Analisis Varians dan Heritabilitas Ketahanan Galur Jagung Rekombinan terhadap Penyakit Bulai. M. Azrai dan F. Kasim

Transkripsi

1 Analisis Varians dan Heritabilitas Ketahanan Galur Jagung Rekombinan terhadap Penyakit Bulai M. Azrai dan F. Kasim Balai Penelitian Tanaman Serealia, Maros ABSTRACT. The Analysis of the Variants and Heritability of the Resistance of the Recombinant Maize Varieties Toward the Downy Mildew Disease. The downy mildew in maize, caused by Peronosclerospora maydis, is the most destructive maize disease in Indonesia. This fungus has been reported to cause for an economic loss of 100% in the susceptible varieties. The success to release a new superior maize variety with a downy mildew resistance is definitely by a genetic and phenotypic variability, the variability which is estimated from the genotype test. The genotype materials used in the experiment were 134 recombinant inbred lines (RILs) CML 139 x Ki 3 progenies. The experiment were carried out to determine genetic and phenotypic variance, the genetic and environment interaction variance, and the heritability estimates. The semi artificial inoculation activities was conducted in Maros and Bogor from May to July 00. The entries were arranged in an alpha lattice design with two replications. The results of the data analysis showed that the genotype test population and its interaction genotype test and environment are significant. The genetic variance, phenotypic variance, and the genetic and environment interaction variance for downy mildew resistance were broad. The heritability estimates were considerate as moderate based on combined two locations (0% H 50%). Key words: Variants, heritability, downy mildew resistance, RIL s maize. ABSTRAK. Penyakit bulai pada jagung yang disebabkan oleh jamur jenis Peronosclerospora maydis berpotensi merusak pertanaman jagung di Indonesia. Penyakit ini dilaporkan dapat menyebabkan penurunan hasil hingga 100% pada varietas peka. Keberhasilan perakitan varietas unggul tahan bulai sangat ditentukan oleh variabilitas genetik dan fenotipik serta nilai duga heritabilitas dari genotipe uji. Genotipe yang digunakan dalam penelitian ini adalah 134 galur rekombinan jagung progeny CML 139 x Ki 3. Tujuan penelitian adalah untuk mengetahui nilai variabilitas genetik, variabilitas fenotipik, dan varians interaksi genetik dengan lingkungan, serta nilai heritabilitasnya. Penelitian dilaksanakan di Maros dan Bogor pada bulan Mei 00 sampai Juli 00 dengan menggunakan rancangan acak kelompok. Hasil analisis menunjukkan bahwa populasi genotipe uji dan interaksinya dengan lingkungan berbeda sangat nyata. Selain itu, varians genetik dan fenotipik serta varians interaksi genetik dengan lingkungan tergolong luas, sedangkan nilai duga heritabilitas genotip uji termasuk sedang (0% H 50%). Kata kunci: Varians, heritabilitas, ketahanan bulai, jagung RIL. Penyakit bulai yang disebabkan oleh jamur Peronosclerospora maydis dapat menghambat pertumbuhan dan bahkan menyebabkan kegagalan panen jagung, terutama pada varietas peka. Tanaman yang tertular bulai mengalami hambatan dalam fotosintesis sehingga pembentukan tepung sari dan tongkol juga terhambat dan bahkan tidak menghasilkan biji sama sekali (De-Leon 1984). Tingkat penularan patogen penyebab penyakit bulai pada tanaman cukup beragam, bergantung pada variabilitas genetik, variabilitas fenotipik, dan interaksi antara genetik dengan lingkungannya. Pengetahuan mengenai keragaman tersebut sangat penting, terutama dalam penerapan program seleksi yang akan digunakan untuk karakter yang diinginkan. Interaksi antara genetik dengan lingkungan untuk suatu karakter semakin besar apabila karakter tersebut dikendalikan secara poligenik yang dapat berupa gen-gen minor atau campuran gen-gen minor dan mayor (Prasanna 00). Penggunaan varietas tahan merupakan cara yang lebih aman dan efektif mengatasi penularan penyakit bulai dibandingkan dengan penggunaan fungisida berbahan aktif metalaksil. Residu fungisida ini dapat mencemari lingkungan dan harganya relatif mahal. Pemerintah telah menetapkan karakter ketahanan tanaman jagung terhadap penyakit bulai sebagai salah satu syarat pelepasan varietas unggul baru. Namun demikan, penelitian Wakman dan Kontong (000) di Sulawesi Selatan menunjukkan bahwa tingkat ketahanan beberapa varietas unggul jagung nasional terhadap penyakit bulai masih bervariasi dan masih banyak di antaranya yang terinfeksi atau peka penyakit bulai. Dengan adanya variabilitas genetik memungkinkan bagi perakitan varietas tahan bulai. Karakter ketahanan penyakit bulai yang terdapat pada suatu populasi tetua dapat diwariskan dan digabungkan dengan karakter lain pada keturunannya. Mudah tidaknya pewarisaan karakter dapat diketahui melalui perhitungan nilai duga heritabilitas. Penelitian bertujuan untuk mengetahui nilai variabilitas genetik, fenotipe, dan interaksi genetik dengan lingkungan, serta nilai heritabilitas berdasarkan screening di lapang. Informasi nilai variabilitas dan heritabilitas penting artinya dalam penerapan seleksi untuk merakit varietas jagung unggul baru yang berdaya hasil tinggi dan tahan bulai. BAHAN DAN METODE Penelitian dilaksanakan di dua lokasi, yaitu di Kebun Percobaan Balai Penelitian Tanaman Serealia, Maros (Sulawesi Selatan) dan di Kebun Percobaan 31

2 PENELITIAN PERTANIAN TANAMAN PANGAN VOL. NO Balai Penelitian Bioteknologi dan Sumber Daya Genetik Pertanian Bogor (Jawa Barat) pada bulan Mei 00 hingga Juli 00. Kedua lokasi penelitian memiliki agro- ekosistem yang berbeda dan merupakan daerah en- demik penyakit bulai. Lokasi penelitian di Maros terletak pada ketinggian 5 m dari atas permukaan laut, jenis tanah Entisol dengan tipe curah hujan A. Lokasi penelitian di Bogor terletak pada ketinggian 40 m dari atas permukaan laut, jenis tanah Inseptisol dengan tipe curah hujan D (Smith and Ferguson 1951). Sebelum pengujian, lahan di kedua lokasi ditanami jagung dan mengalami penularan penyakit bulai. Dalam percobaan ini digunakan benih jagung dari 134 genotipe populasi RIL s generasi S7 asal CIMMYT dan kedua tetuanya masing-masing empat genotipe populasi CML 139 dan tujuh genotipe populasi Ki 3. Varietas Antasena digunakan sebagai tanaman baris penyebar dan cek lokal. Sumber inokulum patogen bulai berasal dari tanaman jagung yang terinfeksi bulai di sekitar lokasi penelitian. Kedua tetua persilangan memiliki perbedaan latar belakang genetik yang kontras untuk karakter ketahanan terhadap patogen bulai. Ki3 merupakan galur yang dibentuk oleh CIMMYT-Asia di Thailand yang dikembangkan dari Suwan-1. Suwan-1 berasal dari Thai Composite #1 yang merupakan hasil rekombinasi dari 36 genotipe jagung dengan berbagai karakter, termasuk ketahanan terhadap penyakit bulai (Sriwatanapongse et al. 1993), sedangkan CML139 merupakan salah satu inbrida elit yang dimiliki oleh CIMMYT-Meksiko berdaya hasil tinggi dan tahan terhadap Diatraea spp, tetapi peka terhadap bulai (CIMMYT 1991). Penelitian diawali dengan penanaman tanaman baris penyebar inokulum (varietas Antasena) sebanyak tiga baris, yang dilakukan 3 minggu sebelum penanaman genotipe uji, jarak tanam 50 x 0 cm. Bersamaan dengan penanaman genotipe uji dilakukan pemupukan dasar dengan takaran 100 kg urea, 00 kg SP36, 100 kg KCl/ha atau 1,5 g urea, 3,0 g SP36, 1,5 g KCl/lubang. Kemudian dilakukan pemindahan tanaman terinfeksi ke beberapa titik di antara tanaman baris penyebar. Tanaman baris penyebar disemprot dengan larutan konidia bulai secara merata setelah berumur 10 hari setelah tanam (HST). Waktu inokulasi dilakukan sekitar pukul Inokulasi tanaman penyebar diulangi setelah berumur 0 hari dan inokulasi ketiga dilakukan bersamaan dengan inokulasi genotipe uji. Pada saat tanaman penyebar sudah terinfeksi berat dan merata oleh konidia bulai dengan tingkat penularan sekitar 75% (3 minggu setelah tanam), genotipe uji berupa populasi RILs dan kedua tetuanya ditanam dalam satu barisan sepanjang,5 m dengan jarak tanam 60 x 5 cm. Inokulasi genotipe populasi uji dilakukan saat tanaman berumur 7 HST atau tanaman telah muncul di permukaan tanah, dengan cara yang sama dengan inokulasi tanaman baris penyebar. Pengamatan dilakukan terhadap jumlah tanaman yang tumbuh dan terinfeksi konidia bulai, pada saat tanaman berumur 1, 1 dan 35 hari setelah kemunculan (saat kemunculan sekitar 5 HST). Data yang diperoleh dari pengamatan pertama, kedua, dan ketiga dikonversi ke dalam persentase penularan (PP) penyakit bulai dengan menggunakan rumus: ΣTs PP = x 100% ΣT dimana : PP = Persentase penularan patogen bulai/plot ΣTs = Jumlah tanaman tertular bulai/plot ΣT = Jumlah tanaman/plot Data persentase penularan dari tiap lokasi pengujian ditransformasi ke dalam bentuk arc.sin., kemudian dianalisis gabungan berdasarkan model persamaan linier rancangan acak kelompok menurut Villena (1990). Komponen varians dianalisis mengikuti pola yang dikemukakan oleh Singh dan Chaudary (1979). Luas atau sempitnya nilai variabilitas genetik suatu karakter ditentukan berdasarkan varians genetik ( g ) dan standar deviasi varians geneitk ( g) menurut Anderson dan Brancoff (195) dalam Wahdah (1996) sebagai berikut : g> g : variabilitas genetik luas g g : variabilitas genetik sempit gxl> gxl : variabilitas interaksi genetik x lingkungan gxl gxl luas : variabilitas interaksi genetik x lingkungan sempit f > f : variabilitas fenotipik luas f f : variabilitas fenotipik sempit. Nilai heritabilitas dalam arti luas (H) didefinisikan sebagai perbandingan antara varians genetik dan varians fenotipe yang diestimasi dengan menggunakan formula sebagai berikut (Liu 1998): g H = f HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil analisis varians menunjukkan bahwa tingkat ketahanan genotipe-genotipe yang diuji berbeda 3

3 sangat nyata, baik dalam lokasi maupun antarlokasi, serta terdapat interaksi antara ketahanan genotipe dengan lingkungan terhadap penyakit bulai (Tabel 1). Penelitian tentang varians interaksi genotipe jagung dan lingkungan terhadap penyakit bulai di beberapa lokasi di Indonesia telah dilakukan sejak 1974 sampai 1980 oleh Subandi et al. (198). Hasil penelitian ter- sebut menunjukkan bahwa enam set varietas jagung yang digunakan memperlihatkan reaksi yang sangat nyata. Interaksi antara varietas dan lingkungan mem- perlihatkan reaksi yang sangat nyata pada dua set dan satu set memperlihatkan reaksi nyata. Pengujian karakter ketahanan tanaman jagung terhadap penyakit bulai pada lokasi yang berbeda diperlukan guna mendapatkan dugaan yang sesuai tentang tingkat interaksi rata-rata untuk genotipe secara individu pada kondisi lingkungan endemik yang berbeda. Hal ini didasarkan pada hasil penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Hakim dan Dahlan (197), yang menyimpulkan bahwa karakter ketahanan genotipe jagung terhadap penyakit bulai di Jawa dikendalikan secara poligenik. Kendali gen secara poligenik sangat dipengaruhi oleh faktor lingkungan. Penggunaan varietas tahan secara meluas memungkinkan munculnya ras patogen baru atau penyakit yang telah berubah virulensinya karena perubahan interaksi genotipe dan lingkungan. Tingkat penularan patogen bulai terhadap genotipe populasi uji, tetua, dan varietas Antasena yang digunakan sebagai cek di kedua lokasi pertanaman disajikan pada Tabel. Kedua tetua yang diikutsertakan dalam pengujian ini memperlihatkan reaksi ketahanan yang sangat berbeda. Populasi Ki 3 tergolong cukup tahan, sementara tetua CML 139 sangat peka terhadap patogen P. maydis. Perbedaan karakter ketahanan yang ekstrim antara kedua tetua diperlukan untuk melihat sebaran karakter kuantitatif ketahanan genotipe terhadap patogen penyakit bulai yang tergambar pada progeninya (Hoisington and Coe 1990). Berdasarkan kriteria yang dikemukakan oleh Kent (1953) dalam Aday (1974), populasi Ki 3 di kedua lokasi pengujian tergolong tahan masing-masing dengan tingkat penularan 3,9% di Maros dan 16,14% di Bogor. Namun demikian, tingkat ketahanan tersebut tidak penuh. Populasi CML 139 memperlihatkan reaksi sangat peka dengan persentase penularan 100% di Bogor dan 83,7% di Maros. Estimasi nilai varians dan standar deviasi varians disajikan pada Tabel 3. Pendugaan nilai varians genetik dilakukan dengan asumsi bahwa populasi dalam keseimbangan linkage mengalami meosis normal dan karena bahan yang digunakan adalah inbrida rekombinan generasi S7 maka komponen varians genetik dominan dan epistasis dianggap sangat kecil. Dengan demikian, komponen varians yang diestimasi diasumsikan sebagai komponen varians genetik aditif. Nilai varians pada Tabel 3 menunjukkan bahwa variabilitas genetik, fenotipe, dan interaksi genetik dan lingkungan tergolong luas menurut kriteria Anderson dan Brancoff (195). Variabilitas genetik yang luas menunjukkan adanya pengaruh genetik yang dominan sehingga sangat menunjang seleksi terhadap karakter yang diinginkan dari genotipe yang diuji (Allard 1960). Variasi tingkat penularan bulai terhadap genotipe uji dalam lokasi menunjukkan tingkat ketahanan genetik dari tiap genotipe bervariasi. Perbedaan tingkat ketahanan di beberapa lokasi, baik pada tetua maupun progeninya, menunjukkan adanya gen ketahanan yang spesifik untuk masing-masing lingkungan, atau munculnya strain baru yang berbeda di masing-masing lokasi yang perlu diteliti dan dikaji lebih lanjut. Penelitian dan pengkajian menggunakan teknik molekuler diperlukan untuk membuktikan adanya perbedaan strain patogen di masing-masing lokasi. Keberhasilan mengidentifikasi patogen akan memudahkan aplikasi gen development dalam mengatasi masalah penyakit bulai di Indonesia. Nilai heritabilitas yang disajikan pada Tabel 3 adalah 0,45. Angka ini tergolong sedang (0% H 50%) Tabel 1. Analisis varians gabungan genotipe uji berdasarkan data pengujian di Maros dan Bogor. Sumber Derajat Jumlah Kuadrat F.Tabel keragaman bebas kuadrat tengah F. hitung Lokasi , ,09 358,07** 3,84 6,63 Replikasi/lokasi 5514, ,387 Genotipe , ,816 4,4** 1,00 1,00 Genotipe x lokasi , ,841 1,33** 1,00 1,00 Galat , ,936 Total ,795 CV 13,95% ** = Berbeda sangat nyata pada taraf uji α0,01 33

4 PENELITIAN PERTANIAN TANAMAN PANGAN VOL. NO Tabel. Rata-rata persentase penularan penyakit bulai terhadap tetua tahan (Ki 3), tetua peka (CML 139), dan varietas Antasena serta interval persentase penularan genotipe uji pada umur 35 hari setelah kemunculan. Lokasi Rata-rata tingkat penularan P. maydis (%) Ki 3 CML genotipe IS 134 genotipe Antasena populasi RIL pop RIL Maros 3,9 ± 1,67 93,93 ± 11,48 90,37 ± 1,06 1,97-100,00 99,83 Bogor 16,14 ± 7,54 100,00 ± 0,00 89,63 ± 9,61 14,70-100,00 97,9 Gabung 0,03 ± 8,4 85,59 ± 5,84 90 ± 7,71 18,35-100,00 98,88 IS = Interval penularan Tabel 3. Komponen varians, standar deviasi varians, dan nilai heritabilitas genotipe populasi RIL s terhadap persentase penularan P. maydis umur 35 hari setelah kemunculan berdasarkan analisis gabungan di Maros dan Bogor. Nilai estimasi Komponen varians varians x standar Kriteria deviasi varians Genotipik ( g) 17,99 83,76 luas Genotipik x lokasi ( gxl) 38,91 1,79 luas Fenotipik ( f) 85,84 81,53 luas Heritabilitas 0,45 menurut kriteria Stanfield (1983). Nilai heritabilitas tersebut merupakan nilai heritabilitas dalam arti luas dari hasil analisis gabungan di kedua lokasi pengujian. Nilai heritabilitas dalam arti luas sangat bermakna jika varians genotipik didominasi oleh varians aditif (Falconer and Mackay1996). Hal ini disebabkan karena hanya varians aditif yang diturunkan ke generasi lebih lanjut. Nilai heritabilitas memberikan gambaran besarnya konstribusi genetik terhadap suatu karakter yang ditunjukkan oleh ekspresi fenotipe di lapang. Besaran dari nilai heritabilitas dapat dijadikan ukuran mudahnya suatu karakter dapat diwariskan. Heritabilitas dengan nilai sedang tidak sesuai dengan yang umum terjadi pada karakter kuantitatif dengan nilai heritabilitas rendah. Hal ini dapat terjadi karena nilai heritabilitas bukan suatu konstanta, sehingga untuk karakter yang sama nilainya dapat berbeda. Karena itu, walaupun metode pendugaannya serupa, tetapi heritabilitas suatu karakter tidak selalu persis sama. Di pihak lain, walaupun metode pendugaan berbeda, mungkin saja diperoleh heritabilitas yang sama untuk karakter tertentu (Namkoong 1979). Nilai heritabilitas yang sedang untuk karakter ketahanan genotipe uji terhadap P. maydis juga disebabkan oleh variabilitas genetik dan fenotipik yang luas. Dengan menggunakan teknik pendugaan heritabilitas dalam arti luas melalui pendekatan sidik ragam, maka nilai duga heritabilitas yang diperoleh tidak mungkin rendah atau tinggi. Nilai duga heritablilitas tinggi dapat diperoleh jika pengaruh lingkungan kecil atau variabilitas genetik luas dan variabilitas fenotipik sempit. Sebaliknya, jika variabilitas genetik sempit dan variabilitas fenotipik luas, maka nilai duga heritabilitas yang diperoleh rendah. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa berdasarkan hasil analisis varians, maka karakter ketahanan penyakit bulai pada populasi genotipe uji bersifat kuantitatif. Variabilitas fenotipik dan genotipik yang luas sangat menguntungkan dalam program seleksi, terutama seleksi terhadap suatu karakter yang diinginkan, seperti halnya dengan ketahanan terhadap penyakit bulai. Oleh karena karakter ketahanan terhadap penyakit bulai bersifat poligenik, maka diperlukan metode dan strategi yang efisien dan efektif dalam seleksi, seperti screening di setiap generasi persilangan atau memanfaatkan markah sebagai alat bantu seleksi. Dengan demikian, varietas baru yang tahan bulai dan berdaya hasil tinggi dapat diperoleh dalam waktu yang tidak terlalu lama. KESIMPULAN Variabilitas genetik, fenotipe, dan interaksi antara genotipe dengan lingkungan karakter ketahanan genotipe uji terhadap P. maydis adalah luas. Nilai heritabilitas karakter ketahanan genotipe uji terhadap P. maydis berdasarkan hasil analisis gabungan tergolong sedang (0,45). Artinya pengaruh faktor lingkungan masih besar terhadap genotipe uji. Oleh karena genotipe yang digunakan merupakan galur rekombinan maka varians genotipe didominasi oleh varians aditif, sehingga penurunan varians karakter ketahanan terhadap P. maydis dapat dipindahkan pada populasi tanaman generasi berikutnya. Nilai keragaman genetik dan heritabilitas karakter ketahanan genotipe uji terhadap P. maydis dapat digunakan sebagai kriteria seleksi dan petunjuk untuk 34

5 menetapkan metode seleksi yang tepat dalam perakitan varietas unggul jagung tahan bulai. SARAN Untuk mendukung data yang mengindikasikan adanya perbedaan strain patogen penyebab penyakit bulai di Bogor dan Maros diperlukan penelitian lebih lanjut di tingkat molekuler yang dapat menelusuri strainstrain patogen penyebab penyakit bulai di Indonesia. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Daniel Jeffers, Ph.D., atas kesediaannya memberikan dan mengirimkan benih dari CIMMYT-Meksiko untuk penelitian ini. DAFTAR PUSTAKA Aday, B.A The Philippine in breeding for resistance to downy mildew of maize. Tropical Agriculture Research 8: Allard, R.W Principles of plant breeding. John Wiley and Sons. New York. CIMMYT Maize Program Announcement of CIMMYT inbred lines CML 1 to CML 139. CIMMYT, D.F., Mexico. De-Leon C.G Maize disease. A guide for field identification. Centro International de Mejoramiento de Maiz Y. Trigo. 3 rd edition. CIMMYT, Mexico. Falconer, D.S. and T.F.C. MacKay Introduction to quantitative genetics. 4 nd ed. Longman, London. Hakim, R. and M. Dahlan Segregating behavior of Sclerespora maydis ressistance on corn. Bogor. Contr. Cent. Res.Int. Agric. No. 9. 7p. Hoisington, D.A. and E.H. Coe Jr Mapping in maize using RFLPs. Gene manipulation in plant improvement II. J.P. Gustafson ( Ed). Plenum Press. New York. p: Liu, B.H Statistical genomics: Linkage mapping, and QTL analysis. CRC Press LLC. Boca Raton London, Newyork, and Washington D.C. Namkoong, G Introduction to quantitative genetics in forestry. Tech. Bull. No. 1588, Forest Service USDA. Prasanna, B.M. 00. QTL Mapping in crop plants: Principle and methodology. Part of Manual ICAR Short-Term Training Course: Molecular Marker Application in Plant Breeding, September 6- October 5, 00. Division of Genetics Indian Agricultural Research Institute, New Delhi. Singh, R.K. and B.D. Chaudhary Biometrical methods in quantitative genetic analysis. Kalyani Publisher New Delhi. Sriwatanaponge, S., S. Jinahyon, and S.K. Vasal Suawan-1, maize from Thailand to the world. CIMMYT, D.F. Mexico. Stanfield, W.D Theory and problems of genetic nd. Sachaum s. Outline Series. Mc.Graw Hill Book Co. Subandi, A. Sudjana, A. Rifin, and M.M. Dahlan Variety x environment interaction variances for downy mildew infection in corn. Penelitian Pertanian (1):7-30. Villena, W.D Analisis of data across environments and yield stability analysis. Maize Breeding at CIMMYT. 31p. Wahdah, R., A. Baihaki, R. Setiamihardja, dan G. Suryatmana Variabilitas dan heritabilitas laju akumulasi berat kering pada biji kedelai. Jurnal Pemuliaan Indonesia. Zuriat Vol. 7. No.. Wakman dan MS. Kontong Pengendalian penyakit bulai pada tanaman jagung dengan varietas tahan dan aplikasi fungisida metalaksil. Penelitian Pertanian Tanaman Pangan 19():