MARKA MOLEKULER TERPAUT SIFAT TOLERANSI ALUMINIUM DAN KARAKTER AGRONOMI PADA POPULASI F2 TANAMAN PADI (Oryza sativa L) HARIYANTO

Transkripsi

1 MARKA MOLEKULER TERPAUT SIFAT TOLERANSI ALUMINIUM DAN KARAKTER AGRONOMI PADA POPULASI F2 TANAMAN PADI (Oryza sativa L) HARIYANTO SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009

2 PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul Marka Molekuler Terpaut Sifat Toleransi Aluminium dan Karakter Agronomi pada Populasi F2 Tanaman Padi (Oryza sativa L) merupakan gagasan dan karya saya bersama pembimbing yang belum pernah dipublikasikan dalam bentuk apapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan oleh penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka dibagian akhir tesis ini. Bogor, Juni 2009 Hariyanto NRP G

3 ABSTRACT HARIYANTO. (Moleculer Markers Linked to Aluminum Tolerance Trait and Agronomic Characters in Rice F2 Population (Oryza sativa L). Supervised by MIFTAHUDIN and DWINITA W. UTAMI. Rice is a staple food for the most people in Indonesia. Rice demand will continuously increase as the world population increase. To fulfill the demand, rice production should be increased through both extensification and intensification efforts. The later effort could use marginal lands including acid soils that widely distributed in Indonesia. However, Al toxicity is the main constraint for crop production in acid soils. The high Al solubility in acid soils will rice root system, inhibit growth and decrease production. The objective of this study is to analyze molecular markers that linked to physiological parameter of Al tolerance trait and agronomic characters in rice F2 population derived from a cross between the Al-sensitive rice variety IR64 and the Altolerant rice variety Hawarabunar. The physiological and agronomical characters that were studied in this research were root length increment, plant height, total empty grain per panicle, total filled grain per panicle and 1000 grain weight. To perform root length increment analysis, the seedlings were grown on minimum culture solution containing 15 ppm of Al for 72 hours. The root length was measured before and after being Alstressed. The difference between both measurements is called as root length increment. Plant height was observed when 50% of population has flower. All yield components were observed after harvest. Root length increment analysis showed that this character was multigenic trait as well as plant height and yield components characters. Among 21 polymorphic simple sequence repeats (SSR) that were analyzed, 18 markers showed 1:2:1 segregation pattern for homozygous IR64 : heterozygous : homozygous Hawarbunar ratio. Linkage analysis between molecular markers and physiological characters using single marker analysis method showed that OSR13, RM514, RM251 located on chromosom 3 were linked to root length increment. The other six markers that are located chromosome 3, linked to several agronomic characters. Those markers were RM 231 and RM 545 linked to the plant height, RM 489 linked to the total empty grain per panicle, RM 545 and RM 232 linked to the 1000 grain weight. Another marker (RM 174) that is located on chromosome 2 was linked to the total filled grain per panicle. (Keyword : rice, Al tolerance, SSR marker, linkage)

4 RINGKASAN HARIYANTO. (Marka Molekuler Terpaut Sifat Toleransi Aluminium dan Karakter Agronomi pada Populasi F2 Tanaman Padi (Oryza sativa L). Dibimbing oleh MIFTAHUDIN dan DWINITA W. UTAMI. Padi merupakan sumber bahan makanan pokok penduduk sampai saat ini. Kebutuhan beras terus meningkat seiring dengan pertambahan jumlah penduduk. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut perlu dilakukan upaya peningkatan produksi baik dengan intensifikasi maupun ekstensifikasi. Peningkatan produksi melalui perluasan areal tanam dapat dilakukan diantaranya melalui pemanfaatan tanah-tanah asam. Akan tetapi, kendala utama yang dihadapi dalam pemanfaatan tanah asam adalah kelarutan aluminium (Al) tinggi yang akan mengakibatkan terhambatnya pertumbuhan padi. Pemuliaan tanaman untuk mendapatkan varietas toleran Al dapat dilakukan secara konvensional, tetapi langkah ini memerlukan waktu lama. Sebagai alternatif adalah penggunaan marka molekuler sebagai alat bantu seleksi. Beberapa varietas padi mempunyai sifat peka dan toleran terhadap Al. Varietas IR64 yang peka Al dan Hawarabunar yang merupakan padi gogo toleran Al. Generasi F2 dari persilangan kedua varietas tersebut digunakan dalam penelitian. Tujuan dari penelitian ini adalah 1) menganalisis karakter pertambahan panjang akar sebagai parameter sifat toleransi Al pada padi, 2) mengevaluasi kaitan antara karakter tinggi tanaman, jumlah butir bernas per malai, jumlah butir hampa per malai dan bobot 1000 butir dengan sifat toleransi Al pada padi, 3) menganalisis pola pewarisan sifat toleransi Al pada padi, 4) mengidentifikasi marka molekuler terpaut sifat toleransi Al pada padi. Pengamatan karakter pertambahan panjang akar (PPA) dilakukan pada kecambah padi yang telah mendapat cekaman aluminium 15 ppm selama 72 jam pada kultur hara ph 4. Pertambahan panjang akar diukur sebagai selisih panjang akar sebelum dan setelah cekaman aluminium. Karakter tinggi tanaman diamati ketika populasi F2 sudah 50% berbunga sedangkan komponen produksi diamati setelah panen. Analisis pola pewarisan karakter fisiologi dan marka molekuler dilakukan dengan uji Khi-Kuadrat pada 379 individu F2, sedangkan analisis keterpautan antara marka molekuler dan sifat toleransi Al dilakukan dengan menggunakan Software QTL Cartographer Ver Hasil penelitian menunjukan bahwa karakter pertambahan panjang akar, tinggi tanaman dan komponen produksi merupakan karakter poligenik. Dari 21 marka yang dianalisis diperoleh 18 marka bersegregasi secara bebas dengan rasio IR64 : heterozigot : Hawarabunar adalah 1 : 2 : 1. Analisis keterpautan dengan marka tunggal diperoleh bahwa marka OSR13, RM514 dan RM251 terpaut dengan karakter pertambahan panjang akar terletak pada kromosom 3. Enam marka SSR lain yang terdapat pada kromosom 3 terpaut beberapa karakter agronomi. Marka tersebut antara lain RM 231 dan RM 545 terpaut dengan karakter tinggi tanaman, RM 489 terpaut dengan karakter jumlah butir hampa per malai, RM 545 dan RM 232 terpaut dengan karakter bobot 1000 butir. Satu marka SSR (RM 174) pada kromosom 2 terpaut dengan karakter jumlah butir bernas per malai. Kata kunci : Padi, toleransi aluminium, marka SSR, pautan.

5 Hak Cipta milik IPB, tahun 2009 Hak Cipta dilindungi Undang-Undang 1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah. b. Pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB. 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini dalam bentuk apapun tanpa izin IPB.

6 MARKA MOLEKULER TERPAUT SIFAT TOLERANSI ALUMINIUM DAN KARAKTER AGRONOMI PADA POPULASI F2 TANAMAN PADI (Oryza sativa L) HARIYANTO Tesis Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Departemen Biologi SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009

7 Judul Tesis : Marka Molekuler Terpaut Sifat Toleransi Aluminium dan Karakter Agronomi pada Populasi F2 Tanaman Padi (Oryza sativa L) Nama : Hariyanto NRP : G Disetujui Komisi Pembimbing Dr. Ir. Miftahudin, M.Si Ketua Dr. Dwinita W. Utami, M.Si Anggota Diketahui Ketua Program Studi Biologi Dekan Sekolah Pascasarjana Dr. Ir. Dedy Duryadi S, DEA Prof. Dr. Ir.Khairil Anwar Notodiputro, MS. Tanggal Ujian : Tanggal Lulus :

8 PRAKATA Alhamdullilah, puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas limpahan nikmat dan rahmatnya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tesis dengan judul MARKA MOLEKULER TERPAUT SIFAT TOLERANSI ALUMINIUM DAN KARAKTER AGRONOMI PADA POPULASI F2 TANAMAN PADI (Oryza sativa L) tepat pada waktunya. Penulis menyadari bahwa selesainya tesis ini menyertakan berbagai pihak. Untuk itu ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada : 1. Dr. Ir. Miftahudin, M.Si selaku ketua komisi pembimbing yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk ikut dalam proyek penelitian Kerjasama Kemitraan Penelitian Pertanian dengan Perguruan Tinggi (KKP3T) sehingga penelitian ini dapat berjalan dengan lancar. 2. Dr. Dwinita W. Utami, M.Si selaku anggota komisi pembimbing, juga staf kelompok peneliti Biologi Molekuler Balai Besar Penelitian Pertanian dan Genetik (BB-Biogen) di Cimanggu yang telah banyak membantu demi lancarnya penelitian ini. 3. Dr. Ir. Utut Widyastuti Suharsono, M.Si selaku penguji luar komisi yang telah banyak memberikan semangat untuk mengikuti pendidikan Pascasarjana di IPB 4. Dekan Sekolah Pascasarjana IPB dan Ketua Program Studi Biologi atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti pendidikan Pascasarjana di IPB. 5. Departemen Agama RI atas beasiswanya, sehingga penulis dapat melanjutkan pendidikan di Institut Pertanian Bogor. 6. Drs. Muhadin, M.Ag selaku Kepala MAN Majenang yang telah memberikan ijin penulis untuk melanjutkan pendidikan di IPB. 7. Ibu Yuri, selaku staf laboratorium Biologi Molekuler Balai Besar Penelitian Pertanian dan Genetik (BB-Biogen) di Cimanggu yang telah banyak membantu demi lancarnya penelitian ini. 8. Ibu Dewi, ibu eka, ibu yeni, pak akhmad, andik serta rekan-rekan BUD DEPAG 2006 dan 2007 yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya atas bantuan, kerjasama dan dukungannya selama ini. 9. Secara khusus untuk keluarga penulis, Mularmawati, S.Pd, ananda Saefulloh Ma ruf Muttaqin dan Risma Dwicahya Novianti atas dorongan, kesabaran, pengertian dan doanya. 10. Bapak dan Ibunda tercinta, bapak dan ibu mertua, atas segala pengorbanan baik moril maupun materiil. Penulis berharap agar hasil penelitian bermanfaat dan memberikan tambahan pengetahuan bagi dunia pendidikan dan masyarakat pada umumnya. Amiin. Bogor, Juni 2009 Hariyanto

9 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Blitar, Jawa Timur pada tanggal 14 Juli 1970, sebagai anak pertama dari tiga bersaudara pasangan Bapak Amirudin Iskandar dan Ibu Suryati. Penulis menikah dengan Mularmawati, S.Pd dan dikaruniai dua putra-putri, Saefulloh Ma ruf Muttaqin dan Risma Dwicahya Novianti. Penulis menyelesaikan pendidikan sarjana di Universitas Muhammadiyah Malang, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan jurusan Biologi tahun Pada tahun 2006, penulis mendapat kesempatan untuk melanjutkan studi S2 pada program studi Biologi, di Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor dengan Beasiswa dari Departemen Agama RI. Saat ini penulis bekerja sebagai guru Biologi pada Madrasah Aliyah Negeri Majenang di Cilacap Jawa Tengah.

10 DAFTAR ISI DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR LAMPIRAN... PENDAHULUAN Latar Belakang... 1 Manfaat Penelitian... 2 Tujuan Penelitian... 3 TINJAUAN PUSTAKA Tanah Asam... 4 Respon Tanaman terhadap Cekaman Aluminium... 4 Mekanisme dan Kriteria Tanaman Toleran Aluminium... 6 Genetika dan Sifat Toleransi Aluminium... 7 Simple Sequence Repeats... 9 BAHAN DAN METODE Waktu dan Tempat Bahan Tanaman Alur Penelitian Metode Penelitian Cekaman Al dan Pengukuran Pertambahan Panjang Akar.. 12 Analisis Karakter Agronomi Analisis Marka Molekuler Isolasi DNA Kuantifikasi DNA Kualitas DNA PCR (Polymerase Chain Reaction). 14 Analisis Data HASIL DAN PEMBAHASAN Respon Tanaman Padi terhadap Cekaman Al Analisis Segregasi Karakter Fisiologi dan Agronomi Analisis Marka Molekuler Analisis Keterpautan antara Marka Molekuler dengan Sifat Toleransi Al pada Padi KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN-LAMPIRAN xi xii xiii Halaman

11 DAFTAR TABEL 1 Komponen PCR yang digunakan untuk Amplifikasi DNA dengan primer SSR Respon Pertambahan Panjang Akar dari padi varietas IR64 dan Hawarabunar terhadap Cekaman 15 ppm Al selama 72 jam Rata-rata nilai Pertumbuhan dan Komponen Produksi Padi varietas IR64 dan Hawarabunar pada Tanah Asam Uji Khi-Kuadrat dari pola Segregasi Karakter Fisiologi dan Agronomi Populasi F2 1gen dan 2 gen Uji Khi-Kuadrat pada Marka Molekuler Keterpautan Karakter Fisiologi dan Agronomi pada kromosom Halaman

12 DAFTAR GAMBAR 1 Bagan alir pelaksanaan penelitian Distribusi normal pertambahan panjang akar pada populasi F2 hasil persilangan IR64 dengan Hawarabunar Distribusi normal tinggi tanaman pada populasi F2 hasil persilangan IR64 dan Hawarabunar Distribusi normal jumlah butir hampa per malai pada populasi F2 hasil persilangan IR64 dengan Hawarabunar Distribusi normal jumlah butir bernas per malai pada populasi F2 hasil persilangan IR64 dengan Hawarabunar Contoh elektroforesis hasil PCR marka RM452 pada gel agarose superfiner 3% dalam buffer TBE 1x Peta genetik 21 marka SSR yang diuji pada kromosom 1, 2, dan Halaman

13 DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1. Deskripsi varietas padi IR Deskripsi varietas padi Hawarabunar Komposisi media minimum untuk kultur hara percobaan cekaman Al pada padi Sekuen 14 pasang primer SSR pada kromosom 2 yang dianalisis Sekuen 7 pasang primer SSR pada kromosom 3 yang dianalisis Hasil uji t-student (α=5%)untuk karakter fisiologi tetua IR64 dan Hawarabunar pada tanah asam dan tanah biasa Penanaman padi secara gogo pada tanah Podsolid Merah Kuning di rumah kaca Cikabayan, IPB Bogor Hasil analisis contoh tanah asam di Balai Penelitian Tanah Hasil uji t-student (α=5%)untuk karakter agronomi tetua IR64 dan Hawarabunar pada tanah asam dan tanah biasa... 43

14 PENDAHULUAN Latar Belakang Padi (Oryza sativa L) merupakan salah satu bahan pokok untuk kebutuhan pangan bagi masyarakat pada umumnya. Seiring dengan bertambahnya jumlah penduduk yang sangat pesat serta beralihnya lahan pertanian untuk pemukiman dan industri, maka lahan yang tersedia untuk pertanian tanaman pangan, khususnya padi, menjadi semakin berkurang. Hal ini akan berakibat pada terganggunya kelangsungan produksi beras nasional. Langkah yang harus diambil pemerintah adalah membuka lahan pertanian baru di lahan marginal yang kebanyakan merupakan tanah asam. Salah satu kendala pengusahaan pertanian di tanah asam adalah ph tanah yang rendah serta kandungan Al terlarut yang tinggi sampai pada taraf yang dapat meracuni tanaman. Keracunan Al ditandai dengan terhambatnya pertumbuhan akar sebagai akibat terhambatnya pemanjangan sel (Kochian 2000). Disamping itu, kandungan Al terlarut yang tinggi akan mengganggu penyerapan nutrisi sehingga tanaman mengalami defisiensi hara dan rentan terhadap cekaman kekeringan dan serangan hama penyakit (Delhaize & Ryan 1995). Akibat selanjutnya adalah akan menurunkan produksi tanaman. Usaha pengapuran pada tanah asam merupakan tindakan perbaikan lahan yang dapat ditempuh, tetapi langkah ini membutuhkan banyak biaya dan tidak efisien. Pendekatan lain yang dapat ditempuh untuk mengatasi masalah pada tanah asam adalah dengan menggunakan varietas padi yang toleran terhadap kondisi asam dan cekaman Al. Tanaman padi toleran dapat diusahakan melalui pemuliaan tanaman baik dengan cara konvensional maupun dengan pendekatan biologi molekuler. Pemuliaan dengan metode konvensional membutuhkan banyak tenaga, waktu lebih lama, banyak menemui kendala dan sering kurang efisien (Bennet 1993). Studi mekanisme toleransisi tanaman padi terhadap cekaman Al baik pada tingkat fisiologi maupun molekuler belum banyak diketahui. Pengetahuan tentang karakter fisiologi yang dapat dijadikan sebagai parameter sifat toleransi Al pada padi merupakan langkah awal baik untuk mempelajari mekanisme toleransi tanaman padi terhadap cekaman Al maupun dalam upaya mendapatkan karakter fisiologi yang dapat digunakan sebagai fenotipe sifat toleransi Al. Fenotipe ini selanjutnya dapat digunakan

15 dalam program seleksi dan pemuliaan yang bertujuan untuk mendapatkan varietas toleransi Al. Kemajuan di bidang marka molekuler, terutama pada padi, memungkinkan digunakannya marka tersebut sebagai alat untuk membantu seleksi sifat-sifat yang diinginkan khususnya sifat toleransi Al. Secara umum beberapa kelebihan marka molekuler sebagai alat bantu seleksi antara lain keberadaan marka molekuler tidak dipengaruhi oleh faktor lingkungan, dapat digunakan untuk menyeleksi pada tahap awal pertumbuhan, dan dapat digunakan untuk seleksi sifat yang sangat sulit sekalipun yang apabila menggunakan seleksi fenotipe memerlukan waktu yang panjang, seperti morfologi perakaran, resistensi terhadap hama dan penyakit, serta toleransi terhadap cekaman abiotik seperti kekeringan, garam, defisiensi atau keracunan mineral (McCouch & Tanksley 1991). Salah satu marka yang dapat digunakan dalam seleksi tanaman adalah Simple Sequence Repeats (SSR). Marka ini mempunyai potensi untuk studi polimorfisme pada padi budidaya. Temnykh et al. (2000) menyebutkan bahwa marka SSR mempunyai derajat polimorfisme yang tinggi, bersifat kodominan dan telah banyak dipetakan dalam genom padi. Pemahaman tentang karakter fisiologi dan agronomi tanaman terhadap cekaman Al dan marka-marka yang bermanfaat untuk mengetahui sifat genetiknya sangat penting. Kajian tentang mekanisme toleransi Al dan marka molekulernya masih sedikit. Oleh karena itu penelitian ini dilakukan untuk mengembangkannya sehingga lebih banyak memberikan manfaat. Manfaat Penelitian Beberapa manfaat yang dapat diambil dari penelitian ini adalah 1) dengan diketahuinya karakter-karakter toleransi terhadap Al baik fisiologi maupun agronomi akan dapat digunakan untuk membantu dalam menyeleksi plasma nutfah dan galurgalur harapan padi dalam usaha pemuliaan tanaman padi, 2) karakter-karakter toleransi Al juga dapat digunakan dalam upaya memahami mekanisme toleransi Al pada tanaman padi, 3) marka molekuler yang terkait dengan karakter-karakter tersebut dapat digunakan dalam seleksi tanaman padi dalam rangka perbaikan varietas untuk

16 mendapatkan varietas toleransi Al, 4) Dalam jangka panjang varietas toleransi Al yang dihasilkan dapat mendukung peningkatan produksi beras nasional. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah 1) menganalisis karakter pertambahan panjang akar sebagai parameter sifat toleransi Al pada padi, 2) mengevaluasi kaitan antara karakter tinggi tanaman, jumlah butir bernas per malai, jumlah butir hampa per malai, dan bobot 1000 butir dengan sifat toleransi Al pada padi, 3) menganalisis pola pewarisan sifat toleransi Al pada tanaman padi, dan 4) mengidentifikasi marka molekuler terpaut sifat toleransi Al pada padi..

17 TINJAUAN PUSTAKA Tanah Asam Tanah asam merupakan jenis tanah yang mempunyai ph rendah dan kelarutan Al yang tinggi. Jenis tanah ini umumnya berupa lahan kering tropika. Ada tiga ordo untuk jenis tanah ini yaitu Oxisol, Ultisol dan Spodosol. Van Wambake (1991) melaporkan bahwa ordo Ultisol merupakan tanah dengan toksisitas Al tertinggi dibandingkan Oxisol. Kelarutan Al dalam tanah asam sangat dipengaruhi oleh ph tanah. Bentuk Al 3+ merupakan bentuk yang beracun dan paling banyak dalam larutan tanah pada tanah dengan ph di bawah 4.0, sedangkan pada ph Al banyak dijumpai dalam bentuk Al(OH) +2. Tanah dengan ph rendah memiliki kapasitas tukar ion H + yang tinggi, sehingga menyebabkan penyerapan unsur-unsur lainnya menjadi berkurang, tetapi penyerapan unsur Al menjadi berlebih. Meningkatnya konsentrasi Al terlarut akibat keasaman tanah mengakibatkan terjadinya defisiensi P, K, dan hara mikro seperti seng dan tembaga (MacDiamid & Gardner 1996). Kondisi ini mengakibatkan tanah tersebut memiliki tingkat kesuburan yang rendah. Penurunan kesuburan tanah sebagai dampak degradasi kimia akan berpengaruh pada kapabilitas tanah untuk usaha pertanian. Tanah asam umumnya terdapat di daerah bercurah hujan tinggi dan sebagian berada pada daerah tropik. Di Indonesia jenis tanah asam sebagian besar terdapat di pulau-pulau besar di luar Jawa. Penyebaran tanah asam ini sangat luas mencapai 45,8 juta ha atau 24,3% dari luas daratan (Subagyo et al. 2000). Respon Tanaman terhadap Cekaman Aluminium Pertumbuhan tanaman sangat tergantung pada lingkungan tumbuhnya. Beberapa jenis tanaman seperti padi, kedelai dan jenis tanaman pangan lainnya sangat sensitif terhadap perubahan lingkungan. Perubahan komponen biotik maupun abiotik dari lingkungan merupakan faktor cekaman bagi tananam yang berakibat pada penurunan pertumbuhan dan produksi. Salah satu cekaman abiotik yang penting adalah kelarutan Al yang tinggi pada tanah asam. Tanah asam dengan ph rendah dan kelarutan Al tinggi akan mempengaruhi pertumbuhan tanaman.

18 Keberadaan Al merupakan faktor pembatas pertumbuhan pada tanah asam. Bentuk Al yang bersifat toksik bagi tanaman adalah ion trivalen Al 3+ yang dominan pada ph tanah dibawah 4 (Delhaize & Ryan 1995). Keracunan Al ditandai dengan terhambatnya pertumbuhan akar sebagai akibat terhambatnya pemanjangan sel. Beberapa laporan menyebutkan bahwa keracunan Al dapat menurunkan dan merusak sistim perakaran yang menyebabkan tanaman rentan terhadap cekaman kekeringan dan mengalami defisiensi hara mineral. Pengaruh Al dalam memblok kanal Ca 2+ dan K + dapat mengakibatkan defisiensi hara (Delhaize & Ryan 1995). Ambang batas beberapa tanaman terhadap kejenuhan Al di tanah asam bervariasi antar jenis tanaman. Secara umum kandungan Al yang tinggi berpengaruh buruk pada tanaman terutama terhadap sistem perakaran seperti pertumbuhan akar terhambat, pendek, tebal, percabangan tidak normal, tudung akar rusak dan berwarna coklat atau merah (Ismunadji & Partohardjono 1985). Pada tingkat molekuler, keracunan Al berhubungan dengan fungsi DNA. Interaksi keduanya dapat menghentikan sifat-sifat fitokimia dan fungsi biologis seperti menghentikan pembelahan sel pada meristem akar dan perpanjangan sel (Matsumoto 1991). Ryan et al. (1997) melaporkan bahwa Al dapat mempengaruhi sel melalui sifat permeabilitas membran sel dan tingkat aktifitas transport pada membran plasma. Pertumbuhan tanaman yang terganggu akibatnya akan mempengaruhi komponen produksi tanaman. Komponen produksi tersebut meliputi jumlah butir bernas per malai, jumlah butir hampa per malai, dan bobot 1000 butir. Menurunnya aktivitas sel akan menurunkan kemampuan metabolisme tanaman, dan suplai asimilat ke biji sehingga banyak dihasilkan butir hampa (Manurung & Ismunadji 1988). Dan berakibat akan menurunkan hasil butir bernas. Beberapa varietas padi seperti IR64 dan Krowal mempunyai respon pertumbuhan akar yang sama terhadap cekaman Al. Pada konsentrasi 60 ppm Al kedua varietas mengalami cekaman oksidatif dan peroksidasi lipid pada membran. Pembentukan MDA pada akar Krowal yang lebih rendah daripada MDA yang terbentuk pada akar IR64 mengindikasikan bahwa pada cekaman yang sama varietas krowal mengalami cekaman oksidatif yang lebih rendah dibandingkan dengan IR64 (Wulansari 2007).

19 Morfologi akar padi varietas IR64 dan Krowal setelah mendapatkan cekaman Al 60 ppm menyebabkan akar seminal menjadi lebih pendek jika dibandingkan dengan kontrol setelah 6 jam perlakuan cekaman ( Nurlaela 2008). Mekanisme dan Kriteria Tanaman Toleran Aluminium Tanaman memiliki mekanisme untuk dapat bertahan pada lingkungan tercekam Al. Kochian (1995) menyatakan bahwa ada dua mekanisme toleransi tanaman terhadap cekaman Al yaitu mekanisme eksternal dimana mekanisme toleransi yang dibangun oleh tanaman dengan cara mencegah Al untuk tidak masuk ke dalam sistem simplas. Bentuknya dapat berupa immobilisasi Al pada dinding sel, permeabilitas selektif dari membran plasma, barier ph dari rhizosfer, eksudasi ligan pengkelat Al, atau efluks Alfosfat. Kemudian dapat melalui mekanisme internal yang terjadi dalam bentuk kelatisasi Al oleh asam organik, protein atau ligand organik lainnya dalam sitoplasma, kompartementasi Al dalam vakuola, induksi sintesis protein pengikat Al, pengembangan enzim resisten, sintesis protein pengkelat Al yang spesifik pada membran plasma yang akan menurunkan serapan Al ataupun peningkatan pengeluaran Al. Beberapa asam organik yang terdapat di dalam sel tumbuhan seperti asam malat, asam sitrat, asam oksaloasetat, asam fulfat, asam humat dan fenolat, mempunyai kemampuan untuk mengkelat Al dan mereduksi atau menetralkan pengaruh racun dari Al pada tingkat seluler. Pengkelatan Al dapat terjadi melalui pelepasan asam-asam organik tersebut melalui akar sedangkan proses detoksifikasi terjadi di dalam saluran simplas (Pellet et al. 1995). Ma et al. (2002) melaporkan bahwa cekaman Al juga menginduksi sekresi asam sitrat pada tanaman padi. Respon peningkatan sekresi asam sitrat mengalami peningkatan baik pada varietas yang sensitif maupun toleran cekaman Al sehingga sekresi asam sitrat tidak membedakan secara nyata antara varietas yang sensitif dan toleran cekaman Al. Pada tanaman lain seperti pada buncis yang toleran Al, asam sitrat yang disekresikan dapat mengkelat dan mendetosifikasi Al dalam apoplasma (Miyasaka et al. 1991). Tanaman padi diduga memiliki mekanisme toleransi melalui mekanisme eksternal dengan mengekskresikan asam organik. Irfan (2008) dalam penelitiannya menyebutkan bahwa perlakuan Al memberikan respon yang berbeda antara IR64

20 (varietas peka) dan Hawarabunar (varietas toleran). Hasil penelitian ini menunjukan bahwa varietas Hawarabunar yang toleran terhadap Al, mensekresikan asam malat lebih tinggi dibandingkan dengan varietas IR64. Wulansari (2007) menyebutkan bahwa tanaman toleran akan mensintesis MDA (malondyaldehyde) sebagai produk odsidasi lipid pada saat tercekam oleh Al. Pada tanah asam tanaman peka dan toleran Al akan menunjukan perbedaan dalam merespon keberadaan Al. Umumnya tanaman peka akan mengakumulasi Al pada akar lebih cepat dibandingkan dengan tanaman toleran (Rincon & Gonzales 1992). Selain itu tanaman peka Al menyerap Al lebih banyak dibandingkan tanaman yang toleran Al (Delhaize & Ryan 1993). Tanaman toleran Al merupakan tanaman yang pertumbuhan dan perkembangannya sedikit dipengaruhi oleh adanya Al. Sedangkan tanaman peka Al, sangat terhambat pertumbuhannya dengan adanya Al. Matsunaga et al. (1998) mengelompokan tanaman toleran dan peka Al menjadi 3 kelompok berdasarkan kriteria akumulasi Al yaitu pengeklusi Al, pengakumulasi Al pada akar dan pengakumulasi Al Tanaman toleran mampu menurunkan keracunan H + sehingga dapat meningkatkan aktivitas akar dalam penyerapan N, P, dan K (Osaki et al. 1997). Tanaman pengakumulasi Al mampu memacu akumulasi unsur-unsur lain seperti P, S, dan Si dalam daun (Matsunaga et al. 1998). Fenomena tersebut menunjukkan bahwa tanaman yang toleran Al memiliki efisiensi dalam penyerapan unsur hara dalam kondisi cekaman Al. Genetika dari Sifat Toleransi Aluminium Menurut Nasution dan Suhartini (1992) padi gogo memiliki keragaman genetik yang besar untuk sifat toleran terhadap cekaman Al. Padi yang berasal dari daerah masam dan berumur panjang lebih toleran terhadap cekaman Al. Keragaman genetik dapat membantu untuk menyeleksi tanaman sesuai dengan sifat yang diinginkan. Tanpa keragaman genetik seleksi yang dilakukan tidak akan efektif. Toleransi tanaman terhadap cekaman Al dikontrol baik oleh gen tunggal maupun sejumlah gen. Pada tanaman gandum (Triticum aestivum L) atau rye (Secale cereale L), sifat toleran Al ditentukan oleh satu atau beberapa gen. Sebaliknya, pada tanaman padi resistensi cekaman Al dikontrol oleh beberapa gen (Wu et al ;

21 Nguyen et al. 2001). Tanaman rye lebih toleran terhadap cekaman Al dibandingkan gandum. Walaupun demikian tanaman gandum merupakan jenis tanaman pertanian yang diteliti secara komprehensif untuk mengetahui mekanisme toleransi tanaman terhadap Al baik secara morfologi, fisiologi sampai molekuler. Mekanisme toleran cekaman Al bervariasi antar jenis tanaman. Keanekaragaman gen toleran tanaman terhadap Al telah dilaporkan pada beberapa spesies tanaman pertanian terutama tanaman serealia dari famili Triticeae (Vitorello et al. 2005). Toleransi Al pada tanaman rye (Secale cereale L) dikendalikan oleh gen tunggal Alt3 yang terletak pada kromosom 4RL. Gen Alt3, AltBH pada gandum dan Alp pada barley, yang semuanya mengendalikan toleransi cekaman Al terpaut dengan penanda molekuler BCD1230 (Miftahudin et al. 2002). Berdasarkan hubungan homeologous diantara anggota Triticeae, Miftahudin et al. (2002) menduga bahwa gen-gen toleran cekaman Al tersebut kemungkinan memiliki fungsi yang sama dalam mengendalikan sifat toleransi cekaman Al. Sifat toleran Al pada padi dikendalikan oleh banyak gen (Cutrim et al. 1981). Wu et al (1997) melaporkan bahwa toleransi padi terhadap keracunan Al lebih banyak dipengaruhi oleh gen-gen yang bersifat aditif. Seleksi sifat yang dikontribusikan oleh gen-gen aditif ini lebih sulit dilakukan, karena kontribusi masing-masing gen hanya memberikan sumbangan sebagian saja pada karakter yang diamati. Gen-gen toleran Al pada padi tidak mengumpul di satu kromosom tetapi terdapat pada lebih dari satu kromosom. Sehingga pemulia tanaman dapat merakit tanaman toleran Al yang mengandung banyak gen (Nguyen et al. 2001). Menurut Nguyen et al. (2002) QTL (Quantitative Trait Loci) untuk panjang akar ketika tercekam Al terdapat pada kromosom 1,6,7 dan 9. QTL pada kromosom 3 memiliki efek yang paling besar dengan gen utama toleran Al (Nguyen et al. 2003). Menurut Prasetiyono et al. (2003) dalam analisis marka tunggalnya mendapatkan 2 marka mikrosatelit pada kromosom (RM248 dan RM445) yang diduga terpaut dengan sifat toleran terhadap cekaman Al dari genetik persilangan padi Dupa dan ITA131. Sedangkan hasil analisis marka interval belum ditemukan marka-marka yang menggambarkan adanya posisi QTL. Adanya variasi genetik sifat toleran Al pada padi (Oryza sativa L) yang telah dilaporkan oleh (Khawatida et al. 1996; Jagau 2000), tetapi belum ditemukan gen yang

22 berhasil diisolasi dan diklon baik tanaman padi maupun serealia lain dalam rangka mencari galur-galur yang toleran terhadap cekaman Al. Ukuran kromosom padi yang kecil yaitu 430 juta nukleotida (Shen et al. 2004), maka padi dapat dijadikan harapan untuk diisolasi dan diklon gen-gen toleran terhadap cekaman Al. Gen-gen toleran Al tersebut dapat ditentukan melalui pendekatan (a) identifikasi lokus toleran Al seperti pemetaan molekuler; (b) isolasi dan karakterisasi gen-gen yang diinduksi selama cekaman Al; (c) produksi dan evaluasi tanaman mutan; dan (d) memanfaatkan tanaman transgenik dalam studi toleran Al (Samac & Tesfaye 2003) Simple Sequence Repeats Marka Simple Sequence Repeats (SSR) merupakan marka yang berasal dari sekuen DNA yang bermotif pendek dan berulang secara tandem dengan 2 sampai 5 unit nukleotida yang tersebar dan meliputi seluruh genom, terutama pada organisme eukariotik (Azrai 2005). Adanya bentuk sekuen DNA sederhana yang berulang-ulang menjadikan marka SSR sering disebut short tandem repeat (STRs), simple sequence length polymorphisms (SSLPs) atau mikrosatelit yang sekarang menjadi salah satu marka paling banyak digunakan dalam pemetaan genetik, analisis keragaman genetik dan studi evolusi (Temnykh et al. 2000). Kelebihan-kelebihan marka SSR dibandingkan dengan marka molekuler lain menurut Powell et al. (1996) antara lain : (1) marka terdistribusi secara melimpah dan merata dalam genom dengan variabilitas yang sangat tinggi (banyak alel dalam lokus), bersifat kodominan dan menempati lokasi tertentu pada genom. (2) merupakan alat uji yang memiliki reproduksibilitas dan ketepatan yang sangat tinggi. (3) merupakan alat bantu yang akurat untuk membedakan genotipe, evaluasi kemurnian benih, pemetaan, dan seleksi genotip untuk karakter yang diinginkan. (4) dapat digunakan untuk studi genetik populasi dan analisis diversitas genetik Marka SSR sangat bermanfaat sebagai marka genetik karena dapat mendeteksi keragaman alel pada level yang tinggi, mudah dan ekonomis dalam pengaplikasiannya

23 dengan menggunakan proses PCR (Prasetiyono et al. 2003). Penggunaan marka DNA sebagai alat bantu seleksi (Marker Assisted Selection/MAS) lebih menguntungkan dibandingkan dengan seleksi secara fenotipik (Azrai 2005). Marka ini banyak digunakan untuk karakterisasi dan pemetaan genetik tanaman seperti padi, anggur, kedelei, jewawut, gandum dan tomat (Gupta et al ; Powell et al. 1996).

24 METODOLOGI Waktu dan Tempat Penelitian dilakukan di Laboratorium Fisiologi dan Biologi Molekuler, Departemen Biologi FMIPA-IPB Rumah Kaca Cikabayan IPB, Darmaga-Bogor dan Laboratorium Biologi Molekuler BB-Biogen. Penelitian dilaksanakan pada bulan Mei 2007 sampai November Bahan Tanaman Bahan tanaman adalah 2 varietas tanaman padi IR64 (peka aluminium), Hawarabunar (toleran aluminium) serta generasi F1 dan F2 hasil persilangan dari IR64 dan Hawarabunar. Deskripsi kedua varietas tersebut seperti pada Lampiran 1 dan Lampiran 2 Alir Penelitian Penelitian ini melibatkan percobaan kultur hara dan percobaan pot untuk mendapatkan data fisiologi, agronomi dan molekuler. Alir penelitian disajikan pada Gambar 1. Kecambah Padi Kultur Hara Data Fisiologi Penanaman Tetua, F1, F2 di Tanah Asam Data Agronomi Analisis Segregasi Isolasi DNA Uji kualitas dan kuantitas DNA Analisis Keterpautan PCR Elektroforesis Data Molekuler Analisis Marka Molekuler Gambar 1 Bagan alir pelaksanaan penelitian.

25 Metode Penelitian 1. Cekaman Al and Pengukuran Pertambahan Panjang Akar Benih padi tetua, F1 (persilangan IR64 dangan Hawarabunar) dan F2 direndam dalam larutan kloroks (Byclean) 0,5% selama 15 menit. Setelah dicuci dengan air destilata, biji direndam selama 24 jam dalam air destilata pada suhu ruang dan keadaan gelap. Selanjutnya benih dikecambahkan pada kertas merang lembab selama 3 hari pada suhu ruang. Setelah berkecambah (panjang mm), benih tetua, F1 dan F2 ditanam pada tabung falcon 15 mm kemudian diapungkan di atas media kultur hara minimum dengan ph 4,0 (Miftahudin et al. 2002) (Lampiran 3) selama 24 jam dan dilanjutkan selama 72 jam dalam media mengandung 15 ppm Al. Larutan hara diberi aerasi dan ph larutan dipertahankan setiap hari dengan penambahan 1 N HCl. Perlakuan cekaman Al dilakukan di ruang kultur (growth chamber) dengan suhu 25 o C dan pencahayaan 300 PPFD (photo proton fluk density) selama 12 jam setiap hari. Pertambahan panjang akar (PPA) utama diukur pada tiap kecambah sebagai selisih panjang akar sebelum dan setelah mendapat cekaman 15 ppm Al selama 72 jam. 2. Analisis Karakter Agronomi Kecambah dari penanaman di kultur hara selanjutnya ditanam secara gogo di tanah Podsolik Merah Kuning Jasinga yang mengandung Aldd 2.77 cmol (+)/kg atau ppm dengan ph 4.8 ( Lampiran 4). Pengamatan dilakukan terhadap tinggi tanaman, jumlah butir bernas per malai, jumlah butir hampa per malai dan bobot 1000 butir pertanaman. Tinggi tanaman (cm) diukur dari pangkal rumpun sampai ujung daun tertinggi ditangkup ke atas dan dilakukan setelah tanaman berumur 2.5 bulan (50% tanaman berbunga), sedangkan jumlah butir bernas per malai, jumlah butir hampa per malai dan bobot 1000 butir diamati setelah panen. 3. Analisis Marka Molekuler 3.1 Isolasi DNA DNA diisolasi dari daun muda tanaman padi tetua, F1 dan F2 yang berumur 4 minggu. Isolasi DNA dilakukan menurut metode Saghai-Maroof et al. (1984). Seberat 1.5 g 2 g daun digerus dengan mortar sampai halus dengan ditambahkan nitrogen cair dan dimasukkan dalam tabung sentrifugasi 15 ml dan ditambahkan 9 ml CTAB (dh 2 0,

26 1M Tris HCl, 5M NaCl, 0.5 ETDA ph 8.0, 14M BME, CTAB). Larutan dibolak balik dan dimasukkan dalam waterbath pada suhu 65 o C, inkubasi selama menit pada suhu tersebut (setiap 10 menit tabung dibolak-balik secara perlahan). Larutan didinginkan selama 4-5 menit pada suhu ruang, ditambahkan 4.5 ml kloroform isoamil Alkohol (CIAA) dengan perbandingan 24:1 (v/v), tabung dibolak-balik secara perlahan selama 10 menit dan disentrifugasi selama 30 menit pada kecepatan 4000 rpm. Fase atas diambil dan dimasukkan ketabung sentrifugasi baru 15 ml. Mengulangi dengan ditambahkan kloroform isoamil alkohol (CIAA) sebanyak 4.5 ml, tabung dibolak-balik secara perlahan selama 10 menit. Larutan kemudian disentrifugasi selama 30 menit pada kecepatan 4000 rpm. Fase atas diambil dan dimasukkan ke tabung sentrifugasi baru 15 ml. Larutan ditambahkan 6 ml isopropanol dingin dan dibolak-balik secara perlahan selama 10 menit. Benang-benang DNA diambil dengan glass hook steril dan dikeringkan di suhu ruang selama 45 menit. Dimasukkan ke dalam tabung efendorf 2 ml yang sudah berisi 1 ml TE (Tris HCl 1M ph 8.0, ETDA 0.5 M ph 8.0, aquades) dan dibiarkan selama 5 menit kemudian digoyang perlahan hingga DNA lepas dari glass hook. Ditambahkan 50 µl RNAse dari 10 mg/ml dan didiamkan selama semalam (over nigth). Tabung dibolak-balik hingga DNA larut (untuk DNA yang belum larut diinkubasi kembali sampai DNA larut semua). Kemudian ditambahkan 1 ml fenol, dibolak-balik secara perlahan selama 10 menit, kemudian disentrifugasi dengan rpm selama 15 menit. Setelah selesai sentrifugasi, fase cair diambil dan dimasukkan ke dalam tabung efendorf baru dan ditambahkan kloroform isoamil alkohol (CIAA) 1 ml dan disentrifugasi lagi pada kecepatan rpm selama 15 menit. Fase cair diambil dengan pipet dan dimasukkan dalam tabung efendorf 2 ml baru, ditambahkan 40 µl NaCl 5 M dan 2 ml EtOH absolut dingin dan dibolak-balik perlahan hingga terlihat benang-benang DNA. Benang-benang DNA diambil dengan glass hook steril dan dimasukkan ke dalam tabung yang berisi 1 ml WASH 1 dan dibiarkan selama 20 menit agar DNA bersih. Setelah itu glass hook yang terdapat DNA dipindahkan ke dalam tabung efendorf yang ditambahkan 1 ml WASH 2 selama 1 menit dan kemudian dimasukkan ke dalam tabung efendorf 1.5 ml yang berisi 300 µl TE dan digoyanggoyang hingga DNA lepas dari glass hook dan disimpan semalam pada suhu kamar. Hasilnya disimpan pada suhu 4 o C.

27 3.2 Kuantifikasi DNA Analisis ini bertujuan untuk mengetahui kuantitas DNA. Prosesnya dapat dilakukan dengan mengencerkan suspensi DNA hasil isolasi dengan mengambil 5 µl dalam 745 µl TE. Pencampuran dapat dilakukan di tabung ependorf. Memasukkan campuran ke dalam cuvet dan membaca absorbansinya dengan spektrofotometer pada panjang gelombang 260 nm. PenyanggaTE (Tris HCl 1M ph 8, EDTA 0.5 M ph 8, Aquades) digunakan sebagai blanko. Konsentrasi DNA dihitung dengan rumus : (OD260 x 50 x Faktor pengenceran) / Kualitas DNA Kualitas DNA dilakukan dengan elektroforesis DNA pada gel agarose 0.8%. Analisis ini dilakukan dengan mengambil 1-2 µl DNA (konsentrasi 50 ng/ µl dan mencampur dengan larutan pewarna (Bromofenol blue 2.5%, sukrosa 40%). Menyertakan pula secara terpisah DNA penanda kuantitas (biasanya DNA lamda utuh dengan konsentrasi 10 ng/µl). Banyaknya DNA penanda sangat tergantung dari perkiraan DNA yang akan dianalisis. Melakukan elektroforesis sampai larutan pewarna menjauhi sumur. Elektroforesis dilakukan sekitar 30 menit, voltase 65 volt dengan buffer TBE (1xTBE, Tris Base, Boric acid, 0.5 M ETDA) kemudian melihat gel di atas UV. Proses ini diakhiri dengan pengambilan gambar pita-pita DNA dengan GelDOC. Kemurnian DNA diukur berdasarkan nilai absorbansi 260 nm terhadap absorbansi 280 nm dengan rumus OD260/OD280. Jika rasio terletak antara 1.8 sampai dengan 2.0 maka DNA tersebut relatif murni dan terbebas dari kontaminan protein. 3.4 PCR (Polymerase Chain Reaction) DNA tetua, F1 dan F2 diamplifikasi pada mesin PCR. Reaksi PCR dilakukan dengan ESCO Switf Maxy Thermal Cycle (USA). Primer yang digunakan dari marka molekuler simple sequence repeats (SSR) sebanyak 21 pasang primer (Lampiran 4 dan 5). Komponen dari reaksi PCR yang digunakan seperti tercantum pada Tabel 1. Tabel 1 Komponen PCR yang digunakan untuk amplifikasi DNA dengan primer SSR. Komponen PCR Konsentrasi Stok Volume (µl) Konsentrasi Akhir 10xbuffer (+Mg) 10X 1 µl 1x

28 dntp 2mM 2 mm 0.5 µl 0.1 mm Taq Polymerase 5U/µl 0.1 µl 0.5 U Aquabidest 5.4 µl DNA 50 ng/µl 2 µl 50 ng/µl Primer F 10 µm 0.5 µl 0.2 µm Primer R 10 µm 0.5 µl 0.2 µm Total Reaksi 10 µl Kondisi PCR: 94 o C, 5 menit (pradenaturasi); 94 o C, 45 detik (denaturasi); 55 o C, 45 detik (penempelan primer); 72 o C, 1.5 menit (pemanjangan primer ) sebanyak 35 siklus, 72 o C 10 menit (pasca PCR) dan Inkubasi 4 o C 59 menit. Produk amplifikasi dipisahkan dengan elektroforesis pada 3% superfine resolution agarose (SFR) menggunakan bufer TBE 1X, Voltage 85 selama 2.5 sampai 3 jam. Visualisasi pita DNA dilakukan dengan merendam gel pada larutan etidium bromida (0.5 ug/ml) dan diamati di atas UV transiluminator dan direkam/foto dengan GelDOC 3.5 Analisis Data Untuk keperluan analisis data molekuler, pola pita DNA pada tetua, F1 dan F2 diskor dengan ketentuan sebagai berikut: 1 = pola pita sama posisinya dengan posisi pita dari tetua atau grup toleran (homozigot) 2 = pola pita sama posisinya dengan posisi pita dari tetua atau grup sensitife (homozigot) 3 = pola pita memiliki pita dari kedua tetua (heterozigot) Selanjutnya dilakukan analisis segregasi terhadap data fisiologi, tinggi tanaman, jumlah butir bernas, jumlah butir hampa dan bobot 1000 butir, dan pola pita SSR menggunakan uji Khi-Kuadrat pada α = Analisis keterpautan antara marka molekuler dan karakater toleransi Al didasarkan pada analisis marka tunggal dengan menggunakan software QTL Cartographer versi 2.0 ( Wang et al. 2003).

29 HASIL DAN PEMBAHASAN Respon Tanaman Padi terhadap Cekaman Al Respon tanaman padi terhadap cekaman Al dapat dilihat melalui pertumbuhan akar. Percobaan menggunakan kecambah padi peka (IR64) dan toleran Al (Hawarabunar) berumur 2 minggu yang ditumbuhkan pada media kultur hara yang mengandung 15 ppm Al menunjukkan respon pertambahan panjang akar yang berbeda (Tabel 2). Padi var. Hawarabunar mengalami pertambahan panjang akar rata-rata sebesar 24 mm (46.99%), sedangkan IR64. hanya mengalami pertambahan panjang akar rata-rata sebesar 13.3 mm (29.13%). Pada kondisi cekaman Al. akar padi Hawarabunar mampu untuk tumbuh lebih cepat dan lebih panjang dibanding akar IR64. Seperti diketahui Hawarabunar adalah padi toleran Al sedangkan IR64 adalah padi peka Al (Jagau 2000). Samuel et al. (1997) menyatakan bahwa kriteria suatu tanaman toleran terhadap cekaman Al adalah akar mampu untuk tumbuh terus dengan ujung akar yang tidak mengalami kerusakan. Tabel 2 Respon Pertambahan Panjang Akar dari padi varietas IR64 dan Hawarabunar terhadap cekaman 15 ppm Al selama 72 jam. IR64 (mm) Hawarabunar (mm) Karakter % % Fisiologi Sebelum Setelah Selisih selisih Sebelum Setelah Cekaman Cekaman Cekaman Cekaman Selisih selisih Pertambahan Panjang Akar Dari pengamatan kisaran nilai pertambahan panjang akar padi varietas IR64 dan Hawarabunar pada populasi F2 diperoleh nilai 22 mm sebagai pembatas antara padi peka dan toleran Al. Jika nilai PPA dibawah 22 mm tanaman digolongkan dalam kelompok tanaman peka Al, sedangkan jika nilai PPA sama atau diatas 22 mm tanaman digolongkan dalam kelompok tanaman toleran Al. Hasil uji t-student (Lampiran 6) selisih PPA dua populasi IR64 dan Hawarabunar di tanah asam dan kontrolnya menunjukan perbedaan nyata pada α =5%. Berdasarkan hal tersebut maka karakter pertambahan panjang akar padi selama mendapat cekaman Al dapat digunakan sebagai parameter sifat toleransi Al. Pertambahan panjang akar IR64 yang jauh berbeda dibanding Hawarabunar disebabkan karena perbedaan sifat dari kedua varietas dalam merespon cekaman Al.

30 Hambatan ini disebabkan karena adanya akumulasi Al pada daerah perakaran. sehingga menyebabkan rusaknya sel tudung akar. Permukaan akar yang rusak biasanya berwarna kecoklatan dan mudah patah (Marschner 1995). Pada inti sel tudung akar Al akan mempengaruhi DNA dan akibatnya pembelahan sel terhambat (Matsumoto 1991). Untuk mengetahui respon tanaman padi terhadap cekaman Al pada tanah asam. maka padi IR64 dan Hawarabunar ditanam secara gogo pada tanah asam (Lampiran 7) Podsolik Merah Kuning Jasinga dengan ph 4.8 dan Aldd sebesar 2.77 cmol(+)/kg atau ppm (Lampiran 8) Tinggi tanaman. jumlah butir hampa per malai. jumlah butir bernas per malai. dan bobot 1000 butir diamati sebagai karakter fisiologi dan agonomi. Hasil percobaan menunjukkan bahwa secara umum kedua varietas mengalami penurunan pertumbuhan dan komponen produksi kecuali jumlah butir hampa yang mengalami peningkatan (Tabel 3). Tabel 3 Rata-rata nilai Pertumbuhan dan Komponen Produksi Padi varietas IR64 dan Hawarabunar pada Tanah Asam. Karakter Agonomi IR64 Hawarabunar kontrol asam t-hit P. val kontrol asam t-hit P. val Tinggi Tanaman Jumlah Butir Hampa per malai Jumlah Butir Bernas per malai Bobot 1000 butir Hasil pengamatan terhadap tanaman padi pada tanah asam (Tabel 3) diperoleh rata-rata tinggi tanaman pada tetua IR64 dan Hawarabunar berturut-turut adalah cm dan cm. Jika dibandingkan dengan kontrol secara berturut-turut tinggi tanaman kedua tetua adalah cm dan cm. Berdasarkan hasil uji t-student (α=5%) (Lampiran 9) pada (Tabel 3) perlakuan tanah asam tidak menyebabkan penurunan yang nyata dari tinggi tanaman pada kedua varietas. Hal ini mengindikasikan bahwa tinggi tanaman tidak dipengaruhi oleh perlakuan tanah asam (Cekaman Al). Sehingga peubah tinggi tanaman tidak dapat dijadikan parameter toleransi terhadap cekaman Al (tanah asam) pada tanaman padi. Jumlah butir hampa per malai dari kedua varietas yang ditanam pada tanah asam (Tabel 3) diperoleh rata-rata sebesar butir dan 67.6 butir berturut-turut untuk IR64 dan Hawarabunar. Jika dibandingkan dengan kontrol secara berturut-turut jumlah butir

31 hampa per malai kedua tetua adalah 14.3 butir dan 75.2 butir. Dari uji t-student pada (α=5%) bahwa perlakuan tanah asam (Tabel 3) tidak menyebabkan penurunan atau peningkatan yang nyata dari jumlah butir hampa per malai pada kedua varieats. Hasil ini menunjukan bahwa perlakuan tanah asam (Cekaman Al) tidak mempengaruhi jumlah butir hampa per malai. Sehingga peubah ini tidak dapat dijadikan parameter toleransi terhadap cekaman Al pada tanaman padi. Rata-rata jumlah butir bernas permalai pada perlakuan tanah asam (Tabel 3) untuk tetua IR64 dan Hawarabunar masing-masing adalah 82.9 butir dan butir. Jika dibandingkan dengan kontrol secara berturut-turut jumlah butir bernas per malai kedua tetua adalah 89.8 butir dan butir. Hasil Uji t-student (Tabel 3) pada α=5% menunjukan perlakuan tanah asam tidak menyebabkan penurunan yang nyata dari jumlah butir bernas per malai pada kedua varietas. Berdasarkan hasil ini dapat disimpulkan bahwa jumlah butir bernas per malai tidak dipengaruhi oleh perlakuan cekaman Al (tanah asam). Kondisi ini menunjukan bahwa peubah jumlah butir bernas per malai tidak dapat dijadikan parameter toleransi terhadap tanah asam pada tanaman padi Perlakuan tanah asam (Tabel 3) diperoleh rata-rata bobot 1000 butir pada tetua IR64 dan Hawarabunar masing-masing adalah 17.4 g dan 24.6 g. Jika dibandingkan dengan kontrol secara berturut-turut bobot 1000 butir kedua tetua adalah 22.6 g dan 27.2 g. Hasil uji t-student (α=5%) pada (Tabel 3) menunjukan bahwa bobot 1000 butir pada IR64 dipengaruhi oleh kondisi tanah asam dan ini tidak berpengaruh pada bobot 1000 butir varietas Hawarabunar. Hal ini menunjukan bahwa peubah bobot 1000 butir dapat digunakan sebagai parameter toleransi Al pada padi. Jagau (2000) melaporkan bahwa beberapa padi gogo lokal seperti Gogol. Krowal dan Hawarabunar mempunyai kemampuan dapat tumbuh dan berproduksi dengan baik dalam kondisi tercekam Al pada tanah asam. Analisis Segregasi Karakter Fisiologi dan Agonomi Pertambahan Panjang Akar. Pola segregasi karakter pertambahan panjang akar ( PPA) pada populasi F2 menunjukkan bahwa sebanyak 128 tanaman memiliki nilai PPA mengikuti nilai PPA tetua 1 (IR64), sedangkan 238 tanaman mengikuti nilai PPA tetua 2 (Hawarabunar) (Tabel 4). Untuk mengetahui apakah rasio fenotipe mengikuti pola pewarisan gen tunggal (3:1) maka dilakukan Uji Ki-Kuadrat. Berdasarkan uji

32 tersebut didapatkan bahwa nilai χ 2 3:1 hitung (19.41) lebih besar dari χ 2 3:1 Tabel (3.811) pada db=1 dan α=5%. Dari analisis 2 gen (dihibrid) nilai Khi-Kuadrat untuk rasio 15:1 dan 9:7 diperoleh χ 2 hitung lebih besar dibanding dengan χ 2 Tabel (Tabel 4). Dari pengujian tersebut dapat disimpulkan bahwa segregasi PPA pada populasi F 2 tidak mengikuti pewarisan gen tunggal maupun 2 gen. Analisis sebaran karakter PPA pada populasi F2 menunjukan sebaran normal dengan nilai tengah sebesar 20 mm (Gambar 2). Hal ini membuktikan bahwa karakter PPA bersifat poligenik. Tabel 4 Uji Ki-Kuadrat dari pola segregasi parameter fisiologi dan agonomi populasi F2 1 gen dan 2 gen. Parameter fisiologi dan agonomi Pertambahan Panjang Akar Jumlah tanaman dengan fenotipe Jumlah total IR64 HB tanaman χ 2 3:1 hitung χ 2 15 :1 hitung χ 2 9:7 hitung χ 2 2 kelas fenotif Tabel Tinggi Tanaman Jumlah Butir Hampa per malai Jumlah Butir Bernas per malai Bobot 1000 Butir Tinggi Tanaman. Populasi F2 menunjukkan bahwa sebanyak 9 tanaman memiliki nilai tinggi tanaman mengikuti nilai tinggi tanaman tetua 1 (IR64), sedangkan 370 tanaman mengikuti nilai tinggi tanaman tetua 2 (Hawarabunar) (Tabel 4). Berdasarkan uji Ki-Kuadrat didapatkan bahwa nilai χ 2 3:1 hitung (103.47) lebih besar dari χ 2 3:1 Tabel (3.811) pada db=1 dan α=5%. Dari analisis 2 gen (dihibrid) nilai Khi- Kuadrat untuk rasio 15:1 dan 9:7 diperoleh χ 2 hitung lebih besar dibanding dengan χ 2 Tabel (Tabel 4). Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa segregasi karakter tinggi tanaman pada populasi F 2 tidak mengikuti pewarisan gen tunggal maupun 2 gen. Analisis sebaran karakter tinggi tanaman pada populasi F2 menunjukan sebaran normal dengan nilai tengah sebesar cm (Gambar 3). Hal ini membuktikan bahwa karakter tinggi tanaman bersifat poligenik