induksi variasi somaklonal dan seleksi in vitro menggunakan … · ii pernyataan mengenai disertasi...

162
INDUKSI VARIASI SOMAKLONAL DAN SELEKSI IN VITRO MENGGUNAKAN PEG UNTUK IDENTIFIKASI VARIAN KACANG TANAH YANG TOLERAN CEKAMAN KEKERINGAN ENNI SUWARSI RAHAYU SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007

Upload: dangtruc

Post on 13-Mar-2019

228 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

INDUKSI VARIASI SOMAKLONAL DAN SELEKSI IN VITRO MENGGUNAKAN PEG UNTUK IDENTIFIKASI VARIAN KACANG TANAH

YANG TOLERAN CEKAMAN KEKERINGAN

ENNI SUWARSI RAHAYU

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR

2007

Page 2: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

ii

PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

”INDUKSI VARIASI SOMAKLONAL DAN SELEKSI IN VITRO MENGGUNAKAN

PEG UNTUK IDENTIFIKASI VARIAN KACANG TANAH YANG TOLERAN

CEKAMAN KEKERINGAN” adalah hasil penelitian saya yang merupakan bagian

dari serangkaian penelitian HIBAH TIM PASCASARJANA angkatan I, tahun ke-

1, 2 dan 3 (2003-2005) yang berjudul ”Rekayasa Genetika dan Seleksi in vitro

untuk Mendapatkan Plasma Nutfah Kacang Tanah dengan Novel Characters –

Toleran terhadap Stres Kekeringan dan Resisten Penyakit Busuk Batang

Sclerotium” yang diketuai oleh Prof.Dr.Ir. Sudarsono, M.Sc. dan didanai oleh

Departemen Pendidikan Nasional. Disertasi ini belum pernah diajukan untuk

memperoleh gelar dalam program sejenis di perguruan tinggi manapun.

Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan

maupun yang tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan

dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.

Bogor, Juli 2007

Enni Suwarsi Rahayu

NRM A.361020041

Page 3: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

iii

ABSTRACT

ENNI SUWARSI RAHAYU. Induction of Somaclonal Variation and In Vitro Selection Using PEG for Identification of Drought Tolerant Peanut Variants. Under direction of SUDARSONO, HAJRIAL ASWIDINNOOR, SATRIYAS ILYAS and EDI GUHARDJA.

Drought stress tolerance of peanut cultivar having certain mechanism without decreasing the yield needed to be developed. Somaclonal variation has been successfully used to obtain variant lines with improved drought stress tolerance. In this case, induction of somaclonal variation is followed by in vitro selection on selective medium containing polyethylene-glycol (PEG). The objective of this research were 1) to develop suitable in vitro selection method to obtain peanut somatic embryo that can tolerate stress due to addition of PEG in the selective medium, 2) to determine somaclonal variant indication of peanut, 3) to obtain plant population having somaclonal variation regenerated from in vitro selected somatic embryo, 4) to obtain somaclonal variant plants that are drought stress tolerance, and 5) to identify physiological mechanism involved in peanut drought stress tolerance.

In order to develop suitable in vitro selection method, several experiments were conducted to evaluate the effectiveness of polyethylene glycol (PEG)-6000 as in vitro selective agent; to determine the effective concentration of PEG to inhibit growth and development of seedling, epycotyl and somatic embryo; to evaluate tolerance of the peanut cultivars against PEG stress; and to determine changes in total proline content due to PEG stress. Results of the experiment indicated that addition of PEG 6000 into MS-0 medium inhibited growth and development of peanut seedling, epycotyl, and somatic embryo, but increased the tissue damage score and total proline content of epicotyl. Addition of PEG 6000 might be used to simulate drought stress under in vitro condition. PEG at 15% concentration was effective for inhibiting growth and development of peanut tissue. Based on these results, an in vitro selection method was developed to screen peanut somatic embryo that was drought stress tolerant, by maintaining somatic embryo for three months with three times sub-culturing in selective media MS with addition of 16 µM picloram and 15% PEG 6000. A number of PEG induced stress insensitive somatic embryos were identified after culturing 500 clumps of embryogenic tissue of peanut cv. Kelinci with three consecutive passages on medium containing 15% PEG. Germination of selected somatic embryos and regeneration of plantlets resulted in 24 peanut R0 lines, nine lines of them produced normal R0:1 seed. In addition, a number of somatic embryos were identified after culturing clumps of embryogenic tissue with three consecutive passages on medium without PEG. Germination of cultured somatic embryos and regeneration plantlets resulted in 38 peanut R0 lines, 20 lines of them produced normal R0:1 seeds. The R1 somaclonal population of both was obtained by planting R0:1 seeds in glass-house, and then R2 somaclonal population was obtained by planting R1:2 seeds produced by R1 somaclones. These R0, R1 and R2 population were evaluated for both qualitative and quantitative characters.

The results showed that phenotypic variation on both qualitative and quantitative characters were observed among R0, R1 and R2 generation of somaclonal lines. Variant phenotype on qualitative characters observed included,

Page 4: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

iv

wide branching, excessive branching, leaf variegation, leaflet number abnormality, leaf pointed tip, ‘rosette’ leaf, complete sterility and male sterility. Plants regenerated from in vitro cultured have higher variation level than plants from in vitro selected somatic embryo. Variant phenotype of quantitative characters included plants with significantly higher plant dry weight, plant height, root dry weight and pod weight. There were four lines with significantly higher root dry weight, and three lines with significantly higher pod weight.

The R1 and R2 populations were also evaluated to identify the drought stress tolerant lines. Drought stress was induced by pouring 15% PEG solution and by reducing watering. To induce stress by pouring 15% PEG, variant peanut seedlings were grown individually in plastic pot (600 ml) containing a mixture of burst rice-hull and manure (1:1, v/v). The seedlings were poured with PEG solution (15%) every two days since four leaves stage seven weeks after planting. Inducing drought stress by reducing watering was conducted by growing plants in polybag (50 cm) containing a mixture of top soil, sand and manure (2:1:1, v/v). These plants were divided into two groups. One group was subjected to stress condition periodically during vegetative and generative periods (12 – 80 days after planting) by watering them only after their 75% leaves have wilted; the other group was grown optimally by watering every two days.

The results of the experiments indicated 1) stress induced by PEG 15% solution at vegetative period reduced shoot growth, but did not affect negatively on root growth, 2) effect of drought stress at vegetative and generative periods on root and shoot growth were different between one population to another, 3) plant regenerated from in vitro cultured and in vitro selected somatic embryo have higher tolerance level to stress induced by PEG than the standard plant, 4) nine lines of progeny of plants regenerated from in vitro cultured and in vitro selected embryo somatic had drought stress tolerance character, and two of them had higher pod number than standard plant, both in optimal and stress condition, 5) the reduction of stomata density and the increase of leaf total proline content play sufficient role, while root/shoot ratio and primary root length did not play a significant role in plant tolerance to drought stress.

In conclusions, the induction somaclonal variation followed or didn’t follow by in vitro selection using PEG 15% were effective to obtain somaclonal variant that tolerate to drought stress without intensive root growth mechanism. Evaluation of drought stress tolerance resulted in four lines (K0-2, K0-11.3, K0-30.1 and K15-4) that tolerate to drought stress and had higher pod weight than the standard plant.

Keywords : somaclonal variation, in vitro selection, PEG 6000, drought tolerance, tolerance mechanism without intensive root growth, proline,

Page 5: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

v

RINGKASAN

ENNI SUWARSI RAHAYU. Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan PEG untuk Identifikasi Varian Kacang Tanah yang Toleran Cekaman Kekeringan. Dibimbing oleh SUDARSONO, HAJRIAL ASWIDINNOOR, SATRIYAS ILYAS dan EDI GUHARDJA.

Kultivar kacang tanah yang toleran terhadap cekaman kekeringan dengan

mekanisme yang tidak menurunkan hasil panen masih perlu dikembangkan. Variasi somaklonal telah berhasil dimanfaatkan untuk menginduksi galur varian yang meningkat toleransinya terhadap kekeringan. Dalam penelitian ini induksi variasi somaklonal diikuti oleh seleksi in vitro dalam media selektif yang mengandung PEG. Penelitian bertujuan untuk 1) mengetahui metode seleksi in vitro yang efektif dalam rangka memperoleh ES kacang tanah yang toleran terhadap potensial air rendah, 2) mengetahui indikasi varian somaklonal kacang tanah, 3) memperoleh populasi tanaman varian somaklonal hasil seleksi in vitro, 4) memperoleh populasi tanaman varian somaklonal yang toleran terhadap cekaman kekeringan, dan 5) mengetahui mekanisme toleransi tanaman kacang tanah terhadap cekaman kekeringan secara fisiologis.

Untuk mengembangkan metode seleksi in vitro yang efektif dilakukan percobaan yang bertujuan menguji efektivitas PEG 6000 sebagai bahan penyeleksi dalam media in-vitro dengan mengevaluasi respon kecambah, tunas dan embrio somatik kacang tanah terhadap kondisi cekaman oleh PEG, menentukan konsentrasi PEG yang efektif menghambat pertumbuhan dan perkembangan jaringan eksplan, menentukan konsentrasi PEG sub-letal, dan mengukur perubahan kandungan prolina total jaringan akibat cekaman PEG. Dari hasil percobaan disimpulkan bahwa penambahan larutan PEG dalam media in-vitro memberikan kondisi cekaman yang ditandai dengan terhambatnya perkembangan eksplan dan peningkatan kandungan prolina dalam jaringan seperti respon terhadap cekaman kekeringan. Konsentrasi PEG 15% efektif menghambat pertumbuhan dan perkembangan jaringan eksplan dan merupakan konsentrasi sub letal yang dapat menapis jaringan dengan sifat yang toleran dari jaringan lain dengan sifat peka terhadap cekaman akibat PEG.

Berdasarkan hal ini dikembangkan metode seleksi in vitro untuk menapis embrio somatik kacang tanah yang toleran terhadap cekaman kekeringan, yaitu dengan memelihara embrio somatik varian selama tiga bulan dalam media selektif MS dengan fitohormon pikloram 16µM ditambah PEG 15%. Sejumlah embrio somatik yang insensitif terhadap cekaman akibat PEG telah diperoleh dengan mengkulturkan 500 clump kalus embriogenik kacang tanah cv. Kelinci dalam medium yang mengandung PEG 15% selama tiga kali berturut-turut. Perkecambahan embrio somatik hasil seleksi dilanjutkan regenerasi plantlet menghasilkan 24 galur tanaman R0, sembilan di antaranya menghasilkan benih R0-1 normal. Selain itu, sejumlah embrio somatik juga telah diperoleh dengan mengkulturkan kalus embriogenik dalam medium yang tidak mengandung PEG. Perkecambahan embrio somatik yang diperoleh tanpa seleksi ini menghasilkan 38 galur tanaman R0, 20 galur di antaranya dapat menghasilkan benih R0-1 normal. Populasi tanaman R1 diperoleh dengan menanam benih R0-1 di rumah kaca, dan selanjutnya populasi tanaman R2 diperoleh dengan menanam benih R1-2 di rumah kaca pula. Populasi R0, R1 dan R2 dievalusi untuk mengetahui variasi somaklonal pada karakter kualitatif dan kuantitatif.

Page 6: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

vi

Hasil evaluasi tersebut menunjukkan terdapat variasi somaklonal karakter kualitatif dan kuantitatif pada populasi R0, R1 dan R2. Variasi karakter kualitatif yang muncul meliputi percabangan melebar, percabangan berlebihan, daun pentafoliat, steril partial, steril total, daun roset, daun varigata, ujung daun meruncing, daun hexafoliat, dan daun oktafoliat. Variasi pada populasi tanaman hasil kultur in vitro lebih beragam dibandingkan pada populasi tanaman hasil seleksi in vitro. Variasi karakter kuantitatif yang bersifat positif tampak pada karakter bobot kering tajuk, tinggi tanaman, bobot kering akar dan bobot polong bernas. Ada empat galur tanaman yang mempunyai variasi positif untuk bobot kering akar, dan tiga galur untuk bobot polong bernas. Populasi tanaman R1 dan R2 juga dievaluasi untuk mengidentifikasi galur yang toleran terhadap cekaman kekeringan. Cekaman kekeringan diinduksi dengan dua metode, yaitu dengan penyiraman PEG 15% dan dengan pengurangan penyiraman air. Untuk menginduksi cekaman dengan penyiraman PEG 15%, kecambah kacang tanah ditanam dalam pot plastik (600 ml) yang berisi media campuran arang sekam dan pupuk kandang (1:1, v/v). Kecambah disiram dengan larutan PEG 6000 15% setiap dua hari sekali, mulai tanaman mempunyai empat daun hingga berumur tujuh minggu. Induksi cekaman kekeringan melalui pengurangan penyiraman air dilakukan dengan menumbuhkan tanaman dalam polibag (diameter 50 cm) yang berisi media campuran tanah, pasir dan pupuk kandang (2:1:1, v/v). Tanaman-tanaman tersebut dibagi menjadi dua kelompok. Kelompok pertama diberi perlakuan cekaman kekeringan secara individual dengan menyiram air hanya setelah 75% daun yang dimiliki tanaman tersebut layu, sedangkan kelompok lain diberi penyiraman optimum setiap dua hari sekali. Hasil percobaan menunjukkan 1) cekaman akibat penyiraman larutan PEG 15% pada fase vegetatif nyata menurunkan pertumbuhan tajuk, tetapi tidak berpengaruh terhadap pertumbuhan akar, 2) pengaruh cekaman kekeringan akibat pengurangan penyiraman air terhadap pertumbuhan tajuk dan akar berbeda antar populasi, 3) tanaman hasil kultur in vitro dan seleksi in vitro mempunyai tingkat toleransi terhadap cekaman kekeringan yang lebih tinggi dibandingkan tanaman standar, 4) diperoleh sembilan galur tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro yang toleran terhadap cekaman kekeringan, dua di antaranya mempunyai jumlah polong bernas lebih tinggi dibandingkan tanaman standar, baik pada kondisi optimum maupun cekaman, 5) penurunan densitas stomata dan peningkatan kadar prolina total memainkan peran yang cukup berarti dalam mekanisme terhadap cekaman kekeringan, tetapi panjang akar primer dan nisbah akar/tajuk tidak berperan dalam mekanisme toleransi terhadap cekaman kekeringan.

Dari hasil semua tahap percobaan di atas, disimpulkan bahwa induksi variasi somaklonal dengan atau tanpa disertai seleksi in vitro menggunakan PEG 15% efektif untuk memperoleh tanaman varian somaklonal kacang tanah yang toleran terhadap kekeringan, dengan mekanisme yang tidak melalui pertumbuhan akar yang intensif. Dari evaluasi toleransi terhadap cekaman kekeringan diperoleh empat galur, yaitu K0-2, K0-11.3, K0-30.1 dan K15-4 yang toleran terhadap cekaman kekeringan dan mempunyai bobot polong bernas lebih besar daripada tanaman standar.

Kata kunci: variasi somaklonal, seleksi in vitro , PEG 6000, toleransi terhadap

kekeringan, mekanisme toleransi tanpa akar intensif, prolina

Page 7: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

vii

Hak cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2007

Hak cipta dilindungi

Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut Pertanian

Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apapun, baik cetak, fotokopi,

mikrofilm dan sebagainya

Page 8: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

viii

INDUKSI VARIASI SOMAKLONAL DAN SELEKSI IN VITRO MENGGUNAKAN PEG

UNTUK IDENTIFIKASI VARIAN KACANG TANAH YANG TOLERAN CEKAMAN KEKERINGAN

ENNI SUWARSI RAHAYU

Disertasi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar doktor

pada Departemen Agronomi dan Hortikultura

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR 2007

Page 9: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

ix

Judul Disertasi : Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro

Menggunakan PEG untuk Identifikasi Varian Kacang Tanah yang Toleran Cekaman Kekeringan

Nama : Enni Suwarsi Rahayu

NRM : A. 361020041

Disetujui,

Komisi Pembimbing

Prof. Dr. Ir. Sudarsono, MSc. Ketua

Dr. Ir. Hajrial Aswidinnoor, MSc. Anggota

Dr.Ir. Satriyas Ilyas, MS Anggota

Prof.Dr.Ir. Edi Guhardja, MSc. Anggota

Diketahui :

Ketua Program Studi Agronomi Dekan Sekolah Pascasarjana

Dr.Ir. Satriyas Ilyas, MS Prof.Dr.Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS

Tanggal ujian : 25 Juli 2007 Tanggal lulus :

Page 10: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

x

PRAKATA

Alhamdulillahirabbil alamin, segala puji bagi Allah Tuhan semesta alam.

Atas izin dan petunjuk Allah Yang Maha Rahman dan Rahim pada akhirnya

penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan disertasi yang berjudul

”Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In vitro Menggunakan PEG untuk

Identifikasi Varian Kacang Tanah yang Toleran Cekaman Kekeringan”. Disertasi

ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar doktor dari Institut

Pertanian Bogor.

Disertasi ini disusun berdasarkan serangkaian penelitian yang merupakan

bagian dari penelitian Hibah Tim Pasca Sarjana angkatan I, tahun 1, 2 dan 3

(tahun 2003 – 2005) yang berjudul ”Rekayasa Genetika dan Seleksi in-Vitro

untuk Mendapatkan Plasma Nutfah Kacang Tanah dengan Novel Characters –

Toleran terhadap Stres Kekeringan dan Resisten Penyakit Busuk Batang

Sclerotium” yang diketuai oleh Prof.Dr.Ir. Sudarsono, M.Sc. dan didanai oleh

Departemen Pendidikan Nasional.

Penelitian dan penulisan disertasi ini dapat diselesaikan karena peran dan

bantuan berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis sampaikan

terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Rektor Universitas Negeri Semarang yang telah memberi ijin untuk

menempuh studi program doktor,

2. Sekolah Pasca Sarjana IPB dan Program Studi Agronomi SPS IPB yang

telah menerima penulis sebagai mahasiswa program doktor pada tahun

2002,

3. Departemen Pendidikan Nasional, yang telah memberikan dana studi

selama tujuh semester melaui BPPS tahun 2002 – 2006 dan dana

penelitian melalui penelitian Hibah Tim Pascasarjana angkatan I tahun 1, 2

dan 3 (tahun 2003 – 2005),

4. Bapak Prof.Dr.Ir. Sudarsono, MSc. selaku Ketua Komisi Pembimbing, yang

telah memprakarsai penelitian Hibah Tim Pascasarjana yang merupakan

sumber utama dana penelitian disertasi ini, dan yang telah memberikan

bimbingan intensif dalam pelaksanaan penelitian, analisis data, penulisan

publikasi serta penulisan naskah disertasi,

5. Bapak Dr.Ir. Hajrial Aswidinnoor, MSc, Ibu Dr.Ir. Satriyas Ilyas, MS dan

Bapak Prof.Dr.Ir. Edi Guhardja, MSc sebagai Anggota Komisi Pembimbing;

Page 11: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

xi

yang telah memberikan bimbingan, arahan, dukungan moril yang sangat

bermanfaat dalam penulisan disertasi,

6. Penguji Luar Komisi Dr. Ir. Yudiwanti, MS, Dr.Ir. Sriani Sujiprihati, MS dan

Dr. Ir. Ika Mariska S.; yang telah memberikan saran perbaikan yang sangat

berarti dalam penulisan disertasi,

7. Rekan-rekan Tim Peneliti di Laboratorium Biologi Molekuler Tanaman

Faperta IPB : Dr.Ir. Yusnita, MSc, Dr.Ir. Endang Pujihartati, MSi, Dr. Ir.

Farid Hemon, MSc, Dr.Ir. Ahmad Riduan, MSi, Dr. Ir. Dwi Hapsoro, MSc,

Dr.Ir. Zuyasna, MSc., Ir. Yusniwati, MSi; atas persahabatan dan kesediaan

menjadi mitra diskusi yang handal,

8. Rekan-rekan dari Jurusan Biologi Universitas Negeri Semarang yang

bersama-sama menempuh studi S3 di IPB : Ir. Amin Retnoningsih, MSi,

Dra. Margareta Rahayuningsih, MSi, drh. R.Susanti, MP, Niken Subekti,

Ssi, MSi dan Drs. Y.Ulung Anggraito, MSi.; atas persahabatan dan

dukungan secara moril

9. Rekan-rekan teknisi di Laboratorium PMB Faperta IPB (Susilawati, Agus)

dan di Balitbiogen Bogor (Pak Juanda) atas bantuannya dalam

pelaksanaan penelitian,

10. Semua pihak yang telah membantu dalam pelaksanaan penelitian dan

ujian yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Secara khusus terima kasih dan penghargaan penulis sampaikan kepada

suami tercinta Drs.H. Tri Widayat K. atas keikhlasannya memberi ijin, doa,

kesabaran, dukungan moril serta materiil yang tidak terhingga nilainya; sehingga

penulis merasa bahwa keberhasilan ini adalah keberhasilan berdua. Juga

kepada anak-anak tersayang K. Widayati Ajiningtyas (Tyas), K. Wiidyo Aji

Bagaskoro (Aji) dan K. Widyan Radityo Ilmiaji (Adit) atas keikhlasan, kesabaran

dan dukungan moril yang diberikan.

Semoga segala dukungan dan bantuan yang dilakukan dalam

penyelesaian penelitian dan penulisan disertasi ini dapat dinilai sebagai ibadah

oleh Allah SWT, baik bagi penulis maupun semua pihak yang telah

berperanserta. Amin. Akhirnya penulis berharap semoga hasil penelitian ini

membawa manfaat bagi yang membutuhkan.

Bogor, Juli 2007

Enni Suwarsi Rahayu

Page 12: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

xii

RIWAYAT HIDUP

Penulis lahir di Cilacap Jawa Tengah pada tanggal 16 September 1960,

merupakan anak pertama dari Bapak Soekadi (almarhum) dan Ibu Soewarti.

Pendidikan sarjana ditempuh di Jurusan Pendidikan Biologi FPMIPA IKIP

Semarang, lulus pada tahun 1983. Pada tahun 1995 lulus dari jenjang S2

Program Studi Biologi Program Pasca Sarjana Universitas Gadjah Mada

Yogyakarta, kemudian sejak tahun 2002 terdaftar sebagai mahasiswa program

doktor di Sekolah Pascasarjana IPB. Beasiswa pendidikan pascasarjana

diperoleh dari Departemen Pendidikan Nasional.

Sejak tahun 1986 sampai sekarang tercatat sebagai staf pengajar jurusan

Biologi FMIPA Universitas Negeri Semarang (Unnes). Sejak menjadi staf

pengajar penulis aktif dalam sejumlah kegiatan penelitian dan pengabdian

masyarakat dengan dana dari Departemen Pendidikan Nasional, dan dalam

berbagai pelatihan serta seminar ilmiah tingkat regional maupun nasional.

Selama mengikuti program S3, penulis bersama Komisi Pembimbing telah

menulis beberapa artikel dari hasil penelitian selama studi. Poster dan karya

ilmiah berjudul ”Cekaman oleh PEG dalam media in vitro dan penapisan

toleransi kacang tanah terhadap kekeringan” telah disajikan pada Seminar

Nasional PERIPI di Bogor, tanggal 5 – 7 Agustus 2004. Sebuah artikel telah

diterbitkan di jurnal ilmiah terakreditasi, yaitu Berkala Penelitian Hayati volume 11

(1):39-48 tahun 2005 yang berjudul ”Polietilena glikol (PEG) dalam media in vitro

menyebabkan kondisi cekaman yang menghambat perkembangan tunas kacang

tanah (Arachis hypogaea L.)”. Sebuah artikel lain berjudul ”Seleksi in vitro

embrio somatik kacang tanah pada medium dengan polietilen glikol untuk

stimulasi kondisi cekaman kekeringan” telah dimuat di jurnal ilmiah terakreditasi

Biosfera volume 23 (1) tahun 2006.

Page 13: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

xiii

DAFTAR ISI

Halaman DAFTAR TABEL xiii DAFTAR GAMBAR xix DAFTAR ISTILAH xxii

I PENDAHULUAN Latar Belakang ..................................................................... 1 Tujuan Penelitian ................................................................. 3 Pendekatan Masalah dan Strategi Penelitian ...................... 3 II TINJAUAN PUSTAKA Variasi Somaklonal Kacang Tanah ...................................... 9 Pengaruh Cekaman Kekeringan terhadap Tanaman .......... 11 Mekanisme Toleransi Tanaman terhadap Cekaman Keke-

ringan ................................................................................... 13

Seleksi in Vitro untuk Toleransi terhadap Cekaman Kekeringan ...........................................................................

17

III EFEKTIVITAS POLIETILENA GLIKOL SEBAGAI BAHAN

PENYELEKSI SIFAT TOLERANSI TERHADAP CEKAMAN KEKERINGAN DALAM MEDIA IN VITRO

Abstrak ................................................................................. 20 Abstract ................................................................................ 21 Pendahuluan ........................................................................ 22 Bahan dan Metode Bahan Tanaman dan Perlakuan PEG .......................... 24 Perkecambahan dan Pertumbuhan Tunas .................. 24 Respon Eksplan terhadap Cekaman PEG ................... 24 Pengamatan dan Analisis Data .................................... 25 Pengukuran Kandungan Prolina Jaringan Eksplan ...... 26 Hasil Respon Eksplan Kecambah terhadap Cekaman PEG 27 Respon Eksplan TDK terhadap Cekaman PEG ........... 30 Respon Eksplan TTK terhadap Cekaman PEG ........... 31 Akumulasi Prolina akibat Cekaman PEG ..................... 32 Pembahasan ........................................................................ 35 Simpulan .............................................................................. 40 IV SELEKSI IN VITRO EMBRIO SOMATIK KACANG

TANAH PADA MEDIA DENGAN POLIETILENA GLIKOL YANG MENSIMULASIKAN KEKERINGAN

Abstrak ................................................................................. 41 Abstract ................................................................................ 42 Pendahuluan ........................................................................ 43 Bahan dan Metode Bahan Tanaman dan Induksi ES Kacang Tanah ......... 44

Page 14: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

xiv

Evaluasi Respon ES Kacang Tanah terhadap Cekaman PEG …………………………………………

44

Seleksi ES dalam Media Selektif dengan PEG Konsentrasi Sub-letal ………………………………….

45

Regenerasi Tanaman R0 dari ES Hasil Seleksi in vitro 45 Hasil Respon ES Kacang Tanah terhadap Cekaman PEG .. 46 Konsentrasi Sub-letal PEG .......................................... 47 ES Kacang Tanah yang Insensitif terhadap PEG

Konsentrasi Sub-letal ...................................................

48 Tanaman R0 dari ES Hasil Seleksi in vitro ................. 50 Pembahasan ........................................................................ 51 Simpulan .............................................................................. 53

V VARIAN KUALITATIF DAN KUANTITATIF KACANG TANAH HASIL KULTUR IN VITRO DAN HASIL SELEKSI IN VITRO

Abstrak ................................................................................. 54 Abstract ................................................................................ 55 Pendahuluan ........................................................................ 56 Bahan dan Metode Bahan Tanaman dan Induksi Variasi Somaklonal ....... 57 Pertumbuhan ES Varian dalam Media Kultur dan

Media Selektif serta Regenerasinya menjadi Tanaman R0 .................................................................................

57 Penanaman dan Pemeliharaan Tanaman R0, R1 dan

R2 .................................................................................

58 Penentuan Varian ........................................................ 59 Hasil Tanaman R0, R1 dan R2 ............................................. 60 Varian Kualitatif ............................................................ 59 Varian Kuantitatif .......................................................... 63 Pembahasan ....................................................................... 68 Simpulan .............................................................................. 71

VI TOLERANSI GALUR KACANG TANAH HASIL KULTUR DAN SELEKSI IN VITRO TERHADAP CEKAMAN AKIBAT PENYIRAMAN PEG

Abstrak ................................................................................. 73 Abstract ................................................................................ 74 Pendahuluan ........................................................................ 75 Bahan dan Metode Bahan Tanaman .......................................................... 76 Evaluasi Respon terhadap Cekaman PEG .................. 76 Analisis Respon terhadap Cekaman PEG ……………. 78 Hasil Respon Pertumbuhan Tanaman Kacang Tanah

terhadap Cekaman PEG ..............................................

80 Toleransi terhadap Cekaman PEG .............................. 85 Mekanisme Toleransi terhadap Cekaman PEG ........... 86 Pembahasan ........................................................................ 88 Simpulan .............................................................................. 92

Page 15: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

xv

VII TOLERANSI GALUR KACANG TANAH HASIL KULTUR DAN SELEKSI IN VITRO TERHADAP CEKAMAN KEKERINGAN

Abstrak ................................................................................. 94 Abstract ................................................................................ 95 Pendahuluan ........................................................................ 96 Bahan dan Metode Bahan Tanaman ........................................................... 97 Evaluasi Respon terhadap Cekaman Kekeringan ....... 98 Evaluasi Toleransi Tanaman terhadap Cekaman

Kekeringan ...................................................................

99 Analisis Mekanisme Toleransi terhadap Cekaman

Kekeringan ..................................................................

99 Hasil Respon Pertumbuhan Tajuk terhadap Cekaman

Kekeringan ...................................................................

100 Respon Pertumbuhan Akar terhadap Cekaman

Kekeringan ……………………………………………......

102 Respon Hasil terhadap Cekaman Kekeringan ……….. 105 Toleransi Galur Kacang Tanah Varian terhadap

Cekaman Kekeringan ..................................................

107 Mekanisme Toleransi terhadap Cekaman

Kekeringan....................................................................

108 Pembahasan ........................................................................ 110 Simpulan .............................................................................. 116 VIII PEMBAHASAN UMUM ..................................................... 117 IX SIMPULAN DAN SARAN Simpulan .............................................................................. 125 Saran ................................................................................... 127 X DAFTAR PUSTAKA ............................................................. 128 LAMPIRAN ........................................................................ 137

Page 16: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

xvi

DAFTAR TABEL

Halaman

1 Pengaruh konsentrasi PEG dalam medium in vitro terhadap PET, PDT dan PAT dari sembilan kultivar kacang tanah ...................................................................................

28

2 Pengaruh konsentrasi PEG dalam medium in vitro terhadap panjang epikotil, panjang akar utama, jumlah akar cabang dan jumlah daun kecambah sembilan kultivar kacang tanah serta nilai relatifnya terhadap perlakuan PEG 0% ..............................................................................

29

3 Pengaruh konsentrasi PEG terhadap pertambahan tinggi, jumlah daun dan jumlah akar utama pada eksplan tunas yang berasal dari benih dengan kotiledon (TDK) dan nilai relatifnya terhadap konsentrasi PEG 0% ...........................

30

4 Pengaruh konsentrasi PEG terhadap jumlah daun layu dan skor kerusakan tunas pada eksplan tunas yang berasal dari benih dengan kotiledon (TDK) ........................

32

5 Pengaruh konsentrasi PEG terhadap jumlah daun layu per botol pada eksplan tunas yang berasal dari poros embrio tanpa kotiledon (TTK) .........................................................

33

6 Pengaruh konsentrasi PEG dalam medium in vitro terhadap pertambahan tinggi dan jumlah daun pada eksplan tunas yang berasal dari poros embrio tanpa kotiledon (TTK) dan nilai relatifnya terhadap konsentrasi PEG 0% ...............................................................................

33

7 Pengaruh konsentrasi PEG terhadap persentase eksplan yang hidup, rataan embrio somatik (ES) yang terbentuk per eksplan dan jumlah total ES kacang tanah kultivar Badak, Kelinci, Singa, dan Zebra setelah tiga bulan dalam media selektif .......................................................................

47

8 Persentase penurunan jumlah eksplan yang hidup, rataan embrio somatik (ES) per eksplan dan jumlah total ES kacang tanah kultivar Badak, Kelinci, Singa, dan Zebra setelah tiga bulan dalam media selektif dengan penambahan PEG 6000 5%, 10%, 15% atau 20% dibandingkan dengan media PEG 0% ...............................

48

9 Jenis, frekuensi dan persentase varian kualitatif pada tanaman hasil kultur in vitro (K0) dan seleksi in vitro (K15) generasi R0, R1 zuriat R0 dan R2 zuriat R1 .......................

61

Page 17: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

xvii

10 Rataan nilai dan ragam karakter kuantitatif pertumbuhan tajuk pada populasi tanaman hasil kultur in vitro dan hasil seleksi in vitro generasi R0, R1 zuriat R0 dan R2 zuriat R1

63

11 Rataan nilai dan ragam karakter kuantitatif pertumbuhan akar dan hasil pada populasi tanaman hasil kultur in vitro dan hasil seleksi in vitro generasi R0, R1 zuriat R0, dan R2 zuriat R1 pada kacang tanah kultivar Kelinci ...............

64

12 Nomor-nomor galur dari populasi R1-K0, R2-K0 dan R2-K15 yang dievaluasi toleransinya terhadap cekaman PEG 15% .....................................................................................

77

13 Kriteria penentuan respon tanaman berdasarkan nilai intensitas kerusakan daun (IKD) .........................................

79

14 Rataan nilai dan ragam tinggi tanaman, jumlah daun, berat basah dan berat kering tajuk tanaman kacang tanah kultivar Kelinci populasi standar, R1-K0, R2-K0 dan R2-K15 dalam kondisi optimum dan cekaman PEG 15% .......

81

15 Rataan nilai dan ragam bobot basah, bobot kering akar dan panjang akar primer tanaman kacang tanah kultivar Kelinci populasi standar, R1-K0, R2-K0 dan R2-K15 dalam kondisi optimum dan cekaman PEG 15% ..........................

83

16 Biomassa pada kondisi cekaman PEG 15% dan kondisi optimum galur-galur tanaman kacang tanah kultivar Kelinci yang teridentifikasi toleran terhadap cekaman kekeringan berdasarkan nilai S ..........................................

87

17 Nomor-nomor galur tanaman dari populasi R1-K0, R2-K0 dan R2-K15 yang dievaluasi toleransinya terhadap cekaman PEG 15% ............................................................

97

18 Rataan nilai dan ragam peubah-peubah pertumbuhan tajuk tanaman kacang tanah kultivar Kelinci populasi tanaman standar, R1-K0, R2-K0, dan R2-K15 dalam kondisi optimum dan kondisi cekaman kekeringan ..........

102

19 Rataan nilai dan ragam panjang akar primer, jumlah akar cabang, bobot basah dan bobot kering akar kacang tanah kultivar Kelinci populasi tanaman standar, R1-K0, R2-K0, dan R2-K15 dalam kondisi optimum dan kondisi cekaman kekeringan ........................................................................

104

20 Rataan nilai dan ragam jumlah polong total dan jumlah polong bernas kacang tanah kultivar Kelinci populasi tanaman standar, R1-K0, R2-K0, dan R2-K15 dalam kondisi optimum dan cekaman kekeringan .........................

106

Page 18: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

xviii

21 Karakteristik galur-galur tanaman kacang tanah populasi R1-K0, R2-K0 dan R2-K15 yang teridentifikasi toleran terhadap kekeringan ............................................................

113

22 Galur kacang tanah kultivar Kelinci populasi tanaman hasil kultur dan hasil seleksi in vitro yang teridentifikasi toleran terhadap cekaman PEG dan cekaman pengurangan penyiraman ....................................................

122

Page 19: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

xix

DAFTAR GAMBAR

Halaman

1 Diagram alir strategi penelitian dan keterkaitan antar percobaan dari seluruh kegiatan penelitian .........................

8

2 Media selektif berupa media cair MS (Murashige-Skoog 1962) tanpa zat pengatur tumbuh (MS-0) dengan penam-bahan berbagai konsentrasi PEG 6000 ..............................

25

3 Kriteria penentuan skor kerusakan eksplan tunas kacang tanah setelah ditanam dalam media selektif selama enam minggu ...............................................................................

26

4 Pengaruh konsentrasi PEG terhadap kadar prolina total jaringan pada eksplan tunas yang berasal dari benih dengan kotiledon (TDK) kacang tanah kultivar Singa, Komodo, Kelinci, Gajah, Simpai dan Badak, setelah ditanam selama enam minggu dalam media selektif ....

34

5 Morfologi kecambah yang tumbuh pada media selektif yang mengandung PEG (dari kiri ke kanan) konsentrasi 0, 5, 10, 15 dan 20% pada kacang tanah kultivar Sng (Singa), Kmd (Komodo), Jrp (Jerapah), Klc (Kelinci), Gjh (Gajah), Trg (Trenggiling), Bdk (Badak), Mcn (Macan), Smp (Simpai)........................................................................

35

6 Pertumbuhan ES kacang tanah kultivar Badak (B), Kelinci (K), Singa (S), dan Zebra (Z), setelah tiga kali sub-kultur masing-masing satu bulan dalam media selektif PEG dengan konsentrasi 0%, 5%, 10%, 15% dan 20% ............

49

7 Regenerasi ES kacang tanah hasil seleksi in vitro dalam media selektif dengan penambahan PEG 15% ……………

50

8 Pola percabangan pada tanaman kacang tanah yang diregenerasikan dari ES hasil kultur dan seleksi in vitro ....

59

9 Varian kualitatif pada tanaman kacang tanah hasil kultur dan seleksi in vitro ..............................................................

62

10 Distribusi frekuensi tinggi tanaman dan bobot kering tajuk

kacang tanah populasi tanaman standar, tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro ....................................................

65

11 Distribusi frekuensi jumlah akar cabang primer dan bobot kering akar tanaman standar serta tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro ............................................................

66

Page 20: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

xx

12 Distribusi frekuensi jumlah polong bernas dan bobot polong bernas tanaman standar serta tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro .............................................................

67

13 Skor kerusakan daun kacang tanah kultivar Kelinci akibat penyiraman larutan PEG 15% pada media arang sekam di rumah kaca ........................................................................

79

14 Distribusi frekuensi jumlah daun per tanaman pada populasi tanaman standar, tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro dalam kondisi optimum dan cekaman PEG 15% ..................................................................................

82

15 Distribusi frekuensi bobot tajuk kering pada populasi tanaman standar, tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro dalam kondisi optimum dan cekaman PEG 15% ..............

83

16 Distribusi frekuensi bobot akar kering pada populasi tanaman standar, tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro dalam kondisi optimum dan cekaman PEG 15% ..............

84

17 Distribusi frekuensi panjang akar pada populasi tanaman standar, tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro dalam kondisi optimum dan cekaman PEG 15% ........................

84

18 Keragaan tanaman kacang tanah kultivar Kelinci yang tumbuh dalam kondisi optimum dan dalam kondisi cekaman akibat penyiraman PEG 15% ...............................

85

19 Distribusi frekuensi respon tanaman yang ditumbuhkan dari benih, ES hasil kultur in vitro (R1-K0, R2-K0) dan ES hasil seleksi in vitro (R2-K15) terhadap cekaman PEG 15% berdasarkan nilai indeks kerusakan daun ...................

86

20 Distribusi frekuensi respon tanaman yang ditumbuhkan dari benih, ES hasil kultur in vitro (R1-K0, R2-K0), dan ES hasil seleksi in vitro (R2-K15) terhadap cekaman PEG 15% berdasarkan indeks sensitivitas terhadap kekeringan yang dihitung menggunakan nilai biomassa ......................

86

21 Regresi antara nilai indeks kerusakan daun (IKD) dengan dengan nisbah akar/tajuk dan panjang akar primer pada populasi tanaman standar (x) dan R1-K0, R2-K0 dan R2-K15 yang teridentifikasi agak toleran (¦ ), agak peka (?) dan peka (? ) .....................................................................

87

22 Regresi antara nilai ISK yang dihitung menggunakan biomassa tanaman dengan nisbah akar/tajuk dan dengan panjang akar primer pada populasi tanaman standar (x) dan R1-K0, R2-K0 dan R2-K15 yang teridentifikasi toleran (¦ ), medium toleran (?) dan peka (? ) .................................

88

Page 21: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

xxi

23 Keragaan tanaman kacang tanah dalam (a) kondisi optimum dan (b) kondisi cekaman ....................................

101

24 Distribusi frekuensi bobot kering tajuk pada populasi tanaman standar, tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro dalam kondisi optimum dan cekaman kekeringan ............

103

25 Distribusi frekuensi bobot kering akar pada populasi tanaman standar, tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro dalam kondisi optimum dan cekaman kekeringan ............

105

26 Distribusi frekuensi jumlah polong bernas pada populasi tanaman standar, tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro dalam kondisi optimum dan cekaman kekeringan ............

106

27 Distribusi frekuensi kandungan prolina (µg/g) dalam kondisi optimum dan cekaman kekeringan pada tanaman kacang tanah populasi standar, R0-K0, R1-K0 dan R2-K15

107

28 Distribusi frekuensi respon tananan standar, R1-K0, R2-K0, R2-K15 terhadap cekaman kekeringan berdasarkan indeks sensitivitas terhadap cekaman kekeringan yang dihitung menggunakan jumlah polong bernas......................

108

29 Hubungan antara indeks sensitivitas kekeringan(ISK) yang dihitung berdasarkan jumlah polong bernas dengan peningkatan kadar prolina dan densitas stomata pada tanaman kacang tanah populasi tanaman standar (x) dan populasi R1-K0, R2-K0 dan R2-K15 yang teridentifikasi toleran (¦ ), medium toleran (?) dan peka (? ) ....................

109

30 Distribusi frekuensi densitas stomata pada tanaman kacang tanah populasi standar, R1-K0, R2-K0 dan R2-K15

109

31 Hubungan antara ISK dengan panjang akar dan nisbah akar/tajuk pada tanaman kacang tanah pada populasi tanaman standar (x) dan R1-K0, R2-K0 dan R2-K15 yang teridentifikasi toleran (¦ ), medium (?) dan peka (?) ............

110

Page 22: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

xxii

DAFTAR ISTILAH

Bahan penyeleksi (selective agent)

bahan kimia yang dapat menapis sel/jaringan dengan sifat yang diinginkan (dalam hal ini yang toleran terhadap cekaman kekeringan) di antara sel/jaringan lain dengan sifat yang tidak diinginkan

Cekaman kekeringan

kondisi ketersediaan air media tanam yang tidak memadai baik jumlah maupun distribusinya, yang terjadi pada sebagian atau sepanjang siklus hidup tanaman sehingga tanaman tidak dapat mengekspresikan potensi genetiknya

Densitas stomata

(dalam penelitian ini) jumlah stomata per satuan luas (cm2) pada jaringan epidermis bawah daun, dihitung menggunakan mikrometer

Embrio somatik

embrio yang terbentuk dari sel vegetatif, dalam penelitian ini dari leaflet (calon daun) embrio zigotik

Generasi R0

tanaman yang merupakan hasil regenerasi jaringan dari kultur in vitro Generasi R1

tanaman yang merupakan zuriat dari tanaman generasi R0 Generasi R2

tanaman yang merupakan zuriat dari tanaman generasi R1 Kalus embriogen

kalus yang mengandung sel-sel yang berpotensi untuk berkembang menjadi embrio

Karakter kualitatif

karakter yang nilainya tidak berdasarkan pengukuran, menghasilkan variasi berupa kelompok-kelompok yang diskret

Karakter kuantitatif

karakter yang nilainya diperoleh dari pengukuran, menghasilkan variasi yang bersifat kontinyu

Kultur in vitro

(dalam penelitian ini) pembudidayaan embrio somatik pada media MS padat dengan penambahan pikloram 16 µM menjadi plantlet

Medium toleran

tingkat karakter toleransi terhadap cekaman, yang berada di antara karakter peka dan karakter toleran

Page 23: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

xxiii

Mekanisme avoidance (ketahanan) mekanisme respon terhadap cekaman kekeringan yang ditunjukkan dengan kemampuan tanaman untuk mempertahankan potensial air jaringan yang relatif tinggi pada saat mengalami cekaman kekeringan

Mekanisme escape (pelarian)

mekanisme respon terhadap cekaman kekeringan yang ditunjukkan dengan kemampuan tanaman untuk menyelesaikan siklus hidupnya sebelum terjadi cekaman kekeringan sehingga tidak mengalami cekaman

Mekanisme tolerance (toleran)

mekanisme respon terhadap cekaman kekeringan yang ditunjukkan dengan kemampuan tanaman untuk bertahan hidup dengan potensial air jaringan yang rendah

Nisbah akar/tajuk

ratio bobot kering akar dan tajuk Osmolit

senyawa yang terlarut dalam plasma sel yang dapat berperan untuk mempertahankan potensial osmotik sel dan melindungi kerusakan struktur sel akibat senyawa radikal pada saat mengalami cekaman

Peka

respon tanaman yang tidak mampu mempertahankan diri atau mengatasi pengaruh cekaman kekeringan, yang ditunjukkan dengan menurunnya pertumbuhan dan atau hasil panen secara signifikan pada kondisi cekaman kekeringan

Picloram

asam 4-amino, 3.5.6.trikhloropikolinat, suatu herbisida yang dalam konsentrasi rendah berperan sebagai fitohormon auksin

PEG (poly ethylene glycol)

senyawa polimer yang tersusun atas sub unit etilen-oksida, yang mampu mengikat molekul air pada atom oksigennya dengan ikatan hidrogen

Potensial osmotik

potensi suatu larutan untuk melakukan osmosis atau menarik molekul air, yang nilainya negatif dan ditentukan oleh konsentrasi larutan, suhu, konstanta gas dan konstanta ionisasi

Prolina

salah satu jenis asam amino yang terlarut dalam plasma sel dan dapat berperan sebagai osmolit

Seleksi in vitro

penapisan dalam media in vitro untuk memilih sel/jaringan dengan sifat yang diinginkan di antara sel/jaringan lain yang tidak diinginkan

Page 24: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

xxiv

Toleran respon tanaman yang mampu mempertahankan diri atau mengatasi pengaruh cekaman kekeringan, yang ditunjukkan dengan menurunnya pertumbuhan dan atau hasil panen yang tidak signifikan pada kondisi cekaman kekeringan

Varian somaklonal

karakter yang mengalami variasi somaklonal Varian somaklonal genetik

karakter yang mengalami variasi somaklonal yang pada umumnya bersifat ir-reversibel dan diwariskan kepada keturunannya

Varian somaklonal epigenetik

karakter yang mengalami variasi somaklonal yang merupakan modifikasi ekspresi genetik, biasanya bersifat reversibel dan tidak diwariskan

Varian somaklonal positif

karakter yang mengalami variasi somaklonal yang lebih unggul dibanding tanaman standar

Variasi somaklonal

perubahan yang terjadi pada sel/jaringan yang dipelihara dalam kultur in vitro

Page 25: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

1

I. PENDAHULUAN

Latar Belakang

Kacang tanah (Arachis hypogaea L.) merupakan salah satu komoditas

pertanian yang potensial untuk dikembangkan di Indonesia. Komoditas ini

adaptatif di daerah tropis, dan mempunyai arti penting sebagai bahan pangan

bergizi tinggi, pakan ternak yang potensial, dan tanaman rotasi yang efektif.

Sebagai bahan pangan biji kacang tanah mengandung lemak, protein, vitamin B

dan E yang relatif tinggi (Maesen dan Somaatmadja 1993, Moss dan Rao 1995).

Antara tahun 2000 – 2004 produksi kacang tanah Indonesia berkisar antara

736,5 – 839,1 ton, dengan hasil panen faktual rata-rata sebesar 1,08 – 1,16 ton

per hektar (BPS 2005), lebih rendah dibandingkan hasil panen dalam skala

penelitian yang dapat mencapai lebih dari 2 ton per hektar (Hidajat et al. 1999).

Hal tersebut menyebabkan Indonesia harus mengimpor kacang tanah untuk

memenuhi kebutuhan masyarakat. Oleh karena itu perlu dilakukan upaya

peningkatan produksi kacang tanah.

Upaya peningkatan produksi kacang tanah baik melalui perluasan lahan

penanaman maupun peningkatan produktivitas menghadapi berbagai cekaman

abiotik. Cekaman abiotik utama adalah kekeringan yang pada masa mendatang

diduga akan semakin parah karena berkurangnya distribusi air ke sektor

pertanian akibat besarnya kebutuhan air pada sektor non-pertanian,

menurunnya daya retensi tanah dan kualitas lingkungan (Makarim 2005). Di

samping itu usaha tani kacang tanah, yang bukan merupakan tanaman pangan

utama di Indonesia, pada umumnya dilakukan di lahan kering atau pada akhir

musim penghujan, sehingga berpeluang besar mengalami kekurangan air atau

cekaman kekeringan.

Air merupakan faktor pembatas utama yang menentukan tercapai tidaknya

potensi hasil tanaman. Bila air yang terserap tanaman berkurang, maka semua

proses biokimia di dalam tanaman akan terhambat dan pertumbuhan serta

produksi akan menurun. Produksi kacang tanah dapat menurun hingga 50%

akibat cekaman kekeringan (Makarim 2005). Periode kritis tanaman kacang

tanah terhadap kekeringan adalah umur 3, 25, 50 dan 75 hari (Balitkabi 2004).

Respon rendahnya produksi kacang tanah pada kondisi kekeringan terjadi

pada kultivar tanaman yang peka terhadap kekeringan. Untuk kultivar yang

toleran terhadap kekeringan, sampai pada tingkat tertentu yang masih dapat

Page 26: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

2

ditoleransi, cekaman kekeringan tidak menimbulkan pengaruh seperti yang

terjadi pada kultivar peka. Oleh karena itu untuk budidaya kacang tanah di lahan

kering atau musim kering diperlukan kultivar yang toleran cekaman abiotik,

terutama cekaman kekeringan, sehingga peningkatan hasil yang diharapkan

dapat terwujud.

Sampai saat ini, di antara 22 kultivar kacang tanah yang dilepas

Departemen Pertanian, hanya enam kultivar yaitu Komodo, Biawak, Jerapah,

Panther, Singa dan Turangga yang diidentifikasi toleran terhadap cekaman

kekeringan (Hidajat et al. 1999). Pada umumnya mekanisme toleransi yang

dilakukan oleh kultivar toleran adalah melalui pembentukan akar yang intensif

sehingga dapat menurunkan hasil. Kultivar toleran dengan mekanisme yang

tidak menurunkan hasil lebih diinginkan (Williams dan Boote 1995). Karakter

tersebut merupakan hal yang sangat penting untuk diupayakan pada kacang

tanah sebab genotipe dengan potensial daya hasil tinggi pada kondisi irigasi

optimum biasanya sangat peka terhadap kekeringan. Sebaliknya, genotipe yang

memberikan hasil baik pada kondisi tercekam kekeringan, mungkin tidak

menjamin hasil yang lebih baik pada kondisi irigasi optimum (Gupta 1997) karena

besarnya kemampuan pertumbuhan biomassa (perakaran). Berdasarkan hal itu

pengembangan kultivar kacang tanah toleran kekeringan masih diperlukan.

Untuk mengembangkan kultivar yang toleran terhadap kekeringan dengan

mekanisme yang berbeda diperlukan keragaman baru sifat toleransi pada

plasma nutfah kacang tanah. Peningkatan keragaman sifat toleransi dapat

dilakukan secara in vitro melalui kultur jaringan. Teknik ini berpotensi untuk

menghasilkan varian somaklonal yang mempunyai karakteristik tertentu. Varian

yang secara alamiah terjadi acak pada berbagai karakter tersebut kemudian

diseleksi dalam media selektif yang sesuai sehingga diperoleh varian dengan

sifat yang diinginkan. Dengan menggunakan seleksi in vitro, intensitas seleksi

lebih besar dan homogen sehingga dapat meningkatkan efisiensi didapatkannya

varian tanaman dengan sifat-sifat yang diharapkan (Specht dan Graef 1996).

Dalam kultur jaringan terdapat tiga teknik yang dapat dilakukan, yaitu

proliferasi tunas pucuk, regenerasi tunas adventif dan regenerasi embrio

somatik. Di antara ketiga teknik tersebut regenerasi embrio somatik merupakan

teknik yang paling efisien dan paling besar peluangnya untuk memperoleh

varian. Selain itu kecepatan multiplikasi lebih tinggi, prosesnya dapat

dipertahankan dalam jangka panjang sehingga tidak selalu tergantung pada

Page 27: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

3

ketersediaan eksplan dan tidak mengakibatkan khimera (Maluszynski 1995).

Pada regenerasi embrio somatik eksplan diinduksi berturut-turut menjadi kalus,

embrio somatik, dan tunas. Karena embrio somatik berasal dari sel tunggal,

maka frekuensi terbentuknya varian relatif besar.

Untuk mendapatkan varian yang toleran terhadap cekaman kekeringan

digunakan bahan seleksi yang dapat mensimulasikan kondisi kekeringan di

lapang. Ada beberapa bahan seleksi yang dapat digunakan, antara lain manitol,

sorbitol, dan PEG (poly ethylene glycol). Dibandingkan agen seleksi yang lain,

PEG (terutama yang mempunyai berat molekul lebih dari 3500) mempunyai

kelebihan yaitu tidak dapat diserap oleh tanaman. PEG yang ditambahkan ke

dalam media kultur dapat menurunkan potensial air media secara homogen

karena sifatnya yang larut sempurna dalam air. Besarnya penurunan potensial

air tergantung pada konsentrasi dan berat molekul PEG (Michel dan Kaufmann

1973, Steuter 1981). Bila varian yang toleran terhadap potensial air rendah

tersebut dapat diperoleh dan dapat diregenerasikan menjadi tanaman maka

kemungkinan besar akan berkembang menjadi tanaman yang toleran terhadap

cekaman kekeringan.

Tujuan Penelitian

1. Mengetahui metode seleksi in vitro yang efektif dalam rangka memperoleh

ES kacang tanah yang toleran terhadap potensial air rendah

2. Mengetahui indikasi varian somaklonal kacang tanah

3. Memperoleh populasi tanaman varian somaklonal hasil seleksi in vitro

4. Memperoleh populasi tanaman varian somaklonal yang toleran terhadap

cekaman kekeringan

5. Menduga mekanisme toleransi tanaman kacang tanah terhadap cekaman

kekeringan secara fisiologis

Pendekatan Masalah dan Strategi Penelitian

Untuk mencapai tujuan tersebut harus dilakukan tahap-tahap seperti

disebut di bawah ini.

1. Mengembangkan populasi embrio somatik (ES) kacang tanah dan varian

somaklonal

2. Mengembangkan teknik seleksi in vitro yang mengandung bahan penyeleksi

yang dapat mensimulasikan kondisi kekeringan di lapang

Page 28: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

4

3. Menyeleksi populasi varian dalam media selektif in vitro untuk

mengidentifikasi varian yang toleran terhadap potensial air rendah

4. Meregenerasikan varian yang toleran terhadap potensial air rendah menjadi

populasi tanaman lengkap

5. Mengevaluasi karakter kualitatif dan kuantitatif populasi tanaman yang

diregenerasikan dari ES varian hasil seleksi in vitro untuk mengidentifikasi

adanya variasi di antara populasi tanaman yang diperoleh

6. Mengevaluasi respon tanaman hasil seleksi in vitro terhadap cekaman

kekeringan dengan beberapa pendekatan, untuk mengidentifikasi adanya

tanaman varian yang toleran terhadap cekaman kekeringan

7. Menganalisis secara fisiologis populasi tanaman yang toleran untuk

menentukan mekanisme toleransi terhadap cekaman kekeringan.

Untuk dapat melakukan tahap-tahap tersebut dibutuhkan:

1. metode induksi ES dan variasi somaklonal untuk memperoleh ES varian

somaklonal,

2. metode seleksi in vitro untuk mendapatkan ES varian somaklonal yang

toleran cekaman kekeringan,

3. metode regenerasi ES menjadi tanaman lengkap,

4. indikasi adanya varian somaklonal pada karakter kualitatif dan kuantitatif

5. metode evaluasi respon tanaman terhadap cekaman kekeringan, dan

6. metode analisis fisiologis untuk penentuan mekanisme toleransi tanaman

terhadap cekaman kekeringan.

Metode induksi ES kacang tanah yang efektif telah berhasil dikembangkan

menggunakan eksplan leaflet dengan media MS-P16 yaitu media MS (Murashige

– Skoog) ditambah zat pengatur tumbuh golongan auksin yaitu pikloram (amino

trichloropicolinic acid) sebanyak 16 μM/l. Metode ini terbukti cukup efektif

menginduksi ES primer dan sekunder paling tidak untuk 16 kultivar kacang tanah

yang diuji (Nursusilawati 2003).

Penelitian awal untuk mendapatkan metode seleksi dalam rangka

memperoleh galur kacang tanah yang toleran cekaman kekeringan telah

dilakukan dan menunjukkan bahwa pemberian larutan PEG dalam media in vivo

memberikan efek negatif terhadap pertumbuhan tanaman selama fase vegetatif.

Pada penelitian tersebut penambahan konsentrasi PEG secara gradual

menyebabkan peningkatan efek negatif pada beberapa peubah pertumbuhan

(Nursusilawati 2003). Dari hasil penelitian tersebut dapat dinyatakan bahwa PEG

Page 29: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

5

dapat digunakan sebagai bahan penyeleksi kacang tanah dalam kondisi ex vitro

untuk memperoleh tanaman yang toleran terhadap cekaman kekeringan, namun

efektivitasnya secara in vitro masih perlu diteliti.

Metode regenerasi tanaman kacang tanah dari ES telah dapat

dikembangkan secara efektif, yang meliputi tahap maturasi, perkecambahan, dan

pengakaran. Maturasi dilakukan dengan menumbuhkan ES dalam media MSAC,

yaitu media MS tanpa fitohormon ditambah active charcoal (arang aktif) 2 g/l

agar ES berkembang sempurna. ES sekunder yang telah mengalami tahap

maturasi kemudian dikecambahkan dalam media MS yang ditambah BAP (6-

benzylamino purine, zat pengatur tumbuh sejenis sitokinin) sebanyak 22 μM

sampai terbentuk tunas. Tunas yang tumbuh dipilih yang mempunyai panjang 2 –

3 cm, kemudian dipindahkan ke media pengakaran yang tersusun dari media MS

ditambah NAA (naphtalene acetic acid, zat pengatur tumbuh sejenis auksin)

sebanyak 10 mg/l selama satu minggu. Setelah itu dipindahkan lagi ke MSAC

dan ditumbuhkan sampai membentuk akar yang sempurna yang biasanya

berlangsung selama 4 minggu. Dalam semua tahap tersebut kultur diinkubasikan

dalam ruang kultur dengan temperatur konstan 24o C dalam kondisi terang terus

menerus. Tunas yang telah berakar akan berkembang menjadi plantlet yang

siap diaklimatisasi (Nursusilawati 2003).

Berdasarkan hal-hal tersebut maka strategi penelitian yang harus dilakukan

adalah sebagai berikut:

1. mengembangkan metode seleksi in vitro dalam rangka memperoleh ES

kacang tanah yang toleran terhadap potensial air rendah dengan mengkaji

pengaruh konsentrasi PEG terhadap pertumbuhan jaringan kacang tanah

secara in vitro, dan menentukan konsentrasi sub-letal PEG pada sejumlah

kultivar kacang tanah yang dilaporkan sebagai kultivar toleran, medium dan

peka terhadap cekaman kekeringan,

2. menginduksi terjadinya ES sekunder dan varian somaklonal tanpa seleksi

PEG dan meregenerasikannya menjadi tanaman lengkap untuk mengetahui

indikasi varian somaklonal kacang tanah,

3. menginduksi terbentuknya ES sekunder dan varian somaklonal kemudian

menyeleksi dalam media selektif PEG, meregenerasikan untuk memperoleh

populasi tanaman varian somaklonal, dan mengevaluasi karakter kualitatif

dan kuantitatif varian,

Page 30: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

6

4. mengevaluasi respon tanaman varian somaklonal terhadap cekaman

kekeringan yang dilakukan secara ex vitro di rumah kaca untuk memperoleh

populasi tanaman varian somaklonal yang toleran terhadap cekaman

kekeringan, dan

5. menganalisis secara fisiologis untuk mengetahui mekanisme toleransi

terhadap cekaman kekeringan.

Penelitian dimulai dengan mengetahui efektitivitas PEG dalam

mensimulasikan cekaman kekeringan dalam media in vitro dengan mengevaluasi

respon tunas dan kecambah sembilan kultivar kacang tanah terhadap

konsentrasi PEG 0%, 5% 10%, 15% dan 20%. Sembilan kultivar kacang tanah

tersebut berdasar penelitian sebelumnya mempunyai tingkat toleransi yang

berbeda, yaitu Singa, Komodo dan Jerapah (toleran), Kelinci, Trenggiling dan

Gajah (medium toleran), Macan dan Simpai (peka) serta Badak yang belum

diketahui tingkat toleransinya terhadap cekaman kekeringan. Kemudian

dilanjutkan dengan mengevaluasi respon ES primer dari empat kultivar kacang

tanah, yaitu Singa, Kelinci, Badak dan Zebra terhadap lima konsentrasi PEG

yang sama seperti percobaan sebelumnya. Empat kultivar tersebut dipilih karena

induksi pembentukan ES relatif mudah dan berbeda tingkat toleransinya

terhadap cekaman kekeringan. Dari percobaan ini dapat diketahui konsentrasi

PEG sub-letal dan metode seleksi in vitro yang efektif. Bersamaan dengan hal

tersebut dilakukan induksi variasi somaklonal pada ES kacang tanah cv. Kelinci

dan Singa karena kedua kultivar tersebut selain mudah diinduksi membentuk ES,

juga mempunyai daya hasil yang relatif tinggi, masing-masing sebesar 2,3 ton/ha

dan 2,6 ton/ha. Sebagian ES diseleksi dalam media seleksi yang telah

dikembangkan sehingga diperoleh ES yang insensitif terhadap cekaman PEG,

kemudian bersama-sama dengan ES yang tidak diseleksi diregenerasikan

menjadi tunas. Jadi pada setiap kultivar terdapat dua populasi tunas kacang

tanah, yaitu tunas yang diseleksi dan yang tidak diseleksi. Tunas-tunas tersebut

diakarkan sehingga diperoleh plantlet. Plantlet dikembangkan melalui

aklimatisasi menjadi tanaman R0. Tanaman R0 ditumbuhkan di rumah kaca

dibiarkan menyerbuk sendiri sehingga diperoleh benih R0-1. Benih kemudian

ditanam di rumah kaca. Tanaman R1 yang diperoleh dibiarkan menyerbuk

sendiri sehingga diperoleh benih R1-2. Selanjutnya benih tersebut ditanam

sehingga didapatkan tanaman R2. Pada setiap generasi tanaman R0, R1 dan R2

dilakukan pengamatan ciri kualitatif dan kuantitatif untuk mengevaluasi

Page 31: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

7

terjadinya variasi somaklonal. Sejumlah tanaman R1 dan R2 juga dievaluasi

responnya terhadap cekaman kekeringan dengan penyiraman PEG dan

pengurangan penyiraman. Dari serangkaian percobaan tersebut diharapkan

diperoleh galur yang toleran terhadap cekaman kekeringan. Galur tersebut

kemudian dievaluasi mekanisme toleransinya secara fisiologis yaitu dengan

mengukur kandungan prolina. Strategi penelitian secara keseluruhan disajikan

pada Gambar 1 berikut.

Page 32: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

8

Gambar 1. Diagram alir strategi penelitian dan keterkaitan antar percobaan dari seluruh kegiatan penelitian

PERCOBAAN 1 Evaluasi efektivitas PEG untuk

mensimulasikan cekaman kekeringan

PERCOBAAN 2A Penentuan konsentrasi sub letal PEG

MEDIA SELEKSI IN VITRO

PERCOBAAN 2B Seleksi ES varian dalam media selektif dan regenerasi ES insensitif menjadi

tanaman R0

PERCOBAAN 3A Induksi ES varian somaklonal dan

regenerasinya menjadi tanaman R0

TANAMAN R0 VARIAN TANPA SELEKSI DAN DENGAN SELEKSI (INSENSITIF PEG)

PERCOBAAN 3B Regenerasi tanaman R1 dan R2 serta evaluasi karakter varian pada tanaman R0,

R1 dan R2

KARAKTER VARIAN KUALITATIF DAN

KUANTITATIF

POPULASI TANAMAN VARIAN SOMAKLONAL GENERASI R1 DAN R2

PERCOBAAN 4 Evaluasi toleransi terhadap

cekaman PEG dan mekanisme toleransinya

PERCOBAAN 5 Evaluasi toleransi terhadap cekaman

kekeringan dan mekanisme toleransinya

1) TANAMAN VARIAN TOLERAN CEKAMAN KEKERINGAN 2) MEKANISME TOLERANSI TERHADAP CEKAMAN KEKERINGAN

Page 33: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

9

II. TINJAUAN PUSTAKA

Variasi Somaklonal Kacang Tanah

Pengembangan galur tanaman yang mempunyai karakter tertentu dapat

dilakukan apabila di dalam plasma nutfah terdapat materi genetik yang

mengendalikan mekanisme karakter yang diinginkan. Semakin besar keragaman

genetik dalam plasma nutfah, semakin besar pula peluang untuk mendapatkan

materi genetik yang diharapkan. Peningkatan keragaman genetik dapat

dilakukan melalui kultur jaringan. Media kultur jaringan dapat menginduksi

perubahan genetik karena kondisi in vitro memungkinkan pembelahan sel terjadi

sangat cepat sehingga memberi peluang terjadinya error yang tinggi. Dalam

kegiatan pemuliaan perubahan ini justru memberi keuntungan karena

meningkatkan keragaman sifat. Keragaman ini disebut variasi somaklonal (Larkin

dan Scrowcrot 1981, Larkin et al. 1989, Bouharmont 1994, Wikipedia 2006).

Pengembangan keragaman genetik tanaman melalui induksi variasi

somaklonal pada hakekatnya hampir sama dengan pengembangan dengan

teknik mutasi. Tingkat mutasi yang terjadi secara alamiah, buatan maupun

dalam kultur in vitro rata-rata sebesar 0,0001% (Duncan et al. 1995), namun

dibandingkan mutasi alamiah dan buatan, frekuensi terjadinya mutasi pada kultur

in vitro jauh lebih tinggi (Larkin et al. 1989) karena populasi yang ditangani

berjumlah sangat besar. Pada satu botol kultur terdapat jutaan sel dan setiap sel

mempunyai peluang mengalami mutasi atau membentuk sel varian. Keduanya,

teknik mutasi dan induksi variasi somaklonal, menghasilkan tanaman regeneran

dengan perubahan sifat yang menguntungkan ataupun merugikan, namun

perubahan yang merugikan pada variasi somaklonal terbukti lebih sedikit

(Duncan et al. 1995).

Variasi somaklonal merupakan fenomena umum yang dapat terjadi pada

semua sistem regenerasi tanaman yang melibatkan fase kalus. Sebagian besar

variasi somaklonal yang tampak pada tanaman regeneran dihasilkan selama

tahap kultur jaringan. Hal ini dapat dilihat melalui peningkatan frekuensi

kromosom yang abnormal sejalan dengan lamanya kultur. Beberapa variasi yang

terjadi pada tanaman varian mungkin dihasilkan pula dari variasi yang ada pada

eksplan. Perubahan genetik seperti mutasi gen, duplikasi, aneusomatik dan

khimera juga dapat terjadi pada sel atau jaringan tanaman dalam kondisi in vivo.

Oleh karena itu variasi genetik pada tanaman varian merupakan akumulasi dari

Page 34: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

10

variasi yang muncul dalam kondisi in vivo dan in vitro. Kontribusi relatif

keduanya mungkin berbeda antar kasus, tergantung pada genotipe tanaman,

tipe kultur, medium kultur, umur kultur dan sebagainya (Larkin dan Scowcroft

1981, Larkin et al. 1989, Wikipedia 2006).

Perubahan genetik selama pertumbuhan dan regenerasi in vitro dapat

terjadi pada genom inti maupun genom organela. Perubahan-perubahan tersebut

ada beberapa tipe, yaitu perubahan jumlah genom (monoploid, diploid, sampai

poliploid), perubahan jumlah kromosom (monosomi, trisomi, tetrasomi atau

nulisomi), perubahan struktur kromosom (translokasi, duplikasi, delesi, inversi,

kromosom disentrik atau telosentrik) dan perubahan struktur DNA yang meliputi

mutasi gen, pindah silang mitotik, metilasi yang mengakibatkan inaktivasi gen,

dan mutasi insersi akibat transposon (Bouharmont 1994, Karp 1995) .

Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi ada tidaknya dan

intensitas variasi yang dihasilkan dari kultur. Menurut Karp (1995), faktor-faktor

tersebut berasal dari (1) eksplan, yang meliputi tingkat perkembangan eksplan,

jenis eksplan, konstitusi genetik atau genotipe tanaman, dan dari (2) kondisi

kultur, yang meliputi panjang waktu kultur, penambahan zat pengatur tumbuh

dan bahan penyeleksi dalam media kultur. Tingkat perkembangan merupakan

faktor kunci variasi somaklonal. Pada tingkat perkembangan yang belum

terorganisasi mekanisme instabilitas genetik lebih mudah terjadi. Jadi makin

awal tingkat perkembangan eksplan dan makin panjang waktu yang diperlukan

dalam tahap ini, makin besar peluang untuk menghasilkan variasi somaklonal.

Selain itu jenis, paduan dan konsentrasi hormon yang dipakai dalam media

kultur, serta konsentrasi nutrien seperti Ca dan EDTA juga mempengaruhi

terjadinya variasi somaklonal.

Melalui induksi variasi somaklonal diharapkan dapat diperoleh varian

dengan sifat-sifat yang diinginkan dalam jumlah yang memadai. Sepuluh dari 100

varian somaklon pada tembakau mempunyai sifat-sifat agronomi yang positif

(Larkin dan Scowcroft 1981). Pada tanaman gandum regeneran terjadi variasi

somaklonal sebesar 5% untuk sifat morfologi dan biokimia. Karakter tersebut,

baik yang dikendalikan secara monogenik maupun poligenik, terbukti diturunkan

sampai dua generasi (Larkin et al. 1984). Frekuensi variasi somaklonal pada

tanaman kedelai antara lain dipengaruhi oleh konsentrasi auksin dalam media

tumbuh. Pada media dengan 22,5 μM 2.4.D terbentuk varian sebesar 40%,

sedangkan dengan 18 μM terbentuk 3 % dari tanaman regeneran (Shoemaker et

Page 35: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

11

al. 1991). Penelitian Claxton et al. (1998) menunjukkan bahwa pada Rorippa

nasturtium-aquaticum terjadi 25% variasi somaklonal dalam beberapa karakter

morfologi dan ploidi. Frekuensi varian somaklonal sebesar 1,0% diketahui terjadi

pada Picea mariana dan 1,6% pada P. glauca, yang dapat dikelompokkan

menjadi 9 tipe sifat morfologi dan fisiologi (Tremblay et al. 1999).

Intensitas perubahan karakter yang tampak pada tanaman varian

somaklonal tidak sama antar kasus. Perubahan tersebut dapat sangat besar

sehingga tanaman tampak abnormal, namun mungkin pula hanya sebagian kecil

sedangkan sebagian besar karakter lain tetap menyerupai induknya. Varian

yang fungsional untuk perbaikan sifat tanaman adalah yang mengalami

perubahan kecil (yang positif/diinginkan) yang bersifat stabil, durable, dan

diwariskan secara Mendelian, dengan tetap mempertahankan sebagian besar

sifat seperti induknya. Hal ini dilaporkan dapat terjadi sehingga variasi

somaklonal memungkinkan untuk mengubah satu atau beberapa karakter

tertentu yang diinginkan dengan tetap mempertahankan karakter unggul yang

dimiliki induk (Hawbaker et al. 1993, Duncan et al. 1995).

Karakter yang berubah pada variasi somaklonal dapat merupakan karakter

morfologi, biokimia, fisiologi maupun molekuler. Variasi morfologi dan fisiologi

yang dihasilkan dari variasi somaklonal yang telah diteliti pada berbagai tanaman

meliputi perubahan ukuran dan warna bunga, warna dan morfologi daun, tinggi

tanaman, resistensi terhadap penyakit dan waktu panen (Wikipedia 2006).

Variasi morfologi dan fisiologi meliputi filotaksis, jumlah anak daun, jumlah

percabangan, sterilitas polen, dan kadar prolin tampak pada somaklon kedelai

(Widoretno 2002). Varian yang tampak pada varian kacang tanah adalah jumlah

cabang, panjang gynofor, jumlah anak daun, dan ukuran polong (Yusnita 2005).

Pengaruh Cekaman Kekeringan terhadap Tanaman

Ditinjau dari segi agronomi kekeringan merupakan kondisi ketersediaan air

yang tidak memadai baik jumlah maupun distribusinya, meliputi simpanan air

bawah tanah dan kelembaban tanah, yang terjadi pada sebagian atau

sepanjang siklus hidup tanaman sehingga tanaman tidak dapat mengekspesikan

potensi genetiknya (Mitra 2001). Kekeringan mengakibatkan cekaman osmotik

pada tanaman yaitu mengurangi aktivitas air dan menyebabkan hilangnya turgor

sel. Cekaman osmotik merupakan cekaman multidimensi yang dapat

mempengaruhi aktivitas fisiologi dalam berbagai tingkat organisasi sel dan tahap

Page 36: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

12

perkembangan karena air berperan sangat vital dalam kehidupan tanaman. Air

merupakan komponen penting dalam metabolisme, yaitu sebagai komponen

protoplasma, bahan fotosintesis, pelarut sebagian besar senyawa, media

transportasi, pengatur suhu dan faktor yang memungkinkan terjadinya reaksi

kimia. Oleh karena itu pengaruh kekurangan air pada tanaman bersifat sangat

kompleks (Salisbury dan Ross 1992, Blum 1996, Mundree et al. 2002).

Intensitas pengaruh cekaman kekeringan terhadap tanaman ditentukan oleh

tingkat cekaman dan fase pertumbuhan tanaman saat mengalami cekaman.

Cekaman kekeringan dapat mempengaruhi berbagai mekanisme seluler,

biokimia dan fisiologi. Pada tingkat seluler kekeringan mengakibatkan kehilangan

air protoplasmik sehingga konsentrasi ion meningkat, menghambat fungsi-fungsi

metabolik, dan meningkatkan kemungkinan terjadinya interaksi antar molekul

yang dapat menyebabkan denaturasi protein dan fusi membran (Mundree et al.

2002). Selain itu kekeringan menurunkan kandungan klorofil daun, kadar protein

khlorofil dan fotosistem II pada gandum (Shimada et al. 1992; Gaspar et al.

2002), degradasi protein D1 pada pusat reaksi fotosistem II dan kerusakan

membran serta dinding sel (Pieters et al. 2003). Pengaruh kekeringan terhadap mekanisme biokimia dan fisiologi antara lain

menurunkan kecepatan fiksasi dan akumulasi N (Masyudi dan Peterson 1991),

transportasi fotosintat dan transpirasi (Pookpadi et al. 1990; Vieira et al. 1992),

dan kecepatan fotosintesis (Loggini et al. 1999). Menurut Mundree et al (2002)

cekaman kekeringan cenderung merusak sistem transport elektron sehingga

mendorong terbentuknya radikal oksigen bebas (reactive oxygen species atau

ROS) pada organela tempat terjadinya metabolisme yang melibatkan transport

elektron atau yang melakukan oksidasi, yaitu khloroplas, mitokhondria dan

mikrobodi. ROS pada umumnya merusak komponen penting dalam sel seperti

DNA, protein dan lipid, serta mengakibatkan gangguan pada integritas

membran, aktivitas enzim dan struktur intra seluler.

Pengaruh cekaman kekeringan pada tahap perkembangan vegetatif dan

generatif tampak pada berbagai organ. Menurut Blum (1996) kekeringan

berpengaruh terhadap vigor dan pemunculan kecambah di atas tanah, namun

pada kecambah jagung justru meningkatkan diameter akar utama (Schmidhalter

et al. 1998). Kekeringan menurunkan pemanjangan daun (Schmidhalter et al.

1998) dan pertumbuhan primordia daun pertama pada jagung (Zhongjin dan

Neumann 1999), berat kering total organ vegetatif, kecepatan pertumbuhan

Page 37: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

13

relatif, dan luas daun Phaseolus vulgaris (Franca et al. 2000), luas helaian

daun, jumlah daun per tanaman, luas daun total per tanaman, dan rasio

akar/batang pada empat spesies Quercus (Fotelli et al. 2000). Cekaman

kekeringan menurunkan bobot biji dan bobot kering polong (Pookpadi et al.

1992), kualitas biji (Franca-Neto et al. 1993), volume bunga dan nektar serta

konsentrasi gula dalam nektar Epilobium angustifolium (Caroll et al. 2001). Pada

jagung cekaman kekeringan menurunkan hasil karena mengurangi efisiensi

penggunaan cahaya (Earl et al. 2003).

Pada kacang tanah kekeringan mempengaruhi penyerapan kalsium oleh

polong dan fiksasi nitrogen. Jika kekeringan terjadi pada tanaman yang telah

mencapai tahap panen, ada kemungkinan biji terkontaminasi oleh aflatoksin yang

mengakibatkan biji beracun dan tidak layak makan baik oleh manusia maupun

ternak (Sharma dan Lavanya 2002, Ham 2004). Vorasoot et al. (2003)

mengemukakan bahwa pada empat kultivar kacang tanah di Thailand kekeringan

berpengaruh pada hasil dan beberapa karakter agronomi. Kekeringan tingkat

sedang (kadar air setengah kapasitas lapang) menurunkan jumlah polong,

jumlah biji per tanaman, ukuran biji dan berat biji. Pada cekaman kekeringan

tingkat tinggi (kadar air ¼ kapasitas lapang) hampir semua polong gugur.

Mekanisme Toleransi Tanaman terhadap Cekaman Kekeringan

Mekanisme respon terhadap cekaman kekeringan terjadi melalui proses

signal transduction. Proses tersebut melibatkan reseptor sebagai penerima

signal, phosphoprotein cascade sebagai penghantar signal, dan trans-acting

factor sebagai pengaktif gen yang mengendalikan respon. Pada tanaman

tertentu ABA (absisic acid) berperan sebagai reseptor sekunder yang

menghubungkan reseptor utama di membran dengan phosphoprotein cascade,

namun pada tanaman lain ABA tidak berperan (Mundree et al. 2002).

Menurut Mitra (2001) mekanisme respon terhadap kekeringan dapat

dibedakan menjadi tiga yaitu mekanisme escape (pelarian), avoidance

(ketahanan) dan tolerance (toleransi). Pelarian merupakan kemampuan

tanaman untuk menyelesaikan siklus hidupnya sebelum terjadi cekaman

kekeringan sehingga tidak mengalami cekaman. Ketahanan adalah

kemampuan tanaman untuk mempertahankan potensial air jaringan yang relatif

tinggi pada saat mengalami kekeringan, sedangkan toleransi adalah kemampuan

tanaman untuk bertahan hidup dengan potensial air jaringan yang rendah.

Page 38: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

14

Pada umumnya tanaman melakukan lebih dari satu mekanisme respon

dalam waktu yang sama. Mekanisme ketahanan pada berbagai tanaman

merupakan faktor penting dalam menghadapi cekaman kekeringan. Hasil tinggi

di bawah kondisi cekaman kekeringan pada beberapa tanaman tertentu lebih

disebabkan oleh mekanisme ketahanan dibandingkan mekanisme toleransi

cekaman kekeringan (Ndunguru et al. 1995). Ketahanan dilakukan dengan cara

mengurangi kehilangan air lewat daun dan meningkatkan kemampuan akar

dalam menyerap air tanah. Faktor yang memiliki kontribusi pada ketahanan

terhadap cekaman kekeringan adalah (1) pertumbuhan akar yang ekstensif dan

dalam (sering kali menjadi faktor yang paling penting); (2) penutupan stomata

untuk mengurangi kehilangan air; (3) penggulungan daun untuk mengurangi luas

daun yang terpapar lingkungan; (4) deposit lilin pada epicuticular untuk

menghambat kehilangan air (Sullivan 1983).

Mekanisme toleransi juga mempunyai kontribusi yang tinggi dalam

mempertahankan hasil di bawah kondisi cekaman. Pada hakekatnya toleransi

meliputi aktivitas-aktivitas yang bertujuan untuk mencegah atau mengurangi

kerusakan, menjaga kondisi homeostatik, dan mempertahankan agar

pertumbuhan dapat tetap berlangsung meskipun dengan kecepatan yang lebih

rendah. Untuk mencapai tujuan tersebut, aktivitas dalam mekanisme toleransi

dapat digolongkan menjadi tiga, yaitu: (1) detoksifikasi khususnya terhadap ROS

melalui pembentukan protein stres dan osmolit yang kompatibel, (2) menjaga

keseimbangan osmotik, dan (3) regulasi pertumbuhan dengan menurunkan

kecepatan fotosintesis, pembelahan dan pembentangan sel (Mundree et al

2002).

Protein stres yang dibentuk dalam menghadapi cekaman kekeringan dapat

dibedakan menjadi (a) protein fungsional, antara lain berupa enzim kunci

biosintesis osmolit, enzim antioksidan, protein proteksi, dan (b) protein regulator,

antara lain berupa trans acting factor. Osmolit selain berperan dalam

detoksifikasi, juga berperan dalam keseimbangan osmotik yaitu

mempertahankan tekanan turgor sel (Serraj dan Sinclair 2002, Mundree et al

2002).

Respon tanaman terhadap cekaman kekeringan sangat bervariasi tergantung

pada spesies, tingkat cekaman, lamanya cekaman, tahap perkembangan

tanaman ketika terjadi cekaman dan tingkat toleransi tanaman (Mullet dan

Whitshitt 1996). Tanaman toleran mengembangkan mekanisme detoksifikasi

Page 39: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

15

terhadap ROS secara efisien dengan membentuk enzim-enzim anti-oksidan

(misalnya katalase, peroksidase, dismutase), membentuk senyawa penghilang

radikal (misalnya karotenoid, askorbat, tokoferol-glutation tereduksi); dan

mengembangkan struktur untuk meminimalkan pembentukan ROS. Pada

tanaman rentan sistem penghilangan radikal cepat jenuh dan akibatnya

kerusakan tidak dapat dihindari (Mundree et al. 2002).

Pada gandum yang mengalami kekeringan terjadi penurunan kandungan

glutation baik pada kultivar yang rentan maupun toleran terhadap kekeringan,

namun kultivar yang rentan menunjukkan peningkatan aktivitas glutation

reduktase (Loggini et al. 1999). Stres kekeringan menginduksi akumulasi ABA

dan meningkatkan pembentukan ROS serta aktivitas enzim-enzim antioksidan

seperti SOD (superoxide dismutase), CAT (catalase), APX (ascorbate

peroxidase) dan GR (gluthatione reductase) pada daun jagung (Mingyi dan

Jianhua 2002).

Detoksifikasi senyawa radikal juga dilakukan dengan pembentukan osmolit

yang kompatibel yang dapat berperan sebagai penghilang radikal, agen

proteksi untuk stabilisasi protein selama cekaman dan pelindung DNA dari efek

degradasi akibat ROS. Selain itu osmolit juga berperan dalam menjaga

homeostasi osmotik agar sel tetap turgor. Oleh karena itu osmolit disebut pula

osmoprotektan. Ada bermacam-macam senyawa osmolit antara lain dari

kelompok polyol (sorbitol), gula (rafinose, sukrose, trehalose), asam amino

(prolin), betain dan komponen lain yang terlarut dalam plasma sel. Molekul gula

selain berperan sebagai osmoprotektan, juga dapat mempertahankan stabilitas

membran sel dengan menjaga permukaan membran dari hidrasi dan mencegah

fusi komponen-komponen membran (Munns 2002, Serraj dan Sinclair 2002).

Osmolit yang dibentuk oleh spesies bersifat spesifik, misalnya alfalfa, padi,

dan canola membentuk prolin (Girousse et al. 1996, Iyer dan Caplan 1998, Gibon

et al. 2000); Populus membentuk protein sejenis dehidrin (Pelah et al. 1997),

prolin dan sukrose (Watanabe et al. 2000); kedelai mengakumulasi pinitol yang

merupakan senyawa inositol (Guo dan Osterhuis 1997) dan prolin (Zheng dan Li

2000; Widoretno 2002); jagung membentuk sukrose (Zinselmeier et al. 1999) dan

prolin (Verslues dan Sharp 1999). Ryegrass yang mengalami kekeringan

mengakumulasi fruktan pada jaringan daun, khususnya pada bagian pelepah

dan dasar daun yang meristematik, tetapi tidak meningkatkan pembentukan

sukrose. Pada akar terjadi sebaliknya, fruktan tidak meningkat sedangkan

Page 40: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

16

sukrose mengalami peningkatan (Amiard 2003). Kacang tanah kultivar Jerapah

dan Singa yang sebelumnya dilaporkan toleran, jika mengalami cekaman

kekeringan mengakumulasi prolin jauh lebih besar dibanding kultivar yang

rentan. Kultivar toleran dapat mempertahankan kandungan gula total saat

tercekam kekeringan, sementara pada kultivar rentan kandungan gula total

menurun (Sudarsono et al. 2004).

Homeostasi atau keseimbangan ionik bertujuan untuk mempertahankan

konsentrasi ion di tingkat seluler, jaringan dan tanaman. Hal tersebut dilakukan

dengan menambah jumlah vakuola, mengaktifkan mekanisme pompa ion,

saluran ion, transporter ion dan ATP-ase vakuolar. Konsentrasi ion di sitoplasma

dipertahankan pada rentang tertentu sehingga proses-proses fisiologi normal

dapat dilakukan (Mundree et al. 2002). Pada tanaman yang rentan, jika terjadi

cekaman kekeringan turgor sel turun sehingga menimbulkan hambatan mekanik

pada dinding dan membran sel yang tidak dapat balik. Tetapi pada tanaman

yang toleran, kerusakan mekanik dapat ditanggulangi antara lain dengan

mengurangi volume sel secara signifikan akibat mengerutnya dinding sel, atau

mempertahankan volume sel dengan pembentukan vakuola kecil dalam jumlah

banyak (Mundree et al. 2002).

Regulasi pertumbuhan pada umumnya dilakukan melalui pengaturan

pembukaan stomata dan aktivitas ABA untuk menurunkan intensitas fotosintesis

dan perbanyakan sel. Kultivar kapas yang toleran dapat mempertahankan

konduktan stomata dan fotosintesis seperti tanaman yang tidak mengalami

cekaman sehingga hanya mengalami penurunan potensial osmotik sebesar 20–

25%, sedangkan potensial air tidak nyata menurun. Sebaliknya pada kultivar

yang rentan potensial osmotik relatif tetap, sedangkan potensial air nyata

menurun (Nepomuceno et al. 1998). Pada kultivar buncis yang rentan, stomata

menutup sangat cepat dan menutup sempurna pada potensial osmotik –0,6

MPa, sedangkan pada kultivar yang toleran mekanisme tersebut terjadi pada -0,9

MPa. Akibatnya pada kondisi kekeringan, NAR (net assimilation rate) pada

kultivar toleran lebih tinggi dibanding kultivar rentan (Franca et al. 2000).

Jagung mempertahankan proses pemanjangan akar pada saat kekeringan

melalui perubahan beberapa mekanisme penting dari homeostasi ion. Akumulasi

ABA memainkan peranan penting dalam pengaturan proses transpor ion (Ober

dan Sharp 2003).

Page 41: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

17

Pada kacang tanah di Argentina terdapat perbedaan dalam hal kemampuan

penyerapan air dan efisiensi penggunaan air antara varitas yang toleran dengan

yang rentan terhadap kekeringan. Dibandingkan varitas rentan, varitas toleran

menyerap lebih banyak air selama periode kekeringan karena kemampuannya

‘menghabiskan’ air tanah yang sangat tinggi. Selain itu akibat tahap

perkembangan peg (calon polong) yang berlangsung lebih awal mengakibatkan

polong segera dapat masuk ke lapisan tanah, sehingga meningkatkan

pembagian asimilat ke polong. Akibatnya produksi polong lebih tinggi

dibandingkan varitas rentan (Collino et al. 2000).

Seleksi In vitro untuk Toleransi terhadap Cekaman Kekeringan

Variasi somaklonal terjadi secara acak dan tidak terarah, sehingga untuk

memperoleh variasi yang diinginkan perlu dilakukan seleksi. Seleksi semacam

ini sangat bermanfaat untuk memperbaiki karakter toleransi terhadap cekaman

lingkungan (Skirvin et al. 2001). Seleksi dilakukan secara in vitro dalam media

yang mengandung bahan selektif yang efektif, yaitu bahan yang dapat

mensimulasikan kondisi yang diinginkan dengan tepat, yang efektivitasnya dapat

dilihat dari kemampuan bahan tersebut memisahkan varian yang diinginkan

dengan yang tidak diinginkan.

Dalam mekanisme seleksi in vitro terdapat dua pendekatan utama, yaitu

seleksi positif dan seleksi negatif. Seleksi positif hanya memungkinkan sel-sel

varian dengan sifat yang diinginkan hidup dan berkembang, sedangkan sel-sel

dengan sifat yang tidak diinginkan akan mati karena tekanan bahan selektif.

Sebaliknya pada seleksi negatif, sel-sel dengan sifat yang tidak diinginkan dapat

hidup dan membelah terus menerus sehingga justru akan mati akibat tekanan

bahan seleksi, sedangkan sel varian dengan sifat yang diinginkan tetap hidup

tetapi tidak mampu membelah sehingga terhindar dari tekanan bahan seleksi.

Sel ini kemudian dipindahkan ke media penyelamatan (Wikipedia 2006).

Pendekatan seleksi positif dapat dibedakan menjadi empat kategori, yaitu

seleksi langsung, seleksi dengan penyelamatan, seleksi ganda dan seleksi

bertahap. Dalam seleksi langsung, sel varian dengan sifat yang diinginkan dapat

hidup dan berkembang membentuk koloni, sebaliknya sel yang tidak diinginkan

mati akibat tekanan bahan selektif. Seleksi dengan penyelamatan hampir sama

dengan seleksi langsung. Meskipun sel dengan sifat yang diinginkan hidup tetapi

tidak mampu membelah akibat tekanan media selektif sehingga harus

Page 42: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

18

dipindahkan ke media non selektif dalam rangka recovery. Seleksi ganda pada

prinsipnya juga hampir sama dengan seleksi langsung. Sel-sel yang diinginkan

tidak hanya sel yang mampu hidup dan membelah saja, melainkan juga yang

mempunyai karakter visual tertentu. Dalam seleksi bertahap, konsentrasi bahan

selektif dinaikkan secara gradual dari konsentrasi yang relatif rendah hingga

konsentrasi yang bersifat sub-letal. Sel yang tahan pada media dengan tekanan

seleksi tertentu, diseleksi lagi dalam media dengan tekanan seleksi yang lebih

tinggi sampai diperoleh sel yang hidup dan mampu membelah dalam media

selektif dengan konsentrasi tinggi (Wikipedia 2006).

Seleksi in vitro menuntut penggunaan bahan selektif yang dapat

mensimulasi kondisi ex vitro secara tepat. Senyawa PEG (polyethylene glycol)

diketahui merupakan senyawa yang dapat mensimulasi kondisi kekeringan

dengan tepat karena merupakan senyawa yang terlarut sempurna dalam air.

PEG merupakan polimer etilen oksida (-CH2-O-CH2-). Dalam rantai polimer PEG

kekuatan matriks monomer etilen oksida merupakan faktor penting yang

mengontrol potensial air. Atom oksigen pada monomer tersebut dapat mengikat

molekul air melalui ikatan hidrogen, sehingga energi bebas H2O secara

proporsional menurun sesuai panjangnya rantai polimer PEG (Steuter et al.

1981). Akibatnya penurunan potensial air dapat terjadi secara homogen.

Meskipun kekuatan osmotik juga muncul, kekuatan matriks merupakan

komponen utama potensial air dalam larutan PEG. Oleh karena itu PEG lebih

berperan sebagai matrikum daripada sebagai osmotikum sehingga penurunan

potensial air dalam media yang mengandung PEG sesuai dengan penurunan

potensial air dalam tanah yang mengalami cekaman kekeringan.

PEG tersedia dalam kisaran berat molekul (BM) yang cukup luas sampai

dengan BM 20.000. Michel dan Kaufmann (1973) menyatakan bahwa PEG 6000

paling tepat digunakan untuk penelitian dengan tanaman jika dibandingkan PEG

dengan BM yang lebih rendah. Penggunaan PEG dengan BM sama atau lebih

dari 6000 dalam jangka panjang tidak menyebabkan terserapnya PEG ke

jaringan tanaman. Hal tersebut berdasarkan hasil penelitian Chazen dan

Neumann (1994) yang memperlihatkan bahwa PEG 6000 tidak dapat masuk ke

jaringan, karena menurut Hardegree dan Emmerich (1992) dinding selulosa

hanya dapat mengeksklusi atau menginklusi molekul maksimal dengan BM 3500.

Berdasarkan hal tersebut penambahan PEG 6000 dalam media kultur dapat

merupakan agen seleksi kekeringan yang efektif. Besarnya penurunan potensial

Page 43: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

19

air tergantung pada konsentrasi dan BM PEG, makin tinggi konsentrasi dan BM

makin besar penurunan yang terjadi (Michel dan Kaufmann 1973; Steuter et al.

1981).

Efektivitas penggunaan PEG untuk mensimulasikan kondisi kekeringan

secara in vitro dapat dievaluasi dengan mengamati pengaruh konsentrasi PEG

terhadap pertumbuhan tanaman. Hasil penelitian sebelumnya menunjukkan

bahwa perlakuan konsentrasi larutan PEG berpengaruh nyata terhadap peubah

perkecambahan benih (Verslues et al. 1998; Zhongjin dan Neumann 1999;

Widoretno et al. 2002). Penyiraman PEG secara in vivo juga telah terbukti

dapat digunakan untuk menapis respon kacang tanah terhadap cekaman

kekeringan (Nursusilawati 2003). Penggunaan PEG dalam media in vitro

dilaporkan dapat menapis ketahanan terhadap stres kekeringan pada anggur

(Dami dan Hughes 1997), Tagetes minuta (Mohamed et al. 2000) dan kedelai

(Widoretno et al. 2002).

Page 44: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

III. EFEKTIVITAS POLIETILENA GLIKOL 6000 SEBAGAI BAHAN PENYELEKSI SIFAT TOLERANSI

KACANG TANAH TERHADAP CEKAMAN KEKERINGAN DALAM MEDIA IN VITRO *)

Abstrak Penelitian bertujuan menguji efektivitas PEG sebagai bahan penyeleksi

dalam media in vitro dengan mengevaluasi respon kecambah dan tunas kacang tanah terhadap kondisi cekaman oleh PEG, menentukan konsentrasi PEG yang efektif menghambat pertumbuhan dan perkembangan jaringan, serta perubahan kandungan prolina total jaringan akibat cekaman PEG. Tiga macam organ dari sembilan kultivar kacang tanah, yaitu kecambah, TDK (tunas dari pertumbuhan sumbu embrio dengan kotiledon) dan TTK (tunas dari pertumbuhan sumbu embrio tanpa kotiledon) digunakan sebagai eksplan. Eksplan ditanam dalam media MS-0 cair dengan penambahan PEG (0%, 5%, 10%, 15%, dan 20%) dan diamati pertumbuhan serta perkembangannya selama 6 – 8 minggu. Pada saat panen dilakukan pengamatan terhadap panjang epikotil, panjang akar primer, jumlah akar cabang, jumlah daun sempurna, bobot basah dan kering kecambah; pertambahan tinggi, pertambahan jumlah daun, tingkat kerusakan dan kandungan prolina jaringan tunas. Hasil percobaan menunjukkan penambahan larutan PEG ke dalam media MS-0 menghambat pertumbuhan kecambah dan perkembangan tunas. Meningkatnya konsentrasi PEG menurunkan semua peubah pertumbuhan, tetapi meningkatkan skor kerusakan tunas dan kandungan prolina. Sembilan kultivar kacang tanah yang diuji memberikan respon yang berbeda terhadap perlakuan konsentrasi PEG. Kacang tanah cv. Singa, Komodo dan Jerapah menunjukkan respon toleran; kacang tanah cv. Kelinci dan Gajah menunjukkan respon medium; sedangkan kacang tanah cv. Trenggiling, Macan, Simpai dan Badak menunjukkan respon peka terhadap cekaman kekeringan. Dari hasil percobaan disimpulkan bahwa penambahan larutan PEG dalam media in vitro memberikan kondisi cekaman yang ditandai dengan terhambatnya perkembangan eksplan dan peningkatan kandungan prolina dalam jaringan seperti respon terhadap cekaman kekeringan. Konsentrasi PEG 15% efektif menghambat pertumbuhan dan perkembangan jaringan eksplan. Respon kecambah dan tunas terhadap medium yang mengandung PEG 15% dapat digunakan sebagai metode alternatif untuk menapis toleransi kacang tanah terhadap kekeringan. Kecambah, TDK maupun TTK dapat digunakan sebagai eksplan, dan pertambahan tinggi (TTK), pertambahan jumlah daun (TDK dan TTK), jumlah daun layu (TDK dan TTK), jumlah akar (TDK), dan skor kerusakan tunas TDK dapat digunakan sebagai kriteria toleransi terhadap kekeringan. Kata kunci : respon cekaman kekeringan, seleksi in vitro, cekaman PEG,

prolina total *) Bagian dari disertasi ini telah diterbitkan dalam jurnal ilmiah terakreditasi

BERKALA PENELITIAN HAYATI 11 (1): 39-48. Desember 2005

Page 45: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

21

Abstract

The objectives of this experiments were to evaluate the effectiveness of polyethylene glycol (PEG)-6000 as in vitro selective agent, determine response of seedling and epycotyl of nine peanut cultivars against PEG-6000 induced stress under in vitro conditions, effective concentration of PEG to inhibit growth and development of seedling and epycotyl, evaluate tolerance of the cultivars against PEG stress, and evaluate changes in total proline content due to PEG stress. Seedling, growing epycotyls from nine peanut cultivars seeds (TDK) or from embryo axis (TTK) were planted on liquid MS-0 medium containing PEG 6000 (0%, 5%, 10%, 15%, and 20%). Growth, development, and the tissue damage score of the epycotyl were observed after six weeks. Total content of proline were analyzed for stressed and non stressed epycotyl to determine effect of PEG stress on proline accumulation. Results of the experiment indicated that addition of PEG 6000 in to MS-0 medium inhibited growth and development of peanut seedling and epycotyl, and increased the tissue damage score and total proline content of epicotyl. Addition of PEG 6000 might be used to simulate drought stress under in vitro condition. PEG at 15% concentration was effective for inhibiting growth and development of epycotyl explant. The response of peanut epycotyls against medium containing 15% PEG 6000 might be used as alternative methods for screening peanut tolerance against drought stress. The TDK and TTK might be used as explant, while increased in shoot length (TTK), in leaf number (TDK and TTK), in milted leaf number (TDK and TTK), in root number (TDK) and score of tissue damage (TDK) might be used as criteria for drought tolerance. Keywords: drought stress response, in vitro selection, PEG induced stress, total

proline content

Page 46: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

22

Pendahuluan

Ketersediaan air merupakan faktor pembatas utama dalam budi daya

tanaman. Pada genotipe tanaman yang toleran cekaman kekeringan, penurunan

daya hasil akibat cekaman tidak sebesar yang terjadi pada genotipe peka

sehingga penggunaan genotipe yang toleran mempunyai arti penting dalam

budidaya tanaman di lahan kering.

Untuk menghadapi cekaman kekeringan, pada umumnya tanaman

melakukan mekanisme avoidance (ketahanan) dengan cara meningkatkan

pertumbuhan biomasa akar untuk menjangkau kedalaman tanah yang kadar

airnya lebih tinggi (Monneaux dan Belhassen, 1996), tetapi mekanisme ini

kurang efektif karena pertumbuhan biomasa akar yang berlebihan dapat

menurunkan daya hasil tanaman. Mekanisme toleransi terhadap cekaman

kekeringan yang tidak berpengaruh negatif terhadap daya hasil lebih diinginkan

dibandingkan dengan mekanisme ketahanan.

Genotipe kacang tanah yang toleran terhadap cekaman kekeringan relatif

terbatas jumlahnya (Hidajat et al. 1999), sehingga pengembangan plasma nutfah

dengan sifat toleran masih perlu dilakukan. Seleksi in vitro dapat menjadi

alternatif cara untuk mengembangkan plasma nutfah kacang tanah yang toleran

cekaman kekeringan.

Penggunaan seleksi in vitro untuk mendapatkan plasma nutfah kacang

tanah yang toleran cekaman kekeringan memerlukan tersedianya teknik kultur

jaringan yang efektif untuk menghasilkan tanaman dalam jumlah banyak dan

untuk menginduksi variasi somaklonal. Selain itu, selective agent yang dapat

menapis sel/jaringan varian dengan sifat toleran diantara sel/jaringan yang peka

cekaman kekeringan perlu tersedia. Manitol, sorbitol, garam, dan polietilena

glikol (PEG) telah digunakan sebagai bahan penyeleksi dalam seleksi in vitro

untuk toleransi terhadap cekaman kekeringan (Gulati dan Jaiwal 1993,

Rajashekar et al. 1995, Dami dan Hughes 1997).

Senyawa PEG merupakan senyawa yang dapat menurunkan potensial

osmotik larutan melalui aktivitas matriks sub-unit etilena oksida yang mampu

mengikat molekul air dengan ikatan hidrogen. Penyiraman larutan PEG ke dalam

media tanam diharapkan dapat menciptakan kondisi cekaman karena

ketersediaan air bagi tanaman menjadi berkurang. Ukuran molekul dan

konsentrasi PEG dalam larutan menentukan besarnya potensial osmotik larutan

yang terjadi. Menurut Michel dan Kaufmann (1973), larutan PEG 6000 dengan

Page 47: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

23

konsentrasi 5% mempunyai potensial osmotik -0,13 MPa (1,26 bar) sedangkan

konsentrasi 20% mempunyai potensial osmotik -0,71 MPa (7,06 bar). Tanah

dalam kondisi kapasitas lapang mempunyai potensial osmotik 0,33 bar dan

dalam kondisi titik kelembaban kritis (koefisien layu) mempunyai potensial

osmotik 15 bar. Penggunaan larutan PEG 6000 dengan konsentrasi 5%-20%

diharapkan dapat menciptakan potensial osmotik yang setara dengan kondisi

tanah kapasitas lapang dan titik kelembaban kritis.

Sebagai bahan penyeleksi, PEG 6000 dilaporkan lebih unggul

dibandingkan manitol, sorbitol, atau garam karena tidak bersifat toksik terhadap

tanaman (Verslues et al. 1998), tidak dapat diserap oleh sel akar (Chazen dan

Neumann 1994), dan secara homogen menurunkan potensial osmotik larutan.

Penambahan larutan PEG dalam media in vitro diharapkan dapat mensimulasi

kondisi cekaman kekeringan. Eksplan yang ditanam dalam media selektif

dengan penambahan PEG diharapkan memberikan respon yang sama dengan

yang mengalami cekaman kekeringan. Evaluasi untuk menentukan respon

eksplan kacang tanah terhadap cekaman PEG dalam media in vitro perlu

dilakukan sebagai langkah awal penggunaan PEG dalam seleksi in vitro.

Salah satu respon tanaman terhadap cekaman kekeringan adalah

meningkatkan kandungan osmolit dalam sel, antara lain dengan

mengakumulasikan senyawa prolina (Mundree et al. 2002). Enam kultivar

kacang tanah Indonesia yang diuji juga menunjukkan peningkatan akumulasi

senyawa prolina sebagai respon terhadap cekaman kekeringan (Sudarsono et al.

2004). Terjadinya peningkatan kandungan prolina jaringan eksplan kacang tanah

yang ditanam dalam media dengan penambahan PEG dapat digunakan sebagai

indikator kemampuan senyawa PEG untuk mensimulasikan cekaman kekeringan

dalam media in vitro.

Penelitian bertujuan menguji efektivitas PEG sebagai bahan penyeleksi

dalam media in vitro dengan mengevaluasi respon kecambah dan tunas

sembilan kultivar kacang tanah Indonesia terhadap kondisi cekaman oleh PEG,

menentukan konsentrasi PEG yang efektif menghambat pertumbuhan dan

perkembangan eksplan, mengevaluasi toleransi sembilan kultivar kacang tanah

yang diuji terhadap cekaman PEG dan perubahan kandungan prolina total

jaringan akibat cekaman PEG.

Page 48: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

24

Bahan dan Metode

Bahan Tanaman dan Perlakuan PEG

Bahan tanaman terdiri atas benih sembilan kultivar, yaitu kacang tanah cv.

Singa, Komodo, dan Jerapah yang dilaporkan toleran terhadap cekaman

kekeringan (Hidajat et al. 1999, Nursusilawati 2003), Kelinci, Trenggiling dan

Gajah yang bersifat medium toleran, Simpai dan Macan yang dilaporkan peka

terhadap cekaman kekeringan (Nursusilawati 2003) serta Badak yang belum

diketahui responnya terhadap cekaman kekeringan. Benih diperoleh dari Balai

Besar Penelitian Bioteknologi dan Sumberdaya Genetika (Balitbiogen) Bogor.

Konsentrasi PEG yang ditambahkan dalam media in vitro terdiri atas 0%,

5%, 10%, 15% dan 20%; yang masing-masing setara dengan potensial

osmotik 0; -0,13; -0,19; -0,41 dan -0,67 MPa (Michel dan Kaufmann 1973).

Perkecambahan dan Pertumbuhan Tunas

Pada sebagian percobaan, poros embrio yang diisolasi dari benih kacang

tanah steril, dikecambahkan pada media MS-0 (Murashige and Skoog 1962,

tanpa zat pengatur tumbuh tanaman) padat, diinkubasikan dalam ruang kultur

bersuhu 25oC dan penyinaran 1000 lux selama 24 jam (untuk selanjutnya

inkubasi dalam ruang kultur selalu dilakukan dengan kondisi tersebut, kecuali

dinyatakan lain). Kecambah dengan panjang epikotil 1 cm digunakan sebagai

eksplan tipe I (eksplan kecambah). Pada sebagian percobaan yang lain, benih

(poros embrio beserta kotiledon) dikecambahkan, epikotil yang tumbuh dipotong

2 cm dari ujung dan digunakan sebagai eksplan tunas kacang tanah tipe II

(eksplan TDK, tunas dari benih dengan kotiledon). Pada percobaan berikutnya,

poros embrio dikecambahkan, epikotil dipotong 2 cm dari ujung dan digunakan

sebagai eksplan tunas kacang tanah tipe III (eksplan TTK, tunas dari poros

embrio tanpa kotiledon).

Respon Eksplan terhadap Cekaman PEG Percobaan dilakukan dengan rancangan acak lengkap dua faktor, yaitu

sembilan kultivar dan lima konsentrasi PEG. Unit percobaan terdiri atas satu

botol kultur yang ditanami empat eksplan kecambah, atau dua TDK, atau dua

TTK. Untuk setiap kombinasi perlakuan diulang lima kali.

Media yang digunakan terdiri atas media MS-0 cair ditambah PEG 6000

dengan konsentrasi 0%, 5%, 10%, 15%, dan 20%. Media sebanyak 35 ml

dituangkan dalam botol kultur (volume 150 ml) dan di atasnya diletakkan

berturut-turut satu lembar busa sintetis, kertas saring dan satu lembar busa yang

Page 49: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

25

kedua, kemudian disterilkan. Eksplan tipe I, tipe II atau tipe III ditanam dalam

lubang berdiameter 2 mm pada lapisan busa yang kedua (Gambar 2). Kultur

dipelihara selama enam minggu.

Pengamatan dan Analisis Data Pengamatan dilakukan terhadap beberapa peubah pertumbuhan

kecambah, yaitu panjang epikotil, panjang akar primer , jumlah akar cabang,

jumlah daun yang membuka sempurna, bobot basah, bobot kering, persentase

kecambah yang epikotilnya tumbuh (PET), persentase kecambah yang akar-

cabangnya tumbuh (PAT), dan persentase kecambah yang daunnya tumbuh

sempurna (PDT). Panjang epikotil diukur dari pangkal kotiledon hingga ujung

epikotil.

Bobot kering ditimbang setelah kecambah disimpan dalam oven dengan

suhu 70oc selama tiga hari. PET dan PAT berturut-turut dihitung dengan

menentukan rasio antara jumlah kecambah yang epikotil atau akar cabangnya

tumbuh dengan jumlah kecambah yang ditanam. Epikotil dianggap tumbuh bila

panjangnya lebih dari satu sentimeter, sedang akar cabang dianggap tumbuh

bila terdapat minimal satu akar cabang dengan panjang ≥ 0.5 cm. PDT

ditentukan dengan menghitung rasio antara kecambah yang minimal satu

daunnya tumbuh membuka sempurna dengan seluruh kecambah yang ditanam.

Gambar 2. Media selektif berupa media cair MS (Murashige-Skoog 1962) tanpa

zat pengatur tumbuh (MS-0) dengan penambahan berbagai konsentrasi PEG 6000. (a) Eksplan tunas kacang tanah kultivar Macan yang ditanam pada media selektif dengan penambahan PEG 15%. (b) Eksplan tunas kacang tanah cv. Singa yang ditanam pada media selektif dengan penambahan PEG 15%, setelah dibuka penutupnya. 1. lembaran busa pertama, 2. kertas saring, 3. lembaran busa kedua, dengan lubang untuk menanam eksplan tunas, 4. eksplan tunas yang mati setelah enam minggu ditanam dalam media selektif dengan PEG 15%, 5. eksplan tunas yang tumbuh normal setelah enam minggu dalam media selektif dengan PEG 15%.

4

3 2 1

5

3 2 1

( (a) (b)

Page 50: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

26

Gambar 3. Kriteria penentuan skor kerusakan eksplan tunas kacang tanah setelah ditanam dalam media selektif selama enam minggu. (a) skor 0: tunas sehat, terjadi kerusakan < 5% dan eksplan tunas mampu berakar, (b) skor 1: terjadi kerusakan 5% - 25% pada daun atau sebagian batang, (c) skor 2: terjadi kerusakan 25% - 50% pada daun dan sebagian batang, (d) skor 3: terjadi kerusakan 50% - 75% pada daun dan sebagian atau seluruh batang, dan (e) skor 4: terjadi kerusakan > 75% pada daun dan seluruh batang, tunas telah mati

Pertumbuhan dan perkembangan eksplan TDK dan TTK diamati dengan

mencatat pertambahan tinggi, pertambahan jumlah daun, jumlah daun yang

layu, jumlah akar cabang yang terbentuk, dan tingkat kerusakan tunas. Tingkat

kerusakan tunas diukur dengan sistem skoring (Gambar 3), yaitu: skor 0 (eksplan

mengalami kerusakan <5%), skor 1 (kerusakan antara 5%-25%), skor 2

(kerusakan antara 25%-50%), skor 3 (kerusakan antara 50%-75%), dan skor 4

(kerusakan >75%).

Pengukuran Kandungan Prolina Jaringan Eksplan

Pada akhir pengamatan, tunas TTK yang tumbuh dalam media selektif

dipanen dan dikeringkan selama 1 minggu dalam kantong plastik yang berisi

silica gel. Contoh tanaman dari satu perlakuan yang sama yang telah kering

dijadikan sebagai contoh komposit, disimpan dalam kantong plastik bersegel,

diberi label sesuai perlakuan, dan disimpan dalam freezer (-20oC) hingga saat

dilakukan analisis kandungan prolina.

Analisis kandungan prolina dilakukan menggunakan metode yang

dikembangkan oleh Bates et al. (1973). Sekitar 0,5 g jaringan contoh digerus

dalam mortar porselin, dihomogenisasi dengan 10 ml asam sulfosalisilat 3%, dan

disaring dengan kertas saring Whatman no. 42. Sebanyak 2 ml filtrat yang

(a) (b)

(c) (d) (e)

Page 51: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

27

didapat direaksikan dengan campuran asam ninhidrin 2 ml dan asam asetat

glasial 2 ml dalam tabung reaksi. Campuran dipanaskan hingga 100oC dalam air

mendidih selama 1 jam dan didinginkan dalam air es selama 5 menit. Setelah

dingin, larutan diekstraksi menggunakan toluena 4 ml dan dihomogenisasi

selama 15-20 detik menggunakan vorteks sampai terbentuk kromofor berwarna

merah jambu hingga merah. Kromofor yang terbentuk diukur absorbansinya

pada panjang gelombang 520 nm.

Untuk menentukan konsentrasi kandungan prolina digunakan kurva

standar menggunakan larutan prolina dengan konsentrasi antara 0 -1,0 µg.

Prolina dalam larutan standar diekstraksi dengan cara yang sama sebagaimana

yang dilakukan untuk jaringan tunas kacang tanah. Kandungan prolina jaringan

dinyatakan dalam µg/g bobot jaringan kering.

Hasil

Respon Eksplan Kecambah terhadap Cekaman PEG PET kacang tanah cv. Singa, Komodo dan Jerapah yang dilaporkan toleran

cekaman kekeringan, nyata menurun pada konsentrasi PEG 15%, 10% dan 5%.

Untuk kacang tanah cv. Kelinci dan Trenggiling (medium toleran) masing-masing

mengikuti pola seperti Singa dan Komodo, sedangkan PET Gajah (medium),

Simpai (peka) dan Badak mengikuti pola seperti Jerapah. Pada kacang tanah cv.

Singa dan Komodo (yang dilaporkan toleran) serta Trenggiling (medium toleran)

PDT menurun nyata pada konsentrasi PEG 10% (Tabel 1).

Penurunan PDT kacang tanah cv. Kelinci (medium) terjadi pada

konsentrasi PEG 15%; sedangkan untuk Simpai (peka), Jerapah, Gajah, Macan

dan Badak penurunan terjadi pada konsentrasi PEG 5%. PAT untuk kacang

tanah cv. Singa dan Komodo (toleran), serta Kelinci dan Trenggiling (medium)

nyata menurun pada konsentrasi PEG 15%, untuk Simpai (peka) nyata menurun

pada konsentrasi PEG 5% (Tabel 1).

Panjang epikotil kacang tanah cv. Singa, Komodo dan Jerapah yang pada

penelitian sebelumnya diidentifikasi toleran serta Kelinci dan Trenggiling

(medium toleran) menurun bertahap sejalan dengan meningkatnya konsentrasi

PEG, namun pada Gajah (medium), Simpai (peka), Macan dan Badak

peningkatan konsentrasi PEG 10%, 15% dan 20% tidak lagi menyebabkan

penurunan panjang epikotil yang signifikan (Tabel 2).

Page 52: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

28

Tabel 1. Pengaruh konsentrasi PEG dalam medium in vitro terhadap PET, PDT dan PAT dari sembilan kultivar kacang tanah

Konsentra-

si PEG (%)

Peubah pertumbuhan dan perkembangan eksplan kecambah kacang tanah

Sng Kmd Jrph Klc Gjh Trg Smp Mcn Bdk PET (Persentase kecambah dengan panjang epikotil > 1 cm)

0 100 100 100 100 100 100 98 100 1005 100 71 5 100 45 100 0 34 9

10 100 8 0 94 0 40 0 22 015 8 0 0 41 0 35 0 4 020 0 0 0 17 0 0 0 0 0

PDT (Persentase kecambah dengan daun membuka > 1) 0 100 100 100 100 100 100 40 100 905 85 75 0 100 0 95 0 10 50

10 65 40 0 80 0 50 0 0 2515 0 0 0 10 0 10 0 0 2020 0 0 0 5 0 0 0 0 0

PAT (Persentase kecambah dengan akar cabang > 1) 0 100 100 100 100 100 100 100 100 1005 100 100 95 100 65 100 20 95 95

10 100 100 55 100 35 100 0 0 9515 45 20 0 100 20 50 0 0 6520 20 10 0 95 0 0 0 0 20

Keterangan : PET : Persentase kecambah dengan panjang epikotil > 1 cm, PDT : Persentase kecambah dengan daun membuka > 1, PAT : Persentase kecambah dengan akar cabang > 1

Pada peubah pertumbuhan akar cabang dan daun sempurna, kacang

tanah cv. Singa dan Komodo yang dilaporkan toleran serta Kelinci dan

Trenggiling (medium toleran) menunjukkan pola penurunan yang sama dengan

pola penurunan pertumbuhan epikotil. Untuk kacang tanah cv. Simpai dan

Macan masing-masing mulai konsentrasi PEG 5% dan 10% tidak mampu

membentuk akar cabang dan daun sempurna (Tabel 2, Gambar 5).

Untuk kacang tanah cv. Singa dan Komodo yang dilaporkan toleran

cekaman kekeringan, penurunan nyata panjang akar primer terjadi pada

perlakuan PEG 15% dan Jerapah (toleran) pada konsentrasi PEG 5%. Untuk

kacang tanah cv. Kelinci (medium toleran) penurunan nyata panjang akar primer

terjadi pada perlakuan PEG 15%, Gajah dan Trenggiling (medium toleran) serta

Badak pada konsentrasi PEG 10%, sedangkan Simpai (peka) pada perlakuan

5% (Tabel 2). Bobot basah dan kering kecambah juga dipengaruhi oleh

konsentrasi PEG (data tidak ditampilkan). Pada hampir semua kultivar kedua

peubah tersebut menurun sejalan dengan meningkatnya konsentrasi PEG,

dengan pola penurunan yang sama antar kultivar.

Page 53: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

29

Tabel 2. Pengaruh konsentrasi PEG dalam medium in vitro terhadap panjang epikotil, panjang akar primer, jumlah akar cabang dan jumlah daun kecambah sembilan kultivar kacang tanah serta nilai relatifnya terhadap perlakuan PEG 0%

Kultivar Peubah pertumbuhan dan perkembangan eksplan kecambah kacang tanah dan nilai relatif (%) terhadap perlakuan PEG 0%

0 5 10 15 20 Panjang epikotil (cm)

Singa 3,4 a (100) 1,4b (41) 1,4 b (41) 0,2 c ( 6 ) 0,1 c ( 3 ) Komodo 1,7 a (100) 0,9 b (53) 0,3 c (18) 0,2 c (12) 0,1 c ( 6 ) Jerapah 2,8 a (100) 0,5 b (18) 0,1 b ( 4 ) 0,1 b ( 4 ) 0,0 b ( 0 ) Kelinci 3,9 a (100) 2,4 b (62) 1,4 c (36) 0,6 d (15) 0,4 d ( 0 ) Gajah 1,4 a (100) 0,5 b (36) 0,1 b ( 7 ) 0,0 b ( 0 ) 0,0 b ( 0 ) Trenggiling 1,9 a (100) 1,2 b (63) 0,5 c (26) 0,5 c (26) 0,0 d ( 0 ) Simpai 2,7 a (100) 0,2 b ( 7 ) 0,0 b ( 0 ) 0,0 b ( 0 ) 0,0 b ( 0 ) Macan 3,6 a (100) 0,5 b (14) 0,3 b ( 8 ) 0,3 b ( 8 ) 0,0 b ( 0 Badak 1,3 a (100) 0,4 b (31) 0,2 b (15) 0,4 b (31) 0,0 b ( 0 )

Panjang akar primer (cm)Singa 4,1 a (100) 4,2 a 3,9 a (95) 2,7 b ( 66) 0,7 c (17) Komodo 1,9 a (100) 2,0 a (105) 1,6 b (84) 1,1 b ( 58) 1,1 b (58) Jerapah 6,6 a (100) 5,0 b (132) 2,3cd (46) 3,2 c ( 64) 2,0 d (40) Kelinci 5,2 a (100) 5,1 a ( 98 ) 4,8 a (92) 4,3 b ( 83) 1,7 c (33) Gajah 8,4 a (100) 9,3 a (111) 2,9 b (35) 3,5 b ( 42) 0,0 c ( 0 )Trenggiling 10,1a (100) 9,7 a ( 96 ) 7,6 b (75) 6,4 b ( 63) 2,0 c (20) Simpai 6,4 a (100) 1,7 b ( 76 ) 1,3 b (82) 1,4 b ( 6 ) 0,1 c ( 0 ) Macan 4,3 a (100) 2,5 b ( 58 ) 0,5 c (12) 0,5 c ( 12) 0,4 c ( 9 )Badak 3,3 a (100) 2,9 a ( 88 ) 2,0 b (61) 1,6 c ( 48) 1,3 b (39)

Jumlah akar cabangSinga 15,5a (100) 8,3 b ( 54 ) 3,2cd ( 21) 1,0 d ( 6 ) 0,5 d ( 3 )Komodo 9,2 a (100) 6,3 b ( 68 ) 4,4 b ( 48) 0,3 c ( 3 ) 0.1 c ( 1 ) Jerapah 8,6 a (100) 5,5 b ( 64 ) 2,8 c ( 33) 0 d ( 0 ) 0,0 d ( 0 ) Kelinci 18,1a (100) 8,9 b ( 49 ) 7,6 b ( 42) 6,9 b (38) 3,1 c ( 17)Gajah 8,3 a (100) 4,0 b ( 48 ) 3,8 b ( 46) 2,9 c (35) 0.8 c ( 10) Trenggiling 10,6a (100) 6,5 b ( 61 ) 5,5 b ( 52) 2,3 c (22 ) 0,0 c ( 0 ) Simpai 6,4 a (100) 0,0 b ( 0 ) 0,0 b ( 0 ) 0 b ( 0 ) 0,0 b ( 0 )Macan 13,4a (100) 4,8 b ( 36 ) 0,0 c ( 0 ) 0 c ( 0 ) 0,0 c ( 0 ) Badak 6,1 a (100) 4,0 b ( 66 ) 3,8 b ( 62) 2,9bc (48) 0,8 c ( 13)

Jumlah daun yang membuka sempurnaSinga 3,5 a (100) 1,8 b (51) 1,3 b (37) 0,0 c ( 0 ) 0,0 c ( 0 ) Komodo 2,4 a (100) 1,5 b (63) 0,8 b (33) 0,0 c ( 0 ) 0,0 c ( 0 ) Jerapah 3,3 a (100) 0,0 b ( 0 ) 0,0 b ( 0 ) 0,0 b ( 0 ) 0,0 b ( 0 ) Kelinci 3,2 a (100) 2,6 b (81) 1,4 b (44) 0,2 c ( 6 ) 0,1 c ( 3 ) Gajah 3,8 a (100) 0,0 b ( 0 ) 0,0 b ( 0 ) 0,0 b ( 0 ) 0,0 b ( 0 ) Trenggiling 3,4 a (100) 1,9 b (56) 1,0 c (29) 0,0 d ( 0 ) 0,0 d ( 0 ) Simpai 1,2 a (100) 0,0 b ( 0 ) 0,0 b ( 0 ) 0,0 b ( 0 ) 0,0 b ( 0 ) Macan 4,2 a (100) 0,2 b ( 5 ) 0,0 b ( 0 ) 0,0 b ( 0 ) 0,0 b ( 0 ) Badak 1,8 a (100) 1,0 b (56) 0,5bc (28) 0,4bc ( 0 ) 0,0 c ( 0 )

Keterangan : Data dalam satu baris yang diikuti huruf yang sama tidak berbeda nyata berdasar uji Duncan’s Multiple Range Test (DMRT) taraf signifikansi 5%

Page 54: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

30

Respon Eksplan TDK terhadap Cekaman PEG

Penambahan PEG dalam media in vitro nyata berpengaruh negatif

terhadap pertumbuhan eksplan tunas kacang tanah tipe I (TDK) yang ditanam

secara in vitro. Perlakuan PEG 5% nyata menurunkan pertambahan tinggi tunas

dan jumlah akar primer semua kultivar kacang tanah yang diteliti, serta

menurunkan pertambahan jumlah daun pada kacang tanah cv. Gajah,

Trenggiling, Macan, Simpai dan Badak. Konsentrasi PEG 15% nyata

menurunkan pertambahan jumlah daun pada kacang tanah cv. Singa, Komodo,

Jerapah dan Kelinci (Tabel 3).

Tabel 3. Pengaruh konsentrasi PEG terhadap pertambahan tinggi, jumlah daun dan jumlah akar primer pada eksplan tunas yang berasal dari benih dengan kotiledon (TDK) dan nilai relatifnya terhadap konsentrasi PEG 0%

Peubah dan kultivar

TT Respon terhadap media dengan PEG Nilai relatif terhadap PEG 0% 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 Pertambahan tinggi tunas (cm) per eksplan

Singa T 8,5a 0 b 0 b 0 b 0 b 100 0 0 0 0 Komodo T 7,9a 0 b 0 b 0 b 0 b 100 0 0 0 0 Jerapah T 8,2a 0 b 0 b 0 b 0 b 100 0 0 0 0 Kelinci M 7,0a 0 b 0 b 0 b 0 b 100 0 0 0 0 Gajah M 6,3a 0 b 0 b 0 b 0 b 100 0 0 0 0 Trenggiling M 6,7a 0 b 0 b 0 b 0 b 100 0 0 0 0 Simpai P 6,3a 0 b 0 b 0 b 0 b 100 0 0 0 0 Macan P 6,9a 0 b 0 b 0 b 0 b 100 0 0 0 0 Badak - 6,3a 0 b 0 b 0 b 0 b 100 0 0 0 0

Pertambahan jumlah daun per botol Singa T 10,4a 10,4a 9,6a 2,4b 0,0b 100 100 92 23 0 Komodo T 10,0a 9,6a 8,0a 0,0b 0,0b 100 96 80 0 0 Jerapah T 10,4a 9,6a 8,8a 1,6b 0,0b 100 92 85 15 0 Kelinci M 8,8a 7,6a 7,6a 0,0b 0,0b 100 86 86 0 0 Gajah M 8,0a 4,8b 2,8c 0,0d 0,0d 100 60 35 0 0 Trenggiling M 8,0a 5,6b 3,2c 0,0d 0,0d 100 70 40 0 0 Simpai P 8,0a 0,8b 0,0b 0,0b 0,0b 100 10 0 0 0 Macan P 7,2a 2,0b 0,0c 0,0c 0,0c 100 28 0 0 0 Badak - 7,6a 2,0b 0,8c 0,0c 0,0c 100 26 10 0 0

Jumlah akar primer per eksplanSinga T 9,2 a 3,3 b 0 c 0 c 0 c 100 36 0 0 0 Komodo T 9,0 a 3,0 b 0 c 0 c 0 c 100 33 0 0 0 Jerapah T 8,8 a 3,5 b 0 c 0 c 0 c 100 40 0 0 0Kelinci M 7,3 a 0,2 b 0 b 0 b 0 b 100 3 0 0 0 Gajah M 7,2 a 0 b 0 b 0 b 0 b 100 0 0 0 0 Trenggiling M 6,8 a 0 b 0 b 0 b 0 b 100 0 0 0 0Simpai P 5,9 a 0 b 0 b 0 b 0 b 100 0 0 0 0 Macan P 6,4 a 0 b 0 b 0 b 0 b 100 0 0 0 0 Badak - 6,3 a 0 b 0 b 0 b 0 b 100 0 0 0 0

Keterangan: TT : tingkat toleransi, T: toleran, M: medium toleran, P: peka terhadap cekaman kekeringan (Hidayat dkk. 1999, Nursusilawati 2003). Data dalam satu baris yang diikuti oleh huruf yang sama tidak berbeda nyata berdasar uji DMRT taraf signifikansi 5%

Page 55: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

31

Kultivar kacang tanah yang diuji menunjukkan respon yang berbeda

terhadap suatu konsentrasi PEG untuk peubah pertambahan jumlah daun,

jumlah daun layu dan tingkat kerusakan tunas. Kacang tanah cv. Singa, Jerapah,

Komodo yang toleran dan Kelinci yang medium toleran terhadap cekaman

kekeringan mulai mengalami penurunan jumlah daun pada konsentrasi PEG 10 -

15%, sedangkan lima kultivar yang lain pada konsentrasi PEG 5% (Tabel 3).

Semua kultivar kacang tanah yang diuji mempunyai pertambahan tinggi

tunas dan jumlah akar primer yang tidak berbeda. Pertambahan tinggi tunas dan

jumlah akar primer nyata menurun pada perlakuan penambahan PEG 5%

dibandingkan dengan PEG 0%. Pada perlakuan PEG 5%, tunas kacang tanah

cv. Singa, Komodo, dan Jerapah yang toleran serta Kelinci yang medium toleran

masih mempunyai akar primer, sedangkan kacang tanah yang lain tidak

mempunyai akar primer (Tabel 3).

Dampak yang nyata terhadap peningkatan jumlah daun layu dan skor

kerusakan tunas terjadi akibat penambahan PEG 10%, 15%, atau 20% (Tabel

4). Jumlah daun layu nyata meningkat pada konsentrasi PEG 15% untuk kacang

tanah cv. Singa, Komodo, Jerapah yang toleran, serta Kelinci, Gajah dan

Trenggiling yang medium toleran. Untuk kacang tanah cv. Simpai dan Macan

yang peka serta Badak, jumlah daun layu telah nyata meningkat pada

konsentrasi PEG 10% (Tabel 4).

Skor kerusakan tunas pada kacang tanah cv. Singa, Komodo dan Jerapah

yang toleran, Kelinci dan Trenggiling yang medium toleran telah nyata meningkat

pada konsentrasi PEG 20%, kacang tanah cv. Gajah yang medium toleran dan

Badak, meningkat pada PEG 15%; sedangkan kacang tanah cv. Simpai dan

Macan yang peka, meningkat pada PEG 10% (Tabel 4).

Respon Eksplan TTK terhadap Cekaman PEG

Kultivar kacang tanah yang diuji menunjukkan respon yang berbeda

terhadap konsentrasi PEG untuk peubah pertambahan jumlah daun dan jumlah

daun layu. Jumlah daun layu nyata meningkat pada konsentrasi PEG 10%–15%

untuk kacang tanah cv. Singa, Komodo, Jerapah yang toleran dan Trenggiling

yang medium toleran, sedangkan lima kultivar lain telah meningkat pada

konsentrasi PEG 5% (Tabel 5).

Page 56: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

32

Tabel 4. Pengaruh konsentrasi PEG terhadap jumlah daun layu dan skor kerusakan tunas pada eksplan tunas yang berasal dari benih dengan kotiledon (TDK)

Peubah dan kultivar

Tole- ransi

Respon terhadap media dengan PEG 0% 5% 10% 15% 20% Jumlah daun layu per botol

Singa T 0,0 a 0,0 a 0,0 a 1,0 b 2,0 c Komodo T 0,0 a 0,0 a 0,0 a 1,5 b 3,0 c Jerapah T 0,0 a 0,0 a 0,0 a 0,0 a 2,5 b Kelinci M 0,0 a 0,0 a 0,0 a 2,0 b 3,5 c Gajah M 0,0 a 0,0 a 1,0 a 3,5 b 4,5 b Trenggiling M 0,0 a 0,0 a 0,0 a 3,0 b 4,0 c Simpai P 0,0 a 0,0 a 1,5 b 5,0 c 7,0 d Macan P 0,0 a 0,0 a 3,0 b 5,5 c 6,5 d Badak - 0,0 a 0,0 a 2,5 b 5,5 c 6,0 d

Skor kerusakan tunas per eksplanSinga T 0,0 a 0,0 a 0,0 a 0,0 a 0,8 b Komodo T 0,0 a 0,0 a 0,0 a 0,0 a 1,0 b Jerapah T 0,0 a 0,0 a 0,0 a 0,0 a 1,0 b Kelinci M 0,0 a 0,0 a 0,0 a 0,3 a 1,2 b Gajah M 0,0 a 0,0 a 0,0 a 0,5 b 1,6 c Trenggiling M 0,0 a 0,0 a 0,0 a 0,2 a 1,5 b Simpai P 0,0 a 0,0 a 1,0 b 2,2 c 3,0 c Macan P 0,0 a 0,0 a 1,2 b 2,5 c 3,4 c Badak - 0,0 a 0,0 a 0,0 a 0,7 b 2,3 c

Keterangan: T: toleran, M: medium toleran, P: peka terhadap cekaman kekeringan (Hidayat dkk. 1999, Nursusilawati 2003). Data dalam satu baris yang diikuti oleh huruf yang sama tidak berbeda nyata berdasar uji DMRT taraf signifikansi 5%

Kacang tanah cv. Singa, Jerapah, dan Komodo yang toleran mulai

mengalami penurunan jumlah daun pada media selektif dengan penambahan

PEG 10%, Kelinci yang medium toleran mulai menurun pada media dengan PEG

15%, sedangkan Gajah dan Trenggiling yang medium toleran, Simpai dan Macan

yang peka serta Badak mulai menurun pada konsentrasi PEG 5% (Tabel 6).

Tidak ada perbedaan pertambahan tinggi tunas dan jumlah akar primer

antar kultivar. Pertambahan tinggi tunas nyata menurun pada konsentrasi PEG

5%, dengan persentase penurunan yang bervariasi antar kultivar. Pada kultivar

kacang tanah yang diidentifikasi toleran (Singa, Komodo dan Jerapah)

pertambahan tinggi pada konsentrasi PEG 5% mencapai 75% – 88%, sedangkan

pada kultivar yang peka (Macan, Simpai) hanya mencapai 17% – 67%

dibandingkan kontrol (Tabel 6).

Akumulasi Prolina Akibat Cekaman PEG Penambahan PEG dalam media in vitro berpengaruh meningkatkan

kandungan prolina total jaringan eksplan semua kultivar kacang tanah yang diuji.

Pada semua kultivar kacang tanah yang diuji, peningkatan kadar prolina total

yang diamati sejalan dengan meningkatnya konsentrasi PEG (Gambar 4).

Page 57: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

33

Tabel 5. Pengaruh konsentrasi PEG dalam medium in vitro terhadap jumlah daun layu per botol pada eksplan tunas yang berasal dari poros embrio tanpa kotiledon (TTK)

Peubah dan kultivar

Toleransi Respon terhadap media dengan PEG 0% 5% 10% 15% 20%

Singa T 0,0 a 0,0 a 1,0 b 1,5 b 4,0 c Komodo T 0,0 a 0,0 a 1,0 ab 1,0 b 5,0 c Jerapah T 0,0 a 1,0 a 1,0 a 2,5 b 5,0 c Kelinci M 0,0 a 1,0 ab 1,0 b 3,0 b 4,0 c Gajah M 0,0 a 2,5 b 3,5 c 6,0 d 7,0 dTrenggiling M 0,0 a 1,0 a 1,0 a 3,5 b 5,0 c Simpai P 0,0 a 3,5 b 6,0 c 6,0 c 7,0 c Macan P 0,0 a 1,5 b 4,0 c 6,0 d 7,0 dBadak - 0,0 a 2,5 b 5,0 c 7,0 cd 8,0 d

Keterangan: T: toleran, M: medium toleran, P: peka terhadap cekaman kekeringan (Hidayat dkk. 1999, Nursusilawati 2003). Data dalam satu baris yang diikuti oleh huruf yang sama tidak berbeda nyata berdasar uji DMRT taraf signifikansi 5% Tabel 6. Pengaruh konsentrasi PEG dalam medium in vitro terhadap pertambahan

tinggi dan jumlah daun pada eksplan tunas yang berasal dari poros embrio tanpa kotiledon (TTK) dan nilai relatifnya terhadap konsentrasi PEG 0%

Peubah dan kultivar

Tole-ransi

Respon terhadap media dengan PEG Nilai relatif terhadap PEG 0%:

0% 5% 10% 15% 20% 0 5 10 15 20 Pertambahan tinggi tunas (cm) per eksplanSinga T 0,9 a 0,8ab 0,7b 0,4c 0,0d 100 88 77 44 0 Komodo T 0,8 a 0,6 b 0,5c 0,2d 0,0e 100 75 62 25 0 Jerapah T 0,6 a 0,5 b 0,3c 0,0d 0,0d 100 83 50 0 0 Kelinci M 0,4 a 0,3 b 0,2c 0,1d 0,0d 100 75 50 25 0 Gajah M 0,4 a 0,3 b 0,1c 0,0d 0,0d 100 75 25 0 0 Trenggiling M 0,6 a 0,4 b 0,1c 0,0c 0,0c 100 67 17 0 0 Simpai P 0,3 a 0,2 b 0,0c 0,0c 0,0c 100 67 0 0 0 Macan P 0,6 a 0,1 b 0,1b 0,0b 0,0b 100 17 17 0 0 Badak - 0,4 a 0,2 b 0,1c 0,1c 0,0d 100 50 26 25 0 Pertambahan jumlah daun per botol Singa T 3,2a 2,8 a 0,4b 0,4b 0,0b 100 88 13 13 0 Komodo T 3,2a 2,8 a 0,8b 0,0b 0,0b 100 88 25 0 0 Jerapah T 2,0a 1,6 a 0,0b 0,0b 0,0b 100 80 0 0 0 Kelinci M 2,4a 1,6 a 1,6a 0,4b 0,0b 100 67 67 17 0 Gajah M 1,6a 0,8 b 0,0c 0,0c 0,0c 100 50 0 0 0 Trenggiling M 2,8a 1,2 b 0,0c 0,0c 0,0c 100 43 0 0 0 Simpai P 2,0a 0,0 b 0,0b 0,0b 0,0b 100 0 0 0 0 Macan P 1,6a 0,4 b 0,0b 0,0b 0,0b 100 25 0 0 0 Badak - 1,2a 0,0 b 0,0b 0,0b 0,0b 100 0 0 0 0

Keterangan: T: toleran, M: medium toleran, P: peka terhadap cekaman kekeringan (Hidayat et al. 1999, Nursusilawati 2003). Data dalam satu baris yang diikuti oleh huruf yang sama tidak berbeda nyata berdasar uji DMRT taraf signifikansi 5%

Page 58: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

34

Kacang tanah cv. Singa dan Komodo yang toleran, serta Kelinci dan Gajah

yang medium toleran secara umum mempunyai kandungan prolina total lebih

rendah dibandingkan kacang tanah tanah cv. Simpai yang peka terhadap

cekaman kekeringan pada semua perlakuan PEG. Peningkatan kandungan

prolina jaringan pada perlakuan PEG 20% untuk kacang tanah cv. Singa,

Komodo, Kelinci dan Gajah menyamai kandungan prolina pada perlakuan PEG

5% untuk kacang tanah cv. Simpai. Hal ini mengindikasikan kacang tanah yang

peka telah mengalami cekaman kekeringan pada perlakuan PEG 5%, sedangkan

pada kacang tanah yang toleran dan medium toleran perlakuan PEG yang sama

belum mampu menginduksi kondisi cekaman. Akibatnya tunas yang ditanam

belum mengaktifkan respon terhadap cekaman yang antara lain dengan

meningkatkan kandungan prolina. Kacang tanah cv. Badak cenderung

mempunyai pola respon yang sama dengan Simpai (Gambar 4).

Gambar 4. Pengaruh konsentrasi PEG terhadap kadar prolina total jaringan pada

eksplan tunas yang berasal dari benih dengan kotiledon (TDK) kacang tanah cv. Singa, Komodo, Kelinci, Gajah, Simpai dan Badak, setelah ditanam selama enam minggu dalam media selektif

Page 59: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

35

Gambar 5. Morfologi kecambah yang tumbuh pada media selektif yang

mengandung PEG (dari kiri ke kanan) konsentrasi 0, 5, 10, 15 dan 20% pada kacang tanah cv. Sng (Singa), Kmd (Komodo), Jrp (Jerapah), Klc (Kelinci), Gjh (Gajah), Trg (Trenggiling), Bdk (Badak), Mcn (Macan), Smp (Simpai)

Pembahasan

Perlakuan PEG 5% yang setara dengan potensial osmotik - 0,13 MPa

dapat menurunkan beberapa peubah pertumbuhan kecambah yang meliputi

panjang epikotil, jumlah akar cabang dan jumlah daun membuka. Untuk peubah

yang lain, hambatan konsentrasi PEG terhadap pertumbuhan bervariasi antar

kultivar, dan berkisar antara 10 – 15%. Penambahan PEG dalam media in vitro

juga mengakibatkan terjadinya penghambatan pertumbuhan tunas yang

ditunjukkan dengan menurunnya pertambahan tinggi tunas, jumlah akar primer

dan jumlah daun. Dibandingkan kontrol, perlakuan PEG 5% dapat menurunkan

pertambahan tinggi tunas dan jumlah akar primer yang berkembang dari eksplan

tunas semua kultivar kacang tanah yang diuji, serta menurunkan pertambahan

jumlah daun yang berkembang dari eksplan TDK atau TTK kacang tanah cv.

Gajah, Trenggiling, Simpai, Macan dan Badak. Penambahan PEG juga

mengakibatkan peningkatan jumlah daun layu dan skor kerusakan tunas.

Sng Kmd Jrp

Klc Trg Gjh

Bdk Smp Mcn

Page 60: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

36

Sebagian dari dampak negatif cekaman osmotik pada potensial air -0,01

hingga -0,5 MPa adalah penurunan sintesis dinding sel, sintesis protein,

pembentukan protoklorofil dan pembelahan sel (Salisbury dan Ross, 1992).

Lebih lanjut, hal tersebut dapat menyebabkan terhambatnya pertambahan tinggi

tunas, regenerasi akar, dan pertambahan jumlah daun.

Hasil tersebut menunjukkan bahwa perlakuan penambahan PEG pada

media in vitro dapat menghambat mekanisme pertumbuhan, sebagaimana yang

terjadi sebagai akibat cekaman kekeringan. Cekaman kekeringan menghambat

pertumbuhan primordia dan pemanjangan daun jagung (Zhongjin dan Neumann

1999), berat kering total organ vegetatif dan luas daun buncis (Franca et al.

2000), jumlah daun per tanaman dan ukuran daun Quercus (Fotelli et al. 2000),

tinggi tanaman dan bobot kering tajuk kacang tanah (Nursusilawati 2003).

Perlakuan penambahan PEG dalam media perkecambahan dilaporkan

menurunkan pemanjangan akar jagung (Verslues et al. 1998), potensial

tumbuh maksimum akar kecambah kapri (Whalley et al. 1998), pertumbuhan

hipokotil Arabidopsis thaliana (Weele et al. 2000), dan bobot kering kecambah

dan panjang akar kedelai (Widoretno et al. 2002). Semua fenotipik tersebut

mencerminkan terhambatnya pembelahan dan perkembangan sel.

Konsentrasi PEG yang menghambat pertumbuhan dan perkembangan

kacang tanah berbeda antara satu peubah dengan peubah yang lain. Pada

eksplan TDK, perlakuan PEG 5% nyata telah menurunkan pertambahan tinggi

tunas, jumlah daun, dan jumlah akar primer. Dampak yang nyata untuk jumlah

daun layu dan skor kerusakan tunas baru terjadi akibat penambahan PEG

minimal 10%. Pada eksplan TTK, pengaruh nyata terhadap peubah pertambahan

tinggi tunas, jumlah daun, dan jumlah daun layu sudah mulai terjadi pada media

selektif dengan penambahan PEG 5%. Hal tersebut mengindikasikan TTK lebih

sensitif terhadap cekaman PEG dalam media in vitro.

Ada perbedaan respon terhadap konsentrasi PEG antara satu kultivar

dengan yang lain. Kacang tanah cv. Simpai dan Macan cenderung sangat peka

terhadap cekaman akibat perlakuan PEG. Pada kacang tanah cv. Simpai dan

Macan peubah PAU, PET, PDT, dan PAT kecambah sudah nyata menurun pada

konsentrasi PEG 5%. Perlakuan PEG 5% menyebabkan pertumbuhan epikotil

dan daun pada kecambah terhenti. Dalam penelitian sebelumnya kacang tanah

cv. Simpai dan Macan dilaporkan sebagai kultivar yang peka terhadap

kekeringan (Nursusilawati 2003; Sudarsono et al 2004). Kacang tanah cv.

Page 61: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

37

Jerapah dan Gajah menunjukkan kepekaan terhadap perlakuan media dengan

penambahan PEG 5% berdasarkan peubah PET dan PDT. Selain itu pada

perlakuan PEG 5%, epikotil dan daun kacang tanah cv. Jerapah dan Gajah tidak

tumbuh. Berdasarkan hasil tersebut kacang tanah cv. Jerapah dan Gajah

tergolong lebih toleran dibandingkan dengan Simpai dan Macan, atau dapat

dikelompokkan sebagai medium toleran terhadap kekeringan. Percobaan

sebelumnya juga mengidentifikasi kacang tanah cv. Jerapah dan Gajah sebagai

kultivar medium toleran (Nursusilawati 2003, Sudarsono et al. 2004).

Pada kacang tanah cv. Singa, Komodo, dan Kelinci, perlakuan PEG

sampai dengan 15% tidak berpengaruh terhadap peubah PAU dan PAT.

Berdasarkan hasil tersebut, kacang tanah cv. Singa, Komodo dan Kelinci diduga

lebih toleran dibanding Jerapah dan Gajah dan dapat dikelompokkan sebagai

toleran terhadap kekeringan. Hal ini sejalan dengan hasil pengujian yang

dilakukan sebelumnya (Hidajat et al. 1999, Nursusilawati 2003). Respon kacang

tanah cv. Trenggiling dan Badak tidak konsisten. Peubah tinggi tanaman, jumlah

daun dan jumlah daun yang layu mengikuti pola Simpai dan Macan, sedangkan

peubah yang lain mengikuti pola Singa dan Kelinci.

Pertumbuhan daun kultivar kacang tanah yang bersifat toleran baru nyata

menurun pada perlakuan PEG 15% untuk eksplan TDK dan PEG 10% untuk

eksplan TTK. Sebaliknya pada kacang tanah yang peka, perlakuan PEG 5%

telah nyata berpengaruh negatif terhadap pertumbuhan tunas dari eksplan TDK

dan TTK. Jumlah daun layu kultivar kacang tanah yang toleran nyata meningkat

pada perlakuan PEG 15% untuk eksplan TDK dan 10% untuk eksplan TTK.

Pada kacang tanah yang peka, peningkatan jumlah daun layu telah terjadi pada

perlakuan PEG 10% untuk eksplan TDK dan 5% untuk eksplan TTK. Tingkat

kerusakan tunas kultivar kacang tanah yang toleran baru terjadi pada perlakuan

PEG 20%, sedangkan kacang tanah yang peka telah terjadi pada perlakuan

PEG 10%. Perbedaan respon eksplan tunas dari kacang tanah yang peka

dengan yang toleran cekaman kekeringan terhadap perlakuan PEG dapat

dijadikan dasar penggunaan perlakuan PEG dalam media in vitro untuk

identifikasi dan seleksi plasma nutfah yang toleran cekaman kekeringan. Tunas

dari plasma nutfah kacang tanah yang toleran lebih dapat bertahan hidup dalam

media dengan konsentrasi PEG yang tinggi dibandingkan plasma nutfah yang

peka.

Page 62: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

38

Penggunaan PEG dalam media in vitro untuk identifikasi dan seleksi

plasma nutfah yang toleran cekaman kekeringan memerlukan informasi tentang

konsentrasi PEG yang dapat memisahkan kacang tanah ke dalam kelompok

respon toleransi yang sesuai. Berdasarkan hasil yang didapat, konsentrasi PEG

15% dalam media in vitro disarankan sebagai konsentrasi diferensial yang dapat

mengelompokkan kacang tanah toleran dan peka ke dalam kelompok yang

berbeda, sehingga dapat digunakan untuk menapis respon tanaman kacang

tanah terhadap cekaman kekeringan.

Kacang tanah yang sebelumnya telah diidentifikasi sebagai toleran

mempunyai respon yang berbeda dengan kacang tanah yang peka untuk semua

peubah. Kacang tanah cv. Singa, Komodo dan Jerapah yang dilaporkan toleran

cekaman kekeringan menunjukkan respon yang nyata berbeda dengan kacang

tanah cv. Macan dan Simpai yang peka untuk peubah pertambahan panjang

tunas (eksplan TTK), pertambahan jumlah daun (eksplan TTK dan TDK), jumlah

daun layu (eksplanTTK dan TDK), jumlah akar primer (eksplanTDK), dan tingkat

kerusakan tunas (eksplan TDK).

Sebaliknya kacang tanah yang diidentifikasi sebagai medium toleran,

untuk sejumlah peubah tertentu mempunyai respon yang sama dengan kacang

tanah toleran dan untuk sejumlah peubah yang lain mempunyai respon sama

dengan kacang tanah yang peka terhadap cekaman kekeringan. Kacang tanah

cv. Kelinci, Gajah dan Trenggiling yang medium toleran mempunyai respon yang

sama dengan kacang tanah peka untuk peubah pertambahan jumlah daun

(eksplan TTK dan TDK), jumlah daun layu (eksplan TTK), dan jumlah akar primer

(eksplan TDK), serta respon yang sama dengan kacang tanah yang toleran

untuk peubah jumlah daun layu (eksplan TDK) dan tingkat kerusakan tunas

(eksplan TDK). Kacang tanah cv. Badak cenderung mempunyai pola respon

yang sama dengan Simpai dan Macan yang peka terhadap cekaman kekeringan.

Berdasarkan hasil tersebut, pertambahan panjang tunas (eksplan TTK),

pertambahan jumlah daun (eksplan TTK dan TDK), jumlah daun layu (eksplan

TTK dan TDK), jumlah akar primer (eksplan TDK), dan tingkat kerusakan tunas

(eksplan TDK) dapat digunakan sebagai indikator tidak langsung respon toleransi

tanaman kacang tanah terhadap cekaman kekeringan dalam evaluasi secara in

vitro. Dalam hal ini, tunas dari tanaman kacang tanah yang diuji ditanam selama

enam minggu dalam media MS-0 dengan penambahan PEG 6000 15%.

Penambahan PEG dalam media in vitro juga berpengaruh terhadap

Page 63: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

39

kandungan prolina total jaringan eksplan TDK. Pada semua kultivar kacang

tanah yang diuji, penambahan PEG dalam media in vitro meningkatkan

kandungan prolina total dan peningkatannya sejalan dengan peningkatan

konsentrasi PEG. Hasil penelitian ini sesuai dengan hasil penelitian sebelumnya

tentang pengaruh cekaman kekeringan di lapang pada Medicago sativa L.

(Girousse et al. 1996), Populus euphratica (Watanabe et al. 2000), dan kacang

tanah (Sudarsono et al. 2004; Riduan dan Sudarsono 2005).

Akumulasi prolina bersama senyawa osmolit yang lain dalam sel tanaman

dilaporkan dapat menurunkan potensial osmotik sel ketika tanaman mengalami

cekaman kekeringan (Blum 1996). Dengan demikian tanaman dapat tetap

mempertahankan tekanan turgor sel, penyerapan air dan kelangsungan berbagai

proses fisiologis dalam sel (pembukaan stomata, fotosintesis, dan

perkembangan sel). Akumulasi senyawa osmolit dilaporkan merupakan respon

adaptif terhadap cekaman kekeringan pada berbagai jenis tanaman dan diyakini

berperan dalam proses adaptasi pada lingkungan yang tercekam kekeringan

(Serraj dan Sinclair 2002).

Pada semua perlakuan konsentrasi PEG, kacang tanah yang toleran dan

medium toleran secara umum mempunyai kandungan prolina total lebih rendah

dibandingkan kacang tanah yang peka terhadap cekaman kekeringan. Hal yang

sama juga diamati pada barley dan alfalfa. Barley kultivar Proctor yang peka

mempunyai kecepatan akumulasi prolina yang lebih tinggi selama cekaman

kekeringan dibandingkan kultivar Exselsior yang toleran terhadap cekaman

kekeringan (Hanson et al. 1997). Dalam kondisi cekaman osmotik akibat

pemberian PEG, galur alfalfa yang toleran dapat mempertahankan kadar prolina

yang lebih rendah dibandingkan galur yang peka (Djilianov et al. 1997).

Hasil penelitian menunjukkan bahwa akumulasi prolina untuk kacang tanah

yang peka (Simpai) pada perlakuan PEG 5% setara dengan akumulasi prolina

untuk kacang tanah yang toleran (Singa dan Komodo) dan medium toleran

(Kelinci dan Gajah) pada perlakuan PEG 20%. Berdasarkan hal ini dapat

ditafsirkan bahwa perlakuan PEG 5% telah mampu menginduksi kondisi

cekaman pada kultivar peka, namun belum mampu menginduksi cekaman pada

kultivar toleran dan medium toleran.

Kemungkinan lain, kacang tanah yang toleran dan medium toleran telah

mengalami cekaman pada perlakuan PEG 5%, tetapi melakukan mekanisme

toleransi lain yang diduga berperan untuk mengatasi cekaman kekeringan, yaitu

Page 64: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

40

melalui 1) regulasi pertumbuhan dengan menurunkan kecepatan fotosintesis,

pembelahan dan pembentangan sel, 2) menjaga keseimbangan ionik dan

osmotik dengan menambah jumlah vakuola, mengaktifkan mekanisme pompa

ion dan saluran ion, atau 3) detoksifikasi senyawa oksigen radikal melalui

pembentukan protein cekaman, antara lain protein proteksi, enzim antioksidan,

dan protein regulator (Mundree et al. 2002). Pada saat mengalami cekaman

osmotik, jagung meningkatkan aktivitas enzim antioksidan di dalam daun (Jiang

dan Zhang 2002), sedangkan alfalfa meningkatkan aktivitas acid phosphatase

untuk mempertahankan kadar fosfat an-organik di dalam sel (Ehsanpour dan

Amini, 2003).

Simpulan

Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa larutan PEG dalam

media in vitro bersifat menghambat pertumbuhan kecambah dan tunas kacang

tanah sebagaimana yang terjadi secara in vivo dan meningkatkan kandungan

prolina total jaringan sehingga diduga mampu mensimulasikan kondisi cekaman

kekeringan dalam media in vitro. Dampak negatif dari larutan PEG dalam media

in vitro berbeda-beda tergantung pada respon kultivar kacang tanah terhadap

cekaman kekeringan. Kacang tanah cv. Singa, kultivar Komodo dan kultivar

Jerapah menunjukkan respon toleran; kacang tanah cv. Kelinci dan kultivar

Gajah menunjukkan respon medium; sedangkan kacang tanah cv. Trenggiling,

kultivar Macan, kultivar Simpai dan kultivar Badak menunjukkan respon peka

terhadap cekaman kekeringan. Hal ini berarti penapisan secara in vitro

menggunakan PEG dapat menjadi alternatif metode untuk menduga karakter

toleransi kacang tanah terhadap cekaman kekeringan.

Konsentrasi PEG 15% efektif menghambat pertumbuhan dan

perkembangan eksplan epikotil kacang tanah. Respon tunas kacang tanah

terhadap media dengan penambahan PEG 15% dapat digunakan sebagai

alternatif metode untuk menapis toleransi kacang tanah terhadap cekaman

kekeringan. Tunas yang ditumbuhkan dari poros embrio dengan kotiledon

(eksplan TDK) atau tanpa kotiledon (eksplan TTK) dapat digunakan sebagai

eksplan; dan peubah pertambahan panjang tunas (eksplan TTK), pertambahan

jumlah daun (eksplan TTK dan TDK), jumlah daun layu (eksplan TTK dan TDK),

jumlah akar primer (eksplan TDK), dan tingkat kerusakan tunas (eksplan TDK)

digunakan sebagai penduga toleransi.

Page 65: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

IV. SELEKSI IN VITRO EMBRIO SOMATIK KACANG TANAH PADA MEDIA DENGAN POLIETILENA GLIKOL

YANG MENSIMULASIKAN CEKAMAN KEKERINGAN*)

Abstrak Pengembangan kultivar kacang tanah yang toleran terhadap cekaman

kekeringan pada saat ini masih diperlukan. Hal ini dapat dilakukan melalui kultur dan seleksi in vitro. Tujuan penelitian adalah mengevaluasi efektivitas seleksi in vitro untuk mengidentifikasi embrio somatik (ES) varian somaklonal kacang tanah yang insensitif terhadap PEG. Dalam sebagian percobaan dievaluasi respon ES empat kultivar kacang tanah terhadap medium selektif yang mengandung PEG 6000 untuk menentukan konsentrasi PEG sub-letal, yaitu yang dapat menghambat proliferasi eksplan lebih dari 95%. ES sekunder kacang tanah cv. Singa, Kelinci, Badak dan Zebra ditumbuhkan dalam medium MS cair dengan penambahan pikloram 16 μM dan PEG 0%, 5%, 10%, 15% dan 20%. Persentase eksplan yang hidup, rata-rata jumlah ES/eksplan, dan jumlah total ES yang berproliferasi dalam media seleksi in vitro diamati setiap bulan selama tiga bulan. Pada sebagian percobaan yang lain, dilakukan seleksi in vitro pada medium selektif yang mengandung PEG konsentrasi sub-letal untuk mengidentifikasi ES kacang tanah yang insensitif terhadap cekaman PEG. Seleksi in vitro dilakukan terhadap 4000 – 5000 ES kacang tanah cv. Singa dan Kelinci. ES yang insensitif PEG diidentifikasi setelah tiga bulan. Hasil penelitian menunjukkan penambahan PEG 6000 dalam media in vitro menghambat proliferasi ES kacang tanah. Konsentrasi PEG sub-letal untuk kacang tanah adalah 15%. ES kacang tanah cv. Kelinci yang insensitif terhadap PEG dicapai dengan frekuensi 10%–12 % dan untuk Singa 8%-10%. Tanaman R0 kacang tanah cv. Kelinci (62 tanaman) dan Singa (48 tanaman) dapat diregenerasikan dari ES yang insensitif terhadap cekaman PEG dan ditumbuhkan di rumah kaca untuk memperoleh benih R1 dan R2. Kata Kunci : Cekaman PEG, PEG 6000, embrio somatik, varian somaklonal *) Bagian dari disertasi ini telah dipublikasikan dalam jurnal ilmiah terakreditasi

BIOSFERA 23 (1): 15 – 23. Januari 2006

Page 66: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

42

Abstract

Developing of drought tolerance peanut cultivars is still required and can be conducted through in vitro selection. The objectives of this experiment were to evaluate effectiveness of in vitro selection for identifying PEG insensitive somaclonal variant of peanut somatic embryos (SE). In one of the experiments, evaluation of responses of four peanut cultivars against selective medium containing polyethylene glycol 6000 (PEG 6000) was conducted and sub-lethal concentration of PEG was determined. Secondary SE of Badak, Kelinci, Singa, and Zebra cultivar of peanut were cultured on liquid MS medium supplemented with 16 �M of picloram and 5%, 10%, 15%, or 20% of PEG 6000. Survival of explant, average number of proliferated SE/explant, and total number of proliferated SE after in vitro selection were recorded monthly, up to three months. Sub-lethal level of PEG was defined as one inhibiting more than 95% of the total number of proliferated SE. In the other experiment, in vitro selection on selective medium containing sub-lethal level of PEG was conducted to identify PEG insensitive SE of peanut. In vitro selection on medium supplemented with sub lethal level of PEG 6000 was conducted on at least 4000-5000 SE of Kelinci and Singa cultivar. The PEG insensitive SE was identified after subsequent three months of in vitro selection. Results of the experiments showed supplementation of PEG 6000 on medium for induction of SE inhibited proliferation of peanut SE. Sub-lethal level was obtained at 15% concentration of PEG 6000. The frequencies of obtaining PEG insensitive SE of Kelinci cultivar was 8%-10% and for Singa cultivar was 10%-12%. The R0 plants of peanut Kelinci cultivar (62 R0 plants) and Singa cultivar (48 R0 plants) regenerated from PEG insensitive SE were obtained and grown in the glasshouse to produce R1 and R2 seeds. Keywords : PEG stress, PEG 6000, somatic embryo, somaclonal variance

Page 67: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

43

Pendahuluan

Akibat terjadinya cekaman kekeringan, hasil panen tanaman kacang tanah

di lahan kering pada umumnya relatif rendah. Rendahnya hasil panen

diharapkan dapat ditingkatkan dengan penggunaan kultivar tanaman kacang

tanah yang toleran terhadap cekaman kekeringan. Seleksi in vitro terhadap

sel/jaringan dalam media selektif yang tepat dapat digunakan untuk

mendapatkan plasma nutfah kacang tanah yang toleran terhadap cekaman

kekeringan karena secara teoritis sangat efisien untuk mendapatkan varian

sel/jaringan tanaman dengan karakteristik tertentu (Maluszynki et al. 1995).

Tanaman varian dengan sifat unggul tertentu telah berhasil

diregenerasikan dari sel/jaringan varian hasil seleksi in vitro. Keberhasilan

pengembangan metode seleksi in vitro memerlukan tersedianya (a) metode

kultur jaringan yang efektif untuk regenerasi tanaman dari sel varian dalam

jumlah banyak, (b) bahan penyeleksi yang dapat menginduksi perkembangan

dan proliferasi jaringan varian tetapi menghambat/mematikan jaringan normal,

dan (c) adanya korelasi antara fenotipik hasil seleksi pada tingkat sel dengan

fenotipik pada tingkat tanaman (Hammerschlag 1988).

Kultur ES kacang tanah yang efisien untuk meregenerasikan tanaman

varian telah dibakukan. Teknik yang dikembangkan terbukti mampu menginduksi

keragaman sifat kualitatif dan kuantitatif serta toleransi terhadap toksin yang

disekresikan cendawan Sclerotium rolfsii (Yusnita et al. 2005). Keragaman

diantara kultur ES kacang tanah diduga juga berpotensi untuk menghasilkan

varian ES dengan sifat toleransi terhadap cekaman kekeringan. Untuk itu perlu

dikembangkan metode baku seleksi in vitro yang dapat digunakan untuk

mengisolasi varian ES kacang tanah yang toleran cekaman kekeringan.

Penyiraman larutan PEG pada media tanaman dalam pot terbukti

menghambat pertumbuhan tanaman dan dapat digunakan untuk menapis

respons tanaman kacang tanah terhadap cekaman kekeringan (Nursusilawati

2003). Kecambah dan tunas kacang tanah yang ditumbuhkan dalam media in

vitro dengan penambahan PEG 5%-20% juga terhambat pertumbuhan dan

perkembangannya. Penghambatan yang terjadi berkorelasi dengan respons

genotipe kacang tanah terhadap cekaman kekeringan di lapang. Perlakuan PEG

pada kecambah dan tunas kacang tanah tersebut juga menginduksi akumulasi

prolin pada jaringan seperti respons terhadap cekaman kekeringan (Rahayu et

al. 2004, Rahayu et al. 2005). Meskipun data yang ada mengindikasikan PEG

Page 68: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

44

dapat digunakan untuk mensimulasikan kondisi cekaman kekeringan secara in

vitro, efektivitasnya sebagai agens penyeleksi pada tingkat sel untuk mengisolasi

ES yang toleran (insensitif) dan mendapatkan tanaman varian yang toleran

cekaman kekeringan masih perlu dievaluasi.

Penelitian ini bertujuan mengevaluasi efektivitas metode seleksi in vitro

untuk memperoleh varian kacang tanah yang toleran terhadap cekaman

kekeringan. Dalam penelitian ini dilakukan evaluasi respon ES empat kultivar

kacang tanah terhadap media selektif dengan penambahan PEG, kondisi sub-

letal yang menghambat pertumbuhan dan proliferasi ES, dan regenerasi

tanaman R0 kacang tanah dari ES hasil seleksi in vitro yang insensitif terhadap

cekaman PEG.

Bahan dan Metode

Bahan Tanaman dan Induksi ES Kacang Tanah

Dalam percobaan ini digunakan kacang tanah cv. Badak yang diduga peka

(Rahayu et al. 2005), Kelinci yang medium toleran (Sudarsono et al. 2004),

Singa yang toleran (Hidayat et al. 1999, Nursusilawati 2003), dan Zebra yang

belum diketahui responnya terhadap cekaman kekeringan. Benih kacang tanah

yang digunakan diperoleh dari Balai Besar Penelitian dan Pengembangan

Bioteknologi dan Sumberdaya Genetika (Balitbiogen), Bogor dan digunakan

sebagai sumber eksplan daun embrio untuk induksi ES.

Benih kacang tanah disterilkan dengan larutan pemutih komersial (100%)

ditambah dua tetes Tween 20, dikocok selama 2-3 menit, dan dibilas tiga kali

dengan akuades steril. Daun embrio diisolasi dan diinduksi membentuk ES

primer dan ES sekunder dalam media MS (Murashige & Skoog 1962) padat

dengan penambahan pikloram 16 μM (media MS-P16). Kultur daun embrio

disub-kultur setiap bulan ke dalam media MS-P16 yang masih segar dan

diinkubasi dalam ruang kultur bersuhu 25oC tanpa penyinaran sampai terbentuk

kalus embriogen dengan ES sekunder. Inkubasi dalam ruang kultur bersuhu

25oC tanpa penyinaran digunakan dalam semua tahap percobaan kecuali

disebutkan lain.

Evaluasi Respon ES Kacang Tanah terhadap Cekaman PEG Percobaan dilakukan dengan menggunakan kalus embriogen kacang tanah

cv. Badak, Kelinci, Singa, dan Zebra. Unit percobaan terdiri atas satu botol kultur

yang ditanami lima eksplan kalus embriogen dengan 8-10 ES sekunder berumur

Page 69: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

45

satu bulan sejak sub-kultur yang terakhir. Setiap kombinasi perlakuan diulang

lima kali.

Eksplan ditanam dalam media MS-P16 cair dengan penambahan PEG

6000 0%, 5%, 10%, 15% atau 20%. Media selektif (25 ml) dituangkan dalam

botol kultur (volume 150 ml), di atas media diletakkan busa sintetis dan kertas

saring agar ekplan yang ditanam tidak tenggelam (Gambar 1). Sebelum ditanami

media disterilkan dengan pemanasan selama 20 menit pada suhu 121oC serta

tekanan 1,2 bar menggunakan autoklaf.

Respon kalus embriogen dan ES kacang tanah terhadap media selektif

diamati setiap bulan selama periode tiga bulan. Konsentrasi PEG sub-letal dalam

media selektif ditentukan berdasarkan hasil penelitian sebelumnya (Nabors &

Dykes 1985, Yusnita et al. 2005), yaitu konsentrasi PEG yang dapat

menghambat jumlah total ES sekitar 95% dibandingkan PEG 0%.

Seleksi ES dalam Media Selektif dengan PEG Konsentrasi Sub-letal Identifikasi varian yang insensitif terhadap kondisi cekaman akibat

penambahan PEG sub-letal dilakukan terhadap kalus embriogen dan ES

sekunder kacang tanah cv. Kelinci dan Singa yang telah mengalami sub-kultur

berulang dalam media MS-P16 selama minimal enam bulan sejak terbentuknya

ES sekunder. Pada awal percobaan ditanam 500 kalus embriogen, masing-

masing dengan 8–10 ES sehingga jumlah total yang diseleksi mencapai 4000–

5000 ES untuk setiap kultivar. Kalus embriogen (lima eksplan per botol) ditanam

dalam media selektif dan disub-kultur setiap bulan ke dalam media selektif yang

masih segar. Setelah tiga bulan, ES yang masih hidup diisolasi dan

diregenerasikan menjadi tanaman.

Regenerasi Tanaman R0 dari ES Hasil Seleksi In vitro ES hasil seleksi in vitro yang insensitif terhadap cekaman PEG sub-letal

ditanam dalam media MS-P16 selama dua bulan agar terjadi proliferasi.

Selanjutnya ES ditanam dalam media MS dengan penambahan arang aktif 2 g/l

(media MSAC), dilakukan subkultur setiap bulan sampai berkembang sempurna,

dan kemudian dikecambahkan dalam media MS yang ditambah BAP (6-

benzylamino purine) sebanyak 22 μM sampai terbentuk tunas. Tunas yang

tumbuh dipilih yang mempunyai panjang 2 – 3 cm, dipindahkan ke media

pengakaran yang tersusun dari media MS ditambah NAA (naphtalene acetic aci)

sebanyak 10 mg/l selama satu minggu. Setelah itu dipindahkan lagi ke media

MSAC dan ditumbuhkan sampai terbentuk akar yang sempurna. Dalam semua

Page 70: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

46

tahap regenerasi kultur diinkubasikan dalam ruang kultur dengan temperatur

konstan 25o C dalam kondisi terang terus menerus.

Tunas yang telah berakar berkembang menjadi plantlet. Plantlet dengan 3-

4 daun dan perakaran yang normal dipindahkan dari media in vitro ke media

tanah melalui proses aklimatisasi. Akar plantlet dicuci bersih dari agar yang

menempel, direndam dalam suspensi fungisida Dithane M45 (2 g/l), dan ditanam

dalam pot plastik dengan volume 200 ml berisi media tanam steril campuran

tanah:kompos:pasir (2:1:1, v/v ). Plantlet disungkup dengan botol kultur untuk

menjaga kelembaban dan diletakkan selama dua minggu pada rak kultur dengan

pencahayaan 1000 lux terus menerus selama 24 jam. Plantlet disiram dengan

larutan MS (½ konsentrasi) jika permukaan media tanam mengering.

Setelah menghasilkan daun dan perakaran baru, plantlet dipindahkan ke

rumah kaca dan sungkup botol dibuka secara bertahap. Tanaman yang berhasil

tumbuh dipindahkan ke dalam pot dengan diameter 50 cm dan tinggi 40 cm yang

berisi 10 kg campuran tanah:kompos:pasir (1:1:1, v/v). Selanjutnya tanaman

dipelihara di rumah kaca untuk menghasilkan benih R1 dan untuk pengamatan

pertumbuhan tanaman.

Hasil

Respon ES Kacang Tanah terhadap Cekaman PEG

Setelah satu dan dua bulan dalam media selektif, penambahan PEG dalam

media tidak berpengaruh nyata terhadap perkembangan eksplan (data tidak

ditampilkan). Setelah tiga bulan dalam media selektif, persentase eksplan yang

hidup untuk kacang tanah cv. Badak nyata menurun pada perlakuan PEG 10%

sedangkan untuk ketiga kultivar yang lain pada PEG 15%. Pada konsentrasi

PEG 20%, semua eksplan kacang tanah cv. Badak dan Zebra telah mati. Rataan

ES per eksplan dan jumlah total ES hasil seleksi kacang tanah cv. Badak dan

Zebra sangat menurun pada perlakuan penambahan PEG 10%. Eksplan kacang

tanah cv. Badak sudah tidak mampu membentuk ES mulai perlakuan PEG 15%

sedangkan kacang tanah cv. Zebra pada perlakuan PEG 20%. Pada konsentrasi

PEG 20%, eksplan kacang tanah cv. Singa dan Kelinci masih dapat membentuk

ES (Tabel 7, Gambar 6).

Meskipun secara umum meningkatnya konsentrasi PEG dalam media

selektif menyebabkan meningkatnya pengaruh negatif PEG, ke empat kultivar

kacang tanah yang diuji memberikan respons berbeda terhadap cekaman PEG

Page 71: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

47

yang diberikan. Dalam penelitian ini proliferasi ES kacang tanah cv. Badak paling

sensitif terhadap cekaman PEG dibandingkan Kelinci atau Singa (Tabel 7).

Konsentrasi Sub-letal PEG Setelah tiga bulan dalam media selektif, penambahan PEG 20%

menyebabkan penurunan persentase eksplan kacang tanah cv. Singa yang

hidup sebesar 83%, Kelinci sebesar 60%, Badak dan Zebra mencapai 100%

dibandingkan dengan perlakuan PEG 0%. Rataan ES kacang tanah cv. Badak

yang terbentuk per eksplan setelah tiga bulan dalam media selektif dengan

penambahan PEG 15% menurun hingga 100% dibandingkan dengan perlakuan

PEG 0%. Kacang tanah cv. Kelinci, Singa, dan Zebra pada konsentrasi PEG

20% baru menurun 85% - 91%. Penurunan jumlah total ES ≥ 95% kacang tanah

cv. Badak terjadi pada perlakuan penambahan PEG 10%, Singa dan Kelinci

pada PEG 15%, dan Zebra pada PEG 20% (Tabel 8).

Tabel 7. Pengaruh konsentrasi PEG terhadap persentase eksplan yang hidup, rataan embrio somatik (ES) yang terbentuk per eksplan dan jumlah total ES kacang tanah cv. Badak, Kelinci, Singa, dan Zebra setelah tiga bulan dalam media selektif

Konsentrasi PEG (%)

Kultivar kacang tanah Badak Kelinci Singa Zebra Persentase eksplan yang hidup (%)

0 100 aA 100 aA 96 aA 100 a A 5 92 aB 100 aA 96 aA 100 aA 10 60 bB 88 aA 88 aA 88 aA 15 40 cA 44 bA 44 bA 48 bA 20 0 dC 40 bA 16 cB 0 cC

Rataan ES yang terbentuk per eksplan 0 32.1 aC 36.0 aA 34.4 aB 30.3 aD 5 25.6 bA 25.2 bA 23.5 bB 15.9 bC 10 2.6 cC 11.2 cA 12.2 cA 4.4 cB 15 0.0 dB 3.4 dA 3.6 dA 4.7 cA 20 0.0 dA 0.9 eA 1.2 eA 0.0 dA

Jumlah total ES 0 161 aB 180 aA 164 aB 162 aB 5 168 bA 117 bA 112 bA 80 bB 10 9 cB 50 cA 54 cA 19 cB 15 0 cA 7 dA 8 dA 11 cdA 20 0 cA 2 dA 1 dA 0 dA

Keterangan: Pada setiap peubah, angka yang diikuti dengan huruf kecil yang sama pada kolom dan huruf kapital yang sama pada baris, tidak berbeda nyata berdasarkan uji DMRT dengan taraf signifikansi 5%

Page 72: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

48

Tabel 8. Persentase penurunan jumlah eksplan yang hidup, rataan embrio somatik (ES) per eksplan dan jumlah total ES kacang tanah cv. Badak, Kelinci, Singa, dan Zebra setelah tiga bulan dalam media selektif dengan penambahan PEG 6000 5%, 10%, 15% atau 20% dibandingkan dengan media PEG 0%

Konsentrasi PEG (%)

Nilai penurunan (%) untuk kacang tanah: Badak Kelinci Singa Zebra Persentase eksplan yang hidup (%)

0 0 0 0 0 5 8 0 0 0 10 40 12 8 12 15 60 56 54 52 20 100 60 83 100

Rataan ES yang terbentuk per eksplan 0 0 0 0 0 5 20 29 32 48 10 92 69 65 85 15 100 91 90 85 20 100 97 97 100

Jumlah total ES hasil seleksi 0 0 0 0 0 5 27 29 32 47 10 95 73 67 87 15 100 96 96 93 20 100 99 99 100

Keterangan:

Persentase penurunan (PP, %) dihitung dengan rumus %100*)np0

npN-np0( PP = ;

np0 = nilai peubah pengamatan pada perlakuan PEG 0%, npN = nilai peubah pengamatan pada perlakuan PEG 5%, 10%, 15%, atau 20%

Dalam seleksi in vitro, kondisi selektif yang digunakan harus dapat

memproliferasikan sel/jaringan varian yang diinginkan dan menghambat

pertumbuhan sel/jaringan normal yang tidak diinginkan sehingga kemungkinan

terjadinya kesalahan identifikasi dapat diperkecil. Dari hasil pengamatan di atas,

penambahan PEG dalam media MS-P16 dengan konsentrasi 15% ditentukan

sebagai konsentrasi sub-letal dalam seleksi in vitro kacang tanah. Media selektif

dengan penambahan PEG 15% dengan tiga kali sub-kultur selama tiga bulan

berturut-turut selanjutnya digunakan dalam percobaan untuk mengisolasi ES

kacang tanah yang insensitif terhadap cekaman PEG.

ES Kacang Tanah yang Insensitif terhadap PEG Konsentrasi Sub-letal ES kacang tanah yang insensitif terhadap cekaman PEG diharapkan dapat

berkembang menjadi tanaman yang toleran terhadap cekaman kekeringan.

Identifikasi ES kacang tanah yang insensitif terhadap cekaman PEG sub-letal

merupakan langkah awal untuk membuktikan hal tersebut.

Page 73: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

49

Gambar 6. Pertumbuhan ES kacang tanah cv. Badak (B), Kelinci (K), Singa

(S), dan Zebra (Z), setelah tiga kali sub-kultur masing-masing satu bulan dalam media selektif PEG dengan konsentrasi 0%, 5%, 10%, 15% dan 20

Setelah tiga bulan dalam media selektif dengan konsentrasi PEG sub-letal,

persentase eksplan kacang tanah cv. Kelinci dan Singa yang tetap hidup masing-

masing mencapai 36% dan 39%. Rataan jumlah ES per eksplan yang didapat

masing-masing sebanyak 2,3 ES/eksplan untuk kacang tanah cv. Kelinci dan 2,5

ES/eksplan untuk Singa. Dari sebanyak 4000-5000 ES awal yang diseleksi,

jumlah total ES insensitif terhadap cekaman PEG yang berhasil diperoleh

masing-masing mencapai 415 ES (8%-10%) untuk kacang tanah cv. Kelinci dan

487 ES (10%-12%) untuk Singa. Contoh ES insensitif PEG hasil seleksi in vitro

dalam media dengan PEG sub-letal dapat dilihat pada Gambar 7.a.

S

5% 10% 15% 20% 0%

Z

K

B

Page 74: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

50

Tanaman R0 dari ES Hasil Seleksi in vitro Proliferasi ES hasil seleksi in vitro dalam media MS-P16 tanpa PEG

sebelum proses pengecambahan terbukti meningkatkan keberhasilan regenerasi

tunas R0 (data tidak ditampilkan). ES kacang tanah hasil seleksi in vitro yang

insensitif terhadap cekaman PEG sub-letal telah berhasil diregenerasikan

menjadi tanaman, namun tidak semua ES insensitif cekaman PEG yang didapat

berhasil dikecambahkan dan diregenerasikan menjadi plantlet karena sebagian

berkembang menjadi tunas atau plantlet abnormal.

Setelah proses proliferasi ES yang insensitif cekaman PEG (Gambar 7.b),

perkecambahan (Gambar 7.c.), regenerasi plantlet (Gambar 7.d.), aklimatisasi

(Gambar 7.e.), dan penanaman dalam polibag (Gambar 7.f); dalam percobaan ini

berhasil didapatkan 62 tanaman R0 kacang tanah cv. Kelinci dan 48 tanaman R0

kacang tanah cv. Singa. Tanaman yang didapat diharapkan mempunyai

karakteristik tanaman yang toleran terhadap cekaman kekeringan

Gambar 7. Regenerasi ES kacang tanah hasil seleksi in vitro dalam media selektif dengan penambahan PEG 15%. a. ES insensitif cekaman PEG di antara jeringan kalus yang mati, b. proliferasi ES insensitif PEG dalam media MS-P16, c. perkecambahan ES insensitif PEG dalam media MS-AC, d. tunas kacang tanah hasil regenerasi dari ES insensitif PEG, e. aklimatisasi plantlet kacang tanah, dan f. penanaman tanaman regeneran dalam polibag

a b

f d e

c

Page 75: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

51

Tanaman R0 tersebut telah ditumbuhkan di rumah kaca untuk

menghasilkan benih R1 dan R2. Karakterisasi respon tanaman R1 dan R2

terhadap cekaman kekeringan akan dilakukan untuk membuktikan efektivitas

seleksi in vitro menggunakan PEG untuk mendapatkan genotipe kacang tanah

yang toleran terhadap cekaman kekeringan.

Pembahasan

Dalam media in vitro tanpa penambahan PEG, kalus embriogen mampu

berkembang sempurna membentuk banyak ES. Penambahan PEG terbukti

mampu menghambat perkembangan dan proliferasi eksplan kalus embriogen

dan ES kacang tanah cv. Badak, Kelinci, Singa, dan Zebra. Pengaruh negatif

PEG diduga sebagai akibat dari kemampuan PEG untuk menurunkan potensial

osmotik larutan. Sub-unit etilena oksida dari senyawa polimer PEG diketahui

mampu menahan air dengan membentuk ikatan hidrogen (Steuter et al. 1981).

Akibatnya dalam media selektif yang mengandung PEG, meskipun molekul air

ada dalam larutan media tetapi menjadi tidak tersedia bagi jaringan tanaman

yang dikulturkan.

Pengaruh negatif PEG terhadap perkembangan dan proliferasi ES dalam

media selektif diduga juga terjadi melalui terhambatnya berbagai proses fisiologis

dalam sel/jaringan yang dikulturkan. PEG juga dilaporkan berpengaruh terhadap

kandungan poliamina endogen yang berperan dalam proses proliferasi ES (Kong

et al. 1998). Dengan demikian, ES insensitif terhadap cekaman PEG sub-letal

yang diperoleh diduga mengadopsi mekanisme baru yang dapat mengatasi

pengaruh negatif PEG terhadap proliferasi ES kacang tanah.

Perbedaan respon terhadap cekaman kekeringan antar kultivar dalam

percobaan ini sejalan dengan beberapa penelitian sebelumnya. Kacang tanah

kultivar Badak dilaporkan peka, Kelinci medium toleran dan Singa toleran

terhadap cekaman kekeringan (Rahayu et al. 2005, Sudarsono et al. 2004,

Hidayat et al. 1999, Nursusilawati 2003). Kacang tanah cv. Zebra belum

diketahui responsnya terhadap cekaman kekeringan. Dari data yang ada,

proliferasi ES kacang tanah cv. Zebra mempunyai respons yang mirip dengan

kacang tanah cv. Badak sehingga diduga termasuk ke dalam kelompok peka

terhadap cekaman kekeringan.

Perbedaan respons terhadap PEG dari kultivar kacang tanah yang berbeda

toleransinya terhadap cekaman kekeringan memperkuat indikasi bahwa PEG

Page 76: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

52

dapat digunakan sebagai bahan penyeleksi (selective agens) dalam seleksi in

vitro kacang tanah. Dalam percobaan sebelumnya PEG juga terbukti

berpengaruh negatif terhadap pertumbuhan tunas kacang tanah secara in vitro

dan pengaruhnya berbeda antara satu kultivar dengan yang lain tergantung

tingkat toleransinya terhadap cekaman kekeringan (Rahayu et al. 2005). Hal ini

sejalan dengan beberapa penelitian sebelumnya. Kacang tanah cv. Badak

dilaporkan peka, Kelinci medium toleran dan Singa toleran terhadap cekaman

kekeringan (Rahayu et al. 2005, Sudarsono et al. 2004, Hidayat et al. 1999,

Nursusilawati 2003). Kacang tanah cv. Zebra belum diketahui responsnya

terhadap cekaman kekeringan. Dari data yang ada, proliferasi ES kacang tanah

cv. Zebra mempunyai respons yang mirip dengan kacang tanah cv. Badak

sehingga diduga termasuk ke dalam kelompok peka terhadap cekaman

kekeringan.

Dari hasil pengamatan di atas, penambahan PEG dalam media MS-P16

dengan konsentrasi 15% ditentukan sebagai konsentrasi sub-letal dalam seleksi

in vitro kacang tanah. Kondisi sub-letal dalam seleksi in vitro diperlukan untuk

meningkatkan keberhasilan seleksi dan menurunkan terjadinya escaped (Nabors

& Dykes 1985). Pada media dengan PEG 15%, jumlah total ES yang didapat dari

hasil seleksi in vitro telah menurun sekitar 95% dibandingkan dengan perlakuan

PEG 0%. Sebanyak 5% ES sisanya yang tumbuh diharapkan merupakan ES

yang insensitif terhadap cekaman PEG.

Jumlah total ES insensitif terhadap cekaman PEG yang berhasil diperoleh

mencapai lebih dari 5%. Hal ini dapat terjadi karena seleksi dilakukan terhadap

ES yang telah mengalami sub-kultur berulang sehingga di antara 4000-5000 ES

yang diseleksi ada yang mengalami variasi somaklonal menjadi lebih toleran dari

sel asalnya. Mekanisme fisiologis yang dilakukan tanaman agar insensitif/toleran

terhadap potensial osmotik rendah antara lain dengan membentuk protein

struktural untuk menjaga integritas membran sel (Fernanda et al. 1997),

melakukan down regulation metabolisme sel (Leprince et al. 2000),

meningkatkan aktivitas enzim acidic-phosphatase yang diperlukan untuk

menjaga ketersediaan fosfat organik (Ehsanpour dan Amini 2003), atau

meningkatkan akumulasi senyawa prolina dalam sel (Widoretno et al. 2004).

Mekanisme fisiologis yang bekerja pada ES kacang tanah insensitif terhadap

cekaman PEG masih perlu dievaluasi.

Page 77: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

53

Simpulan

Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan larutan PEG dalam media

selektif dapat menghambat proliferasi ES kacang tanah dan tingkat

penghambatan sekitar 95% (sub-letal) didapatkan pada konsentrasi PEG 15%.

Sejumlah ES kacang tanah cv. Kelinci dan Singa yang insensitif terhadap

cekaman PEG 15% berhasil diperoleh dari seleksi in vitro yang dilakukan dengan

frekuensi 8%-10% pada kacang tanah cv. Kelinci dan 10%-12% pada kacang

tanah cv. Singa. Tanaman R0 kacang tanah cv. Kelinci (62 tanaman) dan Singa

(48 tanaman) berhasil diregenerasikan dari ES yang insensitif terhadap cekaman

PEG dan ditumbuhkan di rumah kaca untuk menghasilkan benih R1 dan benih

R2. Evaluasi respons tanaman R1 dan tanaman R2 terhadap cekaman

kekeringan selanjutnya dilakukan setelah benih R1 dan R2 tersedia.

Page 78: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

54

V. VARIAN KUALITATIF DAN KUANTITATIF KACANG TANAH HASIL KULTUR IN VITRO DAN

HASIL SELEKSI IN VITRO

Abstrak

Kultur jaringan yang melibatkan fase kalus dapat menginduksi variasi somaklonal, yang intensitasnya antara lain dipengaruhi oleh penambahan bahan selektif dalam media kultur. Keragaman karakter variasi somaklonal pada tanaman hasil kultur in vitro dan hasil seleksi in vitro menggunakan bahan selektif PEG belum diketahui. Penelitian bertujuan 1) mengidentifikasi varian kualitatif pada tanaman kacang tanah cv. Kelinci hasil kultur in vitro dan hasil seleksi in vitro, 2) menduga faktor pengendali varian kualitatif, 3) mengidentifikasi varian kuantitatif pada tanaman kacang tanah hasil kultur in vitro dan hasil seleksi in vitro, 4) mengidentifikasi galur yang mempunyai varian kuantitatif positif. Embrio somatik varian kacang tanah cv. Kelinci hasil kultur dengan dan tanpa seleksi in vitro dikecambahkan dan diregenerasikan menjadi plantlet. Plantlet kemudian diaklimatisasi menjadi tanaman R0 dan dipelihara di rumah kaca. Dari galur R0 yang fertil diperoleh sejumlah turunan R1 dan R2. Tanaman kacang tanah yang ditumbuhkan dari benih dipelihara sebagai tanaman standar. Hasil penelitian menunjukkan 1) varian kualitatif pada tanaman kacang tanah cv. Kelinci hasil seleksi in vitro berupa percabangan melebar, percabangan berlebihan, daun pentafoliat, steril partial dan steril total, sedangkan varian pada tanaman hasil kultur in vitro lebih beragam, yaitu percabangan melebar, percabangan berlebihan, daun pentafoliat, steril partial, steril total, daun roset, daun varigata, ujung daun meruncing, daun hexafoliat, dan daun oktafoliat, 2) varian kualitatif yang diduga dikendalikan secara genetik oleh gen dominan adalah percabangan melebar, percabangan berlebihan, daun pentafoliat, daun hexafoliat, daun oktafoliat dan steril partial; yang diduga dikendalikan oleh gen resesif adalah daun hexafoliat, oktafoliat dan steril partial (pada populasi hasil seleksi in vitro); dan yang diduga bersifat epigenetik adalah daun roset, varigata dan ujung daun meruncing, 3) terdapat varian kuantitatif positif pada karakter bobot kering tajuk, tinggi tanaman, bobot kering akar dan bobot polong bernas, dan 4) galur tanaman yang mempunyai varian bobot kering akar positif adalah galur nomor K0-8, K0-30.2, K15-1 dan K15-2; sedangkan untuk bobot polong bernas adalah K0-2, K0-4, dan K15-4. Kata kunci : varian somaklonal, karakter kualitatif, karakter kuantitatif, seleksi in

vitro, kultur in vitro

Page 79: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

55

Abstract

Tissue culture that passed callus phase can induce somaclonal variation, of which intensity was influenced by adding selective agent to culture media. Somaclonal variation of peanut plant regenerated from in vitro cultured and in vitro selected somatic embryo using PEG not yet understood. The objectives of this research were to 1) identify qualitative variant of Kelinci cultivar of peanut plant regenerated from in vitro cultured and in vitro selected somatic embryo using PEG and their progenies, 2) estimate the control factors of qualitative variant, 3) identify quantitative variant of Kelinci cultivar of peanut plant regenerated from in vitro cultured and in vitro selected somatic embryo using PEG and their progenies, 4) identify somaclonal variant line which have certain positive characters and can be addressed for further uses. Non selected and selected (PEG insensitive) variant somatic embryo of peanut were germinated and regenerated into plantlets. The plantlets were then acclimatized and transferred to polybags and were grown to mature in the glass-house. From fertile R0 lines, sufficient a number of R1 and R2 progenies were grown for evaluation. Peanut plant were also grown from seeds and used for standar control lines to somaclonal lines. The results showed that phenotypic variation on both qualitative and quantitative characters were observed among R0, R1 and R2 generation of somaclonal lines. Variant phenotype on qualitative characters observed included, wide branching, excessive branching, leaf variegation, leaflet number abnormality, leaf pointed tip, ‘rosette’ leaf, complete sterility and male sterility. Variant phenotype of quantitative characters included plants with significantly higher plant dry weight, plant height, root dry weight and fertile pod weight. The data indicated that wide branch, excessive branch, leaflet number abnormality, male sterility and total sterility were genetically controlled, while variant phenotype ‘rosette‘ leaf, leaf variegation, and leaf pointed tip were epigenetically controlled. There were four lines with significantly higher root dry weight, those are K0-8, K0-30.2, K15-1, K15-2 and three lines with significantly higher fertile pod weight, those are K0-2, K0-4, and K15-4. Key words: somaclonal variant, qualitative characters, quantitative character, in

vitro selection, in vitro culture

Page 80: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

56

Pendahuluan

Penggunaan teknik in vitro untuk mendapatkan plasma nutfah dengan

karakter unggul baru memerlukan tersedianya teknik kultur jaringan yang efektif

dan bahan penyeleksi yang tepat (Hammerschlag 1988). Teknik kultur jaringan

diperlukan untuk menghasilkan embrio somatik (ES), menginduksi variasi

somaklonal dan meregenerasikan ES varian menjadi tanaman dalam jumlah

banyak. Bahan penyeleksi yang tepat diperlukan untuk menapis ES varian

dengan karakter unggul yang diinginkan di antara ES varian dengan karakter

yang tidak diinginkan.

Teknik kultur jaringan, terutama yang melibatkan fase kalus, dapat

menginduksi terjadinya variasi somaklonal, yaitu perubahan yang terjadi pada

tanaman yang diregenerasikan dari kultur in vitro, pada umumnya bersifat

heritable. Variasi somaklonal dapat diketahui dengan menganalisis fenotipe,

protein, jumlah dan struktur khromosom, serta DNA (de Klerk 1990, Maraschin

et al. 2002). Selain variasi somaklonal, sumber variasi lain yang dapat diamati

pada tanaman regeneran adalah variasi epigenetik yang merupakan modifikasi

ekspresi genetik, biasanya bersifat reversibel (Henikoff and Matzke 1997). Tipe

dan intensitas variasi sering berbeda antar spesies atau kultivar maupun antar

perlakuan. Dalam suatu percobaan mungkin terjadi perubahan yang sangat

besar sehingga tanaman tampak abnormal, namun mungkin pula hanya

sebagian kecil sedangkan sebagian besar karakter lain tetap menyerupai

induknya (Hawbaker et al. 1993, Duncan et al. 1995).

Kultur jaringan kacang tanah yang menginduksi terbentuknya ES dan

variasi somaklonal, serta meregenerasikan tanaman varian secara efisien telah

dibakukan. Teknik yang dikembangkan terbukti mampu menginduksi keragaman

karakter kualitatif dan kuantitatif serta toleransi terhadap toksin yang disekresikan

cendawan Sclerotium rolfsii (Yusnita et al. 2005). Keragaman di antara kultur ES

kacang tanah diduga juga berpotensi untuk menghasilkan varian ES dengan

karakter toleran terhadap cekaman kekeringan. Dari penelitian sebelumnya telah

dikembangkan metode baku seleksi in vitro menggunakan PEG- 6000 yang

dapat digunakan untuk mengisolasi jaringan kacang tanah yang toleran cekaman

kekeringan (Rahayu 2005).

Penambahan bahan seleksi dalam media kultur merupakan salah satu

faktor yang mempengaruhi intensitas variasi somaklonal (Skirvin et al. 1994).

PEG-6000 yang terbukti mampu menapis karakter toleransi kacang tanah

Page 81: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

57

terhadap kekeringan (Rahayu 2005) diduga juga mampu menapis sifat-sifat lain

yang berkait dengan karakter toleransi terhadap cekaman kekeringan. Dalam

jaringan varian kacang tanah yang mampu hidup dalam media seleksi yang

mengandung PEG diduga terjadi hambatan pada ekspresi gen yang

menentukan sifat peka atau sifat lain yang berkaitan dengan kepekaan terhadap

cekaman kekeringan. Sebaliknya, hambatan tersebut tidak terjadi pada jaringan

varian yang berkembang dalam media kultur in vitro non-selektif. Oleh karena itu

diduga ada perbedaan keragaman antara varian yang melewati tahap seleksi in

vitro dengan yang tidak melewati tahap tersebut.

Keragaman karakter akibat variasi somaklonal pada tanaman hasil kultur in

vitro dan hasil seleksi in vitro menggunakan PEG belum diketahui sehingga perlu

dievaluasi. Dalam penelitian ini tanaman hasil kultur in vitro adalah tanaman yang

diregenerasikan dari ES yang berkembang dalam media in vitro (media MS +

picloram 16 μΜ), sedang tanaman hasil seleksi in vitro diregenerasikan dari ES

yang berkembang dalam media selektif (media MS + pikloram 16 μΜ + PEG-

6000 15%). Penelitian bertujuan 1) mengidentifikasi varian kualitatif pada

tanaman kacang tanah hasil kultur in vitro dan hasil seleksi in vitro, 2) menduga

faktor pengendali varian kualitatif, 3) mengidentifikasi varian kuantitatif pada

tanaman kacang tanah hasil kultur in vitro dan hasil seleksi in vitro, 4)

mengidentifikasi galur yang mempunyai varian kuantitatif positif.

Bahan dan Metode

Bahan Tanaman dan Induksi Variasi Somaklonal Dalam penelitian ini digunakan kalus embriogen dengan ES sekunder

kacang tanah cv. Kelinci dan Singa yang diperoleh dari percobaan sebelumnya.

Kalus embriogen yang berumur satu bulan di sub-kultur setiap bulan selama

enam bulan dalam media MS-P16 padat untuk menginduksi terjadinya variasi

somaklonal.

Pertumbuhan ES Varian dalam Media Kultur dan Media Selektif serta Regenerasinya menjadi Tanaman R0 Pada sebagian percobaan kalus embriogen dengan ES varian diseleksi

dalam media selektif yang mengandung PEG-6000 15%. Identifikasi ES varian

yang insensitif terhadap cekaman PEG dan regenerasinya menjadi tanaman R0

telah dilakukan pada percobaan sebelumnya.

Page 82: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

58

Pada sebagian percobaan yang lain kalus embriogen dengan ES varian

ditumbuhkan dalam media kultur non-selektif, yaitu MS-P16 cair tanpa

penambahan PEG. Pada awal percobaan ditanam 500 kalus embriogen,

masing-masing dengan 8–10 ES sehingga jumlah total ES yang ditumbuhkan

mencapai 4000–5000 ES. Kalus embriogen (lima eksplan per botol) ditanam

dalam media kultur dan disub-kultur setiap bulan ke dalam media kultur yang

masih segar, dalam kondisi gelap 24 jam. Setelah tiga bulan, ES yang masih

hidup diisolasi dan ditanam dalam media MS-P16 padat selama dua bulan agar

terjadi proliferasi. ES hasil proliferasi kemudian diregenerasikan menjadi

tanaman R-0 melalui tahap-tahap yang sama dengan regenerasi ES hasil seleksi

in vitro.

Penanaman dan Pemeliharaan Tanaman R0, R1 dan R2 Benih R0:1 yang dihasilkan oleh tanaman R0 yang diregenerasikan dari ES

hasil seleksi in vitro dalam media PEG 15% (yang selanjutnya disebut populasi

R0-K15) dan yang diregenerasikan dari ES hasil kultur in vitro tanpa seleksi PEG

(yang selanjutnya disebut populasi R0-K0) ditanam untuk memperoleh tanaman

generasi R1. Masing-masing nomor tanaman R0 ditumbuhkan 5 – 10 tanaman

R1 tergantung pada jumlah polong bernas yang dihasilkan. Tanaman R1

ditumbuhkan dalam polybag berukuran 45 x 45 cm yang diisi 10 kg media tanam

campuran tanah kebun, kompos dan pasir dengan perbandingan 2:1:1 (v/v) dan

dipelihara di rumah kaca di Balitbiogen, Bogor. Pemeliharaan yang meliputi

pemupukan, penyiraman, pengendalian gulma dan hama dilakukan seperti

dijelaskan sebelumnya. Tanaman R1 dipelihara hingga panen, benih R1-2

dipanen secara terpisah dari setiap nomor.

Benih R1-2 yang berasal dari nomor tanaman R1 terpilih, yaitu beberapa nomor yang menghasilkan polong bernas paling banyak, ditanam untuk memperoleh tanaman generasi R2. Masing-masing nomor R1 terpilih tersebut ditanam 10 benih R1-2. Tanaman R2 ditumbuhkan dalam polybag yang berisi media tanam dengan komposisi dan jumlah yang sama serta dipelihara dalam kondisi yang sama seperti penanaman R1. Pemeliharaan yang meliputi pemupukan, penyiraman, pengendalian gulma dan hama dilakukan seperti dijelaskan sebelumnya. Tanaman R2 dipelihara hingga panen, benih R2-3 dipanen secara terpisah dari setiap nomor. Sebagai kontrol adalah tanaman kacang tanah kultivar Kelinci yang ditumbuhkan dari benih yang diperoleh dari Balitbiogen, Bogor. Tanaman tersebut ditanam dan dipelihara dengan cara yang sama dengan tanaman yang berasal dari kultur.

Page 83: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

59

Penentuan Varian Karakter yang diamati meliputi karakter kualitatif dan kuantitatif. Karakter kualitatif yang diamati adalah pola percabangan, intensitas percabangan, filotaksis (jumlah daun yang tumbuh pada satu buku), jumlah leaflet (anak daun) dalam satu daun majemuk, bentuk ujung daun, dan fertilitas. Pola percabangan dibedakan berdasarkan sudut antara batang dengan cabang primer menjadi tiga yaitu pola melebar (> 60o), medium (30o – 60o) dan meninggi (< 30o) (Setiawan 1998; Gambar 8). Intensitas percabangan ditentukan berdasarkan jumlah cabang primer yang tumbuh pada batang, jika ≥ 8 dinyatakan sebagai percabangan berlebihan. Filotaksis ditentukan berdasarkan jumlah daun majemuk yang tumbuh per buku pada sebagian besar buku yang terdapat pada suatu tanaman. Jika pada satu buku tumbuh lebih dari satu daun majemuk disebut daun roset. Jumlah anak daun ditentukan dengan menghitung jumlah anak daun dalam setiap daun majemuk, yang dalam satu individu mungkin tidak seragam. Bentuk ujung daun dibedakan menjadi dua macam, yaitu membulat dan meruncing. Dalam penelitian ini fertilitas dibedakan menjadi tiga, yaitu fertil (membentuk lebih dari lima polong per tanaman), steril partial (membentuk polong 1 – 5 per tanaman) dan steril total (tidak membentuk bunga atau polong sama sekali). Karakter kuantitatif yang diamati meliputi tinggi tanaman, jumlah cabang primer, jumlah buku pada cabang utama, jumlah buku total, bobot basah tajuk, bobot kering tajuk, panjang akar pokok, jumlah akar cabang primer, bobot basah akar, bobot kering akar, jumlah polong total, dan jumlah polong bernas. Tajuk kering atau akar kering diperoleh dengan memanaskan tajuk atau akar dalam oven dengan suhu 80oC selama tiga hari.

Gambar 8. Pola percabangan pada tanaman kacang tanah yang diregenerasikan

dari ES hasil kultur dan seleksi in vitro. a. pola percabangan melebar, b. pola medium, c. pola meninggi

a b c

Page 84: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

60

Keberadaan varian kualitatif ditentukan dengan mengamati suatu karakter

pada tanaman hasil kultur atau seleksi in vitro dan membandingkannya dengan

karakter sejenis pada tanaman standar yang berasal dari benih. Karakter pada

tanaman hasil kultur atau seleksi in vitro yang berbeda dengan karakter pada

tanaman standar ditetapkan sebagai varian, kemudian dihitung frekuensinya.

Keberadaan varian kuantitatif ditentukan dengan mengukur suatu karakter

pada semua individu dari semua populasi, menentukan kisaran nilai kemudian

mengelompokkan kisaran tersebut menjadi lima kelas. Dari setiap kelas dibuat

distribusi frekuensi untuk masing-masing populasi. Tanaman hasil kultur atau

seleksi in vitro yang mempunyai nilai yang lebih besar atau lebih kecil dari

kisaran tanaman standar ditetapkan sebagai varian somaklonal.

Varian yang teramati pada generasi R0 dicatat dan diamati kembali pada

generasi R1 dan R2 turunannya. Bila suatu varian muncul pada generasi R0

tetapi tidak muncul lagi pada generasi R1 maupun R2, maka varian tersebut

diduga dikendalikan secara epigenetik. Sebaliknya bila suatu varian selalu

tampak pada generasi R0, R1 dan R2 turunannya, atau tidak muncul pada R0

tetapi muncul pada R1 dan R2 diduga merupakan karakter genetik.

Hasil

Tanaman R0, R1 dan R2 Hasil regenerasi ES kacang tanah cv. Singa hasil seleksi in vitro tidak

menghasilkan tanaman yang fertil, sehingga tidak dapat diamati lebih lanjut.

Regenerasi ES kacang tanah cv. Kelinci menghasilkan 38 tanaman hasil kultur

in vitro (tanaman R0-K0) dan 24 tanaman hasil seleksi in vitro (tanaman R0-K15)

yang mencapai umur reproduktif. Sepuluh tanaman R0-K0 tidak menghasilkan

bunga, delapan tanaman membentuk benih yang tidak viabel, sehingga hanya

zuriat dari 20 tanaman R0-K0 yang dievaluasi lebih lanjut. Pada R0-K15, hanya

sembilan tanaman yang dapat membentuk benih yang viabel, sedangkan

delapan tanaman tidak berbunga dan tujuh tanaman menghasilkan bunga namun

biji tidak viabel. Zuriat dari sembilan tanaman tersebut dievaluasi lebih lanjut.

Varian Kualitatif Tanaman standar yang ditumbuhkan dari benih mempunyai pola

percabangan medium; percabangan normal (3-5 cabang primer); filotaksis

tersebar (dalam satu buku tumbuh satu daun majemuk), daun majemuk tetrafoliat

(empat anak daun), ujung daun membulat, dan fertil.

Page 85: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

61

Karakter-karakter kualitatif pada populasi R0-K15 yang berbeda dengan

tanaman standar meliputi percabangan melebar (Gambar 8.a), percabangan

berlebihan (Gambar 9.j), daun pentafoliat (Gambar 9.e, 9.f), steril partial dan

steril total. Pada populasi R0-K0, selain beberapa karakter tersebut teridentifikasi

pula daun roset (Gambar 9.a dan 9.b), varigata (Gambar 9.c) dan ujung daun

meruncing (Gambar 9d). Karakter kualitatif pada populasi R1-K15 yang berbeda

dengan tanaman standar meliputi percabangan melebar, daun pentafoliat dan

steril partial.

Pada populasi R1-K0, selain ketiga karakter tersebut teramati pula

percabangan berlebihan dan daun hexafoliat atau oktafoliat (Gambar 9.g dan

9.h). Pada generasi berikutnya variasi kualitatif yang muncul pada populasi R2-

K15 hanyalah percabangan melebar dan daun pentafoliat, sedangkan pada

populasi R2-K0 tampak daun hexafoliat dan steril parsial. Perbedaan-perbedaan

tersebut merupakan varian somaklonal.

Tabel 9. Jenis, frekuensi dan persentase varian kualitatif pada tanaman hasil kultur in vitro (K0) dan seleksi in vitro (K15) generasi R0, R1 zuriat R0 dan R2 zuriat R1

Jenis Varian Populasi

Frekuensi dan persentase varian pada generasi

R0 R1 R2 Percabangan melebar K0 38/38 (100) 16/20 80) 2/20 (10)Percabangan berlebihan 27/38 (71) 1/20 (5) 0/20 (0) Filotaksis daun roset 4 / 38 (10) 0/20 (0) 0/20 (0) Daun pentafoliat 10 / 38 (26) 10/20 50) 5/20 (25) Daun hexafoliat atau lebih 0 / 38 (0) 7/20 (35) 5/20 (25) Ujung daun meruncing 6 / 38 (16) 0/20 (0) 0/20 (0) Varigata pada ujung daun 3/38 (8) 0/20 (0) 0/20 (0) Steril partial 8 / 38 (21) 4/20 (20) 4/20 (20) Steril total 10 / 38 (26) 0/20 (0) 0/20 (0) Percabangan melebar K15 24 / 24 100) 8/9 (88) 1/9 (11) Percabangan berlebihan 18/24 (75) 0/9 (0) 0/9 (0) Filotaksis daun roset 0 / 24 (0) 0/9 (0) 0/9 (0) Daun pentafoliat 10 / 24 (42) 7/9 (77) 4/9 (44) Daun hexafoliat atau lebih 0 / 24 (0) 0/9 (0) 0/9 (0) Ujung daun meruncing 0 / 24 (0) 0/9 (0) 0/9 (0) Varigata pada ujung daun 0/24 (0) 0/9 (0) 0/9 (0) Steril partial 7 / 24 (29) 1/9 (11) 0/9 (0) Steril total 8 / 24 (33) 0/9 (0) 0/9 (0)

Keterangan: Frekuensi dan persentase varian x/y (z) : x menunjukkan banyaknya nomor tanaman R0/R1/R2 yang mempunyai karakter varian, y menunjukkan banyaknya nomor tanaman R0/R1/R2 total yang dievaluasi, z merupakan angka persentase (x/y x 100%)

Page 86: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

62

Gambar 9. Varian kualitatif pada tanaman kacang tanah hasil kultur dan seleksi

in vitro. a. Daun roset (pada satu buku tumbuh ≥2 daun majemuk), b. daun roset (pada satu buku tumbuh dua daun majemuk), c. varigata pada tepi ujung daun, d. bentuk ujung daun meruncing, e. daun majemuk dengan lima leaflet; ukuran leaflet sama , f. ukuran leaflet tidak sama, g. daun majemuk dengan enam leaflet, h. daun majemuk dengan 8 leaflet, i. daun majemuk dengan 4, 5, dan 6 leaflet pada yang tumbuh pada satu ranting, j. percabangan berlebihan

Persentase keberadaan varian suatu karakter berbeda antar populasi dan

antar generasi. Pada umumnya persentase varian berkurang dari satu generasi

ke generasi berikutnya, kecuali varian daun hexafoliat pada populasi K-0. Varian

percabangan melebar dan daun pentafoliat muncul pada generasi R0, R1 dan R2

baik pada populasi tanaman hasil kultur maupun hasil seleksi in vitro. Varian

percabangan berlebihan teridentifikasi dalam persentase yang cukup tinggi pada

generasi R0, pada populasi tanaman hasil kultur sebesar 71% dan hasil seleksi

in vitro sebesar 75%. Pada generasi selanjutnya (R1) varian tersebut hanya

muncul pada tanaman hasil kultur in vitro sebesar 5% (Tabel 9).

Varian filotaksis daun roset, ujung daun meruncing, dan daun varigata

hanya tampak pada populasi tanaman hasil kultur in vitro generasi R0, masing-

masing sebesar 10%, 16% dan 8%. Pada generasi selanjutnya dan pada

populasi tanaman hasil seleksi in vitro varian tersebut tidak terdeteksi. Pada

tanaman hasil kultur in vitro, varian daun hexafoliat tidak teridentifikasi pada

generasi R0, namun muncul pada R1 (35%) dan R2 (25%). Pada populasi

tanaman hasil seleksi in vitro, tidak ada satupun tanaman yang menunjukkan

varian tersebut (Tabel 9).

a b c d

e

f g h

i

j

Page 87: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

63

Evaluasi keragaman varian kualitatif juga menunjukkan bahwa varian steril

partial muncul pada generasi R0, R1 dan R2 pada populasi tanaman hasil kultur

in vitro, sedangkan pada tanaman hasil seleksi in vitro hanya muncul pada

generasi R1 dan R2. Varian steril total hanya terdeteksi pada generasi R0 pada

dua populasi yang dievaluasi (Tabel 9).

Varian Kuantitatif Pertumbuhan tajuk tanaman yang diregenerasikan dari ES hasil kultur in

vitro (populasi R0-K0) yang ditunjukkan oleh rataan tinggi, jumlah cabang primer,

jumlah buku pada batang utama, jumlah buku total, bobot basah tajuk dan bobot

kering tajuk, nyata lebih tinggi dibanding tanaman standar. Pada populasi R1-K0

dan R2-K0 nilai rataan semua peubah pertumbuhan tajuk menurun sehingga

tidak berbeda nyata atau lebih rendah dibandingkan tanaman standar. Pada

tanaman yang diregenerasikan dari ES hasil seleksi in vitro (populasi R0-K15)

pertumbuhan tajuk relatif lebih tinggi dibanding tanaman standar. Pada populasi

R1-K15 dan R2-K15 rataan nilai pertumbuhan tajuk menurun sehingga nyata

lebih rendah dibanding tanaman standar, kecuali karakter jumlah cabang primer

(Tabel 10).

Tabel 10. Rataan nilai dan ragam karakter kuantitatif pertumbuhan tajuk pada populasi tanaman hasil kultur in vitro dan hasil seleksi in vitro generasi R0, R1 zuriat R0 dan R2 zuriat R1

Karak-ter

Tan. standar

Rataan nilai dan ragam pada populasi R0-K0 R1-K0 R2-K0 R0-K15 R1-K15 R2-K15

TT 68,53 b 101,05 a 60,47 b 37,17 c 70,00 b 35,10 c 36,7 c (156,25) (132,86) (131,56 (67,40) (711,29) (154,75) (85,56) JCP 3,05 b 11,31 a 4,31 b 3,89 b 11,46 a 4,40 b 3,77 b (0,05) (28,72) (0,96) (0,20) (15,76) (0,83) (22,09) JBCU 20,84 b 26,10 a 18,38 b 12,59 c 22,21 ab 14,64 c 12,57 c (5,81) (66,25) (11,28) (3,65) (36,36) (14,28) (5,34) JBT 83,10 b 158,76 a 75,19 b 51,41 d 147,29 a 63,64 c 48,84 d (127,23) (744,94) (702,78) (143,04) (2170,63) (503,10) (109,83) BTB 109,66 c 279,13 a 88,13 c 36,85 e 186,22 b 60,76 d 35,21 e (78,51) (2504,93) (454,11) (39,40) (1946,58) (796,37) (240,87) BTK 25,39 c 76,87 a 21,33 c 13,18 d 45,48 b 15,94 d 11,33 d (39,19) (2470,09) (57,45) (30,47) (1218,01) (55,50) (17,72)

Keterangan: TT : tinggi tanaman; JCP: jumlah cabang primer; JBCU: jumlah buku pada cabang utama; JBT: jumlah buku total; BTB: bobot tajuk basah; BTK: bobot tajuk kering. Angka dalam satu baris yang diikuti huruf sama berarti tidak berbeda nyata pada taraf signifikansi 5% berdasarkan uji DMRT.

Page 88: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

64

Pada populasi tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro, nilai ragam peubah-

peubah pertumbuhan tajuk, kecuali peubah tinggi tanaman, pada generasi R0

dan R1 pada umumnya jauh di atas tanaman standar. Pada generasi R2 nilai

ragam menurun sehingga lebih rendah dibanding tanaman standar (Tabel 10).

Pertumbuhan akar tanaman populasi R0-K0 secara umum tidak berbeda

nyata dengan tanaman standar, sebaliknya pada populasi R1-K0 dan R2-K0,

pertumbuhan akar nyata lebih rendah dibanding tanaman standar. Pada tanaman

hasil seleksi in vitro semua generasi rataan semua peubah pertumbuhan akar

nyata lebih rendah dibanding tanaman standar. Nilai ragam peubah-peubah

pertumbuhan akar pada generasi R0 dan R1 ada yang lebih tinggi ada pula yang

lebih rendah dibanding tanaman standar, tetapi pada generasi R2 secara umum

lebih rendah dibanding tanaman standar. Jumlah polong total, jumlah polong

bernas dan bobot polong bernas pada populasi K0 dan K15 semua generasi

nyata lebih rendah, sebaliknya nilai ragam peubah-peubah tersebut pada semua

generasi lebih tinggi dibanding tanaman standar (Tabel 11).

Tabel 11. Rataan nilai dan ragam karakter kuantitatif pertumbuhan akar dan hasil pada populasi tanaman hasil kultur dan hasil seleksi in vitro generasi R0, R1 zuriat R0, dan R2 zuriat R1 pada kacang tanah kultivar Kelinci

Karak- ter

Tan. standar

Rataan nilai dan ragam pada populasi R0-K0 R1-K0 R2-K0 R0-K15 R1-K15 R2-K15

PAP 22,74 a 19,63 b 20,19 b 23,87 a 16,75 b 18,45 b 18,03 b (33,79) (37,94) (46,64) (153,26) (46,64) (20,43) (54,76) JACP 31,89 a 10,08 c 17,35 b 14,35 b 7,33 c 12,51 b 14,61 b (29,26) (22,96) (20,61) (19,01) (12,81) (16,24) (15,76) BAB 4,19 a 4,01 a 1,56 c 1,12 c 2,67 b 1,71 c 1,05 c (1,21) (5,15) (0,84) (0,34) (4,16) (0,39) (0,35) BAK 1,04 a 1,11 a 0,53 b 0,37 c 0,79 ab 0,47 c 0,32 c (0,07) (1,32) (0,14) (0,04) (0,47) (0,03) (0,03) JPT 22,47 a 12,79 b 13,84 b 12,38 b 11,46 b 11,67 b 9,77 b (32,26) (148,11) (38,19) (32,03) (136,65) (28,72) (36,48) JPB 14,21 a 7,13 c 8,64 b 6,64 cd 6,75 c 9,40 b 5,73 d (12,39) (55,20) (24,80) (15,21) (51,41) (22,46) (25,00) BPK 20,45 a 11,76 b 12,49 b 8,59 c 7,32 c 15,25 b 8,24 c (23,20) (166,15) (46,65) (34,10) (86,30) (58,36) (30,33)

Keterangan : PAP: panjang akar pokok; JACP: jumlah akar cabang primer; BAB: bobot akar basah; BAK: bobot akar kering; JPT: jumlah polong total; JPB: jumlah polong bernas; BPK: bobot polong kering. Angka dalam satu baris yang diikuti huruf sama berarti tidak berbeda nyata pada taraf signifikansi 5%.

Page 89: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

65

Untuk bobot kering tajuk, masing-masing 28, dua dan sembilan galur dari

populasi R0-K0, R1-K0 dan R0-K15 mempunyai bobot kering tajuk lebih besar

dibanding tanaman standar. Tidak ada galur dengan bobot kering tajuk yang

lebih kecil dibanding tanaman standar. Populasi R0-K0, R1-K0, R2-K0, R0-K15,

R1-K15, dan R2-K15 masing-masing mempunyai lima, 15, 59, delapan, 33, dan

43 galur yang mempunyai tinggi tanaman lebih rendah, sedangkan 20 dan dua

galur dari populasi R0K0 dan R0-K15 mempunyai tinggi tanaman lebih tinggi

dibanding tanaman standar (Gambar 10).

0

154 0 03

10 155

15

65

3 0 05 0 0 08 6 8 2 0

33

60 0 0

43

5 0 0 05

59

0

2040

60

80

A B C D E

kisaran tinggi tanaman (cm)

jum

lah

galu

r

19

0 0 0 010 12 6 6 4

81

2 0 0 0

64

0 0 0 015

3 6 0 0

39

0 0 0 0

38

0 0 0 00

20406080

100

A B C D E

kisaran bobot kering tajuk (g)

jum

lah

galu

r

Gambar 10. Distribusi frekuensi tinggi tanaman dan bobot kering tajuk kacang

tanah populasi tanaman standar, tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro. Tanaman standar (■), R0-K0 ( ), R1-K0 (□), R2-K0 ( ), R0-K15 ( ), R1-K15 ( ) dan R2-K15 ( ). Kisaran tinggi tanaman A (x<47,4), B (47,4≤x<76,8), C (76,8≤x<106,2), D (106,2≤x<135,6), E (135,6≤x<165); kisaran bobot kering tajuk A (x<38,4), B (38,4≤x<75,0), C (75,0≤x<111,7), D (111,7≤x<148,3), E (148,3≤x<185). Tanda anak panah menunjukkan nilai terendah dan tertinggi populasi tanaman standar

Page 90: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

66

Sebagian besar galur dalam populasi R0-K0, R1-K0, R2-K0, R0-K15, R1-

K15 dan R2-K15, masing-masing sebanyak 36, 72, 58, 24, 37, dan 35 galur

mempunyai jumlah akar cabang lebih sedikit dibandingkan tanaman standar, dan

tidak ada satupun galur yang mempunyai jumlah akar cabang lebih banyak

daripada tanaman standar (Gambar 11).

Untuk karakter bobot kering akar, masing-masing dua, satu dan satu galur

dari populasi R0-K0, R1-K0 dan R0-K15 mempunyai bobot kering akar lebih

tinggi dibanding bobot kering akar tanaman standar, dan tidak ada satupun galur

yang mempunyai bobot kering akar yang lebih kecil dibanding tanaman standar

(Gambar 11).

0 05

104

27

92 0 0

2211

0 0

22

36

60 0

20

4 0 0 0

18 19

2 0 07

28

3 0 0

50

0

20

40

60

A B C D E

kisaran jumlah akar cabang primer

jum

lah

galu

r

314

2 0 08

217 1 1

69

112 1 0

62

2 0 0 015

3 4 2 02 0 0 0

37

1 0 0 0

37

020406080

100

A B C D E

kisaran bobot kering akar (g)

jum

lah

galu

r

Gambar 11.

Distribusi frekuensi jumlah akar cabang primer dan bobot kering akar tanaman standar serta tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro. Tanaman standar (■), R0-K0 ( ), R1-K0 (□), R2-K0 ( ), R0-K15 ( ), R1-K15 ( ) dan R2-K15 ( ). Kisaran jumlah akar cabang primer A (x<11,2), B (11,2≤x<19,4), C (18,4≤x<27,6), D (27,6≤x<35,8), E (35,8≤x<44,0); kisaran bobot kering akar A (x<0,72), B (0,72≤x<1,34), C (1,34≤x<1,96), D (1,96≤x<2,58), E (2,58≤x<3,20). Tanda anak panah menunjukkan nilai terendah dan tertinggi populasi tanaman standar

Page 91: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

67

04

7 71

20

5 7 4 2

22

31

17

9

1

2427

12

1 0

15

2 3 2 27

1711

40

23

85 2 0

0

10

20

30

40

A B C D Ekisaran jumlah polong bernas

jum

lah

galu

r

06

11

2 0

93 4 3

25

37

19

2 0

29 30

3 2 0

17

2 40 0

7

20

7 50

2618

40 0

19

01020304050

A B C D E

kisaran bobot polong bernas (g)

jum

lah

galu

r

Gambar 12. Distribusi frekuensi jumlah polong bernas dan bobot polong bernas tanaman standar serta tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro.

Tanaman standar (■), R0-K0 ( ), R1-K0 (□), R2-K0 ( ), R0-K15 ( ), R1-K15 ( ) dan R2-K15 ( ). Kisaran jumlah polong bernas A (x<5,2), B (5,2≤x<10,4), C (10,4≤x<15,6), D (15,6≤x<20,8), E (20,8≤x<26,0); kisaran bobot polong bernas A (x<8,44), B (8,44≤x<16,88), C (16,88≤x<25,32), D (25,32≤x<33,75), E (33,75≤x<42,20). Tanda anak panah menunjukkan nilai terendah dan tertinggi populasi tanaman standar

Untuk karakter jumlah polong bernas, dari populasi R0-K0, R1-K0, R2-K0,

R0-K15, R1-K15 dan R2-K15 terdapat masing-masing 20, 22, 24, lima, tujuh dan

23 galur yang mempunyai jumlah polong bernas lebih sedikit dibanding tanaman

standar. Tidak ada satupun galur yang mempunyai jumlah polong lebih besar

daripada tanaman standar (Gambar 12).

Di antara galur-galur pada populasi R0-K0, R1-K0, R2-K0, R0-K15, R1-K15

dan R2-K15 masing-masing terdapat 19, 25, 29, 17, tujuh, 26 dan tiga galur yang

mempunyai bobot polong bernas lebih kecil daripada tanaman standar. Terdapat

tiga galur dari populasi R0-K0 yang mempunyai bobot polong bernas lebih besar

dibandingkan tanaman standar (Gambar 12).

Page 92: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

68

Pembahasan

Varian kualitatif yang muncul pada tanaman hasil seleksi in vitro dalam

media dengan PEG 15% (populasi K15) lebih rendah tingkat keragamannya

dibanding yang muncul pada tanaman hasil kultur in vitro (populasi K0). Pada

populasi K15 muncul varian berupa percabangan melebar, percabangan

berlebihan, daun pentafoliat, steril partial dan steril total; sedangkan pada

populasi K0, selain lima karakter tersebut teridentifikasi pula munculnya daun

roset, daun varigata, ujung daun meruncing, daun hexafoliat, dan daun

oktafoliat.

Perbedaan intensitas variasi tersebut diduga sebagai akibat perbedaan

perlakuan yang dialami embrio somatik (ES) yang menghasilkan tanaman K0

dan K15. ES yang diregenerasikan menjadi tanaman K0 mengalami sub-kultur

sebanyak enam kali, sedangkan yang diregenerasikan menjadi tanaman K15

selain mengalami sub-kultur enam kali juga mengalami seleksi dalam media

selektif PEG 15% selama tiga bulan dengan tiga kali sub-kultur. Dengan

demikian variasi yang muncul pada tanaman K0 terjadi akibat pengaruh sub-

kultur berulang terhadap perubahan materi atau ekspresi genetik pada jaringan

eksplan atau kalus. Pikloram (asam 4-amino,3.5.6.trikhloropikolinat, suatu

herbisida yang dalam konsentrasi rendah berperan sebagai fitohormon auksin)

yang ditambahkan dalam media kultur menginduksi pembelahan sel terus

menerus dengan kecepatan yang tinggi. Pembelahan sel yang cepat tersebut

dapat mengakibatkan perubahan dalam proses replikasi materi genetik atau

pada faktor-faktor pengendali ekspresi genetik, sehingga juga mengakibatkan

perubahan pada fenotipe tanaman (Wikipedia 2006). Perubahan yang terjadi

bersifat acak pada berbagai karakter.

Hasil tersebut sejalan dengan hasil penelitian pada kedelai. Frekuensi

variasi somaklonal pada tanaman kedelai antara lain dipengaruhi oleh

konsentrasi auksin dalam media tumbuh. Pada media dengan 22,5 μM 2.4.D

terbentuk varian sebesar 40%, sedangkan dengan 18 μM terbentuk 3 % dari

tanaman regeneran (Shoemaker et al. 1991).

Variasi yang muncul pada populasi K15 terjadi bukan hanya akibat

pengaruh sub-kultur seperti di atas, melainkan juga pengaruh tekanan seleksi

dari bahan penyeleksi PEG. Oleh karena itu variasi yang muncul akibat pengaruh

sub-kultur ada kemungkinan tereliminasi oleh tekanan seleksi, sehingga

Page 93: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

69

keragaman yang muncul pada tanaman hasil seleksi lebih rendah dibandingkan

tanaman hasil kultur in vitro (Skirvin et al. 1994)

Pada umumnya persentase munculnya varian kualitatif berkurang dari satu

generasi ke generasi berikutnya. Varian percabangan berlebihan teridentifikasi

dalam persentase yang cukup tinggi pada generasi R0, namun menurun tajam

pada generasi R1. Varian filotaksis daun roset, ujung daun meruncing, dan daun

varigata hanya tampak pada populasi tanaman hasil kultur in vitro generasi R0

dengan persentase yang relatif kecil. Pada generasi selanjutnya dan pada

populasi tanaman hasil seleksi in vitro varian tersebut tidak terdeteksi.

Persentase varian yang tinggi pada generasi R0 mungkin disebabkan oleh

pengaruh kondisi kultur yang mampu mengubah fenotipe tanaman, namun

perubahan tersebut tidak permanen atau bersifat epigenetik. Epigenetik

merupakan modifikasi dalam ekspresi genetik, tetapi cenderung reversibel akibat

perubahan struktur kromatin dan atau metilasi DNA, atau amplifikasi gen

(Henikoff dan Matzke 1997, Tremblay et al. 1999, Wikipedia 2006). Pada

generasi lanjut perubahan pada mekanisme epigenetik makin berkurang

sehingga keragaan tanaman yang diregenerasikan melalui tahap kultur in vitro

lebih mendekati keragaan tanaman standar (Henikoff dan Matzke 1997). Varian

steril total tidak dapat dianalisis lebih lanjut karena tidak menghasilkan benih.

Varian percabangan melebar dan daun pentafoliat muncul pada generasi

R0, R1 dan R2 baik pada populasi tanaman K0 maupun K15. Varian steril partial

muncul pada generasi R0, R1 dan R2 untuk populasi tanaman K0. Varian

karakter-karakter tersebut diturunkan dari satu generasi ke generasi berikutnya.

Hal ini berarti variasi somaklonal untuk tiga karakter tersebut diduga dikendalikan

oleh faktor genetik, yang mungkin diakibatkan oleh perubahan dalam struktur

gen-gen yang terlibat pada pola percabangan dan jumlah anak daun dalam satu

daun majemuk. Varian genetik juga ditemukan pada tanaman gandum. Pada

tanaman regeneran gandum terjadi variasi somaklonal sebesar 5% untuk sifat

morfologi dan biokimia. Karakter tersebut, baik yang dikendalikan secara

monogenik maupun poligenik, terbukti diturunkan sampai dua generasi (Larkin et

al. 1984).

Pada tanaman hasil kultur in vitro, varian daun hexafoliat dan oktafoliat

tidak teridentifikasi pada generasi R0, namun muncul pada R1 dan R2. Pada

tanaman hasil seleksi in vitro, varian steril partial juga tidak teridentifikasi pada

generasi R0, tetapi muncul pada generasi R1 dan R2. Varian karakter-karakter

Page 94: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

70

tersebut diduga dikendalikan oleh gen resesif. Semua tanaman generasi R0

diduga mempunyai genotipe heterozigot sehingga fenotipe varian tersebut tidak

muncul. Pada generasi selanjutnya mungkin terjadi rekombinasi gen yang

mengakibatkan susunan genotipe homozigot dan fenotipe varian muncul pada

beberapa tanaman.

Beberapa penelitian menunjukkan bahwa regenerasi tanaman yang melalui

tahap kultur in vitro dan penggunaan fitohormon dalam kultur in vitro dapat

menginduksi variasi somaklonal. Pada Picea mariana dan P. glauca yang

diregenerasikan melaui embriogenesis somatik teridentifikasi ada sembilan

kelompok varian untuk karakter kualitatif. Beberapa tipe varian terbentuk akibat

instabilitas khromosom, khususnya aneuploid. Dalam penelitian tersebut

instabilitas khromosom diakibatkan oleh perbedaan klon dan lama waktu dalam

kultur (Tremblay et al. 1999). Induksi kalus dengan pikloram dan BA dapat

menghasilkan variasi genetik pada Lycopersicon esculentum Mill. Koefisien

kesamaan genetik menunjukkan bahwa semua tanaman regeneran mempunyai

tingkat perbedaan genetik yang bervariasi dengan tanaman induk (Soniya et al.

2001).

Pada tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro, pertumbuhan tajuk tanaman

generasi R0 lebih tinggi dibanding tanaman standar; tetapi pada generasi R1 dan

R2 pertumbuhan tajuk menurun sehingga lebih rendah dibandingkan tanaman

standar. Nilai ragam peubah-peubah pertumbuhan tajuk pada generasi R0 dan

R1 pada umumnya jauh di atas tanaman standar. Pertumbuhan akar pada

tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro secara umum lebih rendah dibanding

tanaman standar untuk semua generasi, namun nilai ragam beberapa peubah

pertumbuhan akar tertentu lebih tinggi dibanding tanaman standar. Hasil panen

pada tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro juga lebih rendah dibanding

tanaman standar untuk semua generasi. Walaupun demikian, nilai ragam

peubah-peubah tersebut pada semua generasi lebih tinggi dibanding tanaman

standar. Nilai ragam yang lebih tinggi pada sejumlah peubah pertumbuhan tajuk,

akar dan hasil menunjukkan bahwa perlakuan yang diberikan telah dapat

menginduksi variasi somaklonal untuk karakter kuantitatif.

Munculnya varian kuantitatif pada beberapa peubah diperjelas dengan

adanya beberapa galur tanaman yang mempunyai nilai peubah yang lebih tinggi

dibanding nilai tanaman stándar, atau merupakan varian positif. Dari tiga

populasi yang dievaluasi, varian positif untuk peubah bobot kering tajuk

Page 95: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

71

sebanyak 39 galur, untuk tinggi tanaman sebanyak 22 galur, untuk bobot kering

akar sebanyak empat galur, dan untuk bobot polong bernas sebanyak tiga galur.

Varian positif untuk bobot kering tajuk dan tinggi tanaman bukan

merupakan varian yang diharapkan dalam pengembangan galur yang toleran

terhadap cekaman kekeringan. Biomassa tajuk yang tinggi akan menurunkan

nisbah akar/tajuk, dan hal ini secara teoritis akan menurunkan toleransi tanaman

terhadap cekaman kekeringan (Blum 1996).

Varian positif untuk bobot kering akar secara potensial mempunyai

toleransi terhadap kekeringan yang lebih tinggi dibanding tanaman standar, tetapi

toleransi tersebut dicapai melalui mekanisme avoidance dengan membentuk

akar yang intensif. Varian tersebut berasal dari populasi tanaman hasil kultur in

vitro sebanyak dua galur, yaitu nomor K0-8 dan K0-30.2, dan dari tanaman hasil

seleksi in vitro sebanyak dua galur, yaitu nomor K-15.1 dan K-15.2. Meskipun

potensial mempunyai toleransi terhadap cekaman kekeringan, namun dalam

penelitian ini tidak diharapkan karena mekanisme yang dilakukan merupakan

mekanisme avoidance yang dapat menurunkan daya hasil.

Galur dengan varian positif untuk bobot polong bernas merupakan galur

yang potensial dikembangkan sebagai galur harapan. Galur-galur tersebut

berasal dari populasi tanaman hasil kultur in vitro sebanyak dua galur, yaitu K0-2

dan K0-4, dan dari populasi tanaman hasil seleksi in vitro sebanyak satu galur,

yaitu K15-4.

Penelitian ini sejalan dengan penelitian-penelitian yang dilakukan

sebelumnya yang mengindikasikan bahwa kultur jaringan dapat menginduksi

variasi somaklonal khusus yang berperan dalam pengembangan galur baru.

Variasi somaklonal terbukti telah dapat diterapkan untuk pengembangan jagung

yang toleran aluminium (Moon et al. 1997), peningkatan toleransi terhadap suhu

rendah pada padi (Bertin dan Bouharmont 1997), peningkatan produktivitas pada

sorghum (Maralappanavar et al. 2000), peningkatan kualitas hasil dan toleransi

terhadap lingkungan salin pada Distichis spicata (Seliskar dan Gallagher 2000),

peningkatan hasil pada Secale cereale L (Trojanovska 2002), dan gandum yang

toleran terhadap kekeringan (Bajji et al. 2004).

Simpulan

Varian somaklonal kualitatif yang muncul pada tanaman kacang tanah hasil

seleksi in vitro berupa percabangan melebar, percabangan berlebihan, daun

Page 96: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

72

pentafoliat, steril partial dan steril total. Varian somaklonal yang muncul pada

tanaman hasil kultur in vitro lebih beragam, yaitu percabangan melebar,

percabangan berlebihan, daun pentafoliat, steril partial, steril total, daun roset,

daun varigata, ujung daun meruncing, daun hexafoliat, dan daun oktafoliat.

Varian kualitatif yang diduga dikendalikan secara genetik adalah

percabangan melebar, percabangan berlebihan, daun pentafoliat, daun

hexafoliat, daun oktafoliat dan steril partial. Varian daun hexafoliat, oktafoliat dan

steril partial (pada populasi hasil seleksi in vitro) diduga dikendalikan oleh gen

resesif. Varian yang dikendalikan secara epigenetik adalah daun roset, daun

varigata dan ujung daun meruncing.

Nilai ragam yang lebih besar dan distribusi frekuensi yang lebih luas untuk

sejumlah peubah pertumbuhan pada tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro

dibanding pada tanaman stándar mengindikasikan terjadinya variasi somaklonal

pada karakter kuantitatif. Varian kuantitatif yang bersifat positif tampak pada

karakter bobot kering tajuk, tinggi tanaman, bobot kering akar dan bobot polong

bernas. Galur tanaman yang mempunyai varian positif untuk bobot kering akar

adalah nomor K0-8, K0-30.2, K15-1 dan K15-2; sedangkan yang mempunyai

varian positif untuk bobot polong bernas adalah K0-2, K0-4, dan K15-4.

Page 97: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

VI. TOLERANSI GALUR KACANG TANAH HASIL KULTUR DAN SELEKSI IN VITRO

TERHADAP CEKAMAN AKIBAT PENYIRAMAN PEG

Abstrak

Kultur dan seleksi in vitro terbukti dapat menginduksi variasi somaklonal pada kacang tanah, baik karakter kualitatif maupun kuantitatif. Kultur dan seleksi in vitro diduga juga dapat menghasilkan tanaman varian yang toleran terhadap kekeringan akibat penyiraman PEG. Penelitian bertujuan 1) membandingkan respon terhadap cekaman PEG antara tanaman kacang tanah cv. Kelinci hasil kultur dan hasil seleksi in vitro dengan tanaman yang tumbuh dari benih sebagai tanaman standar, 2) membandingkan tingkat toleransi terhadap cekaman PEG pada tanaman kacang tanah cv. Kelinci hasil kultur dan seleksi in vitro dengan tanaman standar, 3) menduga mekanisme toleransi terhadap cekaman PEG pada tanaman kacang tanah cv. Kelinci hasil kultur dan seleksi in vitro. Kecambah ditumbuhkan dalam media campuran arang sekam dan pupuk kandang (1:1 v/v). Larutan PEG 15% disiramkan ke dalam pot setiap dua hari sejak tanaman mempunyai empat daun yang telah membuka sempurna sampai umur tujuh minggu. Hasil penelitian menyimpulkan 1) cekaman akibat penyiraman PEG 15% pada fase vegetatif menurunkan pertumbuhan tajuk, tetapi tidak berpengaruh negatif terhadap pertumbuhan akar; dan respon pertumbuhan terhadap cekaman PEG pada tanaman kacang tanah cv. Kelinci hasil kultur atau seleksi in vitro mempunyai distribusi frekuensi yang lebih luas dan ragam yang lebih besar dibanding tanaman standar, 2) tanaman kacang tanah cv. Kelinci hasil kultur dan seleksi in vitro mempunyai tingkat toleransi yang lebih tinggi terhadap cekaman PEG dibandingkan tanaman stándar, 3) nisbah akar/tajuk dan panjang akar primer tidak mempunyai hubungan yang berarti dengan toleransi tanaman kacang tanah cv. Kelinci terhadap cekaman PEG. Kata kunci: toleransi kekeringan, PEG, kultur in vitro, seleksi in vitro, kacang tanah

Page 98: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

74

Abstract

In vitro culture and in vitro selection have been proved to result somaclonal variation on peanut, both qualitative and quantitative characters. In vitro culture and in vitro selection were estimated to result variant plant with drought stress tolerance. The aims of this study were to 1) compare the growth response to PEG stress between Kelinci cultivar of peanut plants regenerated from in vitro cultured and in vitro selected somatic embryos with plants regenerated from seed as control cultivar, 2) compare tolerance level to drought stress induced by PEG of Kelinci cultivar of peanut plants regenerated from in vitro cultured and in vitro selected somatic embryos with plants regenerated from seed as control cultivar, and 3) estimate the Kelinci cultivar of peanut plants tolerance mechanism to drought stress induced by PEG. Variant peanut seedlings were grown individually in plastic pot (600 ml) containing a mixture of rice-hull charcoal and manure (1:1, v/v). The seedlings were poured with PEG liquid (15%) every two days since they have four leaves until seven week after planting. The results of the experiment indicated 1) stress induced by PEG 15% solute at vegetative growth stage reduced shoot growth, but did not affect negatively on root growth; Kelinci cultivar of peanut plants regenerated from in vitro cultured and in vitro selected somatic embryo have wider frequency distribution growth response and greater varians than the control plants, 2) Kelinci cultivar of peanut plants regenerated from in vitro cultured and in vitro selected somatic embryo have higher tolerance level to stress induced by PEG than the control plant, 3) no significant correlation between root / shoot ratio and primary root length with tolerance of Kelinci cultivar peanut plants to drought stress induced by PEG.

Key words: drought tolerance, PEG, in vitro culture, in vitro selection, peanut

Page 99: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

75

Pendahuluan

Karakter toleransi terhadap cekaman kekeringan pada prinsipnya berkait

dengan upaya tanaman untuk menjaga keseimbangan osmotik dengan cara

meningkatkan penyerapan air dan menurunkan kehilangan air. Ciri penting yang

harus diamati untuk menentukan toleransi terhadap kekeringan antara lain bobot

kering organ vegetatif saat panen dan bobot kering polong (Rachaputi dan

Wright 2003). Menurut Mitra (2001) upaya yang demikian disebut sebagai

mekanisme ketahanan.

Kacang tanah relatif toleran terhadap cekaman kekeringan bila mempunyai

sistem perakaran yang besar (Robertson et al. 1980), indeks luas daun yang

rendah dan rasio bobot kering akar/pucuk yang tinggi (Blum 1996). Pada kacang

tanah tipe Valencia dan Spanish, sistem perakaran yang dalam, ukuran biji yang

kecil, dan sudut percabangan yang besar memainkan peran penting dalam

toleransi terhadap kekeringan. Sistem perakaran yang dalam diyakini

menurunkan daun yang mengalami die-back sehingga hasil panen meningkat.

Berdasar hal ini panjang akar primer antara lain dapat dijadikan sebagai dasar

untuk mengevaluasi toleransi kacang tanah terhadap kekeringan (Setiawan

1998).

Kacang tanah yang toleran terhadap cekaman kekeringan antara lain dapat

dikembangkan melalui kultur in vitro dan seleksi in vitro. Kultur in vitro dapat

menginduksi variasi somaklonal pada kacang tanah. Dari penelitian sebelumnya

diketahui variasi somaklonal tampak pada beberapa karakter kualitatif yang

meliputi pola percabangan, susunan daun, filotaksis, bentuk daun dan fertilitas.

Di samping itu juga tampak pada karakter kuantitatif yang meliputi tinggi

tanaman, jumlah cabang, jumlah buku, bobot tajuk, panjang akar, bobot akar,

jumlah polong, bobot polong dan jumlah biji. Diduga kultur in vitro juga dapat

menghasilkan tanaman varian yang toleran terhadap kekeringan dengan

mekanisme baru yang belum muncul sebelumnya.

Variasi somaklonal terjadi secara acak pada berbagai karakter. Untuk

memperbesar peluang mendapatkan varian dengan karakter yang diinginkan

dapat dilakukan seleksi menggunakan bahan penyeleksi yang sesuai. Dari

percobaan sebelumnya telah diketahui bahwa PEG-6000 merupakan bahan

penyeleksi yang tepat untuk menapis varian yang toleran terhadap cekaman

kekeringan (Rahayu et al. 2005).

Page 100: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

76

Larutan PEG dalam media in vitro juga dapat menghambat proliferasi

embrio somatik kacang tanah, dan tingkat penghambatan > 95% (sub-letal)

didapatkan pada konsentrasi PEG 15% (Rahayu et al. 2006). Dengan demikian

embrio somatik yang mampu hidup dalam media selektif yang mengandung PEG

15% diharapkan mempunyai karakter yang toleran terhadap potensial air rendah,

dan tanaman yang diregenerasikan dari embrio somatik tersebut diharapkan

bersifat toleran terhadap cekaman kekeringan.

Percobaan ini bertujuan untuk 1) membandingkan respon terhadap

cekaman akibat PEG antara tanaman kacang tanah cv. Kelinci hasil kultur dan

hasil seleksi in vitro dengan tanaman standar, 2) membandingkan tingkat

toleransi terhadap cekaman akibat PEG antara tanaman kacang tanah cv. Kelinci

hasil kultur dan seleksi in vitro dengan tanaman standar, 3) menduga mekanisme

toleransi tanaman kacangtanah cv. Kelinci terhadap cekaman PEG.

Bahan dan Metode

Bahan Tanaman Bahan yang digunakan adalah tanaman kacang tanah cv. Kelinci yang

tidak diregenerasikan melalui kultur in vitro sebagai standar, tanaman kacang

tanah cv. Kelinci yang diregenerasikan dari ES hasil kultur in vitro generasi R1

dan R2 (populasi R1-K0, R2-K0) dan dari ES hasil seleksi in vitro dalam media

dengan PEG 15% generasi R2 atau populasi R2-K15 (Tabel 12).

Evaluasi Respon terhadap Cekaman PEG

Penyiapan media tanam di rumah kaca. Media tanam berupa campuran

arang sekam dan pupuk kandang dengan perbandingan 1:1 (v/v) dimasukkan ke

dalam pot plastik 600 ml dengan diameter 10 cm; tinggi 30 cm yang dibungkus

plastik hitam. Setiap pot diisi media tanam sebanyak 500 g atau setinggi kurang

lebih 25 cm, kemudian disiram dengan air dan dibiarkan sampai kering kembali

untuk mempermudah penyerapan air pada saat diperlakukan dengan PEG.

Selanjutnya media tanam disiram dengan larutan pupuk NPK 6 – 10 g/l sebanyak

300 ml per pot atau sampai jenuh, dan ditambah pupuk butir NPK slow release

sebanyak 10 – 15 butir.

Penanaman benih. Untuk perlakuan PEG 15% dan perlakuan kontrol

(PEG 0%) masing-masing diperlukan lima pot untuk setiap galur tanaman. Setiap

pot ditanami dua benih. Benih terlebih dahulu direndam dalam larutan fungisida

Page 101: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

77

untuk mencegah pertumbuhan jamur dalam media tanam. Pot diletakkan

dengan jarak 0,1 m di dalam baris dan 0,2 m antar baris. Dalam percobaan ini

sebagai kontrol adalah kultivar yang digunakan sebagai sumber eksplan awal

(kacang tanah cv. Kelinci). Setelah satu minggu dari setiap pot dipilih satu

tanaman yang relatif seragam, sedangkan satu tanaman yang lain dibuang.

Aplikasi PEG . Larutan PEG dibuat dengan melarutkan 150 g kristal PEG-

6000 dalam air hingga volume larutan 1 liter. Larutan PEG disiramkan ke dalam

pot sebanyak 30 ml setiap dua hari sejak tanaman mempunyai empat daun yang

telah membuka sempurna sampai tujuh minggu. Untuk perlakuan kontrol

disiramkan air dengan jumlah yang sama. Setelah umur empat minggu

penyiraman diberikan sebanyak 40 ml per pot.

Tabel 12. Nomor-nomor galur generasi R1 dan R2 populasi K0 dan generasi R2

populasi K15 yang dievaluasi toleransinya terhadap cekaman PEG 15%

No Populasi K0 Populasi K15 R1 R2 R2

1 K0-7 K0-2.1 K15-1.10 2 K0-11 K0-2.3 K15-2.5 3 K0-14 K0-2.4 K15-4.3 4 K0-16 K0-2.5 K15-4.4 5 K0-20 K0-2.7 K15-4.5 6 K0-30 K0-2.10 K15-4.6 7 K0-32 K0-4.1 K15-4.8 8 K0-7.3 K15-4.9 9 K0-7.6 K15-4.10

10 K0-10.2 K15-5.1 11 K0-11.3 K15-5.2 12 K0-12.4 K15-5.4 13 K0-12.5 K15-5.8 14 K0-13.2 K15-5.9 15 K0-13.7 K15-5.10 16 K0-13.10 K15-6.1 17 K0-16.1 K15-6.2 18 K0-16.2 K15-7.1 19 K0-16.4 K15-8.1 20 K0-16.6 21 K0-20.10 22 K0-22.1 23 K0-22.2 24 K0-22.4 25 K0-22.5 26 K0-30.1 27 K0-32.1 28 K0-32.2 29 K0-32.3 30 K0-32.5

Page 102: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

78

Analisis Respon terhadap Cekaman PEG Respon yang diamati meliputi jumlah hari setelah perlakuan ketika

tanaman mati, jumlah dan persentase tanaman mati (setiap dua hari, sampai

empat minggu setelah perlakuan), intensitas kerusakan daun (pada empat

minggu setelah perlakuan), dan pertumbuhan tanaman. Peubah pertumbuhan

yang diamati meliputi tinggi tanaman, jumlah daun, panjang akar primer, bobot

basah dan kering akar, bobot basah dan kering tajuk pada tujuh minggu setelah

tanam. Pada saat panen tanaman diambil dengan hati-hati dari pot dengan cara

menyobek pot plastik untuk mengeluarkan media tanam agar tidak ada bagian

akar yang terputus. Tanaman dicuci di bawah air mengalir untuk membersihkan

media tanam yang masih melekat pada akar. Akar dan tajuk kering diperoleh

dengan menyimpan di dalam oven bersuhu 80oC selama tiga hari.

Untuk mengevaluasi toleransi tanaman terhadap kekeringan dipakai

peubah intensitas kerusakan daun (IKD) dan indeks sensitivitas kekeringan (ISK

atau S). Penghitungan IKD memerlukan kriteria pemberian skor/skala kerusakan

akibat cekaman kekeringan pada tanaman yang diuji. Kriteria pemberian

skor/skala disajikan pada Gambar 13. IKD dihitung dengan modifikasi metode

yang digunakan oleh Townsend dan Heuberger (dalam Sudarsono et al. 2004)

dengan rumus sebagai berikut.

Σ (ni x zi)

IKD = --------------- X 100%

Z X N

Keterangan:

IKD = intensitas kerusakan daun

ni = jumlah cabang primer yang menunjukkan kerusakan daun pada skala

tertentu

zi = nilai skala tertentu tiap kategori kerusakan daun

Z = skala tertinggi

N = jumlah total cabang primer yang diamati dalam setiap satuan percobaan

Nilai IKD digunakan untuk menentukan respon tanaman yang diuji

terhadap cekaman kekeringan. Kriteria penentuan respon disajikan pada Tabel

13.

Page 103: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

79

Gambar 13. Skor kerusakan daun kacang tanah kultivar Kelinci akibat penyiraman larutan PEG 15% pada media arang sekam di rumah kaca. Skor 0 : tidak ada gejala klorosis maupun nekrosis; skor 1 : gejala klorosis pada tepi daun sampai sekitar 10% luas daun; skor 2 : gejala klorosis pada tepi daun 10 – 30% luas daun; skor 3 : gejala klorosis pada tepi sampai ke tengah daun 30 – 60% luas daun; skor 4 : gejala klorosis lebih dari 60% luas daun dan atau disertai gejala nekrosis

Tabel 13. Kriteria penentuan respon tanaman berdasarkan nilai intensitas kerusakan daun (IKD)

Respon tanaman IKD Sangat Toleran (ST) Tidak ada kerusakan, intensitas kerusakan 0% Toleran (T) Kerusakan ringan, intensitas kerusakan 0%<x ≤5% Agak toleran (AT) Kerusakan sedang, intensitas kerusakan 5%<x ≤10% Agak Peka (AP) Kerusakan sedang, intensitas kerusakan 10%<x ≤25% Peka (P) Kerusakan berat, intensitas kerusakan 25%<x ≤50% Sangat Peka (SP) Kerusakan berat, intensitas kerusakan >50%

Indeks sensitivitas kekeringan ditentukan dengan menggunakan rumus

yang dikemukakan Fischer dan Maurer (dalam Sudarsono et al. 2004) sebagai

berikut.

( 1- Yp/Y)

S = ----------------------

(1 – Xp/X)

S : indeks sensitivitas kekeringan

Yp : rata-rata nilai peubah tertentu suatu galur yang mendapatkan cekaman

kekeringan

Y : rata-rata nilai peubah tertentu suatu galur yang tidak mendapatkan

cekaman kekeringan

Xp : rata-rata nilai peubah tertentu seluruh galur yang mendapatkan

cekaman kekeringan

X : rata-rata nilai peubah tertentu seluruh galur yang tidak mendapatkan

cekaman kekeringan

0 1 2 3 4

Page 104: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

80

Untuk menentukan tingkat sensitivitas terhadap cekaman kekeringan

digunakan kriteria sebagai berikut : S ≤ 0,5 bersifat toleran; 0,5 < S ≤ 1,00

bersifat agak toleran atau medium toleran, dan S >1,00 bersifat peka. Peubah

yang digunakan untuk mengukur tingkat sensitivitas terhadap cekaman

kekeringan adalah biomassa tanaman (total bobot tajuk kering dan akar kering).

Hasil

Respon Pertumbuhan Tanaman Kacang Tanah terhadap Cekaman PEG Tidak ada tanaman yang mati akibat cekaman PEG. Pada populasi

tanaman standar, R1-K0, R2-K0, dan R2-K15; cekaman PEG menurunkan

tinggi tanaman (Gambar 18 a,b,c), jumlah daun, bobot basah dan bobot kering

tajuk (Tabel 14).

Dalam kondisi optimum, rataan tinggi tanaman pada populasi R1-K0, R2-

K0 dan R2-K15 nyata lebih rendah dibanding tanaman standar. Rataan jumlah

daun pada populasi R2-K0 nyata lebih rendah, tetapi pada R1-K0 dan R2K15

tidak nyata berbeda dengan tanaman standar. Rataan bobot basah tajuk pada

populasi R1-K0, R2-K0 dan R2-K15 sama dengan tanaman standar.

Dibandingkan dengan rataan bobot kering tajuk pada populasi standar, rataan

pada populasi R2-K0 tidak berbeda nyata, sedangkan pada R1-K0 dan R2-K15

nyata lebih rendah. Nilai ragam untuk semua peubah pada populasi R1-K0, R2-

K0 dan R2-K15 lebih besar daripada tanaman standar (Tabel 14).

Dalam kondisi optimum, kisaran jumlah daun pada populasi R1-K0, R2-K0

dan R2-K15 lebih luas daripada tanaman standar (Gambar 14). Namun untuk

peubah bobot kering tajuk kisaran pada populasi R1-K0, R2-K0 dan R2-K15 lebih

luas dibanding tanaman standar; terdapat 18 galur dari R1-K0, 13 galur dari R2-

K0 dan satu galur dari R2-K15 yang mempunyai bobot kering lebih besar

daripada tanaman standar (Gambar 15).

Pada kondisi cekaman PEG 15%, rataan tinggi tanaman populasi R1-K0,

R2-K0 dan R2-K15 nyata lebih rendah, tetapi rataan jumlah daun tidak nyata

berbeda dengan tanaman standar. Rataan bobot basah tajuk dari populasi R2-

K0 nyata lebih tinggi dibanding tanaman standar, R1-K0 dan R2-K15;

sedangkan rataan bobot kering tajuk populasi R1-K0 nyata lebih tinggi dibanding

tiga populasi lain. Nilai ragam untuk semua peubah pada populasi R1-K0, R2-K0

dan R2-K15 secara umum lebih besar daripada tanaman standar (Tabel 14).

Kisaran jumlah daun pada populasi R2-K0, R1-K0 dan R2K15 sama dengan

Page 105: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

81

tanaman standar (Gambar 14). Delapan galur R2-K0 mempunyai bobot kering

tajuk lebih tinggi daripada tanaman standar (Gambar 15).

Pada empat populasi yang diteliti, cekaman PEG 15% nyata menurunkan

bobot basah akar, tetapi tidak berpengaruh terhadap bobot kering akar Cekaman

PEG 15% nyata menurunkan panjang akar primer pada populasi tanaman

standar, sebaliknya pada populasi R1-K0 dan R2-K0 nyata meningkatkan dan

pada R2-K15 tidak berpengaruh terhadap panjang akar primer. (Tabel 15,

Gambar 18.c dan 18.d).

Dalam kondisi optimum, rataan bobot basah dan bobot kering akar dari

populasi R1-K0, R2-K0 dan R2-K15 nyata lebih rendah daripada tanaman

standar, tetapi rataan panjang akar tidak berbeda dengan tanaman standar. Nilai

ragam bobot kering ketiga populasi tersebut lebih tinggi daripada tanaman

standar (Tabel 15).

Tabel 14. Rataan nilai dan ragam tinggi tanaman, jumlah daun, bobot basah dan bobot kering tajuk tanaman kacang tanah kultivar Kelinci populasi standar, R1-K0, R2-K0 dan R2-K15 dalam kondisi optimum dan cekaman PEG 15%

Populasi Rataan nilai pada kondisi Ragam pada kondisi

Optimum Cekaman Optimum Cekaman Tinggi tanaman (cm) Standar 21,28 aA 6,37 bA 9,30 2,31 R1-K0 14,01 aB 5,77 bB 55,00 5,79 R2-K0 12,39 aB 5,62 bB 60,84 4,84 R2-K15 15,52 aB 5,71 bB 36,36 4,57 Jumlah daun Standar 18,75 aA 10,25 bA 15,58 4,41 R1-K0 17,20 aA 10,23 bA 42,25 6,76 R2-K0 14,51 aB 9,46 bA 22,65 9,92 R2-K15 16,90 aA 9,35 bA 16,72 7,84 Bobot basah tajuk (g) Standar 11,88 aA 2,75 bB 5,15 0,42 R1-K0 12,90 aA 2,83 bB 24,16 0,35 R2-K0 11,01 aA 3,21 bA 21,71 1,41 R2-K15 12,13 aA 2,81 bB 10,89 0,74 Bobot kering tajuk (g) Standar 1,84 aB 0,57 bA 0,13 0,02 R1-K0 2,51 aA 0,33 bB 1,02 0,01 R2-K0 1,66 aB 0,51 bA 0,55 0,03 R2-K15 1,42 aB 0,38 bB 0,75 0,02 Keterangan : Angka dalam satu baris yang diikuti oleh huruf kecil yang sama, atau angka dalam satu kolom dan satu peubah yang diikuti oleh huruf kapital yang sama berarti tidak berbeda nyata berdasarkan uji DMRT pada taraf signifikansi 5%

Page 106: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

82

Dalam kondisi opimum terdapat 12 galur dari populasi R1-K0, 15 galur

R2-K0 dan dua galur R2-K15 yang mempunyai bobot akar kering nyata lebih

besar dari tanaman standar (Gambar 16), dan empat galur dari populasi R1-K0,

lima galur R2-K0 dan empat galur R2-K15 yang mempunyai panjang akar nyata

lebih panjang dibanding tanaman standar (Gambar 17).

Dalam kondisi cekaman PEG, rataan bobot basah dan bobot kering akar

populasi R1-K0, R2-K0 dan R2-K15 tidak berbeda nyata dengan tanaman

standar, sebaliknya rataan panjang akar ketiga populasi tersebut nyata lebih

tinggi dibanding tanaman standar. Nilai ragam untuk bobot basah, bobot kering

dan panjang akar pada tiga populasi tersebut bervariasi, ada yang lebih rendah,

sama atau lebih tinggi dibanding tanaman standar (Tabel 15).

Optimum

1 3 6 21 512 8 99

43

62

29

71

13

35 36

10

0

30

60

90

A B C D E

Jum

lah

galu

r

Cekaman

110

1620

9

36

95

1723

59

10

0

30

60

90

120

A B C D EKisaran jumlah daun per tanaman

Jum

lah

galu

r

Gambar 14. Distribusi frekuensi jumlah daun per tanaman pada populasi tanaman standar,tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro dalam kondisi optimum dan cekaman PEG 15%. Tanaman standar ( ), R1-K0 ( ), R2-K0 ( ), dan R2-K15 ( ). Kisaran jumlah daun per tanaman A (x<8), B (8≤x<13), C (13≤x<18), D (18≤x<23), E (23≤x<28)

Page 107: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

83

Optimum

4 81 6 10 13

5

24

5063

1312

55

27

10

30

60

90

A B C D E

Jum

lah

galu

r

Cekaman

1235

140

8

92

0

60

120

180

A B C D EKisaran bobot tajuk kering (g)

Jum

lah

galu

r

Gambar 15. Distribusi frekuensi bobot tajuk kering pada populasi tanaman

standar,tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro dalam kondisi optimum dan cekaman PEG 15%. Tanaman standar ( ), R1-K0 ( ), R2-K0 ( ), dan R2-K15 ( ). Kisaran bobot tajuk kering A (x<0,84), B (0,84≤x<1,68), C (1,68≤x<2,52), D (2,52≤x<3,36), E (3,36≤x<4,2)

Tabel 15. Rataan nilai dan ragam bobot basah, bobot kering akar dan panjang

akar primer tanaman kacang tanah kultivar Kelinci populasi standar, R1-K0, R2-K0 dan R2-K15 dalam kondisi optimum dan cekaman PEG 15%

Populasi Rataan nilai pada kondisi Ragam pada kondisi Optimum Cekaman Optimum Cekaman

Bobot basah akar (g) Standar 5,61 aA 2,59 bA 4,41 0,49 R1-K0 4,34 aB 3,21 bA 5,47 15,37 R2-K0 3,94 aB 3.06 bA 2,46 0,08 R2-K15 4,03 aB 2,61 bA 2,22 0,49 Bobot kering akar (g) Standar 0,59 aA 0,52 aA 0,08 0,02 R1-K0 0,46 aB 0,42 aA 0,55 0,02 R2-K0 0,39 aB 0,40 aA 0,25 0,02 R2-K15 0,44 aB 0,42 aA 2,75 0,01 Panjang akar primer Standar 16,77 aA 14,43 bB 11,28 21,16 R1-K0 15,12 bA 17,81 aA 16,81 39,69 R2-K0 15,88 bA 17,79 aA 14,44 42,25 R2-K15 17,25 aA 16,58 aA 5,76 37,21

Keterangan : Angka dalam satu baris yang diikuti oleh huruf kecil yang sama, atau angka dalam satu kolom dan satu peubah yang diikuti oleh huruf kapital yang sama berarti tidak berbeda nyata berdasarkan uji DMRT pada taraf signifikansi 5%

Page 108: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

84

Optimum

1 7 48 312 8 4

37 39

59

10 516

54

23

20

30

60

90

A B C D E

Jum

lah

galu

r

Cekaman

17 4

16 163

21

6854

2 311

54

26

10

30

60

90

A B C D E

Kisaran bobot akar kering (g)

Jum

lah

galu

r

Gambar 16. Distribusi frekuensi bobot akar kering pada populasi tanaman

standar, tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro dalam kondisi optimum dan cekaman PEG 15%. Tanaman standar ( ), R1-K0 ( ), R2-K0 ( ), dan R2-K15 ( ). Kisaran bobot akar kering A (x<0,24), B (0,24≤x<0,48), C (0,48≤x<0,72), D (0,72≤x<0,96), E (0,96≤x<1,2)

Optimum

39

114 16

49

70 66

4 13

43 45

3 10

30

60

90

A B C D E

Jum

lah

galu

r

Cekaman

1 6 2 3418

103

15

4452

30

76

30 35

165

0

30

60

90

A B C D EKisaran panjang akar (cm)

Jum

lah

galu

r

Gambar 17. Distribusi frekuensi panjang akar pada populasi tanaman standar,

tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro dalam kondisi optimum dan cekaman PEG 15%. Tanaman standar ( ), R1-K0 ( ), R2-K0 ( ), dan R2-K15 ( ). Kisaran panjang akar A (x<9,2), B (9,2≤x<15,9), C (15,9≤x<22,6), D (22,6≤x<29,3), E (29,3≤x<36)

Page 109: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

85

Gambar 18. Keragaan tanaman kacang tanah kultivar Kelinci yang tumbuh dalam kondisi optimum dan dalam kondisi cekaman akibat penyiraman PEG 15%. a. tanaman R2-K15 dalam kondisi optimum (kiri) dan cekaman (kanan), b. tanaman R2-K0 dalam kondisi optimum (kiri) dan cekaman (kanan), c. anaman standar dalam kondisi optimum (kiri) dan cekaman (kanan), d. tanaman R1-K0 (kiri) dan standar (kanan) dalam kondisi cekaman, e. tanaman R2-K0 (kiri), R2-K15 (tengah) dan standar (kanan) dalam kondisi cekaman

Terdapat tiga galur dari populasi R1-K0, lima galur R2-K0 dan satu galur

R2-K15 mempunyai bobot akar kering nyata lebih besar daripada tanaman

standar (Gambar 16), dan tujuh galur R2-K0 serta lima galur R2-K15 yang

mempunyai panjang akar nyata lebih besar daripada tanaman standar (Gambar

17).

Toleransi terhadap Cekaman PEG Berdasarkan nilai IKD, populasi tanaman standar termasuk agak peka,

sedangkan populasi R1-K0 bersegregasi menjadi empat galur peka, satu galur

agak peka dan dua galur agak toleran. Populasi R2-K0 bersegregasi menjadi 11

galur peka, 14 galur agak peka dan lima galur agak toleran; populasi R2-K15

bersegregasi menjadi delapan galur peka, 10 galur agak peka dan satu galur

agak toleran (Gambar 19) .

Berdasarkan nilai S atau ISK yang dihitung menggunakan biomassa

tanaman, tanaman standar tergolong medium toleran terhadap cekaman PEG.

Tanaman dalam populasi R1-K0 bersegregasi menjadi peka dan medium toleran

masing-masing sebanyak enam galur dan satu galur; populasi R2-K0

bersegregasi menjadi 14 galur peka, 12 galur medium toleran dan empat galur

toleran; dan populasi R2-K15 bersegregasi menjadi 10 galur peka, tujuh galur

medium toleran dan dua galur toleran terhadap cekaman PEG (Gambar 20).

a

e

b c

d

Page 110: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

86

0

4

118

41

14

10

02

5

10

5

10

15

20

Standar R1K0 R2K0 R2K15

jum

lah

galu

r

P AP AT

Gambar 19. Distribusi frekuensi respon terhadap cekaman PEG 15% pada

tanaman standar, R1-K0, R2-K0, dan R2-K15 berdasarkan nilai indeks kerusakan daun

0

6

14

10

41

12

7

0 0

42

0

5

10

15

20

Standar R1K0 R2K0 R2K15

jum

lah

galu

r

P M T

Gambar 20. Distribusi frekuensi respon terhadap cekaman PEG 15% pada

tanaman standar, R1-K0, R2-K0, dan R2-K15 berdasarkan indeks sensitivitas terhadap kekeringan yang dihitung menggunakan nilai biomassa

Mekanisme Toleransi terhadap Cekaman PEG Tidak ada hubungan yang berarti antara IKD dengan nisbah akar/tajuk

dan panjang akar primer. Koefisien determinasi (R2) antara IKD dengan nisbah

akar/tajuk dan dengan panjang akar primer sangat kecil, masing-masing sebesar

0,0008 dan 0,0012 (Gambar 21). Di antara ISK dengan nisbah akar/tajuk dan

dengan panjang akar primer juga tidak ada hubungan signifikan. Nilai koefisien

determinasi (R2) antara ISK dengan nisbah akar/tajuk dan panjang akar primer

masing-masing sebesar 0,017 dan 0,119 (Gambar 22) menunjukkan tidak ada

pengaruh nyata kedua peubah tersebut terhadap ISK. Berdasarkan hal ini dapat

dinyatakan bahwa toleransi terhadap cekaman akibat PEG pada tanaman varian

dalam penelitian ini tidak berkait dengan pertumbuhan akar.

Page 111: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

87

y = 0.9684x + 22.352R2 = 0.0008 (ns)

0

10

20

30

40

50

60

0 0.5 1 1.5 2

nisbah akar/tajuk

IKD

y = 25,29 - 0,113 x R2 = 0,0012 (ns)

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30

panjang akar primer (cm)

IKD

Gambar 21. Regresi antara nilai indeks kerusakan daun (IKD) dengan nisbah

akar tajuk dan panjang akar primer pada populasi tanaman standar (x) dan R1-K0, R2-K0 dan R2-K15 yang teridentifikasi agak toleran (■), agak peka (∆) dan peka (♦)

Tabel 16. Biomassa pada kondisi cekaman PEG 15% dan kondisi optimum galur-galur tanaman kacang tanah kultivar Kelinci yang teridentifikasi toleran terhadap cekaman kekeringan berdasarkan nilai S

Galur Nilai S Biomassa (gr) Persentase biomassa pada kondisi cekaman dibanding

optimum (%) Optimum Cekaman

K0-2.3 0,39 1,48 1,14 77 K0-7.3 0,04 1,28 1,25 98 K0-16.4 0,48 1,48 1,05 71 K0-32.5 0,38 1,06 0,82 84 K15-4.5 0,30 0,95 0,78 82 K15-6.2 0,48 1,18 0,84 71 Standar 0,96 2,28 1,18 52

Page 112: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

88

y = 0,85 + 0,0893 x R2 = 0,017 (ns)

0

0.5

1

1.5

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

nisbah akar/tajuk

ISK

4

y = 1,08 - 0,0083 x R2 = 0,119 (ns)

0

0.5

1

1.5

0 5 10 15 20 25 30

panjang akar primer (cm)

ISK

Gambar 22. Regresi antara nilai ISK yang dihitung menggunakan biomassa tanaman dengan nisbah akar/tajuk dan dengan panjang akar populasi tanaman standar (x) dan R1-K0, R2-K0 dan R2-K15 yang teridentifikasi toleran (■), medium toleran (∆) dan peka (♦)

Pembahasan

Pada semua populasi tanaman yang diteliti, yaitu populasi tanaman

standar, populasi tanaman yang diregenerasikan dari embrio somatik hasil kultur

in vitro generasi R1 dan R2 (R1-K0, R2-K0) serta populasi tanaman yang

diregenerasikan dari embrio somatik hasil seleksi in vitro generasi R2 (R2-K15),

cekaman PEG berpengaruh negatif terhadap pertumbuhan tajuk tanaman.

Penyiraman larutan PEG 15% dua hari sekali dalam media tanam nyata

menurunkan tinggi tanaman, jumlah daun, bobot basah tajuk, dan bobot kering

tajuk. Penghambatan pertumbuhan tersebut diduga akibat penambahan larutan

Page 113: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

89

PEG 15% yang setara dengan potensial air -0,50 MPa (Nepomuceno et al. 1998)

menurunkan ketersedian air dalam media tanam sehingga menurunkan pula

jumlah air yang dapat diserap oleh tanaman. Air merupakan komponen vital bagi

pertumbuhan tanaman karena memberikan fasilitas bagi berlangsungnya

berbagai proses fisiologis seperti serapan hara, transportasi, fotosintesis, reaksi

biokimia dan tekanan turgor (Mundree et al. 2002), sehingga penurunan jumlah

masukan air mengakibatkan hambatan pertumbuhan.

Hasil tersebut sejalan dengan hasil penelitian tentang pengaruh cekaman

kekeringan pada beberapa tanaman lain. Kekeringan menurunkan pemanjangan

daun (Schmidhalter et al. 1998), pertumbuhan primordia daun pertama pada

jagung (Zhongjin dan Neumann 1999), berat kering total organ vegetatif,

kecepatan pertumbuhan relatif, dan luas daun Phaseolus vulgaris (Franca et al.

2000), luas helaian daun, jumlah daun per tanaman, luas daun total per

tanaman, dan rasio akar/batang pada empat spesies Quercus (Fotelli et al.

2000).

Berbeda dengan pengaruh cekaman PEG terhadap tajuk, secara umum

cekaman PEG tidak berpengaruh negatif terhadap pertumbuhan akar, bahkan

dapat meningkatkan panjang akar pada populasi R1-K0 dan R2-K0. Hasil ini

sejalan dengan hasil penelitian pada Aegilops biuncialis genotype Ae225 dan

Ae550. Cekaman kekeringan akibat penambahan PEG 6000 mengakibatkan

peningkatan pertumbuhan akar sehingga meningkatkan pula nisbah akar/tajuk

(Molnar et al 2004).

Respon pertumbuhan yang ditunjukkan oleh akar pada umumnya berbeda

dengan respon pertumbuhan tajuk terhadap cekaman kekeringan. Perbedaan

tersebut diduga terjadi akibat perbedaan sensitivitas akar dan batang (tajuk)

terhadap absisic acid (ABA). ABA yang terakumulasi sebagai respon terhadap

cekaman kekeringan merupakan hormon yang berperan dalam penghambatan

pertumbuhan. Jaringan akar kurang sensitif terhadap ABA dibandingkan batang

(Creelman et al. 1990), sehingga pertumbuhan akar lebih baik daripada batang

dalam kondisi cekaman kekeringan. Pertumbuhan akar yang stabil atau

meningkat tersebut diduga merupakan salah satu upaya adaptasi tanaman untuk

mempertahankan kemampuan menyerap air dalam kondisi lingkungan dengan

ketersediaan air yang rendah.

Dalam kondisi optimum, pertumbuhan tajuk tanaman yang berasal dari

kultur dan seleksi in vitro (populasi R1-K0, R2-K0 dan R2-K15) secara umum

Page 114: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

90

tidak berbeda atau lebih rendah dibandingkan pertumbuhan tanaman standar,

tergantung populasi atau peubah yang diamati. Fenomena yang sama terjadi

pada pertumbuhan akar. Adanya perbedaan respon dengan tanaman standar

karena pada sebagian tanaman yang diregenerasikan dari kultur in vitro diduga

telah terjadi perubahan genetik yang mengakibatkan perubahan atau hambatan

ekspresi gen yang mengendalikan pertumbuhan tajuk atau akar dalam kondisi

optimum.

Dalam kondisi cekaman PEG, fenomena yang terjadi pada pertumbuhan

tajuk berbeda dengan pada pertumbuhan akar. Pertumbuhan tajuk pada populasi

R1-K0, R2-K0 dan R2-K15 tidak berbeda atau lebih rendah dibanding tanaman

standar; tetapi pertumbuhan akar pada tiga populasi tersebut tidak berbeda atau

lebih tinggi dibanding tanaman standar. Hal ini terjadi karena kondisi in vitro

diduga telah mengubah atau menghambat gen atau ekspresi gen yang

mengendalikan pertumbuhan tajuk tetapi tidak berdampak negatif bahkan

meningkatkan pertumbuhan akar dalam kondisi cekaman PEG.

Populasi tanaman yang diregenerasikan melalui kultur atau seleksi in vitro

mempunyai nilai ragam yang lebih besar dibanding tanaman standar untuk

beberapa peubah pertumbuhan tertentu. Selain itu untuk beberapa peubah

pertumbuhan dan kondisi tertentu (optimum atau cekaman) distribusi frekuensi

pada populasi-populasi tersebut lebih luas dibanding tanaman standar Dalam

populasi-populasi yang diteliti terdapat beberapa galur yang mempunyai nilai

peubah di luar rentang nilai (lebih besar atau lebih kecil) tanaman standar.

Misalnya untuk peubah bobot kering tajuk pada kondisi optimum, terdapat 18

galur dari populasi R1-K0, 13 galur dari R2-K0 dan satu galur dari R2-K15 yang

mempunyai bobot kering lebih besar daripada tanaman standar. Hal ini

menunjukkan galur-galur tanaman tersebut berkembang dari embrio somatik

yang merupakan varian somaklonal untuk karakter kuantitatif.

Berdasarkan nilai IKS yang dihitung menggunakan peubah biomassa

tanaman, tanaman standar tergolong medium toleran terhadap cekaman PEG.

Tanaman dalam populasi R1-K0 bersegregasi menjadi peka dan medium toleran

masing-masing sebanyak enam galur dan satu galur; populasi R2-K0

bersegregasi menjadi 14 galur peka, 12 galur medium toleran dan empat galur

toleran; dan populasi R2-K15 bersegregasi menjadi 10 galur peka, tujuh galur

medium dan dua galur toleran terhadap cekaman PEG. Hal ini diduga karena

Page 115: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

91

genotipe tanaman generasi R0 mempunyai genotipe heterozigot sehingga dapat

mengalami segregasi pada turunannya.

Galur toleran yang efektif ditanam dalam budidaya di lahan kering adalah

galur yang dalam kondisi optimum maupun cekaman mempunyai biomassa lebih

besar dibanding tanaman standar. Berdasar nilai IKS tersebut di atas, dari

tanaman standar yang diidentifikasi medium toleran dapat diperoleh enam galur

tanaman yang toleran terhadap cekaman kekeringan. Di antara enam galur

tersebut, tidak ada satupun yang mempunyai biomassa di atas tanaman standar

dalam kondisi optimum sekaligus dalam kondisi cekaman (Tabel 16).

Biomassa tanaman kacang tanah yang diidentifikasi toleran pada kondisi

cekaman mencapai 71 – 98% dari biomassa pada kondisi optimum (Tabel 16),

sedangkan pada kacang tanah standar yang medium toleran hanya mencapai

52%. Hasil penelitian ini sejalan dengan hasil penelitian pada Aegilops biuncialis

dan Triticum sativum. Akibat penambahan PEG 6000 pada media tanam, terjadi

penghambatan pertumbuhan akar dan batang A. biuncialis dan T. sativum yang

mengakibatkan penurunan produksi biomassa atau total bobot kering akar dan

tajuk. Pada genotipe A. biuncialis yang berasal dari daerah kering produksi

biomassa dalam kondisi cekaman PEG mencapai 70 – 78 % dibanding kontrol,

sedangkan pada genotipe gandum hanya 50% (Molnar et al. 2004). Genotipe

yang toleran terhadap cekaman kekeringan atau yang teradaptasi pada

lingkungan kering diduga mempunyai kemampuan mempertahankan potensial

air daun agar tetap relatif tinggi sehingga aktivitas pembukaan stomata berjalan

normal dan kecepatan fotosintesis juga mendekati kecepatan pada kondisi

optimum. Mekanisme tersebut terjadi pada kapas. Pada cekaman kekeringan

yang diinduksi oleh PEG 6000, genotipe kapas yang toleran terhadap kekeringan

dapat mempertahankan potensial air daun sedemikian sehingga hanya menurun

20 – 25% dari kontrol (Nepomuceno et al. 1998).

Penentuan toleransi terhadap cekaman kekeringan berdasarkan nilai

indeks kerusakan daun (IKD), menghasilkan temuan yang berbeda dengan

penentuan yang berdasarkan nilai IKS. Berdasarkan nilai IKD, populasi tanaman

standar termasuk agak peka, sedangkan populasi R1-K0 bersegregasi menjadi

empat galur peka, satu galur agak peka dan dua galur agak toleran. Populasi R2-

K0 bersegregasi menjadi 11 galur peka, 14 galur agak peka dan lima galur agak

toleran; populasi R2-K15 bersegregasi menjadi 8 galur peka, 10 galur agak peka

dan satu galur agak toleran. Berdasarkan nilai IKD, tidak ditemukan galur toleran

Page 116: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

92

di antara tanaman-tanaman yang diregenerasikan dari kultur atau seleksi in vitro.

Walaupun demikian, kultur dan seleksi in vitro telah dapat menghasilkan

tanaman yang toleransinya meningkat dibanding tanaman standar, yaitu dari

tanaman agak peka dapat menghasilkan tanaman agak toleran.

Tingkat toleransi tanaman yang ditentukan berdasarkan nilai IKS berbeda

dengan yang ditentukan berdasar nilai IKD. Perbedaan ini dapat terjadi karena

organ yang dipakai sebagai dasar penentuan berbeda. Nilai IKS didasarkan

pada pertumbuhan organ-organ tanaman secara keseluruhan, sedangkan IKD

didasarkan atas kerusakan atau perubahan morfologi daun. Karena sensitivitas

organ-organ terhadap kekeringan berbeda, maka nilai IKS dan IKD pada

tanaman yang sama mungkin berbeda.

Hubungan antara nisbah akar/tajuk dengan toleransi tanaman kacang

tanah terhadap cekaman kekeringan tidak signifikan dan koefisien determinasi

antara kedua peubah tersebut dengan IKS dan dengan IKD sangat rendah.

Demikian pula nilai koefisien determinasi antara panjang akar primer dengan

IKS dan IKD tidak signifikan dan sangat rendah. Hal ini menunjukkan bahwa

pertumbuhan akar tidak berhubungan erat dengan atau menjadi faktor penentu

toleransi tanaman terhadap cekaman kekeringan. Hasil penelitian ini berbeda

dengan hasil penelitian sebelumnya yang menunjukkan bahwa kacang tanah

yang relatif toleran terhadap cekaman kekeringan mempunyai sistem perakaran

yang besar (Robertson et al. 1980), sistem perakaran yang dalam (Setiawan

1998), dan rasio bobot kering akar/pucuk yang tinggi (Blum 1996). Dengan

demikian mekanisme toleransi terhadap cekaman kekeringan pada galur-galur

kacang tanah dalam penelitian ini diduga berbeda dengan mekanisme toleransi

pada kacang tanah pada umumnya, perlu dievaluasi lebih lanjut.

Simpulan

Cekaman akibat penyiraman PEG 15% pada fase vegetatif menurunkan

tinggi tanaman, jumlah daun, bobot basah tajuk dan bobot kering tajuk, tetapi

tidak berpengaruh negatif terhadap pertumbuhan akar. Respon pertumbuhan

tanaman yang diregenerasikan melalui kultur atau seleksi in vitro terhadap

cekaman PEG mempunyai ragam yang lebih besar dan distribusi frekuensi yang

lebih luas dibanding tanaman standar untuk beberapa peubah pertumbuhan

tertentu.

Page 117: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

93

Kultur in vitro dan seleksi in vitro dapat menghasilkan tanaman dengan

tingkat toleransi yang lebih tinggi terhadap cekaman PEG dibandingkan tanaman

standar. Berdasarkan nilai indeks sensitivitas terhadap kekeringan yang dihitung

menggunakan peubah biomassa tanaman, semua tanaman standar tergolong

medium toleran, sedangkan di antara tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro

terdapat enam galur tanaman yang toleran terhadap cekaman PEG.

Berdasarkan nilai indeks kerusakan daun, tanaman standar termasuk agak peka,

sedangkan di antara tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro terdapat delapan

galur agak toleran.

Nisbah akar/tajuk dan panjang akar tidak menunjukkan hubungan yang

berarti dengan toleransi tanaman terhadap cekaman PEG

Page 118: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

VII. TOLERANSI GALUR KACANG TANAH HASIL KULTUR DAN SELEKSI IN VITRO TERHADAP CEKAMAN KEKERINGAN

Abstrak Variasi somaklonal pada kacang tanah untuk karakter kualitatif dan kuantitatif dapat terjadi melalui kultur dan seleksi in vitro. Diduga kultur dan seleksi in vitro juga dapat menghasilkan tanaman varian yang toleran terhadap kekeringan. Tujuan percobaan adalah 1) membandingkan respon pertumbuhan antara tanaman kacang tanah cv. Kelinci hasil kultur dan hasil seleksi in vitro dengan tanaman standar, 2) membandingkan tingkat toleransi terhadap cekaman kekeringan antara tanaman kacang tanah cv. Kelinci hasil kultur dan seleksi in vitro dengan tanaman standar, 3) menduga mekanisme toleransi tanaman kacang tanah cv. Kelinci terhadap cekaman kekeringan. Benih ditanam pada media campuran tanah, kompos dan pasir (2:1:1, v/v) dalam polibag yang ditempatkan di rumah kaca. Perlakuan cekaman kekeringan dilakukan mulai umur 12–80 hari setelah tanam secara individual dengan membiarkan tanaman tidak disiram sampai menunjukkan gejala layu pada 75% dari seluruh jumlah daun per tanaman, kemudian disiram sampai kapasitas lapang dan setelah itu diberi perlakuan cekaman kekeringan kembali dan seterusnya. Berdasarkan hasil penelitian disimpulkan 1) dalam kondisi optimum tanaman kacang tanah cv. Kelinci hasil kultur in vitro dan seleksi in vitro mempunyai pertumbuhan vegetatif dan generatif yang lebih rendah, tetapi dalam kondisi cekaman kekeringan lebih tinggi dibandingkan tanaman standar; tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro mempunyai nilai ragam yang lebih besar dan distribusi frekuensi yang lebih luas dibanding tanaman standar untuk beberapa peubah pertumbuhan, 2) diperoleh sembilan galur tanaman kacang tanah cv. Kelinci hasil kultur dan seleksi in vitro yang toleran terhadap cekaman kekeringan, dua di antaranya mempunyai jumlah polong bernas lebih tinggi dibandingkan tanaman standar, baik pada kondisi optimum maupun cekaman, 3) terdapat hubungan yang signifikan antara densitas stomata dan peningkatan kandungan prolina total jaringan dengan tingkat toleransi kacang tanah cv. Kelinci terhadap cekaman kekeringan, tetapi tidak ada hubungan yang berarti antara panjang akar primer dan nisbah akar/tajuk dengan tingkat toleransi terhadap cekaman kekeringan. Kata kunci : toleransi terhadap kekeringan, kultur in vitro, seleksi in vitro,

prolina, densitas stomata

Page 119: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

95

Abstract

In vitro culture and in vitro selection have been proved to result somaclonal variation on peanut, both qualitative and quantitative characters. In vitro culture and in vitro selection were estimated to result variant plant with drought stress tolerance. The aims of this study were to 1) compare the growth response between Kelinci cultivar of peanut plants regenerated from in vitro cultured and in vitro selected somatic embryos with plant regenerated from seed as control cultivar, 2) compare the tolerance level to drought stress of Kelinci cultivar of peanut plants regenerated from in vitro cultured and in vitro selected somatic embryo, with control plant, and 3) estimate the mechanism of Kelinci cultivar of peanut plants tolerance to drought stress. Progeny of peanut plants regenerated from in vitro cultured and in vitro selected embryo somatic and control plants were grown individually in polybag (50 cm diameter) containing a mixture of top-soil, sand and manure (2:1:1, v/v). These plants divided into two groups. One group subjected to stress condition individually during vegetative and generative periods (12 – 80 days after planting) by watering them only after their 75% leaves have wilted; the other group was grown optimally by watering every two days. The results of the experiment indicated 1) peanut plants regenerated from in vitro cultured and in vitro selected somatic embryo had lower vegetative and generative growth than the control cultivar in optimally condition, but in stress condition they had higher vegetative and generative growth, 3) peanut plants regenerated from in vitro cultured and in vitro selected somatic embryos had bigger varians and broader frequency distribution than control cultivar for some growth parameters, 4) nine lines of progeny of peanut plants regenerated from in vitro cultured and in vitro selected somatic embryo had drought stress tolerance character, and two of them had higher fertile pod number than original cultivar, both in optimally and stress condition, 5) there are significant correlation between the stomata density and leaf total proline content with drought stress tolerance level of peanut plants, while there are no significant correlation between root/shoot ratio and primary root length with drought stress tolerance level of peanut plant. Key words: drought tolerance, in vitro culture, in vitro selection, proline, peanut,

stomata density

Page 120: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

96

Pendahuluan

Tanaman yang toleran/tahan terhadap kekeringan secara fisiologis

mempunyai kemampuan menjaga keseimbangan osmotik dalam sel-selnya

dengan meningkatkan penyerapan air dan menurunkan kehilangan air.

Kemampuan meningkatkan penyerapan air ditunjukkan oleh adanya sistem

perakaran yang besar (Robertson et al. 1980), atau adanya osmolit yang

menurunkan potensial air dalam sel (Mundree 2002). Salah satu osmolit yang

dapat menentukan tingkat toleransi kacang tanah terhadap kekeringan adalah

prolina yang terkandung dalam sel-sel daun (Sudarsono et al. 2004).

Kemampuan menurunkan kehilangan air ditunjukkan dengan indeks luas daun

yang rendah (Blum 1996), jumlah stomata per satuan luas yang relatif rendah

dan rate of water-leaf loss yang rendah pula (Syahputra 2005).

Pada kacang tanah tipe Valencia dan Spanish, sistem perakaran yang

dalam dan sudut percabangan yang besar memainkan peran penting dalam

toleransi terhadap kekeringan. Berdasar hal ini panjang akar primer dapat

dijadikan sebagai dasar untuk mengevaluasi toleransi terhadap kekeringan

(Setiawan 1998). Ciri yang harus diamati untuk menentukan toleransi cekaman

kekeringan antara lain bobot kering organ vegetatif saat panen dan berat kering

polong (Rachaputi dan Wright 2003).

Beberapa kultivar kacang tanah Indonesia telah diidentifikasi toleran

terhadap cekaman kekeringan melalui mekanisme pembentukan akar yang

dalam dan bercabang banyak. Mekanisme ini membutuhkan fotosintat yang

relatif besar dan diduga berdampak negatif terhadap daya hasil. Oleh karena itu

galur yang mempunyai sifat tahan dengan mekanisme baru yang tidak

berdampak negatif terhadap hasil lebih diinginkan. Hal tersebut dapat dilakukan

melalui induksi variasi somaklonal. Dari penelitian sebelumnya diketahui variasi

somaklonal tampak pada beberapa karakter kualitatif dan karakter kuantitatif.

Melalui variasi somaklonal diharapkan juga terdapat peluang memperoleh galur

kacang tanah varian yang toleran terhadap cekaman kekeringan dengan

mekanisme baru.

Variasi somaklonal terjadi secara acak pada berbagai karakter. Untuk

meningkatkan peluang mendapatkan varian dengan karakter yang diinginkan

dapat dilakukan seleksi menggunakan bahan penyeleksi yang sesuai. Dari

percobaan sebelumnya telah diketahui bahwa PEG-6000 merupakan bahan

penyeleksi yang tepat untuk menapis varian yang toleran terhadap cekaman

Page 121: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

97

kekeringan (Rahayu et al. 2005), dengan konsentrasi sub-letal sebesar 15%

(Rahayu et al. 2006). Dengan demikian embrio somatik yang mampu hidup

dalam media selektif yang mengandung PEG 15% diharapkan mempunyai

karakter yang insensitif atau toleran terhadap potensial air rendah.

Evaluasi toleransi terhadap cekaman kekeringan dilakukan dengan

menumbuhkan tanaman di pot, diletakkan di rumah kaca, serta mengatur

frekuensi dan volume penyiraman sehingga tanaman mengalami cekaman

kekeringan. Penentuan cekaman kekeringan dilakukan secara individual.

Percobaan bertujuan untuk 1) membandingkan respon pertumbuhan antara

tanaman kacang tanah cv. Kelinci hasil kultur dan hasil seleksi in vitro dengan

tanaman standar, 2) membandingkan tingkat toleransi terhadap cekaman

kekeringan antara tanaman kacang tanah cv. Kelinci hasil kultur dan seleksi in

vitro dengan tanaman standar, 3) menduga mekanisme toleransi tanaman

kacang tanah cv. Kelinci terhadap cekaman kekeringan.

Bahan dan Metode Bahan Tanaman

Bahan yang diperlukan adalah tanaman kacang tanah cv. Kelinci yang

tidak diregenerasikan melalui kultur in vitro sebagai tanaman standar, tanaman

kacang tanah cv. Kelinci zuriat dari tanaman yang diregenerasikan dari embrio

somatik (ES) hasil kultur in vitro (populasi R1-K0 dan R2-K0) dan dari ES hasil

seleksi in vitro dalam PEG 15% atau populasi R2-K15 (Tabel 17).

Tabel 17. Nomor-nomor galur generasi R1 dan R2 dari populasi K0 dan

generasi R2 dari populasi K15 yang dievaluasi toleransinya terhadap cekaman kekeringan

No K0 K15 R1 R2 R2

1 K0-11 K0-2.1 K15-1.2 2 K0-13 K0-2.3 K15-4.3 3 K0-16 K0-2.10 K15-4.6 4 K0-20 K0-7.3 K15-4.10 5 K0-30 K0-11.3 K15-5.1 6 K0-32 K0-13.7 K15-5.2 7 K0-13.10 K15-5.8 8 K0-16.1 K15-5.10 9 K0-16.6 K15-6.1

10 K0-22.5 11 K0-30.112 K0-32.5

Page 122: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

98

Evaluasi Respon terhadap Cekaman Kekeringan Penyiapan media tanam dan penanaman benih. Media tanam berupa

tanah, kompos dan pasir dengan perbandingan 1:1:1 (v/v), dimasukkan dalam

polibag berdiameter 50 cm. Media disterilkan dengan menyiramkan larutan

formalin, ditutup dengan lembaran plastik selama satu minggu kemudian

dibiarkan terbuka. Untuk setiap galur tanaman ditanam minimal lima benih

dengan satu benih per pot. Jarak antar pot adalah 0,4 m di dalam baris dan 0,5

m antar baris. Sebagai kontrol genotipe (tanaman standar) adalah kacang tanah

kultivar Kelinci yang ditanam dari benih yang tidak melalui kultur in vitro.

Tanaman kontrol ditanam dalam baris di antara tanaman varian somaklonal

dengan rasio empat baris tanaman varian somaklonal dan satu baris tanaman

kontrol.

Pemberian perlakuan cekaman kekeringan. Perlakuan cekaman

kekeringan diberikan pada fase vegetatif dan generatif. Tanaman disiram sampai

dengan kapasitas lapang dari awal tanam sampai umur 12 hari. Kapasitas lapang

ditentukan dengan menyiramkan air pada media sampai jenuh, yang ditunjukkan

dengan tidak adanya air yang menetes dari lubang di dasar pot. Perlakuan

cekaman kekeringan dilakukan secara individual dengan membiarkan suatu

tanaman tidak disiram sampai menunjukkan gejala layu pada 75% dari seluruh

jumlah daun tanaman tersebut, kemudian disiram sampai kapasitas lapang dan

setelah itu diberi perlakuan cekaman kekeringan kembali dan seterusnya.

Dengan perlakuan demikian diharapkan tidak ada tanaman yang escaped atau

terhindar dari cekaman kekeringan. Perlakuan kontrol diberikan dengan

menyiramkan air sampai kondisi kapasitas lapang dua hari sekali.

Pemeliharaan tanaman dan pemanenan. Tanaman dipelihara di rumah

kaca dengan metode budidaya kacang tanah standar, yang meliputi pemupukan,

pengendalian gulma dan penyakit sesuai kebutuhan, dan penyiraman sesuai

perlakuan cekaman kekeringan. Pemanenan dilakukan sampai saat polong

mencapai umur fisiologis atau 110 – 120 hari setelah tanam, atau dengan tanda-

tanda sebagai berikut: 1) daun telah mulai kering atau luruh, 2) kulit polong telah

mengeras, atau bagian dalam berwarna coklat; biji telah berisi penuh, kulit tipis

dan berwarna mengkilat. Kondisi polong diketahui dengan jalan mencabut

sebagian dari tanaman untuk diamati polongnya.

Pengamatan respon tanaman terhadap cekaman kekeringan. Pengamatan

dilakukan pada saat panen, pot disiram terlebih dahulu kemudian tanaman

Page 123: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

99

diambil dengan hati-hati agar tidak ada bagian akar yang terputus. Tanaman

dicuci di bawah air mengalir untuk membersihkan media tanam yang masih

melekat pada akar. Peubah-peubah yang diamati untuk mengetahui respon

tanaman terhadap kekeringan meliputi jumlah hari setelah perlakuan ketika

tanaman mati, jumlah dan persentase tanaman mati (setiap dua hari, sampai

empat minggu setelah perlakuan), tinggi tanaman, jumlah cabang primer, jumlah

buku pada batang utama, jumlah daun, panjang akar primer, bobot basah dan

kering akar, bobot basah dan kering tajuk, jumlah polong total, dan jumlah polong

bernas. Bobot kering diperoleh dengan menyimpan akar atau tajuk di dalam oven

bersuhu 80oC selama 3 hari.

Evaluasi Toleransi Tanaman terhadap Cekaman Kekeringan Untuk mengevaluasi toleransi tanaman terhadap kekeringan dipakai

peubah indeks sensitivitas kekeringan (ISK atau S). Indeks sensitivitas

kekeringan ditentukan dengan menggunakan rumus yang dikemukakan Fischer

dan Maurer (1978).

( 1- Yp/Y) ISK = ---------------------- (1 – Xp/X)

ISK : Indeks sensitivitas kekeringan

Yp : rata-rata nilai peubah tertentu suatu galur yang mendapatkan cekaman kekeringan

Y : rata-rata nilai peubah tertentu suatu galur yang tidak mendapatkan cekaman kekeringan

Xp : rata-rata nilai peubah tertentu seluruh galur yang mendapatkan cekaman kekeringan

X : rata-rata nilai peubah tertentu seluruh galur yang tidak mendapatkan cekaman kekeringan

Untuk menentukan tingkat sensitivitas terhadap cekaman kekeringan

digunakan kriteria sebagai berikut : ISK ≤ 0,5 bersifat toleran; 0,5 < ISK ≤

1,00 bersifat agak toleran atau medium toleran, dan ISK >1,00 bersifat peka.

Peubah yang digunakan untuk mengukur tingkat sensitivitas terhadap cekaman

kekeringan adalah jumlah polong bernas.

Analisis Mekanisme Toleransi terhadap Cekaman Kekeringan Analisis mekanisme toleransi yang diamati adalah karakteristik fisiologis

dan anatomis, yaitu kandungan prolina total daun, densitas stomata, dan nisbah

Page 124: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

100

akar/tajuk. Analisis kandungan prolina dilakukan pada daun ke 2 – 5 dari pucuk

pada tanaman contoh yang telah mengalami cekaman kekeringan enam kali

pada periode vegetatif dan generatif, serta pada tanaman contoh yang tidak

diberi cekaman kekeringan.

Analisis kadar prolina. Analisis kadar prolina dilakukan berdasarkan

metode Bates et al. (1973). Potongan daun yang telah dikeringkan

(menggunakan silica gel) ditimbang seberat 0,2 g, dihaluskan dan dihomogenasi

dengan 9 ml asam sulfosalisilat 3%. Volume supernatan ditera kembali hingga

mencapai 10 ml. Campuran disentrifugasi pada kecepatan 5000 rpm selama lima

menit, supernatan yang diperoleh kemudian dipisahkan. Untuk mendeteksi

prolina, 2 ml supernatan direaksikan dengan 2 ml larutan ninhidrin dan asam

asetat glacial dalam tabung reaksi dan dipanaskan pada penangas air dengan

suhu 100oC selama 60 menit. Reaksi diakhiri dengan menginkubasikan larutan

dalam es selama 5 menit. Hasil reaksi diekstraksi dengan 4 ml toluene sehingga

terbentuk kromoform, yang kemudia diukur absorbansinya dengan

spektrofotometer dengan panjang gelombang 520 nm. Sebagai standar

digunakan DL-proline (Sigma) 5 – 50 μg yang dilarutkan dalam asam

sulfosalisilat 3%. Kadar prolina dinyatakan sebagai μg/g berat kering daun.

Analisis densitas stomata dan nisbah akar/tajuk. Densitas stomata diamati

pada epidermis bawah yang diisolasi dengan metode finger print pada umur 75

hari setelah tanam. Daun yang telah mengembang sempurna (yang tumbuh pada

buku ke 5 – 8 dari ujung cabang) dipanen, dicuci dengan air kemudian

dikeringkan dengan kertas tissu. Permukaan bawah diolesi dengan pewarna

kuku transparan sekitar ¾ luas daun. Setelah dikering-anginkan selama dua jam

lapisan pewarna kuku dilepas dan diamati melalui mikroskop yang pada lensa

okulernya telah dipasang mikrometer dan dihitung jumlah stomata. Nisbah

akar/tajuk ditentukan dengan rumus :

bobot kering akar nisbah akar/tajuk = -------------------- bobot kering tajuk

Hasil

Respon Pertumbuhan Tajuk terhadap Cekaman Kekeringan Cekaman kekeringan secara umum berdampak negatif terhadap

pertumbuhan tanaman kacang tanah, baik pada populasi tanaman standar, R1-

Page 125: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

101

K0, R2-K0 maupun R2-K15 (Gambar 23), tetapi tidak ada tanaman yang mati

akibat perlakuan cekaman kekeringan.

Perlakuan cekaman kekeringan nyata menurunkan tinggi tanaman, namun

tidak mempengaruhi jumlah cabang primer pada populasi tanaman standar, R1-

K0, R2-K0, dan R2-K15. Pada populasi R1-K0, jumlah buku utama dan bobot

kering tajuk dalam kondisi cekaman nyata menurun, tetapi pada populasi R2-

K0 dan R2-K15 kedua peubah tersebut tidak dipengaruhi oleh cekaman

kekeringan. Perlakuan cekaman kekeringan nyata menurunkan jumlah daun dan

bobot basah tajuk pada populasi R1-K0 dan R2-K15, pada populasi R2-K0 kedua

peubah tersebut tidak dipengaruhi oleh cekaman kekeringan (Tabel 18).

Dalam kondisi optimum, rataan jumlah cabang pada populasi R1-K0, R2-

K0 dan R2K15 tidak nyata berbeda dengan tanaman standar; tetapi untuk

peubah-peubah yang lain rataan nilai pada populasi R2-K0 dan R2-K15 nyata

lebih rendah dibanding pada populasi R1-K0 dan tanaman standar. Nilai ragam

bervariasi antar populasi dan peubah; lebih besar atau lebih kecil dibanding

tanaman standar (Tabel 18).

Dalam kondisi cekaman kekeringan, rataan nilai semua peubah

pertumbuhan tajuk kecuali jumlah cabang primer pada populasi R1-K0, R2-K0

dan R2-K15 nyata lebih besar dibandingkan tanaman standar. Nilai ragam pada

populasi R1-K0, R2-K0 dan R2-K15 untuk semua peubah pada umumnya lebih

besar dibanding tanaman standar (Tabel 18).

Dalam kondisi optimum, 18 galur R1-K0, 18 galur R2-K0 dan 14 galur

R2K15 mempunyai bobot kering tajuk yang nyata lebih tinggi dibanding tanaman

standar. Dalam kondisi cekaman, bobot kering tajuk dari delapan galur R1-K0, 16

galur R2-K0 dan 13 galur R2-K15 nyata lebih besar dibandingkan bobot kering

tajuk tanaman standar (Gambar 24).

Gambar 23. Keragaan tanaman kacang tanah dalam kondisi optimum (a) dan

kondisi cekaman (b). A. Tanaman standar, B. Tanaman R2-K0, C. Tanaman R1-K0, D. Tanaman R2-K15.

b b a a a a b b

A B C D

Page 126: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

102

Tabel 18. Rataan nilai dan ragam peubah-peubah pertumbuhan tajuk tanaman kacang tanah kultivar Kelinci populasi tanaman standar, R1-K0, R2-K0, dan R2-K15 dalam kondisi optimum dan kondisi cekaman kekeringan

Populasi Rataan nilai pada kondisi Ragam pada kondisi Optimum Cekaman Optimum Cekaman

Tinggi tanaman (cm) Standar 68,53 aA 13,67 bB 156,25 10,30 R1-K0 56,30 aA 21,81 bA 170,23 25,20 R2-K0 37,28 aB 25,12 bA 76,73 55,95 R2-K15 35,62 aB 2150 bA 93,31 35,64 Jumlah cabang primer Standar 3,90 aA 4,00 aA 0,05 0,00 R1-K0 4,20 aA 4,33 aA 0,06 0,41 R2-K0 3,91 aA 4,06 aA 0,11 0,14 R2-K15 3,85 aA 4,00 aA 0,30 0,00 Jumlah buku utama Standar 20,84 aA 7,67 bB 5,81 4,32 R1-K0 18,45 aA 10,67 bA 3,49 6,05 R2-K0 12,53 aB 12,34 aA 4,04 5,52 R2-K15 13,29 aB 11,25 aA 5,66 12,39 Jumlah daun Standar 83,10 aA 24,33 bB 127,23 42,97 R1-K0 82,70 aA 42,54 bA 392,43 121,22 R2-K0 53,09 aB 43,70 aA 135,25 110,25 R2-K15 54,29 aB 37,69 bA 240,87 81,72 Bobot basah tajuk (g) Standar 109,66 aA 11,10 bC 78,51 1,32 R1-K0 86,09 aA 29,42 bB 504,00 282,24 R2-K0 33,83 bB 39,75 aA 321,84 745,29 R2-K15 42,23 aB 30,67 bB 295,49 258,88 Bobot kering tajuk (g) Standar 25,39 aA 5,57 bB 39,18 5,19 R1-K0 22,19 aA 11,07 bA 111,72 18,31 R2-K0 11,65 aB 12,43 aA 19,53 24,30 R2-K15 12,86 aB 11,82 aA 19,18 11,82 Keterangan : Angka dalam satu baris yang diikuti oleh huruf kecil yang sama, atau dalam satu kolom dan satu peubah yang diikuti huruf kapital yang sama berarti tidak berbeda nyata berdasar uji DMRT 5%

Respon Pertumbuhan Akar terhadap Cekaman Kekeringan

Pada populasi R1-K0, perlakuan cekaman kekeringan nyata berpengaruh

negatif terhadap panjang akar primer, tetapi pada populasi R2-K0 dan R2-K15

cekaman kekeringan tidak berpengaruh terhadap peubah tersebut. Cekaman

kekeringan nyata menurunkan bobot basah dan bobot kering akar pada populasi

R1-K0 dan R2-K15, tetapi tidak berpengaruh pada populasi R2-K0 (Tabel 19).

Page 127: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

103

optimum

10

0 0 0 02

105

1 2

39

16

2 0 0

2014

0 0 00

10

20

30

40

50

A B C D E

jum

lah

galu

r

cekaman

10

0 0 0 0

168

0 0 0

30

13

3 0 0

1913

0 0 00

10

20

30

40

50

A B C D E

kisaran bobot kering tajuk (g)

jum

lah

galu

r

Gambar 24. Distribusi frekuensi bobot kering tajuk pada populasi tanaman

standar, tanaman hasil kultur dan seleksi in vitrodalam kondisi optimum dan cekaman kekeringan. Tanaman standar ( ), R1-K0 ( ), R2-K0 ( ) dan R2K15 ( ). Kisaran bobot kering tajuk A (x<12,98), B (12,98≤x<21,76), C (21,76≤x<30,54), D (30,54≤x<39,32), E (39,32≤x<48,10)

Pada populasi R1-K0, R2K0 dan R2-K15 jumlah akar cabang primer

dalam kondisi cekaman nyata lebih tinggi dibanding dalam kondisi optimum,

sebaliknya pada populasi standar lebih rendah (Tabel 19).

Dalam kondisi optimum, rataan panjang akar primer pada populasi R1-K0

dan R2-K0 tidak berbeda nyata dengan tanaman standar; sedangkan pada

populasi R2-K15 nyata lebih rendah dibanding tanaman standar. Rataan jumlah

akar cabang, bobot basah akar dan bobot kering akar pada populasi R1-K0, R2-

K0 dan R2-K15 secara umum nyata lebih rendah dibanding tanaman standar.

Nilai ragam pada populasi R1-K0, R2-K0 dan R2-K15 untuk panjang akar lebih

besar, sebaliknya untuk jumlah akar cabang primer lebih kecil dibanding tanaman

standar. Nilai ragam untuk bobot akar bervariasi antar populasi; lebih besar atau

lebih kecil dibanding tanaman standar (Tabel 19). Pada populasi R1-K0 terdapat

Page 128: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

104

satu galur yang mempunyai bobot kering akar nyata lebih besar daripada

tanaman standar (Gambar 25).

Dalam kondisi cekaman kekeringan, rataan panjang akar primer dan

jumlah akar cabang primer dari populasi R2-K0 dan R2-K15 masing-masing

nyata lebih tinggi dibanding tanaman standar. Rataan bobot basah akar dari

populasi R1-K0 dan R2-K0 nyata lebih tinggi dibanding tanaman standar.

Rataan bobot kering akar populasi R1-K0, R2-K0 dan R2-K15 tidak berbeda

nyata dengan tanaman standar. Nilai ragam pada populasi R1-K0, R2-K0 dan

R2-K15 untuk peubah-peubah pertumbuhan akar pada umumnya lebih besar

dibanding tanaman standar (Tabel 19). Dalam populasi R1-K0, R2-K0 dan R2

K15 masing-masing terdapat dua, 12 dan dua galur yang mempunyai bobot

kering akar lebih tinggi dibanding bobot kering akar tanaman standar (Gambar

25).

Tabel 19. Rataan nilai dan ragam panjang akar primer, jumlah akar cabang, bobot basah dan bobot kering akar kacang tanah kultivar Kelinci populasi tanaman standar, R1-K0, R2-K0 dan R2-K15 pada kondisi optimum dan cekaman kekeringan

Populasi Rataan nilai pada kondisi Ragam pada kondisi Optimum Cekaman Optimum Cekaman

Panjang akar primer (cm)Standar 22,74 aA 17,00 bB 33,29 6,96 R1-K0 22,10 aA 16,96 bB 80,82 43,56 R2-K0 23,51 aA 20,62 aA 144,48 54,91 R2-K15 18,34 aB 18,39 aA 53,43 72,25 Jumlah akar cabang Standar 31,89 aA 9,00 bB 29,26 4,00 R1-K0 16,20 bB 13,17 aB 19,62 23,81 R2-K0 14,93 bB 17,70 aA 17,30 24,01 R2-K15 14,94 bB 17,72 aA 13,69 34,81 Bobot basah akar (g) Standar 4,19 aA 0,53 bB 1,21 0,06 R1-K0 1,89 aB 0,95 bA 1,66 0,24 R2-K0 1,11 aB 0,97 aA 0,31 0,32 R2-K15 1,14 aB 0,62 bB 0,46 0,09 Bobot kering akar (g) Standar 1,03 aA 0.30 bA 0,07 0,01 R1-K0 0,66 aB 0,37 bA 0,26 0,14 R2-K0 0,39 aB 0,42 aA 0,04 0,04 R2-K15 1,07 aA 0,33 bA 0,32 0,01 Keterangan : Angka dalam satu baris yang diikuti oleh huruf kecil yang sama, atau angka dalam satu kolom dan satu peubah yang diikuti huruf kapital yang sama berarti tidak berbeda nyata berdasar uji DMRT pada taraf signifikansi 5%

Page 129: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

105

optimum

17

2 0 0

117

1 0 1

49

71 0 0

28

60 0 0

0102030405060

A B C D E

jum

lah

galu

r

cekaman

10

0 0 0 0

22

2 0 0 0

35

12

0 0 0

30

2 0 0 00

102030405060

A B C D Ekisaran bobot kering akar (g)

jum

lah

galu

r

Gambar 25. Distribusi frekuensi bobot kering akar pada populasi tanaman

standar, tanaman hasil kultur dan seleksi in vitrodalam kondisi optimum dan cekaman kekeringan. Tanaman standar ( ), R1-K0 ( ), R2-K0 ( ) dan R2K15 ( ). Kisaran bobot kering tajuk A (x<0,56), B (0,56≤x<1,02), C (1,02≤x<1,48), D (1,48≤x<1,94), E (1,94≤x<2,40)

Respon Hasil terhadap Cekaman Kekeringan

Pada populasi standar dan R1-K0, perlakuan cekaman kekeringan nyata

menurunkan jumlah polong total dan jumlah polong bernas, sebaliknya pada

populasi R2-K0 dan R2-K15 cekaman kekeringan tidak berpengaruh terhadap

kedua peubah tersebut (Tabel 20).

Dalam kondisi optimum, rataan jumlah polong total dan bernas dari

populasi R1-K0, R2-K0 dan R2-K15 nyata lebih rendah dibanding tanaman

standar (Tabel 20), tetapi dua galur dari populasi R1-K0 dan tiga galur dari

populasi R2-K15 mempunyai jumlah polong bernas nyata lebih banyak dari

tanaman standar (Gambar 26). Dalam kondisi cekaman kekeringan, rataan

jumlah polong total dan polong bernas populasi R2-K0 dan R2-K15 masing-

masing nyata lebih tinggi dibanding populasi R1-K0 dan tanaman standar (Tabel

20). Dalam populasi R1-K0, R2-K0 dan R2 K15 masing-masing terdapat satu,

sembilan dan enam galur yang mempunyai jumlah polong bernas nyata lebih

banyak dibanding tanaman standar (Gambar 26).

Page 130: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

106

Nilai ragam untuk jumlah polong total dan polong bernas pada populasi R1-

K0, R2-K0 dan R2 K15 lebih besar dibanding tanaman standar, baik pada kondisi

optimum maupun cekaman (Tabel 20).

Tabel 20. Rataan nilai dan ragam jumlah polong total dan jumlah polong bernas kacang tanah kultivar Kelinci populasi tanaman standar, R1-K0, R2-K0 dan R2-K15 dalam kondisi optimum dan cekaman kekeringan

Populasi Rataan nilai pada kondisi Ragam pada kondisi Optimum Cekaman Optimum Cekaman

Jumlah polong total Standar 22,47 aA 5,33 bB 32,26 2,38 R1-K0 15,47 aB 8,71 bB 40,32 13,69 R2-K0 12,96 aB 12,7 aA 37,45 33,52 R2-K15 10,67 bB 12,62 aA 41,47 36,36 Jumlah polong bernas Standar 14,21 aA 4,00 bB 12,39 1,00 R1-K0 10,00 aB 5,37 bB 19,09 10,89 R2-K0 7,68 aB 8,27 aA 13,61 13,54 R2-K15 8,07 aB 8,19 aA 27,04 15,21

Keterangan : Angka dalam satu baris yang diikuti oleh huruf kecil yang sama, atau angka dalam satu kolom dan satu peubah yang diikuti huruf kapital yang sama berarti tidak berbeda nyata berdasar uji DMRT 5%

optimum

2 4 3 1 025

10

1 2

1419 19

50

912

5 5 3

05

1015202530

A B C D E

jum

lah

galu

r

cekaman

5 3 2 0 0

912

2 1 0

7

22

9 8

14

16

6 4 2

05

1015202530

A B C D E

kisaran jumlah polong bernas

jum

lah

galu

r

Gambar 26. Distribusi frekuensi jumlah polong bernas pada populasi tanaman

standar, tanaman hasil kultur dan seleksi in vitrodalam kondisi optimum dan cekaman kekeringan. Tanaman standar ( ), R1-K0 ( ), R2-K0 ( ) dan R2K15 ( ). Kisaran jumlah polong bernas A (x<4), B (4≤x<8), C (8≤x<12), D (12≤x<16), E (16≤x<20)

Page 131: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

107

Respon Kandungan Prolina terhadap Cekaman Kekeringan

optimum

0 0

3

0 001

4

01

4

8

0 0 0

23 3

10

02468

10

A B C D Ekisaran kandungan prolina

jum

lah

galu

r

cekaman

0 0 0 0

3

0 01

0

5

0 0

8

3

10 0

21

6

0

2

4

6

8

10

A B C D Ekisaran kandungan prolina

jum

lah

galu

r

Gambar 27. Distribusi frekuensi kandungan prolina (µg/g) dalam kondisi optimum

dan cekaman kekeringan pada tanaman kacang tanah populasi standar ( ), R0-K0 ( ) , R1-K0 ( ), dan R2-K15 ( ). Kisaran kandungan prolina A (4892≤x<6475,6), B (6475,6≤x<8059,2), C (8059,2≤x<9642,8), D (9642,8≤x<11.226,4), E (11.226,4≤x<12.810)

Pada tanaman standar, kandungan prolina dalam kondisi optimum

berkisar antara 8059,2 - 9642,8 µg/g daun kering, sedangkan dalam kondisi

cekaman kekeringan meningkat antara 11.226,4 -12.810 µg/g daun kering. Pada

tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro, kandungan prolina dalam kondisi

optimum berkisar antara 6475,6 – 12.810 µg/g daun kering, sedangkan dalam

kondisi cekaman kekeringan bergeser antara 8059,2 -12.810 µg/g daun kering

(Gambar 30).

Toleransi Galur Kacang Tanah Varian terhadap Cekaman Kekeringan Berdasarkan nilai ISK yang dihitung menggunakan peubah jumlah polong

bernas, tanaman standar termasuk kategori peka. Tanaman-tanaman dalam

populasi R1-K0 bersegregasi menjadi kategori peka dan toleran, masing-masing

sebanyak lima dan satu galur; populasi R2K0 bersegregasi menjadi kategori

peka, medium dan toleran terhadap cekaman kekeringan masing sebanyak

enam, satu, dan lima galur. Tanaman-tanaman populasi R2-K15 bersegregasi

menjadi kategori peka, medium dan toleran terhadap cekaman kekeringan

masing-masing sebanyak empat, satu dan empat galur (Gambar 28).

Page 132: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

108

5 5

6

4

0 0

1 1

0

1

5

4

0

12

3

4

56

7

STANDAR R1K0 R2K0 R2K15

jum

lah

galu

r

P MT T

Gambar 28. Distribusi frekuensi respon populasi tanaman standar, R1-K0, R2-

K0, dan R2-K15 terhadap cekaman kekeringan berdasarkan indeks sensitivitas terhadap cekaman kekeringan yang dihitung menggunakan jumlah polong bernas

Mekanisme Toleransi terhadap Cekaman Kekeringan

Distribusi frekuensi kandungan prolina dalam kondisi optimum dan

cekaman kekeringan (Gambar 27) menunjukkan adanya peningkatan kandungan

prolina dalam kondisi cekaman kekeringan dibanding dalam kondisi optimum.

Berdasar analisis regresi tunggal yang dilakukan ternyata terdapat hubungan

yang signifikan antara peningkatan kandungan prolina tersebut dengan indeks

sensitivitas terhadap cekaman kekeringan (ISK), dengan probabilitas kesalahan

sebesar 0,0002. Koefisien determinasi (R2) sebesar 0,4151 (Gambar 29)

mengindikasikan bahwa 41,51% keragaman ISK ditentukan oleh peningkatan

kadar prolina.

ISK juga mempunyai hubungan regresi yang signifikan dengan densitas

stomata dengan probabilitas kesalahan sebesar 0,0098. Koefisien determinasi

(R2) sebesar 0,2286 (Gambar 29) mengindikasikan bahwa 22,86% keragaman

ISK ditentukan oleh densitas stomata. Sebaliknya, panjang akar dan nisbah

akar/tajuk tidak mempunyai hubungan yang signifikan dengan ISK dan

mempunyai koefisien determinasi (R2) yang sangat kecil (Gambar 30).

Pada persamaan regresi antara peningkatan kandungan prolina dengan

ISK, kemiringan/gradien yang negatif (Gambar 29) menunjukkan bahwa makin

tinggi peningkatan kadar prolina makin rendah ISK, atau makin tinggi tingkat

toleransinya terhadap cekaman kekeringan. Kemiringan/gradien positif pada

persamaan regresi antara densitas stomata dengan ISK (Gambar 29)

menunjukkan bahwa makin tinggi densitas stomata makin tinggi pula ISK, atau

makin rendah tingkat toleransinya terhadap cekaman kekeringan.

Page 133: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

109

y = 7,45 - 0,0017 x R2= 0,4151*

-1.5-1

-0.50

0.51

1.52

2.53

3.54

4.55

5.56

6.57

0 1000 2000 3000 4000 5000

peningkatan prolina

ISK

y = - 4,48 + 0,0595 x R2 = 0,2286 *

-1.5-1

-0.50

0.51

1.52

2.53

3.54

4.55

5.56

6.57

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

densitas stomata

ISK

Gambar 29. Hubungan antara indeks sensitivitas kekeringan (ISK) yang dihitung berdasarkan jumlah polong bernas dengan peningkatan prolina dan densitas stomata pada tanaman kacang tanah populasi standar (x) dan populasi R1-K0, R2-K0 serta R2-K15 yang teridentifikasi toleran (■), medium toleran (∆ ) dan peka (♦) terhadap cekaman kekeringan. * : signifikan

0 0 0

3

0

1

0

1

0

4

1

2

3

4

2

0

4

3

1 1

0

1

2

3

4

5

A B C D E

kisaran densitas stomata

jum

lah

galu

r

Gambar 30. Distribusi frekuensi densitas stomata pada tanaman kacang tanah

populasi standar ( ), R0-K0 ( ) , R1-K0 ( ), dan R2-K15 ( ). Kisaran densitas stomata A (75≤x<92,2), B (92,2≤x<109,4), C (109,4≤x<126,6), D (126,6≤x<143,8), E (143,8≤x<161).

Page 134: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

110

y = 6,24 - 0,177 x R2 = 0,0667 (ns)

-1.5-1

-0.50

0.51

1.52

2.53

3.54

4.55

5.56

6.57

0 5 10 15 20 25 30 35panjang akar (cm)

ISK

y = 1,84 + 30,444 x R2 = 0,0123 (ns)

-1.5-1

-0.50

0.51

1.52

2.53

3.54

4.55

5.56

6.57

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08

nisbah akar/tajuk

ISK

Gambar 31. Hubungan antara ISK panjang akar dan nisbah akar/tajuk pada tanaman kacang tanah populasi standar (x) dan populasi R1-K0, R2-K0 serta R2-K15 yang teridentifikasi toleran (■), medium toleran (∆ ) dan peka (♦) terhadap cekaman kekeringan. ns : tidak signifikan

Pembahasan Perlakuan cekaman kekeringan secara umum berdampak negatif terhadap

pertumbuhan tajuk tanaman kacang tanah kultivar Kelinci. Pada empat

populasi yang diteliti, yaitu populasi tanaman standar, populasi tanaman yang

diregenerasikan dari ES hasil kultur in vitro generasi R1 dan R2 (populasi R1-K0

dan R2-K0) serta populasi tanaman yang diregenerasikan dari ES hasil seleksi

in vitro generasi R2 (R2-K15), tinggi tanaman nyata menurun akibat perlakuan

cekaman kekeringan. Pengaruh cekaman kekeringan terhadap beberapa peubah

pertumbuhan tajuk berbeda-beda tergantung pada populasinya. Cekaman

kekeringan nyata menurunkan bobot kering tajuk pada populasi standar dan R1-

K0, tetapi tidak berpengaruh pada populasi R2-K0 dan R2-K15.

Page 135: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

111

Cekaman kekeringan meningkatkan jumlah akar cabang primer pada

semua populasi, tetapi menurunkan pertumbuhan akar secara umum pada

populasi R1-K0 dan R2-K15, dan tidak berpengaruh pada populasi R2-K0. Hal

tersebut menunjukkan pengaruh cekaman kekeringan terhadap pertumbuhan

akar juga berbeda-beda tergantung pada populasinya.

Pertumbuhan merupakan mekanisme yang sangat sensitif terhadap air.

Pertumbuhan dapat terjadi apabila ada tekanan osmotik terhadap dinding sel

sehingga harus didahului oleh aliran air ke dalam sel. Untuk itu dibutuhkan

gradien potensial air antara sel-sel pada jaringan titik tumbuh dengan xyleem dan

tanah. Gradien yang dibutuhkan tidak terlalu besar, sehingga penurunan gradien

yang relatif kecil telah dapat menghambat aliran air dan pertumbuhan (Mullet

and Whitsitt 1996).

Respon sel terhadap penurunan ketersedian air tergantung pada tipe sel,

organ dan tahap perkembangan sel atau tanaman. Pada umumnya sel-sel

batang menunjukkan respon terhadap cekaman kekeringan yang lebih sensitif

dibandingkan organ lain (Mullet and Whitsitt 1996). Hasil ini sejalan dengan hasil

penelitian sebelumnya pada jagung. Dalam kondisi cekaman kekeringan,

perkembangan dinding sel batang jagung menurun, sebaliknya perkembangan

dinding sel akar meningkat (Hsiao and Jing 1987). Perbedaan tersebut diduga

antara lain disebabkan oleh perbedaan sensitivitas akar dan batang terhadap

absisic acid (ABA) yang terakumulasi sebagai respon terhadap cekaman

kekeringan dan berperan dalam penghambatan pertumbuhan. Pertumbuhan akar

kurang sensitif terhadap ABA dibandingkan pertumbuhan batang (Creelman et al.

1990), sehingga pertumbuhan akar pada kondisi keterbatasan air lebih baik

dibandingkan pertumbuhan batang.

Perlakuan cekaman kekeringan nyata berpengaruh negatif terhadap jumlah

polong total dan jumlah polong bernas pada populasi tanaman standar dan R1-

K0, sebaliknya pada populasi R2-K0 dan R2-K15 cekaman kekeringan tidak

berpengaruh terhadap kedua peubah tersebut.

Perbedaan respon untuk karakter vegetatif dan generatif pada populasi-

populasi yang diteliti diduga merupakan akibat dari perbedaan ketahanan

terhadap cekaman kekeringan. Perlakuan cekaman kekeringan yang diberikan

dalam penelitian ini diupayakan mampu membuat semua individu tanaman

mengalami kekurangan air yang ditunjukkan oleh gejala layu sementara. Dalam

satu siklus hidupnya setiap individu tanaman mengalami gejala layu sementara 7

Page 136: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

112

– 8 kali, namun rataan respon yang diberikan antar populasi ternyata tidak selalu

sama.

Hasil penelitian ini sejalan dengan hasil penelitian pada Aegilops biuncialis.

Galur A. biuncialis yang teradaptasi dalam lingkungan kering dapat

mempertahankan hasil panen yang relatif lebih tinggi dibanding galur yang

teradaptasi pada lingkungan optimum. Galur yang teradaptasi pada lingkungan

kering merespon cekaman kekeringan dengan penutupan stomata yang lebih

sedikit dibanding galur yang teradaptasi pada lingkungan normal, sehingga

mampu mempertahankan kecepatan difusi CO2 dan fotosintesis yang relatif

lebih tinggi; akibatnya hasil panen juga lebih tinggi dibanding galur yang

teradaptasi dari lingkungan normal. Oleh karena itu dapat dinyatakan bahwa

kemampuan mencegah penurunan aktivitas fotosintesis (Molnar et al. 2004),

atau mempertahankan stabilitas hasil yang tinggi (Guttieri et al. 2001) dalam

kondisi cekaman kekeringan merupakan karakter yang indikatif untuk toleransi

tanaman terhadap cekaman kekeringan.

Dalam kondisi optimum rataan pertumbuhan tajuk, pertumbuhan akar dan

hasil pada populasi R1-K0, R2-K0 dan R2-K15 lebih rendah dibanding tanaman

standar. Dalam kondisi cekaman kekeringan, ketiga populasi tersebut

mempunyai rataan pertumbuhan tajuk yang lebih besar, pertumbuhan akar yang

relatif sama, dan hasil yang lebih tinggi atau sama dibanding tanaman standar.

Berdasar hal tersebut dapat dinyatakan bahwa dalam kondisi optimum tanaman

hasil kultur in vitro dan seleksi in vitro mempunyai pertumbuhan vegetatif dan

generatif yang lebih rendah, tetapi dalam kondisi cekaman kekeringan lebih tinggi

dibandingkan tanaman standar.

Walaupun pada kondisi optimum rataan pertumbuhan dan hasil pada

tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro pada umumnya lebih rendah dibanding

tanaman standar, tetapi terdapat beberapa galur yang mempunyai nilai peubah

yang lebih tinggi dibanding tanaman standar. Pada beberapa peubah yang

diamati, hampir selalu terdapat sejumlah galur dalam populasi R1-K0, R2-K0

atau R2-K15 yang mempunyai nilai di luar kisaran nilai tanaman standar.

Misalnya untuk peubah jumlah polong bernas, dalam kondisi optimum terdapat

dua galur dari populasi R1-K0 dan tiga galur dari R2-K15 yang mempunyai

jumlah polong bernas nyata lebih banyak dari tanaman standar, sedangkan

dalam kondisi cekaman satu galur dari populasi R1-K0, sembilan galur R2-K0

dan enam galur R2 K15 mempunyai jumlah polong bernas nyata lebih banyak

Page 137: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

113

dibanding tanaman standar. Karena tanaman-tanaman tersebut dikembangkan

melalui kondisi in vitro, maka diduga merupakan tanaman yang berkembang dari

embrio somatik varian somaklonal.

Berdasarkan nilai indeks sensitivitas terhadap cekaman kekeringan yang

dihitung menggunakan peubah jumlah polong bernas, tanaman standar termasuk

kategori peka. Tanaman-tanaman dalam populasi R1-K0 bersegregasi menjadi

kategori peka dan toleran, masing-masing sebanyak lima dan satu galur;

populasi R2K0 bersegregasi menjadi kategori peka, medium dan toleran

terhadap cekaman kekeringan masing sebanyak enam, satu, dan lima galur.

Tanaman-tanaman populasi R2-K15 bersegregasi menjadi kategori peka,

medium dan toleran terhadap cekaman kekeringan masing-masing sebanyak

empat, satu dan empat galur. Segregasi diduga merupakan indikasi bahwa sifat

peka terhadap cekaman kekeringan mempunyai genotipe heterozigot; atau

merupakan produk variasi somaklonal yang diinduksi oleh kondisi in vitro.

Dalam penelitian ini diperoleh 10 galur yang teridentifikasi toleran terhadap

cekaman kekeringan. Galur-galur tersebut dalam kondisi cekaman kekeringan

menunjukkan peningkatan kadar prolina yang lebih tinggi dibandingkan tanaman

standar, dan pada umumnya mempunyai densitas stomata yang lebih rendah

dibanding tanaman standar. Dua di antara 10 galur tersebut mempunyai jumlah

polong bernas lebih tinggi dibandingkan tanaman standar, baik pada kondisi

optimum maupun cekaman, yaitu nomor K0-11.3 dan K0-30.1 (Tabel 21).

Tabel 21. Karakteristik galur-galur tanaman kacang tanah populasi R1-K0, R2-

K0 dan R2-K15 yang teridentifikasi toleran terhadap kekeringan Galur Nilai S Jumlah polong bernas pada

kondisi Peningkatan prolina (µg/g)

Densitas stomata /

cm2 Cekaman Optimum K0-30 - 0,65 9,50 T 9,00 3865 149 K0-2.10 - 0,31 5,75 T 5,60 4829 82 K0-7.3 - 0,75 11,50 T 10,80 3541 112 K0-11.3 0,23 15,00 T 15,30 T 3596 98 K0-22.5 0,32 5,25 T 5,40 2937 99 K0-30.1 - 0,48 15,00 T 14,40 T 3139 111 K15-1.2 0,20 6,00 T 6,50 5151 133 K15-4.3 0,39 8,50 T 8,80 2945 124 K15-4.6 0,28 4,00 4,10 3492 100 K15-6.1 - 0,67 11,00 T 10,40 3912 106 Standar 3,65 4,00 14,21 2491 136 Keterangan: T : lebih tinggi dibanding tanaman standar pada kondisi yang sama berdasar uji

DMRT taraf signifikansi 5%

Page 138: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

114

Dalam pemuliaan tanaman, galur yang dikehendaki adalah yang dalam

kondisi cekaman maupun optimum mempunyai daya hasil yang sama atau lebih

besar dibanding tanaman standar. Kultivar kacang tanah yang telah diidentifikasi

toleran terhadap cekaman kekeringan selama ini pada umumnya mempunyai

daya hasil yang lebih tinggi dibanding tanaman standar hanya pada kondisi

cekaman, namun pada kondisi optimum lebih rendah dibanding tanaman

standar. Rendahnya daya hasil pada kondisi optimum terjadi karena karakter

tanaman tersebut yang bila hidup pada kondisi optimum (air tersedia cukup)

meningkatkan pertumbuhan vegetatif sehingga menyebabkan menurunnya hasil

panen di bawah tanaman standar. Dalam kondisi cekaman, mekanisme toleransi

yang dilakukan adalah secara avoidance dengan membentuk akar yang intensif.

Hal ini tidak diinginkan karena secara alamiah pada saat tertentu tanaman

tumbuh dalam kondisi optimum, dan tidak selalu mengalami cekaman

kekeringan.

Bila suatu galur mempunyai daya hasil yang lebih tinggi dibanding tanaman

standar, baik dalam kondisi optimum maupun cekaman, dapat diduga bahwa

mekanisme toleransi yang dilakukan tidak dengan mengorbankan fotosintat yang

seharusnya dialokasikan ke hasil panen. Mekanisme tersebut dapat berlangsung

secara avoidance (ketahanan) atau tolerance (toleransi) (Mitra 2002). Tanaman

budidaya pada umumnya melakukan mekanisme ketahanan dan atau toleransi.

Mekanisme ketahanan dilakukan melalui (1) pertumbuhan akar yang ekstensif

dan dalam; (2) penutupan stomata untuk mengurangi kehilangan air; (3)

penggulungan daun untuk mengurangi luas daun yang terpapar dan melindungi

khlorofil; (4) deposit lilin pada epicuticular untuk menghambat kehilangan air; dan

akumulasi anthocyanin untuk melindungi khlorofil (Sullivan 1983, Farrant 2000).

Mekanisme toleransi dilakukan dengan (1) detoksifikasi khususnya terhadap

ROS melalui pembentukan protein stres dan osmolit yang kompatibel, (2)

menjaga keseimbangan ionik dan osmotik, (3) membentuk vakuola kecil dalam

jumlah banyak, dan (3) regulasi pertumbuhan dengan menurunkan kecepatan

fotosintesis, pembelahan dan pembentangan sel (Mitra 2002, Willigen et al.

2002).

Dalam penelitian ini mekanisme toleransi kekeringan yang terjadi pada

kacang tanah varian diduga tidak melalui pertumbuhan akar yang intensif karena

regresi antara panjang akar dan nisbah akar/tajuk dengan indeks sensitivitas

kekeringan tidak signifikan. Koefisien determinasi antara kedua peubah tersebut

Page 139: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

115

dengan indeks sensitivitas kekeringan juga sangat rendah. Hal ini

mengindikasikan bahwa akar yang dalam dan bercabang banyak tidak memberi

kontribusi terhadap toleransi terhadap kekeringan.

Densitas stomata memberi kontribusi sebesar 22,86% terhadap toleransi

terhadap kekeringan. Makin tinggi densitas stomata, indeks sensitivitas terhadap

cekaman kekeringan cenderung makin tinggi pula. Salah satu fungsi stomata

adalah menyelenggarakan transpirasi yang mengakibatkan potensial air sel-sel

daun menurun sehingga terjadi aliran air dari tanah, akar, batang dan daun. Bila

dalam kondisi cekaman kekeringan kecepatan transpirasi sangat tinggi dan tidak

seimbang dengan ketersediaaan air tanah, sel-sel tanaman dapat mengalami

kehilangan turgor. Oleh karena itu rendahnya densitas stomata dapat

mengurangi volume transpirasi dan menghasilkan stabilitas potensial air dan

turgor sel tanaman dalam kondisi cekaman kekeringan. Pada spesies lain,

mekanisme toleransi yang terjadi adalah menutupkan stomata pada kondisi

cekaman kekeringan Meskipun demikian, rendahnya desitas stomata membatasi

masuknya CO2 dari atmosfir sehingga menurunkan fiksasi CO2 dan intensitas

fotosintesis (Bajji et al 2001, Cornic et al 2000). Hal ini merupakan efek yang

kontra-produktif dengan perannya dalam ketahanan terhadap cekaman

kekeringan (Chaves et al. 2004). Intensitas penurunan difusi CO2 tergantung

pada struktur mesofil dan ruang antar sel dalam jaringan mesofil daun (Delfine et

al 1998).

Dalam penelitian ini akumulasi prolina sebagai salah satu osmolit

kompatibel memberi kontribusi yang lebih besar dibandingkan densitas stomata

dalam mekanisme toleransi terhadap cekaman kekeringan, yaitu sebesar

41,51%. Peningkatan kadar prolina total dalam daun cenderung diikuti

penurunan indeks sensitivitas terhadap cekaman kekeringan, atau peningkatan

toleransi terhadap cekaman kekeringan.

Senyawa osmolit mungkin terbentuk sebagai hasil penguraian/

depolimerisasi komponen yang tidak aktif (Creelman et al. 1990), atau melalui

sintesis baru yang dapat terjadi dalam konsentrasi tinggi tanpa mengganggu

metabolisme sel normal. Osmolit kompatibel berperan sebagai subtansi protektif

untuk stabilisasi protein, pengikat radikal bebas, dan pelindung DNA dari efek

degradasi akibat ROS (Carpenter et al. 1990, Akashi et al. 2001, Ramanjalu dan

Bartels 2002). Selain itu akumulasi osmolit menurunkan potensial osmotik larutan

sel sehingga mempertahankan absorpsi air dan tekanan turgor sel serta

Page 140: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

116

mendukung keberlanjutan proses-proses fisiologi seperti pembukaan stomata,

fotosintesis dan pertumbuhan sel (Blum 1998).

Simpulan

Dalam kondisi optimum tanaman hasil kultur in vitro dan seleksi in vitro

mempunyai pertumbuhan vegetatif dan generatif yang lebih rendah, tetapi dalam

kondisi cekaman kekeringan lebih tinggi dibandingkan tanaman standar.

Distribusi frekuensi dan nilai ragam respon pertumbuhan dan hasil pada tanaman

hasil kultur dan seleksi in vitro lebih besar dibanding tanaman standar.

Berdasarkan nilai indeks sensitivitas terhadap cekaman kekeringan yang

dihitung menggunakan peubah jumlah polong bernas, tanaman standar termasuk

kategori peka. Melalui kultur dan seleksi in vitro diperoleh 10 galur yang

teridentifikasi toleran terhadap cekaman kekeringan, dua di antaranya yaitu

nomor K0-11.3 dan K0-30.1, mempunyai jumlah polong bernas lebih tinggi

dibandingkan tanaman standar, baik pada kondisi optimum maupun cekaman.

Panjang akar dan nisbah akar/tajuk tidak mempunyai hubungan yang

berarti dengan toleransi terhadap cekaman kekeringan, sebaliknya densitas

stomata dan peningkatan kadar prolina mempunyai hubungan yang signifikan

dengan toleransi terhadap cekaman kekeringan.

Page 141: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

VIII. PEMBAHASAN UMUM

Pengembangan galur tanaman yang toleran terhadap cekaman kekeringan

melalui seleksi in vivo di lapang pada umumnya menghasilkan galur toleran

dengan mekanisme pembentukan akar intensif yang berpotensi menurunkan

daya hasil. Seleksi di lapang dalam lingkungan bercekaman cenderung

mendorong tanaman untuk membentuk akar yang berlebihan karena cekaman

kekeringan menginduksi aktivitas ABA. Akar tidak sensitif terhadap ABA, suatu

fitohormon yang berperan menghambat pertumbuhan. Akibatnya dalam kondisi

kekeringan pertumbuhan akar dapat berlangsung dengan kecepatan optimum

atau bahkan lebih tinggi (Creelman et al. 1990). Seleksi in vitro dapat menapis

sel/jaringan yang mampu hidup dalam media dengan potensial air rendah

melalui mekanisme tolerance, karena mekanisme avoidance tidak mungkin

terjadi pada sel/jaringan dalam media in vitro. Apabila sel tersebut dapat

diregenerasikan menjadi tanaman diharapkan akan mempunyai mekanisme

toleransi seperti sel/jaringan asalnya. Kemampuan sel/jaringan untuk dapat

bertahan hidup dalam media selektif in vitro dengan potensial air rendah harus

telah dimiliki sebelum sel/jaringan tersebut diseleksi. Kemampuan ini merupakan

karakter yang sebelumnya mungkin belum dimiliki oleh sel/jaringan sehingga

harus diinduksi, antara lain melalui induksi variasi somaklonal.

Berdasarkan hal itu, langkah pertama yang perlu dilakukan adalah

mengembangkan populasi embrio somatik (ES) kacang tanah sebagai jaringan

yang akan diseleksi dan menginduksi variasi somaklonal. Teknik tersebut telah

dibakukan dalam penelitian sebelumnya (Yusnita et al. 2005). Langkah

selanjutnya adalah mengembangkan teknik seleksi in vitro yang mengandung

bahan penyeleksi yang dapat mensimulasikan kondisi kekeringan di lapang. Dari

sejumlah penelitian pada berbagai tanaman budidaya diketahui bahwa sebagai

bahan penyeleksi toleransi terhadap kekeringan, PEG-6000 mempunyai

beberapa kelebihan dibanding senyawa lain.

Berdasar hal itu pada tahap pertama dilakukan penelitian yang bertujuan

menguji efektivitas PEG-6000 sebagai bahan penyeleksi dalam media in vitro

untuk kultivar kacang tanah yang dikembangkan dan dibudidayakan di Indonesia.

Penelitian dilakukan dengan mengevaluasi respon kecambah dan tunas

sembilan kultivar kacang tanah Indonesia terhadap kondisi cekaman oleh PEG,

menentukan konsentrasi PEG yang efektif menghambat pertumbuhan dan

Page 142: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

118

perkembangan eksplan, mengevaluasi toleransi sembilan kultivar kacang tanah

terhadap cekaman PEG dan menentukan perubahan kandungan prolina total

jaringan akibat stres PEG (Bab III).

Hasil penelitian tersebut menyimpulkan bahwa larutan PEG dalam media in

vitro bersifat menghambat pertumbuhan kecambah dan tunas kacang tanah

sebagaimana yang terjadi secara in vivo dan meningkatkan kandungan prolina

total jaringan sehingga diduga mampu mensimulasikan kondisi cekaman

kekeringan dalam media in vitro . Dampak negatif dari larutan PEG dalam media

in vitro berbeda-beda tergantung pada respon kultivar kacang tanah terhadap

stres kekeringan. Hal ini berarti penapisan secara in vitro menggunakan PEG

dapat menjadi alternatif metode untuk menduga karakter toleransi kacang tanah

Indonesia terhadap cekaman kekeringan.

Konsentrasi PEG 15% efektif menghambat pertumbuhan dan

perkembangan eksplan tunas kacang tanah. Respon tunas kacang tanah

terhadap media dengan penambahan PEG 15% dapat digunakan sebagai

alternatif metode untuk menapis toleransi kacang tanah terhadap cekaman

kekeringan. Tunas yang ditumbuhkan dari poros embrio dengan kotiledon

(eksplan TDK) atau tanpa kotiledon (eksplan TTK) dapat digunakan sebagai

eksplan; dan peubah pertambahan panjang tunas (eksplan TTK), pertambahan

jumlah daun (eksplan TTK dan TDK), jumlah daun layu (eksplan TTK dan TDK),

jumlah akar utama (eksplan TDK), dan tingkat kerusakan tunas (eksplan TDK)

digunakan sebagai penduga toleransi.

Meskipun data yang ada mengindikasikan PEG dapat digunakan untuk

mensimulasikan kondisi cekaman kekeringan secara in vitro, efektivitasnya

sebagai bahan penyeleksi pada tingkat sel untuk mengisolasi ES yang toleran

(insensitif) dan mendapatkan tanaman varian yang toleran cekaman kekeringan

masih perlu dievaluasi. Hal tersebut diperlukan untuk mengembangkan metode

baku seleksi in vitro menggunakan PEG yang dapat dimanfaatkan untuk

mengisolasi ES varian kacang tanah yang toleran cekaman kekeringan. Berdasar

hal itu penelitian pada tahap kedua bertujuan mengevaluasi respon ES empat

kultivar kacang tanah terhadap media selektif dengan penambahan PEG,

menentukan konsentrasi sub-letal yang menghambat pertumbuhan dan

proliferasi ES, dan meregenerasikan tanaman R0 kacang tanah dari ES hasil

seleksi in vitro yang insensitif terhadap cekaman PEG (Bab IV).

Hasil penelitian menyimpulkan bahwa penambahan larutan PEG dalam

Page 143: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

119

media selektif dapat menghambat proliferasi ES kacang tanah, dan tingkat

penghambatan sekitar 95% (sub-letal) didapatkan pada konsentrasi PEG 15%.

Dari hasil penelitian tersebut kemudian dikembangkan media selektif in vitro

untuk menyeleksi ES kacang tanah yang toleran cekaman kekeringan, yaitu

berupa media MS-P16 cair dengan fitohormon pikloram 16 μM dan penambahan

PEG 15%. Pada media tersebut dimasukkan lembaran busa dan kertas saring

steril untuk menyangga embrio somatik yang diseleksi agar tidak tenggelam.

Seleksi dilakukan selama tiga bulan dan setiap bulan dilakukan sub-kultur.

Teknik dan media seleksi yang dikembangkan dimanfaatkan untuk

menyeleksi ES varian kacang tanah cv. Kelinci dan Singa yang telah diperoleh

sebelumnya. Sejumlah ES kacang tanah cv. Kelinci dan Singa yang insensitif

terhadap cekaman PEG 15% berhasil diperoleh dari seleksi in vitro yang

dilakukan dengan frekuensi masing-masing sebesar 8%-10% dan 10-12%. ES

tersebut kemudian diregenerasikan menjadi tanaman R0 dan ditumbuhkan di

rumah kaca untuk menghasilkan benih generasi selanjutnya (Bab IV). Dalam

aklimatisasi plantlet menjadi tanaman terjadi hambatan cukup besar. Banyak

plantlet yang tidak dapat tumbuh sampai umur reproduktif. Dari 62 plantlet

kacang tanah cv. Kelinci hanya diperoleh 24 tanaman yang mencapai umur

reproduktif, dan di antara 24 tanaman tersebut tidak seluruhnya bersifat fértil. Di

antara 48 plantlet kacang tanah cv. Singa hanya 10 tanaman yang dapat tumbuh

hingga umur reproduktif tetapi semuanya steril sehingga tidak dapat dievaluasi

lebih lanjut.

Variasi somaklonal dapat diketahui keberadaannya dengan menganalisis

fenotipe tanaman (Maraschin et al. 2002). Untuk mengetahui terjadinya variasi

somaklonal, dilakukan pengamatan karakter kualitatif dan kuantitatif

pertumbuhan tanaman, dan untuk menduga faktor pengendali varian dilakukan

pengamatan pada generasi R0, R1 dan R2. Selain itu perlu pula

membandingkan intensitas munculnya variasi somaklonal antara tanaman yang

berasal dari ES hasil kultur in vitro tanpa seleksi dengan yang berasal dari ES

hasil seleksi in vitro menggunakan PEG 15% (Bab V).

Dari hasil percobaan diketahui ada berbagai varian somaklonal kualitatif.

Varian kualitatif yang muncul pada tanaman hasil kultur in vitro lebih beragam

dibandingkan yang muncul pada tanaman hasil seleksi in vitro . Sebagian varian

diduga dikendalikan oleh faktor genetik dominan atau resesif, sebagian yang lain

diduga dikendalikan oleh faktor epigenetik. Varian kuantitatif diyakini terjadi

Page 144: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

120

dengan indikasi 1) nilai ragam untuk beberapa peubah pada tanaman hasil kultur

dan seleksi in vitro lebih besar dibandingkan pada tanaman standar, 2) terdapat

sejumlah galur dari populasi tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro yang

mempunyai nilai peubah di luar kisaran nilai peubah pada tanaman standar.

Varian kuantitatif yang bersifat positif tampak pada karakter bobot kering tajuk,

tinggi tanaman, bobot kering akar dan bobot polong bernas. Galur tanaman yang

mempunyai varian positif untuk bobot kering akar adalah nomor K0-8, K0-30.2,

K15-1 dan K15-2. Sedangkan yang mempunyai varian positif untuk bobot polong

bernas adalah K0-2, K0-4, dan K15-4 (Bab V).

Adanya variasi somaklonal pada karakter kualitatif dan kuantitatif pada

tanaman hasil kultur in vitro dan seleksi in vitro mengindikasikan pula adanya

peluang untuk mendapatkan tanaman yang toleran terhadap kekeringan melalui

mekanisme yang berbeda dengan tanaman standar. Untuk mengetahui hal ini

dilakukan evaluasi toleransi tanaman varian terhadap cekaman kekeringan

melalui dua pendekatan, yaitu cekaman kekeringan yang diinduksi oleh

penyiraman PEG 15% (Bab VI) dan yang diinduksi oleh pengurangan frekuensi

penyiraman air (Bab VII).

Evaluasi toleransi tanaman terhadap cekaman PEG menunjukkan bahwa

tanaman yang diregenerasikan melalui kultur atau seleksi in vitro mempunyai

respon terhadap cekaman PEG dengan distribusi frekuensi yang lebih luas dan

nilai ragam yang lebih besar dibanding tanaman standar untuk beberapa peubah

pertumbuhan tertentu. Hal ini mengindikasikan bahwa di antara tanaman-

tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro terdapat tanaman varian somaklonal.

Kultur in vitro dan seleksi in vitro dapat menghasilkan tanaman dengan

tingkat toleransi yang lebih tinggi terhadap cekaman PEG dibandingkan tanaman

standar. Berdasarkan nilai indeks kerusakan daun, tanaman standar termasuk

agak peka, sedangkan di antara tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro

terdapat delapan tanaman agak toleran dan tidak ditemukan tanaman toleran.

Berdasarkan nilai indeks sensitivitas terhadap kekeringan yang dihitung

menggunakan peubah biomassa tanaman, semua tanaman standar tergolong

medium toleran, sedangkan di antara tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro

terdapat enam galur tanaman yang toleran terhadap cekaman PEG. Dari hasil

percobaan juga diketahui bahwa nisbah akar/tajuk dan panjang akar tidak

mempunyai hubungan signifikan dengan toleransi tanaman terhadap cekaman

PEG (Bab VI).

Page 145: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

121

Evaluasi toleransi tanaman terhadap cekaman kekeringan yang diinduksi

oleh pengurangan penyiraman air memperlihatkan bahwa distribusi frekuensi dan

nilai ragam untuk beberapa peubah pertumbuhan pada tanaman hasil kultur dan

seleksi in vitro lebih luas dibanding pada tanaman standar. Seperti pada

percobaan sebelumnya hasil ini juga mengindikasikan adanya tanaman varian

yang mempunyai mempunyai potensi genetik berbeda dengan tanaman standar

di antara tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro (Bab VII).

Berdasarkan nilai indeks sensitivitas terhadap cekaman kekeringan yang

dihitung menggunakan peubah jumlah polong bernas, tanaman standar termasuk

kategori peka. Melalui kultur dan seleksi in vitro diperoleh 10 galur yang

teridentifikasi toleran terhadap cekaman kekeringan. Dalam kondisi cekaman

kekeringan, galur-galur tersebut menunjukkan peningkatan kandungan prolin

yang lebih tinggi dibanding tanaman standar, tetapi mempunyai densitas

stomata yang lebih rendah dibanding tanaman standar. Dua di antara 10 galur

tersebut, yaitu nomor K0-11.3 dan K0-30.1, mempunyai jumlah polong bernas

lebih tinggi dibandingkan tanaman standar, baik pada kondisi optimum maupun

cekaman (Bab VII).

Dari tanaman kacang tanah kultivar Kelinci standar yang dalam percobaan

ini teridentifikasi medium toleran (Bab VI) dan teridentifikasi peka (Bab VII)

didapatkan enam galur varian somaklonal yang toleran terhadap cekaman

kekeringan yang diinduksi PEG dan 10 galur yang toleran terhadap cekaman

kekeringan yang diinduksi oleh pengurangan penyiraman air. Efisiensi seleksi

untuk mendapatkan galur toleran melalui kultur in vitro sebesar 13,3 % - 33,3%,

sedangkan bila melalui seleksi in vitro sebesar 10,5 % - 44,4 % (Tabel 22). Hasil

tersebut memperlihatkan bahwa seleksi in vitro tidak nyata meningkatkan

efisiensi seleksi. Dengan induksi variasi somaklonal tanpa disertai seleksi in vitro

dapat diperoleh sejumlah galur toleran dengan persentase yang tidak jauh

berbeda dengan yang disertai seleksi in vitro. Hasil tersebut dapat terjadi karena

seleksi in vitro tidak mengubah sel/jaringan (dalam penelitian ini ES) yang

bersifat sensitif menjadi toleran, melainkan hanya menapis atau memilih

sehingga hanya ES yang toleran saja yang dapat hidup dalam media seleksi.

Jadi karakter toleransi tersebut telah dimiliki oleh ES sebelum diseleksi dan

diduga sebagian atau seluruhnya merupakan varian somaklonal.

Page 146: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

122

Tabel 22. Galur kacang tanah kultivar Kelinci populasi tanaman hasil kultur dan hasil seleksi in vitro yang teridentifikasi toleran terhadap cekaman PEG dan cekaman pengurangan penyiraman

Toleransi terhadap cekaman yang diinduksi PEG

Toleransi terhadap cekaman yang diinduksi pengurangan

penyiraman Populasi hasil kultur in vitro

Populasi hasil seleksi in vitro

Populasi hasil kultur in vitro

Populasi hasil seleksi in vitro

Nomor galur

K0-2.3 K0-7.3 K0-16.4 K0-2.5

K15-4.5 K15-6.2

K0-30 K0-2.10 K0-7.3 K0-11.3 K0-22.5 K0-30.1

K15-1.2 K15-4.3 K15-4.6 K15-6.1

Σ galur toleran

4 2 6 4

Σ galur yang dievaluasi

30 19 18 9

Efisiensi seleksi (%)

13,3 10,5 33,3 44,4

Oleh karena itu dapat dinyatakan bahwa proses yang terutama berperan

untuk mendapatkan ES yang toleran adalah induksi variasi somaklonal. Seleksi

in vitro secara teoritis bermanfaat untuk meningkatkan efisiensi karena 1) ES

varian yang diseleksi harus berjumlah sangat banyak untuk memperbesar

peluang mendapatkan tanaman toleran, dan 2) secara morfologis tidak dapat

diketahui apakah ES varian yang dihasilkan mempunyai sifat toleransi yang

diinginkan atau tidak. Dalam penelitian ini nampaknya induksi variasi somaklonal

telah dapat menghasilkan ES yang toleran dalam jumlah yang memadai dan

dapat diregenerasikan menjadi tanaman produktif sehingga seleksi in vitro

nampaknya tidak berperan meningkatkan efisiensi seleksi. Meskipun demikian

harus diyakini bahwa peluang tersebut tidak selalu terjadi pada setiap penelitian.

Zuriat dari galur K0-2, K0-7, K15-4 dan K15-6 merupakan galur yang

konsisten toleran terhadap cekaman kekeringan, baik yang diinduksi oleh

penyiraman PEG maupun pengurangan penyiraman (Tabel 22). Dari penelitian

sebelumnya juga diketahui zuriat galur K0-2 dan K15-4 merupakan varian positif

untuk peubah bobot polong bernas (BAB V). Galur K0-11.3 dan K0-30.1 yang

toleran terhadap cekaman kekeringan akibat pengurangan penyiraman air,

mempunyai jumlah polong bernas lebih tinggi dibandingkan tanaman standar,

baik pada kondisi optimum maupun cekaman (BAB VII). Empat galur tersebut,

Page 147: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

123

yaitu K0-2, K15-4, K0-11.3 dan K0-30.1 merupakan galur tersebut potensial

untuk dikembangkan sebagai galur harapan yang mempunyai daya hasil yang

tinggi dan toleran terhadap cekaman kekeringan, melalui serangkaian pengujian

di laboratorium maupun di lapang. Jika ditanam pada kondisi optimum galur-galur

tersebut diharapkan tidak melakukan pertumbuhan vegetatif berlebihan sehingga

hasil polong tetap tinggi. Jika ditanam pada kondisi kekeringan, galur tersebut

juga mampu melakukan mekanisme toleransi yang tidak membutuhkan fotosintat

berlebihan, sehingga hasil polong dapat dipertahankan tetap relatif tinggi.

Panjang akar dan nisbah akar/tajuk tidak mempunyai hubungan atau peran

dalam mekanisme toleransi terhadap cekaman kekeringan, baik yang diinduksi

oleh penyiraman PEG maupun oleh pengurangan penyiraman air. Hal ini dapat

ditafsirkan bahwa toleransi terhadap cekaman kekeringan pada tanaman hasil

kultur in vitro dan hasil seleksi in vitro tidak melalui mekanisme pembentukan

akar yang panjang dan bercabang banyak. Hasil ini menunjukkan bahwa

tanaman varian yang didapatkan mempunyai karakter yang berbeda dengan

kultivar kacang tanah toleran kekeringan yang sudah dikembangkan.

Densitas stomata dan peningkatan kandungan prolin dalam kondisi

cekaman mempunyai hubungan signifikan dengan indeks sensitivitas terhadap

kekeringan. Berdasarkan hal tersebut dapat ditafsirkan bahwa mekanisme

toleransi terhadap cekaman kekeringan pada galur-galur tanaman dalam

penelitian ini antara lain melalui penurunan densitas stomata dan peningkatan

kadar prolin. Penurunan densitas stomata merupakan salah satu mekanisme

avoidance (Mitra 2002). Dengan berkurangnya jumlah stomata, intensitas

transpirasi berkurang sehingga meningkatkan ratio penyerapan/kehilangan air;

tetapi penurunan jumlah stomata dapat mengurangi difusi CO2 dan intensitas

fotosintesis sehingga berpotensi menurunkan daya hasil.

Dengan demikian mekanisme toleransi melalui penurunan densitas

stomata atau penutupan stomata tidak dikehendaki ditinjau dari sudut agronomi.

Seperti pada galur Aegylops biuncialis, ketahanannya terhadap cekaman

kekeringan tidak melalui mekanisme penutupan stomata yang intensif.

Penurunan potensial osmotik dari -0,027 sampai - 1,8 MPa akibat penyiraman

PEG 6000 hanya menyebabkan tingkat penutupan stomata yang relatif rendah,

sehingga CO2 interseluler tetap relatif tinggi, produksi biomassa dan hasil panen

juga relatif lebih tinggi. Sebaliknya pada gandum cekaman osmotik yang tinggi

meningkatkan penutupan stomata yang berlebihan sehingga mengakibatkan

Page 148: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

124

kehilangan hasil yang cukup tinggi (Molnar et al. 2004). Intensitas penurunan

difusi CO2 tergantung pada struktur mesofil dan ruang antar sel dalam jaringan

mesofil daun (Delfine et al. 1998).

Peningkatan kadar prolina merupakan salah satu mekanisme ketahanan

sekaligus toleransi. Dalam melakukan mekanisme ketahanan, prolina berperan

dalam keseimbangan osmotik atau mempertahankan tekanan turgor sel (Serraj

dan Sinclair 2002, Mundree et al. 2002). Dalam melakukan mekanisme toleransi,

prolina sebagai solut organik mampu melakukan detoksifikasi ROS, penghilang

radikal, agen proteksi untuk stabilisasi protein selama cekaman dan pelindung

DNA dari efek degradasi akibat ROS (Munns 2002, Serraj dan Sinclair 2002).

Pembentukan prolina tidak selalu memanfaatkan fotosintat yang berlebihan

karena sebagai senyawa monomer, prolina dapat terbentuk sebagai hasil

penguraian/depolimerisasi komponen yang tidak aktif (Creelman et al. 1990),

Berdasarkan hal-hal tersebut dapat dinyatakan bahwa mekanisme toleransi

terhadap kekeringan pada tanaman kacang tanah varian dalam penelitian ini

diduga melalui mekanisme ketahanan dan toleransi. Mekanisme ketahanan

dilakukan melalui penurunan densitas stomata dan peningkatan prolina sebagai

osmoprotektan, sedangkan mekanisme toleransi melalui peningkatan prolina

sebagai protektor. Berbeda dengan penurunan densitas stomata yang dapat

mengurangi hasil panen, peningkatan prolina diduga tidak demikian karena

prolina dapat terbentuk melalui depolimerisasi yang tidak membutuhkan asimilat.

Dengan memperhatikan koefisien determinasi antara peningkatan prolina

dan penurunan densitas stomata dengan IKS dapat dinyatakan bahwa kedua

mekanisme tersebut hanya merupakan sebagian dari mekanisme toleransi dan

atau ketahanan terhadap cekaman kekeringan pada tanaman kacang tanah

varian. Mekanisme yang lain masih perlu dievaluasi lebih lanjut, antara lain

keterlibatan enzim-enzim anti-oksidan (misalnya katalase, peroksidase,

dismutase), senyawa penghilang radikal (misalnya karotenoid, askorbat,

tokoferol-glutation tereduksi); dan struktur untuk meminimalkan pembentukan

ROS. Selain itu juga mekanisme untuk menjaga homeostasi atau keseimbangan

ionik melalui pembentukan vakuola-vakuola kecil, aktivasi pompa ion, saluran

ion, transporter ion dan ATP-ase vakuolar, serta regulasi pertumbuhan melalui

pembentukan ABA (Mundree et al. 2002).

Page 149: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

125

IX. SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan Penambahan larutan PEG dalam media in vitro bersifat menghambat

pertumbuhan kecambah, tunas dan embrio somatik kacang tanah; serta

meningkatkan kandungan prolina total jaringan. Dampak negatif dari larutan PEG

dalam media in vitro berbeda-beda tergantung pada respon kultivar kacang

tanah terhadap cekaman kekeringan. Konsentrasi PEG 15% efektif menghambat

pertumbuhan dan perkembangan eksplan kacang tanah, serta menghambat

proliferasi ES kacang tanah dengan tingkat penghambatan sekitar 95% (sub-

letal).

Media MS (Murashige-Skoog 1962) cair dengan fitohormon pikloram 16 μM

dan ditambah PEG 6000 15% merupakan media seleksi in vitro yang efektif

untuk memperoleh embrio somatik kacang tanah yang toleran terhadap

potensial air rendah. Pemeliharaan embrio somatik dalam media seleksi

dilakukan selama tiga bulan dengan tiga kali sub kultur. Sejumlah ES kacang

tanah cv. Kelinci dan Singa yang insensitif terhadap cekaman PEG 15% berhasil

diperoleh dari seleksi in vitro yang dilakukan.

Pemeliharaan embrio somatik dalam kultur in vitro selama enam bulan

dengan enam kali sub kultur dapat menginduksi variasi somaklonal kacang

tanah. Variasi somaklonal kacang tanah tampak pada karakter kualitatif dan

kuantitatif. Varian kualitatif meliputi percabangan melebar, percabangan

berlebihan, daun pentafoliat, steril partial dan steril total, daun roset, daun

varigata, ujung daun meruncing, daun hexafoliat, dan daun oktafoliat. Keragaman

variasi pada tanaman hasil kultur in vitro tanpa diikuti seleksi lebih tinggi

dibandingkan pada tanaman hasil kultur yang diikuti seleksi in vitro .

Varian kualitatif yang diduga dikendalikan secara genetik adalah

percabangan melebar, percabangan berlebihan, daun pentafoliat, daun

hexafoliat, daun oktafoliat dan steril partial. Varian daun hexafoliat, oktafoliat dan

steril partial (pada populasi hasil seleksi in vitro ) diduga dikendalikan oleh gen

resesif. Varian yang diduga dikendalikan secara epigenetik adalah daun roset,

daun varigata dan ujung daun meruncing.

Varian kuantitatif tampak pada sejumlah peubah pertumbuhan tajuk, akar

dan polong, dengan indikasi adanya distribusi frekuensi yang lebih lebar dan nilai

Page 150: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

126

ragam yang lebih besar untuk sejumlah peubah pada tanaman hasil kultur dan

seleksi in vitro dibanding tanaman standar. Sebagian varian merupakan varian

agronomi yang negatif, sebagian yang lain varian positif. Varian positif muncul

pada karakter bobot kering tajuk, tinggi tanaman, bobot kering akar dan bobot

polong bernas. Galur yang mempunyai varian positif untuk bobot polong bernas

adalah K0-2, K0-4, dan K15-4.

Cekaman akibat penyiraman PEG 15% pada fase vegetatif menurunkan

pertumbuhan tajuk, tetapi tidak berpengaruh negatif terhadap pertumbuhan akar.

Respon pertumbuhan tanaman yang diregenerasikan melalui kultur atau seleksi

in vitro terhadap cekaman akibat PEG dan akibat pengurangan penyiraman

mempunyai distribusi frekuensi yang lebih luas dan ragam yang lebih besar

dibanding tanaman stándar.

Di antara galur-galur tanaman hasil kultur dan seleksi in vitro , terdapat

enam galur yang toleran terhadap cekaman PEG dan 10 galur yang toleran

terhadap cekaman kekeringan. Zuriat dari galur K0-2, K0-11, K0-30 dan K15-4

merupakan galur yang potensial untuk dikembangkan menjadi plasma nutfah

sumber toleransi terhadap kekeringan dan daya hasil yang tinggi melalui

serangkaian pengujian di laboratorium dan lapang.

Panjang akar dan nisbah akar/tajuk tidak mempunyai hubungan yang

berarti dengan toleransi terhadap cekaman kekeringan, sebaliknya densitas

stomata dan peningkatan kadar prolin mempunyai hubungan yang signifikan

dengan toleransi terhadap cekaman kekeringan. Berdasarkan hal ini dapat

ditafsirkan bahwa sifat toleransi terhadap cekaman kekeringan pada galur-galur

tanaman kacang tanah hasil variasi somaklonal yang dihasilkan dalam penelitian

ini tidak melalui mekanisme pembentukan sistem perakaran yang panjang dan

bercabang banyak, melainkan antara lain melalui penurunan densitas stomata,

dan pembentukan prolina yang dapat berperan sebagai osmoprotektan sekaligus

sebagai protektor terhadap kerusakan sel akibat cekaman kekeringan.

Berdasarkan hasil-hasil percobaan di atas disimpulkan bahwa induksi

variasi somaklonal, baik diikuti oleh seleksi in vitro maupun tidak, dapat dipakai

sebagai alternatif untuk mendapatkan galur kacang tanah yang toleran terhadap

cekaman kekeringan melalui mekanisme toleransi yang tidak melalui

pembentukan akar intensif.

Page 151: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

127

Saran Perlu dilakukan penelitian lanjut untuk galur-galur yang telah teridentifikasi

toleran untuk mengevaluasi stabilitas daya hasil dan toleransi terhadap cekaman

kekeringan, baik di lingkungan optimum maupun lingkungan bercekaman.

Dibutuhkan penelitian untuk mengkaji mekanisme toleransi yang lain

terhadap cekaman kekeringan, antara lain 1) mekanisme detoksifikasi terhadap

senyawa radikal melalui pembentukan protein stres seperti enzim kunci untuk

biosintesis osmolit dan enzim antioksidan (misalnya katalase, peroksidase,

dismutase), serta melalui pembentukan senyawa penghilang radikal (misalnya

karotenoid, askorbat, tokoferol-glutation tereduksi); 2) mekanisme homeostatik

atau keseimbangan osmotik, seperti pembentukan multi vakuola dan osmolit, dan

(3) regulasi pertumbuhan melalui aktivitas absisic acid (ABA), penurunan

kecepatan fotosintesis, pembelahan dan pembentangan sel.

Page 152: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

DAFTAR PUSTAKA

Akashi K, Miyake C, Yokota A. 2001. Citruline, a novel compatible solute in drought-tolerant wild watermelon leaves, is en efficient hydroxyl radical scavenger. FEBS Lett 508: 438-442.

Amiard V et al. 2003. Fructans, but not sucrosyl-galactosides, raffinose and

loliose, are affected by drought stress in perennial ryegrass. Plant Physiol 132:2218 – 2229.

Badiane FA et al. 2004. Screening cowpea [Vigna unguilata (L.) Walp.] varieties

by inducing water deficit and RAPD analyses. African J Biotechnol 3:174 – 178.

Bajji M, Lutts S, Kinet JM. 2001. Water deficit effects on solute contribution to

osmotic adjustment as a function of leaf aging in three durum wheat (Triticum durum Desf) cultivars performing differently in arid conditions. Plant Sci 160:669-681.

Bajji M, Bertin P, Lutts S, Kinet JM. 2004. Evaluation of drought resistance-

related traits in durum wheat somaclonal lines selected in vitro. Aust J Exp Agric 44: 27 – 35.

[Balitkabi] Balai Penelitian Kacang-kacangan danUmbi-umbian. 2004. Teknologi

Budidaya Kacang-kacangan dan Umbi-umbian. Balitbang Pertanian. Bates LS, Waldren RP, Teare. 1973. Rapid determination of free proline for water

stress studies. Plant Soils 39:205 – 207. Bertin P, dan Bouharmont J. 1997. Use of somaclonal variation and in vitro

selection for chilling tolerance improvement of rice. Euphytica 96:35 – 142.

Blum A. 1996. Crop responses to drought and the interpretation of adaptation.

Plant Growth Reg 20:135 – 148. Bouharmont J. 1994. Application of somaclonal variation and in vitro selection to

plant improvement. ISHS Acta Horticulturae 355: Plant Breeding for Mankind-Symposium Agribex 94. [serial online]. http://www.actahort.org. 10 Febr 2001.

[BPS] Badan Pusat Statistik. 2005. Statistik Indonesia 2005. Jakarta: Badan

Pusat Statistik. Caroll AB, Pallardy SG dan Galen C. 2001. Drought stress, plant water status

and floral trait expression in fire weed, Epilobium angustifolium (Onagraceae). Am J Bot 88:438 – 446.

Carpenter JF, Crowe LM, Arakawa T. 1990. Comparison of solute-induced

protein stabilization in aqueous solution and in the frozen and dried states. J Dairy Sci 73:327-333.

Page 153: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

Claxton JR, Arnold DL, Clarkson JM, Blakesley D. 1998. The regeneration and screening of watercress somaclones for resistance to Spongospora subterranea f.sp.nasturtii and measurement of somaclonal variation. Plant Cell Tissue Organ Cult 52:155 – 164.

Chazen O dan Neumann PM. 1994. Hydraulic signals from the roots and rapid

cell-Wall hardening in growing maize (Zea mays L.) leaves are primary responses to polyethylene glycol – induced water deficits. Plant Physiol 104 : 1385-1392.

Chaves MM, Moroco JP, Pireira JS. 2003. Understanding plant responses to

drougt – from genes to the whole plant. Functional Plant Biol 30:239-264. Collino DJ, Dardanelli JL, Sereno R, Racca RW. 2000. Physiological responses

of argentine peanut varieties to water stress. Water uptake and water use efficiency. Field Crop Res 68:133–142.

Cornic G. 2000. Drought stress inhibits photosynthesis by decreasing stomatal

aperture – not by affecting ATP synthesis. Trends in Plant Sci 5:187-188. Dami I, dan Hughes HG. 1997. Effect of PEG-induced water stress on in vitro

hardening of ‘Valiant’ grape. Plant Cell Tissue Organ Cult 47:97– 101. Delfine S, Alvino A, Zacchini M, Loreto F. 1998. Consequences of salt stress on

conductance to CO2 diffusion, rubisco characteristics and anatomy of spinach leaves. Aust J Plant Physiol 25:395-402.

De Klerk GJ. 1990. How to measure somaclonal variation. Acta Bot.Neerl 39:129-

144. Djilianov D, Dragiiska R, Yordanova R, Dolchinkova V, Yordanova Y dan

Atanassov A. 1997. Physiology change in osmotically stressed detached leaves of Alfalfa genotypes selected invitro. Plant Sci 192: 147-156.

Dubrovsky JG, dan Gomez Lomelli LF. 2003. Water deficit accelerates

determinate development programm of the primary root and does not affect lateral root initiation in a sonoran desert cactus (Pachycereus pringlei, Cactaceae). Am J Bot 90: 823 – 831.

Duncan RR, Waskom RM, Nabors MW. 1995. In vitro sreening and field

evaluation of tissue-culture-regenerated sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench.) for soil stress tolerance. Euphytica 85: 373 – 380.

Earl HJ dan Davis RF. 2003. Effect of drought stress on leaf and whole canopy

radiation use water efficiency and yield of maize. Agron J 95:688 – 696. Ehsanpour AA dan F. Amini. 2003. Effect of salt and drought stress on acid

phosphatase activities in alfalfa (Medicago sativa L.) explants under in vitro culture. African J Biotechnol 2:133-135.

Farrant JM. 2000. A comparison of mechanisms of dessication tolerance among

three angiosperm resurrection plant species. Plant Ecol 151:29-39.

Page 154: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

Fernanda QHM, del Soccoro SHM, Fernando GCR. 1997. Cell wall proteins of in vitro culture of chili pepper lines differing in water stress tolerance. Plant Sci 128:217-223.

Fischer RA dan Maurer R. 1978. Drought resistance in spring wheat cultivar. I.

grain yield response. Aust J Agric Res 29:897 – 907. Fotelli MN, Radoglou KM, Constantinidou HI. 2000. Water stress responses of

seedlings of four Mediterranean oak species. Tree Physiol 20:1065 – 1075.

Franca MGC et al. 2000. Differences in growth and water relations among

Phaseolus vulgaris cultivars in response to induced drought stress. Environ Exp Bot 43:227 – 237.

Franca-Netto JB, Kryzanowsky FC, Hennig AA, West SH, Miranda LC. 1993.

Soybean seed quality as affected by shriveling due to heat and drought stresses during seed filling. Seed Sci Technol 21:107 – 116.

Gaspar L. et al. 2002. Structural changes of the photosynthetic apparatus under

osmotic stress in different Triticum sativum and Aegilops biuncialis genotypes. Proceeding of the 7th Hungarian Congress on Plant Physiology. 46 (3 – 4):91 – 93.

Gibon Y, Sulpice R, Larther F. 2000. Proline accumulation in canola leaf discs

subjected to osmotic stress is related to the loss of chlorophyll and to the decrease of mitochondrial activity. Physiol Plant 110:469 – 476.

Girousse C, Bournoville R, Bonnemain JL. 1996. Water deficit-induced changes

in concentration in proline and some other amino acids in the phloem sap of alfalfa. Plant Physiol 111:109 – 113.

Guo C dan Oosterhuis DM. 1997. Effect of water stress and genotype on pinitol

occurrence in soybean plants. Environ Exp Bot 37:147 – 152. Gupta, US. 1997. Crop Improvement Stress Tolerance.Vol. 2. ….Science

Publisher, Inc. Guttieri MJ, Stark JC, O’Brien K, Souza K. 2001. Relative sensitivity of spring

wheat grain yield and quality parameters to moisture deficits. Crop Sci 41:327-335.

Ham C. 2004. Growing peanuts in the end of the NT. Agnote. 177. No. C9. [serial

on line].http://www.primaryindustry.nt.gov.au. [3 April 2004]. Hammerschlag FA. 1988. Somaclonal variation. In: Hammerschlag, F.A.dan R.E.

Litz (Eds.). Biotechnology of Perennial Fruit Crops, CAB International, Wallingford. pp. 35–55.

Hardegree SP dan Emmerich WE.1992. Seed germination responses of four

Southwestern range grasses to equilibration at subgermination matric Potentials Agron J 84 : 994-998.

Page 155: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

Hawbaker MS, Fehr WR, Mansur LM, Shoemaker LC, Palmer RG. 1993. Genetic variation for quantitative traits in soybean lines derived from tissue culture. Theor Appl Genet 87:49 – 53.

Henikoff S dan Matzke MA. 1997. Exploring and explaining epigenetic effects.

Trends Genetics 13: 293-295. Hidajat JR, Kartaatmadja S , Rais SA. 1999. Teknik produksi benih kacang

tanah. Puslitbang Tanaman Pangan, Balitbang Pertanian. Irigoyen JJ, Emerich DW, Sanchez-Diaz M. 1992. Water stress induced changes

in concentrations of proline and total soluble sugars in nodulated alfalfa (Medicago sativa L.) plants. Physiol Plant 84:55 – 60.

Iyer S dan Caplan A. 1998. Product of proline catabolism can induced osmotically

regulated genes in rice. Plant Physiol 116:203 – 211. Johnson JM, Pritchard J, Gorham J, Tomos AD. 1996. Growth, water relations

and solute accumulation in osmoticcaly stressed seedlings of the tropical tree Colophospermum mopane. Tree Physiol 16:713 – 718.

Karp A. 1995. Somaclonal variation as a tool for crop impovement. Euphytica

85:295 – 302. Kerepesi I dan Galiba G. 2000. Osmotic and salt stress-induced alteration in

soluble carbohydrate content in wheat seedling. Crop Sci 40:482 – 487. Kong, L., Attree SM, Lowke LC. 1998. Effect of polyethylene glycol and

methylglyoxal bis(guanylhydrazon) on endogenous polyamine levels and somatic embryo maturation in white spruce (Picea glauca). Plant Sci 133: 211-220.

Larkin PJ, Ryan SA, Brettell RIS, Scowcroft WR. 1984. Heritable somaclonal

variation in wheat. Theor Appl Genet 67:443 – 455. ------------- et al. 1989. From somatic embryo to variant plants: mechanism and

application. Genome 31:705 – 711. -------------, Scowcroft WR. 1981. Somaclonal Variation – a novel source of

variability from cell cultures to plant improvement. Theor Appl Genet 60:197 – 214.

Leprince O, Harren FJM, Buitink J, Alberda M dan Hoekstra FA. 2000. Metabolic

dysfunction and unabated respiration precede the loss of membrane integrity during dehydration on germinating radicles. Plant Physiol 122:597-568.

Loggini B, Scartazza A, Brugnoli E, Navari-Izzo F. 1999. Antioxidative defense

system, pigment composition, and photosynthetic efficiency in two wheat cultivars subjected to drought. Plant Physiol 119:1091 – 1100.

Maesen LHG van der dan Somaatmadja S. 1993. Kacang-kacangan. Sumber

Daya Hayati Asia Tenggara 1. Gramedia Pustaka Utama. Jakarta.

Page 156: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

Makarim AK. 2005. Cekaman abiotik utama dalam peningkatan produktivitas tanaman. Makalah disampaikan pada seminar Pemanfaatan Bioteknologi untuk Mengatasi Cekaman Abiotik pada Tanaman. Balai Besar Penelitian Biologi dan Sumber Daya Genetika, Bogor. 22 September 2005.

Maluszynski M, Ahloowalia BS, Sigurbjornsson. 1995. Application of in vivo and

in vitro mutation techniques for crop improvement. Euphytica 85:303 – 315.

Maralappanavar M, Kuruvinasetti MS, Harti CC. 2000. Regeneration,

establishment and evaluation of somaclones in Sorghum bicolor (L.) Moench. Euphytica 115:173 – 180.

Masyhudi MF dan Petterson RP. 1990. The effect of water stress on nitrogen

absorption of soybean. Ind J Crop Sci 42:43 – 63. Michel BE dan Kaufmann MR. 1973. The osmotic potential of polyethylene glycol

6000. Plant Physiol 57:914-916. Mingyi J dan Jianhua Z. 2002. Water stress-induced absisic acid accumulation

triggers the increased generation of reactive oxygen species and up-regulates the activities of antioxidant enzymes in mayze leaves. J Exp Bot 53:2401 – 2410.

Mitra J. 2001. Genetics and genetic improvement of drought resistance in crop

plants. Current Sci 80:758 – 763. Mohamed MAH, Harris PJC, Henderson J. 2000. In vitro selection and

characterisation of a drought tolerant clone of Tagetes erecta. Plant Sci 159:213 – 222.

Molnar I et al. 2004. Physiological and morphological responses to water stress

in Aegilops biuncialis and Triticum aestivum genotypes with differing tolerance to drought. Functional Plant Biol 31:1149-1159.

Monneveux P dan Belhassen E. 1996. The diversity of drought adaptation in the

wide. Plant Growth Regulation. 20: 85-92 Moss JP , Rao VR. The Peanut – Reproductive development to plant maturity. Di

dalam Pattee HE, Stalker HT (Editors). Advance in Peanut Science. USA: American Peanut Research and Education Society, Inc.

Muller JE dan Whitsitt MS. 1996. Plant celluler responses to water deficit. Plant

Growth Regulation 20:119-124. Mundree SG et al. 2002. Physiolocal and molecular insight into drought

tolerance. African J Biotechnol 1(2):28 – 38. Munns R. 2002. Comparative physiology of salt and water stress. Plant, Cell &

Environ 25:1-15. Murashige T dan Skoog F. 1962. A revised medium for rapid growth and

bioassays with tobacco cultures. Physiol Plant 15:473-497.

Page 157: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

Nabors MW dan Dykes TA. 1985. Tissue culture of cereal cultivar with increased salt, drought, and acid tolerance. Di dalam Biotechnology in International Agricultural Research. Proceeding of the Inter-center seminar on International Agricultural Research Center and Biotechnology. 23 – 27 April 1984.

Ndunguru BJ, Ntare BR, Williams JH dan Greenberg DC. 1995. Assesment of

groundnut cultivars for end –of- season drought tolerance in a sahelian environment. J Agric Sci. 125: 79-85

Nepomuceno AL, Oosterhuis DM, Stewart JM. 1998. Physiological responses of

cotton leaves and roots to water deficit induced by polyethylene glycol. Environ Exp Bot 40:29 – 41.

Nursusilawati P. 2003. Respon 16 kultivar kacang tanah unggul nasional

(Arachis hypogaea L.) terhadap kondisi stres kekeringan akibat perlakuan penyiraman PEG 6000 dan evaluasi daya generasi embrio somatiknya secara in vitro. [Tesis]. Bogor: Institut Pertanian Bogor, Program Pasca Sarjana.

Ober ES dan Sharp RE. 2003. Electrophysiological response of maize roots to

low water potentials: relationship to growth and ABA accumulation. J Exp Bot 54:813 – 824.

Pelah D, Wang W, Altman A, Shoyeyov O, Bartels D. 1997. Differential

accumulation of water stress-related proteins, sucrose synthase and soluble sugar in Populus species that differ in their water stress response. Physiol Plant 99: 153 – 159.

Pieters AJ, Tezara W dan Harrera A. 2003. Operation of the xanthophyll cycle

and degradation of D1 protein in the inducible CAM plant, Talinum triangulare, under water deficit. Ann Bot 92:393 – 399.

Pookpadi A, Thiravirojana K, Saeradee I, Chaikaew S. 1992. Response of new

soybean accesions to water stress during reproductive phase. Kasetsart J Nat Sci 24:378 – 387.

[Puslitanak] Pusat Penelitian Tanah dan Agroklimat. 2000. Sumberdaya lahan

Indonesia dan pengelolaannya. Balitbang Pertanian, Departemen Pertanian.

Rachaputi NC dan Wright GC. 2003. The physiolocal basis for selection of

peanut genotypes as parent in breeding for improved drought resistance. Di dalam Cruicksank AW, Rachaputi NC, Wright GC, Nigam SN (Editors). Breeding of Drought-resistant Peanuts. Proceeding of Collaborative Review Meeting ICRISAT, QDPI, ICAR; Hyderabad India, 25 – 27 February 2002. Canberra: Australian Centre for International Agriculture Research. hlm 10 -14.

Raemakers CJM, Jacobsen E, Visser RGF. 1995. Secondary somatic

embryogenesis and applications in plant breeding. Euphytica 81:93 – 107.

Page 158: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

Rahayu ES, Ilyas S, Aswidinnoor H, Guhardja E dan Sudarsono. 2004. Cekaman oleh PEG dalam media in vitro dan penapisan toleransi kacang tanah terhadap kekeringan. Prosiding Seminar Nasional PERIPI. Bogor, 5 – 7 Agustus 2004.

Rahayu ES, Ilyas S, Guhardja E dan Sudarsono. 2005. Polietilena glikol (PEG)

dalam media in vitro menyebabkan kondisi cekaman yang menghambat perkembangan tunas kacang tanah (Arachis hypogaea L.). Berkala Penelitian Hayati. 11 (1):39-48.

Rahayu ES, Ilyas S, Sudarsono. 2006. Seleksi in vitro embrio somatic kacang

taanh pada medium dengan polietilen glikol untuk stimulasi kondisi cekaman kekeringan. Biosfera 23 (1):15-23.

Ramanjalu S dan Bartels D. 2002. Drought and dessication-induced modulation

of gene expression in plants. Plant Cell Environ 25:141-151. Reijntjes C, Haverkort B dan Bayer W. 1999. Pertanian Masa Depan. Pengantar

untuk pertanian dengan berkelanjutan dengan input luar yang rendah. Yogyakarta, Penerbit Kanisius. Penerjemah Sukoco.

Salisbury FB dan Ross CW. 1992. Plant Physiology. 4th Edition. Washington DC:

Wadwords Publishing. Schmidhalter U, Evequoz M, Camp KH, Studer C. 1998. Sequence of drought

response of maize seedlings in drying soil. Physiol Plant 104:159-168. Seliskar DM dan Gallagher JL. 2000. Exploiting wild population diversity and

somaclonal variation in the salt marsh grass Distichlis spicata (Poaceae) for marsh creation and restoration. Am J Bot 87:141-146.

Serraj R dan Sinclair TR. 2002. Osmolyte accumulation: can it really help

increase crop yield under drought conditions? Plant Cell Environ 25:333-342.

Setiawan K. 1998. Study on varietal differences of drought tolerance in peanut

[disertasi]. Tokyo: Tokyo University of Agriculture, Graduate School of Agriculture.

Sharma KK dan Lavanya M. 2002. Recent developments in transgenics for

abiotic stress in legumes of the semi-arid tropics. JIRCAS Working Report:61 – 73.

Shimada S, Kokobun M, Shibata H, Matsui S. 1992. Effect of water supply and

defoliation on photosynthesis, transpiration and yield of soybean. Japanese J Crop Sci 61: 264 – 270.

Shoumaker RC, Amberger LA, Palmer RG, Oglesby L, Ranch JP. 1991. Effect of

2.4-Dichlorophenoxyacetic acid concentration on somatic embryogenesis and heritable variation in soybean [Glycine max (L.) Merr]. In vitro Cell Dev Biol 27: 84 – 88.

Page 159: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

Skirvin RM, Coyner M, Norton MA, Motoike S, Gorvin D. 2000. Somaclonal variation: do we know what causes it?. AgBiotech Net. 2: ABN 048.

Soniya EV, Banerjee NS, Das MR. 2001. Genetic analysis of somaclonal

variation among callus-derived plants of potato. Current Sci 80(9):1213-1215.

Steuter AA. 1981. Water potential of aqueous polyethylene glycol. Plant Physiol

67: 64 – 67. Sullivan CY. 1983. Genetic variability in physiological mechanisms of drought

resistance. Iowa State J Research. 57(4): 423-439 Sudarsono, Riduan A. dan Aswidinnoor H. 2004. Toleransi kultivar kacang tanah

terhadap cekaman kekeringan pada fase generatif serta kandungan prolin dan total daun. Jurnal Penelitian Pertanian 23 (1):50-62.

Tremblay L, Levasseur C, Tremblay FM. 1999. Frequency somaclonal variation

in plants of black spruce (Picea mariana, Pinaceae) and white spruce (P. glauca, Pinaceae) derived from somatic embyogenesis and identification of some factors involved in genetic instability. Am J Bot 86:1373.

Trojanowska MR. 2002. The effect of growth regulators on somaclonal variation

in rye (Secale cereale L.) and selection of somaclonal variants with increased agronomic traits. Cell Mol Biol Lett 7. Medline abstract.

Willigen C, Pammneter NW, Mundree SG, Farrant JM. 2001. Some physiological

comparisons between the resurrection grass Eragrostis nindensis and the related dessication –sensitive species, Eragrostiscurvula. Plant Growth Regul 35:121-129.

Verslues PE dan Sharp RE. 1999. Proline accumulation in maize (Zea mays L.)

primary roots at low water potentials. II. Metabolic source of increased proline deposition in the elongation zone. Plant Physiol 119:1349 – 1360.

Vicient CM dan Martinez FX. 1998. The potential uses of somatic embryogenesis

in agroforestry are not limited to synthetic seed technology. Revista Brasileira de Fisiolegia Vegetal 10:1 – 12.

Vieira RD, Tekrony DM, Eglia DB. 1992. Effect of drought and defoliation stress

in the field on soybean seed germination and vigor. Crop Sci 32:471 – 475.

Vorasoot N, Songsri P, Akkasaeng C, Jogloy S, Patanothai A. 2003. Effect of

water stress on yield and agronomic characters of peanut (Arachis hypogaea L.). Songklanakarin J Sci Technol 25:283 – 288.

Watanabe S, Kojima K, Ide Y, Sasaki S. 2000. Effect of saline and osmotic stress on proline and sugar accumulation in Populus euphratica in vitro. Plant Cell Tissue Organ Cult 63:199 – 206.

Page 160: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

Weele CM van der, Spollen WG, Sharp RE dan Baskin TI. 2000. Growth of Arabidopsis thaliana seedling under water deficit studied by control of water potential in nutrient agar media. J Exp Bot 51:1555- 1562.

Whalley WR, Bengough AG, Dexter AR. 1998. Water stress induced by PEG

decreases the maximum growth pressure of the roots of pea seedling. J Exp Bot 49:1689 – 1694.

Widoretno W. 2002. Seleksi in vitro untuk toleransi terhadap cekaman kekeringan

pada kedelai (Glycine max [L.] Merr.) dan karakterisasi varian somaklonal yang toleran [disertasi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor, Program Pasca Sarjana.

---------------, Guhardja E, Ilyas S, Sudarsono. 2002. Efektivitas polietilena glikol

untuk mengevaluasi tanggapan genotipe kedelai terhadap cekaman kekeringan pada fase perkecambahan. Hayati 9: 33 – 36.

---------------, Megia R, Sudarsono. 2003. Reaksi embrio somatik kedelai terhadap

polietilena glikol dan penggunaannya untuk seleksi in vitro terhadap cekaman kekeringan. Hayati 10:134 – 139

---------------, dan Sudarsono. 2004. Evaluasi sejumlah galur kedelai varian

somaklonal hasil seleksi in vitro terhadap stres kekeringan. Hayati 11:11-20.

Wikipedia. 2006. “http://en.wikipedia.org/wiki/Somaclonal_ variation. 18 April

2006. Williams JH and Boote KJ. 1995. Physiology and modelling – predicting the

“unpredictable legume”. In Pattee, H.E. dan H. T. Stalker (eds.) Advances in Peanut Science. American Peanut Research and Education Society, Inc. Stillwater.

Yusnita, Widodo, dan Sudarsono. 2005. In vitro selection of peanut somatic

embryos on medium containing culture filtrates of Sclerotium rolfsii and plantlet regeneration. Hayati 12:50-56.

Zheng YZ, Li T. Change of proline levels and absisic acid content in

tolerant/sensitive cultivars of soybean under osmotic conditions. Soybeans Genetics Newsletter 27. [ Online Journal] URL. http://www.soygenetics.org./articles/sgn2000-011htm.

Zhongjin L dan Neumann PM. 1999. Water stress inhibits hydraulic conductance

and leaf growth in rice seedling but not the transport of water via mercury-sensitive water channels in the root. Plant Physiol 120:143 – 152.

Zinselmeier C, Jeong BR, Boyer JS. 1999. Starch and the control of kernel

number in maize at low water potentials. Plant Physiol 121:25 – 35.

Page 161: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

LAMPIRAN

Page 162: Induksi Variasi Somaklonal dan Seleksi In Vitro Menggunakan … · ii PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini sayamenyatakan bahwa disertasi saya yang berjudul

KOMPOSISI MEDIUM DASAR (MURASHIGE-SKOOG, 1962)

No Nama bahan kimia Kadar (mg/l)

1 NH4NO3 1650,00

2 KNO3 1900,00

3 KH2PO4 170,00

4 H3BO3 6,20

5 Na2MoO4. 7 H2O 0,25

6 KI 0,83

7 CaCl2. 6 H2O 332,20

8 CoCl2 0,025

9 MgSO4. 7 H2O 180,70

10 MnSO4. H2O 16,90

11 ZnSO4. 7 H2O 8,60

12 CuSO4. 5 H2O 0,025

13 FeSO4. 7 H2O 27,80

14 Na2EDTA 37,26

15 Myoinositol 100,00

16 Vitamin B1

a. Thiamin HCl

b. Piridoksin HCl

c. Asam nikotinat

d. Glycine

0,10

0,50

0,50

2,00

17 Sukrosa 30.000,00

18 Agar (untuk media padat) 7.500,00