Pendugaan Kemajuan Seleksi Gabungan Keturunan Saudara Tiri 45

Transkripsi

1 Pendugaan Kemajuan Seleksi Gabungan Keturunan Saudara Tiri 45

2 PENDUGAAN KEMAJUAN SELEKSI GABUNGAN KETURUNAN SAUDARA TIRI DAN S 1 PADA POPULASI JAGUNG BISMA 1) (ESTIMATION OF SELECTION PROGRESS ON COMBINED HALF-SIB AND S 1 POPULATIONS OF BISMA CORN) Rudi Hari Murti, Nasrullah, dan Woerjono Mangoendidjojo 2) Kata kunci : kemajuan seleksi harapan, seleksi gabungan Key words : expected selection progress, combined selection Abstract This research directed to discover a unique weight in half-sib and S 1 combined selection and estimate of progress of combined selection. The experiment was carried out in Kalitirto Research Station (KP4), Gadjah Mada University from July to October Eighty-one S 1 progenies and 324 HS progenies evaluated in single row plot (eight plants per row). Randomized Complete Block Design was used with three replications. Results showed that PCA resulted in a unique coefficient. The coefficien of S 1 family was much bigger ( ) than HS families ( ) on all variables. The expected progress of combined selection was more than 1) Bagian dari Tesis Program Pascasarjana Universitas Gadjah Mada 2) Masing-masing Staf Pengajar Fakultas Pertanian Universitas Gadjah Mada, Jalan Sekip Unit I, Yogyakarta individual selection on the ear length, inversely on the other characters. The highest expected progress was on grain dry weight per ear (10.23% per cycle) and the smallest was on ear diameter (1.31% per cycles). Sari Tujuan penelitian adalah mendapatkan pembobot yang unique untuk seleksi gabungan dan mendapatkan nilai duga kemajuan genetik seleksi gabungan keturunan saudara tiri dan keturunan menyerbuk sendiri. Percobaan dilakukan di Kebun Percobaan, Penelitian dan Pengembangan Pertanian Kalitirtro (KP4), Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta mulai Juli sampai Oktober Sebanyak 81 pasang keturunan, masing-masing pasang terdiri satu keturunan menyerbuk sendiri dan empat keturunan saudara tiri dievaluasi dengan menggunakan petak baris tunggal (delapan tanaman per baris). Rancangan yang 46 Zuriat, Vol. 11, No. 2, Januari-Juni 2000

3 digunakan adalah rancangan acak kelompok lengkap dengan tiga ulangan. Hasil penelitian menunjukkan komponen vektor penciri yang digunakan sebagai pembobot keturunan menyerbuk sendiri jauh lebih besar ( ) daripada pembobot keturunan saudara tiri ( ) untuk semua variabel yang diamati. Kemajuan seleksi harapan paling besar terjadi pada berat kering biji per (10.23% per siklus) dan paling kecil diameter (1.31%). Kemajuan seleksi gabungan yang lebih besar daripada seleksi individualnya hanya terjadi pada panjang yaitu 4.11% dan terjadi sebaliknya pada variabel yang lain. Pendahuluan Pendugaan kemajuan seleksi berulang dan praktik seleksi yang mendasarkan penampilan keturunan saudara tiri, keturunan saudara kandung, keturunan menyerbuk sendiri (S 1 ) telah banyak dilakukan terutama pada tanaman jagung (Coor, 1988; Cebollas et al., 1991; Igartua dan Alvares, 1996; Abedon and Tracy. 1998). Murti et al. (2000) juga telah menguraikan hasil penelitian tentang pendugaan kemajuan seleksi keturunan saudara tiri dan keturunan menyerbuk sendiri. Kemajuan genetik S 1 lebih besar dari pada kemajuan genetik keturunan saudara tiri pada sifat yang mempunyai varians aditif lebih besar daripada kovarians (HS,S 1 ). Menurut Choo dan Kannenberg (1979) seleksi keturunan menyerbuk sendiri (S 1 ) memberikan kemajuan genetik lebih besar dibandingkan seleksi keturunan saudara tiri. Kemajuan genetik S 1 diakibatkan oleh peningkatan frekuensi gen-gen yang menguntungkan dengan efek aditif, efek dominan kecil (Comstock, 1950 cit. Goulas dan Lonnquist, 1976), berkurangnya alel resesif yang bersifat mematikan (Tanner dan Smith, 1987; Garay et al., 1996) dan peningkatan frekuensi gen-gen resesif yang menguntungkan. Pada seleksi keturunan menyerbuk sendiri ada kelemahan, yaitu seleksi menyebabkan penghanyutan gen yang lebih besar sehingga keragaman pada populasi berikutnya cepat menurun, sedangkan pada keturunan saudara tiri adanya lokus-lokus heterosigot menyebabkan gen-gen resesif yang tidak menguntungkan ekspresinya tertutup. Oleh sebab itu perlu dikaji seleksi gabungan yang mendasarkan keturunan menyerbuk sendiri dan keturunan saudara tiri untuk mengatasi kelemahan pada masing-masing metode. Lonnquist dan Castro (1967) telah mengusulkan penggunaan seleksi gabungan dengan memanfaatkan informasi yang diperoleh dari evaluasi secara simultan keturunan saudara tiri dan keturunan S 1. Hallauer dan Miranda (1981) mengatakan bahwa kemajuan harapan dari seleksi gabungan merupakan jumlah kemajuan genetik masing-masing metode seleksi. Penggabungan dua metode seleksi dimaksudkan untuk mendapatkan kemajuan seleksi yang lebih besar dibandingkan seleksi secara individu. Dalam prakteknya, pemilihan keturunan dalam seleksi gabungan secara simultan dilakukan secara bergantian seperti dilakukan oleh Goulas dan Lonnquist (1976). Semestinya seleksi mendasarkan pada nilai gabungan penampilan dari kedua keturunan dengan pembobotan yang unique dan dapat menjelaskan sebagian besar keragaman yang ada pada kedua keturunan. Pemilihan metode didasarkan pada besar kemajuan genetik harapan. Pendugaan kemajuan genetik seleksi gabungan keturunan saudara tiri dan keturunan menyerbuk sendiri telah diusulkan oleh Hallauer dan Miranda (1981) dengan pembobotan 0.5 untuk masing-masing metode, sedangkan Goulas dan Lonnquist (1976) merumuskan kemajuan seleksi gabungan tersebut sebagai berikut: Pendugaan Kemajuan Seleksi Gabungan Keturunan Saudara Tiri 47

4 g = Z p Covg (HS S1) + V g (HS) Kedua pendugaan tersebut di atas mempunyai kelemahan. Pendugaan yang dikemukakan oleh Hallauer dan Miranda (1981) dengan memberi bobot yang sama (0.5) dari masing-masing keturunan kurang tepat. Rata-rata dari dua nilai akan lebih kecil dari salah satu nilai yang lebih besar sehingga penggabungan dengan bobot 0.5 akan menghasilkan kemajuan genetik yang lebih kecil dari salah satu kemajuan genetik individualnya. Selain itu, efek gen-gen dari keturunan saudara tiri akan berbeda dengan keturunan tanaman yang diserbuki sendiri sehingga mempunyai varians yang berbeda. Pada keturunan S 1, gamet jantan dan gamet betina berasal dari tanaman yang sama sehingga menghasilkan proporsi keturunan homosigot lebih besar sehingga variansnya besar, sedangkan pada keturunan saudara tiri hanya setengah gamet yang berasal dari tetua terpilih dan menghasilkan varians lebih kecil. Metode pendugaan Goulas dan Lonnquist (1976) tidak mencantumkan varians fenotip sebagai penyebut sebagaimana tercantum dalam rumus kemajuan genetik standar yang dikemukakan oleh Empig et al. (1972). Penduga yang diusulkan dalam naskah ini yaitu seperti usulan Hallauer dan Miranda (1981) dengan pembobotan yang unique mendasarkan pada varians yang ada pada keturunan saudara tiri dan keturunan menyerbuk sendiri. Bobot dihitung dengan analisis komponen utama (Principle Component Analysis/PCA). Bahan dan Metode Benih jagung Bisma diperoleh dari Balai Penelitian Jagung dan Serealia Lain (Balitjas) Maros, Sulawesi Selatan. Lahan diairi sampai kapasistas lapang sebelum dibajak. Setelah itu membajak dan menghancurkan bongkah bekas bajakan, serta meratakan. Pupuk dasar, yaitu TSP ditaburkan di atas lahan yang telah siap ditanami dengan dosis 100 P 2 O 5 kg.ha 1. Sebelum ditanam, benih dicampur dengan insektisida Marshal dengan dosis 20 gram/1 kg benih. Penanaman dilakukan dengan menugal dan memasukkan benih ke dalam lubang-lubang tanam yang telah dibuat dengan jarak antar baris 75 cm dan jarak dalam baris 50 cm. Lubang yang telah diisi benih ditutup dengan tanah. Penanaman benih untuk membuat populasi persilangan dilakukan tidak serentak, tetapi dilakukan tiga kali (setiap kali tanam 1/3 luas lahan) dengan selisih waktu tanam dua hari. Setelah jagung tumbuh dan berumur satu minggu kemudian dipupuk dengan pupuk Urea (100 kg.ha 1 ) dan KCL (100kg.ha 1 ) sedangkan pada umur satu setengah bulan dipupuk lagi dengan Urea (150 kg.ha 1 ). Pemupukan dilakukan dengan cara membenamkan pupuk bersamaan dengan pembumbunan. Pengendalian hama ulat dilakukan dengan Matador konsentrasi 1 ml.l 1 sampai 2 ml.l 1 air dan tanaman yang terserang bule dicabut. Tanaman yang akan digunakan sebagai pejantan dipilih secara random dan mempunyai pasangan lengkap sebanyak 81 tanaman. Tepungsari masing-masing tetua jantan digunakan untuk menyerbuki dirinya sendiri dan menyerbuki empat tanaman lain yang dipilih secara random dan berlainan untuk tiap tanaman penjantan. Pada saat bunga betina mulai muncul, bunga-bunga tersebut dikerodongi dengan kantong kertas minyak. Bunga jantan yang siap untuk digunakan yaitu sehari setelah bagian paling pangkal bunga jantan telah menghamburkan tepung sari. Bunga jantan dikerodongi dengan kertas payung. Pada hari berikutnya tepung sari yang tertampung dalam kantong tersebut digunakan untuk menyerbuki. Pejantan diberi kode urutan persilangan 48 Zuriat, Vol. 11, No. 2, Januari-Juni 2000

5 (1,2,3, dan seterusnya), sedangkan tanaman betina diberi label sesuai dengan label pejantan ditambah angka satu sampai empat dengan dipisahkan oleh titik (misal 1.1, 1.2,, 1.4, dan 5.1, 5.2,, 5.4, dan seterusnya). Penyerbukan dilakukan pada pagi hari. Bunga betina yang diserbuki yaitu bunga yang telah banyak mengeluarkan putik. Tabung putik dipotong dengan pisau tajam yang bersih kemudian tepung sari dioleskan di ujung putik yang telah dipotong. Bunga yang telah diserbuki dikerodong lagi dan dijepit agar tidak lepas. Setelah tanaman masak fisiologis kemudian dipanen dan dikeringkan secara alami kemudian dirontokkan dengan tangan. Keturunan yang digunakan dalam evaluasi sebanyak 81 pasang keturunan menyerbuk sendiri (S 1 ) dan keturunan saudara tiri (empat dari tanaman yang berbeda). Evaluasi dilakukan dengan menggunakan petak baris tunggal (delapan tanaman per baris) yang disusun dalam rancangan acak kelompok lengkap dengan tiga blok sebagai ulangan. Persiapan lahan dan pemeliharaan tanam dilakukan seperti pada penanaman sebelumnya kecuali hal-hal berikut. Penanaman dilakukan dengan jarak tanam 75 cm 30 cm. Penanaman dilakukan sesuai dengan tata letak yang telah ditentukan. Masing-masing lubang diisi dua butir benih. Pada umur satu bulan dilakukan pengurangan tanaman sehingga setiap lubang disisakan satu tanaman. Variabel yang diamati meliputi: letak ketinggian, panjang, diameter, tinggi tanaman, bobot kering biji per (kadar air 12%). Data dianalisis dengan analisis varians untuk mengestimasi besarnya varians aditif dan selanjutnya digunakan untuk menduga kemajuan seleksi gabungan keturunan saudara tiri dan keturunan menyerbuk sendiri ( g ( S 1 + HS) ). Intensitas seleksi yang digunakan i[2kov(hs,s 1 ) bobot S σ A (bobot HS)] g(s 1 + HS) = σ Ps Hasil dan Pembahasan Dalam tulisan ini akan diuraikan pendugaan yang didasarkan pada masingmasing varians yang ada pada keturunan. Analisis komponen utama (Principle Component Analysis) merupakan analisis yang mengubah banyak variabel menjadi beberapa variabel tetapi mencakup sebagian besar varians yang ada. Komponen utama diekstrak sehingga komponen utama (PC 1 ) mencakup sebagian besar varians total dari data asli (Marascuilo dan Levin, 1983). Pada penelitian ini, seleksi gabungan mendasarkan pada komponen vektor penciri dari masing-masing keturunan. Vektor penciri diperoleh dari PC 1, yaitu akar penciri yang paling besar dengan batasan jumlah kuadrat dari elemenelemennya sama dengan 1 (α 2 + β 2 = 1, dengan α dan β merupakan elemenelemen vektor penciri). Akar penciri pertama merupakan varians maksimum yang tercakup oleh vektor penciri yang akan dihasilkan. Berdasarkan analisis data diperoleh akar penciri untuk diameter, panjang, tinggi tanaman, tinggi letak, dan bobot kering biji per masing-masing sebesar 0.05, 1.2, 210.9, dan (lihat Tabel 1). Semua persentase akar penciri terhadap varians total pada Tabel 1 menunjukkan angka yang cukup besar berturut-turut 85.4%, 84.6%, 90.2%, 81.2%, dan 90.6% untuk diameter, panjang, tinggi tanaman, tinggi letak, dan berat kering biji per. Persentase yang cukup besar menunjukkan sebagian besar varians sudah Pendugaan Kemajuan Seleksi Gabungan Keturunan Saudara Tiri 49

6 tercakup di dalam akar penciri, sehingga komponen vektor penciri yang diperoleh merupakan bobot yang paling baik untuk penggabungan. Elemen vektor penciri merupakan bobot dari masing-masing variabel yang akan digabung. Tabel 1 menunjukkan bahwa secara keseluruhan, bobot keturunan saudara tiri (HS) lebih kecil dibandingkan dengan bobot keturunan S 1. Hal ini menunjukkan bahwa dalam penggabungan keturunan S 1 harus diberi bobot lebih besar dari pada keturunan saudara tiri. Hal ini disebabkan oleh varians pada S 1 lebih besar daripada keturunan saudara tiri. Pembobotan untuk karakter bobot kering biji per untuk keturunan saudara tiri sangat kecil yaitu 0.07 dan sebaliknya bobot keturunan S 1 sangat besar yaitu Hal ini menunjukkan bahwa peranan keturunan saudara tiri kurang jelas untuk membedakan pengaruh tetua yang satu dengan tetua yang lain dalam melakukan seleksi gabungan karakter bobot kering biji per. Tabel 1. Akar penciri, vektor penciri, dan bobot keturunan saudara tiri dan S 1 untuk diameter, panjang, tinggi tanaman, tinggi, bobot kering biji per. Akar penciri dan vektor penciri Diameter Panjang tanaman Bobot kering biji per Akar penciri (λ 1) Varians total ( σ HS + σ ) S 1 Persentase akan penciri pertama terhadap varians total (%) Bobot untuk keturunan saudara tiri (β) Bobot untuk keturunan S 1 (α) Murti et al. (2000) telah membahas perbandingan kemajuan genetik antara seleksi mendasarkan pada keturunan S 1 dan keturunan saudara tiri. Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa masingmasing mempunyai kelebihan tergantung pada varians aditif dan kovarians genetik (HS,S 1 ). Tabel 2 menunjukkan bahwa kemajuan seleksi gabungan untuk diameter, panjang, tinggi tanaman, tinggi letak, dan bobot kering Tabel 2. Nilai duga kemajuan genetik dan kemajuan relatif (dalam kurung) seleksi gabungan keturunan saudara tiri dan S 1 untuk diameter, panjang, tinggi tanaman. Diameter Panjang Nilai duga kemajuan 50 genetik Zuriat, Vol. harapan 11, No. 2, Januari-Juni (cm) 2000 (cm) Seleksi gabungan (S 1,HS) tanaman (cm) (cm) Bobot kering biji per (g) (1.31%) (4.11%) (5.08%) (3.95%) (10.23%) Keterangan : HS = keturunan saudara tiri, S 1 = keturunan menyerbuk sendiri

7 Tabel 3. Komponen varians dan heritabilitas diameter, panjang, tinggi tanaman, tinggi, bobot kering biji per Komponen Diameter Panjang tanaman letak Bobot kering biji per Varians aditif Varians fenotip HS Varians fenotip S 1 Heritabilitas (h 2 ) Kovarians (S 1,HS) biji per berturut-turut sebesar cm (1.31%), cm (4.11%), cm (5.08%), cm (3.95%), dan g (10.23%) per siklus. Seleksi gabungan keturunan saudara tiri dan keturunan menyerbuk sendiri yang dilakukan Goulas dan Lonnquist (1976) dapat meningkatkan hasil sebesar 5% pada C 1 sedangkan pada C 2 hasil yang diperoleh 20% lebih tinggi dibanding C 0. Jika dibandingkan dengan metode seleksi individualnya dalam Murti et al. (2000) tampak bahwa masing-masing metode memberikan kemajuan seleksi yang berbeda-beda tergantung dari besarnya heritabilitas atau nilai varians aditif dan kovarians (HS,S 1 ). Pada seleksi gabungan, kemajuan genetik akan lebih besar daripada metode seleksi individualnya pada variabel yang mempunyai nilai varians aditif dan kovarians (HS,S 1 ) hampir sama dan heritabilitasnya rendah seperti pada panjang (lihat Tabel 3). Hal ini dapat dilihat dari kemajuan relatif panjang pada seleksi gabungan keturunan saudara tiri dan keturunan menyerbuk sendiri, yaitu sebesar 4.11%, sedangkan pada seleksi keturunan menyerbuk sendiri sebesar 3.99% dan pada seleksi keturunan saudara tiri sebesar 0.90% (Murti et al., 2000). Pada variabel yang lain, seleksi gabungan memberikan kemajuan genetik lebih kecil daripada seleksi individualnya. Jika heritabilitasnya besar, kemajuan seleksi keturunan saudara tiri lebih besar daripada seleksi keturunan menyerbuk sendiri dan seleksi gabungan. Sebaliknya pada vaiabel yang mempunyai heritabilitas kecil dan nilai kovarians (HS,S 1 ) lebih besar daripada varians aditif, kemajuan seleksi keturunan menyerbuk sendiri lebih besar daripada metode lainnya. Kesimpulan dan Saran Nilai duga kemajuan seleksi gabungan dan praktek seleksi gabungan secara simultan dapat menggunakan komponen vektor penciri untuk pembobotan. Kemajuan genetik seleksi gabungan S 1 dan keturunan saudara tiri lebih besar daripada kemajuan seleksi secara individual untuk variabel yang mempunyai varians aditif dan kovarians genetik (HS,S 1 ) hampir sama seperti karakter panjang. Kemajuan genetik akan lebih besar lagi jika dilakukan seleksi di dalam barisbaris keturunan S 1 terseleksi secara simultan. Ucapan Terima Kasih Penulis mengucapkan terima kasih kepada Pengelola TMPD atas bantuan biaya yang telah diberikan untuk penelitian. Pendugaan Kemajuan Seleksi Gabungan Keturunan Saudara Tiri 51

8 Daftar Pustaka Abedon, B.G., and W.F. Tracy Direct and indirect effect of full-sib recurrent selection for resistance to common rust (Puccinia sorghi Scw.) in three sweet corn populations. Crop Sci. 38: Ceballos, H., J.A. Deutsch, and H. Gutierrez Recurrent selection for resistance to Exserohilum turcicum in eight subtropical maize populations. Crop Sci. 31: Choo, T.M., and L.W. Kannenberg Relative efficiencies of population improvement methods in corn: A simulation study. Crop Sci. 19: Coor, J.G Response to four cycles of combined half-sib and S 1 family selection in maize. Crop Sci. 28: Empig, L.T., C.O. Gardner, and W.A. Compton Theoretical Gains For Different Population Improvement Procedures. Nebraska Agric. Exp.Stn. Bull. MP p. Garay, G.E. Igartua, and A. Alvares Responses to S 1 selection in flint and dent synthetic maize population. Crop Sci. 36: Goulas, C.K., and J.H. Lonnquist Combined half-sib and S 1 family selection in a maize composite population. Crop Sci. 16: Hallauer, A.R., and J.B. Miranda Quantitative Genetics in Maize Breeding. The Iowa State Univ. Press. Ames. xii p. Igartua, G.G., and A. Alvarez Respon to S 1 selection in flint and dent synthetic maize population. Crop Sci. 36: Lonnquist, J.H., and M. Castro G Relation of intra-population genetics effects to performance of S 1 lines of maize. Crop Sci. 7: Marascuilo, L.A., and J.R. Levin Multivariate Statistics in the Sosial Sciences: A Researcher s Guide. Brooke/ Cole Publishing. California. xiii+530 p. Murti, R.H., Nasrullah, dan Woerjono Mangoendidjojo Pendugaan Kemajuan Seleksi Keturunan Saudara Tiri dan Keturunan Menyerbuk Sendiri pada Populasi Jagung Bisma. Berkala Pascasarjana. UGM. Inprint. Tanner, A.H., and O.S. Smith Comparison of half-sib and S 1 recurrent selection in the Kurg Yellow Dent maize populations. Crop. Sci. 27: Zuriat, Vol. 11, No. 2, Januari-Juni 2000