KERAGAMAN GENETIK MUTAN KEDELAI

Transkripsi

1 KERAGAMAN GENETIK MUTAN KEDELAI (Glycine max L.) M 2 DAN M 3 BERDASARKAN MARKA RAPD SERTA PENGARUH NAUNGAN TERHADAP PERTUMBUHAN DAN PRODUKSI M 3 HASIL MUTASI KOLKISIN THESIS Oleh: DWI YULIANA SARAGIH NIM : PROGRAM MAGISTER AGROEKOTEKNOLOGI FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

2 KERAGAMAN GENETIK MUTAN KEDELAI (Glycine max L.) M 2 DAN M 3 BERDASARKAN MARKA RAPD SERTA PENGARUH NAUNGAN TERHADAP PERTUMBUHAN DAN PRODUKSI M 3 HASIL MUTASI KOLKISIN THESIS Oleh: DWI YULIANA SARAGIH NIM : Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Magister Pertanian Dalam Program Studi Agroekoteknologi Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara PROGRAM MAGISTER AGROEKOTEKNOLOGI FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

3 LEMBAR PENGESAHAN Judul Penelitian : KERAGAMAN GENETIK MUTAN KEDELAI (Glycine max L.) M2 DAN M3 BERDASARKAN MARKA RAPD SERTA PENGARUH NAUNGAN TERHADAP PERTUMBUHAN DAN PRODUKSI M3 HASIL MUTASI KOLKISIN Mahasiswa : Dwi Yuliana Saragih N I M : Program Studi : Agroekoteknologi Menyetujui Komisi Pembimbing Dr. Ir. Lollie Agustina P. Putri, MSi Ketua Dr. Dra. Ir. Chairani Hanum, MP Anggota Ketua Program Studi Dekan Fakultas Pertanian Prof. Dr. Ir. Abdul Rauf, MP Prof. Dr. Ir. Darma Bakti, MS Tanggal Lulus: 23 Januari 2014

4 Telah Diuji Pada : Tanggal : 23 Januari 2014 PANITIA PENGUJI TESIS Ketua Anggota : Dr. Ir. Lollie Agustina P. Putri, MSi : Dr. Dra. Ir. Chairani Hanum, MP Prof. Dr. Ir. Rosmayati, MS Luthfi Aziz Mahmud Siregar, SP, MSc, PhD Dr. Diana Sofia Hanafiah, SP, MP

5 ABSTRAK DWI YULIANA SARAGIH. Keragaman Genetik Mutan Kedelai (Glycine max L.) M 2 dan M 3 Berdasarkan Marka RAPD serta Pengaruh Naungan Terhadap Pertumbuhan dan Produksi M 3 Hasil Mutasi Kolkisin. Dibimbing oleh LOLLIE AGUSTINA P.PUTRI sebagai ketua komisi pembimbing dan CHAIRANI HANUM sebagai anggota komisi pembimbing. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui keragaman genetik kedelai generasi M 2 dan M 3 berdasarkan marka RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA) serta pertumbuhan dan perkembangan mutan kedelai generasi M3 hasil mutasi kolkisin pada kondisi naungan. Sebanyak 13 genotip kedelai meliputi genotip Cikurai, Malikka; genotip mutan Cikurai generasi M 2, M 3 ; dan genotip mutan Malikka generasi M 2, M 3 dianalisis keragaman genetiknya dengan menggunakan marka RAPD dan dilihat pengaruh naungan 50% terhadap pertumbuhan dan produksi empat genotip kedelai meliputi genotip Cikurai, genotip Malikka, genotip mutan M 3 Cikurai, dan genotip mutan M 3 Malikka. Perhitungan koefisien keragaman genetik dan pembentukan dendogram dilakukan dengan bantuan program DARwin Analisis data dengan menggunakan Rancangan Acak Kelompok (RAK) Non Faktorial. Dari 5 genotip M2 dan 4 genotip M3 diperoleh 8 genotip yang tidak mengelompok dengan genotip M0 yaitu genotip M 2 V 1 ( 2 ), M 2 V 2 ( 1 ), M 2 V 2 ( 2 ), M 2 V 2 ( 3 ), M 3 V 1 ( 1 ), M 3 V 1 ( 2 ), M 3 V 2 ( 1 ), dan M 3 V 2 ( 2 ). Naungan 50% berpengaruh nyata terhadap tinggi tanaman, jumlah buku, umur berbunga, rasio klorofil a/b 21 HST, kandungan klorofil b 56 HST, luas daun 56 HST, bobot daun spesifik 21 dan 56 HST, jumlah polong persampel, jumlah polong berisi persampel, bobot 100 biji, produksi persampel, dan produksi per plot. Genotip Cikurai dan mutan Cikurai generasi M 3 memiliki produksi yang paling tinggi. Nilai duga heritabilitas berkisar dengan nilai KVG dan nilai KVP Kata Kunci : Kedelai, RAPD, Naungan, Produksi, dan Heritabilitas

6 ABSTRACT DWI YULIANA SARAGIH. Genetic Diversity Analysis of Soybean Mutant M 2 and M 3 Based On RAPD Marker and Shading Effect on The Growth and Production of M 3 Colchicine Mutation. Supervised by LOLLIE AGUSTINA P.PUTRI and CHAIRANI HANUM. The objective of this research was to analysis genetic diversity of M 2 and M 3 generation of soybean using RAPD and growth and production of M 3 generation s colchicine mutation on low light intensity. A total of 13 soybean genotypes include Cikurai genotypes, Malikka; Cikurai M2 and M3 mutant generation; and Malikka M 2 and M 3 mutant generation analyzed using RAPD. Shading effect on the growth and production of 4 soybean genotypes include Cikurai genotype, Malikka genotype, Cikurai M 3 mutant generation, and Malikka M 3 mutant generation. The result of this research showed that from 5 M 2 genotypes and 4 M 3 genotypes was 8 genotypes that are not in a group with M 0 genotypes is M 2 V 1 ( 2 ), M 2 V 2 ( 1 ), M 2 V 2 ( 2 ), M 2 V 2 ( 3 ), M 3 V 1 ( 1 ), M 3 V 1 ( 2 ), M 3 V 2 ( 1 ), and M 3 V 2 ( 2 ) genotype. Using non-factorial randomized block design showed that shading had significant effect on plant height, flowering, ratio of a/b chlorophyll 21 DAP, chlorophyll b 56 DAP, leaf area 56 DAP, specific leaf weight 21 and 56 DAP, number of pods per sample, number of pods containing per sample, 100 seed weight, production per sample, and production per ha. Cikurai genotype and Cikurai M 3 mutant generation are the highest production. The estimation of the heritability coefficients from with coefficient of genotypes variations about and coefficient of phenotypic variation about Key words: soybean, RAPD, Colchicine, shade, heritability, genetic variation

7 UCAPAN TERIMA KASIH Puji dan Syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis dan program studi Agroekoteknologi, Program Pascasarjana Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Dr.Ir.Lollie Agustina P.Putri, MSi sebagai ketua komisi pembimbing dan Ibu Dr.Dra.Ir.Chairani Hanum, MP sebagai anggota komisi pembimbing. Dan juga kepada Prof.Dr.Ir.Rosmayati, MS; Lutfi Azis M Siregar, SP, MSc, PhD; Dr.Diana Sofia, SP, MP sebagai komisi penguji yang telah banyak memberikan saran, masukan dan bimbingan yang sangat berguna bagi penulis dalam menyelesaikan tesis ini. Terima kasih juga penulis sampaikan sebesar-besarnya kepada ayahanda Agusman Saragih dan Ibunda Rosdiana br. Pardede, SPd yang telah membesarkan dan mendidik penulis selama ini serta abang saya dr. Edwin Batara Saragih dan kedua adik saya Mutiara Saragih dan Marry Inriani Saragih dan teman terdekat saya Roni Vansaro Gulo, SP yang telah menjadi penyemangat selama masa perkuliahan. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada dr. Tetty Aman Nasution beserta staff Laboratorium Terpadu Fakultas Kedokteran Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan izin serta membantu didalam menyelesaikan penelitian ini. Terima kasih penulis sampaikan kepada Rektor Universitas Sumatera Utara Bapak Prof. Dr. Ir. Syahril Pasaribu, DTM&H, MSc (CTM), Sp.A (K).,

8 Direktur Pascasarjana USU Bapak Prof. Dr. Ir. A. Rahim Matondang, MSIE., Dekan Fakultas Pertanian USU Bapak Prof. Dr. Ir. Darma Bakti, MS dan kepada Ketua Program Studi Agroekoteknologi Bapak Prof. Dr. Ir. Abdul rauf, MP serta segenap dosen Program Magister Agroekoteknologi dan staff tata usaha. Tidak lupa juga penulis ucapkan terima kasih kepada Rintha Meylisa Gulo, SE., Siti Hardiyanti SP., serta kawan-kawan program studi Magister Agroekoteknologi angkatan 2011 Fakultas Pertanian USU. Medan, Maret 2014 Penulis

9 KATA PENGANTAR Puji dan Syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas kehendaknya penulis dapat menyelesaikan tesis ini yang berjudul Keragaman Genetik Mutan Kedelai (Glycine max L.) M 2 dan M 3 Berdasarkan Marka RAPD Serta Pengaruh Naungan Terhadap Pertumbuhan dan Produksi M 3 Hasil Mutasi Kolkisin yang merupakan salah satu syarat untuk dapat memperoleh gelar magister pada Sekolah Pasca Sarjana Universitas Sumatera Utara, Medan. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada dosen pembimbing yang telah banyak membantu penulis untuk menyelesaikan Tesis ini yaitu kepada Ibu Dr.Ir.Lollie Agustina P.Putri, MSi sebagai ketua komisi pembimbing dan kepada Ibu Dr.Dra.Ir.Chairani Hanum, MP sebagai anggota komisi pembimbing. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih, dan semoga tulisan ini dapat bermanfaat. Medan, Maret 2014 Penulis

10 RIWAYAT HIDUP Dwi Yuliana Saragih, dilahirkan pada tanggal 2 Juli 1990 di Dolok Silau Simalungun Sumatera Utara Bapak bernama Agusman Saragih dan Ibu Rosdiana Pardede merupakan anak kedua dari empat bersaudara. Riwayat pendidikan yang telah dicapai penulis sampai saat ini adalah: 1. Tahun , bersekolah di Sekolah Dasar Sw. Sultan Agung Pematangsiantar. 2. Tahun , bersekolah di Sekolah Menengah Pertama Sw. Sultan Agung Pematangsiantar. 3. Tahun , bersekolah di Sekolah Menengah Atas Negeri 4 Pematangsiantar. 4. Tahun 2007 diterima di Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara, dan lulus tahun 2011 pada Jurusan Budidaya Pertanian Program Studi Pemuliaan Tanaman. 5. Agustus 2011 Penulis diterima menjadi mahasiswa S2 di Sekolah Pasca Sarjana Program Studi Agroekoteknologi, Universitas Sumatera Utara.

11 DAFTAR ISI ABSTRAK... ABSTRACT... UCAPAN TERIMA KASIH... KATA PENGANTAR... RIWAYAT HIDUP... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR LAMPIRAN... i ii iv v vi vii ix xi xii PENDAHULUAN Latar Belakang... 1 Tujuan Penelitian... 3 Hipotesis Penelitian... 4 Manfaat Penelitian... 4 TINJAUAN PUSTAKA Botani Tanaman... 5 Syarat Tumbuh... 6 Varietas... 7 Mutasi Kolkisin... 8 Intensitas Cahaya Marka RAPD Keragaman Genotip dan Fenotip Heritabilitas BAHAN DAN METODE PENELITIAN Tempat dan Waktu Bahan dan Alat Penelitian I. Identifikasi Molekuler Mutan Kedelai Generasi M 2 dan M Uji Kualitas DNA Analisis Data Penelitian II. Pengaruh Naungan Terhadap Pertumbuhan dan Produksi Mutan Kedelai Generasi M 3 Hasil Mutasi Kolkisin Analisis Data... 28

12 Keragaman Genetik Heritabilitas Uji Progenitas Pelaksanaan Penelitian Pengamatan Parameter Tinggi Tanaman (cm) Jumlah Cabang (cabang) Umur Berbunga (HST) Jumlah Buku (buku) Kandungan Klorofil a (mg/l)... 34\ Kandungan Klorofil b (mg/l) Rasio Klorofil a dan b (mg/l) Rasio Tajuk dan Akar (g) Luas Daun (cm 2 ) Bobot Daun Spesifik (g/cm 2 ) Umur Panen (HST) Jumlah Polong Persampel (polong) Jumlah Polong Berisi Persampel (polong) Bobot 100 Biji (g) Produksi Persampel (g) Produksi Perplot (g) HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Identifikasi Molekuler Mutan Kedelai Generasi M 2 dan M 3 Uji Kualitas DNA Uji Kuantitas DNA Hasil PCR dengan Marka RAPD Pengaruh Naungan Terhadap Pertumbuhan dan Produksi Mutan Kedelai M 3 Hasil Mutasi Kolkisin Heritabilitas Keragaman Genotip dan Fenotip Pembahasan Identifikasi Molekuler Mutan Kedelai Generasi M 2 dan M Pengaruh Naungan Terhadap Beberapa Mutan Kedelai Hasil Mutasi Kolkisin KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA... 77

13 DAFTAR TABEL No. Hal 1. Kuantitas dan konsentrasi DNA genotip kedelai dengan uji UV-Spectrofotometer Persentase polimorfik primer RAPD Tinggi tanaman beberapa genotip kedelai Uji progenitas tinggi tanaman M 3 dengan M Jumlah buku beberapa genotip kedelai Uji progenitas jumlah buku M 3 dengan M Jumlah cabang beberapa genotip kedelai Uji progenitas jumlah cabang M 3 dengan M Umur berbunga beberapa genotip kedelai Uji progenitas berbunga M 3 dengan M Kandungan Klorofil a, b, dan rasio klorofil a/b 21 HST beberapa genotip kedelai Uji progenitas kandungan klorofil a, b, dan rasio klorofil a/b 21 HST M 3 dengan M Kandungan Klorofil a, b, dan rasio klorofil a/b 56 HST beberapa genotip kedelai Uji progenitas kandungan klorofil a, b, dan rasio klorofil a/b 56 HST M 3 dengan M Rasio tajuk/ akar 21 HST dan 56 HST beberapa genotip kedelai Uji progenitas rasio tajuk/ akar 21 HST dan 56 HST M 3 dengan M Luas daun 21 HST dan 56 HST beberapa genotip kedelai Uji progenitas luas daun 21 HST dan 56 HST M 3 dengan M Bobot daun spesifik 21 HST dan 56 HST beberapa genotip kedelai Uji progenitas bobot daun spesifik 21 HST dan 56 HST M 3 dengan M Umur panen beberapa genotip kedelai... 55

14 22. Uji progenitas umur panen M 3 dengan M Jumlah polong persampel dan jumlah polong berisi persampel beberapa genotip kedelai Uji progenitas jumlah polong persampel dan jumlah polong berisi persampel M 3 dengan M Bobot 100 biji, produksi persampel, dan produksi perplot beberapa genotip kedelai Uji progenitas bobot 100 biji, produksi persampel, dan produksi perplot M 3 dengan M Nilai duga heritabilitas (h 2 ) masing-masing genotip per parameter Koefisien Variabilitas Genotip (KVG) dan Koefisien Variabilitas Fenotip (KVP)... 60

15 DAFTAR GAMBAR No. Hal 1. Profil kualitas DNA genotip kedelai dengan gel agarose 0.8% Profil PCR dengan primer OPD Profil PCR dengan primer OPD Profil PCR dengan primer OPH Profil PCR dengan primer OPH Profil PCR dengan primer OPN Faktor analisis (Principal Coordinate Analysis) aksis 1 (horizontal) dan aksis 2 (vertikal) dengan 5 Marka RAPD Profil Filogenetic Neighbor-Joining dari 13 genotip kedelai berdasarkan Matrix Dissimilarity-Simple Matching... 44

16 DAFTAR LAMPIRAN No. Hal 1. Deskripsi 2 varietas kedelai Bagan lahan percobaan Bagan plot tanaman Data pengamatan tinggi tanaman pada 2 MST (cm) Daftar sidik ragam tinggi tanaman pada 2 MST Data pengamatan tinggi tanaman pada 4 MST (cm) Daftar sidik ragam tinggi tanaman pada 4 MST Data pengamatan tinggi tanaman pada 6 MST (cm) Daftar sidik ragam tinggi tanaman pada 6 MST Data pengamatan tinggi tanaman pada 8 MST (cm) Daftar sidik ragam tinggi tanaman pada 8 MST Data pengamatan jumlah buku 8 MST (buku) Daftar sidik ragam jumlah buku 8 MST Data pengamatan jumlah cabang (cabang) Daftar sidik ragam jumlah cabang Data pengamatan umur berbunga (HST) Daftar sidik ragam umur berbunga Data pengamatan jumlah klorofil a 21 HST (mg/l) Daftar sidik ragam jumlah klorofil a 21 HST Data pengamatan jumlah klorofil b 21 HST (mg/l) Daftar sidik ragam jumlah klorofil b 21 HST Data pengamatan rasio klorofil a/b 21 HST (mg/l) Daftar sidik ragam rasio klorofil a/b 21 HST... 90

17 24. Data pengamatan jumlah klorofil a 56 HST (mg/l) Daftar sidik ragam jumlah klorofil a 56 HST Data pengamatan jumlah klorofil b 56 HST (mg/l) Daftar sidik ragam jumlah klorofil b 56 HST Data pengamatan rasio klorofil a/b 56 HST (mg/l) Daftar sidik ragam rasio klorofil a/b 56 HST Data pengamatan rasio tajuk/akar 21 HST (g) Daftar sidik ragam rasio tajuk/akar 21 HST Data pengamatan rasio tajuk/akar 56 HST (g) Daftar sidik ragam rasio tajuk/akar 56 HST Data pengamatan luas daun 21 HST (cm 2 ) Daftar sidik ragam luas daun 21 HST Data pengamatan luas daun 56 HST (cm 2 ) Daftar sidik ragam luas daun 56 HST Data pengamatan bobot daun spesifik 21 HST (g/cm 2 ) Daftar sidik ragam bobot daun spesifik 21HST Data pengamatan bobot daun spesifik 56 HST (g/cm 2 ) Daftar sidik ragam bobot daun spesifik 56 HST Data pengamatan umur panen (HST) Daftar sidik ragam umur panen Data pengamatan jumlah polong persampel (polong) Daftar sidik ragam jumlah polong persampel Data pengamatan jumlah polong berisi persampel (polong) Daftar sidik ragam jumlah polong berisi persampel Data pengamatan bobot 100 biji (g) Daftar sidik ragam bobot 100 biji Data pengamatan produksi persampel (g)... 98

18 51. Daftar sidik ragam produksi persampel Data pengamatan produksi perplot (g) Daftar sidik ragam produksi perplot Foto lahan Foto tanaman 2 MST 9 MST Data scoring Prosedur uji klorofil a dan b metode Arnon (1949)