luas di seluruh dunia dan tumbuh di hampir semua bagian dunia yang memiliki cukup air dan suhu udara cukup hangat. Padi menyukai tanah yang lembab dan becek. Sejumlah ahli menduga, padi merupakan hasil evolusi dari tanaman moyang yang hidup di rawa. Pendapat ini berdasar pada adanya tipe padi yang hidup di rawa-rawa (dapat ditemukan di sejumlah tempat di Pulau Kalimantan), kebutuhan padi yang tinggi akan air pada sebagian tahap kehidupannya, dan adanya pembuluh khusus di bagian akar padi yang berfungsi mengalirkan udara (oksigen) ke bagian akar.

Padi membutuhkan curah hujan pertahun + 200 mm/bulan, dengan distribusi selama empat bulan atau 1.500–2.000 mm. Padi dapat tumbuh baik pada suhu di atas 23°C. Pada ketinggian 0–65 m dpl, dengan suhu 26,5–22,5 °C. Tanaman padi memerlukan sinar matahari untuk proses fotosintesis, terutama pada saat berbunga sampai proses pemasakan. Pada tekstur tanah membutuhkan adanya lumpur, tumbuh baik pada tanah dengan ketebalan atasnya antara 18–22 cm, terutama tanah muda dengan pH 4–7 (Prihatman, 2000).

Produksi padi di Indonesia pada 2006 adalah 54 juta ton, kemudian tahun 2007 adalah 57 juta ton. Rata-rata produktivitas padi adalah 4,4 ton/ha (Purba S dan Las, 2002). Jika dibanding dengan negara produsen pangan lain di dunia khususnya beras, produktivitas padi di Indonesia ada pada peringkat ke 29. Australia memiliki produktivitas rata-rata 9,5 ton/ha, Jepang 6,65 ton/ha dan Cina 6,35 ton/ha ( FAO, 1993.

Di Indonesia beras merupakan bahan makanan pokok yang menghasilkan karbohidrat dan merupakan sumber kalori bagi sebagian besar penduduk, karena mengandung gizi dan penguat yang cukup bagi tubuh manusia dan didalamnya terkandung bahan yang mudah diubah menjadi energi. Sehingga dari sisi ketahanan pangan nasional fungsinya menjadi sangat penting dan strategis.

Impor beras yang meningkat pesat terjadi pada tahun 1996 dan puncaknya pada tahun 1998 yang mencapai 5,8 juta ton. Kondisi ini mewarnai krisis ekonomi yang terjadi pada tahun 1997 dimana produksi beras nasional turun yang antara lain karena kekeringan panjang.

Melihat kenyataan tersebut seakan kita tidak percaya sebagai negara agraris yang mengandalkan pertanian sebagai tumpuan kehidupan bagi sebagian besar penduduknya tetapi pengimpor pangan yang cukup besar. Hal ini akan menjadi hambatan dalam pembangunan dan menjadi tantangan yang lebih besar dalam mewujudkan kemandirian pangan bagi bangsa Indonesia. Oleh karena itu diperlukan langkah kerja yang serius untuk mengoptimalkan sumber daya yang ada dalam rangka memenuhi kebutuhan pangan dalam negeri.

Padi merupakan salah satu tanaman pangan penting di dunia termasuk Indonesia. Tingginya tingkat konsumsi nasi menyebabkan pemuliaan padi terus berkembang untuk meningkatkan kultivar unggul untuk memenuhi kebutuhan penduduk. Berbagai metode terus dikembangkan para pemulia untuk mempercepat perakitan kultivar unggul. Metode yang telah dikenal selain metode konvensional antara lain teknik introgresi, Marker Assisted Selection (MAS), dan teknik kultur antera. Di antara berbagai metode yang ada, teknik kultur antera merupakan salah satu teknik yang dikenal cepat, mudah, dan murah sehingga menjadi salah satu alternatif yang sering digunakan oleh para pemulia padi.

Pemuliaan padi secara sistematis baru dilakukan sejak didirikannya IRRI di Filipina sebagai bagian dari gerakan modernisasi pertanian dunia yang dijuluki sebagai Revolusi Hijau. Sejak saat itu muncullah berbagai kultivar padi dengan daya hasil tinggi untuk memenuhi kebutuhan pangan dunia.

Hadirnya bioteknologi dan rekayasa genetika pada tahun 1980-an memungkinkan perbaikan kualitas nasi. Selain perbaikan potensi hasil, sasaran pemuliaan padi mencakup pula tanaman yang lebih tahan terhadap berbagai organisme pengganggu tanaman (OPT) dan tekanan (stres) abiotik (seperti kekeringan, salinitas, dan tanah masam). Pemuliaan yang diarahkan pada peningkatan kualitas nasi juga dilakukan, misalnya dengan perakitan kultivar mengandung karoten (provitamin A).

Salah satu faktor penentu keberhasilan program pemuliaan tanaman padi dalam rangka peningkatan produksi dan toleransi pola pewarisan sifat. Informasi tentang pola pewarisan sifat merupakan dasar untuk menetapkan metode pemuliaan tanaman yang akan digunakan untuk merakit kultivar padi sawah yang toleran terhadap cekaman lingkungan yang ekstrim, misalnya saja suhu.

Ilmu Pemuliaan Pada Tanaman Padi

Pemuliaan tanaman adalah usaha-usaha yang dilakukan untuk mengubah susunan genetik tanaman, baik individu maupun secara bersama-sama (populasi) dengan tujuan tertentu. Pemuliaan tanaman kadang-kadang disamakan dengan penangkaran tanaman, kegiatan memelihara tanaman untuk memperbanyak dan menjaga kemurnian, pada kenyataannya, kegiatan penangkaran adalah sebagian dari pemuliaan. Selain melakukan penangkaran, pemuliaan berusaha memperbaiki mutu genetik sehingga diperoleh tanaman yang lebih bermanfaat.

Pengetahuan mengenai perilaku biologi tanaman dan pengalaman dalam budidaya tanaman merupakan hal yang paling menentukan keberhasilan usaha pemuliaan, sehingga buku-buku teks seringkali menyebut pemuliaan tanaman sebagai seni dan ilmu memperbaiki keturunan tanaman demi kemaslahatan manusia. Di perguruan tinggi, pemuliaan tanaman biasa dianggap sebagai cabang agronomi (ilmu produksi tanaman) atau genetika terapan, karena sifat multidisiplinernya.

Aplikasi kultivar unggul padi dan gandum merupakan salah satu komponen penting dalam Revolusi Hijau, suatu paket penggunaan teknologi modern secara massal untuk menggenjot produksi pangan dunia, khususnya gandum roti, jagung, dan padi. Dilihat dari sudut pandang agribisnis, pemuliaan tanaman merupakan bagian dari usaha perbenihan yang menempati posisi awal/hulu dari keseluruhan mata rantai industri pertanian.

Tujuan dalam program pemuliaan tanaman didasarkan pada strategi jangka panjang untuk mengantisipasi berbagai perubahan arah konsumen atau keadaan lingkungan. Pemuliaan padi, misalnya, pernah diarahkan pada peningkatan hasil, tetapi sekarang titik berat diarahkan pada perakitan kultivar yang toleran terhadap kondisi ekstrem (tahan genangan, tahan kekeringan, dan tahan lahan bergaram) karena proyeksi perubahan iklim dalam 20-50 tahun mendatang. Tujuan pemuliaan akan diterjemahkan menjadi program pemuliaan.

Tujuan umum dalam pemuliaan tanaman adalah peningkatan kepastian terhadap hasil yang tinggi dan perbaikan kualitas produk yang dihasilkan. Peningkatan kepastian terhadap hasil biasanya diarahkan pada peningkatan daya hasil, cepat dipanen, ketahanan terhadap organisme pengganggu atau kondisi alam yang kurang baik bagi usaha tani, serta kesesuaian terhadap perkembangan teknologi pertanian yang lain. Hasil yang tinggi menjamin terjaganya persediaan bahan mentah untuk diolah lebih lanjut.

Usaha perbaikan kualitas produk adalah tujuan utama kedua. Tujuan semacam ini dapat diarahkan pada perbaikan ukuran, warna, kandungan bahan tertentu (atau penambahan serta penghilangan substansi tertentu), pembuangan sifat-sifat yang tidak disukai, ketahanan simpan, atau keindahan serta keunikan.

Pengaruh Suhu Ekstrim Pada Tanaman Padi

Tumbuhan harus menyesuaikan diri dengan keadaan habitatnya agar dapat hidup secara efektif. Penyesuaian diri terhadap lingkungan mengakibatkan adanya sifat khas baik secara struktural maupun fungsional yang memberikan peluang agar berhasil dalam lingkungan tertentu. Secara anatomi organ yang menyusun tanaman dapat digunakan untuk mengenal adaptasi tanaman terhadap lingkungan. Sifat ketahanan tanaman terhadap kondisi lingkungan tertentu dapat dihubungkan dengan sifat strukturalnya. Sifat ketahanan struktural dapat diartikan sebagai sifat anatomis dari tumbuhan yang berkaitan dengan kemampuannya beradaptasi dengan lingkungan dalam hal ini adalah suhu.

Toleransi suhu rendah pada tanaman padi merupakan karakter yang penting, yang mana merupakan salah satu masalah yang perlu mendapatkan perhatian khusus dalam pemuliaan tanaman (Sasaki, 1982). Cekaman suhu rendah pada tanaman padi terjadi selama fase pertumbuhan mulai dari fase perkecambahan hingga pemasakan (Toriyama dan Inoue, 1984). Cekaman suhu rendah diklasifikasikan atas 3 tipe :

  1. Tipe penghambatan tumbuh yaitu keterlambatan pembentukan malai
  2. Tipe malai steril yaitu berkurangnya hasil karena malai hampa akibat cekaman suhu rendah selama fase pembentukan malai hingga pembungaan
  3. Tipe kombinasi keduanya (Toriyama, 1984).

Pemuliaan Tanaman Padi Pada Kondisi Suhu Esktrim

Dasar untuk menetapkan metode pemuliaan tanaman, dalam hal ini adalah padi yang akan digunakan untuk merakit kultivar padi sawah yang toleran terhadap suhu rendah (ekstrim) yang harus dilakukan adalah melakukan seleksi untuk perbaikan sifat yang akan efektif bila ditunjang oleh pengetahuan yang lengkap mengenai pola pewarisan sifat.

Salah satu faktor penentu keberhasilan program pemuliaan tanaman padi dalam rangka peningkatan produksi dan toleransi terhadap cekaman lingkungan adalah teknik seleksi. Toleransi suhu rendah pada tanaman padi merupakan karakter yang penting, yang mana merupakan salah satu masalah yang perlu mendapatkan perhatian khusus dalam pemuliaan tanaman (Sasaki, 1982). Cekaman suhu rendah pada tanaman padi terjadi selama fase pertumbuhan mulai dari fase perkecambahan hingga pemasakan (Toriyama dan Inoue, 1984).

Parameter genetik lain yang penting dalam pemuliaan adalah heritabilitas. Heritabilitas adalah potensi suatu individu untuk mewariskan karakter tertentu pada keturunannya. Nilai heritabilitas berkisar antara 0 sampai 1. Kegunaan nilai heritabilitas adalah untuk menentukan metoda seleksi yang paling tepat untuk meningkatkan mutu genetik. Seleksi massa merupakan metode yang paling tepat untuk meningkatkan mutu genetik yaitu bagi sifat-sifat yang mempunyai nilai heritabilitas rendah (0-0,1), nilai heritabilitas sedang (0,1-0,3) sampai tinggi (>0,3). Heritabilitas dibagi dua, yaitu:

1. Heritabilitas arti luas/ broad sense heritability (h2bs) adalah ratio dari varians total genotipik terhadap varians fenotipik.

2. Heritabilitas arti sempit dinotasikan sebagai (h2ns) adalah suatu koefisien yang menggambarkan berapa bagian dari keragaman fenotipik total yang disebabkan oleh pengaruh kelompok gen yang beraksi secara aditif. Heritabilitas arti sempit banyak digunakan, karena pengukurannya relatif penting dan bagian varians genetik aditif yang dipindahkan dari parental ke keturunannya.

Heritabilitas suatu karakter perlu diketahui dalam menentukan kemajuan dari seleksi apakah karakter yang tampil melalui fenotipenya banyak dipengaruhi oleh faktor genetiknya atau faktor lingkungannya.

Toleransi terhadap cekaman suhu rendah pada tanaman padi dikontrol oleh dua pasang gen resesif (Sakai, 1946). Shimono et al. (2001) melaporkan bahwa faktor pengendali genetik untuk sifat toleransi terhadap cekaman suhu rendah tidak dikendalikan gen sitoplasma tetapi oleh gen-gen yang terdapat dalam inti. Heritabilitas untuk sifat toleransi terhadap cekaman suhu rendah sangat tinggi pada generasi awal, sehingga peneliti menduga bahwa toleransi terhadap cekaman suhu rendah dikontrol oleh gen-gen dominan dengan pengaruh additif.

HASIL PENELITIAN

Dari hasil pengamatan di lapangan serta kajian oleh beberapa peneliti, tentang pendugaan komponen ragam dan parameter genetik karakter seleksi pada kondisi cekaman suhu rendah, bisa kita ketahui dario tabel di bawah ini :

Dari tabel diatas bisa di jelaskan bahwa nilai heritabilitas yang tinggi mengindikasikan karakter yang meliputi : panjang daun bendera, umur panen, tinggi tanaman, panjang bulu, jumlah anakan, bobot gabah bernas dan panjang malai tersebut kurang dipengaruhi oleh faktor lingkungan, sehingga proses seleksi untuk karakter tersebut dapat dilakukan pada generasi awal. Sedangkan nilai heritabilitas yang rendah sampai sedang menunjukkan penampilan karakter tersebut lebih dipengaruhi kondisi lingkungan, sehingga seleksi hanya akan efektif bila dilakukan pada generasi lanjut.

Besarnya sumbangan ragam aditif terhadap ragam genetik dapat dilihat dari proporsi h2ns dengan h2bs. Jika nilai rasio h2ns dengan h2bs besar, berarti sumbangan ragam aditif terhadap faktor genetik lebih besar dibandingkan dengan ragam dominan. Rasio h2ns/h2bs yang bernilai cukup besar dicapai pada panjang malai, persentase aromatik, bobot gabah bernas, umur berbunga dan persentase gabah bernas. Hal ini menunjukkan bahwa karakter-karakter tersebut lebih dikendalikan oleh gen aditif dibandingkan dengan gen dominan.

Hasil ini sesuai dengan uji skala gabungan yang menunjukkan bahwa ragam genetik lebih dipengaruhi oleh ragam aditif. Menurut Falconer (1981), ragam aditif dapat difiksasi melalui seleksi. Seleksi terhadap karakter yang dikendalikan oleh banyak gen dengan ragam aditif tinggi dilakukan pada generasi awal, sehingga metode seleksi yang sesuai adalah metode bulk atau single seed descent. Derajat dominansi, (H/D), menunjukkan peran gen dominan lebih besar dari gen additif pada karakter tinggi tanaman, panjang daun bendera, umur panen.

Berdasarkan model genetik yang sesuai maka komponen genetik ditentukan berdasarkan uji skala gabungan. Komponen additif [d] memberikan sumbangan yang sangat nyata terhadap karakter persentase aromatik, tinggi tanaman, umur berbunga, umur panen, panjang malai, persentase gabah bernas dan bobot gabah bernas. Komponen dominan [h] memberikan sumbangan yang sangat nyata terhadap karakter persentase aromatik, tinggi tanaman, panjang daun bendera, umur berbunga, umur panen, dan bobot gabah bernas. Komponen dominan x dominan [l] memberikan sumbangan yang sangat nyata pada umur berbunga dan bobot gabah bernas. Nishimura dan Hamamura (1993) melaporkan bahwa gen toleransi cekaman suhu rendah merupakan gen dominan lengkap di mana pewarisan sifat toleransi suhu rendah merupakan karakter kuantitatif. Gen toleransi cekaman suhu rendah merupakan lewat dominan (Shimono, 2001). Pereira (1997) melaporkan  bahwa pewarisan sifat toleransi terhadap cekaman suhu rendah adalah aditif dominan di mana gen pengendali terdapat di dalam inti.

Hasil pengamatan pendugaan komponen genetik beberapa karakter seleksi pada kondisi cekaman suhu rendah bisa dilihat pada tabel berikut ini :

 

Kesimpulan

Pemuliaan tanaman adalah usaha-usaha yang dilakukan untuk mengubah susunan genetik tanaman, baik individu maupun secara bersama-sama (populasi) dengan tujuan tertentu. Tujuan dalam program pemuliaan tanaman didasarkan pada strategi jangka panjang untuk mengantisipasi berbagai perubahan arah konsumen atau keadaan lingkungan.

Toleransi suhu rendah pada tanaman padi merupakan karakter yang penting, yang mana merupakan salah satu masalah yang perlu mendapatkan perhatian khusus dalam pemuliaan tanaman (Sasaki, 1982). Parameter genetik lain yang penting dalam pemuliaan adalah heritabilitas. Heritabilitas suatu karakter perlu diketahui dalam menentukan kemajuan dari seleksi apakah karakter yang tampil melalui fenotipenya banyak dipengaruhi oleh faktor genetiknya atau faktor lingkungannya.

Dari hasil pengamatan di lapangan serta kajian oleh beberapa peneliti, nilai heritabilitas yang tinggi mengindikasikan karakter yang meliputi : panjang daun bendera, umur panen, tinggi tanaman, panjang bulu, jumlah anakan, bobot gabah bernas dan panjang malai tersebut kurang dipengaruhi oleh faktor lingkungan, sehingga proses seleksi untuk karakter tersebut dapat dilakukan pada generasi awal. Sedangkan nilai heritabilitas yang rendah sampai sedang menunjukkan penampilan karakter tersebut lebih dipengaruhi kondisi lingkungan, sehingga seleksi hanya akan efektif bila dilakukan pada generasi lanjut.

DAFTAR PUSTAKA

 

IRRI. 1986. Rice Genetics. Proceedings of the International Rice Genetic Symposium. Manila, Philipines.

Ma’rufah, Dewi. 2008. Mekanisme Ketahanan, Pola Pewarisan Genetik Dan Screening Pada Varietas Unggul Tahan Hama. Universitas Sebelas Maret.Surakarta.

Nishimura, M ., K. Hamamura. (1993). Diallel analysis  of cool tolerance at the booting stage in rice varieties from Hokkaido. Jpn J Breed 43:557-566.

Pereira, C. R., C.K.M. Sandra, L. C. Federizzi. 1997. Inheritance of rice cold tolerance at the germination stage. rpdacruz@hotmail.com.Diakses pada: 3 Februari 2008.

Sakai, K. 1949. Effects of deep-flood irrigation on grain yield of rice plants in a cool summer year. Agric. Hortic. 24:405–408.

 

Sasaki, 1982. Effect of a low temperature on several characteristics of rice seedlings. Jpn J. Crop Sci. 70(2):226-233.

 

Shimono, H.T., Hasegawa, K. Iwama. 2001. Quantitative expression of developmental processes as a function of water temperature in rice (Oryza sativa L.) under a cool climate. J. Fac. Agric. Hokkaido Univ. 70:29–40.

Silitonga, TS., Ida H.S., Aan A.D., Hakim K.  2003. Panduan Sistem Karakterisasi dan Evaluasi Tanaman Padi. Departemen Pertanian Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian Komisi Nasional Plasma Nutfah

 

Toriyama, K., K. Inoue. 1984. The effect of micrometeorological elements on sterility due to cool injury in rice plants: An application of simulation model for the prediction of canopy climate. (In Japanese, with English abstract.) Jpn. J.Crop Sci. 53:387–395.

Yusuf L. Limbongan1, Hajrial Aswidinnoor, Bambang S. Purwoko dan Trikoesoemaningtyas. (2008) Pewarisan Sifat Toleransi Padi Sawah (Oryza sativa L) Terhadap Cekaman Suhu Rendah. (36) (2) 111 – 117 (2008)

 

Anonymous. 2011. Pemuliaan Tanaman. (online). http://gagakijo.blogspot.com/2011/07/pemanfaatan-kultur-antera-pada tanaman.html diakses 13 November 20011

Anonymous. (2011). Pemuliaan Tanaman. (online). http://gunawanmuyat.wordpress.com/2011/02/22/pemuliaan-tanaman/ diakses 13 November 20011

 

 

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

Follow

Get every new post delivered to your Inbox.

Join 59 other followers

%d bloggers like this: