BAB 1. PENDAHULUAN. sangat berbahaya bagi tanaman sengon (Falcataria moluccana (Miq.), Barneby

Transkripsi

1 BAB 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Di Indonesia, karat tumor (gall rust) menjadi salah satu penyakit yang sangat berbahaya bagi tanaman sengon (Falcataria moluccana (Miq.), Barneby & J. W. Grims). Dampak penyakit tersebut pada tanaman sengon sangat luas mulai dari menghambat pertumbuhan sampai mematikan tanaman, dari tingkat semai hingga tingkat pohon. Penyebab penyakit telah diidentifikasi sebagai jamur karat dari jenis Uromycladium tepperianum (Sacc.) McAlp (Rahayu, 2007; Rahayu et al., 2009), dan berdasarkan hasil analisis DNA jamur, jenis tersebut diketahui sebagai U. falcatarium (Doungsa et al., 2015). Saat ini pengendalian penyakit hutan dengan pestisida masih menjadi pilihan bahkan dalam jumlah yang berlebihan karena dinilai lebih efektif dan praktis. Dampak negatif mulai menjadi perhatian setelah pengembangan hutan tanaman monokultur semakin memperlihatkan kenaikan serangan patogen yang signifikan (Anonim a, 2013). Pengendalian penyakit tanaman secara kimia menyebabkan treadmill syndrome yaitu peningkatan masukan energi tinggi (aplikasi pestisida) yang berpengaruh negatif karena hilangnya serangga dan mikroba yang menguntungkan, sehingga menimbulkan serangan hama penyakit sekunder. Biaya tinggi pestisida terus meningkat dengan adanya produk baru yang mempunyai kemampuan ketahanan lebih tinggi. Komunitas kehutanan dan 1

2 pertanian kehilangan pengetahuan praktis yang baik tentang pengelolaan hama dan penyakit dan akan tergantung pada mahalnya masukan eksternal (Anonim b, 2014). Pengendalian jamur U. falcatarium mengalami banyak kesulitan karena bersifat obligat biotrop yaitu tidak dapat dikultur in vitro (paling tidak pada saat tahap parasitik), membentuk banyak variasi struktur infeksi dari bentuk sel tubuler normal yang biasa terjadi pada patogen, mempunyai aktivitas sekresi terbatas, mempunyai zona kontak yang sempit antara jamur dan membran plasma inang, dapat menekan respon ketahanan inang pada jangka waktu yang panjang dan dapat membentuk haustoria (hifa khusus yang memenetrasi sel inang) (Voegele & Mendgen, 2010). Sensus tanaman di Indonesia tahun 2013 menunjukkan bahwa terjadi peningkatan sangat signifikan jumlah pohon sengon di hutan rakyat pada tahun 2003 hingga tahun 2013 di seluruh Indonesia dibandingkan jumlah pohon jati. Sesuai sensus tersebut, peningkatan budidaya sengon tertinggi terjadi di pulau Jawa yaitu mencapai 510,63 % (Anonim b ). Tingginya jumlah pohon sengon di hutan rakyat menjadi parameter terhadap tingginya minat masyarakat untuk mengusahakan jenis tersebut, sehingga bahan baku dan jaminan harga jual yang baik dapat terjaga. Semakin meluasnya budidaya sengon secara monokultur berpotensi terjadi peningkatan intensitas serangan penyakit karat tumor di berbagai wilayah. 2

3 Sengon di Jawa dan Wamena menunjukkan bahwa terdapat hubungan keragaman genetik dengan komposisi genetik yang serupa dan jarak genetik yang sangat kecil (Seido & Widyatmoko 1993; Suharyanto et al. 2002). Keragaman genetik adalah modal dasar bagi suatu jenis tanaman untuk bertahan hidup termasuk dari serangan penyakit. Semakin rendah keragaman genetiknya semakin kecil peluang tanaman untuk beradaptasi dengan lingkungannya (Finkeldey & Hattemer, 2007). Kendala pengembangan tanaman hutan tahan penyakit terutama adalah waktu yang dibutuhkan untuk mengembangkan dan menguji tanaman yang relatif lama. Pendekatan dasar strategi pemuliaan untuk meningkatkan produktivitas adalah seleksi buatan terhadap individu-individu tanaman (Finkeldey, 2005). Seleksi genotip tunggal atau beberapa genotip unggul dan perbanyakan secara vegetatif tanpa melalui perkawinan merupakan dasar bagi seleksi klonal hasil ekspresi sifat yang menguntungkan (Burdon, 1995). Seleksi genetik tanaman toleran merupakan strategi terbaik pengendalian penyakit tanaman (Scheffer, 2007; Maloy, 2005). Hasil seleksi sengon toleran karat tumor pada penelitian ini bersifat putatif yaitu pendugaan kuat berdasarkan bukti-bukti yang dibenarkan atau diterima secara umum (Anonim e, 2014). Seleksi dengan pendekatan bioteknologi berdasarkan efek genetik pada penelitian ini merupakan landasan dasar untuk mendapatkan bibit sengon toleran karat tumor. Penelitian ini merupakan langkah awal penting untuk uji lebih lanjut khususnya uji molekuler 3

4 maupun uji lapangan dalam mendapatkan sengon toleran karat tumor nonputatif. Terdapat berbagai metode pendekatan yang berbeda untuk mendapatkan genotipe dan seleksi melalui pemuliaan pohon yang toleran (Kiraly et al., 1974; Dhingra & Sinclair, 1986; Lebeda 1986; Trigiano et al., 2004; Singh & Singh, 2005). Pendekatan seleksi secara umum diklasifikasikan menjadi dua berdasarkan agen seleksi yaitu secara langsung dan tidak langsung. Secara langsung adalah melakukan seleksi melalui inokulasi miselia atau spora patogen sebagai agen seleksi pada seluruh bagian tanaman hidup atau penularan melalui organ tanaman yang sudah terinfeksi penyakit (Schwartz & Singh, 2013). Secara tidak langsung adalah melakukan seleksi dengan menggunakan filtrat patogen untuk mengetahui toleransi secara fisiologis in vitro (Schwartz & Singh, 2013). Seleksi ini memberikan hasil yang efisien (Ingram & Helgeson, 1980; Helgeson & Deverall, 1983; Daub, 1986; Huang, 2001; Lebeda & Svabova, 2010). Penggunaan senyawa filtrat sebagai agen seleksi in vitro berpotensi efektif pada penyakit yang disebabkan oleh toksin dari patogen yang sama (Kuehnle & Earle, 1992). Filtrat patogen mengandung berbagai senyawa toksin berdasarkan interaksi inang-patogen yang dapat berperan sebagai kofaktor penentu patogenisitas dari hasil perkembangan penyakit (Buiatti & Ingram, 1991; Crino, 1997; Svabova & Lebeda, 2005). 4

5 Identifikasi ketahanan tanaman terhadap serangan penyakit dapat dilakukan melalui pengamatan sifat anatomi, proses biokimia dan susunan DNA molekuler sebagai penanda yang menentukan perbedaan genetik diantara individu. Penanda individu hasil modifikasi pendekatan seleksi genetik secara langsung pada tingkat semai dan secara tidak langsung in vitro dapat dipergunakan untuk meningkatkan akurasi identifikasi dan signifikasi korelasi toleransi tanaman terhadap patogen. Penanda morfologi melalui anatomi histopatologi dapat digunakan untuk mengontrol toleransi tanaman hasil persilangan (Jewell, 1988). Penanda biokimia yang berkaitan dengan ketahanan diperoleh dari hasil reaksi kimia terkatalisis oleh enzim antara tanaman inang dan patogen. Di antara proses enzimatis yang terjadi, aktivitas enzim kitinase, β- 1,3-glukanase dan fenolik merupakan penanda aktivitas enzim yang berperan dalam proses ketahanan tanaman terhadap patogen (Thakker et al., 2012). Penanda molekuler bersifat paling stabil dibandingkan secara anatomi maupun biokimia karena DNA bersifat baka dan tidak terpengaruh lingkungan. Analisis DNA menggunakan mikrosatelit sangat akurat untuk seleksi genotip karakter toleransi. Hal ini disebabkan karena sekuen DNA yang bermotif pendek dan diulang secara tandem dengan 2 sampai 5 unit basa nukleotida tersebar dan meliputi seluruh genom. Salah satu kelebihan mikrosatelit adalah bersifat kodominan dan tingkat heterozigositasnya yang tinggi yaitu memiliki daya pembeda antar individu sangat tinggi serta dapat diketahui lokasinya pada DNA. 5

6 Aplikasi deteksi keragaman alel pada level yang tinggi menggunakan proses PCR (Polymerase Chain Reaction) dinilai lebih mudah dan ekonomis. Mikrosatelit memiliki tingkat polimorfisme yang tinggi, stabil secara somatik dan diwariskan secara Mendelian. Kelemahan teknik ini adalah primer tidak tersedia pada semua spesies tanaman, sehingga untuk merancang primer yang baru dibutuhkan waktu yang lama dan biaya yang cukup mahal (Powell et al., 1995). Sifat genetik tanaman terseleksi toleran karat tumor dapat dipertahankan melalui perbanyakan vegetatif tanaman melalui kultur jaringan dan meningkatkan akurasi toleransi tanaman terhadap patogen. Aplikasi kultur jaringan sebagai metode in vitro untuk seleksi toleransi belum banyak dilaporkan (Bon et al., 1998), demikian halnya untuk tanaman pohon seperti sengon (Sukartiningsih et al., 2002; Sumiasri et al., 2006). Teknik perbanyakan vegetatif kultur jaringan untuk mendukung ketersediaan bibit sengon terseleksi toleran karat tumor untuk memenuhi tingginya kebutuhan penanaman sengon dalam waktu lebih cepat. Produksi bibit terseleksi skala luas dapat dilakukan di setiap wilayah seluruh Indonesia melalui kerjasama antara institusi pemerintah maupun swasta sebagai penyedia sumber materi kultur jaringan dengan petani hutan rakyat maupun industri-industri pengolahan sengon. Pengendalian terpadu melalui pengadaan bibit unggul sengon terseleksi toleran karat tumor menjadi alternatif yang diharapkan masyarakat di samping pengelolaan lingkungan dan 6

7 pengendalian penyakit hutan. Seleksi dan perbanyakan vegetatif mikro tanaman toleran penyakit melalui kultur jaringan menjadi alternatif penting ketika perbanyakan vegetatif makro mengalami kendala. Inokulasi kembali patogen pada semai terseleksi toleran penyakit hasil kultur jaringan dapat dilakukan untuk menguji stabilitas toleransi yang diharapkan tetap terbawa sebagai sifat genetik toleran. Seleksi target spesies sengon, pengendalian penyakit berdasarkan toleransi dan manipulasi lingkungan semai maupun laboratorium untuk meningkatkan percepatan dan akurasi dapat dilakukan secara simultan dan terpadu dengan seleksi alam. Tiga elemen dengan pendekatan bioteknologi tersebut sesuai dengan teknik SILIN, teknik silvikultur intensif yang terbukti mampu meningkatkan produktivitas tanaman hutan (Soekotjo, 2009) Permasalahan penelitian Seleksi konvensional sengon toleran terhadap penyakit sebagai salah satu pendekatan terpadu pada pengendalian jasad pengganggu tanaman sampai saat ini mempunyai kendala utama pada akurasi sifat toleran yang terbatas berdasarkan sifat fenotipe tanaman serta kendala waktu regenerasi tanaman hutan yang panjang. Akurasi toleransi tanaman sengon terbatas pada fenotipe gejala serangan yang ditimbulkan, sedangkan sifat genetik berdasarkan pertimbangan dan konsekuensi mikro ekologi belum diketahui sepenuhnya. Kontrol genetik patogen penyebab penyakit, sistem interaksi genetik tanaman 7

8 inang dan patogen yang belum dikuasai serta induksi sifat toleran penyakit melalui persilangan antar spesies yang memerlukan siklus uji keturunan tanaman hutan yang panjang pada program pemuliaan konvensional menjadi kendala kemajuan penelitian toleransi sengon terhadap karat tumor. Dengan demikian, pengendalian penyakit karat tumor sampai saat ini belum dapat dikuasai dan bibit toleran karat tumor belum dapat tersediakan. Produksi bibit sengon sampai saat ini terpenuhi dari sumber bibit tak terseleksi, mengakibatkan kerugian besar pada tingkat petani sampai dengan industri-industri pengolahan sengon akibat serangan karat tumor. Pada penelitian ini, kontrol genetik melalui struktur anatomi, aktivitas enzim, proses biokimia dan molekuler pada sistem pertahanan tanaman terhadap karat tumor menjadi permasalahan yang dihadapi untuk melakukan seleksi klon unggul sengon toleran. Pendekatan bioteknologi untuk seleksi spesies toleran in vitro maupun teknik perbanyakan vegetatif memerlukan metode kultur jaringan. Sampai saat ini, kultur jaringan sengon masih terkendala pada pengunaan materi eksplan secara vegetatif. U. falcatarium merupakan jenis jamur patogen yang tidak dapat dibiakkan pada media kultur di laboratorium (uncultured), kondisi ini menjadi salah satu kendala teknik seleksi in vitro. Selama ini penelitian teknik seleksi tanaman toleran penyakit in vitro menggunakan filtrat dari budidaya patogen sebagai media seleksi. Filtrat gall karat tumor yang mengandung senyawa spesifik hasil interaksi inang F. moluccana dan patogen U. falcatarium perlu dikaji untuk media seleksi kultur 8

9 jaringan. Sebesar apapun upaya pemuliaan sengon untuk meningkatkan produktivitas tidak mencapai nilai optimal bila mengalami serangan penyakit dan sekecil apapun faktor genetik yang mengendalikan toleransi tanaman inang tetap meningkatkan keunggulan bibit hasil seleksi. Dengan demikian maka penelitian seleksi, regenerasi dan penanda genetik penting dilakukan untuk mendukung program pemuliaan klon unggul sengon toleran penyakit karat tumor Pertanyaan penelitian Pertanyaan umum Penelitian ini dimaksudkan untuk menjawab pertanyaan umum: apakah pendekatan bioteknologi efektif untuk seleksi genetik sengon toleran karat tumor dalam upaya percepatan dan peningkatan akurasi sebagai alternatif seleksi konvensional secara fenotipik di alam? Pertanyaan khusus Pertanyaan khusus untuk mendalami pertanyaan umum penelitian adalah: apakah seleksi secara langsung inokulasi spora pada semai dilanjutkan seleksi secara tidak langsung in vitro dengan filtrat gall karat tumor efektif digunakan untuk meningkatkan akurasi seleksi konvensional, dan apakah anatomi sengon, aktivitas enzim kitinase, β-1,3-glukanase dan total fenol endogen serta analisis DNA sengon dapat digunakan sebagai kandidat penanda toleransi karat tumor?. 9

10 Demikian pula apakah perbanyakan vegetatif mikro menggunakan teknik kultur jaringan efektif untuk regenerasi, perbanyakan dan menjaga stabilitas sifat toleran terhadap karat tumor pada sengon? Keaslian/kebaruan Penelitian Penggunaan materi terseleksi di alam dengan jumlah famili dan ulangan yang cukup besar dan teruji secara multilokasi merupakan keunggulan penelitian ini untuk mendapatkan akurasi data yang lebih tinggi. Penelitian ini didasarkan penelitian terdahulu yaitu: Uji Keturunan dan Seleksi Ketahanan Karat Tumor dari 102 famili Jember, Lumajang, Bondowoso, Candiroto dan Ciamis (Baskorowati, et al., 2011). Materi yang dipergunakan untuk seleksi genetik adalah famili-famili terseleksi di 3 Kebun Benih Semai Uji Keturunan (KBSUK) yaitu dari Jember, Lumajang dan Bondowoso. Beberapa penelitian telah dilakukan untuk uji patogenitas dan skor toleransi sengon terhadap karat tumor tingkat semai, namun penelitian seleksi dengan pendekatan bioteknologi merupakan kebaruan penelitian ini. Beberapa penelitian terdahulu mengenai seleksi resistensi tingkat semai adalah: Penyakit Karat Tumor pada Falcataria moluccana, Karakteristik Patogen, Kondisi Lingkungan yang Berpengaruh, Hubungan Genetik dan Seleksi Ketahanan (Rahayu et al., 2011) dan Penentuan Kerentanan Provenan Falcataria moluccana Terhadap Karat Tumor oleh Keluasan dan Keparahan Penyakit 10

11 (Baskorowati, 2012). Teknik seleksi in vitro sel kalus menggunakan filtrat gall karat tumor sebagai agen seleksi pada penelitian ini mengacu pada teknik yang dilakukan oleh Lebeda & Švábová serta Okole dari program kerja sama antara FAO/IAEA (International Atomic Energy Agency) dengan Nuclear Techniques in Food and Agriculture, Viena (2010). Teknik seleksi dan regenerasi plantlet maupun sel kalus dengan aplikasi materi genetik sengon terseleksi sebagai sumber materi kultur jaringan merupakan kebaruan penelitian ini. Penelitian terdahulu mengenai teknik seleksi in vitro tanaman pohon belum banyak dilaporkan demikian pula patogen yang digunakan adalah bukan dari jenis obligat biotrop yaitu: Fitotoksin sebagai Alat pada Persilangan dan Seleksi Tanaman Tahan Penyakit (Buiatti & Ingram, 1991), Filtrat Kultur sebagai Agen Selekstif Ketahanan terhadap Jamur Fitopatogeneik (Crino, 1997). Seleksi in vitro: Kandidat Pendekatan untuk Ketahanan Penyakit pada Pemuliaan Tanaman Buah (Chandra et al., 2010). Penelitian penanda genetik anatomi sengon tingkat sel in vitro terhadap karat tumor juga merupakan kebaruan penelitian ini. Penanda genetik biokimia semai sengon terseleksi toleran melalui aktivitas enzim kitinasi, enzim β-1,3-glukanase dan senyawa fenol merupakan salah satu keterbaruan penelitian ini. Penanda biokimia sengon toleran merupakan penanda hasil seleksi secara fisiologis melalui aktivitas enzim dari sistem pertahanan tanaman terhadap patogen. Penanda genetik molekuler melalui identifikasi alel dan analisis alel privat sengon toleran karat tumor merupakan salah satu keaslian 11

12 penelitian ini. Identifikasi alel-alel gen famili sengon terseleksi penting dilakukan sebagai penanda materi tetua perbanyakan vegetatif. Analisis alel-alel privat gen famili sengon terseleksi untuk penetuan karakter genetik toleransi sengon terhadap karat tumor belum dilaporkan. Penelitian yang telah dilakukan mengenai penanda anatomi, biokimia dan molekuler dalam kaitannya dengan penyakit banyak dilakukan untuk tanaman semusim. Penelitian-penelitian tersebut adalah Kitinase Gen Populus: Struktur, Organisasi dan Kemiripannya dengan Translasi Sekuen Kitinase Tanaman Herba (Davis et al., 1991), Protein terkait Patogen pada Kedelai terhadap Aktivitas β- 1,3-Glukanase yang Dibebaskan melalui Fragmen Stabil Suhu Tinggi dari Elisitor Aktif Fitoaleksin Dinding Jamur (Ham et al., 1991), Tantangan Karakterisasi Molekuler β-1, 3-glukanase Kacang Merah yang Terinduksi Fusarium solani dan Chitosan (Chang et al., 1992), Ekspresi Elisitor N- acetylchitooligosaccharides dari (1-3)-β-glucanase Gen Tunggal dalam Kultur Suspensi Sel dari Tanaman Gandum (Hordeum vulgare) (Kaku et al., 1997), Respon Pertahanan Elisitor β-1,3-glukan pada Tanaman Tembakau (Klarzynski et al., 2000), Aktivitas Beta-1,3-glukanase dan Kitinase dan Respon Ketahanan Tanaman Gandum terhadap Karat Daun (Anguelova & Westhuizen, 2001), Kandungan Fenolik terhadap Variasi Musim pada jaringan Calliandra brevipes Benth yang terbentuk gall maupun tak terbentuk gall (Fabaceae: Mimosoidae) 12

13 (Detoni et al., 2011), Penanda Molekuler dan Penanda Pembantu Persilangan Tanaman (Jiang, 2013). Penelitian perbanyakan kultur jaringan sengon selama ini menggunakan materi generatif dari biji. Penggunaan materi vegetatif tunas aksiler untuk eksplan kultur jaringan tanaman toleran karat tumor belum pernah dilaporkan. Perbanyakan vegetatif kultur jaringan sengon toleran karat tumor dan teknik stek mikro (micro cutting) merupakan kebaruan penelitian ini. Sampai saat ini, penelitian kultur jaringan sengon yang telah dilakukan adalah menggunakan biji, diantaranya yaitu: Mikropropagasi Paraserianthes falcataria (Ravindran, 1997), Regenerasi Plantlet In Vitro Paraserianthes falcataria (L.) Nielsen (Sukartiningsing, 2002), Propagasi In Vitro Albizia odoratissimal. F. (Benth.) dengan Eksplan dari Nodul Kotiledon dan Nodul Daun, (Rajeswari & Paliwal. 2006), Propagasi Mikro dan Kultur Protoplas Paraserianthes falcataria (Chujo, et al., 2010) Strategi Penelitian Seleksi genetik sengon toleran karat tumor pada penelitian disertasi ini merupakan bagian kegiatan dari Roadmap Penelitian dan Pengembangan Kehutanan sebagai rencana makro strategi penelitian secara umum dan panduan pelaksanaan kegiatan penelitian serta pengembangan dari Kementerian Lingkungan Hidup dan Kehutanan. Pendekatan penelitian 13

14 berdasarkan strategi pemuliaan sengon toleran penyakit karat tumor melalui seleksi genetik ditunjukkan pada Gambar 1.1. Strategi pemuliaan sengon toleran penyakit karat tumor melalui seleksi genetik pada penelitian ini termasuk rencana penelitian untuk mendukung produktivitas hutan tanaman sengon terseleksi toleran penyakit karat tumor dalam upaya penyediaan bibit unggul. Penelitian disertasi ini dilakukan untuk seleksi toleransi penyakit karat tumor pada sengon dengan mempertimbangkan potensi genetik di populasi alaminya. Sesuai strategi penelitian, faktor lingkungan diamati lebih berdasarkan hasil seleksi di alam tersebut, sedangkan penelitian pengaruh faktor genetik dilakukan melalui seleksi semai dan laboratorium. 14

15 Pengguna Bibit Unggul Sengon Produk Populasi Pemuliaan Generasi Lanjut Populasi Produksi (Hutan Tanaman) Populasi Perbanyakan Uji potensi Genetik Berdasarkan Perbanyakan Kultur Jaringan Sengon Pembangunan Tegakan Benih Sengon Toleran Karat Tumor Populasi Pemuliaan Berdasarkan Analisa Genetik Mikrosatelit Sengon Terseleksi (Penanda Molekuler) Percepatan Seleksi Berdasarkan Seleksi Tidak Langsung In Vitro dengan Filtrat Karat Tumor sebagai Media Seleksi Plantlet dan Sel Kalus Sengon Berdasarkan Seleksi Langsung Semai Sengon melalui Inokulasi Spora Karat Tumor dengan sungkup berfilter (Penanda Morfologi dan Biokimia) Koleksi ian materi genetik Famili Sengon Putatif Toleran Karat Tumor di Kebun Benih Semai Uji Keturunan Sengon Putatif Toleran Karat Tumor di Alam Gambar 1.1. Pendekatan penelitian berdasarkan strategi pemuliaan sengon toleran penyakit karat tumor melalui seleksi genetik (Putri, 2012), keterangan: warna latar belakang gambar putih adalah kegiatan penelitian yang dilakukan pada penelitian disertasi, sedangkan warna latar belakang gambar yang lebih gelap adalah kegiatan makro yang tidak dilakukan pada penelitian disertasi. Kerangka logika toritik penelitian pada Gambar 1.2 menunjukkan kerangka pikir teoritis kegiatan penelitian sesuai strategi pemuliaan sengon toleran karat tumor melalui seleksi genetik. 15

16 Tanaman sengon (k) Seleksi dipercepat Bioteknologi Efek agen seleksi in vivo dan in vitro Klon tanaman terseleksi toleran karat tumor (k+1) Kultur Jaringan Perbanyakan klon sengon terseleksi toleran karat tumor n(k+1)/t Status toleransi tanaman Anatomi Biokimia DNA - Jumlah pembuluh - Jumlah parenkim - Jarak parenkim - Aktivitas enzim kitinase - Aktivitas enzim β-1,3-glukanase - Total fenol - Analisis metabolik sekunder - LD 50 (lethal dose) sel kalus - Analisis FDA - Fenol total - Klorofil total - Identifikasi alel - Analisis alel privat - Analisis regenerasi plantlet dan kalus - Analisis aklimatisasi - Analisis bibit hasil kultur jaringan setelah reinokulasi spora karat tumor Penanda anatomi Penanda biokimia Penanda molekuler Gambar 1.2. Kerangka logika teoritik penelitian Tujuan Umum Penelitian Tujuan penelitian secara umum adalah mengidentifikasi efek genetik berdasarkan pendekatan bioteknologi terhadap proses seleksi bibit unggul F. moluccana toleran penyakit karat tumor yang disebabkan oleh U. falcatarium. Penelitian ini menggunakan metode secara langsung in vivo dan secara tidak langsung in vitro dalam upaya akselerasi dan peningkatan efektivitas seleksi secara konvensional. 16

17 Sesuai dengan tujuan umum, tujuan khusus penelitian terbagi atas 6 hal yang menjadi capaian penelitian ini, yaitu memperoleh data dan informasi mengenai: 1) efektivitas inokulasi secara langsung spora patogen pada semai untuk seleksi sengon toleran karat tumor in vivo, 2) efektivitas filtrat gall karat tumor untuk seleksi sel kalus sengon in vitro, 3) anatomi jaringan semai sengon hasil seleksi genetik, 4) aktivitas enzim kitinase, β-1,3-glukanase dan total fenol endogen semai sengon, 5) identifikasi alel dan alel privat sengon toleran maupun tidak toleran karat tumor, dan 6) efektivitas perbanyakan vegetatif kultur jaringan sengon toleran karat tumor serta stabilitas sifat toleran bibit sengon hasil perbanyakan kultur jaringan setelah diinokulasi kembali dengan spora penyakit karat tumor Manfaat Penelitian Manfaat praktis hasil penelitian ini adalah untuk memberikan informasi bagi para pengambil keputusan baik di tingkat pusat maupun daerah dalam pelaksanaan kebijakan kesehatan hutan. Secara akademis hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi rujukan dalam penelitian pada aspek toleransi tanaman terhadap penyakit karat tumor. Mengingat penelitian ini menggunakan pendekatan bioteknologi untuk seleksi tanaman toleran penyakit in vivo di persemaian dan in vitro, maka hasilnya dapat dimanfaatkan untuk mengurangi tekanan lingkungan yang merugikan akibat pengendalian penyakit menggunakan 17

18 bahan kimia. Metode ini diharapkan dapat digunakan sebagai alternatif prosedur seleksi pada pemuliaan tanaman hutan terpadu yang ramah lingkungan. Penggunaan tanaman yang toleran terhadap suatu penyakit secara ekonomi dapat mengurangi tambahan energi untuk mencegah atau menanggulangi kerusakan dan tetap menjaga keberadaan tanaman-patogen di dalam keseimbangan ekosistem. Secara luas dapat menjamin berlangsungnya suksesi, komposisi, distribusi dan kelimpahan spesies serta menjaga fungsi dan struktur hutan, kondisi tapak maupun habitat asli hutan. Manfaat langsung tersedianya bibit unggul sengon toleran karat tumor bagi pengelola hutan maupun industri sengon adalah menahan laju perkembangan penyakit yang cepat (ledakan/outbreak) atau menunda terjadinya epidemi dan secara tidak langsung menurunkan tingkat populasi penyakit karat tumor. Upaya penyediaan bibit unggul dengan perbanyakan vegetatif kultur jaringan untuk menjaga sifat toleran tetua penting dilakukan oleh pemerintah sebagai institusi selektor dan penghasil F1 (materi tetua sumber eksplan kultur jaringan). Perbanyakan kultur jaringan F2 dan selanjutnya dapat dilakukan oleh institusi di daerah untuk masyarakat atau oleh industri-industri swasta. Monitoring dan pemusnahan inang atau bagian inang dengan sanitasi dan tindakan silvikultur yang tepat seperti persemaian sehat, lokasi penanaman, penanaman multikultur, pemeliharaan intensif merupakan tindakan yang perlu diperhatikan pada pengelolaan terpadu sengon toleran karat tumor ini. 18

19 1.8. Tahapan Penelitian Tahapan penelitian disusun berdasarkan alur hasil penelitian sebelumnya dengan pendekatan secara genetis melalui observasi pada 3 plot uji keturunan generasi pertama yang dipergunakan sebagai materi seleksi tahap selanjutnya melalui penelitian 1, penelitian 2, penelitian 3 dan penelitian 4. Penelitianpenelitian tersebut adalah: 1) seleksi secara langsung semai dari 40 famili yang telah terseleksi di kebun semai uji keturunan, melalui inokulasi secara langsung spora jamur dari 2 populasi U. falcatarium. Pada penelitian ini dilakukan observasi seleksi pembanding menggunakan plantlet in vitro dengan media padat fitrat gall karat tumor sebagai media seleksi; analisis anatomi dan biokimia dilakukan pula untuk menentukan penanda toleransi, 2) seleksi secara tidak langsung in vitro sel kalus sengon menggunakan materi genetik hasil penelitian pertama menggunakan media cair filtrat gal karat tumor sebagai agen seleksi, 3) identifikasi genetik alel-alel toleran serta analisis alel privat dengan fragmen mikrosatelit famili sengon toleran karat tumor hasil seleksi penelitian 2, 4) perbanyakan kultur jaringan melalui tunas aksiler dan regenerasi sel kalus sengon toleran karat tumor hasil seleksi penelitian kedua, aklimatisasi dan reinokulasi spora jamur U. falcatarium dari 2 populasi. Bagan alir seluruh rangkaian penelitian ditunjukkan pada Gambar

20 Bioteknologi seleksi genetik Seleksi konvensional Sengon putatif toleran karat tumor di alam Seleksi famili sengon putatif toleran karat tumor dari 3 kebun benih semai uji keturunan - Analisis anatomi semai - Aktivitas enzim kitinase - Aktivitas enzim β-1,3-glukanase - Total fenol - Analisis metabolik sekunder alkaloid, steroid, - LD 50 (lethal dose) sel kalus - Analisis FDA - Identifikasi alel - Analisis alel privat - Regenerasi, aklimatisasi & reinokulasi Penelitian 1: Seleksi langsung semai sengon memelalui inokulasi spora karat tumor dengan sungkup berfilter Penelitian 2: Seleksi tidak langsung in vitro dengan filtrat karat tumor sebagai agen media seleksi Plantlet dan sel kalus Penelitian 3: Analisa DNA sengon terseleksi Penelitian 4: Perbanyakan kultur Produksi bibit unggul sengon toleran karat tumor Bibit sengon toleran karat tumor Pengguna: - Petani hutan rakyat sengon - Industri pembibitan sengon pemerintah - Industri pembibitan sengon swasta Gambar 1.3. Bagan alir penelitian disertasi, teknik analisis dan percepatan produk 20