LAPORAN PENELITIAN HIBAH PENELITIAN STRATEGIS NASIONAL TAHUN ANGGARAN 2009 Rekayasa Varietas Unggul Kedelai [Glycine max (L.) Merr.] dengan Pendekatan Fisiologi Molekuler Tim Peneliti: Prof. Dr. Syukur Makmur Sitompul Prof. Dr. Ir. Nur Basuki Dr. Ir. Estri Laras Arumingtyas, MScSt Dibiayai Oleh Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan Nasional, Sesuai Dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan Hibah Penelitian Strategis Nasional, Nomor : 0174.0/023-04.2/XV/2009, tanggal 31 Desember 2008 dan berdasarkan SK Rektor Nomor : 160/SK/2009, tanggal 7 Mei 2009. UNIVERSITAS BRAWIJAYA NOPEMBER 2009
RINGKASAN Kedelai [Glycine max (L.) Merr.] merupakan salah satu jenis tanaman polong-polongan sebagai komoditas pangan penghasil protein nabati yang sangat penting, baik karena kandungan gizinya, aman dikonsumsi maupun harganya yang relatif murah dibandingkan dengan sumber protein hewani. Namun hingga saat ini produksi nasional kedelai belum mampu memenuhi semua kebutuhan dalam negeri sehingga kekurangannya masih harus diimpor. Pada tahun 2007 kebutuhan kedelai ditaksir mencapai 2 juta ton yang dipenuhi sebagian besar (1,36 juta ton) dari impor. Pada tahun 2015 dan 2020, kebutuhan kedelai ditaksir secara berurutan akan mencapai 2,7 dan 3,0 juta ton (Swastika et al., 2005). Pendekatan fisiologi molekuler adalah suatu alternatif dari pendekatan konvensional dalam peningkatan produktivitas kedelai dengan pengembangan varietas unggul. Pendekatan ini berhubungan dengan optimasi fungsi dan proses tanaman (kinerja tanaman) dari mulai tingkat organ hingga molekuler yang menentukan hasil. Ini dapat dilakukan dengan rekayasa fisiologi ideal dari sumber tanaman yang tersedia dalam suatu varietas. Penelitian ini bertujuan untuk (1) mendapatkan varietas unggul kedelai berdasarkan aktivitas rubisco yang tinggi dalam reduksi CO 2 dan aktivitas fotosistem yang tinggi dalam intersepsi cahaya fotosintesis serta pembentukan NADP(H) dan ATP, (2) mendapatkan varietas kedelai dengan tingkat transpirasi yang rendah dibandingkan dengan reduksi CO 2 sehingga dapat beradaptasi cukup tinggi pada kondisi kekurangan air, dan (3) mempelajari kharakter fisiologi pada tingkat molekuler yang dominan mengendalikan jumlah polong dan bobot biji dan pewarisannya dalam sistem hibridisasi. Sedangkan manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah dapat digunakan sebagai dasar penelitian lanjutan untuk mendapatkan varietas unggul kedelai dengan integrasi sifat ideal pada tingkat fisiologi dari varietas unggul yang tersedia sekarang ini dan digunakan sebagai sumber gen (induk). Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa (1) persilangan galur Brawijaya dengan varietas Argomulyo (Bramu) hingga generasi F3 dapat diperoleh genotipe yang mempunyai tingkat produktivitas dan laju fotosintesis lebih tinggi daripada varietas Wilis yang digunakan sebagai pembanding; (2) laju fotosintesis sebagai salah satu faktor yang menentukan produktivitas kedelai dan dapat digunakan untuk seleksi induk dan hasil hibridisasi; (3) persilangan secara resiprok dari galur Brawijaya, galur Bramu, varietas Argopuro dan varietas Anjasmoro dapat diperoleh genotipe yang mempunyai tingkat produktivitas tinggi, dicirikan jumlah polong banyak dan bobot biji tinggi, yaitu hasil persilangan varietas Argopuro dengan galur Brawijaya (ARxUB) serta (4) marka molekuler SSR dengan menggunakan pasangan primer ATT (21), AT (14) dan AT (24) dapat digunakan untuk mengidentifikasi profil DNA tetua dan hasil
hibridisasi serta membuktikan pewarisan DNA tetua untuk karakter tertentu pada keturunannya.
DAFTAR PUSTAKA Allen, L.H.Jr. and K.J. Boote. 2000. Crop Ecosystem Responses to Climatic Change: Soybean. In Climate Change and Global Productivity, K.R.Reddy and H.F. Hodges (eds.), CAB International. p. 133-160 Bambang Guritno dan Sitompul, S.M. 1993. Potensi produksi tanaman pangan di Jawa Timur. Pertemuan Teknis PPS se Jawa Timur. Batu, 26 s/d 28 Januari, Dinas Pertanian Tanaman Pangan Propinsi Daerah Tingkat I Jawa Timur. Boyer, J.S. 1970. Differing sensitivity of photosynthesis to low water potentials in corn and soybean. Plant Physiol. 46,236-239. BPS, 2008. Badan Pusat Statistik Indonesia Campbell, J.W., L.H.Jr. Allen, and G. Bowes. 1988. Effects of CO 2 concentration on rubisco activity, anount, and photosynthesis in soybean leaves. Plant Physiology, 88: 1310-1316 Cooper, R.I., N.R. Fausey and J.G. Streeter. 1991. Yield potential of soybean grown under a subirrigation/drainage water management system. Agron. J., 83:884-887 Evans, J.R. & I. Takesima. 1987. Effects of nitrogen nutrition on electron transport components and photosynthesis in spinach. Aust J. Plant Physiol., 14:59-68 Gardner, J.C., and T.L. Payne. 2003. A soybean biotechnology outlook. AgBioForum, 6(1&2), 1-3. Available on the World Wide Web: http://www.agbioforum.org. Garside, A.L., R.J. Lawn and D.E. Byth. 1992a. Irrigation management of soybean (Glycine max (L.) Merrill) in a semi-arid Tropical environment. I. Effect of Irrigation frequency on growth, development and yield. Aust. J. Agric. Res., 43: 1003-1027 Garside, A.L., R.J. Lawn, R.C. Muchow and D.E. Byth. 1992b. Irrigation management of soybean (Glycine max (L.) Merrill) in a semi-arid Tropical environment. II. Effect of Irrigation frequency on soil and plant water status and crop water use. Aust. J. Agric. Res., 43: 1019-1032 Garside, A.L., R.J. Lawn and D.E. Byth. 1992c. Irrigation management of soybean (Glycine max (L.) Merrill) in a semi-arid Tropical environment. III. Response to saturated soil culture. Aust. J. Agric. Res., 43:1033-1049 Long, S., Nelson, R.L., Ainsworth, L., Hollis, K., Mies, T., Morgan, P., Naidu, S., Ort, D.R., Webster, R., Zhu, X. 2002. Adapting soybean to current and future change in atmospheric composition. Do we need more than field selection under current conditions?. Cellular and molecular biology of soybean biennial Conference, Urbana, Illinois. p. 401. Sinclair, T.R. and T. Horie. 1989. Leaf nitrogen, Photosynthesis and Crop Radiation Use Efficiency: A Review. Crop Sci., 29: 90-98 Sitompul, S.M. dan Bambang Guritno., 1990. Evaluasi Potensi dan faktor pembatas produksi beberapa tanaman pangan di Nusa Tenggara Barat. Balai Penelitian Tanaman Pangan Malang. pp.8-17 Sitompul, S.M. dan Bambang Guritno. 1992. Evaluasi potensi dan faktor pembatas produksi tanaman pangan di Bali. Seminar hasil penelitian tanaman pangan di
Propinsi Bali. Denpasar, 25 November 1992, Kerja-sama Balai Penelitian Tanaman Pangan, Malang dengan Dinas Pertanian Tanaman Pangan Propinsi Daerah Tingkat I Bali. 14pp Specht, J.E., D.J. Hume and S.V. Kumudini. 1999. Soybean Yield Potential A Genetic and Physiological Perspective. Crop Sci 39:1560-1570 (1999) Sumarno, 1987. Soybean Breeding for Indonesian Cropping systems. Soybean Varietal Improvement. Proc. Intern. Workshop, Jakarta, Indonesia 21-22 July, 1984. AVRDC Publ. 87-270 : 3-13 Takesima, I. & J. R. Evans. 1988. Effects of light and nitrogen nutrition on the organization of the photosynthetic apparatus in spinach. Plant Cell Physiol., 29: 143-155 Valle, R.R., J.W. Mishoe, J.W. Campbell, J.W. Jones and L.H. Jr. Allen. 1985. Photosyntheic responses of Bragg soybean leaves adapted to different CO 2 environments. Crop Science, 25: 333-339