Analisis Ragam Genetik, Heretabilitas dan Hubungan Antara Beberapa Karakter Pertumbuhan Produksi dengan Indek Toleransi Tanaman Rumput Pakan Terhadap Cekaman Keragaman

Genetics Variancy Analysis and Correlation Between Some Growth Production with Feed Forage Character Toward Varians of Stress

Syaifil AnwarFakultas Peternakan Universiats DiponegoroJl. Prof. Soedato, SH Kampus Tembalang Jawa TengahEmail: syaifulanwar@telkom.net

ABSTRACT:Background: Selection of forage into abiotic stress based on production character is less effective, because this character is contolled by environment so that the achievement is difficult and need long time. Information on genetic variability, heritability and correlation between characters are important for supporting plant breeding selection program. The aim of the research was to study on genetic variability, heritability and correlation between growth-yield characters and salt stress index of forage grasses. Methods: A total of 10 forage grasses genotypes (Brachiaria brizantha, B. decumbens, Axonophus compressus, Eleusin indica, Setaria sphacelata, S. splendida, Panicum muticum, P. maximum, Pennisetum purpureum dan P. purpupoides) were subject to salt-stress (0 and 300 mM NaCI). The treatments were allotted to a completely randomized design with 10x2 factorial pattern and 5 replications in each treatment. Variable observed on: plant height, leaf number, branch number, leaf nitrate reductase activity, dry matter content, yield of dry matter and stress tolerance index. Results: of the experiments indicated that genetic variability and heritability estimates in broad sense for all growth-yield characters were high, except for leaf nitrate reductase activity and dry matter content. All of growth-yield characters had significant correlation to stress tolerance index, except for leaf number, leaf nitrate reductase activity and dry matter content. Forage grasses salinity tolerant can be effectively done by selecting for yield of dry matter, branch number and plant height simultaneously.

Key words: genetic variability, heritability, forage grass, salt stress

ABSTRAKLatar Belakang: Seleksi toteransi tanaman terhadap cekaman abiotik berdasarkan karakter daya hasil kurang efektif, karena karakter mi dikendalikan oleh banyak gen dan sangat dipengaruhi oleh faktor lingkungan, sehingga pencapaian tujuan dalam seleksi akan sulit dan perlu waktu yang cukup lama. Informasi tentang keragaman genetik, HERETABILITAS dan korelasi antar karakter sangat diperlukan dalam program seleksi pemuliaan tanaman. Metode: Penelitian bertujuan untuk mempelajari keragaman genetik heretabilitas dan hubungan antara karakter pertumbuhan produksi dengan indek derajat toleransi (IDT) tanaman rumput pakan dalam kondisi tercekam kegaraman. Percobaan disusun dalam rancangan acak lengkap pola faktorial dengan lima ulangan. Faktor pertama adalah jenis rumput pakan (Brachiaria brizantha, B. decumbens, Axonophus compressus, Eleusin indica, Setaria sphacelata, S. splendida, Panicum muticum, P. maximum, Pennisetum purpureum dan P. purpupoides) dan faktor kedua adalah cekaman kegaraman (0 dan 300 mM NaCI). Pengamatan dilakukan terhadap: tinggi tanaman (TT), jumlah anakan (JA), jumtah daun (JD), aktivitas nitrat reduktase (ANR) daun, kadar bahan kering (BK), produksi bahan kering (PBK) dan indek derajat toleransi (IOT) tanaman. Hasil: Penelitian menunjukkan bahwa kecuali karakter ANR daun dan kadar BK, semua karakter menunjukkan keragaman genetik yang luas dengan kemajuan genetik (heretabilitas) yang tinggi. ANR daun menunjukkan keragaman genetik sempit dengan

heretabllitas rendah, sedangkan kadar BK menunjukkan heretabilitas sedang. Semua karakter pengamatan berkorelasi secara nyata dengan IOT tanaman, kecuali jumlah daun, ANR daun dan kadar BK. Secara berturut-turut karakter PBK, JA dan TT adalah karakter yang paling berpengaruh terhadap IOT tanaman dan selalu dapat dipertimbangkan secara simultan dalam program seleksi.

Kata kunci: keragaman genetik, heretabilitas, rumput pakan, cekaman kegaram

PENDAHULUAN

Sesuatu unsur yang berlebihan pada media tumbuh tanaman, dapat mengganggu

metabolisme melalui (Marschner, 1986): (1) kompetisi dengan unsur esensial lain dalam

penyerapan, (2) menonaktifkan suatu enzim, (3) menggantikan unsur-unsur esensial dan

tempat berfungsinya, atau (4) mengubah struktur air. Oleh karena itu, tanaman yang toleran

terhadap kelebihan garam (NaCI) pada media tumbuhnya, harus mampu mengurangi

absorpsi ion Na dan atau Cl oleh akar atau mempunyai berbagai cara menetralkan (buffer)

pengaruh NaCI setelah diserap tanaman, seperti (Haryadi dan Yahya, 1988; Sopandie,

1990; Anwar et. al., 2003): (1) menolak ion Na oleh membran, (2) mengekresikan ion Na

keluar jaringan, (3) memompa ion Na ke vakuola, (4) mengakumulasikan senyawa-

senyawa organik sebagai penyangga sel dan penyeimbang kekuatan ionik, dan (5)

“replacement” ion K oleh ion Na. Bagian terpenting dan pendekatan mi adalah bagaimana

menentukan faktor-faktor morfologi, fisiologi, biokimia, genetika dan molekuler tanaman

yang berkaitan dengan toleransi terhadap cekaman kegaraman. Dengan mengetahui sifat

sifat tanaman yang demikian dapat berguna dalam penapisan pada populasi tanaman yang

besar, disamping bermanfaat sebagai indikator ada atau tidaknya potensial keracunan NaCI

pada tanah, sekaligus dapat mempelajari mekanisme dasar tentang adaptasi tanaman

terhadap keracunan NaCI.

Tiga fase penting dalam kegiatan pemuliaan tanaman, yaitu: (1) menciptakan

keragaman genotip dalam suatu populasi tanaman, (2) menyeleksi genotip yang

mempunyai gen-gen pengendali karakter yang diinginkan, dan (3) melepas

genotipe/kultivar terbaik untuk produksi tanaman (Frey, 1983). Beberapa parameter genetik

yang dapat digunakan sebagai pertimbangan agar proses seleksi efektif dan efisien, yaitu:

keragaman genetik, keragaman fenotipik, heretabilitas, korelasi dan pengaruh dan karakter-

karakter yang erat hubungannya dengan hasil.

Seleksi merupakan suatu proses pemuliaan tanaman dan merupakan dasar dan

seluruh perbaikan tanaman untuk mendapatkan kultivar unggul baru. Keragaman genetik

yang luas merupakan salah satu syarat efektifnya program seleksi, dan seleksi untuk suatu

karakter yang diinginkan akan lebih berarti jika karakter tersebut mudah diwariskan.

Mudah tidaknya pewanisan suatu karakter dapat diketahui dan besamya nilai henetabilitas

(h2) yang dapat diduga dengan membandingkan besarnya kenagaman genetik terhadap

keragaman fenotipik (Borojevic, 1990). Karakter penciri yang akan dijadikan dasar dalam

seleksi toleransi harus memenuhi kriteria berhubungan erat secara langsung atau tidak

langsung dengan hasil, karena hasil merupakan tujuan dalam kegiatan budidaya tanaman.

Hubungan antar karakter itu dapat dilihat dan derajat korelasinyanya (Blum, 1988;

Soemartono et.al., 1992).

Seleksi toteransi tanaman terhadap cekaman abiotik berdasarkan karakter daya hasil

kurang efektif, karena karakter mi dikendalikan oleh banyak gen dan sangat dipengaruhi

oleh faktor lingkungan, sehingga pencapaian tujuan dalam seleksi akan sulit dan perlu

waktu yang cukup lama (Blum, 1988). Berdasarkan hal tersebut maka seleksi sebaiknya

dilakukan pada karakter penciri yang khusus seperti: (1) respon morfologi, (2) respon

anatomi, (3) respon fisiologi/biokimma dan (4) respon hormonal (Levitt, 1980; Hale dan

Orcutt, 1987). Menurut Fernandez (1992), seleksi tenhadap cekaman lingkungan

berdasarkan hasil dapat mempergunakan knitenia indek derajat toleransi (IDT).

Berdasarkan hal tersebut maka perlu dikaji keragaman genetik dan fenotipik serta

heretabilitas karakter khusus pencini toleransi terhadap cekaman kegaraman yang

berkorelasi dan berkontnibusi nyata tentiadap IDT tanaman.

MATERI DAN METODE

Bibit pols/stek dan 10 rumput pakan (Brachiaria brizantha, Brachiaria decumbens,

Axonophus compressus, Eleusin indica, Setana sphacelata, Setaria splendida, Panicum

muticum, Panicum maximum, Pennisetum purpureum dan Pennisetum purpupoides)

ditumbuhkan dalam pot plastik berkapasitas 10 kg dengan perbandingan media tanah:pupuk

kandang 3:1. Setelah berumur 4 minggu dilakukan pemotongan paksa untuk penyeragaman.

Selanjutnya diberikan pupuk dasar untuk pertumbuhan dengan dosis 150 kg N/ha, 150 kg

P2O5/ha dan 150 kg K Seminggu setela potong paksa, perlakuan cekaman garam diberikan

(0 dan 300 mM NaCI) tiap dua hari sekali sesuai kondisi kapasitas lapang media tanam.

Percobaan disusun dalam rancangan acak lengkap dengan 5 ulangan (n=5). Pada minggu

keenam dilakukan pengamatan terhadap tinggi tanaman (TT), jumlah daun (JD), jumlah

anakan (JA), aktivitas nitrat reduktase (ANR) daun mengacu pada prosedur Guerrero

(1982), kadar bahan kenng (BK), produksi bahan kering (PBK) dan indek derajat toleransi

(IDT) tanaman ditentukan dengan rumus Fernandez (1992).

Setelah sebaran data diuji normalitasnya dengan uji Liliforrs (Conover, 1980),

dilakukan analisis keragaman yang disajikan pada Tabel 1 (Steel dan Torrie, 1995). Dan

Tabel 1 dapat diestimasikan nilai-nilai keragaman genetik (2g) dan fenotipik (2

p) suatu

karakter dengan memanipulasi nilai-nilai kuadrat tengah harapan (KTH). Dalam hal ini

nilal (2g) = 2

R /2p dan nilai 2

p = 2R + 2

G + 2RG + 2

e .

Kriteria keragaman yang digunakan mengikuti ketentuan dari Anderson dan

Bancroft (1952) yang dikutip oleh Pinaria el al., (1995), yaitu keragaman luas jika nilai

keragaman > dua kali standar deviasi, dan keragaman sempit jika keragaman < dua kali

standar deviasi. Heretabilitas dalam arti luas (h2) diduga dengan menggunakan analisis

keragaman (Allard, 1960), yaitu sebagai berikut: h2 = 2g/2

p. Nilai duga heretabilitas

diklasifikasikan menurut Mc Whirter (1979) dan Stanfield (1988), yaitu tinggi jika h2 50%,

sedang jika 20% < h2 < 50%, dan rendah jiha h2 < 20%. Derajat keeratan hubungan antar

karakter diestimasikan berdasar rumus Singh dan Chaudhary (1979).

Hasil analisis keragaman fenotipik, keragaman genetik dan heretabilitas serta

kriterianya terdapat pada Tabel 2. Sedangkan nilai-nilai korelasi antar karakter

pertumbuhan-produksi yang diamati tertera pada Tabel 3 dan 4.

Tabel 2. menunjukkan bahwa terdapat keragaman fenotipik dan genetik yang luas

serta kemajuan genetik (heretabilitas) yang tinggi untuk semua karakter pertumbuhan-

produksi yang diamati. Hanya karakter ANR daun yang menunjukkan keragaman genetik

yang sempit dan heretabilitas rendah serta karakter bahan kering mempunyai heretabilitas

sedang. Luasnya keragaman genetik dalam populasi tersebut, antara lain disebabkan oleh:

(1) populasi yang dievaluasi terdiri dan genotipe genotipe yang berbeda, sebagian berasal

dan genotipe introduksi dan hasil persilangan serta sebagian lainnya berasal dan genotipe

lokal dan unggul; dan (2) nilai duga keragaman genetik yang diperoleh merupakan

keragaman genetik total, yang belum dipisahkan dan keragaman interaksi: genetik x

lingkungan, genetik x musim, dan genetik x lingkungan x musim.

Hasil analisis regresi berganda secara serempak menghasilkan persamaan regresi,

yaitu sebagai benkut:

Y = 4,096675 + 0,004486 X1* + 0,002033 X2ns + 0,026232 X3** - 0,000048 X4

ns

- 0,01132 X5ns + 0,008775 X6* (r = 0,581978**)

Keterangan:Y = Indek derajat toleransi; X1 = tinggi tanaman;X2 = jumlah daun; X3 = jumlah anakan;X4 = ANR Daun; X5 = kadar BK;X5 = PBK; ** = nyata pada taraf 1%* = nyata pada taraf 5% ns = tidak nyata pada taraf 5%r = koefisien korelasi

Berdasarkan persamaan regresi di atas dapat dijelaskan bahwa tinggi tanaman (X1)

jumlah anakan (X3) dan P6K (X6) berperan nyata terhadap tingkat toleransi tanaman

terhadap cekaman kegaraman. Penentuan karakter nyata yang mempunyai berkontribusi

nyata terbesar sampai terkecil berturut-turut (diukur dan nilai koefisien korelasi dan

determinasinya) adalah karakter PBK, jumlah anakan dan tinggi tanaman (Tabel 3).

Berdasarkan kriteria korelasi dan determinasi tersebut serta dengan

mempertimbangkan nilai-nilai keragaman genetik yang luas serta heretabilitas yang tinggi,

maka karakter PBK, jumlah anakan dan tinggi tanaman dapat dijadikan karakter penciri

utama toleransi tanaman rumput pakan terhadap cekaman keragaman (NaCI). Hasil ini

didukung oleh penelitian serupa tentang fisiologi toleransi tanaman terhadap NaCI, yang

menunjukkan bahwa sifat tanaman yang lebih toleran terhadap cekaman NaCI mampu: (1)

mereduksi pertumbuhan akar (Devitt dan Stolzy, 1985; Sopandie, 1990; Kusmiyati et. al.,

1998; Kusmiyati et. al., 2000), (2) mencegah penurunan serapan unsur hara (Huffaker dan

Rains, 1985; Sopandie, 1990; dan Kusmiyati et. al., 2000), (3) mencegah perubahan

struktur tanaman seperti lebih sedikit dan lebih kecilnya ukuran daun, jumlah stomata per

satuan luas daun lebih sedikit, penebalan kutikula daun dan terbentuknya lapisan lilin pada

permukaan daun serta lignifikasi akar yang lebih awal (Harjadi dan Yahya, 1988).

Metabolisme toleransi tanaman terhadap cekaman kegaraman bukan merupakan hal

yang sederhana, tetapi sangat kompheks, sehingga keberadan karakter PBK, jumlah anakan

dan tinggi tanaman yang mempunyai nilai keragaman genetik luas dengan kemajuan

genetik yang tinggi serta berkorelasi dan berkontribusi nyata terhadap toieransi tanaman

terhadap cekaman kegaraman, bukan merupakan karakter penciri yang berdiri sendiri,

tetapi didukung oleh karakter hainnya, seperti jumlah daun, ANR daun dan kadar BK.

Selain itu, dan hasil analisis hubungan antar karakter Xi menunjukkan antar variabel tidak

bebas satu sama lainnya atau ada kolineanitas antar variabel Xi, sehingga dalam proses

seleksi harus dilakukan secara simultan diantara karakter penciri tersebut (Tabel 4).

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Karakter-karakter tinggi tanaman, jumlah daun, jumiah anakan, produksi bahan

kering dan indek derajat toleransi tanaman mempunyai keragaman fenotipik dan genetik

yang luas dengan nilai heretabilitas yang tinggi. Karakter aktivitas reduktase daun

menunjukkan keragaman fenotipik dan genetik sempit dengan nilai t rendah, sedangkan

karakter kadar bahan kering mempunyai keragaman fenotipik dan genetik luas dengan

heretabilitas sedang.

Karakter produksi bahan kering, jumlah anakan dan tinggi tanaman adalah karakter

yang paling berpengaruh terhadap indek derajat toleransi tanaman terhadap cekaman

kegaraman dan selalu dapat dipertimbangkan secara simuitan dalam program seleksi.

Saran

Penelitian serupa perlu dilakukan di beberapa lokasi dan musim yang berbeda

sehingga besarnya keragaman genetik dugaan yang diperoleh dapat dipisahkan dan

pengaruh keragaman interaksi: genetik x lingkungan, genetik x musim, dan genetik x

lingkungan x musim.

DAFTAR PUSTAKA

Allard, R.W. 1960. Principles of Plant Breeding. John Wiley & Son Inc., New

York.Frey, K.J. 1983. Plant Population Management and Breeding. In: 0.R.

Anwar, S., Karno, F. Kusmiyati dan Sumarsono. 2003. Seleksi Toleransi Tanaman Rumput Pakan terhadap Cekaman Salinitas. Jumal Pengembangan Peternakan Tropis, Edisi Spesial Oktober 2003:347-351.

Borojevic, S. 1990. Principles and Methods of Plant Breeding. Elsevier Sd. Pub. Co. Inc. New York.

Blum, A. 1988. Plant Breeding for Stress Environments. CRC Press, Inc., Boca Raton.

Conover, W.J. 1980. Practical Nonparametric Statistics. 2 ed. John Wiley & Sons, New York.

Devitt, D.A. and L.H. Stolzy. 1985. Plant response to Nat, K and K ratios under saline condition. In : Soil and Plant Interaction with Salinity. Agricultural Experiment Station, Univ. of California.

Fernandez, G.C.J. 1992. Effective selection criteria for assessing plant stress tolerance. p.257-270. In: C.G. Kuo (ed.). Adaptation of Food Crops to Temperatur and Water Stress. Proceeding of an International Symposium. Asian Vegetable Research and Development Center, Taiwan.

Frey, K.J. 1983. Plant population management and breeding. In: D.R. Wood et al. (eds.). Crop Breeding. Amer. Soc. of Agron. Crop Sci. Soc. of America. Madison, Wisconsin.

Guerrero, M.G. 1982. In vitro assays of nitrate reductase activity. In: J. Coombs and 0.0. Hall (ed.). Techniques in bioproductivity and photosynthesis. p.125- 127. Pergamon Press Ltd., England.

Hale, M.G. and D.M. Orcutt. 1987. The Physiology of Plant Under Stess. John Wiley & Son Inc.,, New York..

Haryadi, S.S. dan S. Yahya. 1988. Fisiologi Stres Lingkungan. PAU-IPB Bogor.

Levitt, J. 1980. Respon of Plant to Environmental Stresses. Vol. II. Water, Radiation, Salt and Other Stress. Academic Press, New York.

Kusmiyati, F., ED. Purbayanti, W. Slamet, E. Fuskah dan S. Anwar. 1998. Pengaruh salinitas terhadap pertumbuhan rumput makanan temak. Laporan Penelitian, 01K Rutin Undip Tahun 1997.

Kusmiyati, F., E.D. Purbayanti, dan W. Slamet. 2000. Pengaruh pemupukan kalsium dan nitrogen terhadap produksi dan kualitas hijauan rumput makanan temak pada tanah salin. Laporan Penelitian Dosen Muda tahun 1999, Dikti Jakarta.

Marschner. 1986. Mineral Nutrition of Higher Plants. Acad.Press Inc., London.

McWhirter, K.S. 1979. Breeding of Cross Pollinated Crops. In: Knight (ed.). Plant Breeding. AAUCS, Brisbane.

Pinaria, A., A. Baihaki, R. Setiamihardja dan A.A. Dradjat. 1995. KERAGAMAN Genetik dan HERETABILITAS Karakter-karakter Biomassa 53 Genotipe Rumput pakan. Zuriat 6(2):88-92.

Singh, R.K. and B.D. Chaudhary. 1979. Biometrical Methods in Quantitative Genetic Analysis. Kalyani Pub. Ludhiana, New Delhi.

Sopandie. 0. 1990. Studies on Plant responses to Salt Stress. Disertasi PhD., Okayama Univ., Japan.

Stansfield, W.D. 1988. Genetics. McGraw Hill Boook Company, New York.

Steel, R.G.D. dan J.H. Toprrie. 1995. Prinsip dan Prosedur Statistika. Suatu Pendekatan Biometrik. PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. (Diterjemahkan oleh Bambang Sumantri).

Sumartono, Nasrullah dan Han Hartiko. 1992. Genetika Kuantitatif dan Bioteknologi Tanaman. PAU-Bioteknologi Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta.