PENDAHULUAN Latar Belakang Nenas (Ananas comosus (L.) Merr.) merupakan salah satu tanaman buah tropika penting ketiga setelah pisang dan mangga, yang memiliki nilai ekonomi tinggi dan mempunyai kandungan gizi yang cukup lengkap. Setiap 100 g buah nenas mengandung 45 kalori, 87.8 g air, 0.5 g protein, 0.1 g lemak, 10.6 g karbohidrat, 0.6 g serat, 6.0 mg fosfor, 270.0 µg beta karoten, 0.7 mg vitamin B1, 0.8 mg vitamin B2, 0.1 mg niacin, dan 15.2 mg vitamin C (Wirakusumah, 1999). Buah nenas juga mengandung serat yang sangat bermanfaat bagi kesehatan (GMF, 2007). Di dalam batang dan buah nenas terdapat protease yang digunakan sebagai pengempuk daging. Serat daunnya dapat ditenun menjadi kain pina yang halus dan dapat diproses menjadi kertas berkualitas tinggi yang tipis, halus dan lembut (Verheij dan Coronel, 1992; GTR, 2003 ). Produksi nenas Indonesia dibandingkan Thailand dan Philipina masih rendah. Pada tahun 2006 produksi nenas Indonesia sebesar 925 ribu ton, sedangkan Thailand dan Philipina masing-masing mencapai 2705 ribu ton dan 1833 ribu ton. Rendahnya produksi Indonesia antara lain disebabkan tingkat produktivitas yang rendah hanya sebesar 11.56 ton per hektar, sementara Thailand dan Philipina masing-masing mencapai 26.75 ton per hektar dan 36.81 ton per hektar (FAOSTAT, 2007). Produksi dan produktivitas nenas ini dapat ditingkatkan dengan beberapa cara diantaranya: membuka kebun-kebun baru, meremajakan kebun-kebun tua dan penggunaan kultivar-kultivar baru. Penggunaan kultivar baru perlu didukung dengan adanya kultivar nenas yang berdaya hasil tinggi dan mutu lebih baik serta memiliki daya adaptasi yang luas. Namun saat ini kehadiran kultivar nenas unggul tersebut masih sangat terbatas jumlahnya. Sampai saat ini usaha-usaha dan penelitian untuk menemukan varietas unggul dapat ditempuh dengan beberapa cara yaitu: a) introduksi atau mendatangkan varietas/bahan seleksi dari luar negeri, b) mengadakan seleksi terhadap populasi yang telah ada seperti klon lokal atau klon dalam koleksi, c) mengadakan program pemuliaan dengan persilangan.
2 Pemuliaan nenas modern ditujukan untuk mendapatkan varietas tanaman nenas unggul, baik sebagai buah segar (fresh market), maupun nenas olahan (processing). Untuk buah segar diharapkan mempunyai karakter antara lain: mahkota buah kecil, warna kulit seragam dan berwarna cerah, ukuran buah kecil sampai sedang, bentuk buah tidak memanjang, mata buah datar dan warna daging buah kuning sampai kuning emas. Kriteria lain seperti tekstur, kadar asam dan gula, aroma dan buah tidak berbiji serta kandungan asam askorbat juga penting. Sedangkan untuk tujuan nenas kalengan selain berproduksi tinggi, juga harus memenuhi kriteria yaitu: tangkai buah kuat, bentuk buah silindris, mata buah datar dan dangkal, permukaan buah keras, empulur dan serat kurang serta mempunyai kandungan asam dan gula tertentu dan aroma menarik serta buah tidak berbiji (Leal dan Coppens, 1996; Py et al. 1987; Broertjes dan Harten, 1988; Verheij dan Coronel, 1992). Tujuan tersebut dapat dicapai antara lain melalui kegiatan persilangan antar kultivar maupun dengan spesies lainnya. Persilangan antar kultivar Comosus dengan spesies lain dari Ananas menghasilkan biji F 1 yang viabel dan tanaman yang fertile (Collins, 1968). Fertilitas dalam A. comosus termasuk rendah, ditunjukkan oleh rendahnya persentase ovule yang menghasilkan biji setelah persilangan, yaitu berkisar 5% - 29% (Leal dan Coppens, 1996). Pembentukan varietas nenas unggul memerlukan waktu yang lama, terlebih lagi nenas secara alami menyerbuk silang (heterozigot). Perakitan nenas hibrida telah dilakukan di beberapa negara. The Malaysian Agricultural Research and Development Institute (MARDI) telah berhasil melepas nenas hibrida komersil Josepina setelah melakukan serangkain kegiatan program pemuliaan nenas selama 12 tahun dengan melibatkan empat tetua, yaitu: kultivar Sarawak (Cayenne), Moris (Queen), Johor (Spanish) dan Masmerah (Spanish) (Chan, 2006). The Centre de Cooperation Internationale en Recherche Agronomic pour le Development (CIRAD) Prancis, telah menghasilkan hibrida baru nenas segar Scarlett yang merupakan hasil seleksi dari turunan persilangan Smooth Cayenne x Manzana (Coppens dan Marie, 2000). Tahun 1978, IRFA memulai suatu program Ivory Coast for improvement of Pineapple Varieties. Persilangan dilakukan antara Smooth Cayenne dan Perolera, 15 tahun kemudian baru 2
3 diperoleh varietas hibrida baru (Cabot, 2005). Hasil introduksi Smooth Cayenne dari Hawaii yang diperbanyak melalui teknik kultur jaringan oleh Tim Peneliti Taman Wisata Mekarsari menghasilkan nenas Arnis berair manis dengan karakter buah silindris, mahkota kecil, mata buah datar, bobot buah antara 1.5-2.0 kg, buah manis, segar, tidak gatal, tekstur daging halus, hatinya dapat dikonsumsi, dan kemanisan antara 15-20 o Brix (Komunikasi pribadi). Tim peneliti Fakultas Pertanian Universitas Padjadjaran Bandung bekerjasama dengan RUSNAS Buah PKBT IPB telah menghasilkan nenas hibrida hasil persilangan Cayenne dengan Queen, memiliki karakter TPT cukup tinggi sampai 23 o Brix, dan beberapa karakter kualitatif lain seperti daun tidak berduri dan bentuk buah silindris (Rostini et al., 2007). Masalah pokok yang dihadapi dalam merakit varietas nenas hibrida dengan daya produksi tinggi dan kualitas buah yang baik adalah tersedia plasma nutfah nenas yang memiliki sumber gen produksi tinggi dan kualitas buah yang diharapkan. Selain itu, masalah yang dihadapi program pemuliaan nenas berdasarkan hibridisasi langsung adalah tingginya tingkat heterosigositas dari kultivar nenas yang digunakan dalam hibridisasi dan banyaknya karakter yang dievaluasi selama proses seleksi, menyebabkan tidak efisien dalam membentuk kultivar generasi baru (Cabral et al., 2000). Perbaikan sifat-sifat yang diinginkan sering dihadapkan pada masalah memilih tetua-tetua yang memiliki sumber gen dari karakter yang diinginkan. Untuk mendapatkan hasil persilangan yang diinginkan dan untuk menentukan kegiatan pemuliaan lebih lanjut yang tepat melalui perakitan varietas diperlukan informasi dasar, antara lain sumber keragaman genetik plasma nutfah, hubungan genetik antar karakter, metode seleksi (ragam genetik, heritabilitas), pola pewarisan, dan metode evaluasi (kesesuaian mutu/daya adaptasi). Keragaman genetik sangat menentukan keberhasilan program pemuliaan untuk membentuk varietas unggul. Dengan keragaman genetik yang luas dari suatu karakter akan memberikan peluang yang baik dalam seleksi, karena seleksi akan efektif pada karakter yang mempunyai keragaman genetik yang luas. Menurut Poespodarsono (1988), langkah awal yang harus dilakukan dalam kegiatan pemuliaan tanaman untuk perakitan varietas unggul adalah pembentukan 3
4 populasi dasar dengan keragaman tinggi. Keragaman genetik yang luas dari suatu karakter akan memberikan peluang yang lebih besar dalam seleksi karakter terbaik, dibandingkan dengan karakter yang mempunyai keragaman genetik sempit. Karakter yang diseleksi sebaiknya mempunyai heritabilitas (h 2 bs) tinggi, sebab karakter tersebut sangat dipengaruhi oleh faktor genetik. Nilai heritabilitas menunjukkan besarnya proporsi faktor genetik dalam fenotipe suatu karakter (Fehr, 1987; Falconer dan Mackay, 1997), selain itu juga merupakan suatu indikasi terhadap gen-gen pengendali karakter tersebut. Nilai duga heritabilitas yang rendah mengindikasikan karakter tersebut merupakan karakter kuantitatif yang dikendalikan oleh banyak gen, dimana karakter semacam ini pengaruh lingkungan terhadap fenotipe sangat besar. Sebaliknya nilai duga heritabilitas tinggi menunjukkan adanya indikasi suatu karakter kualitatif yang dikendalikan oleh sedikit gen-gen mayor. Keragaman genetik nenas dapat diketahui melalui pendekatan penanda morfologi dan molekuler. Pada tanaman nenas karakterisasi yang sering dilakukan adalah berdasarkan pada penanda morfologi. Hume dan Miller (1904) dalam Aradya et al., (1994), mengelompokkan nenas berdasarkan kesamaan morfologi daun, ada/tidaknya duri, warna bunga, serta bentuk dan ukuran buah ke dalam tiga kelompok, yaitu Cayenne, Queen dan Spanish. Py et al., (1987) mengelompokkan nenas ke dalam lima kelompok dengan menambahkan pada kelompok yang sudah ada dengan Abacaxi atau Pernambuco dan Perola. Muljohardjo (1984) membagi Cayenne menjadi dua subkelompok, yaitu Hilo dan Hawaiian Smooth Cayenne (SC). Hilo tidak mempunyai tunas tangkai buah tetapi Hawaian SC mempunyai tunas tangkai buah. Sekarang ini pengelompokan nenas telah digunakan beberapa metode molekuler yang didasarkan polimorfisme DNA dalam memperoleh informasi keragaman genetik. Apriyani (2005), melakukan analisis keragaman genetik 20 aksesi dari koleksi plasma nutfah PKBT IPB dan dua aksesi dari Pantai Gading. Hasil analisis similaritas berdasarkan 23 pita RAPD polimorfis mampu menduga keragaman genetik sebesar 0.62-1.00 dan hasil analisis gerombol pada tingkat koefisien kesamaan 0.67 mampu mengelompokkan 20 aksesi tersebut menjadi tiga kelompok utama dan memisahkan aksesi tipe Queen dari aksesi tipe Smooth 4
5 Cayenne. Duval et al., (2001), telah melakukan studi keragaman pada genus Ananas dan Pseudananas menggunakan RFLP. Cecilia et al., (2005), menjelaskan bahwa dengan menggunakan AFLP pada 148 aksesi nenas dan 14 aksesi lainnya diperoleh koefisien kemiripan genetik rata-rata 0.74 dengan rentang dari 0.55 sampai 0.97. Informasi mengenai hubungan kausal antara hasil dan komponen hasil dalam tanaman nenas telah dilaporkan oleh Garcia dan Consuegra (2005), bahwa berdasarkan hasil metode regresi diperoleh bahwa diameter buah, tinggi buah dan tangkai buah merupakan variabel utama tanaman nenas yang terkait erat dengan berat buah. Di Indonesia kajian terhadap hubungan kausal antara hasil dan komponen hasil pada tanaman nenas belum pernah dilaporkan. Karakter hasil merupakan salah satu karakter yang bersifat kuantitatif, yang nilainya sangat dipengaruhi oleh banyak faktor termasuk lingkungan tumbuh, sehingga untuk menduga keragamannya diperlukan karakter komponen hasil yang diketahui memiliki hubungan fungsional dengan hasil. Tahap selanjutnya yang dilakukan dalam kegiatan program pemuliaan setelah hibridisasi adalah tahap seleksi. Penggunaan kriteria morfologi semata dalam tahap seleksi kurang akurat, karena adanya sebagian karakter tanaman yang dapat dipengaruhi oleh faktor lingkungan. Demikian pula penggunaan kriteria agronomi yang berhubungan dengan komponen produksi dan produksi mempunyai kendala yang berhubungan dengan umur tanaman. Nenas merupakan tanaman perennial sehingga untuk kebutuhan seleksi nenas unggul diperlukan waktu lebih dari 10 tahun (Rohrbach dan Johnson. 2003; Chan and Lee 1991). Kemajuan dalam bidang bioteknologi telah memberikan penanda yang lebih akurat yang dapat digunakan lebih dini dengan menganalisis pada tingkat DNA tanaman yang tidak dipengaruhi oleh lingkungan dan umur. Kombinasi penggunaan penanda morfologi dan molekuler tersebut, memungkinkan untuk memperoleh hasil seleksi yang lebih akurat, efektif dan efisien. Penggunaan penanda molekuler sebagai Marker Assisted Selection (seleksi berbantuan penanda) telah dilakukan pada tanaman nenas. Soneji et al., (2002), berhasil membedakan secara molekuler varian tidak berduri dan 5
6 normal berduri nenas asal regenerasi kultur jaringan dengan menggunakan marka RAPD. Berdasarkan informasi yang telah diperoleh di atas, penelitian ini dilakukan untuk menyusun konsep pemuliaan tanaman nenas di Indonesia. Selain itu dari penelitian ini akan diperoleh calon varietas unggul nenas. Kerangka Pemikiran Langkah awal untuk pemuliaan tanaman nenas adalah tersedianya plasma nutfah, yang berasal dari varietas lokal atau dibentuk oleh pemulia. Plasma nutfah harus memiliki keragaman dan adanya gen yang berhubungan dengan karakter yang diinginkan. Untuk mengetahui potensi genetik dari plasma nutfah diperlukan analisis parameter genetik terhadap karakter-karakter utama nenas. Sebagian besar karakter utama nenas adalah berupa karakter kuantitatif. Penanganan karakter kuantitatif dalam pemuliaan tidak sesederhana karakter kualitatif yang dapat dianalisis dengan mengunakan genetika Mendel. Pendekatan statistika melalui analisis nilai tengah, ragam dan peragam dilakukan terhadap karakter kuantitatif untuk menduga parameter genetik dalam pemuliaan tanaman dengan menggunakan nilai keragaman genetik dan heritabilitas serta nilai korelasi antar karakter tanamam. Apabila dari plasma nutfah tidak diperoleh tanaman yang sesuai dengan ideotype tanaman nenas, maka dilakukan introduksi dan hibridisasi. Introduksi diperlukan sebagai sumber keragaman genetik dan dapat dikembangkan menjadi varietas baru melalui proses adaptasi dan seleksi serta sebagai calon tetua dalam program hibridisasi dengan varietas yang telah beradaptasi. Hibridisasi bertujuan untuk memperoleh kombinasi genetik yang diinginkan melalui persilangan dua atau lebih tetua yang berbeda genotipenya. Sumber genotipe program hibridisasi antara lain dari plasma nutfah. Keturunan hasil hibridisasi ini akan mengalami segregasi pada F 1 (hibrida) karena kedua tetuanya heterozigot. Akibat terjadinya segregasi akan menimbulkan keragaman genetik yang selanjutnya dilakukan seleksi dan evaluasi karakter tanaman yang diinginkan (nenas segar atau nenas olahan). 6
7 Program pemuliaan tanaman nenas sangat tergantung dari populasi asal dan metode seleksinya. Populasi asal harus memiliki keragaman dan adanya gen yang diinginkan. Sedang seleksi diarahkan untuk memperbesar pengaruh gen yang diinginkan. Keberhasilan hibridisasi ditentukan oleh pemilihan kombinasi persilangan yang tepat. Salah satu metode untuk melakukan pemilihan tetua adalah dilakukan melalui uji keturunan (progeny test). Pengujian ini dimaksud untuk dapat menilai secara genetik tetua yang akan digunakan dalam program pemuliaan melalui nilai pemuliaan progeny. Langkah selanjutnya adalah melakukan seleksi terhadap hibrida hasil persilangan. Efektivitas seleksi dapat dilakukan dengan melakukan pengelompokan terhadap populasi yang akan diseleksi. Untuk menentukan pola pengelompokan yang terdapat pada populasi hibrida hasil persilangan digunakan analisis kemiripan, analisis gerombol, dan analisis komponen utama berdasarkan penanda morfologi dan RAPD. Analisis korelasi antar karakter pertumbuhan dengan karakter hasil/komponen hasil perlu diketahui pada populasi hibrida untuk menentukan apakah antar karakter-karakter tersebut saling berkaitan secara genetik atau secara fisiologis. Pada tanaman nenas, sebagai tanaman menyerbuk silang sering ditemukan heterosis yang dapat dimanfaatkan untuk memperbaiki beberapa karakter tanaman yang diinginkan. Untuk melengkapi informasi yang telah diperoleh di atas, perlu dilanjutkan dengan kegiatan seleksi dan evaluasi berdasarkan nilai pemuliaan dari karakterkarakter agronomi dan morfologi dari hibrida. Seleksi individu hibrida dilakukan untuk mendapatkan genotipe yang dapat menjadi kandidat varietas nenas unggul. Metode seleksi yang dapat dilakukan adalah independent culling level dan selection index. Prosedur independent culling level dimulai dengan menentukan karakter penting pertama yang menjadi kriteria seleksi, setelah diperoleh hibrida terpilih berdasarkan karakter tersebut, kemudian dilakukan seleksi terhadap hibrida terseleksi dengan menggunakan karakter penting kedua, dan seterusnya sampai ditentukan kandidat nenas hibrida unggul. 7
8 Penyusunan indeks seleksi didasarkan pada kepentingan relatif setiap karakter dengan mempertimbangkan nilai ekonomi, nilai pemuliaan dan nilai korelasi. Untuk penyusunan indeks seleksi pada tanaman nenas terlebih dahulu ditentukan karakter bobot buah yang menjadi perhatian utama, kemudian ditentukan karakter lain yang berhubungan dengan bobot buah. Begitu sebaliknya, jika yang diprioritaskan adalah kualitas hasil, maka ditentukan indeks seleksi yang berhubungan dengan TPT. Bagan alir kerangka pikir dapat dilihat pada Gambar 1. PLASMA NUTFAH PARAMETER GENETIK KRITERIA SELEKSI PEMILIHAN TETUA Hibridisasi Uji Keturunan HIBRIDA KRITERIA SELEKSI Parameter genetik Korelasi antar karakter Independent culling Selection index Nenas Segar Nenas Olahan Gambar 1. Bagan alir kerangka pemikiran penelitian Hipotesis Dari serangkaian kerangka pemikiran dalam mencari informasi untuk perakitan varietas unggul nenas, dapat ditarik beberapa hipotesis sebagai berikut : 8
9 1. Terdapat paling kurang satu pasang genotipe nenas plasma nutfah yang dapat dijadikan tetua untuk perakitan nenas unggul. 2. Terdapat penanda yang memiliki kemampuan untuk membentuk pola pengelompokan pada tanaman nenas hibrida. 3. Terdapat beberapa karakter kualitatif dan kuantitatif yang berkorelasi terhadap karakter penting utama nenas. 4. Terdapat sedikitnya sepasang tetua yang memiliki efek heterosis untuk karakter-karakter yang diamati, sehingga diharapkan diperoleh keterangan tentang potensi hibrida. 5. Terdapat sekurang-kurangnya satu hibrida yang diperoleh sesuai dengan ideotype tanaman nenas. Tujuan dan Manfaat Penelitian Tujuan Umum Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan konsep pemuliaan nenas dalam upaya perakitan varietas unggul nenas untuk kebutuhan nenas segar dan olahan. Tujuan khusus 1. Karakterisasi plasma nutfah berdasarkan parameter genetik dan korelasi antara karakter pertumbuhan terhadap hasil dan komponen hasil. 2. Mempelajari pola pembentukan keragaman dan keterkaitan antara penanda morfologi dan penanda molekuler. 3. Mempelajari informasi tentang efek maternal dan heterosis karakter-karakter utama berdasarkan populasi hibrida. 4. Menentukan metode seleksi dan evaluasi hasil persilangan. Manfaat Penelitian Hasil penelitian dapat diterapkan sebagai strategi seleksi yang efektif dan efisien dalam rangka perakitan varietas nenas untuk memperoleh genotipe tanaman nenas yang berdaya hasil dan berkualitas tinggi. Ruang Lingkup Penelitian 9
Disertasi ini disusun berdasarkan empat topik penelitian yaitu: (1) Pendugaan parameter genetik dan heritabilitas beberapa karakter kuantitatif plasma nutfah (Ananas comosus (L.) Merr), (2) Analisis korelasi dan sidik lintas antara karakter kualitatif dan kuantitatif dan komponen buah pada tanaman nenas (Ananas comosus (L.) Merr), (3) Studi keragaman genetik nenas hibrida berdasarkan penanda morfologi dan RAPD (4) Analisis multivariate dan seleksi nenas hibrida hasil persilangan Queen dengan Smooth Cayenne koleksi PKBT untuk perbaikan hasil dan mutu buah. Gambar 2. PLASMA NUTFAH NENAS KOLEKSI PKBT IPB 10 Bagan alir penelitian disajikan pada Populasi Hibrida 1. Pendugaan Parameter Genetik dan Heritabilitas Plasma Nutfah 2. Analisis Korelasi & Sidik Lintas antara Karakter Morfologi & Komponen Buah 3. Kemiripan dan Keragaman Genetik Nenas Hasil Persilangan menggunakan Marka Morfologi dan RAPD. 4. Multivariate dan Seleksi Karakter Kualitatif dan Kuantitatif Hasil Persilangan antara Queen dan Smooth Cayenne Analisis Ragam Analisis Lintas Analisis Kemiripan dan Keragaman berdasarkan karakter morfologi & RAPD Analisis korelasi Analisis Komponen Utama Analisis Peringkat Agronomi Ragam genetik luas Heritabilitas tinggi Pengaruh langsung & tidak langsung tinggi Korelasi antara karakter Terdapat korelasi primer RAPD dgn karakter. Pengelompokan Hibrida Kandidat Varietas Nenas Metode Seleksi Nenas Varietas Unggul Program Pemuliaan Nenas Unggul Gambar 2. Bagan alir penelitian 10