INDUKSI PEMBELAHAN SPOROFITIK MIKROSPORA KEDELAI MELALUI KULTUR ANTERA PADA SISTEM MEDIA DUA LAPIS BUDIANA

Transkripsi

1 INDUKSI PEMBELAHAN SPOROFITIK MIKROSPORA KEDELAI MELALUI KULTUR ANTERA PADA SISTEM MEDIA DUA LAPIS BUDIANA SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2010

2 PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul Induksi Pembelahan Sporofitik Mikrospora Kedelai Melalui Kultur Antera Pada Sistem Media Dua Lapis merupakan gagasan dan karya saya beserta pembimbing yang belum pernah dipublikasikan dalam bentuk apapun kepada perguruan 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 tesis ini. Bogor, Maret 2010 Budiana NIM G

3 ABSTRACT BUDIANA. Induction of Microspore Sporophytic Division of Soybean Anther Culture in Double Layer Medium System. Under the direction of SUHARSONO, ENCE DARMO JAYA SUPENA, and IKA MARISKA. Induction of androgenesis to embryogenesis is the most rapid approach to produce haploid and double haploid plants, so the development of this technique will speed up soybean breeding program. The initial process in order to induce androgenesis to embryogenesis of soybean via anther culture on double layer medium was determined and investigated in this research. The correlation between morphology of the bud and the phase of microspore development was determined. A series of experiments to induce sporophytic divisions from different phase of microspore development were investigated. The culture condition composed of the basal medium, the temperature incubation in the first week of culture, and the carbon sources were determined. In this research, the ratio of bractea and bud lenght between 2/2,5 and 2/3,5 could be used as morphological indicator for the phase of late uninucleat development of almost microspore population. The phase of microspore in late uninucleat and early binucleat were responsive to induce sporophytic divisions. The best medium and culture condition for anther culture of soybean in the double layer medium system to induce sporophytic divisions were NN basal medium, maltose 40 g/l, and cold (4-9 o C) temperature treatment in the first week of culture. The microspores development of all three soybean varieties (Sindoro, Slamet, Wilis) could be switched from gametophytic to sporophytic divisions. In Wilis variety, the most responsive for sporophytic division, the microspores can be induced to develop into multicellular structure composed of 12 cells in the best combination of medium and culture condition. The sporophytic induction is the first stage of embryogenesis of soybean anther culture in the double layer medium system. Key words: Anther culture, soybean, microspore, multinucleat

4 RINGKASAN BUDIANA. Induksi Pembelahan Sporofitik Mikrospora Kedelai Melalui Kultur Antera Pada Sistem Media Dua Lapis. Dibimbing oleh SUHARSONO, ENCE DARMO JAYA SUPENA, dan IKA MARISKA. Pemuliaan kedelai masih dilakukan secara konvensional, yaitu dengan cara menyilangkan antar varietas yang dilanjutkan dengan proses seleksi untuk menghasilkan varietas baru. Proses ini membutuhkan waktu yang lama, khususnya dalam proses seleksi untuk memperoleh galur-galur yang stabil secara genetik, yaitu 7-8 generasi. Untuk itu diperlukan introduksi teknik untuk mempercepat stabilitas genetik dari suatu hasil persilangan. Salah satu alternatif untuk mempercepat stabilitas genetik adalah teknologi haploid melalui induksi androgenesis untuk embriogenesis. Teknik androgenesis adalah cara untuk menghasilkan tanaman haploid maupun haploid ganda melalui kultur antera dalam media padat, kultur mikrospora yang terisolasi pada media cair, dan kultur antera pada media dua lapis (media cair di atas media padat). Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari beberapa faktor yang berpengaruh terhadap pembelahan sporofitik mikrospora dalam kultur antera kedelai pada sistem media dua lapis. Penelitian diawali dengan determinasi hubungan penanda morfologi kuncup bunga kedelai berdasarkan rasio panjang braktea terhadap panjang kuncup dengan fase perkembangan mikrospora untuk tiga varietas kedelai yang digunakan (Sindoro, Slamet, dan Wilis). Pengujian fase perkembangan mikrospora melalui kultur antera pada media dua lapis untuk induksi pembelahan sporofitik dengan menggunakan media dasar NN digunakan untuk mendapatkan fase mikrospora paling baik untuk percobaan berikutnya. Fase mikrospora terbaik digunakan pada uji pengaruh empat media dasar NN, MS, SL2, dan B5 terhadap pembelahan sporofitik mikrospora. Media dasar terbaik digunakan pada uji pengaruh suhu inkubasi minggu pertama kultur, yaitu suhu ruang (25-28 o C), suhu dingin (4-9 o C), dan suhu panas (30-33 o C) terhadap induksi pembelahan sporofitik mikrospora. Perlakuan suhu terbaik digunakan untuk uji pengaruh perlakuan sumber karbon sukrosa 40 g/l dan maltosa 40 g/l terhadap induksi pembelahan sporofitik. Penelitian diakhiri dengan uji perlakuan kombinasi hasil terbaik dari fase perkembangan mikrospora, media dasar, suhu inkubasi kultur, dan uji sumber karbon terbaik, untuk mendapatkan kondisi terbaik dalam menumbuhkan mikrospora. Kultur selalu diinkubasi pada kondisi gelap sejak awal inkubasi kultur sampai minggu keempat kultur. Pengamatan dilakukan pada minggu ke 0, 1, 2, 3, dan 4 kultur dengan cara mengisolasi antera dan dibuat preparat dengan pewarnaan DAPI dan diamati dengan mikroskop flouresens. Pengamatan dilakukan terhadap persentase dari masing-masing fase perkembangan mikrospora. Parameter morfologi kuncup bunga kedelai yaitu rasio panjang braktea terhadap panjang kuncup antara 2/2,5 sampai 2/3,5 dapat dijadikan kriteria untuk mendapatkan sebagian besar populasi mikrospora pada fase berinti tunggal akhir. Antera dari rasio kuncup 2/2,5 masih mengandung mikrospora pada fase berinti tunggal awal-tengah, sedangkan pada rasio kuncup 2/3-2/3,5 sudah ada mikrospora pada fase berinti dua awal di dalam antera. Fase mikrospora yang

5 responsif terhadap induksi pembelahan sporofitik adalah pada fase berinti tunggal akhir dan berinti dua awal. Media dan kondisi yang lebih baik untuk induksi pembelahan sporofitik dalam kultur antera kedelai pada sistem media dua lapis adalah menggunakan media dasar NN, sumber karbon maltosa 40 g/l, dan perlakuan suhu dingin (4-9 o C) pada minggu pertama kultur. Mikrospora dari ketiga varietas kedelai yang diuji yaitu Sindoro, Slamet, dan Wilis, dapat diinduksi ke pembelahan sporofitik. Mikrospora dari varietas Wilis dalam kombinasi media dan kondisi kultur terbaik, dapat diinduksi untuk membentuk struktur multiseluler sampai 12 sel. Dapat diinduksinya pembelahan sporofitik ini merupakan tahapan awal untuk induksi embriogenesis pada kultur antera kedelai dalam sistem media dua lapis. Kata kunci: Kultur antera, kedelai, mikrospora, multinukleat

6 Hak cipta milik IPB, tahun 2010 Hak cipta dilindungi Undang-Undang 1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkam 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 dalam bentuk apapun tanpa ijin IPB.

7 INDUKSI PEMBELAHAN SPOROFITIK MIKROSPORA KEDELAI MELALUI KULTUR ANTERA PADA SISTEM MEDIA DUA LAPIS BUDIANA Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Mayor Biologi Tumbuhan SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2010

8 Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Ir. Miftahudin, M.Si.

9 Judul Nama NIM : Induksi Pembelahan Sporofitik Mikrospora Kedelai Melalui Kultur Antera Pada Sistem Media Dua Lapis : Budiana : G Disetujui Komisi Pembimbing Dr. Ir. Suharsono, DEA. Ketua Dr. Ir. Ence Darmo Jaya Supena, M.Si. Anggota Dr. Ir. Ika Mariska, APU. Anggota Diketahui Koordinator Mayor Biologi Tumbuhan Dekan Sekolah Pascasarjana Dr. Ir. Miftahudin, M.Si. Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, MS. Tanggal Ujian: 11 Februari 2010 Tanggal Lulus:

10 PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, atas segala karunianya sehingga tesis ini dapat diselesaikan. Judul yang dipilih adalah Induksi Pembelahan Sporofitik Mikrospora Kedelai Melalui Kultur Antera Pada Sistem Media Dua Lapis. Penelitian ini didanai oleh KKP3T (Kerjasama Kemitraan Penelitian Pertanian dengan Perguruan Tinggi) Tahun Anggaran 2008 yang didanai dari DIPA Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian dengan judul: Induksi Androgenesis Kedelai Melalui Kultur Antera pada Media Dua- Lapis untuk Pengembangan Teknologi Haploid dalam Percepatan Proses Pemuliaan atas nama Dr. Ir. Ence Darmo Jaya Supena, M.Si. Penulis menyadari dalam penelitian dan penyusunan tesis ini banyak kekurangan, dan banyak dibantu oleh berbagai pihak. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada: 1. Dr. Ir. Suharsono, DEA selaku Ketua Komisi Pembimbing yang selalu memberikan masukan dan arahan dalam penelitian ini. 2. Dr. Ir. Ence Darmo Jaya Supena, M.Si. selaku Pembimbing Anggota yang selalu memberikan arahan serta menyediakan berbagai bahan penelitian yang penulis butuhkan. 3. Dr. Ir. Ika Mariska, APU selaku Pembimbing Anggota yang telah memberikan masukan dan arahan dalam penelitian ini. 4. Dr. Ir. Miftahudin, M.Si. selaku penguji luar komisi yang telah banyak memberikan saran dan masukan demi pengayaan dalam tesis ini. 5. Departemen Agama Republik Indonesia yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk meningkatkan mutu keilmuan pada Program Studi Biologi, dengan memberikan biaya pendidikan dan penelitian hingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan Magister Sains di IPB Bogor. 6. Laboratorium Biologi Molekuler dan Seluler Tanaman, Pusat Penelitian Sumberdaya Hayati & Bioteknologi, Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat (LPPM) IPB Bogor atas fasilitas penelitian yang telah disediakan. 7. Mbak Nia, Sarah, Pak Asep, Pak Adi, dan Pak Mulya atas bantuan dan kerjasama yang baik selama penulis melakukan penelitian. 8. Istri dan anak-anakku tersayang, atas doa dan pergorbanannya. 9. Keluarga besar Bapak Slamet Ahmadi atas segala doa dan kasih sayangnya. 10. Teman-teman Mayor Biologi Tumbuhan angkatan 2007, atas kebersamaan dan dukungan yang diberikan kepada penulis. Akhir kata penulis memohon kepada Allah SWT. Semoga senantiasa melimpahkan hidayah-nya kepada semua pihak yang telah memberikan bantuannya dan semoga tesis ini dapat bermanfaat, Amiin. Bogor, Maret 2010 Budiana

11 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Kendal pada tanggal 22 Maret 1969 dari ayah Slamet Ahmadi dan ibu Musiati. Penulis merupakan anak pertama dari lima bersaudara. Tahun 1989 penulis lulus dari SMA Muhammadiyah Weleri, dan pada tahun 1989 masuk perguruan tinggi Universitas Muhammadiyah Surakarta pada Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan jurusan MIPA program Biologi, dan lulus pada tahun Penulis masuk ke Program Pascasarjana IPB tahun 2007 pada Departemen Biologi dengan beasiswa pendidikan Pascasarjana dari Departemen Agama. Penulis sekarang bekerja di lingkungan Departemen Agama sebagai guru biologi di Madrasah Aliyah Negeri Kendal.

12 DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR LAMPIRAN... xii xiii xiv PENDAHULUAN Latar Belakang... 1 Tujuan dan Hipotesis... 2 TINJAUAN PUSTAKA Morfologi Bunga Kedelai... 4 Induksi Androgenesis... 4 Kultur Jaringan Tanaman Kedelai... 6 Perkembangan Mikrospora... 7 BAHAN DAN METODE Waktu dan Tempat... 9 Bahan Tanaman... 9 Kultur Sebar Mikrospora... 9 Metode Determinasi Fase Perkembangan Mikrospora Uji Fase Perkembangan Mikrospora Uji Media Dasar Perlakuan Suhu Inkubasi Kultur Uji Sumber Karbon Uji Perlakuan Kombinasi Pengamatan dan Analisa Statistika HASIL Hubungan Morfologi Kuncup Bunga dengan Perkembangan Mikrospora Pengaruh Fase Perkembangan Mikrospora Pengaruh Media Dasar Perlakuan Suhu Inkubasi Kultur Pengaruh Sumber Karbon Pengaruh Perlakuan Kombinasi PEMBAHASAN SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Saran... 29

13 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... 34

14 DAFTAR TABEL Halaman 1 Hubungan rasio panjang braktea terhadap panjang kuncup bunga kedelai dengan fase perkembangan mikrospora... 14

15 DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Tahapan penelitian kultur antera kedelai pada sistem media dua lapis Penentuan rasio panjang braktea (B) terhadap panjang kuncup (K) pada kuncup bunga kedelai Fase perkembangan mikrospora kedelai Pengaruh fase perkembangan mikrospora terhadap pembelahan sporofitik di dalam media NN pada varietas Wilis (A), Sindoro (B), Slamet (C) Pengaruh media dasar terhadap pembelahan sporofitik mikrospora pada varietas Slamet (A), Sindoro (B), Wilis (C) selama 4 minggu Pengaruh suhu inkubasi pada minggu pertama kultur terhadap pembelahan sporofitik mikrospora di media dasar NN pada varietas Wilis Pengaruh sumber karbon terhadap pembelahan sporofitik mikrospora kedelai pada varietas Sindoro (A), Slamet (B), Wilis (C) Pengaruh perlakuan kombinasi terhadap pembelahan sporofitik mikrospora pada varietas Wilis Mikrospora varietas Wilis yang telah mencapai multiseluler dengan 12 inti (atas) dan baru 3 inti (bawah) pada umur 2 minggu setelah kultur... 23

16 DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Komposisi media dasar NN (Nitsch & Nitsch 1969), MS (Murashige & Skoog 1962), SL2 (Phillips & Collins 1980), B5 (Gamborg 1968) Pengaruh fase perkembangan mikrospora berdasarkan rasio panjang braktera terhadap panjang kuncup terhadap perkembangan mikrospora dalam kultur antera pada sistem media dua lapis untuk varietas Wilis dalam media NN Pengaruh fase perkembangan mikrospora berdasarkan rasio panjang braktera terhadap panjang kuncup terhadap perkembangan mikrospora dalam kultur antera pada sistem media dua lapis untuk varietas Sindoro dalam media NN Pengaruh fase perkembangan mikrospora berdasarkan rasio panjang braktera terhadap panjang kuncup terhadap perkembangan mikrospora dalam kultur antera pada sistem media dua lapis untuk varietas Slamet dalam media NN Pengaruh media dasar terhadap perkembangan mikrospora dalam kultur antera pada sistem media dua lapis untuk varietas Slamet Pengaruh media dasar terhadap perkembangan mikrospora dalam kultur antera pada sistem media dua lapis untuk varietas Sindoro Pengaruh media dasar terhadap perkembangan mikrospora dalam kultur antera pada sistem media dua lapis untuk varietas Wilis Pengaruh perlakuan suhu inkubasi pada minggu pertama kultur terhadap perkembangan mikrospora dalam kultur antera pada sistem media dua lapis untuk varietas Wilis Pengaruh perlakuan suhu inkubasi pada minggu pertama kultur terhadap perkembangan mikrospora dalam kultur antera pada sistem media dua lapis untuk varietas Sindoro Pengaruh perlakuan suhu inkubasi pada minggu pertama kultur terhadap perkembangan mikrospora dalam kultur antera pada sistem media dua lapis untuk varietas Slamet... 44

17 11 Pengaruh sumber karbon terhadap perkembangan mikrospora dalam kultur antera pada sistem media dua lapis untuk varietas Sindoro Pengaruh sumber karbon terhadap perkembangan mikrospora dalam kultur antera pada sistem media dua lapis untuk varietas Slamet Pengaruh sumber karbon terhadap perkembangan mikrospora dalam kultur antera pada sistem media dua lapis untuk varietas Wilis Pengaruh perlakuan kombinasi fase perkembangan mikrospora, media dasar NN, suhu inkubasi kultur, dan sumber karbon terhadap perkembangan mikrospora dalam kultur antera pada sistem media dua lapis untuk varietas Wilis... 48