KARAKTERISTIK DAN UPAYA KRIOPRESERVASI SEMEN DALAM RANGKA PENINGKATAN PRODUKSI BENIH LELE DUMBO (Clarias gariepinus Burchell 1822) L U T F I SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Karakteristik dan Upaya Kriopreservasi Semen dalam Rangka Peningkatan Produksi Benih Lele Dumbo (Clarias gariepinus Burchell 1822) adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. 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, Agustus 2009 Lutfi Mathar B352070011
ABSTRACT L U T F I. Characteristics and Cryopreservation of African Catfish (Clarias gariepinus Burchell 1822) Semen to Enhance Seed Production. Under Supervision of BAMBANG PURWANTARA and R. IIS ARIFIANTINI. The effects of four different extenders and four concentrations of Dimethyl sulfoxide (DMSO) (5%, 10%, 15% and 20%) on the percentage of sperm motility of African Catfish were evaluated after short-term storage. This experiment consisted of three parts. Experiment I consisted of study on physical and reproductive characteristics including the quality of spermatozoa. Experiment II consisted of study on the cryopreservation of semen includes the effect of 16 combination extender in several phases, i.e.: extenders preparation, extender mixing according to the DMSO treatment, packaging in the straw 0.3 ml, equilibration of semen in the refrigerator at a temperature of 4 o C for 30 minutes, freezing semen in liquid nitrogen and the semen storage in liquid nitrogen container for further analysis. Experiment III includes fertilization rate of 4 best extenders resulted from the Experiment II. Results showed that the body and gonad weights of African Catfish were 1.6±0.3 kg and 8.5±3.2 g, respectively. The semen volume were 2.8±1.5 ml, ph approximately 8.0, semen color was milk white with high viscosity. The mean of sperm concentration was 10582.8±5352.7 x 10 6 spermatozoa/ml. The percentage of sperm motility of fresh semen was 74.1±4.9. Following thawing, the highest motility demonstrated by extender consisted of NaCl, KCl, CaCl 2 and NaHCO 3 (P 1 ) with 15% DMSO concentration (D 15 ) (45.7±4.3%) and the lowest percentage demonstrated by extender consisted of NaCl, NaHCO 3 and glucose (P 2 ) with 20% DMSO concentration (D 20 ) (14.5±13.2). The best extender in this experiment was the one consisted of NaCl, KCl, CaCl 2 and NaHCO 3. The best DMSO concentration was 15%. The best interaction between extender and DMSO concentration in this experiment was the treatment consisted of NaCl, KCl, CaCl 2 and NaHCO 3 (P 1 D 15 ) with 15% DMSO concentration. For ferilization rate only 4 combination were tested i.e. P 1 D 15, P 3 D 15, P 1 D 10 and P 1 D 20. Results of the experiment showed there was significant differences (P<0.05) between P 1 D 15 and P 1 D 20. However there were no significant differences (P>0.05) between P 1 D 15, P 3 D 15 and P 1 D 10, as well as between P 3 D 15, P 1 D 10 and P 1 D 20. In conclusion, sperm cryopreservation can be done by using the extender consisted of NaCl, KCl, CaCl 2 and NaHCO 3 with 15% DMSO concentration. Key Words: C. gariepinus, semen characteristics, cryopreservation, extenders, DMSO, fertilization rate.
RINGKASAN LUTFI. Karakteristik dan upaya Kriopreservasi Semen dalam Rangka Peningkatan Produksi Benih Lele Dumbo (Clarias gariepinus Burchell 1822). Dibimbing oleh BAMBANG PURWANTARA dan R. IIS ARIFIANTINI. Lele dumbo (Clarias gariepinus Burchell 1822) merupakan jenis ikan air tawar dengan bentuk tubuh memanjang dan kulit licin. Lele dumbo merupakan ikan konsumsi air tawar yang memiliki daging cukup lezat, mudah dicerna dan memiliki gizi tinggi. Selain itu, lele dumbo memiliki nilai ekonomis pada lapisan masyarakat Indonesia. Hal ini mengakibatkan permintaan benih semakin meningkat dari tahun ke tahun. Kegiatan pemijahan lele dumbo secara alamiah masih menghadapi kendala seperti musim pemijahan hanya awal musim penghujan. Fertilisasi buatan dapat dilakukan, tetapi pada lele dumbo jantan koleksi semen tidak dapat dilakukan teknik stripping, sehingga harus mengorbankan induk lele dumbo jantan. Padahal jumlah semen yang diperoleh melebihi kapasitas pembuahan sel telur, oleh karena itu, dibutuhkan teknik kriopreservasi untuk pengawetan bibit semen agar digunakan dalam jangka waktu lama. Penggunaan berbagai bahan pengencer untuk kriopreservasi semen ikan telah banyak dilaporkan demikian pula penggunaan DMSO sebagai krioprotektan. Namun jenis pengencer maupun konsentrasi krioprotektan yang digunakan masih bervariasi. Oleh kerena itu, perlu dilakukan penelitian untuk mencari satu jenis pengencer terbaik dan menentukan konsentrasi DMSO yang tepat dalam berbagai pengencer serta menguji fertilitas spermatozoa hasil kriopreservasi semen lele dumbo. Materi penelitian ini adalah induk jantan lele dumbo sebanyak 20 ekor bobot tubuh 1.0-2.0 kg/ekor dan 5 ekor induk betina untuk uji fertilitas bobot 1.0-1.5 kg/ekor. Metode yang dilakukan meliputi tiga tahapan. Pertama melakukan persiapan induk jantan dan betina yang matang gonad, induk jantan dikoleksi semennya dengan pembedahan yang diamati karakteristik makroskopis (volume, warna, ph dan konsistensi semen) dan mikroskopis (persentase motilitas spermatozoa progresif subyektif kuantitatif), scoring individu (1-5) dan konsentrasi spermatozoa per-ml dihitung pada kamar hitung neubauer dengan pengencer formolsaline (1:500). Kedua, melakukan kriopreservasi semen lele dumbo yang terlebih dahulu melakukan persiapan bahan pengencer, pencampuran bahan pengencer dengan DMSO sesuai masing-masing perlakuan, spermatozoa diencerkan sesuai perlakuan dengan konsentrasi 400 x 10 6 spermatozoa/ml dikemas dalam straw (0.3 ml), straw diequilibrasi dalam lemari pendingin suhu 4 o C selama 30 menit, pembekuan straw diatas permukaan nitrogen cair jarak 6.5 cm selama 10 menit dan semen beku disimpan dalam kontainer nitrogen cair suhu -196 o C untuk evaluasi lebih lanjut. Ketiga, uji fertilitas menggunakan 5 ekor induk betina matang gonad. Telur di-stripping dan dievaluasi secara visual dan hanya telur berkualitas baik yang digunakan. Jumlah telur dihitung dengan sampling menggunakan takaran sendok koktail kecil dihitung jumlahnya, fertilisasi dengan teknik kering. Setiap takaran telur dicampurkan satu straw semen beku yang telah di-thawing. Selanjutnya diinkubasi pada suhu media 25-29 o C. Keberhasilan fertilisasi diamati 12 jam kemudian, dengan menghitung
jumlah telur terbuahi. Dimana telur fertil berwarna bening dan masih melekat pada wadah penetasan, sedangkan tidak fertil berwarna biru karena menyerap warna dari methylene blue sebagai disinfektan. Persentase fertilitas dihitung dari jumlah telur terfertilisasi dibagi jumlah telur digunakan dikali 100%. Rancangan yang digunakan faktorial RAK dua faktorial dengan pola faktorial (4 jenis pengencer dan 4 konsentrasi DMSO) dengan ulangan 7 kali. Data dianalisis sidik ragam (ANOVA) SPSS for windows (Ver.10) jika ada perbedaan diuji Duncan. Dari 20 ekor induk jantan yang dipersiapkan hanya 11 ekor layak digunakan dalam penelitian. Berdasarkan hasil pengamatan pada lele dumbo jantan sangat bervariasi dengan berat badan 1.6±0.3 kg. Lele dumbo jantan memiliki bentuk gonad berlekuk-lekuk berat 8.5±3.2 g. Ada kecenderungan gonad sebelah kiri (4.8±2.0 g) lebih besar dibanding gonad sebelah kanan (3.7±1.2 g). Evaluasi semen secara makroskopik berasal dari 11 ekor lele dumbo jantan sebagai sumber semen menunjukkan volume 2.8±1.5 ml dengan ph 8.0, warna putih susu, konsistensi kental. Volume yang bervariasi antara individu tidak bergantung dari besar kecilnya ikan uji. Kualitas semen lele dombo secara makroskopis jarang dilaporkan, sehingga sulit dibandingkan laporan peneliti lainnya. Pengamatan konsentrasi spermatozoa adalah 10582.8±5352.7 x10 6 spermatozoa/ml. Motilitas spermatozoa cukup tinggi yaitu 74.1±4.9% dan scoring individu antara 4-5 yang berarti cukup baik. Morfologi spermatozoa lele dumbo berbeda dengan spermatozoa mamalia. Bentuk kepala lebih bulat, ekor tipis dan panjang. Panjang total dari kepala sampai ujung ekor ±55 μm. Tanpa memperhitungkan konsentrasi DMSO, dari keempat pengencer yang digunakan pengencer P 1 (37.2±5.6%) menunjukkan motilitas yang secara nyata (P<0.05) lebih tinggi dibandingkan dengan ketiga pengencer lainnya. Pengencer terbaik berikutnya adalah P 4 (28.7±10.1%) dan P 3 (27.6±7.3%) dan tidak ada perbedaan yang nyata diantara keduanya. Motilitas P 2 menunjukkan paling rendah yaitu 18.5±11.4%. Perbedaan kualitas tersebut kemungkinan disebabkan komposisi kimia pada pengencer P 1 yang lebih lengkap terkandung NaCl, KCl, CaCl 2 dan NaHCO 3. Selain itu hasil pengukuran tekanan osmotik dari pengencer P 1 adalah 0.174 Osmol/kg dan ternyata hampir sama dengan tekanan osmotik semen segar lele dumbo sebesar 0.170 Osmol/kg. Tiga pengencer lainnya menunjukkan tekanan osmotik lebih tinggi yaitu P 4 (0.272 Osmol/kg) dan P 3 (0.323 Osmol/kg), sedangkan P 2 menunjukkan tekanan osmotik tertinggi (0.375 Osmol/kg). Tanpa memperhitungkan jenis pengencer yang digunakan, konsentrasi DMSO 15% (33.6±7.0) menunjukkan persentase motilitas signifikan (P<0.05) lebih tinggi dibandingkan ketiga konsentrasi DMSO lainnya. Konsentrasi DMSO 10% dan 20% menunjukkan persentase motilitas terbaik kedua dengan persentase motilitas masing-masing adalah 28.6±8.4% dan 26.4±10.1%, tidak ada perbedaan yang nyata diantara keduanya. Dosis DMSO 5% menunjukkan motilitas spermatozoa yang paling rendah yaitu 23.3±8.9%. Konsentrasi DMSO 15% paling baik dibandingkan dengan konsentrasi lainnya. Hal ini kemungkinan konsentrasi tersebut yang paling baik dalam melindungi spermatozoa selama pembekuan. Konsentrasi DMSO 20% kemungkinan terlalu tinggi sehingga menyebabkan terjadinya toksisitas. Sebaliknya konsentrasi 5% dan 10% kemungkinan terlalu rendah sehingga tidak terlalu optimal dalam melindungi spermatozoa pada saat pembekuan. Berdasarkan hasil pengamatan terhadap interaksi antara pengencer dengan konsentrasi DMSO diperoleh motilitas
spermatozoa semen beku lele dumbo tertinggi pada perlakuan P 1 D 15 (45.7±4.3%) dan motilitas terendah diperoleh pada perlakuan P 2 D 20 (14.5±13.2%). Berdasarkan uji statistik terlihat interaksi antara pengencer dengan konsentrasi memberikan pengaruh nyata (P<0.05) terhadap motilitas spermatozoa lele dumbo. Hal ini disebabkan jenis pengencer yang digunakan memiliki komposisi bahan yang berbeda antar pengencer lainnya dan demikian pula untuk konsentrasi yang digunakan berbeda antara perlakuan. Hasil analisis tekanan osmotik semua jenis pengencer terlihat pengencer P 1 D 15 (45.7±4.3%) yang mengandung NaCl, KCl, CaCl 2 dan NaHCO 3 dengan kombinasi DMSO 15% tekanan osmotik 2.668 Osmol/kg seimbang diantara pengencer lainnya. Pengencer terbaik kedua P 1 D 10 (37.4±4.8%) tekanan osmotik 1.602 Osmol/kg, pengencer terbaik ketiga P 3 D 15 (34.5±5.3%) tekanan osmotik 3.524 Osmol/kg dan pengencer terbaik keempat P 1 D 20 (34.1±6.4%) tekanan osmotik 2.901 Osmol/kg. Sementara itu P 2 D 20 dan P 4 D 15 mempunyai tekanan osmotik masing-masing 2.949 Osmol/kg dan 2.961 Osmol/kg yang hampir sama dengan P 1 D 15 dan P 1 D 20 tetapi mempunyai motilitas spermatozoa setelah thawing yang rendah (14.5±13.25 dan 33.8±8.8%). Berdasarkan hasil tersebut pada pembekuan spermatozoa lele dumbo, tekanan osmotik bukan faktor utama. Faktor yang menentukan keberhasilan pembekuan spermatozoa lele dumbo lebih kepada komposisi bahan kimia yang terkandung dalam masing-masing bahan pengencer yang digunakan. Hasil pengamatan uji fertilitas, terdapat perbedaan nyata (P<0.05) antara tingkat fertilisasi dari pengencer P 1 D 15 (64.8±3.7%) dengan P 1 D 20 (60.7±2.2%), tetapi tidak ada perbedaan nyata (P>0.05) antara P 1 D 15 (64.8±3.7%), P 3 D 15 (62.9±5.0%) dan P 1 D 10 (61.9±3.0%). Demikian pula tidak ada perbedaan nyata (P>0.05) terhadap tingkat fertilisasi antara P 3 D 15 (62.9±5.0%), P 1 D 10 (61.9±3.0%), dan P 1 D 20 (60.7±2.2%). Hasil tersebut terlihat keempat jenis pengencer yang diujikan bisa digunakan untuk kegiatan fertilisasi sel telur, namun sebaiknya menggunakan jenis pengencer P 1 D 15 mengandung NaCl, KCl, CaCl 2 dan NaHCO 3 dengan kombinasi konsentrasi DMSO 15% yang menunjukkan fertilitas sel telur lele dumbo 64.8±3.7%. Dari hasil ini diperlukan penelitian lanjutan mengenai pemeliharaan kualitas benih lele dumbo dari hasil pembekuan semen, guna keberhasilan peningkatan produksi benih lele dumbo. Kata kunci: C.gariepinus, karakteristik semen, kriopreservasi, pengencer, DMSO, tingkat fertilisasi.
Hak Cipta milik IPB, tahun 2009 Hak Cipta dilindungi 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
KARAKTERISTIK DAN UPAYA KRIOPRESERVASI SEMEN DALAM RANGKA PENINGKATAN PRODUKSI BENIH LELE DUMBO (Clarias gariepinus Burchell 1822) LUTFI Tesis Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Mayor Biologi Reproduksi SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009
Judul Tesis : Karakteristik dan Upaya Kriopreservasi Semen dalam Rangka Peningkatan Produksi Benih Lele Dumbo (Clarias gariepinus Burchell 1822) Nama : Lutfi NRP : B352070011 Disetujui Komisi Pembimbing Dr. Drh. Bambang Purwantara, M.Sc. Ketua Dr. Dra. R. Iis Arifiantini, M.Si. Anggota Diketahui Koordinator Mayor Biologi Reproduksi Dekan Sekolah Pascasarjana Dr. Drh. Iman Supriatna Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S. Tanggal Ujian : 10 Agustus 2009 Tanggal Lulus :
PRAKATA Puji dan syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kepada Allah SWT dan Nabi Muhammad SAW atas segala karunia-nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian dilaksanakan sejak bulan November 2008 sampai dengan Juni 2009 ini ialah karakteristik dan upaya kriopreservasi semen dalam rangka peningkatan produksi benih lele dumbo (Clarias gariepinus Burchell 1822). Terima kasih penulis sampaikan kepada Bapak Dr. Drh. Bambang Purwantara, M.Sc. selaku ketua komisi pembimbing dan Ibu Dr. Dra. R. Iis Arifiantini, M.Si. selaku anggota komisi pembimbing yang telah memberikan bimbingan yang terbaik demi terwujudnya karya ilmiah ini, dan kepada Ibu Dr. Ir. Yunizar Ernawati, MS. selaku penguji luar komisi yang telah memberikan banyak masukan yang berguna untuk perbaikan karya ilmiah ini. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada kedua orang tua kami Ayahanda H. M. Amin Mathar dan Ibunda Hj. Nadiman Balfas, kedua mertua kami Ayahanda H. Abubakar Makarumpa dan Ibunda Hj. Bunga Matahari, Istri tercinta Hermawaty Abubakar, S.Si. dan anakku yang tercinta Moch. Rifat Badrani Mathar (Mori) dan Moch. Razan Badrani Mathar (Mora), serta seluruh saudara dan sahabat atas segala doa dan kasih sayangnya. Penulis menyadari bahwa karya ilmiah ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu kritik dan saran sangat diharapkan. Penulis berharap semoga karya ilmiah ini dapat memberikan manfaat bagi perkembangan ilmu pembenihan ikan pada umumnya dan kriopreservasi ikan pada khususnya. Bogor, Agustus 2009 Lutfi Mathar