1. TAHAP-TAHAP PEMULIAAN TANAMAN: KONSEP LOKO DAN GERBONG 1.1. Konsep Loko dan Gerbong Pemuliaan tanaman merupakan paduan antara seni dan ilmu dalam memperbaiki pola genetik dari populasi tanaman. Tujuan akhir setiap program pemuliaan tanaman adalah menghasilkan populasi tanaman yang lebih baik (unggul) dalam sifat-sifat tertentu. Tahap-tahap pemuliaan tanaman secara garis besar mencakup pembentukan populasi, seleksi, dan pengujian. Pemuliaan tanaman yang bertujuan untuk mendapatkan varietas unggul yang didefinisikan lebih baik karakter atau sifat-sifatnya, dapat diidentikkan dengan perjalanan kereta api, misalnya dari stasiun Jakarta menuju stasiun Surabaya. Tahapan pemuliaan tanaman dapat diibaratkan sebagai dua gerbong yang ditarik lokomotif. Lokomotifnya adalah populasi bahan seleksi, yaitu yang keragaman genetiknya tinggi, sedangkan kedua gerbong berturut-turut adalah seleksi dan pengujian, seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Tahapan Pemuliaaan Tanaman: Konsep Loko-Gerbong Pembentukan populasi merupakan lokomotif kegiatan pemuliaan tanaman. Hal tersebut karena tanpa populasi dengan keragaman genetik tinggi untuk karakter yang akan diseleksi, atau untuk karakter kualitatif adalah terdapat gen untuk karakter yang dikehendaki, maka tidak dapat dilakukan seleksi, apalagi pengujian. Kegiatan perakitan varietas baru dapat berlangsung tanpa hambatan, yaitu diperoleh populasi dengan keragaman genetik tinggi untuk karakter yang dikehendaki, sehingga dapat dilakukan seleksi dan dilanjutkan dengan pengujian hingga diperoleh varietas unggul yang dikehendaki. Kondisi tersebut ibarat kereta api yang lancar perjalanannya dari Jakarta, yang menggambarkan awal kegiatan pemuliaan, hingga ke Surabaya, yang menggambarkan bahwa varietas baru telah terakit. Dapat pula terjadi bahwa setelah dilakukan pembentukan populasi, ternyata keragaman genetik untuk karakter yang diinginkan rendah, sehingga kalaupun dilanjutkan maka target tidak akan tercapai. Menyikapi kondisi tersebut terdapat dua pilihan. Pertama, kegiatan pemuliaan dihentikan sama sekali dan diulangi lagi dari 1
awal dengan membentuk populasi baru. Ke dua, populasi yang sudah ada diberdayakan dengan mengevaluasi kembali karakter-karakter yang potensial dikembangkan, sehingga dapat dirakit varietas baru dengan karakteristik lain yang tidak seperti rencana semula. Kondisi ini dapat diibaratkan dengan perjalanan kereta api dari Jakarta tujuan Surabaya, tetapi jalur kereta putus sesudah Semarang, sehingga kereta berbelok arah dan sampai di Yogyakarta. Proses pemuliaan tanaman berlangsung tanpa hambatan, analog perjalanan kereta lancar dari Jakarta hingga Surabaya Populasi yang dibentuk keragaman genetiknya rendah untuk karakter yang dikehendaki sehingga diseleksi karakter lain yang keragaman genetiknya tinggi, analog perjalanan kereta api yang mengalihkan tujuan dari Surabaya ke Yogyakarta Kondisi lain yang juga dapat terjadi adalah, tidak tersedia sumber gen untuk ditransfer ke tanaman melalui persilangan biasa. Pendekatan bioteknologi menyediakan penyelesaian untuk masalah ini, karena pendekatan tersebut memungkinkan transfer gen bahkan antar kingdom makhluk hidup yang berbeda sekalipun. Kondisi ini ibarat lokomotif yang tidak berfungsi sehingga digantikan pesawat terbang, kereta diganti pesawat terbang. Tujuan Surabaya, yaitu terakitnya varietas baru, dapat dicapai. Meskipun demikian penggantian kereta api dengan pesawat memerlukan biaya yang mahal, disamping itu waktu tunggunya jauh lebih panjang meskipun waktu tempuhnya lebih singkat. 2
Tidak tersedia sumber gen dari sesama tanaman sehingga dilakukan transfer gen dari bukan tanaman, plantlet dengan gen target dilanjutkan aklimatisasi dan pengujian hingga diperoleh varietas baru transgenik, analog dengan loko yang tidak berfungsi sehingga diganti pesawat terbang menuju Surabaya Pertanyaan yang perlu dicermati terkait dengan tahap-tahap pemuliaan tanaman adalah: 1. Apa kriteria masing-masing tahapan? 2. Sekarang kita sudah sampai dimana? 3. Jika perlu beberapa pakar, bagaimana pengaturannya? Analognya adalah jika diperlukan tiga orang masinis kereta api, apakah semua naik dari Jakarta? Atau naik bertahap di Jakata, di Cirebon, dan di Semarang? 4. Apa cukup mulai dengan 1 populasi? 5. Status kita sebagai pemulia, pejabat, atau petani? Jawaban atas pertanyaan-pertanyaan tersebut menjadi pertimbangan dalam melaksanakan kegiatan pemuliaan tanaman. 1.2. Rambu-rambu Tahap-tahap Pemuliaan Tanaman 1.2.1 Pembentukan Populasi Populasi dapat dibentuk melalui: koleksi, introduksi, persilangan, mutasi atau fusi; disini perlu konsepsi. Pada model loko-gerbong, cara-cara yang ditempuh untuk membentuk populasi dapat dianalogkan dengan bahan bakar loko. Dalam mengetahui populasi perlu parameter populasi ( x, s 2, α 3 (skewness: kemenjuluran kurva), α 4 (kurtosis: tinggi kurva), sebaran normal), sehingga kita punya keyakinan kuat bahwa populasi yang dibentuk akan menghasilkan varietas unggul seperti yang didefinisikan. Rancangan percobaan yang dapat digunakan dalam membentuk populasi ini membutuhkan asumsi, α, contoh: galat (ε i ) ~ NID (0, σ 2 ), resiko-bias. Dalam hal 3
ini, α = taraf nyata, 1- α = peluang (selang kepercayaan). Dalam biologi, * = 5 %, berbeda nyata dan ** = 1 %, berbeda sangat nyata. Skema rancangan percobaan yang dapat digunakan adalah sebagai berikut : Rancangan Perlakuan Lingkungan Kelompok lengkap Faktorial Non-Faktorial - Rancangan acak lengkap (RAL) - Rancangan kelompok lengkap teracak (RKLT) - Rancangan bujur sangkar latin (RBSL) Kelompok tak lengkap - Rancangan kisi - Grup rancangan kelompok Berimbang - Rancangan Augmented Kadang populasi yang kita miliki tidak cukup besar, dengan kata lain kita hanya punya contoh yang ukurannya kecil sehingga tidak dapat mewakili populasi. Hal ini hanya dapat diatasi dengan memperbesar ukuran contoh sehingga memadai. Terkecuali memang masih sedang dalam proses dan kita ingin mengevaluasinya. Sifat atau karakter yang diamati dalam populasi dahulu dilakukan pada sifat-sifat yang kasat mata seperti tinggi tanaman, banyak anakan, panjang malai, dan seterusnya. Saat ini selain pengamatan kasat mata juga dilakukan pengamatan mikro seperti kandungan protein, kandungan gula, kandungan minyak, dan seterusnya. Sistem perkembangbiakan tanaman akan menentukan arah macam varietas yang akan dihasilkan, lazimnya yaitu: Tanaman menyerbuk silang varietas hibrida, varietas bersari bebas Tanaman menyerbuk sendiri varietas galur murni, galur ganda Tanaman membiak vegetatif klon Pengertian genetic quantitative model, dimana ada beberapa konsepsi dimulai dari adanya hubungan kekerabatan baik regresi korelasi, maupun inbreeding, konsep nilai, ragam dan peragam, adanya sifat aditif dan dominan dimana dari tetua hanya mewariskan langsung sifat aditif pada zuriatnya, konsepsi persilangan yang didasari dari hubungan saudara sekandung (Full Sib) dan saudara tiri (Half Sib) yang kesemuanya mengandung besaran ragam aditif dan dominan. 4
Sewaktu menyusun skenario awal lebih baik dibentuk lebih dari satu populasi agar lebih menjamin tercapainya tujuan program pemuliaan yang sudah dicanangkan. Pemuliaan tanaman untuk mendapatkan varietas unggul sebenarnya didasari dari pengertian genetika Mendel yang bisa dikembangkan melalui kegiatan di laboratorium atau di lapangan yang masing-masing memerlukan ilmu-ilmu dasar yang kemudian berkembang sangat berbeda. Dari pendekatan di laboratorium akan dihasilkan plantlet sedang dari lapangan akan dihasilkan populasi, keduanya sebelum dilepas menjadi varietas harus melalui uji adaptabilitas dan stabilitas, yang akhir-akhir ini oleh pemulia lebih dipersoalkan mana uji yang memiliki repeatability yang tinggi. Pada skema berikut disajikan dua jalur memperoleh varietas baru. Pendekatan Mikro GENETIKA MENDEL Pendekatan Makro Unit Sel Populasi Lokasi Laboratorium Lapangan Alat Cawan Petri, pembakar Bunsen, pinset, botol vial, otoklaf, laminar air flow, mikroskop, dll. pot, traktor, dll Ilmu Sumber keragaman Biokimia, Sitogenetika, Genetika molekuler, dll Hibrida somatik, kultur anter, sibrida, variasi somaklonal, mutasi, dll Cangkul, garpu, kored, knapsack sprayer, polybag, Statistika, Genetika Populasi, Genetika Kuantitatif, Genetika Biometrik, dll Persilangan, introduksi, eksplorasi, mutasi Hasil Plantlet Populasi Adaptabilitas Stabilitas Repeatability Varietas baru 1.2.2 Melakukan Seleksi Seleksi dalam hal ini mencakup seleksi untuk memilih tetua atau galur pada populasi bersegregasi Rancangan percobaan yang digunakan dapat RAL, RKLT, RBSL, RPT, Rancangan Kisi mapun Rancangan Augmented, disesuaikan dengan situasi dan kondisi 5
Mungkin diperlukan kehadiran pakar lain yang membantu meningkatkan penelitian. Jangan sampai dicari yang tahan penyakit X, sewaktu ditemukan genotipenya penyakit X-nya sendiri di alam sudah berubah ras-nya Gunakan selalu kontrol sehingga yang dipilih memang lebih baik. Pada saat awal sebaiknya seleksi jangan terlalu ketat karena masalah interaksi genotipe x lingkungan bisa sangat mengganggu. Apakah seleksi dapat dilakukan diluar lingkungan tujuan? Misalnya seleksi toleran tahan asam bisakah dillakukan di lahan normal atau kita harus pergi jauh ke lahan asam? Gunakan kriteria seleksi sesuai dengan tujuan dan metode yang digunakan Bila digunakan seleksi dengan beberapa peubah, apakah dilakukan simultan atau bertahap? Bila dilakukan di lahan yang cukup luas, apakah data lapangan bisa langsung digunakan atau dikoreksi lebih dahulu? Sering dalam seleksi kita mengambil jumlah yang kalau dihitung dengan persen membentuk angka yang tidak umum, misalkan 7 % atau 16 %, disini untuk menghitung kemajuan seleksi, diferensial seleksinya (k) harus dihitung terlebih dahulu, atau bila populasinya lebih kecil dari 100 harus digunakan k pada populasi kecil. 1.2.3 Melakukan Pengujian Pengertian α = taraf nyata, yang dalam bidang Biologi biasa digunakan 5 %, berbeda nyata, ditandai dengan *, dan ** = 1 %, berbeda sangat nyata. Dalam kenyataan misalkan kita menemukan 5.1 % apakah akan dibuang karena tidak nyata?. Dalam kasus seperti ini biasanya yang disampaikan adalah besarnya α dalam melakukan tindakan selanjutnya bukan berpedoman pada 1 dan 5 % Pengertian galat (ε i ) ~ NID (0, s 2 ), sebaran normal dalam kemajuan seleksi asumsi ini digunakan sehingga realitas bisa berbias karena tidak dipenuhinya asumsi dan penggunaan diferensial seleksi yang salah. Dalam menentukan hasil akhir biasanya melalui beberapa tahapan, misalnya uji daya hasil pendahuluan, uji multi lokasi dan sebagainya. Yang jadi masalah adalah seberapa jauh kita bisa membedakan nilai genetik dari nilai fenotipik yang ada karena yang dipilih adalah nilai genetik dan memerlukan pengujian yang tepat. 6