ANDROGENESIS: UPAYA TEROBOSAN UNTUK PENYEDIAAN TANAMAN HAPLOID ATAU HAPLOID GANDA PADA ANTHURIUM BUDI WINARTO

Transkripsi

1 ANDROGENESIS: UPAYA TEROBOSAN UNTUK PENYEDIAAN TANAMAN HAPLOID ATAU HAPLOID GANDA PADA ANTHURIUM BUDI WINARTO SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009

2 PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi Androgenesis: Upaya Terobosan untuk Penyediaan Tanaman Haploid atau Haploid Ganda pada Anturium adalah karya saya dengan arahan dari 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 Pusaka di bagian akhir disertasi ini Bogor, September 2009 Budi Winarto NRP A

3 Hak Cipta milik IPB tahun 2009 Hak Cipta dilindungi oleh Undang-Undang Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh Karya tulis dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB

4 ABSTRACT BUDI WINARTO. Androgenesis: A Breakthrough Effort for Preparing Haploid or Double-haploid Plants in Anthurium. Under supervisory committee of NURHAYATI A. MATTJIK, AGUS PURWITO and BUDI MARWOTO. Androgenesis via anther or microspore culture is one of important technological breakthrough in producing plant homozygous lines. Conventionally, producing the plants is laborious and time consuming. More or less 219 haploid technology protocols for 33 species were established. Ninety percent (90%) of them was established via anther culture and 8% through microspore culture. Anthuriums are bisexual and protogynous, with the spadix first producing a female phase followed by, after about a month, a male phase. This prevents and reduces selfpollination frequency of the flowers and causes cross-pollination in high frequency for the plants. Therefore establishment of anther culture method for producing the homozygous lines in Anthurium is important tool in strengthening Anthurium agribusiness in Indonesia in accordance with producing high qualified new hybrids and seeds. The aim of the study was to establish anther or microspore culture for producing haploid or double haploid plants. Spadix of Anthurium andreanum Linden ex André c.v. Tropical, callus, shoot, root and acclimatized plants derived from the method were utilized in the study. The study involves plant donor selection, explant donor evaluation, study of callus formation, regeneration of callus, plantlet preparation and chromosome doubling, and evaluation of regenerants derived from anther culture of Anthurium. Factorial experiments were arranged by completely randomized design (CRD) and randomized complete block design (RCBD) with four replications. Regression and correlation analysis were also applied in a part of the study. Results of the study showed that MWR-3 optimized by increasing sucrose concentration from 30 to 60 g/l and supplemented with 30 g/l glucose was the most suitable basic medium in callus formation. Half-anther cultured in adaxial-side down position without treatment was the most appropriate isolation technique in anther culture of anthurium. Callus produced in anther was originated from anther wall cells. MWR supplemented with 1.0 mg/l 2,4-D and 0.5 mg/l TDZ was the appropriate medium for callus regeneration. High shoot regeneration for slow growth and haploid callus was established in MRM-6. Highqualified plantlets were etablished on MP-7 and MPH-1. Root tip and root cultured in medium containing 1% activated carchoal were suitable explant and root type for in vitro chromosome staining. Ploidy ratio of regenerants derived from anther culture of anthurium was about % haploid, % diploid, and % triploid. Colchicine of 0.05% for 10 days of application time was the most appropriate combination treatment in chromosome doubling of anthurium. Plants derived from the anther culture had morphological variations with varied-characters. Some of them had potential to be developed. Androgenesis via anther culture and double haploid plants for anthurium were successfully established in the study. The system was also successfully applied to produce double haploid plants on other anthurium cultivars such as A. andreanum cv. Carnaval, Casino, Laguna and local anthuriums Keywords: Anther and microspore culture, medium of Winarto (MW-1) and Rachmawati-3 (MWR-3), explant ploidy, Anthurium.

5 RINGKASAN BUDI WINARTO. Androgenesis: Upaya Terobosan untuk Penyediaan Tanaman Haploid atau Haploid Ganda pada Anturium. Dibimbing oleh NURHAYATI A. MATTJIK, AGUS PURWITO dan BUDI MARWOTO. Androgenesis melalui kultur antera atau mikrospora merupakan salah satu terobosan teknologi penting dalam produksi tanaman haploid atau haploid ganda. Tanaman tersebut merupakan sumber genetik penting dalam produksi hibrida unggul baru dan biji berkualitas melalui program pemuliaan dan perbenihan yang terkontrol. Produksi tanaman tersebut melalui pemuliaan konvensional memerlukan banyak tenaga dan waktu. Sampai saat ini lebih kurang 219 protokol produksi tanaman haploid ganda, terkait dengan 33 species dan hibrida interspesifik pada serealia, sayuran, buah-buahan dan tanaman hias berhasil dikembangkan. Sembilan puluh persen (90%) dihasilkan melalui kultur antera dan delapan (8%) melalui kultur mikrospora. Anturium merupakan tanaman biseksual dan protoginous, dimana fase betina masak lebih kurang satu bulan lebih awal dibanding fase jantannya. Kondisi ini menjadi pembatas terjadinya penyerbukan sendiri, sehingga penyerbukan silang memiliki frekuensi yang tinggi dibanding penyerbukan sendiri. Anturium merupakan salah satu tanaman hias penting di Indonesia. Potensi agribisnis anturium cukup besar, namun belum tergarap dengan baik. Bertolak dari kenyataan tersebut, keberhasilan pengembangan androgenesis melalui kultur antera atau mikropora anturium yang dilakukan pada penelitian ini diharapankan mampu menjadi roda penggerak agribisnis anturium di Indonesia. Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan kultur antera atau mikrospora yang efektif sebagai penyedia tanaman haploid atau haploid ganda pada anturium. Penelitian ini diawali dengan studi tahap perkembangan mikrospora, seleksi tanaman donor, dan seleksi donor eksplan yang sesuai untuk androgenesis anturium. Dari studi awal diketahui bahwa Anturium andreanum Linden ex André kultivar Tropical, antera yang diisolasi dari daerah transisi spadik merupakan tanaman donor dan donor eksplan yang sesuai untuk androgenesis anturium. Beberapa hal penting yang dilakukan untuk mencapai tujuan penelitian adalah melakukan studi pembentukan kalus, regenerasi kalus, penyiapan plantlet dan penggandaan kromosom, dan evaluasi regeneran hasil kultur antera anturium. Bahan penelitian yang digunakan adalah spadik A. andreanum kultivar Tropical, kalus, tunas, akar, plantlet dan tanaman haploid, dan media terseleksi. Penelitian ini meliputi studi pembentukan kalus, regenerasi kalus, penyiapan plantlet dan penggandaan kromosom, dan evaluasi regeneran hasil kultur antera anturium. Pada studi pembentukan kalus, beberapa formula media dasar (MW-1, MW-2, MW- 3) dan optimasinya (MWR-1, MWR-2, dan MWR-3), teknik isolasi dan optimasinya diuji kemampuannya dalam menginduksi pembentukan kalus. Studi histologi juga dilakukan untuk mengetahui asal sel yang membentuk kalus pada kultur antera anturium. Pada studi regenerasi kalus, beberapa media dasar terseleksi (MW-1 dan MWR-3) dan konsentrasi NH 4 NO 3, variasi konsentrasi 2,4-D dan TDZ, glutamin dan serin, sukrosa dan glukosa diaplikasikan pada media terseleksi untuk meningkatkan kemampuan media dalam menginduksi pembentukan tunas. Pada tahap ini, optimasi regenerasi kalus tumbuh lambat dan haploid juga dilakukan. Pada studi penyiaapan plantlet dan penggandaan kromosom, beberapa media pengakaran diuji kemampuannya dalam menginduksi pembentukan akar. Variasi konsentrasi kolkisin dan waktu aplikasinya juga dipelajari untuk mendapatkan konsentrasi dan waktu aplikasi kolkisin yang optimal untuk penggandaan kromosom. Pada evaluasi

6 sitologi, dilakukan seleksi eksplan, metode pewarnaan kromosom, penghitungan jumlah kromosom untuk menetahui rasio ploidi eksplan baik in vitro maupun ex vitro. Sedangkan pada evaluasi fenotipe, UPOV TG-86 yang telah diadaptasikan untuk kondisi Indonesia digunakan untuk karakterisasi dan mengetahui keragaman tanaman hasil kultur antera anturium. Peubah yang diamati dalam studi ini ialah (1) persentase tumbuh antera (PTA, %), (2) persentase antera membentuk kalus (PAMK, %), (3) jumlah antera membentuk kalus (JK), (4) volume kalus (mm 3 ), (5) skoring jumlah bakal tunas, (SJBT) s/d ++++, dimana tidak ada bakal tunas yang teramati, + terdapat 1-5 bakal tunas, ++ terdapat 6-10 bakal tunas, +++ terdapat bakal tunas, dan ++++ terdapat lebih dari 20 bakal tunas per eksplan yang diamati, (6) jumlah tunas (JT), (7) jumlah akar (JA), (8) persentase kematian (%), (9) variasi ploidi tanaman, (10) persentase tanaman haploid ganda (PTHG, %), (11) persentase keberhasilan penggandaan kromosom (PKK, %). Percobaan faktorial dan percobaan faktor tunggal disusun menggunakan rancangan acak lengkap (RAL) atau kelompok (RAK) dengan empat ulangan digunakan pada beberapa percobaan yang dilakukan dalam penelitian ini. Analisis regresi dan korelasi juga diaplikasikan pada sebagian percobaan. Dari studi pembentukan kalus diketahui bahwa MW-1 dan MWR-3 merupakan media yang paling sesuai untuk kultur antera anturium dengan respon pembentukan kalus terbaik. Setengah antera tanpa diberi perlakuan (TI-1) yang dikultur pada posisi terlentang dan phytagel (3.0 g/l) merupakan teknik isolasi dan jenis agar yang sesuai untuk kultur antera ini. MWR-3 dengan 60 g/l sukrosa dan 30 g/l glukosa merupakan medium perbaikan terbaik dalam meningkatkan pembentukan kalus dengan potensi antera tumbuh mencapai 92%, 67% antera yang membentuk kalus dan 4.0 jumlah rata-rata antera membentuk kalus per perlakuan. Pada studi histologi, kalus yang terbentuk pada kultur antera berasal dari sel-sel dinding antera. Pada studi regenerasi kalus, kombinasi 1.0 mg/l 2,4-D dengan 0.5 mg/l TDZ pada MWR-3 merupakan kombinasi terbaik untuk regenerasi kalus dan menghasilkan 5.3 tunas per eksplan. Hasil yang hampir sama ditunjukkan oleh setengah kekuatan MW-1 dengan NH 4 NO mg/l meningkatkan pertumbuhan kalus tertinggi (205 mm 3 ) dengan jumlah tunas terbanyak, yaitu: 5.2 tunas per eksplan. Sementara MRM-6 (MW-1 yang mengandung 0.5 mg/l 2,4-D, 1.0 mg/l TDZ, 10.0 mg/l BAP, 0.02 mg/l NAA, dan 20 g/l sukrosa) merupakan medium regenerasi tunas terbaik untuk kalus tumbuh lambat dan tanaman haploid dengan pembentukan tunas yang tertinggi mencapai 4.8 tunas per ekaplan. Pada studi penyiapan plantlet, MP-7 + 1% arang aktif merupakan medium induksi pembentukan jumlah dan kualitas akar terbaik dengan 4.5 akar per tunas dan 83% nya ialah akar yang sesuai untuk uji kromosom. Sedangkan MPH-1 (MS mg/l BAP dan 0.02 mg/l NAA) merupakan medium pengakaran yang sesuai untuk induksi pembentukan akar pada tunas haploid dengan 2.5 akar per tunas. Pada penggandaan kromosom, aplikasi 0.05% kolkisin selama 10 hari merupakan perlakuan yang sesuai untuk mendapatkan tanaman haploid ganda dengan persentase yang tinggi mencapai 76.5%. Pada evaluasi regeneran hasil kultur antera anturium diketahui bahwa ujung akar dan akar yang ditumbuhkan pada medium yang mengandung 1% arang aktif merupakan jenis eksplan dan akar yang sesuai untuk evaluasi sitologi. Rasio ploidi regeneran hasil kultur antera anturium adalah % adalah haploid, % diploid, dan % triploid. Metode penghitungan jumlah kloroplas pada sel pelindung stomata dan jumlah mikrospora dalam antera merupakan metode penentuan level ploidi tak langsung terbaik dengan tingkat kepercayaan 94.5% dan 81.3%. Keragaman morfologi dan variasi karakter juga diamati pada tanaman hasil regenerasi anturium. Penampilan dan karakter

7 menarik yang ditemukan pada sampel 258, 324, 239 (haploid) dan 16 yang memiliki potensi untuk pengembangan pemuliaan anturium. Tanaman dengan warna spate putih merupakan tanaman dominan hasil kultur antera anturium. Androgenesis melalui kultur antera berhasil dikembangkan pada anturium. Metode juga telah diaplikasikan untuk memproduksi tanaman haploid ganda pada kultivar anturium lain seperti A andreanum kultivar Carnaval, Casino, Laguna dan anturium lokal. Kata-kata kunci: Kultur antera dan mikospora anturium, medium Winarto-1 (MW- 1), medium Winarto dan Rachmawati-3 (MWR-3), ploidisasi eksplan, dan anturium.

8 ANDROGENESIS: UPAYA TEROBOSAN UNTUK PENYEDIAAN TANAMAN HAPLOID ATAU HAPLOID GANDA PADA ANTURIUM BUDI WINARTO Disertasi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada Program Studi Agronomi Departemen Agronomi dan Hortikultura SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009

9 Penguji pada Ujian Tertutup : Dr. Irawati Dr. Ir. Ni Made Armini Wiendi Penguji pada Ujian Terbuka : Dr. Ir. Ika Mariska, MS, APU Dr. Ir. Nurul Khumaida, MS

10 Judul Disertasi : Androgenesis: Upaya Terobosan untuk Penyediaan Tanaman Haploid atau Haploid Ganda pada Anthurium Nama : Budi Winarto NRP : A Disetujui Komisi Pembimbing Prof. Dr. Ir. Nurhayati A. Mattjik, MS Ketua Dr. Ir. Agus Purwito, MSc Anggota Dr. Ir. Budi Marwoto, MS, APU Anggota Mengetahui Ketua Program Studi Agronomi Dekan Sekolah Pasca Sarjana Dr. Ir. Munif Ghulamahdi, MS Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, MS Tanggal Ujian:... Tanggal Lulus:...