PENAPISAN GENOTIPE DAN ANALISIS GENETIK KETAHANAN PEPAYA TERHADAP PENYAKIT ANTRAKNOSA DI TAJUR DAN GUNUNG GEULIS BOGOR SITI HAFSAH

Transkripsi

1 PENAPISAN GENOTIPE DAN ANALISIS GENETIK KETAHANAN PEPAYA TERHADAP PENYAKIT ANTRAKNOSA DI TAJUR DAN GUNUNG GEULIS BOGOR SITI HAFSAH SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007

2 PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa Disertasi Penapisan Genotipe dan Analisis Genetik Ketahanan Pepaya terhadap Penyakit Antraknosa adalah karya saya sendiri dengan arahan Komisi Pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada Perguruan Tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini. Bogor, Agustus 2007 Siti Hafsah NRP A

3 ABSTRACT SITI HAFSAH. Screening of genotype and Genetic Analysis of Papaya to Anthracnose Disease Resistance on Tajur and Gunung Geulis Bogor. Supervised by SARSIDI SASTROSUMARJO, SRIANI SUJIPRIHATI, SOBIR and SRI HENDRASTUTI HIDAYAT. Anthracnose papaya disease caused by Colletotrichum gloeosporioides is known to be limiting factor of papaya production around the world, including Indonesia. Resistance varieties is considered as the best strategy to protect phytoplant from anthracnose disease epidemic. In order to develop resistance varieties genetic is required information such as identification the Colletotrichum species, Screening papaya genotype for resistance to papaya anthracnose disease, correlation coefficient among agronomic traits on antrachnose disease resistance and combining ability and heterosis effects. Identification the Colletotrichum species responsible for disease epidemic is essential for developing and implementing effective control methods and for breeding for resistance to specific species. In traditional methods, morphological character such as shape conidia, precence, absence and morphology of setae have been used to identify Colletotrichum spesies. To develop an effective resistance screening technique, experiments were conducted to understand the growth character, such as relationship beetwen temperature, infection potencial on different host, inoculation studies for the best method in identifying the resistant germplasm. Isolates from papaya produced mainly cylindrical conidia and colony colours ranging from pale salmon pink to dark grey. The optimum temperature for the development C. gloeosporioides papaya and peper isolate was o C and C. capsici peper isolate was 32 o C. All papaya isolate produced lesions on pepper. Papaya fruit were inoculated by three inoculation methods, spray, non-wounding and wounding inoculations produced no different respons. Screening papaya genotype for resistance to Papaya Anthracnose Disease (PAD) is importance for breeding resistance. To identify source of resistance of PAD, seven genotype of papaya (IPB1, IPB10, STR64, IPB5, IPB6, PB2001 and PB000174) were screened from field and five genotype of papaya (IPB1, IPB10, IPB5, STR64 and PB000174) were screened in laboratory. The result showed that there were no immune genotype. There was only moderately resistance genotype (PB000174) that screened from field and laboratory. The aims of this research were to estimate the correlation coefficient among agronomic traits on antrachnose disease resistance of papaya and evaluate the direct and indirect effects of those traits on antrachnose disease resistance of papaya. The result showed that fruit length, flesh thickness, percent symptom had positive correlations to severity disease and day of fruit ripe, percent TSS, flesh firmness had negative correlations to severity disease. Path analysis applied on agronomic and resistance character on anthracnose disease resistance indicated that anthracnose disease resistance was directly affected by percent symptom. The largest compound path coefficient of agronomic traits on anthracnose disease resistance that percent TSS and flesh thickness via percent symptom. Papaya anthracnose disease (PAD) caused by C. gloeosporioides has been recognized as one of major economic disease of papaya. Unfortunately there is no

4 available information about resistance of papaya to C. gloeosporioides. This study was conducted to determine the relative importance of general (GCA) and specific (SCA) combining ability and heterosis effects on resistance to C. gloeosporioides in selected papaya genotypes. A half diallel mating scheme of five genotypes of papaya were evaluated in the field. The combining ability analysis revealed that both the additive and nonadditive gene effects were present. Crosses between the resistance and susceptible genotypes showed intermediate disease reaction to PAD suggesting a polygenic resistance to the disease. Highly resistance heterosis of 51.51% at Tajur and 48.71% at Gunung Geulis were expressed in crosses between IPB5 x PB Keyword : Colletotrichum, screening, half diallel, heterosis, GCA, SCA

5 RINGKASAN SITI HAFSAH. Penapisan Genotipe dan Analisis Genetik Ketahanan Pepaya terhadap Penyakit Antraknosa di Tajur dan Gunung Geulis Bogor. Dibimbing oleh SARSIDI SASTROSUMARJO, SRIANI SUJIPRIHATI, SOBIR, dan SRI HENDRASTUTI HIDAYAT. Penyakit antraknosa pada buah pepaya merupakan salah satu faktor pembatas produksi pada pertanaman pepaya di dunia, termasuk di Indonesia. Pembentukan varietas yang tahan merupakan salah satu cara pengendalian yang tepat. Hal yang penting untuk menentukan strategi pemuliaan yang efektif adalah informasi tentang patogen penyebab antraknosa dan tetua donor serta kendali genetik penyakit antraknosa pada tanaman pepaya. Penelitian ini meliputi empat kegiatan yaitu (1) Studi patogen penyebab penyakit antraknosa, (2) Penapisan ketahanan plasma nutfah pepaya (Carica papaya L.), (3) Korelasi antar karakter terhadap karakter ketahanan, (4) Analisis silang diallel untuk karakter ketahanan pepaya terhadap antraknosa. Penelitian yang dilakukan bertujuan : mengidentifikasi patogen penyebab antraknosa dan mendapatkan metode skrining yang efisien untuk penentuan derajat ketahanan terhadap penyakit antraknosa pada pepaya, mengetahui adanya tanaman yang tahan dan rentan pada plasma nutfah yang ada yang akan digunakan sebagai tetua, mengevaluasi keragaan umum beberapa karakter kuantitatif pepaya yang mencerminkan tingkat ketahanan terhadap penyakit antraknosa, menduga besarnya daya gabung umum dan khusus dan heterosis dari hasil persilangan half diallel, diharapkan diperoleh keterangan tentang potensi hibrida. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penyebab antraknosa pada pepaya yang dikoleksi dari Tajur dan Gunung Geulis adalah C. gloeosporioides. Secara umum semua isolat Coletotrichum gloeosporioides mengalami pertumbuhan optimum pada suhu 28 o C. Hal tersebut sangat berbeda bila dibandingkan dengan C. capsici yang mencapai pertumbuhan optimum pada suhu 32 o C. Lebih lanjut diketahui bahwa isolat C. gloeosporioides asal pepaya mampu menginfeksi buah cabai, demikian pula sebaliknya isolat C. gloeosporioides dan C. capsici asal cabai mampu menginfeksi buah pepaya. Metode inokulasi yang dapat dianjurkan untuk kegiatan penapisan genotipe pepaya tahan antraknosa adalah metode inokulasi penempelan biakan dan pelukaan jaringan (TP) dan metode inokulasi penyemprotan konidia tanpa pelukaan jaringan (SL). Hasil penapisan genotipe pepaya, diperoleh dua genotipe agak tahan antraknosa yaitu PB dan IPB6, genotipe rentan antraknosa IPB 10, STR64, dan IPB5 Berdasarkan nilai korelasi, koefisien lintas dan heritabilitas maka karakter yang dapat digunakan untuk menseleksi ketahanan pepaya terhadap antraknosa adalah persen padatan total dan persentase gejala. Seleksi ketahanan terhadap antraknosa pada pepaya dapat dilakukan melalui karakter padatan total terlarut atau secara langsung pada peubah persentase gejala dan keparahan penyakit. Karakter ketahanan antraknosa pada pepaya, padatan total terlarut dan kekerasan buah dikendalikan oleh tiga kelompok gen. Pengendali ketahanan antraknosa pada pepaya adalah gen resesif, derajat dominansi dikategorikan sebagai resesif tak sempurna. Padatan total terlarut dan kekerasan buah dikendalikan oleh gen dominan

6 dengan derajat dominansi dikategorikan sebagai over dominan. Gen yang berperan dalam mengendalikan ketahanan terhadap antraknosa adalah gen aditif dan non aditif. Berdasarkan hasil uji ketahanan penyakit antraknosa pada pepaya diperoleh dua genotipe yang tahan yaitu IPB1 dan PB Tingginya nilai DGU dibandingkan DGK pada analisis dialel menunjukkan bahwa peran gen aditif lebih besar dibandingkan non aditif. Genotipe yang memiliki nilai DGU negatif yang menunjukkaan sifat ketahanan terhadap antraknosa adalah IPB 1 dan PB000174, keduanya memiliki potensi sebagai donor gen ketahanan terhadap antraknosa pada pembentukan hibrida. Hasil persilangan antara genotipe tahan dengan genotipe rentan menunjukkan bahwa ketahanan antraknosa pada pepaya diduga dikendalikan oleh tiga kelompok gen (poligenik). Persilangan antara genotipe IPB5 x PB menunjukkan nilai heterosis tertinggi diantara persilangan lainnya yaitu 51.51% di Tajur dan 48.71% di Gunung Geulis. Kata kunci: Colletotrichum, path analysis, half diallel, heterosis, DGU, DGK

7 Hak cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2007 Hak cipta dilindungi Undang-undang 1. Dilarang mengutip sebagian atau dan seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruhnya karya tulis ini dalam bentuk apapun tanpa izin IPB

8 PENAPISAN GENOTIPE DAN ANALISIS GENETIK KETAHANAN PEPAYA TERHADAP PENYAKIT ANTRAKNOSA DI TAJUR DAN GUNUNG GEULIS BOGOR SITI HAFSAH Disertasi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada Program Studi Agronomi SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007

9 Penguji Luar Komisi pada Ujian Tertutup: Dr.Ir. Yudiwanti W.E. KUSUMO, MS Penguji Luar Komisi pada Ujian Terbuka: 1. Dr.Ir. Mesakh Tombe, MS, APU 2. Dr.Ir. Trikoesoemaningtyas, M.Sc

10 Judul Disertasi Nama Mahasiswa NIM1 : Penapisan Genotipe dan Analisis Genetik Ketahanan Pepaya terhadap Penyakit Antraknosa di Tajur dan Gunung Geulis Bogor : Siti Hafsah : A Disetujui Komisi Pembimbing Prof. Dr. Ir. Sarsidi Sastrosumarjo, M. Sc. Dr. Ir. Sriani Sujiprihati, M. S. Ketua Anggota Dr. Ir. Sri Hendrastuti Hidayat, M. Sc. Dr. Ir. Sobir, M. S. Anggota Anggota Diketahui Ketua Program Studi Agronomi Dekan Sekolah Pascasarjana Dr. Ir. Satriyas Ilyas, M. S. Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M. S. Tanggal Lulus: 13 Agustus 2007 Tanggal Lulus:

11 PRAKATA Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan hidayahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan disertasi yang berjudul Penapisan Genotipe dan Analisis Genetik Ketahanan Pepaya terhadap Penyakit Antraknosa di Tajur dan Gunung Geulis. Ucapan terima kasih dan penghargaan penulis sampaikan kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Sarsidi Sastrosumarjo, M.Sc., Ibu Dr. Ir. Sriani Sujiprihati, M.S., Ibu Dr.Ir. Sri Hendrastuti Hidayat, M.Sc. dan Bapak Dr. Ir. Sobir, M.S., selaku pembimbing yang telah banyak memberi arahan dan saran yang memperkaya wawasan penulis dalam menyelesikan penulisan disertasi ini. Penelitian dan penyelesaian disertasi ini sebagian besar didanai oleh Rusnas Buah Pusat Kajian Buah Tropika (PKBT) IPB Bogor. Penghargaan dan rasa terima kasih yang tulus penulis sampaikan juga kepada Dirjen DIKTI, Gubernur Nanggroe Aceh Darussalam, Kepala Badan Rehabilitasi dan Rekonstruksi (BRR) Aceh, yang telah memberikan Beasiswa dan bantuan dana penelitian. Rektor, Dekan dan Ketua Jurusan Hama Penyakit Tumbuhan Fakultas Pertanian Universitas Syiah Kuala yang telah memberikan izin tugas belajar. Rektor Institut Pertanian Bogor serta Dekan dan Ketua Program Studi Agronomi Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor yang telah menerima penulis untuk melanjutkan studi di Institut Pertanian Bogor. Bapak Dr.Ir. Widodo M.Sc. selaku penguji luar komisi saat ujian prelim, Ibu Dr. Ir. Yudiwanti W.E. KUSUMO, MS, Bapak Dr.Ir. Mesakh Tombe, MS, APU dan Ibu Dr. Ir. Trikoesoemaningtyas, M.Sc yang telah memberikan saran-saran dan koreksi konstruktif guna penyempurnaan tulisan ini. Manager PT Agrorekatama yang telah memberikan lahan untuk pelaksanaan penelitian. Kepala dan Staf Pusat Kajian Buah Tropika (PKBT) yang telah memberikan dana serta lahan untuk pelaksaan penelitian.kepala Kebun Percobaan PKBT Tajur dan Laboratorium Cendawan Departemen Proteksi Tanaman IPB Bogor. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa hormat, terima kasih da penghargaa kepada Ayahanda Muhammad Noyan Lubis dan Ibunda Kamsah yang telah membesarkan, mendidik, serta selalu menyertai penulis hingga detik ini dengan kasih sayang dan do anya. Abang dan adik-adik sekeluarga: Ir. Kasmir Lubis, Rahmad Lubis,

12 Faridah Lubis, Muklis Lubis, S.Pd. dan Iqbal Hidayat Lubis, atas irigan do a dan motivasinya. Suami tercinta Firdaus, S.P., M.Si dan anak tersayang Muhammad Farhan atas do a, dorongan, pengertian dan pengorbanannya. Teman-teman di Laboratorium Cendawan; Yunik, Jecqlin, Ana, Nia, M. Syukur,Rahmi Yunianti dan Latifah. Rekanrekan Ikatan Mahasiswa Pasca Sarjana Aceh (IKAMAPA) dan Ikatan Keluarga Besar Unsyiah, serta semua pihak yang telah memberikan dukungan dan bantuan. Semoga karya ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu pegetahuan, khususnya di bidang pertanian Amin. Bogor, Agustus 2007 Siti Hafsah

13 RIWAYAT HIDUP Penulis lahir di Alur Gading (Aceh Timur) pada 12 Agustus 1970, merupakan putri kedua dari enam bersaudara dari Ayah Muhammad Noyan Lubis dan Ibu Kamsah. Penulis menikah dengan Firdaus dan dikaruniai satu orang putra Muhammad Farhan. Pada tahun 1989, diterima di Fakultas Pertanian Universitas Syiah Kuala Banda Aceh jurusan Hama dan Penyakit Tumbuhan dan selesai pada tahun Jenjang Strata dua (S-2) diikuti pada Program Pasca Sarjana Institut Pertanian Bogor Program Studi Agronomi sejak tahun 1997 dan selesai pada tahun Selanjutnya, sejak Agustus 2002 mengikuti pendidikan jenjang Strata tiga (S-3) di Program Studi Agronomi Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Sejak April 1996, penulis menjadi staf pengajar di Fakultas Pertanian Universitas Syiah Kuala Banda Aceh jurusan Hama dan Penyakit Tumbuhan. Sebagian dari Disertasi ini telah dipresentasikan dalam Seminar Nasional Perhimpunan Hortikultura Indonesia (PERHORTI) pada November 2006 di Pasar Minggu Jakarta dan dipublikasikan dalam Prosiding PERHORTI 2006, Buletin Agronomi Edisi Agustus 2007.

14 DAFTAR ISI Halaman PRAKATA... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR LAMPIRAN... PENDAHULUAN... Latar Belakang... Tujuan dan Manfaat Penelitian... Kerangka Pemikiran dan Pengajuan Hipotesis... Ruang Lingkup Penelitian... TINJAUAN PUSTAKA... STUDI PATOGEN ANTRAKNOSA PADA PEPAYA... Abstrak..... Abstract... Pendahuluan... Bahan dan Metode... Hasil dan Pembahasan Simpulan... Daftar Pustaka... x xiii xv xviii xix PENAPISAN KARAKTER KETAHANAN PEPAYA TERHADAP PENYAKIT ANTRAKNOSA Abstrak Abstract Pendahuluan Bahan dan Metode Hasil dan Pembahasan Simpulan Daftar Pustaka UJI KORELASI DAN SIDIK LINTAS BEBERAPA KARAKTER PEPAYA TERHADAP KETAHANAN ANTRAKNOSA Abstrak Abstract Pendahuluan Bahan dan Metode Hasil dan Pembahasan Simpulan Daftar Pustaka... 60

15 xiv PENDUGAAN PARAMETER GENETIK UNTUK KARAKTER KETAHANAN PEPAYA TERHADAP ANTRAKNOSA Abstrak... Abstract... Pendahuluan... Bahan dan Metode... Hasil dan Pembahasan... Simpulan... Daftar Pustaka... PEMBAHASAN UMUM.. SIMPULAN DAN SARAN.. DAFTAR PUSTAKA

16 xv DAFTAR TABEL Halaman 1 Isolat Colletotrichum sp., inang asal isolat dan lokasi sumber isolat Analisis ragam model acak disertai harapan kuadrat tengah untuk percobaan Tahap I 28 3 Uji patogenisitas beberapa isolat penyebab antraknosa pada buah pepaya 29 4 Masa inkubasi, diameter gejala dan persentase gejala antraknosa dari delapan isolat Colletotrichum pada buah cabai dan pepaya Rata-rata diameter koloni delapan isolat antraknosa pada beberapa suhu Masa inkubasi, diameter gejala dan persentase gejala pada perlakuan tiga metode inokulasi C. gloeosporioides 33 7 Pengelompokan kelas ketahanan pepaya terhadap antraknosa berdasarkan tingkat keparahan penyakit 40 8 Analisis ragam model acak disertai harapan kuadrat tengah untuk percobaan tahap II 42 9 Penapisan ketahanan tujuh genotipe pepaya terhadap penyakit antraknosa dengan infeksi alami dari lapang Masa inkubasi dan diameter gejala antraknosa pada lima genotipe pepaya dengan perlakuan inokulasi dilukai dan tidak dilukai Analisis ragam model acak disertai harapan kuadrat tengah Koefisien korelasi genetotifik antar karakter agronomi dan ketahanan terhadap antraknosa pada lima genotipe pepaya di Tajur Koefisien korelasi genetotifik antar karakter agronomi dan ketahanan terhadap antraknosa pada lima genotipe pepaya di Gunung Geulis Uji kehomogenan ragam beberapa karakter agronomi dan ketahanan penyakit antraknosa pada pepaya di Tajur dan Gunung geulis Nilai koefisien kolerasi gabungan antar karakter terhadap ketahanan penyakit antraknosa pada pepaya 54

17 xvi 16 Pengaruh langsung dan tidak langsung antara karakter agronomi dengan ketahanan terhadap persentase keparahan penyakit antraknosa pada pepaya Analisis ragam panjang buah, tebal buah, padatan total terlarut, kekerasan buah, persentase warna kuning buah saat gejala muncul, persentase gejala dan keparahan penyakit Ragam genetik, ragam fenotipe dan nilai heritabilitas arti luas dari panjang buah, tebal buah, padatan total terlarut (PTT), kekerasan buah, persentase warna kuning buah saat gejala muncul, persentase gejala dan keparahan penyakit Persilangan setengah dialel menggunakan lima tetua Kelas ketahanan pepaya terhadap antraknosa berdasarkan tingkat keparahan penyakit Komponen analisis ragam analisis silang dialel Setengah dialel ketahanan pepaya terhadap C. gloeosporioides Komponen analisis ragam untuk daya gabung menggunakan metode 2 Griffing (1956) Keparahan penyakit dan kelas ketahanan pepaya terhadap penyakit antraknosa pada dua lokasi percobaan Kuadrat tengah genotipe pepaya untuk karakter padatan total terlarut (PTT), kekerasan buah dan ketahanan terhadap C. gloeosporioides Isolat TJR Pendugaan parameter genetik padatan total terlarut, kekerasan buah pepaya dan ketahanan antraknosa terhadap menggunakan analisis silang dialel Sebaran Vr + Wr tetua untuk karakter Padatan Total Terlarut (PTT), kekerasan buah dan ketahanan pepaya terhadap C. gloeosporioides isolat TJR Analisis ragam dialel karakter ketahanan pepaya terhadap penyakit antraknosa, padatan total terlarut dan kekerasan buah di dua lokasi percobaan 80

18 xvii 29 Daya Gabung Umum (DGU) Genotipe pepaya pada karakter ketahanan terhadap penyakit antraknosa di dua lokasi percobaan Daya Gabung Khusus (DGK) genotipe persilangan pepaya pada karakter ketahanan terhadap antraknosa di dua lokasi percobaan Nilai tengah karakter ketahanan terhadap antraknosa, kekerasan buah dan padatan total terlarut pada pepaya di dua lokasi Heterosis (MP) dan Heterobeltiosis (BP) untuk karakter ketahanan penyakit antraknosa pada pepaya... 84

19 xviii DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Alur kegiatan penelitian studi penapisan genotipe dan analisis genetik ketahanan pepaya terhadap penyakit antraknosa Gejala antraknosa pada buah pepaya (sumber: aksesi STRG-4 di Tajur) Bentuk konidia, aservulus (tubuh buah) dan setae (isolat dari buah pepaya yang bergejala/tajur) Gejala dan bentuk konidia dari buah pepaya yang terinfeksi antraknosa Kecepatan pertumbuhan Colletotrichum pada beberapasuhu Diagram lintas beberapa karakter dengan keparahan penyakit pada lima genotipe pepaya (data gabungan) Hubungan peragam (Wr) dan ragam (Vr) karakter Padatan Total Terlarut (PTT) pada beberapa genotipe pepaya Hubungan peragam (Wr) dan ragam (Vr) karakter kekerasan buah pada beberapa genotipe pepaya Hubungan peragam (Wr) dan ragam (Vr) karakter ketahanan pepaya terhadap antraknosa yang disebabkan oleh C. gloeosporioides isolat TJR1. 73

20 xix DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Kecepatan pertumbuhan delapan isolat antraknosa pada perlakuan suhu Informasi asal usul dan karakter beberapa genotip pepaya Koefisien korelasi parsial antar karakter pada percobaan di Gunung Geulis Data rata rata kelembaban dan suhu di pertanaman pepaya di Tajur Heterosis dan Heterobeltiosis beberapa karakter ketahanan terhadap antraknosa pada pepaya di dua lokasi percobaan Persilangan setengah dialel menggunakan lima tetua. 103